П р е д п о с ы л к и с о з д а н и я т р а н г е н н ы х р а с т е н и й

Во все времена растения служили для людей источником пищи, строительным материалом, горючим, одеждой, медикаментами и т.д. В течение многих тысяч лет люди продолжают улучшать их породы и сорта соответственно своим все возрастающим и изменяющимся потребностям. В 1900 году население Земли составляло примерно 1,6 миллиарда человек. С тех пор оно выросло до более чем 6 миллиардов и, по подсчетам специалистов, к 2030 году достигнет 10 миллиардов. По оценкам ФАО – Организации ООН по вопросам продуктов питания и сельского хозяйства – для обеспечения пищей растущей популяции к тому времени объемы мирового производства продуктов питания должны удвоиться при сохранении существующих сельскохозяйственных площадей.

Прогнозируемый голод- одна из проблем, ставшая предпосылкой к созданию трансгенных растений. Уже на сегодняшний день число голодающих в мире составляет более одного миллиарда- по данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО).По мнению гендиректора ФАО, в мире складывается критическая ситуация, так как число голодающих стремительно увеличивается: Только за последний год число людей, лишенных средств для пропитания, увеличилось на 105 миллионов человек. Таким образом, каждый шестой человек, живущий на Земле, голодает.

Биотехнология способна помочь удовлетворить постоянно возрастающую потребность в продуктах питания за счет увеличения урожайности, снижения потребности в затратах на выращивание сельскохозяйственных культур (например, уменьшая потребность растений в воде и удобрениях), а также обеспечить экологически приемлемые методы защиты от вредителей. Не зря говорят: «Голод- двигатель прогресса». Именно он сподвиг ученых на создание растений, которые в итоге дают человечеству качественный продукт в большом объеме, практически без потерь на производстве. Мир не может ждать и генная инженерия в короткие сроки превращает наши желания и потребности в готовый продукт.

На данном этапе развития человеческая потребность получать продукцию без применения дорогостоящего ручного труда стала реальностью. Ели раньше при выращивании сельскохозяйственной растений для большинства культур требовалось ручное избавление от сорняков, которые подавляют рост молодых растений, то сейчас в развитых странах на выручку приходят гербициды. В работе Луговой Л.А [3] говорилось, что классическая сельскохозяйственная химия стремилась к созданию гербицидов селективного типа, которые бы угнетали рост возможно большего числа видов сорняков, не подавляя при этом роста культурных сортов. Но все же эти химические вещества наносят большой урон экологии и угнетают рост культурных растений. Биотехнология позволила совершить качественный прыжок, так как оказалось возможным генетически изменять устойчивость растений к тем или иным гербицидам либо путем введения генов, кодирующих белки, нечувствительные к данному классу гербицидов, либо за счет введения генов, обеспечивающих ускоренный метаболизм гербицида в растении. Генетически измененные растения с устойчивостью к различным классам гербицидов в настоящее время являются наиболее успешным биотехнологическим продуктом.

Предпосылкой создания трансгенных растений явилось также желание человека получать продукты с более ценными питательными свойствами . Например, почему бы не употреблять привычные нам продукты, но чтобы пищевая ценность их была на порядок выше? Сказано- сделано. Ученые уже успешно потрудились над созданием масличных культур с повышенным содержанием и измененным составом масел, фруктов и овощей, содержащих больше витаминов, более питательных зерновых и т. д. Одно из таких достижений ученых — золотой рис, который содержит бета-каротин (провитамин А). Этот продукт особенно полезен людям, страдающим от дефицита витамина А, например, в Юго-Восточной Азии, где рис — основная пища. Другие примеры — кукуруза с повышенным содержанием лизина, пшеница с большим количеством белка.

Таким образом можно сделать вывод: постоянно растущие человеческие желания и потребности будут двигать нашу науку вперед, в том числе генетическую инженерию. У человечества нет альтернативы использованию новейших технологий получения ГМИ, так как классические подходы к созданию высокопродуктивных сортов себя во многом исчерпали, территории, пригодные для землепользования, практически освоены, а дефицит продуктов питания в целом на земном шаре будет с годами нарастать. И именно генетическая инженерия способна решить
встающие перед человечеством проблемы.

