Применение ферментативных препаратов

Ферменты немикробного происхождения находят применение сравнительно реже в силу различных причин, в частности: низкой Лабильности, дороговизны, сезонности получения и других факторов. Но в ряде случаев, в отсутствие микробного аналога, для коммерческих целей выделяют ферменты растительного и животного происхождения. Примерами таких ферментов могут служить ренин животного происхождения, фицин выделенный из инжира, папаин и др. Для получения в производственном масштабе ферментов растительного и животного происхождения в последнее время с успехом используют культивирование тканей и отдельных органов. Предположительно этот метод должен значительно удешевить и соответственно увеличить удельную долю коммерческих ферментов растительного происхождения.

Хотя промышленные ферменты иногда реализуются в виде технических препаратов, определенная их часть подвергается экстракции и очистке. При этом решается несколько задач: удаляют токсичные и нежелательные метаболиты и микроорганизмы, стандартизуют активность. Таким образом обеспечивается более высокое качество препарата и его стабильность, также можно придать препарату желаемые аромат и цвет. Главная трудность возникает из-за неоднородного состава культуральных жидкостей, которые часто содержат большие количества коллоидов и имеют высокую вязкость.

По данным 1990 г., на мировом рынке коммерческий оборот от реализации технических ферментных препаратов составил 800 млн. долларов. 80% всех производимых технических ферментов используется в следующих трех отраслях промышленности: гидролиз крахмала - 40%, производство детергентов - 30%, производство сыра-10%.

Основу промышленной переработки крахмала составляет возможность его превращения в сбраживаемые сахара (глюкоза, мальтоза, изомальтоза), концентрированные сахара-сиропы (глюкоза, фруктоза) и низкомолекулярные олигосахариды-декстрины. Эти соединения используются при производстве ряда пищевых продуктов и напитков. Из существующих методов гидролиза крахмала (кислотный, ферментативный) ферментативный обладает рядом несомненных преимуществ.

Использование ферментов с детерагентами. Все микробные протеазы можно разделить на три класса: сериновые протеазы, металлопротеазы и кислые протеазы. Сериновые и металлопротеазы образуются бактериальными культурами, кислые протеазы образуют микроскопические грибы.

Сериновые и металлопротеазы. Эта группа ферментов довольно широко распространена среди бактерий.

Металлопротеазы используются в пивоваренной и спиртовой промышленности. При производстве пива использование протеаз связано с предотвращением образования мути, являющейся результатом выпадения в осадок белковых компонентов пива. Кроме металлопротеаз для этой цели используются растительные ферменты: бромелин и папаин.

При производстве пищевого спирта ячменный солод заменяют несолодовыми зерновыми. С целью получения сбраживаемых сахаров в среду, предназначенную для сбраживания, добавляют L-амилазу и протеазу.

Кислые протеазы. Ферменты этого типа встречаются у бактерий, но преобладают у высших грибов. Чаще всего эти ферменты, ввиду их способности коагулировать молоко, используются как заменители реннина (фермент получаемый из сычуга молодняка жвачных).

Из культуры Аspergillus oryzae, осаждением органическими растворителями получают такадиастазу, ферментный препарат, содержащий кислую и нейтральную протеазы, L -амилазу, а также целлюлазы и пектиназы. Препарат используется для гидролиза соевого белка, при изготовлении очень популярного в восточных странах соевого соуса.

У свертывающих молоко ферментов коагулирующая активность должна преобладать над протеолитической активностью. Сущность процесса коагуляции заключается в образовании комплекса казеина с ионами Са2+. Сычуг — экстракт желудков телят содержит фермент ренин, который считается наиболее подходящим для этой цели протеолитическим ферментом. Замена дорогостоящего и дефицитного сычужного фермента на дешевый и доступный фермент микробного происхождения является фактором, определяющим дальнейшее развитие сыродельной промышленности.

Грибные протеазы широко используются для деградации клейковины до постоянного уровня. Это позволяет стандартизовать операцию процесса хлебопечения и сократить периоды замешивания и выдержки.

Использование других ферментов (глюкозооксидаза, фруктофуранозидаза, галактозидаза, пектиназы, папаин, трипсин, химотрипсин, а также некоторые протеазы грибного и бактериального пронахождения) значительно увеличилось и практически удваивается каждые 10 лет.

В ближайшем будущем значительный рост использования ферментных препаратов связан с возможностью ферментативного гидролиза лигноцеллюлозных субстратов с целью получения сахара для пищевых целей. В этом направлении ведется большая работа: селективно отобрано свыше 200 культур микроскопических грибов, характеризующихся суперсинтезом внеклеточных целлюлаз; получено более 20 бактериальных культур-трансформантов, осуществляющих синтез отдельных компонентов целлюлаз (в основном эндоглюканазы); налажены технологии, позволяющие производить около 50 разных коммерческих препаратов целлюлаз, отличающихся составными целлюлазными активностями, разработаны различные технологии предобработки лигноцеллюлозных материалов, увеличивающие выход глюкозы в результате ферментативного гидролиза и др. Существующее положение вселяет надежду на то, что в ближайшем будущем эта важнейшая проблема будет все-таки решена. В таком случае ожидается массовый выпуск разных типов целлюлаз (термостабильных, действующих в щелочной среде; целлюлаз, обогащенных отдельными компонентами, и др.) в количестве, превосходящем все существующие масштабы современной ферментной индустрии.

Что касается производства ферментных препаратов высокой чистоты, то это магистральное направление всей отрасли, тем более что за последнее десятилетие значительно усовершенствованы методы очистки ферментов в промышленном масштабе. Это способствовало более широкому использованию ферментов в медицине, хотя надо отметить, что число используемых в медицинской практике ферментов высокой степени чистоты не превышает нескольких десятков.

Иммобилизованные ферменты. Лет 20-25 тому назад считалось, что использование иммобилизованных ферментов может коренным образом изменить ферментную индустрию, в особенности проблемы, связанные с дороговизной и сложностью выделения ферментов. Иммобилизованные ферменты нашли самое разнообразное использование в медицине, фармацевтической, химической и пищевой промышленности, в аналитических целях, в качестве ферментных электродов для определения концентрации Сахаров, аминокислот и других соединений. Кроме того, возможность использования иммобилизованных ферментов привела к созданию таких новых направлений, как радиоиммунный и ферментативный иммуносорбентный анализ. Однако, несмотря на это, иммобилизованные ферменты не применяются в практических целях в таких масштабах, которые предполагались.

Методы получения и типы иммобилизованных ферментов многократно описаны; кроме того, им посвящен ряд обзоров и многочисленные оригинальные публикации как на русском, так и на английском языках, поэтому, по мнению авторов, нецелесообразно в рамках этой книги детально рассматривать эти вопросы. Ограничимся тем, что лишь отметим те преимущества, которыми обладают иммобилизованные ферменты по сравнению со своими растворимыми аналогами:

- иммобилизованные ферменты легко отделяются от реакционной среды и могут быть использованы повторно;

- ферменты в иммобилизованном состоянии проявляют повышенную стабильность к экстремальным условиям и сохраняют активность в течение более длительного времени;

—использование иммобилизованных ферментов позволяет разрабатывать непрерывные технологии;

—методами иммобилизации возможно создание мультиферментных иммобилизованных композиций, это, в свою очередь, позволяет осуществлять последовательные ферментные реакции разных процессов.

Иммобилизованные ферменты характеризуются и некоторыми недостатками. В результате иммобилизации в ряде случаев наблюдается уменьшение удельной активности системы. Происходит это в силу разных причин. Например, ковалентное связывание фермента с носителем может вовлекать во взаимодействие какой-нибудь из аминокислотных остатков, находящийся в непосредственной близости от активного центра. Иммобилизованные ферменты, ввиду фиксации ферментов на носителе, не действуют на неподвижные или нерастворимые субстраты (целлюлоза, ксилан, лигнин и др.).

Еще одним недостатком иммобилизованных ферментов является стоимость иммобилизации, которая может оказаться неприемлемо высокой. Таким образом, при использовании иммобилизованных ферментов приходится решать комплекс вопросов, связанных с экономической обоснованностью их практической реализации.

Тема 6. Генная инженерия бактерий, высших растений и области ее применения

1. Нуклеиновые кислоты и факторы наследственности у животных организмов.

