Независимый бостонский альманах

ТРАНСГЕННЫЕ КАТАСТРОФЫ?

10-11-2002

Василий ВельковВопрос о том, стоит ли человеку активно вмешиваться в эволюцию может кому-то и кажется волнующим, увы, не актуален Это вмешательство уже давно идет.

И притом, сразу по двум основным направлениям, по пути уменьшения биоразнообразия, вызванного уничтожением множества биологических видов, и по пути стимулирования эволюции тех видов, которых человек, хотя и очень пытается, но полностью уничтожить не может. Однако, в последние годы появился третий путь влияния человека на эволюцию - за счет интрогрессии трансгенов. Речь пойдет именно об этом. Но сначала о том, что...

В ХХ веке человек стал основной движущей силой эволюции

 

Это произошло из-за желания человека, во-первых, прокормиться и, во-вторых, не умирать от инфекционных заболеваний. Для этого человек, пользуясь силой своего интеллекта, хладнокровно уничтожает своих врагов – патогенных микробов, вредных насекомых и сорные растения.

Для этого он создает инсектицидные отравляющие вещества, гербициды, убивающие сорняки и антибиотики, поражающие микробов. И в огромных количествах вносит их в биосферу. Но эта война не кончается уничтожением вредных биологических видов. Наоборот, она ускоряет их эволюцию.

В 1939 г Пауль Миллер создал ДДТ, эффективно поражающий насекомых и в 1948 г получил за это Нобелевскую премию. Но между этими двумя знаменательными событиями, а именно в 1947 г была обнаружена первая комнатная муха, устойчивая к этому первому химическому инсектициду. А в 1960 г комары, ставшие устойчивыми к дусту, не дали остановить распространение малярии в мире. И в итоге, это привело к… ускорению темпов создания новых инсектицидов. Что, в свою очередь, к 1990 г привело к возникновению более 500 различных видов насекомых, устойчивых, по крайней мере, к одному, а часто и к сразу к нескольким инсектицидам одновременно.

Как правило, насекомые становятся устойчивыми к данному инсектициду через 10 лет после начала его массового применения. После этого надо создавать новый. И так без.... В теории эволюции этот процесс тоже называется “гонкой вооружений” (arms race). Вы новый бомбардировщик, а мы - новую ракету. Ага, вы новую ракету, а мы - спутник-убийцу, Ах, так вы спутник убийцу - так мы гиперболоид имени инженера Гарина. (Неплохое занятие для питекантропов, не так ли?)

Та же самая гонка вооружений происходит и в горячей войне с патогенными микробами (мирное население непатогенных она уничтожает также, увы). Так вот, мы в 30-ых сульфонамиды, они - устойчивость к нему в 40-ых- мы пенициллин в 43-ем, они - устойчивость к нему в 46-ом- мы стрептомицин в 43-ем, они (после многочисленных потерь) устойчивость в 58-ом, мы тетрациклин в 48-ом, а им на него начхать с 59-го, мы эритромицин в 52-ом, а они - устойчивость к нему в 88-ом (эффективное было лекарство, однако)- мы ампициллин в 61-ом, они устойчивость в 73-ем.

А вот сводки с театра военных действий с сорнякими.

В 45 г начал применятся 2,4-D - устойчивость с 54-го, далапон (dalapon) - c 53 -го, устойчивость в 62-ом, атразин (atrazine) - с 58-го, устойчивость с 68-го- трифлуралин (trifluralin) - c 63-го, устойчивость с 88-го, диклофоп (diclofop) - c 80-го, устойчивость с 87-го.

А что касается войн с вирусами - к каждой из них долго и упорно готовятся, а когда развязывают, то каждая из них - блиц-криг.

В их пользу. Невропин (nevropin) снижает синтез вирусной РНК, но только в течение двух недель. Мутации устойчивости возбудителя СПИДа ВИЧ-1 к ингибиторам его обратной транскриптазы возникают весьма быстро. Но и это не все. Как вы думаете. в каком направлении эволюционируют рыбы, если их много ловить? Сетями, разумеется, а не на шилишпера. Они становятся тоньше и плавают более медленно. Такими стали лососи, чтобы преодолевать сетевой” естественный отбор.

