Реферат: Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. №3(15) Естественные науки

Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. № 3(15)

Естественные науки


УДК 575.1/2:571.1


О.Ф. Котелович, О.Г. Казаков, Е.В. Удовенко

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ: ОПАСЕНИЯ И НАДЕЖДЫ

Рассмотрены основные стороны проблемы продуктов питания, модифицированных с помощью генной инженерии.


За то время, которое существует на планете Земля вид Homo sapiens, с ним не произошло (с биологической точки зрения) сколько-нибудь значительных изменений. Наши дети рождаются такими же, какими рождались дети наших предков десять тысяч лет назад. Но насколько изменился мир? Земной шар покрыли сети стальных и асфальтовых дорог, а околоземное пространство исчерчивают невидимыми трассами тысячи самолетов и космических кораблей. Человек побывал в космосе, а сделанные им аппараты посетили Марс, Венеру, прислали на Землю потрясающие снимки Юпитера, Сатурна и их многочисленных спутников, побывали в самых отдаленных уголках Солнечной системы. Часто говорят, что все эти головокружительные успехи человечества — результат развития науки. Это не совсем верно.

Страсть к преобразованию окружающего мира — по-видимому, один из главных инстинктов человека, и проявилась она задолго до возникновения науки. Давным-давно люди стали строить дороги, величественные храмы, пирамиды и другие сооружения, которые и тысячелетия спустя поражают воображение.

Но пирамиды, храмы, парусные и дизельные корабли, паровозы, автомобили и даже самолеты — все это в большей степени результат изобретательства, чем систематического научного исследования. Древо науки стало обильно плодоносить только в XX веке. Но плоды эти оказались такими, что затмили собой все предыдущие достижения человека. За прошедший XX век наука породила две совершенно новые технологии, радикально изменившие мир, в котором мы живем: ядерную технику и электронику. И это произошло на глазах лишь одного поколения. Теперь на наших глазах рождается третья технология — биотехнология.

Подобно тому как появление транзистора привело к рождению современной электроники, создание гибридных ДНК и разработка других методов генной инженерии порождают биотехнологию.

^ Генная инженерия: от анализа к синтезу. Генная инженерия — это совокупность методов, позволяющих посредством операций in vitro (вне организма) переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Формальной датой рождения генной инженерии считают 1972 г. В этот год группа исследователей во главе с американским биохимиком Полом Бергом, работавшим в Стэнфордском университете, что неподалеку от Сан-Франциско в Калифорнии, сообщила [1] о создании вне организма первой рекомбинантной ДНК. Такую молекулу часто называют гибридной, так как она состоит из ДНК-фрагментов различных организмов, родственно не связанных друг с другом1.

Первая рекомбинантная молекула ДНК состояла из ДНК-фрагмента бактерии кишечной палочки (E.coli), ответственного за сбраживание галактозы, и полной ДНК вируса SV40, вызывающего развитие опухолей у обезьян. Такая рекомбинантная структура теоретически могла обладать функциональной активностью в клетках как кишечной палочки, так и обезьяны.

Фактически это была первая гибридная молекула ДНК, которая могла бы, как челнок, «ходить» между бактерией и животным. Но именно это экспериментально не проверил П. Берг и его коллеги. Они опасались того, что подобные гибриды с генами, вызывающими рак у обезьян, могли попасть в организм человека через бактерии, поскольку E.coli — обычный обитатель кишечника человека и многих животных. Однако оказалось, что молекулы типа той, что создал П. Берг, не представляют опасности, так как лабораторные штаммы кишечной палочки не обитают в кишечнике человека (для их существования необходимы специальные лабораторные условия).

И все же внимание не только ученых, но и мировой общественности было привлечено к оценке потенциальной опасности только что родившейся науки — генной инженерии. Уже к 1974 г. учеными разных стран [2] были сконструированы бактерии, несущие гены мушки дрозофилы, кролика, человека (такие организмы, несущие чужеродные гены, синонимично называют рекомбинантными, генно-инженерными, генетически модифицированными, трансгенными). И это, действительно, вызывало тревогу.

