Чем отличается генная селекция и генная инженерия
В чем разница между селекцией и генной инженерией
главное отличие между селекцией и генной инженерией является то, что селекционное разведение не вызывает каких-либо изменений в генетическом материале организма, тогда как генная инженерия вносит изме
Содержание:
главное отличие между селекцией и генной инженерией является то, что селекционное разведение не вызывает каких-либо изменений в генетическом материале организма, тогда как генная инженерия вносит изменения в генетический материал организма, Кроме того, селективное размножение участвует в скрещивании двух организмов одного и того же вида с желаемыми характеристиками, в то время как чужеродные гены с желаемыми признаками вводятся в организм во время генной инженерии.
Ключевые области покрыты
1. Что такое селекционное разведение
— Определение, Процесс, Важность
2. Что такое генная инженерия
— Определение, Процесс, Важность
3. Каковы сходства между селекцией и генной инженерией
— Краткое описание общих черт
4. В чем разница между селекцией и генной инженерией
— Сравнение основных различий
Основные условия
Cisgenic, чужеродная ДНК, генная инженерия, селекция, трансгенная
Что такое селекционное разведение
Кроме того, устойчивость к болезням и высокая урожайность являются двумя основными характеристиками, используемыми при отборе родительских организмов для селекционного разведения.
Одной из групп растений, которая в течение многих поколений в значительной степени поддерживала селективный процесс размножения, являются модифицированные штаммы растения дикой горчицы (Brassica oleracea). Этими модифицированными сортами являются цветная капуста (цветочные почки), капуста (конечные листовые почки), брюссельская капуста (боковые листовые почки), брокколи (цветочные почки и стебель), капуста (листья) и кольраби (стебель).
Что такое генная инженерия
Рисунок 2: Генная инженерия
Кроме того, кусок чужеродной ДНК вставляется в плазмидный вектор для получения рекомбинантной ДНК. Затем этот рекомбинантный вектор трансформируется в хозяина. Теперь организм хозяина известен как генетически модифицированный организм (ГМО). Генная инженерия используется в производстве ГМО для академических, сельскохозяйственных, медицинских и промышленных целей.
Сходства между селекцией и генной инженерией
Разница между селекцией и генной инженерией
Определение
Селективное разведение относится к процессу изменения характеристик живых существ с целью усиления одного или нескольких желательных признаков путем отбора при разведении, контролируемого людьми. В противоположность этому, генная инженерия относится к преднамеренной модификации характеристик организма путем манипулирования его генетическим материалом. Таким образом, это принципиальное различие между селекцией и генной инженерией.
Введение иностранного генетического материала
Селективное разведение не вводит чужеродную ДНК в геном, в то время как генная инженерия вводит чужеродную ДНК в геном. Это еще одно различие между селекцией и генной инженерией.
Процесс
преимущества
Кроме того, селекционное разведение не требует специального оборудования и обученных людей, в то время как генная инженерия является эффективным способом получения организмов с желаемой характеристикой.
Недостатки
Кроме того, селекционное разведение требует времени, и ограниченные признаки могут быть изменены, в то время как генная инженерия является дорогостоящим методом и требует специального оборудования. Следовательно, это еще одно различие между селекцией и генной инженерией.
Заключение
Рекомендации:
1. «Что такое селекционное разведение?» Yourgenome, Wellcome Genome Campus, 17 августа 2017 г.,
1.Чем отличается генетическая селекция от генной инженерии? 2.При каких условиях продукты, полученные из трансгенных организмов,
Основное преимущество трансгенных продуктов в их цене. Они значительно дешевле обычных, поэтому сейчас они покоряют, прежде всего, рынки слабо развитых стран, куда направляются в качестве гуманитарной помощи.
Но в будущем, несмотря на протесты экологов, чистые мясо и овощи, вероятно, станут ассортиментом небольших, но очень дорогих магазинов.
ЕСТЬ ИЛИ НЕ ЕСТЬ ТРАНСГЕННЫЕ ПРОДУКТЫ?
