|
Сивостен :: Трансгенни растения: Екологичен и здравен риск от въвеждането им в селскостопанската практика (статия) - Биология, Генно модифицирани организми, Наука
 | |
Трансгенни растения: Екологичен и здравен риск от въвеждането им в селскостопанската практика
Настоящият материал е писан през 2003 като курсова работа към катедра Физиология на растенията, в рамките на бакалавърския курс по Молекулярна биология. Научен ръководител е доц. Капчина от същата катедра. В тази връзка литературната справка вероятно е поостаряла, макар че основните заложени принципи остават в сила. Също така литературната и научна стойност не са на необходимото ниво.
Увод
Научният напредък в клетъчната и молекулярна биология достигна кулминационната си точка в генетичното инженерство и генетичното модифициране на организмите. Получените в резултат нови линии културни растения позволяват на фермерите да отговорят по-бързо и по-успешно на увеличената потребителска нужда.
Независимо от потенциалните ползи на тази нова технология за подобряване на благонадеждността и качеството на хранителните ресурси, бяха изказани публични и научни опасения относно екологичната и здравна безопасност на генетично модифицираните растения. Страховете са, че технологията ще навреди на хората с непредвидени влияния върху околната среда, здравето и/или върху икономическия ред за сметка на бедните.
Публичните възражения стават все по-шумни и понякога достигат застрашителни размери. За разлика от Америка (най-вече САЩ и Аржентина) и страните от далекоизточна Азия, в Европа възприемането на генетично модифицираните храни става все по-трудно. Без одобрението на обществото като цяло, ГМ храните биха се провалили на пазара. От друга страна, според докладите на ООН и останалите световни организации светът се сблъсква с все по-сериозни проблеми, касаещи изхранването на растящото население, и не би могъл да си позволи да се откаже толкова лесно от потенциала на трансгенните култури (Schrope, 2001). Във всеки случай е необходимо да се даде точен и недвусмислен отговор дали тази технология е безопасна и какви мерки трябва да се вземат, за да се намалят до минимум възможните рискове, а този отговор е нужен във всеки един отделен случай на генетично модифициране.
Най-добрата и най-широко възприета гледна точка за оценяване на този риск е сравнението на базата на влиянието на традиционните културни растения, които са интегрална и възприета част от човешкия бит. В много случаи, влиянието, което се предполага да оказват трансгенните растения е подобно на това, което се очаква от новоразработените по конвенционалните селекционни методи сортове. Разликата е главно в сроковете, за които един сорт се развива, придават му се стопански ценни качества и се въвежда на световния пазар.
Влияние на ГМ културите върху човешкото здраве
Този тип влияние възниква пряко при консумация на генетично модифицирани храни. Те се дефинират като храни, които представляват, или са получени от генетично модифицирани организми и които съдържат генетичен материал (ДНК), или протеини, които са резултат от модификацията. За оценяване на възможните опасности, които ГМ храните биха могли да представляват за човешкото здраве, се разглеждат основно два аспекта на влияние:
• токсичност или друг тип вредно въздействие на ГМ продукта
• възможност ГМ храни, с които се хранят домашни животни, да навредят чрез техните продукти на човешкото здраве
Теоретично, директното здравно въздействие може да възникне по няколко причини:
1. интродуцираният ген може да има вредно въздействие
2. интродуцираният ген може да кодира протеин, който да има токсично действие или да индуцира алергична реакция
3. интродуцираният ген може да промени експресията на съществуващите в растението гени, с което да се повиши продукцията на токсини
Влияние на чужда ДНК
Известна тревога се предизвиква от въпроса дали е безопасно да се консумира ДНК от трансгенни растения. Още през 1977 (Curtis) е доказано, че геномната и плазмидна ДНК от Escherichia coli напълно се разгражда в интестиналния тракт на бозайници, под действие на панкреатичните нуклеази и стомашните киселини. Бозайниците, в частност човекът, консумират огромни количества ДНК от различни източници, и няма регистриран случай на вредно влияние. Трансгените не се различават по химичен състав от която и да е ДНК молекула и не представляват по-рисков фактор в сравнение с нормалната диета. Специфичните секвенции на трансгенната ДНК, които са отговорни за синтезата на специфични протеини, напълно деградират в процеса на храносмилане. Още повече, че за да е функционално активна една ДНК молекула, тя трябва да е интегрирана в генома и да е активирана към експресия от тъканно специфични фактори. Интеграцията на гени в човешкия геном става изключително трудно дори при оптимални условия при провеждане на генни терапии, а при консумация на такива орално е почти невъзможно.
Директни ефекти на трансгенните продукти
Здравните ефекти на храните, получени от генетично модифицирани растения, зависят от специфичното съдържание на самата храна и могат да са както полезни, така и с определено вредно въздействие върху човешкото здраве. Като пример, една ГМ храна, имаща по-високо съдържание на лесно усвояемо желязо (Fe) изглежда би имала позитивен ефект, когато се консумира от хора с дефицит на желязо.
От друга страна трансфера на гени от един вид в друг може да се трансферира и като алергенен риск, и този риск трябва да бъде оценен преди комерсиализацията на продукта. Идентифицирането на алергенния риск по-принцип е трудно, поради липсата на удобен експериментален обект. Съществуват, обаче, много бази данни, които съдържат вече известни протеини с характеристики на алергени, които биха били проблематични, ако се интродуцират в различни културни растения и попаднат в хранителни продукти. Не винаги, обаче, е възможно да се предскаже всяка една възможност за алергични реакции от даден продукт. Затова се въвежда и законодателство, изискващо поставяне на етикети с ясна информация относно съдържанието на потенциално токсични или алергенни съставки, особено ако по-принцип не би трябвало да се намират в този тип храни. Като пример лицата с алергия към определени ядки трябва да знаят, ако гени, кодиращи този признак са трансферирани в други храни като соя и затова е необходимо и съответно етикетиране при въвеждане в търговската мрежа на продукта. Широко дискутиран е случаят с трансгенна соя с ген от Бразилски орех. На практика не се говори за създаване на храни с нови и непознати признаци и биохимичен състав, а за прехвърляне на рискови за определен кръг от хора метаболитни продукти от един вид в друг. Абсолютно необходимо е тези потребители да бъдат ясно уведомени и да им се осигури достъп до генетично чисти продукти. Поради това е недопустимо и смесване на дивия тип с генетично модифицирани растения в готовите продукти.