В общем, не хотелось бы произносить это вслух, но скорость биологической эволюции, направляемой человеком, выше скорости естественной эволюции на порядки. И сколько же стоит эта гонка вооружений, или, иными словами...

Сколько стоит ускорение эволюции?

Только в США ежегодно в биосферу вносится около 315 млн т инсектицидов, на что затрачивается 12 млрд долларов. И несмотря на это, 10-35% урожая теряется из-за вредных насекомых. Что затем приводит в последующим потерям для пищевой промышленности, составляющим от 2 до 7 млрд долларов в год. Стоимость создания одного нового инсектицида в 1999 г составляла 80 млн долларов, а стоимость создания одного нового антибиотик
а - 150 млн долларов. В целом, ежегодный счет, который США ежегодно платят за удовольствие направлять и ускорять биологическую эволюцию составляет около 100 млрд долларов (особо сомневающиеся - см. Science, 2002, 293, 1786). И что, так будет всегда? Мы - пиковую даму, они - козырный туз?

Нет, не всегда. В 95-ом начался...

Новый виток в эволюционной гонке вооружений

 

За пять лет до третьего тысячелетия в США началась массовая интродукция (посевы) трансгенных растений, способных поражать насекомых-вредителей самостоятельно. Иначе говоря, это были созданные с помощью генной инженерии растения - “насекомоубийцы”, которые расправлялись с такими страшными врагами, как кукурузный стеблевой мотылек, кукурузная совка или колорадский жук без помощи химических инсектицидов. Такие кукуруза, хлопчатник или картофель были названы инсектицидными (или энтомоцидными) трансгенными растениями, или ВТ- защищенными. В своем геноме они несли ген белка - инсектицидного токсина почвенной бактерии Bacillus thuringiensis (сокращенно - ВТ). Эти бациллы синтезируют особый белок (ВТ токсин). Этот токсин, связанный со спорами этих бацилл, попадает в личинки некоторых насекомых, и их убивает, после чего, используя убитых личинок в качестве пищи, в них из спор развиваются и размножаются клетки ВТ. Именно ген ВТ токсина и встроили в геном кукурузы, хлопчаткника, картофеля, масличного рапса и т.д.

Таким образом, был сделан качественно новый шаг - от стратегии поражения вредителей растений с помощью химических инсктицидов к стратегии создания инсектицидных растений.

Уже сейчас посевы таких трансгенных растений занимают значительные площади в ряде стран. В США их оценивают в 35,7 млн га, в Аргентине – 11, 8 млн га, в Китае – 1, 5 млн га. Общие площади под трансгенными растениями в мире в 2001 г составили 52,5 млн га, а их ежегодный прирост 19%. За последние 12 лет в США было выращено 3.5 x 1012 единиц трансгенных растений, только в 1999-2000 гг более двух триллионов. При этом, как утверждается, не было зарегистрировано ни одного случая возникновения вредных медико-биологических последствий их производства и использования.

И вот каков...

Экономический эффект инсектицидных трансгенных растений.

 

Если не принимать мер борьбы со стеблевым мотыльком и кукурузной совкой, поражающими посевы кукурузы, то в США это приведет к ежегодным потерям в 1 млрд долларов. Общий экономический эффект только от производства ВТ-защищенного хлопчатника в 1998 г. оценивался в 92 млн долларов. Подсчитано, в частности, что применение ВТ-защищенных культур может повысить чистый доход на 35% по сравнению с производством не трансгенных растений. Это даст прибыль примерно в 668 млн долларов в год и приведет к снижению применения химических пестицидов почти на 50 млн т в год, что в свою очередь, позволит сэкономить средства, затрачиваемые на охрану окружающей среды, в размере 632 млн долл в год. Более того, это снизит количество заболеваний, вызванных прямо или косвенно химическими инсектицидами и даст экономию средств, затрачиваемых на охрану здоровья населения, в размере 37 млн долларов в год. В целом, согласно этим оптимистическим прогнозам, в США экономический эффект от производства ВТ-защищенных культур может составить около 1,34 млрд долларов в год.