После долгих дискуссий сторонников и противников трансгенных продуктов было принято решение: любой человек должен выбрать сам, согласен он есть генетически модифицированную пищу или нет.
В России давно ведутся исследования по генной инженерии растений. Проблемами биотехнологий занимаются несколько научно-исследовательских институтов, в том числе Институт общей генетики РАН.
СТОИТ ЛИ БОЯТЬСЯ ПОСЛЕДСТВИЙ?
Безопасны ли для употребления в пищу трансгенные растения? Дискуссии не утихают. Риск использования ГМ-продуктов сводится в основном к следующему: опасность пищи, приготовленной из ГМ-организмов, связанная с влиянием введенных генов на здоровье человека; разрушение природных экосистем и нарушение экологического равновесия в природе при культивировании трансгенных растений
Практика генной инженерии в отношении пищевых продуктов и тканей приводит к непредсказуемым результатам и представляет угрозу для людей, животных, окружающей среды и будущего устойчивого органического земледелия. Манипуляции с генами приводят к неожиданному появлению токсинов в трансгенных бактериях, дрожжах, растениях и животных, причем это явление остается незамеченным до тех пор, пока не нанесет серьезный ущерб чьему-либо здоровью. Риск от использования генетически модифицированных продуктов питания и сельскохозяйственных культур можно разделить на три категории: риск для здоровья людей, риск для окружающей среды и социально-экономический риск. Краткий обзор этих рисков, как уже доказанных, так и возможных, предоставляет убедительные аргументы в пользу необходимости глобального моратория на производство трансгенных культур и организмов.
ВОЗРАСТАНИЕ РИСКА ОНКОЛОГИЧЕСКИХ ЗАБОЛЕВАНИЙ И ВОЗНИКНОВЕНИЯ МУТАЦИЙ
Некоторые ГМ-растения, устойчивые к насекомым-вредителям, могут быть мутагенными и оказывать сильное негативное влияние на человеческие эмбрионы.
Риск образования опухолей существует и при использовании трансгенных растений, отличающихся повышенной урожайностью за счет ряда ферментов. В результате внутриклеточных процессов в некоторых ГМ-сортах табака и риса накапливаются биологически активные продукты разложения этих ферментов, способные спровоцировать развитие рака.
Некоторые чужеродные гены могут встраиваться в кишечную микрофлору человека. Большинство ГМ-растений содержит гены устойчивости к антибиотикам. Использование таких продуктов питания может привести к тому, что традиционные методы лечения с помощью антибиотиков будут малоэффективны.
Следовательно, активное употребление ГМ-продуктов в пищу связано с существенными рисками. Во-первых, введение в пищевую цепочку человека мутагенной еды может привести к распространению новых штаммов болезнетворных бактерий, а также к увеличению числа людей страдающих пищевыми аллергиями.
Что такое генная инженерия
Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Развитие науки, начиная с 20 века, идет вперед семимильными шагами.
Подчас мы не успеваем вникнуть, что же еще новенького открыли и изобрели ученые, принимаем новое как данность. Но «человеку разумному» не пристало быть невежественным.
Поэтому приоткроем завесу тайны над одной из актуальнейших тем последних пятидесяти лет. Поговорим сегодня о том, что такое генная инженерия, для чего она нужна, и чем отличается от генетической селекции.
Генная инженерия – что это такое
Все живые организмы на Земле – это сложные биологические системы, развитие которых происходит по запрограммированному алгоритму. Данный алгоритм записан в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). В этой макромолекуле зашифрованы сведения о наследственной генетической информации.
ДНК состоит из генов. Каждый из них отвечает за какой-либо наследственный признак или участвует в формировании ряда признаков.
Внешняя среда может лишь в незначительной степени влиять на изменение запрограммированного природой алгоритма.
Развитие науки во второй половине 20 века сделало возможным изучить строение ДНК и научиться корректировать гены. Так возникло новое направление в науке, получившее название генной (генетической) инженерии.