Важно е да се отбележи, че високо пречистените материали, получени от ГМ растения, например захарозата, получена от насекомо устойчиво захарно цвекло, биха били напълно идентични на получените от немодифицирани храни. Такива продукти, следователно, не би трябвало да се очаква да имат някакъв токсичен или алергенен ефект, различен от този на немодифицираните.
Индиректни ефекти на трансгенните продукти
Плейотропните ефекти са индиректни ефекти от инсерцията на гени в ГМ растенията. Например инсерцията на ген, асоцииран със силен промотор в растителните хромозоми би могъл да предизвика проблеми, ако се интегрира близо до ген за токсин, присъствал преди това, но със слаба или нулева експресия. Под влияние на новия промотор нивата на токсина биха се вдигнали многократно. При някои методики на трансформация интеграцията на новите гени е вариабилна по място и за всеки отделен трансформант, което налага провеждане на обстойни изследвания, локализиране на трансгена и предвиждане на тази база на възможните плейотропни ефекти, което изключително оскъпява процеса.
Мулти-трофични ефекти на трансгенните растения
Разглеждайки този тип влияния трябва да се акцентува не само върху рисковете за човешкото здраве при директна консумация на ГМ храни, но и да се обърне внимание на ефектите върху животни, хранени с фуражни ГМ култури и влиянието на техните продукти върху здравето на консуматорите (мулти-трофични ефекти). На първо място изследванията в тази област целят да покажат дали продуктивността на животните, хранени с ГМ растения е еквивалентна на тази на традиционно отглежданите и дали се наблюдава негативен здравен ефект при тях.
От проведени изследвания с немодифицирани и трансгенни царевица, соя и захарно цвекло не са установени съществени различия в растежа и развитието на домашните животни. Акцентът е бил поставен върху широко използваните в САЩ Bt царевица и глифосат-резистентна соя. Културите са избрани поради липсата на специална модификация за подобрени хранителни качества. Между 1998 и 2003 в редица изследвания е оценяван ефектът върху домашни птици, крави, свине и други животни, като не са установени никакви разлики в растежа, продуктивността, морталитета и други жизнени параметри. В същите изследвания са сравнявани количеството и качеството на основните продукти, използвани като храна от човека и отново не са установени никакви отклонения. Тези данни, макар и да дават някаква сигурност, не определят автоматично всяка трансгенна култура като безопасна. Допълнително проблемът има и чисто екологична страна, която е разгледана по-долу.
Влияние на ГМ културите върху околната среда
Още по-големи са тревогите на световната научна общественост относно екологичните поражения, които ГМ културите могат да донесат с комерсиализацията си. Опасностите от освобождаването на ГМ растенията биха могли да са дори по-големи от изхвърлянето на радиоактивните и токсични отпадъци в околната среда. За разлика от продуктите на ядреното и химическо замърсяване, ГМ продуктите могат да се репродуцират. Веднъж освободени в околната среда, те могат да се размножават, разпространяват, мутират и да предават генетичен материал на други организми, често сродни. Веднъж освободени, те не могат да бъдат изместени.
Инвазиране на изкуствените и природни екосистеми от страна на ГМ културите
Съществуват опасения, че отглеждането на ГМ растения ще има като резултат превръщането им в плевели и ще ги добави към огромния кръг растения, които причиняват сериозни проблеми на фермерите. От друга страна ако подобни растения попаднат в естествени екосистеми, те ще навредят сериозно на естественото биоразнообразие. За оценяване на този риск е необходимо да се даде точна дефиниция на понятието плевел и какви характеристики притежава едно такова растение. Този термин придобива различни значение в зависимост от това, дали се касае за естествена или изкуствена екосистема. Естествено този термин варира и между различните региони. Докато някои растение се дефинират като сериозни плевели в даден регион (специфично обитание, климатична зона, географска област), те може да не присъстват изобщо, случайно да се срещат или да имат малко екологично и икономическо значение, или да са важен компонент от биологическото разнообразие с основно значение за подържане на екологичното равновесие. Например растението обикновена блатия (Lythrum salicaria) е известно като красиво, рядко цвете във Великобритания, но заема огромни територии с влажни местообитания в САЩ (Thompson et. al., 1987).
Плевелите по принцип проявяват предпочитания към местообитания със силно проявен антропогенен фактор, например селскостопански полета, градини, крайпътни участъци и пустеещи земи, освободени от растителност. Основна черта на плевелите е огромната екологична пластичност, позволяваща им бърза адаптация към променящите се условия на околната среда. Дали едно растение ще се превърне в сериозен плевел в даден нов биотоп зависи до голяма степен от способността му да се развива добре в условията, в които е поставено, съчетани с липсата на ефективни конкуренти, хербивори и фитопатогени (Williamson, 1994).
Обичайно определяни като плевелни характеристики са белези като фенотипна пластичност, неограничен растеж, продължителен цъфтеж и семепроизводство и улеснено разпространение на семената (Baker, 1965; 1974). Подобни белези са развивани и при повечето важни културни растения в продължение на хиляди години. Но те не се превръщат в плевели, главно защото се оказват неконкурентно способни извън изкуствените екосистеми. Следователно е малко вероятно това да се случи и с трансгенните растения.