Но не напоминает ли это все наивные надежды изобретателей дуста и пенициллина? Не могут ли насекомые стать устойчивыми не только к химическим инсектицидам, но и к инсектцидным растениям? Да могут. конечно, куда ж они денутся?... Но если бы только это...Впрочем, все по порядку....

Потенциальные риски, связанные с трансгенными растениями.

Да какие там риски, если американцы у себя в стране растят триллионы трансгенных растений?! Что они, враги сами себе? Кстати, а когда вы читали про динамику роста посевных площадей трансгенных растений, вы заметили то, чего вы не заметили? Европейских стран? Включая Россию? То-то и оно. Европейские страны (включая Россию) воздерживаются от крупномасштабного выращивания трансгенных растений на своих территориях.

Но, может быть, они усиленно готовятся и проводят полевые испытания новых трансгенных сортов? Вот маленькая табличка. Это динамика полевых испытаний трансгенных растений в странах Европы.

Количество полевых испытаний трансгенных растений

<tr >Англия221325123

Страна 1998 1999 2000 2001 2002
Бельгия 6 8 16 5 5
Германия 18 23 7 9 3
Греция 7 6 0 0 0
Дания 4 5 1 0 0
Испания 39 39 19 19 2
Италия 43 51 18 5 8
Нидерланды 19 5 0 19 1
Швеция 8 19 6 2 0
Финляндия 3 3 3 1 1
Франция 70 64 34 17 0

В чем дело? Почему в странах ЕС количество испытаний новых трансгенных растений уменьшается? Как утверждается, из-за актов крайнего вандализма, которые совершают на опытных полях защитники окружающей среды, уничтожающие ненавистные им трансгенные растения. Насколько оправдана эта ярость?

Существуют два основных класса потенциальных опасностей, связанных с трансгенными растениями. Опасности для здоровья человека и животных, если трансгенные растения идут на пищу или на корма, и опасности для окружающей среды, когда они еще растут. Полагается твердо установленным, что пища и корма, получаемые из трансгенных растений и разрешенные к выпуску на рынок, полностью безопасны, по своим пищевым (кормовым) характеристикам они “существенно эквивалентны” (substantially equivalent) аналогичным продуктам из аналогичных не трансгенных растений и поэтому разрешены к массовому потреблению во многих странах мира. С санкции Госсанэпиднадзора России в течение нескольких лет зерно трансгенных кукурузы и сои закупается за рубежом- оно предназначено для использования только в качестве продовольственного сырья, либо на фураж. Но не для посева. Любой продукт трансгенных растений, разрешенный к выпуску на рынок, проходит строгую медико-биологическую проверку, в том числе и в России (особо недоверчивые, см. Вопросы питания, 2001,2,3-7). Что касается потенциальной опасности трансгенных растений для окружающей среды, то

“Нам не дано предугадать, как наше слово отзовется”…

С оценками экологического риска трансгенных растений связаны серьезные трудности. Экосистемы весьма сложны и состоят из большого количества взаимодействующих между собой разных популяций. Эти популяции могут находиться как в конкурентных взаимоотношениях, так и в симбиотических и объединены друг с другом довольно сложными и порой разветвленными трофическими связями. Можно ли предсказать, как трансгенные растения будут влиять на природные экосистемы? Для этого эти экосистемы надо сначала описать и смоделировать взаимодействия в них. А определение и описание только доминантных видов и количественная характеристика их взаимодействий как друг с другом, так и со средой – задача довольно трудоемкая и длительная (не говоря уже о том, сколько может стоить её выполнение).

Теоретически, вызванное инсектицидным трансгенным растением уменьшение численности вредных насекомых может привести к последующему изменению численности других видов, находящихся, в частности, в отношениях типа хищник - жертва” и т.д.

