N; v; biotehnologie nouă; gia; s g; ntechnol; gia Biblioteca de manuale digitale

Ingineria genetică, așa cum sa menționat în introducere, este o abordare fundamentală a umanității, care este înspăimântătoare în două moduri:

Una este hrănită de consecințele așteptate ale interferenței „neautorizate” în procesul de evoluție, cealaltă de posibilitatea și practica recombinării orizontale, care este descrisă ca nerealistă.

14.1. Inginerie genetică și evoluție

Pentru a înțelege această legătură, să simplificăm producția agricolă de astăzi. La urma urmei, producția de culturi este utilizarea proceselor de viață a nu mai mult de câteva zeci de specii de plante pentru societate. Ca prim pas în această abordare, culturile noastre captează o mică parte din energia radiantă a soarelui (1-3%), o stochează în compuși organici, iar în al doilea pas, sintetizează o serie de macromolecule. Acestea din urmă sunt utilizate ca alimente, furaje, combustibili și materii prime industriale etc.

Din punct de vedere biotehnologic, producția actuală de culturi poate fi înțeleasă și ca zahăr, proteine, ulei, celuloză, alcaloizi etc., nu grâu, porumb, floarea-soarelui etc. producem pe teren. Plantele chimice care produc aceste substanțe sunt plante, mai exact celule vegetale. Procesul de producție este metabolismul plantelor. Acest lucru ne aduce la punctul în care ingineria genetică poate fi legată de evoluție.

Acest lucru se datorează faptului că metabolismul plantelor este reglementat - direct sau indirect - de programul genetic, care se găsește în fiecare celulă a plantei. Programul genetic este stocat în ADN-ul celulei în conformitate cu regulile codului genetic. Din punct de vedere biotehnologic, aceasta înseamnă că informațiile despre structura (secvențele structurale) și sinteza (secvențele reglatoare) ale tuturor proteinelor specifice individului (speciei) sunt codificate în ADN-ul tuturor celulelor vegetale.

Pe baza studiilor noastre făcute până în prezent, este clar că, pe parcursul a aproximativ patru miliarde de ani de viață pe Pământ, evoluția (mutație, recombinare, selecție etc.) a modificat această moleculă (ADN) și programul pe care îl codifică independent de om. Deci plantele cultivate astăzi nu au fost construite de noi, oamenii, au evoluat independent de noi. În prezent, nu cultivăm aceste specii pentru că le-am inventat pentru noi, ci pentru că strămoșii noștri le-au ales cu mii de ani în urmă din aprovizionarea naturii.

Agricultura modernă și științele care o servesc au încercat, în ultimele secole, să profite la maximum de construcțiile (câmp, horticultură, specii forestiere) pe care natura le-a oferit. Cu toate acestea, ei nu au făcut pasul mic, dar imens, care le-ar fi permis să fie modificați artificial.

Astfel, esența ingineriei genetice este că noi, oamenii, schimbăm programul genetic care controlează funcționarea (viața) organismelor vii, în acest caz a plantelor, în funcție de nevoile umanității (economiei). Aceasta este esența, strategia și oportunitatea noii inginerie genetică.

Este o oportunitate imensă în mâinile umanității de a trăi. Am făcut primii pași în această direcție, dar din cauza unor deficiențe în cunoștințele noastre, consecințele pe care le-am făcut nu pot fi planificate cu precizie în avans. Acest lucru provoacă frică la mulți oameni. Legislația este garanția că cercetarea și dezvoltarea pot avea loc într-un canal benefic societății.

14.2. Inginerie genetică și recombinare orizontală

În evoluția naturală, motorul dezvoltării sunt mutațiile și recombinările, adică schimbările informațiilor genetice și noile combinații de informații individuale.

Recombinările naturale (in vivo) pot apărea de obicei în cadrul speciilor, între indivizi și populații, într-o relație părinte-descendenți, care poate fi numită și recombinare verticală.

Spre deosebire de recombinarea naturală din lumea vie, ingineria genetică oferă o oportunitate pentru recombinarea orizontală. Folosind recombinarea in vitro, genele virale, bacteriene, fungice, de insecte, animale și umane pot fi încorporate în genomul plantelor și chiar funcționează acolo, ceea ce a ridicat și continuă să ridice îngrijorări etice la mulți oameni.