Примечание: правильно ставить ударение на третий слог (инженЕрии). Слово «инженерия» произошло от латинского «ingenium», что значит «изобретательность». Подразумевается изобретение и применение определенных способов воздействия на какие-либо материальные объекты.
Следовательно, генетическая инженерия – это комплекс методов, приемов и технологий, применяемых для проведения манипуляций с генами.
Генная инженерия (ГИ) относится к технологиям высокого уровня, в ней используются новейшие достижения микробиологии, вирусологии, биологии.
Методы генной инженерии (т.е. способы, с помощью которых ученые добиваются поставленных целей):
ГИ дает возможность «конструировать» новые клетки ДНК и РНК (рибонуклеиновой кислоты), используя ДНК и РНК других биологических объектов.
Для справки: ДНК хранит наследственную информацию, а РНК – переносит ее. Процессы манипуляции с генами осуществляются вне живого организма, а затем вводятся в него уже измененными.
Этапы манипуляций с генами:
Наиболее наглядный пример результатов генной инженерии – это клонирование (получение генетической копии) в 1996 году овечки, названной Долли (умерла в 2003 году).
Другие примеры менее наглядны, но более практичны: это генно-модифицированная (ГМ) кукуруза, соя и другие сельскохозяйственные культуры. Так, в США на долю ГМ сои приходится до 85 % от всего объема выращенной культуры. ГМ растения начали использовать в сельском хозяйстве начиная с 1996 года.
Научились модифицировать на генном уровне и рыб. В ДНК генно-модифицированного лосося ввели дополнительный гормон роста. Благодаря этому рыба растет в 2 раза быстрее своих собратьев.
Какие проблемы решает генная инженерия
Цель генной инженерии – изменение свойств и характеристик живых организмов посредством воздействия на их геном (совокупность генов).
В частности, ГИ занимается решением следующих проблем:
Изначально с помощью ГИ ученые добивались выведения сельскохозяйственных культур, устойчивых к болезням и дающим рекордные урожаи. Цель – устранение угрозы голода на Земле.
В наши дни цели уже куда масштабней – ученые пытаются посредством ГИ создать способы борьбы с такими серьезными заболеваниями, как ВИЧ или онкология, производить человеческий инсулин с использованием генетически модифицированных бактерий.
Достижения генной инженерии:
Чем отличаются генетическая селекция и генная инженерия
Основное, чем отличается генетическая селекция и генная инженерия – это подход к решению одной и той же проблемы.
В первом случае – это отбор и скрещивание биологических объектов с нужными характеристиками. Во втором – это создание ГМО с желаемыми характеристиками посредством вмешательства в структуру ДНК, т.е. модифицирование генотипа встраиванием в него определенного гена (генов).
Селекция – это тип искусственного отбора, осуществляемом человеком для получения определенных качеств биологического объекта.
Например, выведение новых пород животных одного вида (собаки, кошки, куры, коровы и т.д.). Селекция используется для усиления желаемых качеств без насильственного вмешательства в ДНК. Проводится путем скрещивания особей разного пола, т.е. биологическим методом полового размножения.
С помощью ГИ можно получить биологический объект от родителей разной видовой принадлежности, встроив в ДНК одной особи чужеродный ген объекта другого вида.
Изменения в геноме при ГИ осуществляются целенаправленно, а при селекции коррекция генома происходит случайным образом.
Узнавайте новое вместе с нами!
Автор статьи: Елена Копейкина
Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru
Эта статья относится к рубрикам:
Комментарии и отзывы (2)
Если честно, меня немного пугает генная инженерия, неизвестно куда она может привести. Мне почему-то кажется, что нельзя вмешиваться в то, что создал Бог. Кто знает, может, и не геном человека уже замахнулись.
В середине прошлого века в СССР доказали как дважды два, что генная инженерия сплошной обман народа. Но он продолжается до наших дней. Как можно говорить о чём-то, когда посмотреть ничего нельзя. Это же на молекулярном уровне. Что, прикажете каждому покупателю в магазин с микроскопом ходить. Такой же развод, как и с нано-технологией. Ничего не видно, но деньги дополнительные берут.