В настоящее время рассматриваются три основных типа экологических рисков, сопряженных с инсекцидными трансгенными растениями:

1) поражение ими не целевых (не вредных) насекомых, в частности, нарушение баланса в системах “хищник – жертва”, влекущее нежелательное повышение или понижение численности других организмов-

2) возникновение устойчивости к инсектицидному токсину (синтезируемому трансгенным растением) у целевых насекомых, что может сделать инсектицидные растения такими же бесполезными, как антибиотики, инсектициды и гербициды, внедренные 10 -15 лет назад. Эти два риска аналогичны, в общем, тем, которые связаны и с химическими инсектицидами. И химические инсектициды поражают не только вредных насекомых, и устойчивость к инсектицидам тоже возникает. А вот третий риск – такого еще не было Этот риск уже не экологический, а эволюционный. Это…

Интрогрессия трансгенов

 

Этим жутким термином называется самопроизвольный перенос чужеродных генов из трансгенных организмов в не трансгенные. У трансгенных растений это может происходить за счет пыльцы, в которой, наряду с нормальными генами, содержатся и те, которые встроил генный инженер. Трасгенная пыльца может, таким образом, превратить не трансгенное растение в трансгенное, это новое трансгенное сможет опылить нес

сколько других не трансгенных и, “процесс пошел”….по нарастающей, пока все растения не станут трансгенными. Если трансген полезный – почему это плохо? А вот почему. И притом “очень плохо”. Потому, что такое генетическое загрязнение (это уже тоже стандартный термин современноq биотехнологии – transgenic contamination) уменьшит биооразнообразие растений или, что одно и то же, их генетическое разнообразие. И, тем самым, снизит возможность получения новых сортов, так как ресурс потенциально полезных для этого генов будет уменьшен. Особенно опасно уменьшение биоразнообразия культурных злаковых растений и их сородичей. И вот почему, широко распространенные сельскохозяйственные культуры могут подвергнуться массовому поражению новыми, постоянно возникающими формами фитофагов, фитопатогенных грибов и других вредителей. И тогда перед селекционерами встанет очередная задача в “гонке вооружений” - срочно получить новый сорт, устойчивый к новым врагам. А где взять для этого новые гены?

По данным ООН мировое разнообразие видов растений, имеющих сельскохозяйственное значение, за последнее время уменьшилось на 75%. Интрогрессия трансгенов с огромных площадей, засеяных трансгенными растениями, может только ускорить этот необратимый процесс. Особенно это нежелательно в тех регионах, где расположены центры происхождения культурных злаков, характеризующиеся их большим генетическим разнообразием. Эти центры являются стратегически ценным природным резервуаром важнейшего селекционного материала. В Мексике находится центр происхождения кукурузы, в Таиланде - центр происхождения риса. Именно поэтому в 1998 году правительство Мексики на территории своей страны запретило посевы трансгенной кукурузы. Но…

Это случилось

Сообщение о том, что природные расы кукурузы, произрастающие в провинции Оаксака в Мексике и в прилегающих районах Гватемалы (эти места - эволюционная колыбель происхождения кукурузы) подверглись массовой интрогрессии чужеродных генов из трансгенных растений, было первым, вызвающим шок указанием на серьезные негативные последствия широкого применения трансгенных растений. В самом высоко престижном научном журнале мира было сообщено, что с помощью высокочувствительного метода молекулярно-генетической диагностики (полимеразная цепная реакция) в геноме многих растений так называемого criollo - природной кукурузы, была обнаружена ДНК, комплиментарная промотору вируса мозаики цветной капусты (ВМЦК), широко применяемому для конструирования трансгенных растений, так же было обнаружено, и что эта ДНК находится в разных местах генома разных природных растений. Существенно, что два опытных образца содержали не только промотор ВМЦК, но и ДНК, комплиментарную другому регуляторному гену - терминатору (T-nos) из бактерии Agrobacterium. tumefaciens, также используемому в генной инженерии. В одном из образцов, наряду с промотором ВМЦК, была обнаружена и ДНК гена инсектицидного Bt-токсина. Более того, в двух образцах рядом с промотором ВМЦК были обнаружены последовательности, сходные с генетической конструкцией, содержащей область гена adh1, которая присутствует в трансгенной инсектицидной кукурузе Novartis Bt11, созданной одноименной компанией и распространенной сейчас на мировом рынке (Nature 2001;414(6863):541).