Несколько ведущих американских ученых, в том числе сам Пол Берг, опубликовали письмо [1], в котором призвали приостановить работы по генной инженерии до тех пор, пока не будут выработаны правила техники безопасности по обращению с трансгенными организмами. Предполагалось, что организмы, которые несут чужеродные гены и о которых никто ничего не знает, могут иметь свойства, опасные для человека и его среды обитания. Чисто умозрительно высказывалось мнение, что трансгенные организмы, созданные без учета их вероятных экологических характеристик и не прошедшие совместной эволюции с природными организмами, «вырвавшись из пробирки на свободу», смогут бесконтрольно и неограниченно размножиться. Это приведет к вытеснению природных организмов из мест их естественного обитания (экологических ниш); последующей цепной реакции нарушений экологического равновесия; сокращению биоразнообразия; активизации дремлющих, ранее не известных болезней человека, животных и растений; «побегу» чужеродных генов из трансгенных организмов; хаотическому переносу генов в атмосфере; появлению монстров, все уничтожающих.

^ Две версии будущего: трансгенный рай или трансгенный апокалипсис. Кроме опасений биологического и экологического характера, стали высказываться опасения нравственные, этические, философские, религиозные.

В 1973–1974 гг. в дискуссию включились американские политики [1]. В итоге на генно-инженерные работы был наложен временный мораторий — «запрет до выяснения обстоятельств». В течение действия запрета на основании имеющихся знаний следовало оценить все потенциальные опасности генной инженерии и сформулировать правила техники безопасности. В 1976 г. правила были созданы, запрет снят.

Первоначально техника безопасности работ с трансгенными организмами основывалась на том, что созданные химеры могут быть опасны, как чума, черная оспа, холера или сибирская язва. Поэтому с трансгенными микробами работали, словно они патогенны, в специальных инженерных сооружениях. Но постепенно становилось все более очевидным: риск сильно преувеличен, так как за весь период (1976–1994 гг.) интенсивного и все расширяющегося применения генной инженерии ни одного случая возникновения опасности, связанной с трансгенными организмами, зарегистрировано не было [3]. Строгость правил безопасности начала снижаться. Возникла новая отрасль промышленности — трансгенная биотехнология, основанная на конструировании и применении трансгенных организмов. Сейчас в США около 2500 генно-инженерных фирм.

Однако дискуссия о выгодах и опасностях трансгенных организмов и продуктов, из них полученных, все не стихает и в настоящее время ведется с той же интенсивностью, что и 30 лет назад.

Одна из важнейших проблем современности — повышение качества и увеличение количества продуктов питания. В последние годы все чаще их получают, используя генетически модифицированные организмы: бактерии, растения и животных.

Первыми коммерческими трансгенами были [3] помидоры сорта «Flavr Savr», созданные компанией Calgene и появившиеся в супермаркетах США в 1994 г. В дальнейшем были получены многие сорта различных сельскохозяйственных культур с искусственно измененным генетическим кодом. Среди них наиболее распространена соя (коммерческое выращивание начато с 1995 г.), она составляет свыше половины от общего урожая; на втором месте — кукуруза, а за ними — хлопок, масличный рапс, табак и картофель.

Мировые лидеры по выращиванию трансгенных растений — США, Аргентина, Канада и Китай. В России уже существует несколько экспериментальных «закрытых» полей с генетически модифицированными (ГМ) культурами [4]. По сообщению директора центра «Биоинженерия» РАН, академика К. Скрябина, некоторые из них заняты картофелем, устойчивым к колорадскому жуку и полученным на основе трех наиболее распространенных российских сортов: «луговского», «невского» и «елизаветы».

Генетически модифицированные культуры используются для производства как продуктов питания, так и пищевых добавок [4]. Так, из сои получают соевое молоко, которое заменяет натуральное для многих грудных детей. ГМ-сырье обеспечивает большую часть потребности в растительном масле и пищевом белке. Соевый лецитин (Е322) используется как эмульгатор и стабилизатор в кондитерской промышленности, а шкурки соевых бобов — при производстве отрубей, хлопьев и закусок. Помимо этого, ГМ-соя широко применяется в пищевой промышленности и в качестве дешевого наполнителя. Она в значительном количестве входит в состав таких продуктов, как хлеб, колбаса, шоколад и др.

Модифицированные картофель и кукурузу [3] используют для приготовления чипсов и перерабатывают на крахмал, который применяют в качестве загустителя, студнеобразователя и желирующего вещества в кондитерской и хлебопекарной промышленности, а также при производстве многих соусов, кетчупов, майонезов. Кукурузное и рапсовое масло используют в виде добавок в маргарин, выпечку, бисквиты и т.д.