1.2 М е т о д ы в в е д е н и я р е к Д Н К в к л е т к и р а с т е н и й

Для того, чтобы создать растение с интересующими нас свойствами, надо в это растение ввести чужеродный ген(гены) того объекта, чьи качественные внешние и др.признаки показались нам интересными. Для этого у генной инженерии есть ряд методов которые вкратце будут рассмотрены ниже.

Поиски путей введения чужеродных генов в клетки высших растений интенсивно ведутся во всем мире с начала 70-х годов. Одним из импульсов к развитию методов переноса чужеродных генов в растения стали результаты детального изучения молекулярно-генетических основ опухолевого роста у растений при участии бактерий рода Agrobacterium.Еще древним грекам было известно явление, называемое корончатыми галлами. В пораженных растениях клетки корончатых галлов приобретают способность неограниченно размножаться, оставаясь недифференцированными. Такие клетки по своим свойствам очень похожи на раковые клетки животных. Но только в XX веке ученым удалось установить и изучить причину возникновения такого явления. Виновницей оказалась одна из почвенных бактерий — Agrobacterium tumefaciens. Такая бактерия, как и многие другие, содержит плазмиды. Одна из них, названная Ti-плазмида (от английского сокращения опухоль индуцирующая), и оказалась опухолеродным агентом для клеток зараженного растения .

В результате исследований оказалось, что опухолеобразующие плазмиды агробактерий, представляющие собой мини-кольцевые ДНК, являются природной векторной системой, которую сейчас используют для переноса генов в растения. Плазмида агробактерии переносит часть своей ДНК в ДНК растительной клетки, в ДНК встраивается нужный ген. С помощью этого уникального вектора уже получено большое число трансгенных растений.

Ti-плазмида оказалась идеальным природным вектором для введения чужеродных генов в клетки растения . Необходимо также отметить следующие достоинства использования методов на основе применения Ti-плазмиды. Во-первых, круг растений — хозяев Агробактерии чрезвычайно широк, включая практически все двудольные растения . В последнее время ученые смогли добиться заражения и многих однодольных, главным образом злаков. Во-вторых, встроенная в геном растения Т-ДНК наследуется как простой доминантный признак по законам Менделя, а чужеродные гены имеют собственные регуляторные области.

В отдельных случаях оказывается необходимо не ввести какой-нибудь новый ген в растение, а наоборот, заблокировать или ослабить действие природного гена. В качестве примера могут служить плоды томата, которые во время созревания содержат значительное количество специального белка PG, придающего плодам рыхлость. Для устранения этого белка в плоды вводят вектор, содержащий перевернутую копию его гена. В результате транскрипции получается антисмысловая (перевернутая) мРНК, которая комплиментарно связывается с нормальной мРНК. Образуется молекула двухцепочечной РНК, которая уже не может служить матрицей для синтеза белка. В результате получаются томаты с новыми свойствами плодов, которые тверже, дольше хранятся и более устойчивы к грибковым заболеваниям.

В научных трудах [7] помимо технологии, основанной на использовании Ti-плазмиды, были рассмотрены и другие способы переноса рекомбинантной ДНК в растения . Современный арсенал методов трансформации очень обширен и включает :

1.Электропорация клеток.

Электропорация — создание пор в бислойной липидной мембране под действием электрического поля. Это явление используется в биотехнологии для внедрения макромолекул (обычно ДНК или РНК) в клетки млекопитающих, бактерий или растений. Электропорация основана на том, что импульсы высокого напряжения обратимо увеличивают проницаемость биомембран. В среду для электропорации добавляют клетки и фрагменты ДНК, которые необходимо ввести в клетки (рис. 46). Через среду пропускают высоковольтные импульсы (напряжение 200 — 350 В, длительность импульса 54 мс), приводящие к образованию пор (электропробой) в цитоплазматической мембране, время существования и размер которых достаточны, чтобы такие макромолекулы, как ДНК, могли из внешней среды войти в клетку в результате действия осмотических сил. При этом объем клетки увеличивается.