2. Генная инженерия бактерий.

3. Генная инженерия растений.

4. Получение трансгенных растений.

5. Получение трансгенных животных.

1.Нуклеиновые кислоты и факторы наследственности у живых организмов

Важнейшим компонентом всех живых организмов являются нуклеиновые кислоты: рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты состоят из моносахаридов (рибозы и дезоксирибозы) и пуриновых (аденин, гуанин) и пиримидиновых (цитозин, урацил, тимин) азотистых оснований. В состав рибонуклеиновой кислоты входит рибоза, аденин, гуанин, цитозин, урацил, дезоксирибонуклеиновой - дезоксирибоза, аденин, гуанин, цитозин, тимин. Нуклеиновые кислоты состоят из компонентов, называемых нуклеотидами. Каждый нуклеотид содержит азотистое основание, моносахариды, фосфорную кислоту. Нуклеотиды образуют полинуклеотидную цепь. Нуклеиновые кислоты (ДНК) могут быть одно- и двухцепочечные. ДНК, за редким исключением, двухцепочечные. РНК, за редким исключением, одноцецочечные. При этом азотистые основания располагаются внутри спирали. С помощью водородных связей они образуют специфические пары

А-Т, Г-Ц - ДНК

А-У, Г-Ц – РНК

Важнейшая функция РНК - участие в процессе синтеза белков в клетке, ДНК - определение специфичности и передача единиц наследственности. РНК -информационная (несет информацию ДНК о первичной структуре белка), транспортная (транспортирует аминокислоты в рибосомы), рибосомная (образует рибосомы, собирает белки), ядерная (4-10% от общей). Подавляющая часть ДНК сосредоточена в ядре, в цитоплазме эукариот содержится менее 1 % всей ДНК клетки. ДНК эукариот почти вся находится в хромосомах ядер, лишь небольшое ее количество содержится в митохондриях, а у растений и в плазмидах. Суммарный материал хромосом - хроматин. Каждая хромосома состоит из центральной нити (хромонемы), вдоль которой расположены четкообразные структуры (хромомеры). Число хромосом колеблется от одной до 100, чаще 10-50. У эукариот хромосомы всегда парные, по две каждого сорта. Наследственными факторами или единицами наследственности у живых организмов являются гены, которые лежат в хромосомах в линейном порядке. Число генов в одной клетке человека находится в пределах между 5 и 125 тысячами. Бактерии содержат по одной хромосоме в форме замкнутой в виде кольца нити, состоящей из двухцепочной ДНК и не имеющей ядерной оболочки. В цитоплазме многих бактерий кроме хромосомной ДНК содержатся добавочные маленькие кольца ДНК, присутствие которых необязательно. Они получили название плазмид. Плазмиды несут информацию для 2-200 белков. Плазмидная ДНК составляет 1-15% от хромосомной ДНК бактерий. Плазмиды способны автономно размножаться и стабильно наследуются. Некоторые плазмиды способны включаться в хромосому бактерий. В одной клетке бактерий мелких плазмид - несколько десятков, крупных -одна или две.

2. Генная инженерия бактерий

Генетическая рекомбинация заключается в обмене генами между двумя хромосомами. Обмен генами и введение в клетку гена, принадлежащего другому виду, можно осуществить посредством генетической рекомбинации. Этот подход был разработан на бактериях, в частности на кишечной палочке, в клетки которой вводили гены животных, человека и добивались их репликации (размножения). Выделение фрагментов ДНК в хромосомах, несущих гены с необходимыми свойствами, производят с помощью вырабатываемых клетками бактерий ферментов рестрикции (рестриктаз). В клетках кишечной палочки и других бактерий были обнаружены ферменты, разрезающие на куски ДНК вирусов и других фагов (там где расположены специфические последовательности нуклеотидов), и тем самым защищающие клетку от разрушения.

Рестриктазы распознают в ДНК специфичные для них участки длиной в 4-6 пар нуклеотидов и разрезают обе цепи ДНК посередине этих участков или с некоторым смещением. В первом случае образуются обрывки с ровными (тупыми) концами, во втором - стороны оборванных цепочек ДНК чуть-чуть заходят одна за другую. Такие концы называются липкими, они могут слипаться между собой в силу комплиментарности.