Список продуктов, которые могут содержать или содержат ГМ-компоненты, с указанием компаний-производителей подготовлен специалистами Greenpeas, он доступен всем пользователям Internet [4]. В него вошли: шоколадные изделия компаний Сadbury (Fruit&Nut), Mars (M&Ms, Snickers, Twix, Milky Way), Nestle (включая шоколадный напиток Nesguik); безалкогольные напитки от Соса-Соla (Coca-cola, Sprite), Pepsi Co (Pepsi, 7-Up); рис Uncle Bens (производитель Mars); йогурты Danone; чипсы Proctar&Gemble; сухие завтраки Kellogg,s; супы Campbelle; соусы Knorr; чай Lipton; печенье Parmalat; жевательные резинки Stimorol и Wrigley,s; детское питание от компаний Nestle и Abbot Labs (Similac) и др.

Несмотря на то, что на мировом рынке появляется все больше продуктов, полученных с использованием генетически модифицированных источников, потребители все-таки настороженно относятся к ним и не торопятся переходить на пищу такого рода.

Проблема ГМ-продуктов вызвала бурную полемику в обществе. Главный аргумент сторонников генетической пищи — характеристики самих сельскохозяйственных культур, которым биоинженеры прибавили немало полезных для потребителя свойств. Они менее прихотливы и более устойчивы к болезням, насекомым–вредителям, а главное — к пестицидам, которыми обрабатываются поля и чей вред для человеческого организма давно доказан. Продукты из них обладают лучшим качеством и товарным видом, повышенной пищевой ценностью, дольше хранятся.

Так, из улучшенных генными инженерами кукурузы, соевых бобов и рапса [3] получается растительное масло, в котором снижено количество насыщенных жиров. В «новых» картофеле и кукурузе больше крахмала и меньше воды. Такой картофель при жарке требует немного масла, из него получаются воздушные чипсы и картофель фри, которые по сравнению с немодифицированными продуктами легче усваиваются.

«Золотой» рис, полученный в 1999 г., обогащен каротином [4] для профилактики слепоты у детей развивающихся стран, где рис — основной продукт питания.

Еще недавно прогнозы генных инженеров о «съедобных вакцинах» выглядели как полная фантастика. Однако уже выращен табак, в генетический код которого «вмонтирован» человеческий ген, отвечающий за выработку антител к вирусу кори. В ближайшем будущем, по утверждению ученых [4], будут созданы другие подобные растения с противовирусной «начинкой». В перспективе это может стать одним из главных путей иммунопрофилактики.

В качестве еще одного популярного аргумента обычно называют то [3], что генетически модифицированные культуры отличаются повышенной урожайностью (на 15…25%) и способны спасти увеличивающееся население планеты от неминуемого голода.

Несмотря на все положительные аргументы, у новой технологии нашлось немало противников, считающих, что такая пересадка генов может привести к непредсказуемому синтезу в клетках ГМ-растений опасных для здоровья человека веществ (токсинов, аллергенов и др.) [1–3].

Опасения вызывает и то, что генно-инженерная технология еще несовершенна и процесс встраивания нового гена недостаточно точен. В связи с этим новый ген может оказаться рядом с любым геном или даже внутри него, мешая функционированию последнего [2].

Кроме того, непредсказуемые побочные эффекты от встроенного гена могут быть связаны с его множественным, или плейотропным (от греч. pleion –множество, tropos – направление) действием на процесс индивидуального развития организма [2]. В основе этого явления лежит влияние одного гена на формирование нескольких признаков. Оно может быть использовано для объяснения, например, того, почему гены красного цвета, перенесенные в цветки петунии, не только вызвали изменение окраски лепестков венчика, но и изменили рост корней и листьев растения.

Утверждение, что модифицированные продукты помогут накормить все человечество, оппоненты опровергают данными, свидетельствующими о том, что они не обладают какой-либо пищевой ценностью или таковая незначительна, а также тем, что никаких серьезных результатов в борьбе с голодом в развивающихся странах с их помощью до сих пор не достигнуто. По их мнению [4], подобные продукты скорее удовлетворяют чисто коммерческие интересы, а суть проблемы голода — не в недостатке продовольствия, а в порочной системе его распределения.

Не согласны оппоненты и с утверждением, что генетически измененные растения позволят сократить применение пестицидов [4]. Наоборот, по их мнению, использование устойчивых к гербицидам сельскохозяйственных культур приведет к катастрофическому увеличению количества применяемых ядохимикатов, а следовательно, и к накоплению вредных химических веществ в клетках различных живых организмов. Ведь если раньше фермер применял пестициды весьма осторожно, опасаясь прежде всего снизить свой собственный урожай, то теперь, когда выращиваемые ГМ-растения перестали их «бояться», каких-либо ограничений не существует.

Основной вопрос: безопасны ли для человека продукты питания, полученные на основе генетически модифицированных источников, — пока также остается без однозначного ответа. Хотя в последние годы стали известны результаты некоторых исследований, свидетельствующие о том, что ГМ-продукты отрицательно влияют на живые организмы.

