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.

Перейти на страницу: 1 2 3

Другое по теме

Движение. Пространство и время
Что делает мир единым? Пытались найти основу всего сущего. Основа всего сущего–субстанция(категория философии). Понятие субстанции сформировалось не сразу. Первоначально субстанция–субстрат. Сегодняшнее понимание–многообразие вещей, явлений, которые существуют через субстанцию, благодаря ей, но сами субстанцией не яв ...

Нанотехнологии, наноматериалы, наноустройства
Краткая справка об авторе: профессор факультета вычислительной математики и кибернетики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова, ведущий научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН. Если уж стальной кубик или кристаллик соли, сложенный из одинаковых атомов, может обнаруж ...

© Copyright 2013 -2014 Все права защищены.

www.guidetechnology.ru