Скрепить липкие концы помогает ДНК-лигаза, сшивающая фосфодиэфирные связи.

Для кодирования среднего белка из 400 аминокислот нужен участок ДНК длиной 1200 пар нуклеотидов. В России и за рубежом из различных бактерий выделено несколько сотен рестриктаз, разрезающих ДНК в строго определенных местах, там, где фермент прикреплялся. При этом было установлено, что концы фрагментов ДНК, полученные с помощью обработки хромосом одной и той же рестриктазой, способны слипаться между собой в силу комплиментарности. Две совершенно не схожие между собой последовательности ДНК (например, слона и лягушки) образуют одинаковые липкие концы, если эти ДНК обработать одной и той же рестриктазой. В настоящее время известно более 500 рестриктаз, способных рубить ДНК в 120 различных последовательностях. Это дало возможность получать фрагменты ДНК, содержащие желаемые гены. Участки ДНК, разрезаемые рестриктазами, несложно разделить с помощью электрофореза. ДНК, обработанную рестриктазой, вводят в гель агарозы, помещенной в электрическое поле. Под действием электрического поля фрагменты ДНК начинают перемещаться в пористом геле. Короткие фрагменты движутся быстрее, чем длинные, они отделяются друг от друга, не повреждаются и не утрачивают биологических свойств. Скрепить сцепившиеся липкие концы фрагментов разных ДНК помогает фермент ДНК-лигаза. Она сшивает фрагменты с образованием полной структуры двойной спирали ДНК.

Следующей задачей было создание функционально активных, способных реплицироваться гибридных ДНК. С этой целью интересующий фрагмент ДНК включают в состав вектора, с помощью которого он может быть размножен. Вектор - это молекула ДНК, способная переносить в клетку чужеродную ДНК любого происхождения и обеспечивать там ее размножение. Клетки, в которые вектор переносит вшитый в него ген, получили название реципиентов.

В качестве векторов чаще всего используют плазмиды бактерий. Главное свойство плазмид состоит в их способности реплицироваться независимо от хромосомы. По размеру ДНК плазмиды в 100 раз меньше ДНК бактериальной хромосомы. В плазмиде таких размеров все же может разместиться до сотни генов.

Плазмиды повышают устойчивость бактерий к внешним факторам, защищают их от неблагоприятных воздействий.

Выяснилось, что многие мелкие плазмиды содержат по одному участку для нескольких рестриктаз. Каждая такая рестриктаза не разорвет плазмиду на несколько мелких кусков, а лишь разрежет кольцо плазмидной ДНК и переведет ее в линейное состояние. Первая такая плазмида была открыта английским ученым Стэнли Коуэном в 1974 г., которую он назвал своим именем. Она самостоятельно размножается. Концы ее способны слипаться между собой или с любыми фрагментами другой ДНК, получаемыми под действием той же рестриктазы. Несет ген устойчивости к тетрациклину и легко обнаруживается при выращивании на среде с антибиотиком.

Следующая проблема - заставить клетку воспринять рекомбинантную ДНК. Объектом первых опытов по генной инженерии была избрана кишечная палочка Е.сoli. Клетки кишечной палочки выдерживают на холоде в растворе кальция, затем подвергают «тепловому шоку». После этого клеточная мембрана становится проницаемой для поступления извне молекул ДНК. В плазмиду была включена группа генов из хромосомы Е.сoli, ответственных за синтез аминокислоты триптофана. Когда в клетки Е.сoli ввели гибридную ДНК, они стали вырабатывать столько ферментов, участвующих в биосинтезе этой аминокислоты, что бактерии превратились в фабрику по производству триптофана.

Помимо плазмид, в качестве векторов стали использовать и ДНК вирусов, размножающихся в клетках бактерий. Клетка, получившая гибридную ДНК, размножившись, образует клон. Это открыло путь для производства различных белков, лекарственных препаратов, гормонов, путем искусственного синтеза их генов и вставки их в клетки с помощью плазмид. Важнейший из них -инсулин, получаемый из поджелудочной железы свиней.