Так, британский профессор Арпад Пуштай (Arpad Pusztai), работавший в государственном институте Роветт (Rowett) города Абердин, в апреле 1998 г. заявил в телевизионном интервью [4], что проведенные им эксперименты выявили необратимые изменения в организме крыс, питавшихся ГМ-картофелем. Они страдали угнетением иммунной системы и различными нарушениями деятельности внутренних органов. Заявление ученого стало поводом для его увольнения с работы за «распространение заведомо ложной псевдонаучной информации».

Однако в феврале 1999г. независимая группа из 20 известных ученых опубликовала заключение о работе А. Пуштая, в котором полностью подтверждалась достоверность полученных им результатов [4]. В связи с этим министр сельского хозяйства Великобритании был вынужден признать эксперименты заслуживающими внимания и рассмотреть вопрос о запрещении продаж ГМ-продуктов без всестороннего исследования и предварительного лицензирования.

Опасения по поводу безопасности ГМ-продуктов еще более усилились в 1999 г. после того, как в Йоркской лаборатории питания (York Nutritional Laboratory) в Великобритании было обнаружено, что проблемы аллергии и пищеварения, вызванные соей, значительно усложнились за последние два года [4].

Компоненты, содержащиеся в ГМ-продуктах, могут быть не только аллергичными, но и высокотоксичными, т.е. наносящими вред живому организму химическими веществами. Так, через несколько лет применения появились сообщения [3, 4] о серьезных побочных эффектах от использования пищевой добавки, известной как аспартам — подсластитель Е951 (слаще сахара в 200 раз). Он применяется при производстве более 5 тыс. наименований продуктов: безалкогольных напитков (Coca-cola light, Pepsi-cola light), йогуртов, молочных десертов, мороженого, кремов, жевательной резинки и др.

Оказалось, что аспартам пригоден только для подслащивания пищевых продуктов, не требующих тепловой обработки. При продолжительном же воздействии температуры выше 30°С компоненты аспартама разделяются, причем сладость теряется. Один из продуктов его разделения — метанол — превращается в формальдегид, вещество с резким запахом, которое вызывает свертываемость белковых веществ, приводя к смерти огромного числа клеток, в том числе и клеток нервной системы.

Беспокойство потребителей по поводу возможных негативных последствий выращивания ГМ-продуктов и употребления продуктов, полученных с их помощью, заставило некоторые крупнейшие торговые концерны США (например, Whole Foods Market Ins и Wild Oats Market Ins) ввести запрет [4] на включение генетически измененных компонентов в сотни своих фирменных продуктов (однако власти США считают, что генетически модифицированные продукты ничем не отличаются от выращенных традиционным способом и являются безопасными). К подобному решению, т.е. к отказу от употребления ГМ-продуктов, пришли владельцы крупных супермаркетов в Европе (например, McDonald,s).

Согласно правилам, принятым в Европейском союзе [4], в продуктах питания разрешено содержание только до 1% генетически измененных компонентов без указания на этикетке. В соответствии с российским законодательством [4] обязательной маркировке подлежит продукция, в которой их содержание более 5%.

Таким образом, аргументы и сторонников, и противников генетически модифицированных организмов и продуктов, полученных из них, довольно весомы. Возможная опасность ГМ-продуктов может проявиться, а может оказаться сильно преувеличенной. В любом случае каждому россиянину следует подумать о возможных непредсказуемых последствиях и самому принять решение: употреблять генетическую пищу или нет.


^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Рыбчин, В.Н. Основы генетической инженерии. / В.Н. Рыбчин. — СПб.: СПбГТУ, 1999.

Короли и капуста: что они никогда не расскажут о генной инженерии / под.ред. В.Б. Колесникова [и др.] – М.: МсоЭС, 2000.

Богданов, В. Рыбопомидор от Франкенштейна / В. Богданов // Рос. аграр. газ. – 2003. – №5 – С.8.

Генная инженерия в России. — Вып.1. — http: //www. biosafety.ru


Материал поступил в редколлегию 16.05.07.


СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ


(статья «Генная инженерия: опасения и недежды»)


Котелович Оксана Фоминична, к.х.н., доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и Химия» БГТУ,


Казаков Олег Григорьевич, к.х.н., доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и Химия» БГТУ,


Удовенко Елена Васильевна, ассистент кафедры «Безопасность жизнедеятельности и Химия» БГТУ,



1 За эту работу Полу Бергу в 1980 г. присуждена Нобелевская премия.