Генетически модифицированные источники пищи. Способы получения, использование и перспективы. Примеры генетически модифицированной расти

1. Генетически модифицированные источники пищи. Способы получения, использование и перспективы. Примеры генетически модифицированной растительной, мясной и молочной продукции.

 

Стремление на протяжении человеческой истории к повышению пищевой  ценности и безопасности пищи, обеспечению  доступности продовольствия реализовывалось  через совершенствование селекции растений и сельскохозяйственных животных, выращивания, уборки и хранения сельскохозяйственной продукции, а также способов переработки  и хранения готовых пищевых продуктов. Применяемые подходы к улучшению  качества и доступности пищевых  продуктов привели к изменению  генетики и физиологии организмов, используемых для производства продовольствия. Путем селекционного выведения  растений и животных или отбора лучших штаммов микроорганизмов (бактерий, грибов) или путем целенаправленного  введения мутаций, дающих желаемые свойства источников продовольствия, была коренным образом изменена организация генома этих организмов. Традиционные программы  селекции сельскохозяйственных культур  позволили добиться высоких результатов  в умножении и усилении положительных  свойств родственных растений. Однако продолжать повышение урожайности  такими методами в настоящее время  стало невозможно. Другой огромной проблемой является непредсказуемый  и неконтролируемый характер болезней сельскохозяйственных культур.

 

Начавшееся сравнительно недавно  использование в производстве пищевых  продуктов методов, которые объединяются общим термином «генетическая модификация», или получение пищи из генетически  модифицированных источников, привлекает к себе повышенное внимание и даже предвзятое отношение общественности. Методы генетической модификации позволяют  изменить организацию генетического  материала целенаправленно, быстро и уверенно, как это было невозможно при традиционных методах селекции. Однако цели генетической модификации  и традиционных методов селекции одни и те же.

 

Таким образом, генетическая модификация - это лишь одна из современных технологий производства пищевых продуктов. В настоящее время для пищевых целей рассматриваются только растительные генетически модифицированные источники пищи. Для производства пищевых продуктов никакие животные генетической модификации пока не подвергаются. Однако, понимая интенсивность исследований и быстроту получения научных данных, данное заявление может оказаться устаревшим сразу после выхода в свет этой книги.

 

Термин  «генетическая модификация» используется для обозначения процесса, посредством которого можно изменить организацию генетического материала, используя для этого метод рекомбинантных ДНК. Этот процесс включает использование лабораторных методов введения, изменения или вырезания участков ДНК, содержащих один или более генов. Отличие генетической модификации от обычных методов скрещивания заключается в возможности манипулировать отдельными генами и переносить гены между разными видами растений, животных и микроорганизмов, которые не поддаются скрещиванию.

 

Первые трансгенные  растения были выведены в 1984 г. К 2000 г. генетической модификации подверглись около 100 видов растений. Однако сельскохозяйственное значение имеют в настоящее время лишь 8-10 культур. Несколько видов растений модифицированы с целью изменения состава и пищевой ценности, однако в настоящее время такие культуры не разрешены к сельскохозяйственному производству и получению пищевых продуктов. Большинство генетически модифицированных культур первого поколения (выращиваемые в производственных объемах) представляют собой культуры, модифицированные с целью только повышения урожайности, облегчения процесса уборки и переработки, лучшей сохранности или комбинации этих качеств. Это достигается путем придания устойчивости к болезням, вызываемым вирусами, бактериями, грибами, устойчивости к насекомым или к действию гербицидов. Немаловажным стимулом к созданию генетически модифицированных культур является снижение вынужденного применения инсектицидов и других пестицидов с широким спектром действия.

 

Для выведения растений, защищенных путем генетической модификации  от вредных насекомых, применяется  несколько методов. Наиболее распространен  метод включения и экспрессии генов, полученных из почвенной бактерии Bacillus thuringientis (Bt). Эти бактерии вырабатывают во время спорообразования кристаллы  белка (дельта-эндотоксин), обладающего  инсектицидным действием. Препараты  из спор бактерий или выделенного  белка на протяжении многих лет используются в качестве инсектицидов. В сельскохозяйственных культурах, генетически модифицированных с целью экспрессии токсинов В1, защита от насекомых осуществляется с помощью  того же механизма. Токсины вырабатываются в неактивной форме, которая активируется кишечными протеиназами насекомого. Токсин прикрепляется к рецепторам в кишке и повреждает ее.