3. Генная инженерия растений

Перед учеными встала новая задача - как ввести интересующие нас гены в растительную клетку, тем самым получить растения с необходимыми признаками и свойствами. С этой целью были использованы клетки корончатых галлов - опухолей растений, образующихся на прикорневой части стебля у корневой шейки (отсюда название - корончатый), на подземных (яблоня) и надземных (виноград) частях растений, у прививок в месте стыка привоя с подвоем. Корончатые галлы - настоящая злокачественная опухоль. Их клетки способны распространяться по растению от первичного очага и давать начало вторичным опухолям - метастазам. Болезнь поражает свыше 600 видов преимущественно двудольных растений. Возбудителем болезни оказалась бактерия, выделенная из опухоли винограда в 1897 г. – Аgrobacterium tumefaciens (Pseudomonadaceae). С этой бактерией связано рождение и становление генной инженерии растений. Если этой бактерией, часто встречающейся в ризосфере, заразить здоровое, не пораненное растение, то в области раны разовьется типичный корончатый галл. Опухолевые клетки растут в культуре быстро, без добавления фитогормонов. Для возникновения опухоли достаточно кратковременного контакта с бактерией, само ее развитие происходит в отсутствии бактерии. Под воздействием бактерии нормальные клетки превращаются в опухолевые, но как это происходит, долго не удавалось выяснить. В 1974 г. было установлено, что патогенные штаммы агробактерии содержат крупную плазмиду (150-200 тыс. пар нуклеотидов), отсутствующую у бактерий патогенных штаммов. Теряют плазмиду при температуре более 30°С. Иными словами, фактор, вызывающий образование опухоли, связан у агробактерии с крупными плазмидами. В индуцированных с помощью плазмид опухолях происходит синтез опинов (производных аминокислот, в частности аргинина), использующихся бактериями для питания. Этот механизм осуществляется посредством переноса плазмидных генов, ответственных за синтез опинов, от бактерий к растениям и их последующее существование и проявление в растении без бактерий. Эти гены были выявлены в плазмидах и в опухолевых растительных клетках бактерии. Попадая на ранку подходящего растения, начинают в течение двух часов активно синтезировать целлюлозу, играющую роль связующего жгута. Еще через 4 часа начинается перенос плазмиды из бактерии в клетки растения. Заканчивается он через 2 часа. Теперь присутствие бактерий становится необязательным для развития опухолей. Онкогены плазмиды встраиваются в растительное ядро, что ведет к опухолевой трансформации клетки. Встраивание происходит с помощью обратного действия матричной РНК. Плазмидные онкогены кодируют также синтез фитогормонов (ауксинов, цитокининов), способствующих росту и делению опухолевых клеток.

Гены, которые хотят перенести в растения, вшивают в векторы плазмид Е.сoli, затем гибридные ДНК переносят в агробактерии, а из них в растения. Предназначенный для переноса ген вшивают в участок плазмиды агробактерии, способный внедряться в ядро растительной клетки. Для переноса генов исполь­зуют также вирусы растений, в частности вирус цветной мозаики капусты. Ряд генов вируса, несущественных для его жизнедеятельности, заменяются на другие гены.

4. Получение трансгенных растений

Указанным выше способом новые гены вводят в растения с помощью агробактерий. Наиболее простой путь введения - заражение пораненных растений с образованием корончатогалловых опухолей. Однако опухолевые клетки не способны к регенерации растений. При заражении растений некоторыми штаммами агробактерий образуются тератомы - опухоли-уродцы, состоящие из смеси дифференцированных клеток, способных дать начало различным частям растений. Если этих уродцев привить к здоровому корню, то можно получить нормальные растения с чужеродными генами, введенными через агробактерию. Однако потомство таких растений утрачивало новый признак. Новый ген, введенный с онкогенами, не мог пройти через мейоз, что обусловлено защитой против опухолевых генов. Повреждение онкогенов приводило к тому, что вставленные гены наследовались в потомстве клетки с освобожденными от онкогенов, но неповрежденными участками ДНК. Участки с вставленным геном и генами опинов стали культивировать на среде с добавлением фитогормонов, образованием каллуса и развитием растения. Лишенная онкогенов т-ДНК не мешает регенерации растительной клетки, способна пройти через мейоз и наследоваться в потомстве. Для переноса генов с агробактериями их выдерживают некоторое время с протопластами растительных клеток. Голые протопласты более проницаемы для круп­ных молекул, чем одетые клетки. Кроме протопластов можно использовать мезофильные клетки листьев (злаки трудно поддаются протопластированию и регенерации протопластов).

