02

Горизонтальный перенос генов и селекция растений. С.И. Малецкий

Горизонтальный перенос генов и селекция растений.

С.И. Малецкий

Научно-исследовательский и Инновационный центр, Ассоциация группы МИР,

г. Санкт-Петербург, Новосибирск, Россия

 

В последние десятилетия возникло новое направление в методах преобразования геномов – генная инженерия[1] (биотехнология in vitro), использующая инфекционный метод переноса генов из геномов различных (растительных или животных или микроорганизмов) видов в геномы культурных растении и животных. Эта технология многими рассматривается и как новый способ селекционного улучшения организмов – растений и

Рис. 1. Горизонтальный перенос генов с помощью бактериальной Ti-плазмиды.

животных. Следует подчеркнуть, что высшие организмы (животные и растения) – это продукт биологической эволюции на протяжении очень длительного времени. До самого последнего времени все вариации по изменению структуры геномов у культивируемых организмов осуществлялись самопроизвольно естественным путем или с помощью вертикального переноса генов как внутрипопуляционного и межпопуляционного, т.е. за счет регулирования полового репродукционного процесса.

В природе инфекционный, или горизонтальный, перенос генов между геномами эукариотических видов и родов не предусмотрен, т.е. в биосферном пространстве такое перенос невозможен. Этот запрет вовсе не случаен, так как геномы отдельных видов и родов эукариот – это сложно организованные и строго сбалансированные наследственные системы клеточного уровня, которые сформировались в ходе длительной биогеохимической эволюции и коэволюции в пределах многовидовых сообществ (биоценоза). В биологической литературе эту наследственную композицию у биоценотического множества эукариотических и прокариотических геномов обозначают термином – геноценоз[2]. Механизмом формирования и поддержания структуры геноценозов служит межвидовая нескрещиваемость, половая несовместимость и другие способы защиты геномов каждого из видов растений и животных от случайного заноса в геном чужеродных (инфекционных) генов. Гарантированный путь сохранения и поддержания стабильности геномов у отдельных видов в биоценозах – вертикальная передача наследственных задатков от одного поколения к другому на протяжении всей эволюционной истории и феномен межвидовой изоляции служит наглядной иллюстрацией биосферной организованности исторически возникших и ныне существующих наследственных систем и геноценозов.

Горизонтальный перенос вставляемых генов от одних видов в геномы других видов методами in vitro реализуется с помощью векторных[3] систем (инфекционный[4] способ переноса генов) – вирусов и бактерий. Например, для двудольных растений существует инфекционный вектор переноса генов с помощью Ti-плазмиды[5] из почвенной бактерии Agrobacterium tumifaciens (рис. 1 ). Агробактерия прикрепляется к поврежденной ткани растения, и вводит в клетки плазмидную ДНК, что приводит к заражению этих клеток и возникновению у растения-хозяина опухоли (корончатые галлы). В последние годы именно заразительная способность Ti -плазмиды A. tumifaciens была широко использована в программах генно-инженерной, точнее инфекционной, трансформации геномов при получении многих ГМО сортов. Эти организмы почему-то называют генномодифицированными, но понятие генная модификация – это некорректное использование термина модификация – под модификацией в генетике понимают «фенотипические ненаследственные изменения, возникающее у организмов под влиянием изменившихся условий окружающей среды, и не связанные с изменением генотипа» (Картель и др., 2011, с. 541). Более корректным обозначением носителей таких измененных геномов следует называть как генноинфицированные организмы (ГИО).

Другим бактериальным вектором, способным изменять нуклеотидные последовательности в геномах эукариот, служит молекулы РНК от различных прокариотических[6] организмов – бактерий или архей[7] (геномное редактирование или методики CRISPR-Cas9[8]) (рис. 2).

Рис. 2

Схематическое изображение процесса геномного редактирования с помощью методики CRISPR-Cas9.