Sursele acestor temeri se datorează în principal lipsei de cunoștințe și educație din deceniile anterioare. În zilele noastre, când se știe deja că informațiile vieții pe Pământ în aceleași molecule sunt codificate în conformitate cu aceleași principii și aceste informații genetice de ex. dacă există mai mult de 90% identitate între oameni și maimuțe, atunci recombinarea orizontală este doar o oportunitate uriașă și nu o problemă de temut. Puteți reduce și mai mult teama noastră că vor fi publicate tot mai multe dovezi despre recombinarea orizontală naturală, de ex. bacterii și plante, viruși și oameni etc. între. Desigur, acest lucru nu exclude lipsa unor consecințe imprevizibile și așteptate din cauza neajunsurilor cunoștințelor noastre actuale.

Aceste așa-numite consecințele ne țintite sunt acelea care sunt factori de risc pentru ingineria genetică astăzi și al căror număr și greutate vor scădea în viitor pe măsură ce cunoașterea noastră biologică moleculară va crește.

Între timp, este responsabilitatea organismelor publice responsabile și a comitetelor profesionale din țară să ia în considerare factorii de risc de la caz la caz înainte de a lua deciziile lor (autorizarea cererii GM sau respingerea):

Identificarea precisă a pericolului: definirea și caracterizarea precisă a efectelor adverse potențiale

Estimarea amplorii pericolului: determinarea gradului de pericol al potențialelor efecte adverse

Estimarea probabilității apariției unui pericol: determinarea posibilității apariției unui eveniment advers specific

Cuantificarea magnitudinii pericolului: pe baza magnitudinii pericolului și a probabilității de apariție

Evaluarea finală a riscului: o comparație a riscului estimat cu beneficiile așteptate

Factorii care prezintă un risc specific pot fi împărțiți în două grupuri majore - biologic și economic.

14.3. Factori de risc biologici (ecologici)

Cauzele factorilor de risc biologici pot fi urmărite înapoi la plantele modificate genetic în sine, mai precis la diferențele genetice și fiziologice în care plantele modificate genetic diferă de cele naturale. Conform definiției date în introducere, speciile modificate genetic diferă de speciile convenționale prin faptul că conțin una sau mai multe gene modificate genetic (transgenele) în nucleul fiecărei celule și, în consecință, produc una sau mai multe proteine noi în fiecare celulă sau în celulele unele dintre organele și țesuturile lor. În consecință, trebuie să evaluăm separat efectul genei în sine (vectorul) și posibilele consecințe ale noii proteine produse.

14.3.1. Efecte transgenice

Când o plantă modificată genetic este consumată direct ca hrană sau furaj, ADN-ul transgenului este defalcat în tractul digestiv, similar cu alte gene din plantă. Transgenul este oricum doar o fracțiune de zece mii sau o sută de mii din întreaga cantitate genică a plantei (ADN genomic), deci dimensiunea sa este neglijabilă în comparație cu dimensiunea genomului.

Cu toate acestea, dacă vectorul de expresie care conține transgenul conține și o genă de rezistență la antibiotice (de exemplu, rezistență la kanamicină), ar trebui utilizate experimente speciale de hrănire a animalelor pentru a verifica dacă gena neomicinei fosfo-transferazei de rezistență la antibiotice (nptI) este degradată și în tractul digestiv al animale cu stomac complex. Experimentele de hrănire, susținute și de OMS (Organizația Mondială a Sănătății), au arătat că nptI. riscul integrării în genomul bacteriilor care trăiesc în rumen este practic nul, dar dacă ar apărea, nici nu ar prezenta un risc, deoarece kanamicina nu este utilizată în medicină. Pentru a obține o siguranță reală, vectorii de transformare nu mai conțin gena nptI.

Evadarea transgenică poate fi o problemă numai dacă o facem o problemă. Acest lucru se datorează faptului că putem spune în siguranță că evadarea transgenului nu poate fi prevenită. Rezultă că nu este posibilitatea evadării, ci evadarea unei gene periculoase care poate fi cu adevărat periculoasă. Deci, trebuie să ne asigurăm că o genă periculoasă nu intră accidental în mediu. Evadarea unui transgen înseamnă că gena sau planta sau o parte a plantei care poartă gena este în afara controlului uman, ceea ce implică posibilitatea transferului ulterior către o altă specie, soi etc. prin încrucișare. Astfel, transgenul poate scăpa prin încrucișare, semințe sau porțiune vegetativă.

Încrucișarea sexuală poate avea loc cu polenul, care este introdus de vânt sau de insecte în pistilii speciilor de plante sau soiurilor pe care polenul este capabil să se fertilizeze. Transgenul poate fi transferat de polen către specii înrudite (de exemplu, rapiță) sau forme sălbatice ale speciei (de exemplu, ierburi, fluturi) sau cultivare. În timpul acestui proces, se formează plante heterozigote pentru transgen, ale căror descendenți vor conține doar 50% din transgen.