 

Генетически модифицированные источники продовольствия

 

Кукуруза

 Цель создания:

Защита от насекомых-вредителей

Устойчивость к гербицидам

«Мужское бесплодие» культуры (предупреждение перекрестного опыления и образования  менее ценных гибридов)

Рапс масличный

Цель  создания:

Устойчивость к гербицидам

Высокое содержание лауриновой кислоты

«Мужское бесплодие» культуры

Папайя

Цель  создания:

Вирусоустойчивость

Картофель

Цель  создания:

Защита от вредных насекомых (колорадского жука). Вирусоустойчивость

Соя

Цель  создания:

 Устойчивость к гербицидам

Высокое содержание олеиновой кислоты

Тыква

Цель  создания:

Вирусоустойчивость

Сахарная свекла

Цель  создания:

Устойчивость к гербицидам

Томаты

Цель  создания:

Замедление созревания

Снижение потерь

Вирусоустойчивость

Цикорий

Цель  создания:

Устойчивость к гербицидам

«Мужское бесплодие» культуры

 

У млекопитающих, в том числе  и у человека, таких рецепторов нет. Поэтому токсины В1 обладают избирательной токсичностью для  насекомых и нетоксичны для млекопитающих.

 

Другие гены-инсектициды, которые используются при выведении генетически модифицированных культур, кодируют растительные лектины, ингибиторы пищеварительных ферментов организмов-вредителей (протеаз и амилаз), или участвуют в биосинтезе вторичных метаболитов растений.

 

Генетически модифицированные растения, устойчивые к гербицидам, были получены путем введения в растения гена, выделенного из одного из почвенных  микроорганизмов.

 

Для повышения вирусоустойчивости генетическая модификация позволяет  применить другой подход - «иммунизацию». Созданы генетически модифицированные вирусоустойчивые культуры, у которых  растения с экспрессией генов, кодирующих определенные вирусные белки, приобретают  иммунитет к последующей инфекции патогенным вирусом.

 

Большинство выведенных в настоящее  время методами генетической модификации  сельскохозяйственных культур обладает более высокими сельскохозяйственными  характеристиками. В перспективе  развития технологии генетической модификации - создание пищевых продуктов с  заданной или улучшенной пищевой  ценностью. Пока пищевые продукты с  измененной пищевой ценностью, созданные  методами генетической модификации, на рынке отсутствуют. Однако экспериментальные  образцы уже существуют и их приход в питание человека весьма вероятен. На это ориентируют уже имеющиеся  примеры получения новых сортов сельскохозяйственных растений с измененными  пищевыми свойствами методами традиционной селекции: рапса с низким уровнем  эруковой кислоты, подсолнечника с  высоким содержанием линолевой  кислоты.

 

Биологические особенности и безопасность генетически  модифицированных источников пищи

 

Пищевые продукты, получаемые из видов, выведенных традиционными методами селекции, употребляются в пищу сотни  лет, и продолжают появляться новые  виды. Сорта, обладающие по сути такими же свойствами, выводятся и методами генетической модификации путем  переноса одного или нескольких генов. Принято считать, что обычные  методы выведения новых сортов культур  более безопасны, чем технология генной модификации.

 

Анализ путей и механизмов, посредством  которых в пищу могут попадать или в ней образоваться потенциально опасные для здоровья факторы, показывает, что пищевые продукты, полученные методами генетической модификации, по своей природе не представляют какого-то уникального риска. Изменения изначально присущих пищевых характеристик, показателей  токсичности, аллергенности пищевых  продуктов могут произойти вследствие изменений в экспрессии генов  независимо от того, вызваны они  традиционными методами селекции или  же методами генетической модификации. Тем менее, в настоящее время  в странах ЕС продукты, полученные методами генетической модификации, подвергаются более жесткой оценке и пристальному изучению, чем продукты, полученные другими способами. Это происходит не потому, что такие продукты создают  больший риск, а лишь в качестве меры предосторожности, пока не будет  приобретен опыт использования этой технологии.

