******************************************************************* * П Р О Б Л Е М Ы Х И М И Ч Е С К О Й Б Е З О П А С Н О С Т И * ******************************************************************* **** Х И М И Я * И * Ж И З Н Ь *************** ******************************************************************* ** Сообщение UCS-INFO.1479, 31 марта 2006 г. * ******************************************************************* Генетика на марше МИННОЕ ПОЛЕ ГЕНЕТИКИ Наступление трансгенов С каждым годом растет количество площадей с генетически модифицированными (или трансгенными) культурами: пшеницей, соей, кукурузой, хлопком, картофелем, свеклой, табаком, помидорами и др. В 2003 г. генетически модифицированными (ГМ) культурами было засеяно в мире около 70 млн га, т.е. 15% всех площадей, пригодных к земледелию. Наибольшее количество площадей с трансгенными культурами засеяно в США (42,8 млн га), Аргентине (13,9 млн га), Канаде (4,4 млн га), Бразилии (3 млн га), Китае (2,8 млн га). ГМ-растения через пыльцу и семена, подобно пожару, захватывают все больше площадей на Земле. Появляются плантации и с быстрорастущими ГМ-деревьями, которые сильно истощают почву, нарушают ее структуру. В результате внедрения устойчивых к насекомым ГМ-деревьев в лесные системы происходит постепенное разрушение лесов, исчезновение многих видов растений и животных. Можно указать на несколько причин опасности распространения генетически модифицированных организмов. Во-первых, это вытеснение устойчивыми к внешним воздействиям ГМО других организмов, что ведет к значительному сокращению биологического разнообразия. Вторая причина связана с нарушением, а в некоторых случаях и с разрушением трофических цепочек: появление ГМ растений, устойчивых к насекомым, становится причиной исчезновения сначала многих видов насекомых; потом птиц и других животных, питающихся насекомыми; затем и крупных млекопитающих, употребляющих в пищу мелких животных. Но особую опасность представляет третья причина: вероятность встраивания <чужих> генов в геномы других организмов в результате горизонтального переноса генов. Научный советник правительства Норвегии, профессор Терье Траавик, который более 20 лет занимался генной инженерией считает, что искусственный генный материал, выпущенный в окружающую среду, может внедриться в генетический материал клеток всех видов, включая и человека. Этот процесс, называемый горизонтальным перемещением генов, уже привел к появлению новых вирусов и бактерий, ведущих к страшным мутациям и вызывающих острый токсикоз, аутоиммунные реакции, онкологические заболевания. Риски ГМ-организмов С помощью генной инженерии ученые выделяют ген какого-нибудь организма и <встраивают> его в геном клетки другого организма (растения или животного) с целью изменения свойств или параметров последнего. Таким образом, производят транспортировку гена, т.е. трансгенизацию. К основным способам генной трансформации растений можно отнести два способа: агробактериальный и биобаллистический. Наиболее распространенным является агробактериальный, в основе которого лежит использование в качестве переносчиков <чужих> генов бактериальных плазмид (внехромосомных кольцевых ДНК) опухолеобразующей почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens, являющейся виновницей образования растительных наростов - галлов. Именно этот способ успешно применяют для большинства видов двудольных растений как картофель, томаты, плодовые и ряд других культур. За исключением риса модификация злаков при помощи агробактериальных плазмид оказалась неэффективной. При биобаллистическом способе производят <обстрел> растительных клеток микроскопическими вольфрамовыми или золотыми частицами, с нанесенными на них молекулами ДНК. Затем следует селекция трансформированных клеток и регенерация трансгенных растений. С помощью этого способа, в основном, производят модификацию однодольных растений, к которым относятся пшеница, рис, ячмень и кукуруза. При биобаллистическом способе вероятность <встраивания> сразу многих копий ДНК-векторов, <обрывков> ДНК и других сбоев выше, чем при работе с агробактериями. При этом введенный ген может попасть в середину структурного гена растения-реципиента и изменить или выключить его активность. А в результате будут появляться растения с неизвестными свойствами, определить которые сразу практически невозможно. При сравнении двух способов трансформации растений агробактериальный представляет наибольшую опасность как для растений, так и для животных и человека, в связи с большой вероятностью <горизонтального> переноса и встраивания чужеродных генов (ГМ-вставок) в клетки хозяина. Некоторые ученые предлагают рассматривать трансгенизацию как <ускоренную> селекцию. Однако селекция имеет одно очень важное ограничение: с помощью селекции можно получать гибриды только родственных организмов, т.