Съществуват тесни връзки между еволюцията на плевелите и култивирането на селскостопански ценните растения (Harlan, 1992). Тези аспекти са свързани с несъзнателната селекция на плевелите, свързана с жизнения цикъл на културните растения. Плевелите продължават да се развиват в антропогенните съобщества, адаптирайки се към постоянно обработваните земи и заселвайки се в изоставени и свободни от култури територии. Важна е и възможността за образуване на хибриди между диви и културни близкородствени видове и генната интрогресия между тях. Ако възможността за превръщане на ГМ културата в плевел е минимална, то механизмите на генетичен обмен биха представлявали доста по-сериозен проблем. Диви разновидности на повечето културни растения са добре известни, не само в областта на произход на вида, но и като натурализирани растения във флората на различни региони, където са били интродуцирани като културни видове. Съществуването на подобни “подивели” растения поставя въпроса, дали все пак модерните култури не могат да бъдат изпуснати от контрол и дали големите им възможности за адаптация няма да ги превърнат в суперплевели.
Способността на култивираните растения да “бягат” се влошава с напредване на процеса на доместикацията им (Zeven and de Wet, 1982). Повечето култури са били в голяма степен променени фенотипно, за да удовлетворят нуждите на човешкото общество. Съвременните стопански растения е твърде малко вероятно да ревертират до плевели, с или без генетична модификация. Редките случаи на спонтанно превръщане в плевел са предимно вследствие на хибридизация с диви разновидности по време на култивирането (Wijnheijmer et. al., 1989). Възможност за превръщане в плевели имат предимно видове с по-къса история на доместикация. Рапицата е един от видовете, които се отглеждат сравнително отскоро (McNaughton, 1995) и често се цитира като растение с потенциал да “избяга” от култивиране и да се превърне в плевел. Това е вследствие на продукцията с висока скорост, честото появяване на единични растения извън посевите и особено в крайпътните райони, появата на диви разновидности и дългият покой на семената, индуциран от заравянето им. Затова рапицата е и основен обект на изследванията, оценяващи инвазивността на трансгенните растения. Тя е удобна моделна система, представяща възможно най-лошия случай и имаща голям набор ГМ сортове, въведени в производство, на които да се базират експериментите.
Всички културни растения имат потенциала да бъдат разпространени случайно извън посевните зони, главно поради загуба на семена, механизмите на разпространението им и други фактори. Въпреки това те рядко се наблюдават като плевели и то главно в райони с изтощена почва, които преди това са били посевни. В подобни местообитания те обикновено оцеляват в продължение на един сезон, а когато се наблюдава развитие на популация, то това е за сметка на постоянно постъпващи отвън семена.
В проведен експеримент с ГМ рапица с резистентност към хербицида глюфосинат и конвенционални растения е изследван растежа им в продължение на три години в дванайсет естествени местообитания, включващи разнообразни условия (Crawley et. al., 1993). Не са установени доказателства че рапицата е силно инвазивна и нарушава равновесието в хабитатите. Не е установена и повишена инвазивност на ГМ линиите. Този експеримент доказва че няма разлика в потенциалните възможности за развитие на ГМ линиите и конвенционалните сортове, когато не е налице селектиращото влияние на съответния хербицид. Редица други експерименти и с други трансгени потвърждават същите резултати (Crawley et. al., 2001).
Следователно може да се смята че възможностите на ГМ линиите да се развият като плевели не се различават драстично от тези на нормалните растения. Необходимо е обаче, преди всяка нова комерсиализация на ГМ растение да се прави оценка на инвазивните качества, които би могъл да придаде трансгена. Като цяло културните растения са слабо пригодени за развитие извън изкуствените екосистеми и не са конкурентно способни на местните диви видове.
Пренос на трансгените върху други видове и увеличаване на плевелния им потенциал
Изразени са опасения, че ГМ растенията биха могли да хибридизират с близкородствени видове, които имат статута на плевели. За трансгени, детерминиращи резистентност към вредители, болести и хербициди често се изказват предположения, че това би имало като резултат подобрени жизнеспособност и разпространение на плевелите (Ellstrand, 2001). Това също би утежнило проблема с отглеждане на културни растения и би довело до инвазия на естествени хабитати и поражения върху биоразнообразието.
Потенциала на едно растение да хибридизира с плевел зависи до голяма степен от половата съвместимост и филогенетичната връзка между двата вида. В случаите на кръстосване на културни растения с диви близкородствени видове от страна на селекционерите с цел, повишаване на ценните качества (Harlan, 1976), много от хибридните комбинации, развити по този начин са неспособни да се развиват в природата поради бариерите пред растението да образува нормален ембрион или ендосперм. Възможността за междувидова хибридизация в естествени условия зависи и от много други пре и пост-зиготични фактори. Способността на хибрида да се развива нормално в природата също зависи от множество фактори. Генната интрогресия между един културен вид и плевелните, родствени видове изисква и продължително и повтарящо се кръстосване, за да може алелът да се установи и стабилизира в популацията. Всички тези фактори трябва да се оценят правилно и да се използват максимално за ограничаване на генният пренос.