Отметим геополитическую значимость способов производства сортов и гибридов, создаваемых методами вертикального переноса генов, и сорта, создаваемые методами горизонтального (инфекционного) переноса генов (сорта ГМО). Генетические и цитогенетические методы в селекции растений в ХХ веке (вертикальный перенос наследственного материала) и создаваемые на их основе сорта и гибриды распространялись преимущественно в рамках национальных суверенных границ в каждой из земледельческих стран. Торговля и обмен сортами между странами имели место, но лишь в достаточно ограниченном масштабе (экологическая целесообразность). В отличие от прежних сортов и гибридов, ГМО сорта, как и индустриальные технология их возделывания, создаются транснациональными компаниями и являются объектами международного агробизнеса. Воспроизводство таких сортов технологически недоступны большинству стран, производящих продовольствие. Отметим, что ГМО сорта предмет частной собственности и на мировых аграрных рынках ГМО сорта распространяются только крупными биотехнологическими компаниями из США и Западной Европы («Монсанта», «Сингента», «Бауэр» и др.).

Между тем, по общему мнению всех членов мирового сообщества («мировой общественности»), существующие на Земле живые существа — растения, животные и микроорганизмы, так же, как и их геномы и эпигеномы, не могут быть признаны чьим-то индивидуальным изобретением или чьей-то индивидуальной собственностью. Они созданы Господом в процессе многовековой агросферной эволюции, и не должны быть отданы или проданы под контроль частных лиц или отдельных стран.

Из распространенных ГМ-культур большая часть площадей занимают с/х культуры – кукуруза, соя, рис, хлопок, картофель и др., которым придана устойчивость к гербицидам – агросферным[9] ядам (в частности, к наиболее распространенному из них глифосату[10]) или к поражению растений насекомыми вредителями. Крупные биотехнологические компании США и стран Западной Европы навязывают рыночным способом выращивание ГМО сортов, как более продуктивные и доходные всем странам, включая Россию, но особенно успешно ГМО сорта впендюривают фермерам из развивающихся стран Азии, Латинской Америки, Африки. Происходит колонизация (порабощение) продовольственных рынков в этих странах, так как автоматически подавляется селекция и способы поддержание сортов в этих странах, созданных традиционными методами. Повторный высев семенных потомств от импортируемых ГМО сортов, выращенных фермерами, как правило, оказывается невозможным (они не образуют всходов) – прорастание предотвращается с помощью специальных «терминаторных» генных технологий. Каждый год фермеры должны покупать новые партии семян у производителей ГМО сортов для очередного посева. Очевидно, что распространение ГМО сортов по всему миру стало одним из основных направлений современной продовольственной геополитики («продовольствие как оружие»), так как потребность в продовольственном обеспечении постоянно возрастает, идет рост численности населения почти по всему миру (Энгдаль, 2015).

Индустриальное сельское хозяйство основано на интенсивном использовании химических средств – гербицидов, инсектицидов, фунгицидов, синтетических удобрений и ГМО сортов несёт в себе реальную угрозу не только здоровью человека, но и окружающему пространству и природному биоразнообразию (Seralani G.E. et. al., 2012; Энгдаль, 2015). Вызывает серьезные опасения у общественности всех стран и относительно отдаленные последствия использования ГМО сортов в аграрном производстве и ГМО продуктов в питании человека.

Безопасность для человека ГМО продуктов, выращенных по индустриальным технологиям, не может быть научно обоснована de facto: прямые научные опыты по безопасному скармливанию людям продуктов с ГМО не проводились и не планируется проводиться в будущем по этическим причинам. Торгующие ГМО продуктами частные транснациональные компании для успокоения общества относительно якобы полной «безопасности» ГМО продуктов активно применяют эвфемизмы – «пищевой эквивалент» или «существенно эквивалентный продукт», что не более чем словесная эквилибристика для «успокоения» и для продвижения ГМО продуктов на рынок продовольствия в те или иные страны (Энгдаль, 2015). Опыты на грызунах показывают четкое негативное воздействие продуктов ГМО на иммунную систему животных, вызывая у них образования опухолей (напоминают корончатые галлы) , подавляют репродуктивную функцию животных (Ермакова, 2009).