е. скрещивать картофель разных сортов можно, а получать, например, гибриды картофеля с яблоком или помидора с рыбой - нельзя. Сторонники ГМО утверждают, что ГМ-вставки полностью разрушаются в желудочно-кишечном тракте человека. Однако, по мнению российских генетиков, поедание организмов друг другом может лежать в основе горизонтального переноса, поскольку показано, что ДНК переваривается не до конца и отдельные молекулы могут попадать из кишечника в клетку и в ядро, а затем интегрироваться в хромосому. Что же касается колечек плазмид, то кольцевая форма ДНК делает ее более устойчивой к разрушению. А имеет ли какое-нибудь значение попадание ГМ-вставок в разные органы животных и человека? Все больше сведений поступает не только о токсичности генетически модифицированных растений, но и о снижении репродуктивности и патологических изменениях в органах тех животных, которые поглощают ГМО. Правительственные исследования в Шотландском институте урожая показали опасность ГМ растений для насекомых. Божьих коровок кормили тлей, которую разводили на ГМ картофельных растениях. Жизнь божьих коровок сокращалась до половины ожидаемой продолжительности жизни, а их плодовитость и кладка яиц значительно уменьшалась. В исследовании, опубликованном в журнале Nature, сравниваются три группы личинок бабочки Монарх Danaus plexippus. У той группы личинок, которая кормилась растительным млечным соком с ГМ-пыльцой, наблюдалось замедленное развитие и низкий процент выживаемости. В другой работе было обнаружено негативное влияние ГМ-кукурузы на бабочку-парусник. ГМО оказывают неблагоприятное воздействие и на млекопитающих. Наиболее известными и значимыми являются исследования А.Пуштая, который показал угнетение иммунной системы и нарушение деятельности внутренних органов у крыс, которых в течение 10 дней кормили картофелем с геном подснежника. Похожие результаты были получены и в России при проверке двух сортов картофеля, устойчивого к колорадскому жуку. ГМ-вставки были обнаружены в молоке коров, а также в крови мышей, которых кормили или подкармливали ГМ-растениями. При кормлении беременных самок мышей ГМ-кормом чужеродные гены были выявлены в белых кровяных тельцах, в разных органах (печени, мозге, селезенке, кишечнике, почках, семенниках и др.) и коже внутриутробных плодов и новорожденных мышат. ГМ-вставки нашли в слюне и микрофлоре кишечника человека. Экспериментальное исследование ГМ-сои Мы решили сами проверить описанные другими исследователями данные. В связи с этим нами были проведены предварительные исследования влияния ГМ-сои на белых крыс и их потомство. В экспериментах была использована ГМ-соя линии 40.3.2., устойчивая к гербициду раундапу (для борьбы с сорняками). Именно эту генетически модифицированную сою широко используют в мясной и молочной промышленности. Крысам другой группы для сравнения добавляли к корму традиционную сою. Схема экспериментов была достаточно простая. К общевиварному корму самок добавляли ГМ-сою или традиционную сою в виде соевой муки за две недели до спаривания, во время спаривания и несколько больше во время кормления (по 5-7 г на 1 крысу). В качестве <Контроля> служили самки, к корму которых ничего не добавляли. Таким образом, эксперименты были проведены на 3-х группах крыс: 1 группа - контроль; 2 группа - добавляли к корму ГМ-сою; 3 группа - добавляли к корму традиционную сою. Регистрировали вес крысят, подсчитывали число родившихся и умерших крысят в течение трех недели. Исследования были проведены на 15 самках и 122 крысятах. Полученные данные показали, что после добавления к общевиварному корму ГМ-сои наблюдается высокая смертность крысят (~ 55,6%). При этом из выживших крысят из ГМ-соевой