Фактори, детерминиращи вероятността за генна интрогресия между културните растения и близкородствените видове
Пре-зиготични бариери за хибридизация
1. Пространствена изолация на родителските популации
2. Синхронизация на цъфтежа
3. Посока на кръстосването (от коя популация произхожда полена)
4. Специфичния генотип на родителските растения
5. Поленова конкуренция
6. Природни условия
7. Метод за поленов пренос и наличие на поленови вектори
Пост-зиготични бариери за хибридизация
1. Митотична съвместимост на родителските геноми
2. Способност на ендосперма да осигурява развитие на хибридния ембрион
3. Брой и жизнеспособност на хибридните семена
Установяване на хибридните растения
1. Покой на семената
2. Растежен потенциал на хибридното растение
3. Условия на околната среда
4. Конкуренция на други растения
5. Влияние на вредители, болести и хербивори
Разпространение на хибридното растение
1. Способност за разпространение на вегетативни органи за размножаване
2. Гаметна фертилност (мейотична стабилност и хромозоно число)
3. Възможност за продукция на гамети
4. Стабилност на следващите поколения
5. Характеристики на семената
Не е много вероятно да се получат хибриди между културни растения и видове от същия род, още по-малко от по-далечни филогенетично родове, и това да доведе до интрогресия на трансгена и установяването му в популацията на плевелен вид. По-различно е положението, когато говорим за хибридизация между културния вид и дивите му предци. Всъщност този естествен обмен на алели е имал съществено значение за еволюцията на културните растения и успоредната еволюция на плевелите (de Wet and Harlan, 1975). Подобни събития са особено характерни за географските региони, от където произлиза съответната култура и дивите предшественици са налице.
Когато се разглежда потенциалното влияние на генния трансфер между ГМ растенията и други видове, трябва да се оцени дали трансгенните линии се различават по способността си за хибридизация от немодифицираните сортове. Смята се че факторите, определящи тази способност са твърде комплексни и не се повлияват от трансгенната експресия. Възможно е обаче промяната на характеристиките на цвета при някои декоративни видове да има негативно или позитивно влияние върху насекомите, играещи роля на вектори за полена. Друг е въпросът, дали този признак би бил рисков, ако се прехвърли на диви видове. За повечето трансгенни растения не се смята за по-вероятно да прехвърлят трансгена или някой друг ген, отколкото това е възможно при конвенционалните културни растения. От основно значение е ако това стане, дали ефектът би бил различен за трансгенното растение и за немодифицираното. Когато се оценява екологичния ефект от интрогресията на даден ген в растение със статут на плевел, важна е фенотипната му изява, а не толкова дали е от генно модифициран донор. Дали характеристиките на плевела ще се различават, след като се наблюдава експресия на трансгена в тях може да се оценява в същия контекст, в който се разглежда риска от превръщането на ГМ растенията в плевели сами по себе си (Metz and Nap, 1997).
Ако трансгени, детерминиращи устойчивост към вредители, болести или стресови фактори, бъдат интродуцирани в плевелни роднини, има риск те да подобрят конкурентно способността на плевелите в конкретната околна среда (Ellstrand et. al., 1999). От друга страна фермерите култивират получени чрез селекция култури, които притежават подобни белези от векове. Няма никакви данни те да са увеличили устойчивостта и разпространението на плевелните видове, а рискът от тях като генетични донори може да се счита за почти равен на този от ГМ растенията.
Опасността от интродуциране на ген, кодиращ резистентност към даден хербицид в плевелен вид е реална, но не е нов проблем за науката. В райони, където се използват едни и същи хербициди, се развиват популации от плевели, които по съвсем естествени пътища са развили устойчивост към тях (Conner and Field, 1995). Науката се е сблъсквала с подобен проблем много пъти. Това не означава, че отглеждането на ГМ растения с подобни белези и склонни към хибридизация с диви роднини, не е рисковано и не трябва да се вземат предварителни мерки за намаляване на опасността. В географски области, където има контакт между културни сортове и диви линии на един и същи вид, този риск може да се окаже по-важен от потенциалните ползи. Но поради фактът, че такава резистентност в културните растения се развива и по селекционни и други конвенционални методи, това е проблем по-скоро на селското стопанство като цяло, отколкото на генно инженерните технологии.
Друг проблем, касаещ естествената хибридизация между културни растения и техните близкородствени видове е увеличената опасност от изчезване на отделни таксони. Някои генетично агресивни видове биха могли напълно да асимилират други, редки видове, чрез повтарящи се процеси на хибридизация и интрогресия. Например пшеницата като много успешна култура се счита че е асимилирала няколко вида от род Aegilops (Harlan and de Wet, 1963). В този случай влиянието на ГМ растенията също не се различава съществено от това на традиционните култури.
От изключителна важност е да се предложат пътища за намаляване или предотвратяване на генния трансфер. Освен пълната изолация на двете култури са предложени три алтернативни варианта.
Интродуцирането на гени се осъществява основно в хромозомите на растението реципиент, но макар и по-трудно, е възможно трансгените да бъдат инкорпорирани в хлоропластния или в митохондриалния геном. Предимството на тази технология се състои в невъзможността новия признак да бъде пренесен посредством полена, поради отсъствието им там. За съжаление този метод не е ефективен при видове, при които хлоропластите се пренасят и с полена (бипарентална хлоропластна трансформация) и когато се касае за специфика на трансгена, която не позволява експресия извън ядрото.
Втори вариант е прикачането на допълнителни гени към конструкта, които дефинират мъжки стерилитет (липса на поленова продукция). Разработен е и молекулярен метод, наречен терминаторен, който инхибира прорастването на семената на ГМ линии и се носи също от трансгена.
Дали трансгенните култури способстват за хоризонтален генен трансфер
Хоризонталния генен трансфер се дефинира като пренос на генетичен материал от един организъм (донор) на друг организъм (реципиент), който не е полово съвместим с донора (Gay, 2001). Това е нормален процес за бактериалните организми, където се осъществява с помощта на плазмиди и транспозоми. Основните опасения относно ГМ културите са, че те биха способствали трансфера на трансгените в реципиентни микроорганизми в почвата или в храносмилателния тракт на животните и човека (Droge et. al., 1998, 1999). Вниманието се фокусира основно върху използването на антибиотични маркерни гени при генетичното модифициране. Поради неразумното използване на огромни количества антибиотици в терапията на инфекциозни заболявания при човека и като хранителни добавки в животновъдството, спонтанната резистентност чрез мутации, допълнена от хоризонталния генетичен пренос между бактериите е довела до такова разпространение на антибиотична резистентност, че медицинското им приложение става все по-неефективно (Austin et. al., 1999). Рисков фактор е възможността присъствието на такива гени в ГМ растенията да допринесе за този проблем.