Между тем, продукты с использованием ГМО оказались опасными не только для конкретных людей или грызунов (Ермакова, 2009; Seralani G.E. et. al., 2012; Энгдаль, 2015), сколько для человечества в целом и для его микробиомов[11], т.е. для микробных экосистем, с которыми человеческий организм образует скоординированный био- и геноценоз, т.е. устойчивое биосферное единство, биосферную организованность. Продукты ГМО нарушают целостность биологических сообществ (био- и геноценозов), элементами которых является любой растительный или животный организм, включая и организм человека. «Генетически модифицированная пища изменяет свойства полезной микрофлоры кишечника человека. <…> Аналогичным образом, генный трансфер между генетическими модифицированными сельскохозяйственными культурами и соседствующими с ними обычным полевыми растениями приводит к появлению сверхустойчивых «суперсорняков». На беду, генным инженерам нет дела до реалий генного трансфера, и мы начинаем пожинать катастрофические плоды их недальновидности уже сегодня – искусственно сконструированные гены, бесконтрольно распространяясь, изменяют живые организмы. Специалисты предупреждают, что если мы не осознаем общность генетической судьбы всех биологических видов и необходимость сотрудничества с природой, существование человечества окажется под угрозой. Нам необходимо отказаться от дарвинизма, аппелирующего к интересам обособленного индивида, и вооружиться теорией, подчеркивающей значение сообществ» (Липтон, 2011, с. 41).

ГМО сорта, создаваемые методом направленного инфицирования геномов растений чужеродными генами, вкупе с индустриальными технологиями возделывания таких сортов можно считать новым и эффективным видом оружия – агросферным оружием. Это оружие разрушает биосферную организованность геноценозов и агросферного пространства стран-реципиентов, что несет сегодня опасность не только будущему земледелию, но и в целом человеческому роду (Энгдаль, 2015). Нарушения биосферной организованности ГИО однозначно ведет агросферное пространство к дегенеративным последствиям. Наглядным подтверждением этому стало массовое появление сорных растений, устойчивых к гербицидам на полях, где выращивают ГМО сорта. Например, «В США сегодня произрастают целые поля Amaranthus palmery, вполне съедобного растения, <…> оно мешает монокультурным посевам. Амарант устойчив к воздействию глифосата и распространение этого злака на полях, засеянных кукурузой или соей, уже сегодня стало большой проблемой» (Манкузо, 2019, с. 100).

Между тем, горизонтальный перенос генов как производственный метод не является абсолютным злом для человека, открывая технологические перспективы перед многими областями медицинской и производственной деятельности. Например, этот метод перспективен для лечения ряда наследственных заболеваний у человека, а также связан с биотехнологией производства полезных продуктов, например, новых лекарств, когда бактерии, дрожжи и различные клеточные культуры вырабатывают нужные для человека вещества, необходимые в фармакологии.

 

Цитируемая литература

  • Ермакова И. В. Влияние сои с геном EPSPS CP4 на физиологическое состояние и репродуктивные функции крыс в первых двух поколениях // Современные проблемы науки и образования. Биологические науки. 2009. № 5, с. 15—21.
  • Энгдаль У.Ф. Семена разрушения. Тайная подоплека генетических манипуляций. М.: Селадо, 2015, 334с.
  • Манкузо С. Революция растений. М.: Эксмо, 2019, 312 с.
  • Липтон Б. Умные клетки: биология убеждений. Как мышление влияет на гены, клетки и ДНК. М.: ООО изд-во «София. 2011. 224 с.
  • Seralani G.E. et. al., Long term toxicity of a Roundup herbicide and a Roundup-tolerant genetically modified maize // Journal of Food and Chemical Technology, 2012, V. 50, P. 4221-4231.
  • Картель Н.А., Макеева Е.Н., Мезенко А.М. Генетика: энциклопедический словарь. Минск: Беларус. навука, 2011, 992 с.