группы 36% имели вес менее 20г через две недели после рождения по сравнению с группами <Контроль> и <Трад. Соя> (6% и 6,7% соответственно), что свидетельствует об ослабленном состоянии крысят из группы ГМ-соя. В настоящее время возникли проблемы и с получением второго поколения от выживших крысят из группы <ГМ-соя>. Смертность крысят через 3 недели Группы Кол-во Кол-во Процент родившихся умерших умерших крысят крысят крысят (через 3 нед) Контроль 44 3 6,8 p<0,001* ГМ-соя 45 25 55,6 Традициционная соя 33 3 p<0,001* 9 * По сравнению с группой <ГМ-соя>. Распределение веса по группам через 2 недели после рождения Группы Добавки 50-40 г 40-30 г 30-20 г 20-10г Контроль 12,5% 37,5% 44% 6% ГМ-соя 0% 23% 41% 36% Традиционная соя 0% 20% 73,3% 6,7% Эти исследования показывают, что ГМ-соя, устойчивая к гербициду раундапу, приводит к повышенной смертности и заболеваемости новорожденных крысят. Негативное влияние этой же линии сои было показано и на другом виде млекопитающих - мышах. Мина замедленного действия. В районе разведения ГМ-культур наблюдается резкое уменьшение численности диких видов животных и растений. Может быть с этим связана печальная статистика, полученная британскими биологами? Изучая бабочек, птиц и растения в Англии, Шотландии и Уэльса, они установили, что за последние 30 лет количество видов и их популяция значительно сократились. По сравнению с исследованиями 1970-80 годов популяция 58 отобранных видов бабочек снизилась на 71 процент, численность 201 вида птиц сократилась на 54 процента. До этого их проверяли с 1968 по 1971 и с 1988 по 1991 годы. Кроме того, за последние 40 лет 1254 вида аборигенных растений Британии потеряли 28 процентов от своего общего количества. За это же время некоторые виды исчезли совсем. Под угрозой вымирания находятся до половины всех видов бабочек в Австралии. В Бразилии, на равнинной части могут погибнуть 48 процентов флоры, причем многие растения так и останутся неизученными. Согласно последним научным данным, полное исчезновение грозит миллиону видов до 2050 года. Есть еще один очень важный аспект, на который почему-то мало кто обращает внимание. Исследователи из университета в Майнце выяснили, что причиной дождей и туманов могут быть живые организмы, населяющие атмосферу. Бактерии, вирусы, водоросли, споры грибов, которые составляют около четверти массы воздушных взвесей, становятся центрами конденсации водяных капель или ледяных кристаллов (по данным Reuters). Исследователи утверждают, что наличие биологических организмов не учитывалось раньше при создании климатических моделей. Серьезное воздействие на окружающую среду было оказано генной инженерией при изменении генома льдообразующих бактерий Pseudomonas syringae и Erwinia herbicola. Известно, что эти бактерии являются центрами кристализации льда в результате образования на их мембране липогликопротеинового комплекса (lipoglycoprotein complex) (Kozloff et al, 1991). Американцы, спасая свои урожаи от заморозков, с помощью биотехнологических процедур удалили у Pseudomonas syringae ген, ответственный за синтез этого комплекса (т.е.Pseudomonas syringae минус ген) (Orser et al., 1985). В окружающей среде модифицированные бактерии стали конкурировать с природными бактериями, постепенно вытесняя их. По мнению Ю.Г.Чиркова (2002, стр. 223) <бактерии, вокруг которых образуются кристаллики льда, скорее всего, играют в природе заметную роль. При занесении их воздушными потоками в верхние слои атмосферы они способствуют образованию дождя и снега. Что произойдет, если эти бактерии <аборигены>, не выдержат <конкуренции> с модифицированными человеком микробами?>. Может быть уничтожение <льдообразующих> бактерий и является одной из причин быстрого и странного изменения климата? Биотехнологию, которая находится на переднем крае науки, несомненно, развивать нужно. Однако масштабное распространение генетически измененных организмов, при создании которых в ряде случаев используются несовершенные биотехнологические приемы, вызывает серьезное опасение и тревогу. В сентябре 2005 г. в Италии проходила конференция, посвященная возможности сосуществования ГМ-культур и традиционных культур. Вывод был однозначным: из-за генетического загрязнения сосуществование традиционных и ГМ-культур невозможно. Между тем количество ГМ-плантаций все время растет. Так, в 2004 г. по сравнению с 2003г. число ГМ-полей выросло на 20%. Одновременно увеличивается и количество онкологических больных, повышается смертность и заболеваемость новорожденных, растет число бесплодных людей. Но если у человека еще есть запас времени, то у растений и животных этот запас значительно меньше. Поэтому первый удар примет на себя Природа, т.