На практика дискусиите касаят трансгените като цяло, но акцента се поставя върху маркерните гени за резистентност. Възможните последствия от консумиране на ГМ храни са посредством хоризонтален генетичен пренос гени да се прехвърлят в чревните микроорганизми или почвените бактерии и да доведат до поява на нови белези. Освен антибиотична резистентност, друг тип гени биха могли да доведат до развитие на патогенни свойства, или други непредвидени ефекти върху екосистемите.
Най-популярната техника за генетична трансформация, използваща Agrobacterium tumefaciens се базира на хоризонтален генетичен пренос, чиито механизъм е почти известен. Става въпрос за инфекциозен процес с инкорпориране на част от генома на бактерията в генома на растението-гостоприемник. От друга страна не са изследвани възможностите за пренос на растителната ДНК в други организми. На теория за подобен пренос е необходимо наличие на достатъчно дълга и неповредена ДНК молекула, която да се запази по време на растежа на растението, обработката му и консумацията на крайния продукт. След това е необходим микроорганизъм-реципиент, който да е в състояние да приеме тази ДНК. Подобни щамове са разработвани в лаборатории (Gay, 2001; Sambrook et. al., 1989) и няма причини да се смята, че не съществуват нормално в природата. Поради факта, че растителната ДНК не би се освободила като плазмиди, трябва да се търсят механизми, различни от конюгацията. Накрая реципиентната бактерия трябва да инкорпорира и експресира получената ДНК.
Независимо, че ДНК в разрушаващите се растителни клетки деградира бързо, молекула с достатъчни размери може да се запази достатъчно дълго за да се приеме в някои почви (Lorenz and Wackernagel, 1992), водни среди (Paul et. al., 1989) и храносмилателния тракт на мишки (Schubbert et. al., 1997). Склонността за поемане на ДНК на реципиентните бактерии в почвите е трудно да се оцени, но едва ли достига тази, постигната в оптимални лабораторни условия. Други ограничаващи фактори са необходимостта от комплементарност на участъци на ДНК, наличието или отсъствието на специфични промотори и енхансери и т.н. Всички публикувани данни до момента определят този тип пренос за малко вероятен. Единствено при проведен експеримент канамицин-резистентен ген от ГМ царевица с изкуствено индуцирана хомоложност е бил въведен в представител на род Acinetobacter (de Vries and Wackernagel, 1998). Това би било невъзможно без изкуствено интродуцираната хомоложност, но илюстрира потенциалната възможност това да се случи и в in vivo условия, било то и с изключително ниска честота.
Друг път за осъществяване на хоризонтален генен пренос е посредством растителни вируси, процес, еквивалентен на трансдукцията. В този случай има данни за ДНК вируси, при които се осъществил трансфер от тях в растителния геном (Bejarano et. al., 1996; Harper et. al., 1999; Jakowitsh et. al., 1999). Храненето на мишки с фаг M13 не е показало никаква потенциална възможност за трансформация на резидентната микрофлора, но за сметка на това са установени ДНК фрагменти с големина около 400 базови двойки във фекалиите, кръвта и дори в ембрионите, развиващи се в женските мишки (Schubbert et. al., 1997; 1998). В този смисъл може да се предположи, че ДНК на фаг М13 и ДНК по принцип може да оказва мутагенно и канцерогенно действие при бозайници. Не трябва да се пренебрегва и факта, че трансгена съставлява минорна част от целия растителен геном, а всяка една ДНК последователност има равен шанс да стане обект на хоризонтален генен пренос. За средна дължина на трансгена от 3 килобази, три копия в арабидопсиса Arabidopsis thaliana заемат около 7x10-6 % от генома. Следователно статистическата вероятност точно трансгена, кодиращ резистентност към антибиотик да бъде прехвърлен в бактериална клетка е почти равна на нула.
Ако се разгледат поотделно гените, използвани като маркери, то най-често се използват гени за резистентност към канамицин, хигромицин и в по-малка степен амикацин и някои други. Гена за резистентност към канамицин, nptII, се открива с много голяма честота в почвената и интестинална флора, но от друга страна честотата на хоризонтален генен пренос е изключително ниска, което говори за голяма честота на пренос от бактерия в бактерия. Този пример, съчетан с ниската терапевтична стойност на канамицина, определя опасенията от този риск като лишени от научна обосновка. За хигромицина заключенията са подобни, още повече че той се определя като "твърде токсичен, за да се използва за терапевтични цели" (Gay, 2001). Що се отнася до други антибиотици, то за всеки отделен случай е нужно да се направи отделна преценка. Например амикацина се използва за лечение на различни инфекции и има случай на спряна от комерсиализация трансгенна култура, поради проблеми именно с хоризонталния генен пренос (Gay, 2001).
Вторичен екологичен ефект на ГМ растенията
Мнението, че ГМ растенията са неестествени, е допринесло за развитие на опасения, че широкото им въвеждане в селското стопанство ще доведе до вторични, или индиректни, ефекти с негативни последствия. Те обхващат предимно ефекта на трансгенните култури върху екологичните взаимоотношения, нецелевите видове и полезните такива и върху структурата на почвената биота. За момента това е ново направление на научни изследвания и се акцентира предимно върху негативни ефекти в перспектива. Както при оценяване на гореспоменатите рискови фактори, и тук е необходим паралел между ефекта на ГМ културите и ефекта, който имат растенията, разработени по традиционните селекционни методики.
Разбираемо, изследователското внимание за момента е фокусирано върху вторичните ефекти на насекомо-устойчивите, съдържащи токсин от Bacillus thuringiensis (Bt), ГМ растения. Потенциално влияние се търси в две основни посоки:
1. Директен ефект върху нецелеви насекоми (или други организми), поради токсичност
след контакт с трансформирани тъкани.
2. Индиректен ефект върху нецелеви насекоми (или други организми), по пътя на мултитрофичните хранителни вериги.
Директния ефект се предизвиква от Bt токсина към насекомите по принцип, въпреки че отделните линии трансгенни растения съдържат специфични разновидности. Тази специфичност се отнася по-скоро до цяла група насекоми, отколкото до отделен вид. Това означава че всички видове от тази група ще попаднат под това влияние. Важен въпрос е дали този вид изобщо ще влезе в контакт с трансформирано растение. Ако се храни с него, то очевидно ще бъде засегнат, но тук се поставя и следващия въпрос: Спада ли този вид в такъв случай към видовете, определени като мишена? В крайна сметка токсичност към насекоми, които не се дефинират като вредители, но инцидентно попадат под негативен ефект, се среща рядко, но в никакъв случай не трябва да се пренебрегва. Има и случай, когато видът се храни само с част от растението, като например полен. Пример е изследване с комерсиална линия N4640 на Bt-царевица, чиито полен в лабораторни условия е бил разпръснат върху листа на растения от друг вид, върху които се хранят ларви на пеперудата Danaus plexippus. Ефектът е бил летален (Losey et. al., 1999). Изследванията in vivo обаче показват пренебрежим ефект поради редица причини, които по принцип касаят необходимите превантивни мерки при създаване на трансгенни култури. Повечето комерсиални хибриди са разработени с тъканно специфични промотори на трансгена, които определят ниска или нулева експресия в тъкани, където продукта не е необходим (включително полен), и/или с мъжки стерилитет за предотвратяване на други от изброените ефекти. Друг важен фактор е провеждането на екологичен мониторинг на околната среда, в която ще се въвежда растението.
По-трудни за определяне са втория тип ефекти, осъществявани на по-високи равнища на хранителните вериги. Изследванията на мулти-трофичните ефекти са започнали с проучване на влиянието на Bt ГМ растенията върху хищници и паразити по насекомите вредители, мишена на токсина. Тези групи насекоми са добри индикатори на потенциален вторичен екологичен ефект. Основния въпрос в случая е дали цялата хранителна верига би била негативно повлияна от ефект на акумулиране на Bt токсина, подобно на установения при DDT (Carson, 1962). Поради доказаната нестабилност на протеина, продукт на Bt гена, такъв ефект би могъл да се смята за малко вероятен. Екологичните последствия за хищниците и паразитите по-скоро се изразяват в намаляване на количеството на плячката и в нейното качество (състояние и хранителни качества на наличните количества от жертвата). В случая може да се говори за нарушаване на биологичното равновесие, но значението се намалява от факта, че в продължение на години традиционното земеделие използва редица химикали в огромни количества с цел да намали броя вредители и ефекта на Bt трансгенните растения едва ли ще допринесе съществено за нарушаване на екологичното равновесие.
Интересен проблем биха могли да представляват трансгенните растения, разработени като "пречиствателни станции", които извличат от почвата и водите тежки метали и други замърсители и ги натрупват в органите си. Освен негативното влияние върху хербиворите, по пътя на хранителните вериги може да се окаже, че дори човекът е изложен на огромни концентрации токсични вещества посредством храната си. В дадения пример е важно във всеки конкретен случай да се преценят и поставят на кантар екологичните рискове и потенциалната полза, преди да се вземе решение за такъв тип пречистване на биотопа.
Друг проблем, касаещ екологичния ефект на ГМ растенията е възможността за разрушаване на почвените екосистеми. Аналогично на насекомо-устойчивите култури се разработват резистентни на болести трансгенни растения, експресиращи антимикробни протеини, които могат да доведат до нежелани негативни последствия за почвената микрофлора. Изследван е ефекта на ГМ растения, продуциращи антимикробни съединения (Glandorf et. al., 1997), но и досега не са дадени задоволителни отговори на основните въпроси. Като екосистема, почвата е изключително комплексна и динамична система, а обитателите и повече от всички останали биха били изложени на трансгенни продукти (разграждаща се материя, коренов ексудат). В повечето случай се касае за неустановими по редица причини ефекти, свързани с директна токсичност или мулти-трофичен ефект. Важно е да се знае периода на полуразграждане на съответния трансгенен продукт (10-30 дни за Bt токсина), който обаче силно зависи от редица биотични и абиотични фактори.
Регистрирани са случай на промяна на плътността на популациите на почвени бактерии, фунги и безгръбначни, независимо от липсата на директна токсичност на трансгенния продукт. Например Bt памук индуцира увеличение на почвените микроорганизми в сравнение с немодифицирания (Donegan et. al., 1995), въпреки че Bt като пестицид или пречистен токсин не показва подобни резултати (Glare and O'Callaghan, 2000). ГМ пероксидаза-продуциращата люцерна има по-високо съдържание на фосфор и азот на лигнина в сравнение с немодифицираните линии и изглежда променя почвените характеристики около растението: увеличено pH и редуцирана активност на ензимите дехидрогеназа (индикатор за бактериална активност) и алкална фосфатаза (минерализация на органичния фосфор и растително хранене) (Donedan et. al., 1999). Трансгенен тютюн, модифициран за ниско съдържание на лигнин показва повишена разграждаемост и различие в микробните асоциати в сравнение с немодифицирани растения. Това се дължи на редукцията в защитното действие на лигнина спрямо бактериални атаки към полизахаридите и други лабилни растителни компоненти (Hopkins et. al., 2001). Лигнинът като сборно понятие се използва за група съединения с полифенолна структура, които инкрустират последователно първичната и вторичната клетъчни стени и запълват междуфибрилните пространства. Той до голяма степен определя здравината и устойчивостта на растителните клетки. Други трансгенни растения като продуциращите опини зеленчуци са специално модифицирани да променят популациите на ризосферни бактерии (Oger et. al., 1997). Разработването на ГМ растения, продуциращи специфичен ексудат с цел, селективно да благоприятстват развитието на полезни почвени бактерии се явява удобен метод за подобряване на растително-бактериалните асоциати (Savka and Farrand, 1997).
Негативните ефекти върху почвените екосистеми не биха могли да са от глобално значение поради предимно локалното действие и ниските концентрации на отделяни трансгенни продукти, особено на фона на вредата, нанасяна от конвенционалните химически методи за подобряване на продуктивността на културите.
Ще доведат ли ГМ растенията до свръхвредители и свръхболести?
Реализацията и широкото култивиране на ГМ растения с резистентност към вредители и болести предизвиква силно безпокойство относно възможността за подлагане на популациите им на силен селективен натиск, който да доведе до адаптация към резистентните механизми. Това би довело до поява на свръхвредители и свръхболести, които биха били изключително трудни за овладяване и контролиране. Това не е нов проблем и не е възникнал с появата на трансгенните растения, но в историята на селското стопанство има редица примери за изключително бързата адаптация на вредителите към всеки нов резистентен ген (McIntosh and Brown, 1997). В това отношение ГМ растенията наистина са потенциално по-опасни. За разлика от обичайната употреба на Bt токсина в органичното фермерство, трансгенния Bt токсин се произвежда в растението през целият период на отглеждането. Това значи, че насекомите са непрекъснато изложени на токсични въздействия и следователно са подложени на постоянен натиск за изграждане на резистентност. Подобно е положението и с останалите типове резистентност.
Опитите за ограничаване на развитието на такава резистентност са довели до създаване на концепцията за мултилиниите. Те се състоят от смесени изогенни линии от дадено растение, които се различават само по гена/гените за специфичния белег. Този метод първоначално е бил предложен като начин да се стабилизира продуктивността и да се подобрят адаптационните способности на културите.
Развитието на такива изогенни линии с различаващи се гени за резистентност към един и същи патоген е популярен метод за увеличаване на живота на тези гени като ефективни контролиращи механизми. Създаването им обаче е много трудно за традиционната селекция, поради което до момента те имат малко приложение. За сметка на това генното инженерство позволява доста по-лесно да се създават различни трансгенни линии, които да бъдат променят всяка година, ако промяна има в популациите на вредителите. Това е доста по-гъвкав начин за борба с устойчиви вредители и болести.
Ефикасна стратегия е разработена за комерсиализираните Bt трансгенни култури. Препоръчва се заедно с трансгенната линия да се засаждат и растения от дивия тип (поне 20% от насажденията), разбъркано или в отделен блок в непосредствена близост до ГМ културата. Понеже се предполага че резистентността на насекомите се появява като рецесивна мутация (Tabashnik et. al., 1997), то оцелелите от хранилите се върху ГМ растение ще носят този алел в хомозиготно състояние и ще са малко на брой. При естественото им прекръстосване с индивиди от дивата популация рецесивния алел ще попадне в хетерозиготно състояние, което е чувствително на токсина. По този начин ще се ограничи разпространението на резистентния алел и той постепенно ще отпадне от популацията. За съжаление подобна стратегия е неприложима за вируси и бактерии, а те в същност са и по-лесно изменчиви и по-лесно стават резистентни към защитните механизми на ГМ растението.
Влияние върху биологичното разнообразие
Друго голямо опасение относно трансгенните растения е, че те биха нарушили или унищожили биоразнообразието. По-голямо значение обаче би имал отговора на въпроса, дали трансгенните растения ще имат по-пагубно влияние от културите, които се предполага че ще изместят.
Концепцията за биоразнообразието е до голяма степен неясна и неуточнена, което всъщност прави въпроса изключително сложен за разрешаване. От генетична гледна точка всеки жив организъм е уникален по своето разпределение на гените и съответно е неделима част от биоразнообразието. Най-често обаче този термин се свежда до видът като таксономична единица.
Съществуват няколко сценария на пагубни и необратими вреди от страна на трансгенните растения, както и няколко, които предвиждат точно обратното. Всеки един от тях зависи до голяма степен от характера на самото растение и извършената модификация. Големи дискусии е имало относно опасността трансгенната царевица в Мексико да наруши генетичните ресурси на царевицата като вид поради свободна интрогресия на гените (Quist and Chapela, 2001). Доказателствата за това обаче, не са били подкрепени с експериментални резултати. Преобладаващото мнение в научните среди поставя тенденцията да се отглеждат абсолютно идентични култури, произлизащи от един първоизточник като много по-голяма заплаха за биоразнообразието, отколкото трансгените. Внесените признаци не са неконтролируеми и необратими, те не се различават по поведение и в същност предоставят нов материал за генетична изменчивост.
Опасенията че адаптирането на трансгенни култури към некултивируеми до момента земи ще доведе до изчезване на местните видове има някаква научна обосновка, но не трябва да се забравя ползата от по-пълното използване на селскостопанските земи при по-високите добиви от декар, което ще редуцира обработваните площи, или поне ще забави увеличаването на квадратурата им.
Дефинирането на понятието агробиоразнообразие дава един от възможните негативни ефекти. Известно е че създаването на съвременните културни видове е резултат на продължила хилядолетия доместикация и докато преди за храна са се използвали над 7000 растителни вида, в момента не повече от 20 вида покриват 90% от нуждите на човечеството (Solbrig, 1992). В тази насока трансгенните линии биха намалили броя допълнително, както и сортовете.
Социални и икономически аспекти на влиянието на ГМ културите
Те включват социалните и етически възражения, които модерната биотехнология може да създаде между богатите и бедните, както на международно ниво, така и в обществото като такова. Има и етически въпроси относно моралните граници на създаване на живи организми и междувидовия трансфер на гени. Тези рискове се отнасят до технологията, но не са пряко следствие от нея. Неутрализирането им изисква политически мерки. Законовата уредба на всяка една страна би трябвало точно и ясно да очертава параметрите на създаване, отглеждане и комерсиализация на генетично модифицирани организми.
Етикетирането е необходимо в някои страни за означаване на промени в състава на ГМ храните, които биха влезли в разрез с културни и религиозни обичаи. Относно растителните продукти, това би имало минимално значение и се отнася за случаите на трансфер на животински гени, но е по-скоро въпрос на предубеждения и лично мнение. Не на последно място е важно потребителя да знае в същност какъв е състава на продуктите, за да може да не се накърнява правото му на личен и информиран избор, независимо от това дали има или не риск за здравето му.
Примерна последователност на комплекса изследвания, необходими за комерсиализация на дадена трансгенна линия
Първи етап: начални изследвания
Изследванията в лаборатория in vitro и в оранжерии не се контролират от независими организации, но е необходимо спазване на основните правила за биологична безопасност, установени от международните здравни организации и регионалните комитети. Изискват се гаранции за безопасността на работещите и регулирано обработване на отпадъците.
Втори етап: ограничени изследвания
Този етап включва изследвания на генетично модифицираните растения в естествена околна среда. Те са обикновено малки по мащаб, под един хектар насаждения. Последващата оценка се счита за обективна при правилно избрани условия на отглеждане и е позитивна ако не е установен потенциал за негативно влияние върху животинското и човешко здраве и екологичното равновесие. Преди преминаване към неограничените изследвания е необходимо доказателство, че те няма да доведат до сериозни нарушения на околната среда.
Трети етап: неограничени изследвания
Тук се провеждат прекомерсиализационни опити, провеждани под наблюдението на екип от учени. На този етап е необходимо да се даде точен отговор относно ефектите върху хора, животни и околна среда. Продуктите все още не се реализират в хранителните вериги и в последствие се унищожават или използват като посадъчен материал.
Четвърти етап: комерсиална реализация
За навлизане в този етап е необходимо екологичните и здравни ефекти да са изчерпателно проучени и да не предполагат никакъв неприемлив риск. Докладът трябва да включва препоръки за условията на отглеждане, а в случай на неодобрение на културата да фиксира точките, по които да се провеждат следващи модификации и изследвания. Необходимо е комерсиалния продукт да е съпроводен от изчерпателна информация относно произхода и състава си.
Законодателството на България
От 1999 година България е между страните, които експериментално разработват трансгенни растения, въпреки че все още няма ясни регулаторни рамки, регламентирани в законовата уредба на страната. Едва през 2003 е предложен за гласуване законопроект, който съобразено със законодателството на Европейския съюз и съставен от компетентни лица от научната общност в България, дава възможност на научните организации свободно да разработват генетично модифицирани организми, имайки ясна представа за необходимите изисквания, предхождащи комерсиализацията. Основните акценти на този законопроект изискват създаване на ефективна комисия от експерти, която да разглежда всяка една молба за реализиране на трансгенна култура поотделно и съобразно проведените изследвания и приведените резултати да дава оценка за рискът и последователно да дава разрешения за експериментално засяване (на малка площ) и комерсиализация. Същевременно изследванията в лабораторни и оранжерийни условия са напълно свободни, стига да не се нарушават изискванията на националните и световни здравни организации за безопасност на труда и незамърсяване на околната среда с химически, радиоактивни и биологични отпадъци.
Общественото мнение все още не е изградено и се базира предимно на инстинктивни негативни реакции към това ново, непознато направление на науката. За разлика от европейските държави, в България почти липсва информираност и съответно е необходимо публично да се изложат всички предимства и евентуални рискове от ГМ продуктите. Основните доводи против въвеждането на тези продукти в българското земеделие се отнасят до липсата на възможност те да бъдат контролирани според световните изисквания и икономическата вреда от изчезването на високо цененото в света еко-земеделие (отглеждане на екологично чисти растителни продукти). С въвеждането на новия закон се цели преодоляване на трудностите с контрола на трансгенните култури и държавно гарантираната им биобезопасност, което да спомогне за реализиране на интелектуалния и земеделски потенциал на страната в развитие на една конкурентна научна програма от ново поколение.
Литература
1. J. Conner, T.R. Glare, J.-P. Nap, (2003), The release of genetically modified crops into the environment, The Plant Journal
2. www.dupont.com, (2003), Crops Derived from Biotechnology in the Animal Production Industry
3. Г. Кименов, (2000), Физиология на растенията
4. L. Donaldson, R. May, (1999), Health implications of genetically modified foods
5. G. J. Persley, J. N. Siedow, (1999), Applications of biotechnology to crops: benefits and risks
6. The Royal's Society Council, (1998), Genetically modified plants for food use
7. J. E. Hollebone, L. Duke, (1994), Canadian Approaches to Biotechnology Regulation, Biosafety for Sustainable Agriculture
--
За коментари:  http://www.sivosten.com/forum/viewtopic.php?t=6940 |
 Добави коментар 
Ако сте регистрирани във форума можете да коментирате и тук
|
|
• 
Български • 
English [beta] • 
• 
• 
Екип • 
Партньори • 
Ресурси • 
Статистики • 
За контакт
Добави в любими • Предложи статия • Конкурси • За рекламодатели
Търсене
покажи/скрий карето 