 

Малецкий Станислав Игнатьевич

доктор биологических наук, профессор генетики,

селекционер

s_maletskii@mail.ru

28.06.2019 г.

[1] Генная инженерия – молекулярно-генетический уровень конструирования, включающий технологию рекомбинантных молекул: выделение, конструирование и клонирование новых рекомбинантных генов, или молекул ДНК, создания банков генов и др. (Картель и др., 2011, с. 243).

[2] Геноценоз – «носитель генетической программы биогеоценозов. <…> Геноценоз обладает чертами целостности, не присущей генофондам. <…> Геноценоз результат процессов генетической самоорганизации, протекающей в биологическом сообществе, важное звено геносферы, существенный фрагмент окружающей нас генетической реальности» (Картель и др., 2011, с.269).

[3] Вектор – «молекула ДНК, способная к автономной репликации и включению в свой состав чужеродной ДНК (например, бактериальная плазмида). Является инструментом генной инженерии, обеспечивающим доставку (перенос) генетической информации в клетку-реципиент и ее клонирование «(Картель, 2011, с.157).

[4] Инфекция – «проникновение в организм, клетку болезнетворных микроорганизмов. <…> ВИЧ — инфекция – возбудитель вирусного инфекционного заболевания, связанного с поражением иммунной системы» (Картель и др., 2011, с. 326).

[5] Плазмида – короткая и обычно кольцевая молекула ДНК, которая локализуется в цитоплазме бактериальной клетки. Они не связаны с бактериальной хромосомой и могут и реплицируются независимо от нее. С помощью плазмид бактерии обмениваются между собой генетической информацией. Ti-плазмида – tumor induced plasmid.

[6] Прокариоты – «организмы, клетки которых не имеют ограниченного мембраной ядра – все бактерии, архебактерии и цианобактерии. Аналог ядра – структура, состоящая из ДНК, белков и РНК» (БЭС, 1989, с.510).

[7] Археи – «древнейшие одноклеточные организмы, не имеющие ядра и каких-либо мембранных органелл. Археи и бактерии очень похожи по размеру и форме клеток. Ни один из известных видов архей не являются ни паразитом, ни патогенным организмом» (Википедия).

[8] CRISPR – «clustered regularly interspaced short palindromic repeats (короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами) — особые локусы бактерий и архей, состоящие из прямых повторяющихся последовательностей, которые разделены уникальными последовательностями (спейсерами). <…> РНК, транскрибирующиеся с локусов CRISPR, совместно с ассоциированными белками Cas обеспечивают адаптивный иммунитет за счёт комплементарного связывания РНК с нуклеиновыми кислотами чужеродных элементов и последующего разрушения их белками Cas». https://ru.wikipedia.org/wiki/CRISPR.

[9] Агросфера – часть биосферы, вовлеченная в сельскохозяйственное использование (занята агроэкосистемами).

[10]Глифоса́т (N-(фосфонометил)-глицин, C3H8NO5P) — «неселективный системный гербицид, использующийся для борьбы с сорняками, особенно многолетними. Занимает среди гербицидов первое место в мире по производству. Действующее вещество средств, выпускающихся под торговыми названиями «Раундап», «Ураган», «Торнадо», «Аргумент Стар», «Триумф», «Ампир», «Агрокиллер» и пр. Согласно ряду исследований опасен для человека» (Википедия https:// ru.wikipedia.org/wiki/%D0%).

[11] Микробиом – экосистема, представленная совокупностью микробов (и микробных геномов), а также среды их обитания. Методами микробиологии и молекулярной биологии изучаются такие объекты, как «микробиом кишечника», «микробиом ротовой полости и пародонта», «микробиом репродуктивной системы», и другие его разновидности.

Комментирование на данный момент запрещено, но Вы можете оставить ссылку на Ваш сайт.

Комментарии закрыты.