Инженерия против селекции: научный взгляд на ГМО
Споры о вреде и пользе генной модификации организмов (ГМО) ведутся давно. Но уже сейчас генетики выводят коз, которые производят целебное молоко, и получают светящихся мышей для науки, опровергая мифы об ужасах ГМО. Почему ученые выступают за отмену запрета генной инженерии в России?
В 2013 году группа активистов «Россия без ГМО» создала петицию, под которой подписалось более 100 тысяч человек. Люди требовали запретить использование продуктов с ГМО на территории страны.
В июле 2016 года президент РФ подписал закон, запрещающий выращивать в стране растения и животных, генетическая программа которых изменена с использованием методов генной инженерии. Под исключения попали случаи, когда это делается при проведении экспертиз и научно-исследовательских работ.
При этом ввозить импортные продукты с ГМО из-за рубежа можно, если они не представляют вред для человека и окружающей среды. Перечень этих товаров регулируется Роспотребнадзором и Россельхознадзором.
Сейчас ученые работают над той областью, где использование генной модификации разрешено. Наука уже достигла впечатляющих результатов. Например, ученые вывели козу, заменяющую 90 тысяч доноров крови, и научились делать светящихся мышей для науки.
Гены меняли тысячелетиями
По мнению некоторых экспертов, контролируемая генная модификация не только безвредна, но и необходима для дальнейшего развития отечественной науки и сельского хозяйства.
Вице-президент Российского зернового союза Александр Корбут в 2017 году высказал мнение, что запрет на производство ГМО повторяет историю с травлей генетики в СССР. По его мнению, ГМО — не что иное, как ускоренная селекция. Это направление развивают во всем мире, за исключением разве что беднейших стран Африки, процитировала слова Корбута «Лента.ру».
Улучшением генетического набора животных и растений люди занимались на протяжении всей истории человечества, отметил заведующий лабораторией генетики развития Института генетики и цитологии (ИЦиГ) СО РАН Нариман Баттулин.Культура выбрасывать: как еда погубит человечество
«На протяжении тысяч лет человек, занимаясь земледелием, выращивая животных, вел неосознанный отбор. Среди всех видов отбирал те, которые ему необходимы. Например, если требуются животные, которые дают много молока, то в размножение пускали особей, обладающих именно этим признаком», — прокомментировал Sibnet.ru ученый.
Еще один наглядный пример — собаки, добавил Баттулин. Человек, приручая дикое животное, отбирал наименее агрессивных, неосознанно опираясь на признак дружелюбия у особи.
«У всех есть мутации, которые отличают потомство от родителей. Например, есть ген, который отвечает за нервную деятельность. Мутация, изменение в генах, приводит к тому, что рождается щенок менее агрессивный, чем его родители. Вот таких и отбирал человек для дальнейшего разведения потомства. Все это продолжалось на протяжении тысяч лет, и было неосознанным и ненаправленным», — пояснил ведущий научный сотрудник.
Отличие селекции от генной модификации
После появления генетики как науки люди не только разобрались, что такое ДНК, но и узнали про роль отдельных генов в развитии конкретных признаков организма. Ученые поняли, что им не нужно ждать случайной мутации гена в процессе селекции. Если конкретный ген отвечает за определенные свойства живого организма или растения, то можно изменить его и получить желаемое свойство организма.
«По большому счету, генная модификация мало отличается от того, что люди делали раньше. Просто это стало эффективнее, быстрее и дешевле», — пояснил Баттулин.
Но ставить знак равенства между селекцией и генной модификацией нельзя. Именно из-за того, что при селекции изменения в геномах случайны, а изменения при генной модификации точно направлены, добавил ученый.
Например, если человек захочет получить определенный окрас шерсти у кошки, то теоретически он может не ждать, когда в процессе селекции и многократного скрещивания видов появится набор генов, меняющих окрас, а сразу изменить их и получить желаемый цвет шерсти.
Селекция или ГМО?
По словам ученого, генная модификация организмов не может подменить селекцию — последняя до сих пор очень эффективный инструмент для выведения новых сортов растений и видов животных. «При генной модификации мы можем изменить один участок, селекция позволяет вести улучшение по многим участкам», — объяснил Баттулин.Дозы радиации: где облучается городской житель
Так, если исследователи захотят получить «лёжкий» сорт помидоров, который способен без гниения преодолеть долгий путь от Аргентины до Сибири, то они будут использовать метод селекции.
Ученым нужно будет выбрать растения, которые приносят более стойкие к гниению плоды. А за этот признак отвечают сразу сотни генов. Далее растения скрестят, соберут «мозаику из генов», и получится требуемый сорт.
Генная модификация необходима в тех случаях, когда при помощи селекции нельзя получить нужный сорт растений или вид животных, потому что у организма изначально нет необходимых генов.
«Ген медузы может светиться в ультрафиолете. Это удобно для исследователей, материал очень хорошо видно в микроскоп. Сделать мышей для исследований, которые светятся в ультрафиолете, с помощью селекции нельзя, просто потому что у них нет «светящегося» гена. А с помощью генной модификации можно перенести ген от медузы к мышке, и мы решаем задачу со светящимися мышами», — сказал сотрудник ИЦиГ.
Как получить светящуюся мышь?
На практике кошек, конечно, никто не модифицирует с помощью генной инженерии. Более 99% генно-модифицированных животных в мире используются в исследовательских целях. «Если ученым нужно выяснить, как определенный ген связан с заболеванием, мы можем изменить его и посмотреть, что будет», — пояснил Баттулин.
Например, ген, отвечающий за появление сахарного диабета, у людей и мышей схож. Ученые «ломают» этот ген у мышек и испытывают препараты для лечения диабета на грызунах.
«С точки зрения этики тут все очень сложно, потому что любителей животных тоже много. Но использовать препараты с неизвестным эффектом и побочными действиями сразу (на людях) нельзя», — отметил специалист.
Ещё одно медицинское направление — трансгенные животные, которые производят… лекарства. Существует несколько примеров, когда в геном козы вносятся изменения, после которых животное начинает производить лечебное для человека молоко.
«Есть в мире несколько коз, которые производят белок антитромбин в молоке, необходимый для лечения анемии. Но это не значит, что люди пьют молоко и выздоравливают. Эти животные по сути — биореакторы, производящие молоко. Из него добывается белок, очищается и используется в изготовлении лекарственных препаратов», — уточнил Баттулин.
Антитромбин можно добывать из плазмы крови человека, но для этого необходимо огромное количество доноров. По некоторым оценкам, одна трансгенная коза заменяет 90 тысяч доноров.
«Никаких кошмаров»
Генетически модифицированных животных, мясо которых люди употребляют в пищу, в мире практически нет. К пище, которую ест человек, генный инженер не прикасался. Это касается и растений, подчеркнул Баттулин.Тувинские сенсации, или Исчезающая история скифов и хунну
И все же существуют некоторые исключения. Так, в США на аквафермах несколько лет назад приступили к выращиванию генетически модифицированного лосося. В генетический набор лосося добавили ген от другой рыбы для ускоренного роста. Это позволило ему достичь размера взрослой особи не за 36 месяцев, как задумала природа, а за 12.
А в Китае, по данным собеседника, разводят трансгенных прудовых рыб, и любую из них можно спокойно употреблять в пищу. Никаких кошмаров они для человеческого организма не несут.
«Даже если мы переносим ген от одного животного к другому, это никак не меняет суть для нашего организма. Это все равно, что съесть мясо двух животных одновременно, в желудке все переварится в «кирпичики ДНК» и будет использоваться как питательные вещества для организма», — пояснил Баттулин.
Есть ли перспективы у ГМО?
ГМО тщательно изучается на протяжении многих лет. На сегодняшний день, по словам ученого, существует больше 1 тысячи работ, в которых разные исследователи говорят о безопасности генной модификации. И все эти научные выводы основаны на многочисленных экспериментах.
«Например, две группы крыс кормили генно-модифицированной соей и обычной. На многих поколениях животных смотрели, отличаются ли они. Ни в одном надежно проведенном эксперименте не зафиксировали отличий у животных», — рассказал Батулин.
Он добавил, что ужасы о ГМО основаны также на научных экспериментах, но если внимательно смотреть, как их проводили, можно увидеть, что либо в самом эксперименте есть ошибки, либо в расчете данных.
«Страх у людей есть, и это правильно. Человек боится того, чего не понимает, К сожалению, не многие знают, как работают гены и как работает биология на уровне генетики», — отметил собеседник. А пока сильны страхи и неведение, резюмировал ученый, перспектив массового использования генной модификации в мире очень мало.
Сторонники применения ГМО в сельском хозяйстве утверждают, что генная инженерия — это лишь расширение возможностей скрещивания растений в естественных условиях. Они говорят, что генетически модифицированные (ГМ) культуры ничем не отличаются от выведенных естественным путём культур, за исключением намеренно вставленного чужеродного ГМ гена (трансгена) и белка, для производства которого он был введён. Но факты о генной инженерии говорят, что это не так.
Генетическая модификация представляет собой искусственную методику, применяемую в лабораторных условиях. Она разработана специально для того, чтобы сделать возможным обмен генами между неродственными или не близкородственными организмами. Более того, эта методика позволяет вводить в геном живых организмов искусственно синтезированную ДНК.
Тогда как естественное скрещивание возможно только между близкородственными формами жизни (кошек с кошками, а не кошек с собаками; пшеницы с пшеницей, а не пшеницы с помидорами или рыбой). При этом гены, содержащие информацию обо всех частях организма, упорядоченно передаются последующим поколениям.
Вот как процесс генной модификации организма описывается в вышедшей в феврале 2020 года Энциклопедии ГМО: мифы и правда (перевод с англ. и редакция Общенациональной Ассоциации генетической безопасности).
Генная инженерия наделяет организм новым признаком посредством введения в геном организма ответственного за такой признак гена. Первым этапом в этом процессе являются идентификация отвечающего за желаемый признак гена и его выделение. Интересуемый ген, содержащий закодированную информацию о желаемом признаке, идентифицируют и «клонируют» с использованием существующих знаний о геноме конкретного организма.
Это означает, что ген физически изолируют и размножают внутри ГМ бактерии как часть молекулы ДНК, называемой плазмидой. В настоящее время подавляющее большинство запущенных в серийное производство ГМ организмов модифицировано так, чтобы они были устойчивы к одному или нескольким гербицидам или производили один или несколько инсектицидов.
Перед использованием для производства ГМ растения соответствующий ген должен быть объединён с подходящими элементами генетического регулирования, которые позволят включить этот ген внутрь нового растения-хозяина, чтобы он начал эффективно производить закодированный им белок. Также для различных целей в ген или вокруг него встраивают и другие элементы. Наиболее значимыми элементами генетического регулирования, определяющими границы необходимых генов, являются промотеры и терминирующие последовательности.
Промотер отмечает начало гена. Он притягивает и связывает мультипротеиновые комплексы, называемые аппаратом экспрессии гена. Этот аппарат считывает нуклеотидную последовательность ДНК гена и синтезирует комплементарную копию матричной РНК (мРНК) нуклеотидной последовательности гена. Терминирующий элемент, как следует из его названия, отмечает конец гена и останавливает процесс синтеза.
В качестве источников промоторов и терминирующих элементов должны использоваться такие организмы, которые позволят им работать внутри ГМ растения. Это могут быть как растения, так и, что случается чаще, вирусы растений, такой как вирус мозаики цветной капусты, ВМЦК (Cauliflower Mosaic Virus, CaMV). Промотеры, полученные из вирусов растений, обычно являются более предпочтительными, поскольку они более активны, чем промоторы генов растений, и повышают уровень экспрессии ГМ гена, а, следовательно, обеспечивают и повышенное производство ГМ белка.
В случаях, когда требуемый ген извлекается не из растения (например, из бактерии или животного), его обычно подвергают модификации и в других отношениях для того, чтобы сделать его более совместимым с аппаратом экспрессии генов в клетках растения-реципиента.