5. Получение трансгенных животных.

Успехи, достигнутые в выделении генов высших организмов, их рекомбинирование с бактериальными плазмидами, клонирование в бактериях, выяснение последовательности составляющих их нуклеотидов, интеграция рекомбинантной ДНК в живую клетку и экспрссия (размножение) чужеродных генов позволяют говорить о возможности разработки принципиально новой биотехнологии создания животных с нужным геном. Эксперименты показали, что культивируемые клетки высших животных становятся носителями новых наследственных свойств и продуцируют новые для них вещества. Однако методы генетической инженерии для млекопитающих и особенно сельскохозяйственных животных пока слабо разработаны. Одной из причин этого является то обстоятельство, что до сих пор не найдены эффективные и надежные векторы – плазмиды, которые могли бы вносить нужные гены в клетки животных. Другой и, очевидно, главной причиной является глубокая дифференциация клеток у высших животных. Известно, что из одной растительной культивируемой клетки, в которую удалось внести новый ген, можно получить многоклеточный организм – целое растение, в котором чужеродное ДНК будет присутствовать во всех клетках. Поскольку из соматических клеток высших животных получить целый многоклеточный организм не представляется возможным, этот путь нельзя использовать для переноса генов в многоклеточное животное. Новый подход для направленного изменения генома высших животных основан на введении в зиготу или ранний эмбрион клонированных эукариотических генов в составе бактериальных плазмид. Животных, в геном которых интегрируют чужеродные гены, называют трансгенными.

(Клонирование – это размножение в бактериальной клетке рекомбинантной молекулы ДНК.)

Тема 7. Области применения трансгенных растений

1. Получение трансгенных растений, устойчивых к вредным насекомым.

2. Перспективы и ограничения в использовании трансгенных растений.

3. Экологические проблемы, связанные с использованием трансгенных растений.

1.Получение трансгенных растений, устойчивых к вредным насекомым.

Из штамма Bacillus thuringiensis был выделен ген, кодирующий синтез дельта-эндотоксина. Его вставили в векторную плазмиду и перенесли в кишечную палочку. Дельта-эндотоксин начал синтезироваться в кишечной палочке. Гибридную плазмиду перенесли в штамм агробактерий. Трансгенные растения табака получали методом заражения клеток мезофилла листьев (листовых дисков). Растения стали вырабатывать бактериальный яд и оказались нетронутыми гусеницами. В настоящее время интерес к ядовитым трансгенным растениям растет.

1.1. Получение растений, устойчивых к гербицидам. Гены устойчивости к гербицидам обнаружены у сальмонелл, некоторых растений (петуния), синезеленых водоролей.

1.2. Создание растений, устойчивых к вирусам. X вирус, обычный на картофеле, включает 5 генов (РНК). Один из них кодирует белок вирусной оболочки. Этот ген вместе с промотором вируса мозаики цветной капусты был включен в вектор и перенесен в табак. Полученные растения оказались устойчивыми к X вирусу. Появившийся в растении вирусный белок препятствует прикреплению вируса к рецепторам клеточной поверхности. Повышает устойчивость к вирусам введение в геном ДНК-копии сателлитной РНК вирусов, препятствующей размножению основной вирусной РНК.

1.3. Повышение ценности растительного белка. Перспективно получение форм кукурузы, богатых лизином, поскольку лизин увеличивает прибавку веса животных на 25-50%.

Цистеин и метионин увеличивают рост шерсти у овец на 10-100%. Ген гороха, ответственный за синтез этих аминокислот, вводят в люцерну (бедную цистеином и метионином) и скармливают овцам.

1.4. Получение растений, устойчивых к засолению. Устойчивость обеспечивает аминокислота пролин. Ген. ответственный за ее выработку, пересажен от галлобактерий.

1.5. Создание морозоустойчивых растений осуществляется пересадкой антифризных генов из рыб.

Также при применении методов генетической инженерии возможно повышение продуктивности масличных культур.