Cu toate acestea, pericolul nu este atât de mare pe cât am putea crede pe baza celor de mai sus, deoarece cele mai importante culturi de câmp (de exemplu porumb, grâu, floarea-soarelui, soia etc.) nu au rude în flora sălbatică maghiară cu care ar putea traversa iar aceste plante pot crește doar într-un mediu cultural. rămân în viață.

În Europa, rapița de iarnă (Brassica napus) are specii de buruieni precum Brassica campestris (formă sălbatică de B. rapa), cu care traversează sexual și descendenții sunt fertili.

Gena poate scăpa și cu o sămânță la recoltare. Imprastiat pe sol sau in timpul transportului dupa recoltare. Semințele pot fi amestecate mecanic cu semințe de alte soiuri (soiuri nemodificate genetic) în depozite mari și silozuri. Cu polenul provenit din plantele modificate genetic, eclozat din aceste semințe, transgenul poate fi transferat către alte specii, soiuri sălbatice și soiuri ale acestei specii, așa cum este descris mai sus.

Evadarea pe calea asexuată este posibilă în cazul plantelor propagate și reproducătoare vegetativ, când rădăcinile și tuberculii pot rămâne în sol, din care (de exemplu portaltoi) se pot dezvolta noi plante și copaci.

Apariția unor noi tulpini de virus a apărut și în plantele transgenice rezistente la virus în genomul cărora a fost integrată o genă virală (de exemplu, proteina de înveliș). S-a emis ipoteza că ARN-urile virale sintetizate din gene virale (ADN) din celula plantelor modificate genetic ar putea fi recombinate cu ARN-urile virale care infectează planta.

Studiile din anii 1990 au confirmat această ipoteză (Greene și Allison 1994). Cu toate acestea, trebuie să știm că virusurile noi apar în mod constant în natură, iar culturile modificate genetic nu fac o diferență reală în acest sens. Nici nu trebuie să uităm că nu știm încă despre mulți dintre virușii cu care trăim, deoarece nu au fost încă izolați și descriși.

14.3.2. Efectele produsului transgenic (proteine) (Figura 14/1)

14/1. Figura: Factor de risc biologic (ecologic) pentru răspândirea, cultivarea, comercializarea soiurilor transgenice, a alimentelor și furajelor obținute din acestea

Produsul transgenului este fie o proteină, fie o proteină enzimatică. Acesta din urmă catalizează un fel de sinteză în care proteinele suplimentare, carbohidrații, acizii grași, anticorpii etc. sunt prezenți în planta modificată genetic. sunt produse.

În funcție de promotor, proteinele noi, străine sau recombinante produse sunt prezente în toate organele și celulele plantei, sau numai în anumite organe și celule.

Un aspect important al unui produs transgenic (proteina) este acela de a cunoaște efectele sale asupra florei naturale, faunei, florei culturale, a oamenilor și a faunei sălbatice nevizate. Sunt necesare teste toxicologice și alergologice și experimente de hrănire a animalelor pentru a putea depista structurile genetice care pot fi periculoase pentru mediu și plantele modificate genetic care le transportă chiar și în stadiul experimental.

Efectele nedestinate pot apărea asupra proteinelor produse în toate celulele plantei, în special proteinele produse pentru a ucide agenții patogeni și dăunătorii sau buruienile.

Efectul inhibitorilor de protează produs împotriva insectelor și, de asemenea, exprimat în rădăcină asupra insectelor sau larvelor din sol, sau efectul erbicidelor totale asupra plantelor inferioare sau a algelor din sol, în orice caz, necesită câțiva ani de studii detaliate de impact ecologic.

Sunt necesare studii toxicologice pentru utilizare ca hrană sau furaj. Majoritatea plantelor modificate genetic rezistente la insecte din producția publică produc proteina cryIIIA codificată de gena Bt. Sau o variantă a acesteia. Este important să se clarifice ce se întâmplă cu această proteină la animalele care consumă plante modificate genetic ca hrană. Experimentele de hrănire cu șoareci au demonstrat că proteina poate fi consumată în siguranță de animale. Nu s-au observat efecte adverse asupra creșterii, dezvoltării și reproducerii animalelor la administrarea în doze multiple. În experimentele de digestie in vitro cu proteină cryIIIA purificată, Bt. Proteina a prezentat un timp de înjumătățire deosebit de scurt. Aceste rezultate demonstrează că plantele rezistente la insecte care produc toxină Bt sau alimente obținute din acestea pot fi consumate în siguranță de oameni.