е. среда нашего обитания. Уменьшение численности растений и животных или их исчезновение может привести к сильному нарушению экологического баланса, опустыниванию, к непредсказуемому изменению климата и трагическим последствиям. В погоне за большими урожаями и денежной прибылью человечество подложило под себя мину замедленного действия. Будем ли мы ждать, когда эта мина взорвется или постараемся ее обезвредить? Литература 1. Гвоздев В.А. Подвижные гены в геномах эукариот. В кн. <Геном, клонирование, происхождение человека>. Под ред. Л.И.Корочкина. 2004. С.54-72. 2. Кузнецов В.В., Куликов А.М. Генетически модифицированные риски и полученные из них продукты: реальные и потенциальные риски. Российский химический журнал, 2005. 69 (4). С.70-83. 3. Медико-биологические исследования трансгенного картофеля, устойчивого к колорадскому жуку. Отчет Института питания РАМН. М: Институт питания РАМН. 1998, 63с. 4. Чирков Ю.Г. Время химер. Большие генные игры. Москва. ИКЦ <Академкнига>. 2002. 5. Янковский Н.К., Боринская С.А. Геном человека: достижения и перспективы. В кн. <Геном, клонирование, происхождение человека>. Под ред. Л.И.Корочкина. 2004. С.28-54. 6. Birch A.N.E., Geoghegan I.E., Majerus M.E.N., Hackett C., Allen J. Interactions between plant resistance genes, pest aphid populations and beneficial aphid predators. Annual report of the Scottish Crop Research Institute 1996. P. 68-72. 7. Coghlan A. GM crop DNA found in human gut bugs. NewScientist. 2002. 8. Kozloff L. M., Turner M.A., Arellano F. Formation of bacterial membrane ice-nucleating lipoglycoprotein complexes. J. Bacteriol. 1991 October; 173(20): 6528-6536. 9. Losey J.E., Rayor L.S., Carter M.E. Transgenic pollen harms monarch larvae. Nature 399, 214 1999. 10. Mercer, D.K., Scott, K.P., Bruce-Johnson, W.A., Glover, L.A. and Flint, H.J. Fate of free DNA and transformation of oral bacterium Streptococcus gordonii DL1 plasmid DNA in human saliva. Aplied and Environmental Microbiology 65. 1999. P.6-10. 11. Orser C., Staskawicz B.J., Panopoulos N.J., Dahlbeck D., Lindow S.E. Cloning and expression of bacterial ice nucleation genes in Escherichia coli. J Bacteriol. 1985 October; 164(1): 359-366. 12. Pusztai A. Report of Project Coordinator on data produced at the Rowett Research Institute. SOAEFD flexible Fund Project RO 818. 22 October 1998. 13. Schubbert R., Lettmann C. and Doerfler W. Ingested foreign (phage M13) DNA survives transiently in the gastrointestinal tract and enters the blood stream of mice. Molecules, Genes and Genetics 242. 1994. P.495-504. 14. Schubbert R., Hohlweg U., Renz D. and Doerfler W. On the fate of orally ingested foreign DNA in mice: chromosomal association and placental transmission in the fetus. Molecules, Genes and Genetics 259. 1998. P.569-576. 15. Zangerl R., McKenna D., Wraight C. L., Carroll M., Ficarello P., Warner R. and Berenbaum M. R. Effects of exposure to event 176 Bacillus thuringiensis corn pollen on monarch and black swallowtail caterpillars under field conditions. Proc Natl Acad Sci USA. 2001 98(21): 11908-11912. И.В.Ермакова, доктор биологических наук, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН "Государственное управление ресурсами", No 2, 2006 г. ************************************************************** * Бюллетень выпускается Союзом "За химическую Безопасность" * * (http://www.seu.ru/members/ucs) * * Редактор и издатель Лев А.Федоров. Бюллетени имеются на * * сайте: http://www.seu.ru/members/ucs/ucs-info * * *********************************** * * Адрес: 117292 Москва, ул.Профсоюзная, 8-2-83 * * Тел: (7-495)-129-05-96, E-mail: lefed@online.ru * ************************** Распространяется * * "UCS-PRESS" 2006 г. * по электронной почте * ************************************************************** =-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=-=