Биотехнология и «горизонтальный» перенос генов

Итак, прежде чем оценить риск неконтролируемого переноса гена (трансгена) из растения в бактерии, следует уяснить роль ГПГ в передаче наследственной информации между самими бактериями, обратив особое внимание на перенос болезнетворных генов и генов устойчивости к антибиотикам.

Бактерии и антибиотики. В последние годы ГПГ обнаружен у патогенных микроорганизмов (Salmonella, Acinetobacter, Streptococcus). Особо опасен он между стрептококками и кишечной палочкой. Очевидно, что ГПГ с участием болезнетворных микробов серьезно влияет на возникновение и развитие различных заболеваний. Этот распространенный в природе механизм ныне привлекает пристальное внимание эпидемиологов, которые надеются с его помощью разобраться в прежде необъяснимых вспышках опасных болезней.

Многие микроорганизмы вырабатывают антибиотики. В их числе и такие бактерии, как Streptomycetes spp., Erwinia carotovora, Pseudomonas aureofaciens. По мнению ряда авторов, ГПГ сыграл важную роль в эволюции генов антибиотиков у стрептомицетов и ряда других бактерий.

С другой стороны, многие бактерии обладают генами устойчивости к антибиотикам. Развитие у ряда болезнетворных бактерий устойчивости к нескольким видам антибиотиков большинство ученых связывают именно с ГПГ, при котором та или иная бактерия не только сохранила «свой» ген устойчивости, но и приобрела «чужие». Чем шире применяют антибиотики в медицине, тем больше становится устойчивых к ним микробов.

Так, ген nptII, обеспечивающий устойчивость к канамицину и ряду других антибиотиков, часто используют в ГМ-растениях как маркер — ген, непосредственно не определяющий какой-либо признак, но позволяющий судить о его передаче. (ГМ-растения, содержащие этот ген, прекрасно себя чувствуют в питательной среде, куда добавлен антибиотик. В отличие от них обычные растения, в которых этого гена нет, теряют способность к фотосинтезу и погибают.) Так вот, при оценке гипотетических рисков передачи этого гена от ГМ-растений бактериям не мешало бы учесть, насколько широко он распространен в природе (найден в бактериях из стоков, навоза, речной воды, почв, кишечного тракта человека и животных), где вполне возможен его перенос из одних бактерий в другие.

Но несмотря на это его использование (как и других маркеров) в ГМ-растениях находится под жесточайшим контролем. Не означает ли это, что возможен ГПГ из растений в бактерии?

От растений — к бактериЯм. Попробуем оценить вероятность ГПГ от растений к бактериям, вклад этого процесса в общий ГПГ и понять, опасен ли он. Как уже отмечалось, единственный природный механизм этого процесса — трансформация. Вероятность (а следовательно, и роль в эволюции) ГПГ от растений к бактериям зависит от ряда обстоятельств, которые должны совпасть, чтобы этот перенос произошел в естественной экосистеме:

выход неповрежденной ДНК в окружающую среду;

ее абсорбция частицами почвы для защиты от разрушения ферментами;

наличие «пригодных» для трансформации видов бактерий;

создание необходимых для этого условий;

эффективное поглощение ДНК на поверхности бактериальных клеток;

эффективный перенос ДНК в эти клетки;

интеграция чужеродной ДНК в геном бактерии-реципиента;

экспрессия генов введенной ДНК в клетке-реципиенте.

В последние годы эти этапы подробно рассмотрены. Детально описаны и препятствия ГПГ, причем особое внимание уделено клеточным барьерам — абсорбции ДНК на поверхности бактериальной клетки и т. д. Собрано много данных о возможных примерах взаимного ГПГ между про- и эукариотами в процессе эволюции. Но пока не удалось наблюдать ГПГ от ГМ-растений к бактериям в природных условиях. Действительно, трудно представить, чтобы все перечисленные требования оказались выполненными одновременно, да еще из десятков тысяч растительных генов в бактерию попал бы именно тот, который пытаются «уловить». Означает ли это, что ГПГ от растений к бактериям в принципе невозможен?

Для ответа на этот вопрос провели исследования не в природных условиях, а в специально созданных, способствующих ГПГ. Их результаты собраны в таблице (символ «?» означает, что предсказание не подтверждено в эксперименте):

О чем говорят эти данные? В искусственных условиях можно «поймать» ГПГ от растения к бактерии. По мнению исследователей, и в природе он мог происходить и, возможно, даже играл определенную роль в эволюции. Но его вклад в общий ГПГ между организмами пренебрежимо мал.

Не перенесем ли «Что-нибудь» за обедом? Способность к естественной трансформации пока выявлена всего у 40 представителей Царства бактерий, и лишь несколько из них относятся к кишечной флоре. Специалисты считают, что риска от употребления в пищу ГМ-растений нет. Да и молоко, мясо и яйца от животных, которых кормили ГМ-пищей, эксперты сочли столь же безопасными, как и от животных, получавших обычные корма.

Другое по теме

Эффект Оже. Оже–спектроскопия
Для исследования твердых тел используется множество различных методов, позволяющих получать исчерпывающую информацию о химическом составе, кристаллической структуре, распределении примесей и многих других свойствах, представляющих как чисто научный, так и практический интерес. В настоящее время особое значение придаетс ...

Научное объяснение, его структура и основные разновидности. Предсказание
Объяснение – важнейшая функция чел познания, в частности научного исследования, состоящая в раскрытии сущности изучаемого объекта. В реальной практике исследования О. осуществяется путем показа того, что объясняемый объект подчиняется определенному закону. Теор познания различает структурные объяснения, отвеч на вопрос ...