1.6. Повышение усвояемости растениями атмосферного азота осуществляется пересадкой генов, ответственных за азотфиксацию (nit-генов) из бактерий Rhizobium в растение.

2. Перспективы и ограничения в использовании трансгенных растений

Перспективы работы с трансгенными растениями в различных странах мира. Как сообщает журнал «Аgrow», ссылаясь на данные Международной службы по агробиотехнологии, с 1996 по 1999 гг. площади под трансгенетиками возросли практически в 24 раза, достигнув почти 40 млн.га, без учета Китая. На долю США приходится наибольшая доля площадей под трансгенетиками. В связи с тем, что на распространение трансгенных зерновых культур наложен мораторий, наибольшие площади среди трансгенных культур занимает соя, на долю которой приходится более половины трансгенных культур (54 %), на кукурузу - 28%, на хлопчатник и масличный рапс - по 9%, на картофель, тыкву, папайю - менее 1% (по данным на 1999 г.).

Основные трансгенные культуры, выращиваемые для коммерческих целей, - это устойчивые к гербицидам. В 1999 г. на их долю приходилось около 76% посевов трансгенетиков.

Большинство специалистов считают, что вплоть до 2010 г. основными коммерческими трансгенными культурами останутся кукуруза и хлопчатник, причем 60% посевов кукурузы и 50% хлопчатника займут трансгеники. Табак, устойчивый к гербицидам, вредителям и болезням, пока не вышел на коммерческий рынок, трансгенные зерновые встретили жестокое сопротивление потребителей и значительного числа специалистов из-за своего первостепенного значения для мировой экономики, картофель (по той же причине) еще не принят большинством стран как необходимость. Если учесть, что овощные трансгенные культуры еще находятся в стадии разработки и ближайшее появление их коммерческих плантаций мало вероятно, то ближайшие перспективы расширения площадей под трансгениками не ясны. Неблагоприятное общественное мнение и утверждение, что сорта, устойчивые к гербицидам, могут постепенно терять свои свойства, а к трансгенным культурам, несущим ген В1, вырабатывается устойчивость вредных объектов также снижают прирост площадей, занятых под трансгенными культурами. Прирост площадей под трансгенными культурами в ближайшие годы будет составлять от 25 до 10% с тенденцией к снижению. Европа жестко стоит на позиции ограничений посевов трансгенных культур. В Китае под такими культурами, по разным оценкам, занято от 300 до 500 тыс. га. Предполагается, что в течение ближайших пяти лет эти площади возрастут в 10 раз. В перспективе удельный вес площадей под трансгениками в мировой структуре посевов составит (по отдельным культурам) от 10 до 60%. В зонах рискованного зем­леделия (Африка, Южная Америка, Юго-Восточная Азия, страны СНГ) трансгенные культуры, устойчивые к абиотическим стрессорам, могут стать альтернативой традиционному растениеводству и способствовать росту производства продуктов питания. В этих же странах трансгеники, устойчивые к вредителям и болезням, могут помочь снять остроту проблемы, связанной с недостатком средств на покупку импортных и расширение производства своих пестицидов, а также на приобретение химических средств защиты растений товаропроизводителями.

Площади посевов основных трансгенных культур в мире в 1999 г., млн га

Культура

Площадь посевов

% к итогу

Соя, устойчивая к гербицидам

21,6

В1-кукуруза

7,5

Рапс, устойчивый к гербицидам

3,5

В1-кукуруза, устойчивая к герби­цидам

2,1

Хлопчатник, устойчивый к герби­цидам

1,6

Кукуруза, устойчивая к гербици­дам

1,5

В1-хлопчатник

1,3

В1-хлопчатник, устойчивый к гер­бицидам

0,8

Всего

39,9

В течение последних десяти лет во всем мире было проведено более 15 тысяч полевых испытаний трансгенных растений, в том числе около 7 тысяч в Северной Америке. По прогнозам экономистов, к 2010 г. вложения в исследования по генной инженерии растений в мировом масштабе возрастут до 20 млрд. долларов. Эти исследования дорогостоящие, но по опенкам экономистов, вложения в эту отрасль быстро окупаются.