Специалисты в области генной инженерии используют ряд энзимов, чтобы разрезать ДНК на определённые последовательности, а потом срастить различные участки ДНК в плазмиды, переносящие клонированные или необходимые гены. В результате многочисленных операций разрезания и слайсинга получается полноценная генетическая конструкция, называемая генной кассетой.
Например, определённый ген, содержащийся в первом поколении генетически модифицированных сои, кукурузы, хлопчатника и канолы (вид рапса) разновидности Рундап® Рэди (Roundup® Ready), кодирует некий энзим (CP4 EPSPS), отвечающий за устойчивость к гербициду Раундап. Ген CP4 EPSPS был выделен из встречающейся в природе почвенной бактерии. Для того чтобы этот ген включался в растения должным образом, его связали с промотором CaMV 35S, получаемым из вируса мозаики цветной капусты. На своём переднем конце ген CP4 EPSPS также связан с фрагментом гена, называемым сигнальной последовательностью, который выделяется из цветущего растения петунии. Всё это делается для того, чтобы энзим CP4 EPSPS закрепился в нужном месте внутри клетки растения. В итоге к окончанию гена CP4 EPSPS присоединяется последовательность, останавливающая синтез молекул мРНК. Эта терминирующая последовательность извлекается из ещё одного вида почвенных бактерий — Agrobacteriumtumefaciens (A. tumefaciens).
Таким образом, генетически модифицированная генная кассета первого поколения с генетически модифицированной устойчивостью к гербициду Раундап соединяет в себе нуклеотидные последовательности генов четырёх различных организмов: двух видов почвенных бактерий, цветущего растения и вируса растений. В конце концов все они оказываются в сельскохозяйственной культуре, выведенной с помощью методов генной инженерии. Этот наглядный пример демонстрирует, какие невообразимые сочетания генетического материала могут быть использованы в процессе генной инженерии. Пример того, чего никогда не случилось бы в природе.
В дополнение к генам, отвечающим за характерные для конечной культуры признаки, в генную кассету часто включают и другую генетическую единицу. Эта дополнительная генетическая единица функционирует как селективный маркёр, экспрессия которого позволяет выявить определённый целевой признак. Обычно такой признак — это выживаемость в присутствии какого-либо антибиотика или гербицида. Сам ГМ ген может быть использован в качестве суррогатного маркёрного гена и если он кодирует устойчивость к гербицидам. После успешного введения маркёрного гена в геном клеток растения-реципиента (вместе с другим геном или генами в кассете) эти клетки приобретают защиту от воздействия конкретного антибиотика или гербицида. В дальнейшем специалист в области генной инженерии может отделить клетки с интегрированной ГМ генной кассетой от большинства остальных клеток культуры, подвергнув её воздействию антибиотика или гербицида. После этой процедуры выживают лишь клетки, успешно прошедшие процесс модификации и, следовательно, не подверженные воздействию такого антибиотика или гербицида.
Для того чтобы ввести ГМ генную кассету в геном растения-реципиента, миллионы клеток этого вида подвергают процедуре включения (трансформации) ГМ гена. Для этого растущие клетки растения-реципиента или частей тканей культивируемого растения выращивают в чашках, колбах или пробирках (система, известная как «тканевая культура»), после чего генную кассету вводят в клетки растения-реципиента, используя описываемые ниже методы. В результате в ДНК некоторых растительных клеток тканевой культуры вводится одна или более ГМ генных кассет. Подразумевается, что введённая ДНК перепрограммирует генетическую схему клеток, привнося в клетку совершенно новые свойства.
Существуют два наиболее распространённых способа вставки ГМ генной кассеты. При первом используется «генная пушка», которая произвольно обстреливает клетки растения микроскопическими наночастицами золота или вольфрама, покрытыми генетически модифицированной ДНК. Этот процесс называют бомбардировкой микрочастицами, или биобаллистикой. В некоторых случаях микрочастицы оказываются в ядрах клеток растения, ещё реже ДНК, покрывающей микрочастицы, удаётся встроиться в ДНК клетки растения.