2. Методы изучения изменчивости. Качественные и количественные признаки. Использование методов биологической статистики для изучения количественных признаков.

 

Выделяют следующие виды изменчивости: мутационную, комбинативную, коррелятивную и модификационную.

Мутационная изменчивость. Мутация — стойкое изменение в структуре ДНК и кариотипе. Мутационный процесс — первоисточник наследственной изменчивости. В результате его у потомков появляются новые признаки и свойства, которых не было у предков. Различная окраска меха у норок и лисиц, полиморфизм белков и ферментов, наследственные дефекты (ахондроплазия, пупочная грыжа, врожденное отсутствие конечностей и т. д.) — это примеры мутационной изменчивости.

Мутации — один из главный факторов эволюции и создания новых пород животных и сортов растений.

Комбинативная (комбинационная) изменчивость. Это наследственная изменчивость, возникающая в потомстве в результате новых сочетаний признаков и свойств при скрещиваниях. Она не ведет к возникновению новых наследственных признаков, а происходят лишь комбинация и рекомбинация генов, имеющихся у родительских форм. На основе комбинативной изменчивости выведено много пород животных: орловская рысистая порода лошадей, костромская порода крупного рогатого скота, алтайская тонкорунная порода овец и т. д. Например, в результате скрещивания зебу с европейскими породами скота был создан австралийский молочный зебу. В новой породе сочетаются устойчивость к клещам, жаре, как у зебу, и высокая молочная продуктивность, как у европейского скота.

Зная характер наследования признаков  и свойств, можно создать желаемое их сочетание. Если селекционер ставит перед собой цель получить сапфировую окраску меха у норок, то он должен скрестить алеутских норок (генотип  ааРР) с платиновыми (ААрр). Первое поколение  норок имеет коричневый мех. При  скрещивании гибридов первого поколения  между собой в F2 получают 1/16 сапфировых норок (аарр). При разведении сапфировых норок появляются только сапфировые норки.

Коррелятивная изменчивость. Организм развивается как единое целое под влиянием наследственности и условий среды. Поэтому изменение одних органов и тканей может вести к изменению других органов, тканей или функции организма. Так, недоразвитие передней доли гипофиза ведет к задержке роста и половозрел ости.

В зоотехнической и ветеринарной практике изучение корреляционной изменчивости имеет большое значение. Известно, что между высокой молочностью  и высокой способностью к откорму  существует отрицательная корреляция. Поэтому не выведены породы, сочетающие высокую молочную продуктивность, как  у молочных пород, и мясные качества, как у мясных пород. Между устойчивостью к болезням и признаками продуктивности может быть положительная или отрицательная связь. Например, между устойчивостью к эймериозу (кокцидиозу) у кур и массой тела существует положительная корреляция.

Модификацяонная изменчивость. Это ненаследственная фенотипическая изменчивость, возникающая под влиянием условий среды и не изменяющая генотип. Модификационная изменчивость широко распространена в природе, так как на развитие организма влияют условия среды. Однояйцовые близнецы, находящиеся в разных условиях среды, различаются по своим признакам, несмотря на одинаковый генотип. У медоносной пчелы самки развиваются из оплодотворенных яиц, но в зависимости от качества пищи в личиночной стадии могут стать или рабочими пчелами, или маткой. При питании маточным молочком женская особь превращается в матку. Количественные признаки (удой, масса, настриг шерсти и т. д.) подвержены сильному влиянию условий среды и характеризуются большой модификационной изменчивостью. Качественные признаки (группы крови, масть и т.  д.)  в основном  контролируются  наследственностью.

Условия среды иногда сглаживают генетические различия между животными. Тогда  худшие и лучшие по генотипу особи  могут иметь одинаковую продуктивность. Поэтому в плохих условиях среды  отбор по фенотипу по многим признакам малоэффективен. Недостаточный уровень кормления матерей может привести к недоразвитию потомков не только в первом, но и в последующих поколениях. В таких случаях мы имеет дело с длительными модификациями.