Напряженность электрического поля и продолжительность его действия, концентрации трансформирующей ДНК и реципиентных клеток для каждой системы клеток подбирают экспериментально, с тем чтобы достичь высокого процента поглощения ДНК выжившими клетками. Показано, что в оптимальных условиях электропорации количество трансформантов может достигать 80% выживших клеток.

Электропорация — физический, а не биохимический метод, и это, по-видимому, обусловливает его широкое применение. Электропорация — наиболее простой, эффективный и воспроизводимый метод введения молекул ДНК в клетки. Однако до недавнего времени этот метод использовался в ограниченном числе лабораторий в связи с отсутствием серийных приборов — электропораторов. Появление и совершенствование таких приборов в ближайшие годы приведет к широкому применению данного подхода в генетической инженерии самых разных типов клеток.

2.Баллистический метод.

Суть метода заключается в том, что на мельчайшие частички вольфрама, диаметром 0,6—1,2 мкм, напыляется ДНК вектора, содержащего необходимую для трансформирования генную конструкцию. Вольфрамовые частички, несущие ДНК, наносятся на целлофановую подложку и помещаются внутрь биолистической пушки. Каллус или суспензия клеток наносится в чашку Петри с агаризированной средой и помещается под биолистическую пушку на расстоянии 10—15 см. В пушке вакуумным насосом уменьшается давление до 0,1 атм. В момент сбрасывания давления вольфрамовые частички с огромной скоростью выбрасываются из биолистической пушки и, разрывая клеточные стенки, входят в цитоплазму и ядро клеток.

Обычно клетки, располагающиеся непосредственно по центру, погибают из-за огромного количества и давления вольфрамовых частиц, в то время как в зоне 0,6—1 см от центра находятся наиболее удачно протрансформированные клетки. Далее клетки осторожно переносят на среду для дальнейшего культивирования и регенерации.

С помощью биолистической пушки были протрансформированы однодольные растения, такие, как кукуруза, рис, пшеница, ячмень. При этом были получены стабильные растения-трансформанты. Кроме успехов в получении трансгенных однодольных, биолистическая трансформация применяется для прямого переноса ДНК в эмбриогенную пыльцу и дальнейшего быстрого получения трансгенных дигаплоидных растений, которые являются важным этапом в селекционной работе. В настоящее время этим методом была проведена трансформация растений табака и после регенерации гаплоидных растений получены стабильные трансформанты.

3.Перенос ДНК в составе липосом.

Упаковка в липосомы используется для защиты экзогенного генетического материала от разрушающего действия рестриктаз.

Липосомы — сферические оболочки, состоящие из фосфолипидов. Получают их путем резкого встряхивания смеси водного раствора и липидов, либо обрабатывая ультразвуком водные эмульсии фосфолипидов. Липосомы, состоящие из фосфатидилсерина и холестерина наиболее пригодны для введения ДНК в клетки животных и растений. Системы переноса с помощью липосом низкотоксичны по отношению к клеткам.

Существуют и другие методы переноса ДНК в клетку: обработка полиэтиленгликолем, микроинъекции ДНК, трансфекция и др. Какой метод из предложенных выбрать зависит от наличия оборудования, от клеток растения, с которыми будут проводиться манипуляции, результата который вы хотите получить. Более детальное и глубокое изучение этих подходов позволит вам лучше ориентироваться в этой области и сделать правильный выбор в пользу того или иного метода.

1.3 П р е и м у щ е с т в а м е т о д о в г е н н о й и н ж е н е р и и

п е р е д т р а д и ц и о н н о й с е л е к ц и е й

БУКВЕНО ВЛАКЧЕ — песни за деца — YleeKids Bŭlgarski


Похожие статьи.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: