Биотехнология и «горизонтальный» перенос генов

Среди проблем, обсуждаемых в связи с возделыванием ГМ-культур, одна из главных — возможность передачи генов от ГМ-растений к другим обитателям биоценоза и микроорганизмам ризосферы, а также от ГМ-продуктов к бактериям желудочно-кишечного тракта человека и животных. О чем же идет речь?

Во-первых, это перенос генов (в основном устойчивости к гербицидам) от ГМ-растений к обычным (прежде всего сорнякам) за счет опыления на полях и делянках. Такой традиционный способ (опыление с образованием потомства) определяют термином «вертикальный перенос». Это — тема отдельного обсуждения, скажем только, что риск перекрестного опыления и, соответственно, обмена генами между разными видами растений различен для разных сельскохозяйственных культур и регионов и в принципе устраним правильными агротехническими приемами и превентивными защитными мерами.

Здесь же речь пойдет о другой проблеме — «горизонтальном» переносе генов (ГПГ) от ГМ-растений к бактериям, а от них — к другим растениям, животным и человеку за счет естественной трансформации, т. е. передачи ДНК от одного организма к другому. Многие ГМ-растения содержат не только «целевые» гены (скажем, устойчивости к патогенам или гербицидам), но и гены устойчивости к селективным агентам, например антибиотикам (подробнее об этом см. «ЭиЖ», 2001, №2, с. 66). Могут ли они из ГМ-растений попасть в микрофлору почв или от ГМ-пищи — к бактериям желудочно-кишечного тракта животных и человека? Каков риск этого? Следует ли его опасаться или важнее обратить внимание на другие риски, связанные не с генной инженерией, а, например, с обычными бактериями или агротехническими мероприятиями?

Перенос переносу рознь. Что же такое ГПГ? Напомним, что вся информация об организме — от бактерии до человека — хранится (точнее, кодируется) в его ДНК. Знаменитая двойная спираль молекулы ДНК состоит всего из 4 оснований: А (аденин), Т (тимин), Г (гуанин) и Ц (цитозин). Две нити ДНК связаны углеводородными «мостиками», соединяющими между собой (по принципу «ключ — замок») соответствующие друг другу по химическому строению «концы» оснований (А — Т и Г — Ц). Допустим, нить ДНК представлена последовательностью: ТТТАТТГТТГЦТ. Разобьем ее на «слова» из трех «букв»: ТТТ АТТ ГТТ ГЦТ — это и есть генетический код, в котором каждое «слово» (триплет, или кодон) кодирует определенную аминокислоту. Так, выбранная последовательность кодирует короткий пептид (небольшой белок) из четырех аминокислот: фенилаланина, изолейцина, валина и аланина. Когда говорят об «экспрессии» генов (реализации в клетке закодированной в ДНК информации), подразумевают, что кодоны считываются специальными ферментами клетки с образованием промежуточной информационной молекулы и-РНК (этап транскрипции), считывание триплетов которой (этап трансляции) происходит в рибосомах с образованием белков.

Эти упрощенно описанные строение и механизм работы генетического аппарата, оказывается, едины для всего живого. Поэтому одновременно существующие в природе формы (не только близкородственные) в принципе могут обмениваться генами. Такой перенос наследственной информации не от родителей к потомству, а между одновременно существующими организмами и назвали ГПГ.

Природные механизмы ГПГ. У бактерий ГПГ — один из важнейших механизмов эволюции (есть у них и половое размножение, но примитивное, без образования гамет и слияния клеток). В Царстве бактерий можно выделить три основных способа ГПГ: трансдукция, конъюгация, трансформация. При трансдукции фрагменты ДНК от бактерии-донора к реципиенту переносят бактериофаги (вирусы, поражающие бактерий). При конъюгации обмен генами происходит в результате контакта между клетками. Наконец, трансформация — это естественный захват бактерией чужеродной ДНК с последующей экспрессией генов этой ДНК, причем, как и при трансдукции, контакт клеток не обязателен. Ученые считают, что вклад трансформации в ГПГ, по сравнению с остальными механизмами, у бактерий невелик. Это важно, ибо единственным способом ГПГ от растений к бактериям в природе оказывается именно трансформация.

ГПГ: опасности мнимые и подлинные. Бактерии несут разные гены устойчивости, которые ученые научились использовать в генной инженерии. Так, ген устойчивости к колорадскому жуку, который защищает ГМ-картофель от вредителя, выделен из бактерии Bacillus thuringiensis, живущей на листьях картофеля и в почве и абсолютно безвредной для человека, а ген устойчивости к антибиотику канамицину (используемый для отбора ГМ-растений) — из всем известной кишечной палочки.

Потребляя овощи и фрукты с собственных грядок, мы уверены, что едим «экологически чистую» пищу. Но даже если мы тщательно вымоем овощи и фрукты, с пищей в организм попадут бактерии, в том числе и те, что могут нести различные гены устойчивости. Между тем обмен генами (природная «генная инженерия») — один из основных механизмов эволюции бактерий. А болезнетворные формы той же кишечной палочки опасны для здоровья человека. Именно за счет трансформации генами других бактерий ее безвредные формы превращаются в патогенные.

Другое по теме

Большой взрыв
По современным представлениям, состояние расширяющейся Вселенной в прошлом (около 13 млрд. лет назад), когда ее средняя плотность в огромное число раз превышала нынешнюю. Периодом Большого взрыва условно называют интервал времени от 0 до нескольких сот секунд. В самом начале этого периода вещество во Вселенной приобрело кол ...

Антропный космологический принцип
Идеи антропного космологического принципа, развивавшиеся в последнем столетии XX века, представляют большой научный интерес с точки зрения ответа на вопросы происхождения и эволюции окружающего мира. Основная идея этого принципа состоит в том, что фундаментальные свойства Вселенной, значения основных физических констант ...