Можно ли верить этому сообщению? Nature самый авторитетный научный журнал, его рецензенты высоко квалифицированы, этически безупречны и объективны (каждую статью оценивают трое независимых рецензентов). Публикация в Nature – это гарантия высокого качества, достоверности и принципиальности результатов. Брака в работе этот журнал не допускает. Но в следующих номерах появились сразу два напечатанных рядом письма, в которых утверждалось, что данные о интрогрессии трансгенов – артефакт, вызванный ошибочным определением и неправильной интерпретаций результатов (Nature 2002;416(6881):600-603)!.

Учитывая серьезность проблемы, специалисты Национального Института экологии (Мексика) провели повторное тестирование. Согласно их предварительным результатам около 12% растений кукурузы criollo действительно содержали трансгенный промотор ВМЦК, а в некоторых районах провинции Оаксака этот чужеродный регуляторный ген содержало до 36% растений! Контрольные образцы кукурузы из Cuzco Valley (Перу) данного трансгена не содержали (Science, 2002, 295,1618).

Летом 2002 г на конференции в Нидерландах две независимые научные группы заявили: нет никаких сомнений, что примерно в 10% растений традиционных сортов кукурузы, растущих в провинции Оаксака, содержатся трансгены.

Откуда ж они взялись? Как уже говорилось, в 1998 году правительство Мексики запретило сеять трансгенную кукурузу, однако она импортировалась для использования в пищу и на фураж. Этого оказалось достаточным. Видать, мексиканские крестьяне, ее все же посеяли (New Scientists, 2002,174,(2347),17).

Будет ли эта массовая интрогрессия трансгенов в центре происхождения кукурузы распространяться? Можно ли ее остановить? Какими окажутся ее последствия? Ответов пока нет.

Есть, однако, надежда, что в будущем риск переноса трансгенов пыльцой может быть сведен практически к нулю. Для этого необходимо, чтобы трансген находился не в ядерном геноме, который передается с пыльцой, а в цитоплазматическом, например, в геноме хлоропластов, который в состав пыльцы не входит. Методы клонирования в геноме хлоропластов хорошо разработаны и приводят к значительному сверхсинтезу белков, кодируемых трансгенами, Растения, несущие трансгены в геноме хлоропластов, не только более безопасны в отношению интрогрессии, но и в отношении к не целевым насекомым (и другим животным), контактирующих с пыльцой.

А что касается первого в истории случая, когда редакция Nature отказалась от ранее опубликованной статьи и, тем самым, поставила под сомнение профессиональные качества своих авторов и рецензентов - то это уже совсем другая история, о которой, в общем-то, не хотелось бы. Особо принципиальные читатели смогут найти ее в журнале New Scientists, 2002,174,(2347),14-16. Отметим, пожалуй только вот что: авторы обоих писем, ставивших под сомнение данные о интрогрессии трансгенов, имеют прямое отношение к Департаменту Биологии Растений и Микробов Калифорнийского Университета в Беркли, исследования в котором в весьма значительной мере финансируются швейцарской компанией Novartis.

Говорят, у древних римлян была замечательная пословица Amicus Plato, sed magis amica veritas. Но кто сейчас знает латынь?

Комментарии

Добавить изображение



Добавить статью
в гостевую книгу

Будем рады, если вы добавите запись в нашу гостевую книгу. Будьте добры, заполните эту форму. Необходимой является информация о вашем имени и комментарии, все остальное – по желанию… Спасибо!

Если у вас проблемы с кириллическими фонтами, вы можете воспользоваться автоматическим декодером AUTOMATIC CYRILLIC CONVERTER.

Для ввода специальных символов вы можете воспользоваться вот этой таблицей. (Латинские буквы с диакритическими знаками вводить нельзя!)

Ваше имя:

URL:

Штат:

E-mail:

Город:

Страна:

Комментарии:

Сколько бдет 5+25=?