В России созданием и изучением свойств трансгенных растений занимаются исследовательские группы в Центре «Биоинженерия» РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова, Всероссийском НИИ сельскохозяйственной биотехнологии, Всероссийском НИИ фитопатологии, Институте молекулярной биологии и генетики, Всероссийском НИИ картофельного хозяйства и др.

В правовом отношении для проведения работ в области генной инженерии в 1993г. была создана временная межведомственная комиссия для выработки проекта законодательных документов, регулирующих генно-инженерную деятельность в России. В работе комиссии принимали участие сотрудники Всероссийского НИИ фитопатологии РАСХН (ВНИИФ). К 1995 г. был подготовлен проект закона, представленный в Правительство и Государственную Думу.

Федеральный закон «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности» принят Государственной Думой 5 июня 1996 г. и подписан Президентом России Б.Н. Ельциным 5 июля 1996 г. В апреле 1997 г. вышло постановление Правительства Российской Федерации «О межведомст­венной комиссии по проблемам генно-инженерной деятельности» и тогда же Правительством РФ было утверждено положение о ее работе.

3.Экологические проблемы, связанные с использованием трансгенных растений.

Сегодня в число трансгенных (генетически модифицированных) растений (ГМР) уже входят две сотни полевых, пастбищных, овощных, древесных, декоративных и лекарственных культур. Для генной инженерии не существует препятствий, которые ограничивают перенос генов при традиционной селекции, основанной на половой гибридизации: источником новых генов могут быть любые организмы - животные, растения или микробы. Более того, генные инженеры могут так изменить строение этих генов, приспособив их к организму новою хозяина, чтобы заставить работать продуктивнее или в строго определенный период развития растения.

Сегодня генная инженерия сельскохозяйственных растений развивается, главным образом, в русле классической селекции. Основные усилия ученых сосредоточены на защите растений от неблагоприятных (биотических и абиотических) факторов, снижении потерь при хранении и улучшении качества продукции растениеводства. В частности, это повышение устойчивости к болезням и вредителям, заморозкам или засолению почвы, удаление нежелательных компонентов из растительного масла, изменение свойств белка и крахмала в пшеничной муке, улучшение лёжкости и вкуса плодов томата и т.д.

Генетическая модификация. Селекционеров привлекает возможность целенаправленного генетического преобразования сельскохозяйственных растений. Так, сорт, хорошо зарекомендовавший себя по большинству хозяйственных характеристик, можно дополнить одним недостающим признаком, например, устойчивости к конкретной болезни.

Кроме того, благодаря генетической модификации растения могут выполнять ранее несвойственную им роль. Они становятся «фабрикой» лекарственных веществ и пищевых добавок или инструментом для «мягкого» введения лекарств, вакцин и необходимых пищевых добавок. Это, например, корнеплоды сахарной свеклы, накапливающие вместо сахарозы низкомолекулярные фруктаны, или бананы, используемые в качестве съедобной вакцины. Благодаря введению генов бактерий высшие растения приобретают способность участвовать в разрушении чужеродных органических соединений (ксенобиотиков), загрязняющих окружающую среду.

Противники генетически модифицированных растений не без оснований напоминают, что создание, испытание и семеноводство трансгенных сортов монополизировано несколькими транснациональными корпорациями, которые в состоянии ограничивать доступ информации о неблагоприятных экологических последствиях широкого применения продуктов из ГМР. Очевидно, потребуется несколько лет для их экологической экспертизы и приспособления к консервативным вкусам потребителей. Последние вправе ожидать, что закон защитит их право выбора между традиционными и генетически модифицированными продуктами питания.

Гарантией против возможных нежелательных последствий генетической модификации растений является законодательное регулирование распространения ГМР и разработка связанных с этим методов оценки экологического риска. Во многих странах уже приняты законы, предотвращающие несанкционированное распространение трансгенного семенного материала и обеспечивающие мониторинг трансгенов в посевах, а также маркировку пищевых товаров, изготовленных из продуктов ГМР или с их добавлением. В нашей стране также принят Закон о государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности от 05.07.1996 г. и подзаконные акты, регулирующие генно-инженерные работы, полевые испытания трансгенных растений и ввоз генетически модифицированных семян, продуктов питания и кормов.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: