Тема 14. ПЕРСПЕКТИВИ ТА РИЗИКИ ЗАСТОСУВАННЯ БІОТЕХНОЛОГІЇ

План:

14.1. Перспективні напрямки традиційної біотехнології

14.2. Перспективні напрямки нової біотехнології

14.3. Екологічний ризик біотехнології.

14.1. Перспективні напрямки традиційної біотехнології

Ферментація в біотехнології. Традиційна біотехнологія заснована на ферментації. За останні 30 років виник ряд нових виробництв, що базуються на використанні різних мі-целіальних грибів, дріжджів, бактерій, рідше водоростей. За допомогою мікроорганізмів отримують лікарські препарати кортизон, гідрокортизон і деякі інші, які відносяться до групи стероїдів.

Мікроорганізми використовують для отримання деяких нуклеотидів і цитохромів. Вони є продуцентами вітамінів В₂ і В₁₂, які використовують для синтезу бета-каротину. Широко використовують поліцукри, отримані в значній кількості завдяки ряду мікроор-ганізмів. Їх застосовують в медицині (замінник плазми крові - декстран), в харчовій, текс-тильній, парфумерній промисловості і для збільшення видобутку нафти. Розширюється можливість масового виробництва на застосуванні вірусних та бактеріальних препаратів для профілактики захворювань сільськогосподарських тварин.

Мікроорганізми використовують і в хлібопеченні, для отримання оцту, молочно-кислих продуктів, етанолу, гліцерину, ацетону, бутанолу та ряду органічних кислот.

Одним з найбільш перспективних напрямків традиційної біотехнології є викорис-тання мікроорганізмів для виробництва засобів захисту рослин від шкідників та хвороб.

Засоби захисту рослин. Розвиток цього напрямку зумовлюється багатьма видами пестицидів та інших засобів захисту рослин.

По-перше, абсолютна більшість пестицидів є сильними біологічно активними речо-винами і негативно впливають на рослини, що проявляється в погіршенні росту, розвитку та загального стану рослини.

По-друге, часте використання пестицидів може знищити всю мікрофлору, в першу чергу корисну, оскільки вона є чутливою до пестицидів одночасно порушуючи нормальні мікробіологічні процеси в ґрунті, в тому числі симбіотичні і асоціативні, що часто приз-водить до зниження імунітету рослин шкідникам, хворобам, бур’янам. Це може прояви-тись і в період зберігання врожаю, коли відбувається зміна мікрофлори поля на мікро-флору складських приміщень. Приклад - збільшення псування картоплі збудниками м’якої гнилі, внаслідок багаторазових обробок пестицидами проти колорадського жука та фіто-фтори, особливо на фоні надлишку органічних і азотних добрив.

По-третє, невміле використання пестицидів може сприяти появі стійких форм орга-нізмів-шкідників.

Одним з виходів в ситуації, що склалась в захисті сільськогосподарських культур є заміна пестицидів на мікроорганізми (бактерії, актиноміцети, гриби), живі організми (хи-жаки і паразити шкідників і збуджувачів хвороб), або продукти їхньої життєдіяльності. Отримані препарати мікроорганізмів, відібрані комахи-хижаки, кліщі та нематоди, пара-зитичні організми різного рівня організації. Відпрацьовані методи розмноження таких мік-роорганізмів і їх застосування у відкритому полі та закритому ґрунті. Набагато важче склались справи з біозахистом рослин від хвороб. Не дивлячись на багаточисленні розроб-ки біопрепаратів для захисту рослин від хвороб поки тільки деякі з них рекомендовані для використання.

Це перш за все антибіотики, які мають деякі переваги в порівнянні з фунгіцидами: вони в основному добре розчиняються в воді, досить стійкі до навколишнього середо-вища, легко проникають в тканини рослини. Ці їхні ознаки дозволяють використовувати їх для придушення збудників хвороб. Майже всі антибіотики спроможні придушувати широке коло патогенів: гриби, бактерії і мікоплазми. Проводяться пошуки і антивірусних антибіотиків. В деяких країнах дозволено використовувати антибіотики медицинського призначення або синтезовані для захисту рослин в чистому вигляді або в суміші з фунгі-цидами.

Зарубіжні фірми випускають препарати антибіотиків спеціально для захисту рос-лин: бластоцидин, касугиміцин, поліоксин, валідаміцин. В Україні найбільш поширеними антибіотиками є трихотецин, фітобактеріоміцин і фітолавін-100.

Однак, існує і ряд недоліків використання антибіотиків. Щоб уникнути негативних наслідків їх застосування зроблені спроби використовувати мікроорганізми продуценти антибіотиків. Антагонізм характерний для більшості мікроорганізмів, що знаходяться на всіх частинах рослин і всередині тканин рослин. Особливо сильний антагонізм проявля-ється серед ґрунтових мікроорганізмів, де мікрофлора дуже різноманітна і густота мік-робного населення дуже висока. Властивість антагонізму привернула увагу мікробіоло-гів, що працюють в медицині, фітопатології рослин, харчової промисловості. За останні 40 років вченими-мікробіологами проведена значна робота по виявленню антагоністів, вив-ченню їх біології, взаємовідносин з патогенами та іншими мікроорганізмами, відношен-ню до рослин і тварин. В результаті серед грибів, бактерій і більшості актиноміцетів вияв-лені антагоністи практично до всіх патогенних грибів, бактерій, актиноміцетів і навіть мікоплазми. Виділені віруси фітопатогенних бактерій і актиноміцетів, виявлені паразити паразитів на різних рівнях організації живого. Таким чином, створений арсенал для роз-витку класичного методу біологічного захисту рослин, який передбачає використання жи-вих організмів для контролю числа небажаних (в тому числі патогенних) організмів в агроценозі.

Американські мікробіологи Каліфорнійського університету в місті Берклі звернули увагу на те, що в умовах Каліфорнії більшість цитрусових пошкоджується слабкими замо-розками (0⁰С) за рахунок утворення кристаликів льоду в тканинах рослин. Більш того пошкоджуються не всі рослини підряд, а вибірково, стійкість до заморозків залежить від сорту та виду рослин. Зацікавившись цим явищем, група вчених під керівництвом Ліндов виявила, що за це явище відповідальні бактерії, що існують на листках і в тканинах рос-лин. Це бактерії Pseudomonas syringae, які відносяться до великої групи бактерій, що ви-кликають хвороби листків і пагонів рослин, і Erwinia herbicola - бактерії кишечної групи, які викликають ураження коренів рослини. Обидва види бактерій заселяють тканини цит-русових без помітних ознак їх пошкодження, але в той же час не можуть існувати за межами рослини і швидко гинуть в грунті, воді та інших можливих середовищах. У ви-падку утворення кристалів льоду неважко виділити мутантні клітини, що втратили цю здатність, але не змінили здатність заселяти тканини рослин. При обробці молодих рослин кукурудзи, томатів або полуниці суспензією клітин бактерій Pseudomonas syringae, що втратили здатність утворювати кристали льоду, рослини нормально заселяються бактері-ями і не пошкоджуються заморозками. Отже, можна захистити рослини, якщо замінити “нормальну” мікрофлору аналогічною, але мутантною, яка втратила здатність до синтезу фактору утворення льоду. Важливим є те, що такі мікроорганізми тісно зв’язані з росли-ною і не допускають заселення родинними організмами. Дійсно, рослини, заселені мутан-тними бактеріями, не в змозі заселяться аналогічними клітинами дикого типу, які утво-рюють кристали. Але якщо рослина вже заселена клітинами бактерій дикого типу, то вона не може заселятись мутантними. Таким чином, для успішного захисту рослини цим спо-собом необхідно зробити її хоча б частково стерильною або по крайній мірі зменшити кількість клітин дикого типу. Цього можна добитись, наприклад, попереднім опрацюван-ням хімічними речовинами, або, як запропонували американські вчені, препаратом віру-сів бактерій (бактеріофагів), до якого чутливі клітини дикого типу, проте стійкі мутантні.

В даний час у США та в деяких інших країнах розроблені препарати для захисту рослин від заморозків і проводиться їх ретельна перевірка в контролюючих умовах на можливу патогенність до широкого кола господарів, токсичність і віддалені наслідки для людини і екологічну безпечність. Існує побоювання, що витіснення з природи бактерій, що утворюють кристали льоду, може порушити процеси утворення дощу та снігу.

Але поки проходять досліди, створені і відпрацьовуються комплекси препаратів на-йрізноманітніших напрямків. Наприклад, з допомогою сучасних методів отримані бакте-рії псевдомонад, які володіють антагонізмом до ряду збудників хвороб і здатні заселяти листки рослин або корені і синтезувати токсини проти комах. Отже, отриманий препарат, що здатний стати прототипом майбутніх біопрепаратів комплексної дії для захисту рослин від шкідників і хвороб. Необхідна тривала і ретельна його перевірка в контролюючих умовах, але вже зараз він знайшов застосування як біоінсектицид. Вбиті клітини цих бактерій в два рази довше утримують токсин на листках рослини, ніж клітини бацил.

Інтенсивне вивчення взаємовідносин між мікро- та макроорганізмами в біогеоце-нозах на всіх можливих рівнях (популяційному, організмовому, клітинному і молекуляр-ному) дає право надіятись, що вже в найближчий час будуть встановлені нові закономір-ності, на основі яких будуть розроблені методи біологічного контролю складу агроце-нозів. Одним зі способів здійснення такого контролю - застосування препаратів різних типів та властивостей на основі живих мікроорганізмів.

Традиційна біотехнологія в інших сферах життя. Продукти життєдіяльності мік-роорганізмів використовується і в інших галузях людського буття. В кондитерській про-мисловості широко використовують лимонну кислоту, яку дістають в результаті життє-діяльності спеціально виведених мікроорганізмів. В даний час у світі виробляється бли-зько 400 тис. тонн цього продукту. Такої кількості лимонної кислоти не забезпечили б жодні цитрусові плантації.

Все ширше стає асортимент ферментів - протеази, нуклеази, амілази, глюкоамілази, каталази - які продукують мікроорганізми; деякі з них, (нуклеазу), використовують в генній інженерії.

Крім того, мікроорганізми використовують для отримання вакцин.

Перспективним є використання мікроорганізмів у гідрометалургії для вилугову-вання металів із бідних руд з метою підвищення їх видобутку.

2. Перспективні напрямки нової біотехнології

На сучасному етапі нові напрямки розвитку біотехнології насамперед повязують із генетичною і клітинною інженерією, які дали можливість цілеспрямованого впливу на спадковий апарат організмів.

Клітинна інженерія. Рослини мають ряд переваг перед тваринами, оскільки майже із всіх рослин можна виростити із однієї соматичної клітини цілу рослину, здатну до запліднення і утворення насіння. На цьому етапі її розвиток пов’язаний з технікою куль-тивування клітин і тканин вищих організмів, які знайшли промислове застосування в оз-доровленні посадкового матеріалу сільськогосподарських, лісових культур, квітів… .

Під час культивування, клітини вищих рослин розглядаються як типовий мікро-об’єкт, що дозволяє застосовувати до них не лише технологію і апаратуру, але і логіку ек-спериментів, які прийняті в мікробіології. Культивовані клітини в ряді випадків зберіга-ють тотипотентність, тобто здатність перейти до виконання програми розвитку, в резуль-таті якого із культивованої соматичної клітини продукується ціла рослина, яка здатна до нормального розвитку і розмноження.

Крім того, техніка культури соматичних клітин стає винятково важливим інстру-ментом в генетичній інженерії і біотехнології.

Для культивування можуть використовуватись клітини пухлинних тканин, клітини різноманітних органів, лімфоцити, фібропласти, ембріони і т. д. Дуже часто використову-ються для наукових цілей лінії, які можна культивувати як завгодно довго. Це клітини нирок людини і тварин, ракові клітини людини (Hela).

Клітини тварин і людини вирощують в спеціальних середовищах у вигляді моно-шару на склі. Для вирощування суспензійних культур використовують найрізноманітніші судини-хемостати, ферментери, флакони.

Для оптимального росту клітин, необхідне їхнє постійне переміщення. Для цього розроблені способи культивування клітин за принципом безперервної зміни середовища (хемостати). Культивування клітин проводять при визначеній температурі (37⁰С) і рН середовища (6,8…7,5). Основними компонентами середовищ для культури є: мінеральні солі, амінокислоти, вітаміни, антибіотики. В даний час технологія культивування деяких типів клітин тварин всестороньо відпрацьована та широко використовується у виробничих умовах для отримання різних продуктів.

Застосування культури клітин людини і тварин для практичних цілей розпочалося з робіт, в яких була продемонстрована можливість вирощування вірусів в культивуючих клітинах. Для цього були (1949 році) використані клітини нирок людського зародку, ни-рок дорослих мавп, клітини кур’ячого ембріону, а також клітини перевиваїмих ліній – Hela, BHK-21 (клітини нирки ембріонів хом’яка). Застосування методу клітинних культур дозволило налагодити нарощування вірусів в необхідній кількості і в досить чистому виг-ляді, що сприяло розвитку діагностики вірусних захворювань і отриманню необхідних для медицини вакцин.

Важливе значення для розвитку клітинної біотехнології мали дослідження по гіб-ридизації соматичних клітин. У 1960 році французький вчений Ж. Барський вперше вста-новив, що соматичні клітини тварин здатні зливатись і об’єднувати генетичну інформацію двох батьківських клітин, проте утворення гібридних клітин в звичайних умовах відбува-ється дуже рідко.

Тому була розроблена техніка гібридизації соматичних клітин з використанням іна-ктивованих вірусів парагрипу типу Сендай, здатного “склеювати” і зливати клітини між собою. При отриманні вірусу Сендай вдалось добути гібриди клітин абсолютно різних ви-дів організмів. Відомі міжвидові гібридні клітини, наприклад людини і миші, курчати і людини, москита і людини, корови та норки. Виявилось можливим також гібридизувати клітини з різних тканин, наприклад лімфоцити і фібропласти, нормальні та пухлинні клі-тини.

Метод гібридизації соматичних клітин тварин і людини знайшов виключно важли-ве застосування для отримання моноклональних антитіл.

Відомо, що антитіла, що утворюються в організмі у відповідь на введення антигена (бактерії, вірусу), є білками, що називаються імуноглобулінами і захищають організм від хвороб. Але будь-яке чужерідне тіло, яке вводиться в організм, це суміш різних антигенів, що будуть збуджувати продукцію різних антитіл. До того ж в сиворотці крові імунізо-ваних тварин антитіло завжди є сумішшю, що складається з антитіл, які продукуються різними лімфоїдними клітинами. Та для практичних цілей необхідні антитіла одного типу, тобто моноспецифічні сиворотки з одним типом антитіл. Очистка одного типу антитіл від сумішей дуже складна і трудомістка. У 1975 році Келером і Мільдштеймом розроблений спосіб отримання гібридів між лімфоцитами мишей, імунізованих перед цим антигеном і культивуюмими пухлинними клітинами кісткового мозку (мієломними клітинами).

Ці гібридні клітини отримали назву гібридоми. Вони об’єднали в собі здатність лімфоциту утворювати необхідні антитіла (одного типу) і здатність пухлинних безкінечно довго розмножуватись на штучних середовищах. Культивуючи гібридоми, а потім імізу-ючи ними тварин, можна отримати антитіла необхідного типу і в необмежених кількостях. Показано, наприклад, що з 50…100 мишей можна отримати грами моноклональних анти-тіл. Моноклональні антитіла, отримані вказаним способом в даний час використовуються в різних напрямках медицини і біології.

Виробництво моноклональних антитіл займає одне з провідних місць в біотехно-логії. Крім широкого використання в фундаментальних дослідженнях вони застосовую-ться для отримання препаратів біологічно активних речовин високої чистоти, широко використовуються як діагностичні реагенти, наприклад для визначення групи крові. Мо-ноклональні антитіла виявились перспективними для лікування ряду захворювань, особ-ливо для лікування хворих злоякісними пухлинами.

Перспективними напрямками створення нових технологій на основі культивування клітин і тканин рослин є:

- отримання промисловим шляхом цінних біологічно-активних речовин рослинного походження. Отримані мутантні клітинні лінії раувольфії зміїнної - продуценту індольних алкалоїдів, які містять в 10 разів більше цінного для медицини антиритмічного алкалоїду - аймаліну; дискореї дельтовидної - продуценту диогеніну, який використовується для син-тезу гормональних препаратів; отриманий штам рути пахучої, який містить в 220 разів більше алкалоїду рутакридону, ніж в самій рослині; із суспензійної культури наперстянки шорсткої, яка містить серцевий глікозид - дигитоксин, отримали більш якісну форму - ди-гоксин - для використання в медицині; із суспензійної культури м’яти отримали ментол для трансформації пулегону і ментолу.

Дослідження проведені в наукових лабораторіях світу, реалізуються в промисло-вому отриманні клітинних біомас (женьшень - в СНД, воробейник - продуцент шиконігу, тютюну - продуцент убіхінола -10 в Японії).

- використання тканинних і клітинних культур для швидкого клонального мікро-розмноження та оздоровлення рослини. Можливість використання методів клонального розмноження в стерильній культурі виявлена для 440 видів рослин, які належать до 82 родин. В порівнянні із традиційними методами розмноження, які використовуються в сі-льськогосподарській практиці, клональне розмноження в культурі дає ряд переваг:

- коефіцієнт розмноження вище, ніж при звичайних методах розмноження. Так, з од-нієї рослини гербери методом традиційної селекції за рік можна одержати 50-100 рослин, а при розмноженні через культуру верхівкової меристеми - до 1 млн.; з однієї верхівки яблуні за 8 місяців культури можна одержати 60 тисяч рослин;

- можна підтримувати ріст протягом року, коли тисячі рослин можуть рости на не-великій лабораторній площі;

- разом із розмноженням часто відбувається оздоровлення рослин від вірусів та патогенів;

- цим методом можна отримувати рослини, які важко або зовсім не розмножуються вегетативно, наприклад, пальма.

Мікроклональне розмноження всестороньо відпрацьоване із картоплею, капустою, часником, томатами, цукровим буряком; серед ягідних культур - суниці; серед декоратив-них культур - у іриса, гіацинта, фрезії, гладіолуса, лілії, орхідейних, гвоздики, нарцизів, тюльпанів, гербери.

В останній час широкого використання отримала безвірусна розсада полуниці та картоплі. Фірма “Кева хакко” розробила технологію масового вирощування розсади лілій культурою in vitro в касетах. Ведуться дослідження отримання штучного насіння, гібридів рису першого покоління. Так звану бляшкову розсаду квітів і овочів вирощують методом культури клітин (тканини) і доставляють фермерам в горщиках та касетах.

Техніку зливання клітин застосовують в рослинництві. Так, методом асиметрично-го зливання в Японії, виведені стійкі до нематодів кабачки.

У 1988 році фірма “Кірін біру” сумісно з американською фірмою розробила штучне насіння і техніку масового виробництва клонів салату латука і сельдереї. Ці ж фірми від-працювали аналогічний підхід до техніки масового використання зародків рису.

Третю групу становлять технології пов’язані із генетичними маніпуляціями на тканинах, клітинах, ізольованих протопластах.

Генна інженерія. Її суть полягає в штучному створенні (хімічний синтез, переком-бінації відомих структур) генів з конкретними необхідними для людини властивостями і введення його у відповідну клітину (на сьогодні це частіше всього бактеріальні клітини, наприклад, кишкова паличка) - створення “штучної” бактерії - лабораторії по виготов-ленню необхідного для людини продукту.

Генна інженерія в тваринництві. Багато спеціалістів, що працюють в напрямку но-вих методів розведення сільськогосподарських тварин. Генна інженерія, пов’язана з пере-садкою генів, стане наймогутнішим методом отримання тварин з необхідними властивос-тями. У 1986 році австралійські вчені вперше в світі створили трансгенну вівцю шляхом введення в ембріон гену, відповідального за синтез гормону росту овець. Були експе-рименти по передачі гену людського гормону росту в генетичний апарат (ДНК) свині. У 1999 році вчені з Гарвардського університету (США) виділили ген, присутній в кур’ячих ніжках і відповідальний за їх ріст. Ген пересадили в крила курчат, і через кілька місяців були створені перші в світі чотириногі кури. Вчені вважаєть, що ці тварини мають вели-ку перспективу в тваринництві майбутнього.

Значні можливості відкриваються для біотехнології при використанні методу кло-нування савців. Цей метод знайшов широке застосування в ембріології корів і овець. Емб-ріони, що складаються з 60-80 клітин, роздрібнюють в спеціальних посудинах їх виро-щують до утворення ембріонів, а потім трансплантують самицям. Таким чином, в прин-ципі, з одного ембріону можна отримати кілька десятків тварин.

Найбільш розвинутий в наш час напрям в біотехнології тварин - це трансплантація ембріонів. Цей метод дозволяє перш за все прискорити розведення тварин з високими спадковими якостями, а також зберегти цінний генофонд, так як отримані ембріони можна консервувати замороженням і зберігати скільки завгодно. З допомогою цього методу от-римують до 80 нащадків від однієї корови за два роки. В США таким способом отримано ще 1980 році 23 тисячі телят, а в Канаді - 7 тисяч.

Генна інженерія в рослинництві. Важливе значення для генетичної інженерії і біотехнології має розроблений в останні 20-25 років метод ізольованих протопластів. Він дозволяє з допомогою ферментативного гідролізу руйнувати клітинні стінки і виділяти в великій кількості “гай” клітини, позбавлені клітинної оболонки і оточені тільки плазма-лемою. Такі кулеподібні клітинні утворення були названі протопластами. Протопласти відрізняються від звичайних клітин здатністю зливатись одне з одним при визначених умовах, поглинати з навколишнього розчину різні молекули (білки, нуклеїнові кислоти), органели та мікроорганізми. І особливо цінно, що протопласти здатні на спеціальному се-редовищі ренегерувати (синтезувати повторно) клітинну оболонку, ділитись, утворюючи калус, і ренегерувати цілу рослину.

До 1985 року вважалось, що вивести однодольні рослини з протопласту неможли-во. Але в інститутах Японії відтворили рис. Були подані заявки на реєстрацію мутантних сортів рису: короткостебельний міцуї байосаса №1 і низькостебельний пізній хацуюме. Це доводить практичну цінність селекції з використанням протопласту.

При роботі з однодольними рослинами використовують плазміди кишкової палич-ки, для введення генів застосовують поліетиленгліколь або електроперфорацію. Проте відомих корисних генів небагато: інсектицидні гени, гени стійкості до вірусів, гербицидів, гени забарвлення кольорів. Ця технологія набагато складніша зливання клітин. Сама роз-робка її методики вимагає значних витрат. У зв’язку з цим актуальні різні форми міжна-родного співробітництва, але при цьому виникає проблема права на інтелектуальну влас-ність.

Прибутки, що можна отримувати, застосовуючи досягнення генної інженерії, заці-кавили фірми зовсім інших галузей промисловості. Фірма “Саппоро біру” (один з провід-них виробників пива в Японії) розробила технологію масового вирощування клональної розсади орхідей. Хімічна фірма “Ніппон сьокубай кагаку” розробила систему вирощуван-ня декоративних рослин для облаштування службових приміщень.

Нові досягнення в генній інженерії можуть мати велике значення для сільського господарства. Окремі сорти виведені за новими технологіями знайшли постійну прописку на виробництві. Сорти картоплі, що містять ген Bt. Цей ген, що походить від значно по-ширеної грунтової бактерії Bacillus thuringiensis, виробляє інсектицидний кристалічний білок. Коли комаха-шкідник з’їдає бактерію або клітини рослини, які містять цей білок, то вони у неї викликають розлади, що унеможливлює травлення. Бактерія (Bt) має багато видів. Кожен вид бактерії здатний справляти негативний вплив тільки на один або декілька видів комах. Вид Bacillus thuringiensis вбиває тільки жуків тінебріонідів, до яких належить колорадський жук, який знищує значну кількість урожаю в Україні.

Використовуючи методику наукової генної інженерії, генетикам вдалось транс-плантувати ген, який є носієм коду Bt-білку, з бактерії в організми різних видів рослин (деякі сорти картоплі, кукурудзи, бавовника). Агентство США з охорони навколишнього середовища, агентство США з контролю за продуктами харчування та медичними препа-ратами, Міністерство сільського господарства в США та тисячі вчених-професіоналів з усього світу встановили, що кристалічні Bt-білки та їх гени-перемикачі не можуть завдати жодної шкоди здоров’ю чи життю людини.

Трансгенна картопля не вирішує всіх проблем у сільському господарстві, проте вона, поза сумнівом, є кроком на шляху до ефективного сільського господарства, яке значною мірою зменшить використання пестицидів, покращить сільськогосподарську тех-нологію і, що найважливіше, збільшить виробництво картоплі шляхом боротьби зі шкід-никами (вчені вважають, що продуктивність сільського господарства у 2010 році в краї-нах, що розвиваються, за рахунок використання біотехнології зросте на 25-30%).

Генна інженерія на користь людини. Успіхи генної інженерії можуть бути викорис-тані на користь самій людині - у боротьбі зі спадковими хворобами (нині з’явилась мож-ливість отримувати білок таким шляхом, який визначає синтез трамбопластину - перший етап зсідання крові); отримана сироватка проти однієї із форм гепатиту; ведуться дос-лідження з вірусами грипу, створені продуценти біологічно активних речовин - інсулін (необхідний для лікування діабету), самотропний гормон (природний стимулятор росту), інтерферон (білкова речовина, яка сприяє активній боротьбі клітин організму з вірусами).

А в 1999 році група генетиків на чолі з Саймоном Мак-Квін Мезоном з універси-тету Йорку (Великобританія) отримала унікальний природний клей, який створений на основі білку, що виробляється мідіями виду “Мутілус галопровінціаліс”. Білок володіє незвичайною клейкістю, еластичністю і одночасно з цим відштовхує воду. Хімічна струк-тура дозволяє йому проходити між молекулами двох різних речовин, об’єднуючи їх ще міцніше. Для отримання цього клею не потрібно вбивати тисячі молюсків. Вчені вже пе-ремістили генетичний код білку в тютюнові рослини, і з їх листків клейка речовина буде добуватися промисловим шляхом. Дуже важливою особливістю клею стало те, що він не відштовхується людським організмом і може скріплювати живі тканини. Вчені вважають, що новий клей зробить революцію в медицині.

3. Екологічний ризик біотехнології.

Антибіотики є продуктами біотехнології, але всетаки їх важко визнати засобами біологічного методу захисту рослин. Принципово вони не відрізняються від звичайних фунгіцидів і бактеріоцидів хімічної природи, крім того є продуктами життєдіяльності мік-роорганізмів. Це звичайні органічні з’єднання, але синтезовані не в хімічному реакторі, а живою клітиною. Антибіотики володіють всіма перевагами та вадами хімічних пести-цидів:

- антибіотики активні не тільки проти патогенів, але й проти всієї мікрофлори рос-лини;

- антибіотики токсичні для теплокровних тварин, в тому числі й для людини і нега-тивно впливають на рослину. Виняток становлять, антибіотики пеніцилінового ряду, які порушують синтез клітинної стінки бактерій;

- застосування антибіотиків призводить до відбору мікроорганізмів, в тому числі й патогенів, стійких до їх дії, що робить нереальним застосування більшості антибіотиків в сільському господарстві;

- вартість препаратів, виготовлених на основі антибіотиків, вища вартості препа-ратів хімічної природи.

Зважаючи на ці фактори, можна зробити висновок, що застосування антибіотиків для захисту рослин від хвороб є малоперспективним, якщо тільки не будуть знайдені ви-сокоспецифічні сполуки, які б вибірково знищували патогени, при цьому не завдаючи шкоди рослинам, тваринам і корисним мікроорганізмам.

Штучно створені генетично модифіковані організми мають аналогічну здатність до розмноження, розповсюдження і мутацій, що і природні. Пилок з таких рослин переноси-ться вітром, птахами, комахами на далекі відстані і може запліднювати рослини природно-го ареалу. Екологічна небезпека генетично модифікованих організмів обумовлюється трьома основними властивостями: стійкістю до гербіцидів, стійкістю до вірусів, токсичні-стю для комах. Усі вони несуть загальну потенційну небезпеку переходу отриманих внас-лідок генної інженерії властивостей або гена іншим спорідненим культурам або навіть до їх диким родичам.

Тобто маючи стійкість до пестицидів, модифіковані рослини спроможні призвести до появи стійких до гербіцидів і пестицидів бур’янів, які можуть проявити стійкість і до певних видів шкідників, порушення природного балансу, зменшення врожайності куль-тур, до пошкодження не тільки рослинного, а й тваринного світу.

Щоб забезпечити стійкість проти шкідливих комах, в нові генетично модифіковані організми вводять модифікований ген з ґрунтової бактерії Ваcillus thuringiensis (Вt), що змушує рослину виробляти активну форму ендотоксину по всій рослині, включаючи листя і плід (сама бактерія використовується давно як нешкідливий природний інсектицид).

Незважаючи на те, що Вt-культури рекламуються як екологічно безпечні, вони прискорюють вироблення імунітету у комах, що харчуються цими рослинами (у шкідни-ків посилюється стійкість до токсину і для боротьби з ними необхідно застосовувати нові, більш токсичні засоби.

Серйозну занепокоєність викликає і те, що гени генетично модифікованих організ-мів можуть трансформуватися в споріднені сорти і види рослин, що може призвести до того, що "нормальні" культури набудуть небажаних якостей своїх трансгенних аналогів - з усіма ризиками для здоров’я споживачів і стану довкілля. З іншого боку, якщо ген, що надає культурній рослині стійкість до шкідників, перейде шляхом запилення в дику спо-ріднену рослину, вона може стати стійкою до шкідника і перетворитися на супербур’ян (табл. 16.2.1).

Таблиця 16.2.1. Вигоди і ризики застосування біотехнології в сільському господарстві

Технологія	Вигоди	Ризики
Трансгени (в цілому)	Можливість покращувати всі форми сільськогосподарського виробництва	Зменшення біорізномаїття з можливістю силь-нішого впливу на нових патогенів; надходжен-ня ГМ-продуктів в харчовий раціон людини без повідомлення спожива; технологія может не спрацювати в нових умовах
Стійкість до гербіцидів	Підвищення продуктивності сільськогосподарських куль-тур, зменшення використання гербіцидів, які не піддаються біодеградації	Ауткросинг, який призводить до розвитку супер-бур’янів, стійких до гербіцидів
Стійкість до шкідників	Підвищення продуктивності сі-льськогосподарських культур, зменшення використання інсе-ктицидів, які не піддаються бі-одеградації	Ауткросинг, який призводить до розвитку Вt-стійких комах. Сільськогосподарські підприємства, які спеці-алізуються на біологічному землеробстві не зможуть вирощувати Вt.
Підвищення якості харчо-вих продуктів	Позитивний вплив на поживну якість продуктів в раціоні на-селення розвиваючих країн	Може мати малу ефективність, проте рекламу-вати комерційні організації
Загальна стійкість	Дозволяє вести сільське госпо-дарство в регіонах з несприят-ливими для цього умовами	Розвиток суперстійких рослин, які можуть змі-нювати агробіоценози територій
Стійкість до заморозків	Підвищення продуктивно-сті сільськогосподарських культур	Може призвести до зміни клімату
Нові джерела продукції (ла-уринова кис-лота із ГМ-рі-паку)	Зменшення витрат на виробни-цтво продукції рослинництва	Може спричинити збиток і банкрутцтво при ви-користанні традиційних методів виробництва
Біоінженерні сельскогосподарські тварини	Підвищення продуктивності харчових продуктів тваринно-го походження	У випадку, якщо трансгенна риба з ферми по-падє в дику природу, вона может витісняти при-родні популяції

Перший негативний вплив генетично модифікованих організмів відмічено в 1999 році доктором Пуштаі (Великобританія), який виявив серйозні порушення в роботі ки-шечнику, печінки і тимуса в пацюків, яких дев’ять місяців годували трансгенною картоп-лею, модифікованою лектином проліску. В наступні роки отримані дані про те, що Гм-рослини здатні продукувати токсини й накопичувати канцерогени. Канадські біологи від-значили зниження плідності у свиней, що харчувалися трансгенами. Доктор Мейсон вста-новив високу "імунну реакцію" у мишей на картоплю, модифіковану вірусним білком.

Подібні алергійні реакції спостерігаються і у людей. В 2000 році в США розгорівся скандал навколо Гм-кукурудзи StarLink, що виявилась сильним алергеном. Навесні 2004 року з’явилися повідомлення про дивне захворювання фермерів на Філіппінах. Люди, що проживають поблизу полів, засіяних трансгенною кукурудзою, починали чхати й задиха-тися від кашлю, однак стоїло їм переїхати в інші райони країни, як всі симптоми зникали без сліду. Доктор Террі Травік з Норвегії припускає, що ця хвороба могла бути реакцією на токсин, що міститься в пилку Гм-кукурудзи. На думку ж провідного російського алерголога професора Гервазієвої із науково-дослідного інституту вакцин і сироваток, "різкий ріст алергічних захворювань, що спостерігається в останні роки в усьому світі, мо-же бути наслідком вживання в їжу Гм-продуктів". І дійсно, у Швеції, де трансгени забо-ронені, число людей, що страждають алергією, становить усього 7%, у США ж, де заборо-ни немає, - всі 70 відсотків.

Але навіть якщо ми не захочемо вживати трансгенні продукти, уникнути цього нам не вдасться. Корпорації, що виробляють Гм-продукти, неодноразово заявляли, що молоко й м’ясо тварин, що харчуються Гм-кормами, залишаються біологічно чистими. Однак в 2004 році було опубліковано результати досліджень, що ставлять під сумнів цей постулат. У березні 2004 року доктор Террі Травік заявив, що йому вдалося виділити із тканин під-дослідних пацюків вірус мозаїки кольорової капусти, що використовується для модифіка-ції зернових рослин. У червні 2004 року вчені із Центра контролю за молочними продук-тами Мюнхенського технологічного університету в Баварії (ФРН) вперше виявили сліди Гм-організмів у молоці корів.