Перспективы использования трансгенных растений.

Скорость, с которой генно-инженерная биотехнология осваивает новые рубежи, потрясает. Ученые настроены чрезвычайно оптимистично. Вдохновенно обсуждают и реализуют планы применения генной инженерии для получения чудо-растений. В настоящее время уже получены трансгенные формы томатов (более 260), сои (более 200), хлопчатника (более 150), тыквенных растений (более 80), табака (более 80), а также пшеницы, риса, подсолнечника, огурцов, салата, яблонь и других (более 70). Большинство созданных трансгенных растений (или растений первого поколения) содержат гены устойчивости к насекомым-вредителям и гербицидам.

В последнее время разрабатывается проект введения в зерновые культуры группы генов nif из бактерий, способных усваивать атмосферный азот. Это позволит избавиться от необходимости вносить в почву азотные удобрения. Однако, встраивать в зерновые необходимо целый комплекс по-крайней мере из 17 бактериальных генов. Кроме того, нужно заставить «работать» все эти гены в чужеродном для них геноме (например, пшеницы), что существенно усложняет задачу.

Одним из перспективных направлений генной инженерии является создание растений-биореакторов, способных продуцировать белки, необходимые в медицине, фармакологии и др. К достоинствам растений-биореакторов относится отсутствие необходимости в кормлении и содержании, относительная простота создания и размножения, высокая продуктивность. Кроме того, чужеродные белки не вызывают иммунных реакций у растений, чего трудно добиться у животных.

Получение лактоферрина из молока крупного рогатого скота, вследствие его низкого содержания, приводит к высокой стоимости препарата. При введениикДНК гена лактоферрина в клетки табака получен ряд каллусных тканей, синтезирующих укороченный лактоферрин, антибактериальные свойства которого были значительно сильнее антибактериальных свойств нативного лактоферрина. Концентрация этого укороченного лактоферрина в клетках табака составляла 0,6-2,5%.

Одним из новейших направлений, в котором успешно используются трансгенные растения, является фиторемедиация – очистка почв и грунтовых вод от тяжелых металлов, радионуклидов и других загрязнителей. Собственно фиторемедиация перспективна в основном для очистки почвы и воды от тяжелых металлов, но различные вредные органические соединения разлагают в основном не растения, а микроорганизмы, обитающие в их ризосфере.

Разложение органических соединений у бактерий чаще всего контролируют D-плазмиды или плазмиды деградации. Они разлагают такие соединения, как салицилат, нафталин, камфора, октан, толуол, ксилол, бифенил и т.д. D-плазмиды могут контролировать как начальные этапы разрушения органического соединения, так и полное его разложение.

Устойчивые к ртути бактерии экспрессируют ген mer A, кодирующий белок переноса и детоксикации ртути. Модифицированную конструкцию гена mer А использовали для трансформации табака, рапса, тополя, арабидопсиса. В гидропонной культуре растения с этим геном извлекали из водной среды до 80% ионов ртути. При этом рост и метаболизм трансгенных растений не подавлялись. Устойчивость к ртути передавалась в семенных поколениях.

При интродукции трех модифицированных конструкций гена mer А в тюльпанное дерево (Liriodendron tulipifera) растения одной из полученных линий характеризовались быстрым темпом роста в присутствии опасных для контрольных растений концентраций хлорида ртути. Растения этой линии поглощали и превращали ртуть в менее токсичную элементарную форму и испаряли до 10 раз больше ионной ртути, чем контрольные.

В ходе проведенных исследований было показано, что небольшие белки млекопитающих – металлотионины, способные связывать тяжелые металлы, хорошо функционируют в растениях. Исследователи получили трансгенные растения с встроенными генами металлотионинов (hMTI) и установили, что эти растения были более устойчивыми к кадмию, чем контрольные. Трансгенные растения с hМТII геном млекопитающих имели на 60-70% ниже концентрацию кадмия в стеблях по сравнению с контролем.

В другом успешном эксперименте симбиотическому азотфиксатору люцерны Rhizobium meliloti был встроен ряд генов, осуществляющих разложение бензина, толуина и ксилена. Следует подчеркнуть, что глубокая корневая система люцерны позволяет очищать почву, загрязненную нефтепродуктами, на глубину до 2-2.5 метров.

По данным Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР), потенциальный рынок биоремедиации составляет более 75 млрд долл. Ускоренное внедрение биотехнологий для защиты окружающей среды вызвано, в частности, тем, что они гораздо дешевле других технологий очистки.