Plantele modificate și în principal bioreactoare modificate în metabolismul lor produc diverse enzime, peptide, proteine umane, materiale plastice, ciclodextrine etc. o produc sau supraproduc și o acumulează în semințe. Nu avem încă date evaluabile cu privire la potențialul de efecte adverse la păsările sau mamiferele care consumă aceste semințe.

Majoritatea persoanelor cu alergii se caracterizează prin hipersensibilitate imediată la imunoglobulina de tip E (IgE).

Plantele produc aproape 100.000 de proteine diferite. Doar o mică parte dintre acestea provoacă alergii. Peste 90% din proteinele vegetale cauzatoare de alergii provin din arahide, soia, alune și grâu.

Alimentele produse din plante modificate genetic, dacă conțin proteine noi sau recombinante sau acizi grași sau carbohidrați modificați, în cazul acestora din urmă din cauza contaminării proteinelor, trebuie supuse testelor alergologice înainte de a fi admise pe piață.

Proteina recombinantă trebuie testată în teste imunologice in vivo și in vitro. Secvența de aminoacizi, proprietățile biologice și fizico-chimice ale proteinei trebuie analizate și comparate cu proteinele alergenice cunoscute.

De asemenea, ar trebui analizate modificările posibile ale proteinelor, inclusiv efecte precum consecințele glicozilării (de exemplu, stabilitatea la proteoliză, stabilitatea termică) sau efectul unor cantități mari de proteine datorate supraproducției etc.

Dacă proteina conține secvențe de alergeni, efectul poate fi abolit prin eliminarea lor din genă. În continuare, poate fi utilizată o versiune modificată a genei.

În modificarea metabolismului proteinelor (secțiunea 11.1.2) am menționat proteina albumină 2S din nuca de Brazilia, care conține 18,8% metionină și, prin urmare, este potrivită pentru îmbunătățirea conținutului esențial de aminoacizi al altor plante. Efectul alergenic al nucilor de Brazilia este bine cunoscut. Consumul de alimente obținute din soia și rapiță transformate cu gena proteinei BNA2S a provocat alergii la opt din nouă persoane care erau sensibile la nucile de Brazilia. Deoarece secvența care provoacă efectul alergenic nu este încă cunoscută în acest caz, nu este încă posibilă îndepărtarea acestuia prin inginerie genetică. În consecință, alimentele derivate din plante transformate cu gena BNA2S ar trebui etichetate ca fiind nepermise consumului de către cei sensibili la nucile de Brazilia.

În prezent, efectele alergenice ale multor proteine derivate din plante sunt deja cunoscute. Este important ca dezvoltatorii abordărilor de inginerie genetică să nu folosească genele pentru aceste proteine ori de câte ori este posibil. Acest lucru va preveni problemele viitoare de licențiere și distribuție.

Ingineria genetică, pe de altă parte, oferă și o soluție pentru persoanele cu o anumită formă de alergie alimentară. Este posibil să se inhibe producția de proteine alergene la speciile de plante care produc proteine alergenice prin inginerie genetică (cu o genă antisens) (de exemplu, gliadine alergenice din grâu). Astfel, persoanele sensibile la gluten pot consuma în siguranță astfel de produse din grâu modificat genetic.

Apariția buruienilor rezistente, a agenților patogeni și a dăunătorilor - cu mutație spontană - este de așteptat atât împotriva erbicidelor totale, cât și a toxinelor Bt., Precum și a produselor modificate genetic cu efecte antibacteriene și fungicide. Pe de o parte, pot fi distruse prin controlul chimic convențional și, pe de altă parte, pot declanșa o competiție moleculară coevoluționară între chirurgii genetici și organismele țintă.

Pentru a preveni acestea din urmă, se încearcă diverse soluții tehnologice, dintre care tehnologia împotriva insectelor rezistente la toxine Bt are ca scop încetinirea reproducerii lor. Concluzia este că insectele sunt rezistente numai în stare homozigotă. Proliferarea formelor homozigote poate fi inhibată prin menținerea heterozigoității prin însămânțarea soiurilor non-GM în jurul cărora supraviețuiesc toate insectele. Homozigotii, atunci când sunt asociați cu aceștia, produc întotdeauna descendenți heterozigoți care pot fi uciși de toxina Bt (vezi secțiunea 9.4.1).

În concluzie, poate mai liniștitor este faptul că culturile transgenice, care se află în cultură publică din 1994, chiar dacă suprafața lor de producție s-a apropiat de 30 de milioane de hectare în 1998, nu prezentau factori de risc sau biologici, ecologici sau de sănătate (toxici, alergenici) efecte. Acest lucru este foarte important deoarece demonstrează că autoritățile care acordă licențe și control își iau în serios responsabilitățile.