Это абсолютно произвольный процесс, и специалисты в области генной инженерии не располагают никакими средствами, чтобы влиять на него. Им не известно в полной мере, что именно происходит при введении ДНК, и у них нет возможности контролировать, когда или на каком участке ДНК растительной клетки это произойдёт.
При втором способе генной вставки культивируемые клетки инфицируются почвенной бактерией вида A. tumefaciens. В своей естественной форме бактерия A. tumefaciens инфицирует растения в местах повреждений и вызывает у них образование корончатых галлов, опухолевидных образований. Процесс инфицирования включает непосредственную вставку ДНК бактерии A. tumefaciens в ДНК заражённого растения. Для того чтобы вставить ГМ генную кассету в ДНК культивируемых растительных клеток, в генной инженерии используется естественная способность бактерии вида A. tumefaciens внедрять свою ДНК в геном инфицированного растения. Для этого ГМ генную кассету сначала соединяют с фрагментом ДНК бактерии, называемой Ti-плазмидой. Затем такая модифицированная ДНК вводится обратно в бактерию A. tumefaciens. Далее культивируемые растительные клетки инфицируются бактерией, содержащей комбинацию ДНК из ГМ генной кассеты и Ti-плазмиды.
Небольшое количество растительных клеток, подвергнутых воздействию такой бактерии, успешно инфицируется и вставляет ГМ генную кассету в свою собственную ДНК. Так же, как и в случае биобаллистики, процесс вставки бактерии A. tumefaciens является произвольным, и генные инженеры не располагают возможностью контролировать, куда именно, в какой участок генома растительной клетки, будет вставлена ГМ генная кассета. Это метод проб и ошибок.
На данном этапе специалисты в области генной инженерии располагают тканевой культурой, состоящей из миллионов растительных клеток. Некоторые из них смогут подобрать ГМ генную кассету, в то время как у подавляющего большинства клеток этого не получится. Следовательно, специалистам необходимо отобрать неспособные к вставке клетки и исключить их из процесса.
В зависимости от типа маркёрных генов, входящих в состав ГМ генной кассеты (устойчивой к воздействию гербицида или антибиотика), тканевая культура растения, клетки которой прошли процесс генетического модифицирования, обрабатывается гербицидом либо антибиотиком. Эта процедура убивает все клетки, за исключением тех, что успешно ввели ГМ генную кассету в состав своей собственной ДНК и включили её. Только клетки, которые вставили в свой геном маркёрный ген и экспрессируют его, окажутся устойчивыми к воздействию химических веществ. Только они и выживут. Лишь малый процент операций по вставке ГМ генной кассеты приводит к экспрессии ГМ генов в растительных клетках.
В дальнейшем те немногие растительные клетки, в которые успешно были внедрены ГМ генные кассеты и которые выжили после химического воздействия, обрабатываются растительными гормонами. Гормоны стимулируют размножение ГМ растительных клеток и их дифференциацию в миниатюрные ГМ растения, которые можно пересадить в почву и выращивать.
По мере роста ГМ растений генный инженер обследует их и избавляется от деформированных или плохо растущих экземпляров. Оставшиеся растения изучаются, чтобы определить один или более образцов, экспрессирующих ГМ гены на желаемом высоком уровне и с требуемой локализацией внутри растения. Из многих сотен или тысяч полученных экземпляров лишь некоторые смогут соответствовать требованиям. Они становятся кандидатами для массового производства.
Каждое из таких ГМ растений несёт в себе одну и ту же ГМ генную кассету, которая, однако, будет вставлена в разные участки генома растения. Уровень экспрессии ГМ гена у разных ГМ растений будет отличаться. Более того, в разных частях одного ГМ экземпляра экспрессия не будет одинаковой.
На данном этапе ГМ растения ещё не оценивались с точки зрения их безопасности для окружающей среды и здоровья человека или относительно их пищевой ценности. Описание этой операции можно найти в последующих главах.