Біологія. 9 клас. Шаламов

§ 63. ГМО

Що таке ГМО?

ГМО розшифровується як «генетично модифікований організм». Це означає, що до його спадкової інформації штучно було внесено зміни для надання йому корисних властивостей. Найчастіше це досягається шляхом перенесення генів з організму одного виду в інший, і тоді отриманий генетично модифікований організм ще називають трансгенним.

Рис. 63.1. Різні варіанти GloFish

Стисло розглянемо історію й сучасні досягнення у створенні генетично модифікованих організмів.

  • Перший генетично модифікований багатоклітинний організм — трансгенна миша — з’явився на світ 1974 року, тобто лише через два роки після створення першої рекомбінантної молекули ДНК і через рік після появи першої генетично модифікованої бактерії.
  • 1983 року було створено першу трансгенну рослину — тютюн, що містив ген стійкості до антибіотика.
  • 1992 року вірусостійкий тютюн, вирощений у Китаї, став першою комерційною трансгенною рослиною.
  • 1994 року на ринку з’явився перший генетично модифікований продукт харчування — томат сорту Flavr Savr, плід якого довше зберігається та повільніше псується.
  • 2003 року було створено акваріумну рибку GloFish (рис. 63.1), здатну флуоресціювати. Вона стала першою генетично модифікованою домашньою твариною.
  • 2015 року було дозволено промислове вирощування та вживання в їжу генетично модифікованого лосося з прискореним ростом — AquAdvantage. Лосося використовуватимуть лише у тваринництві й не випускатимуть у природне середовище. Він досягатиме потрібного розміру вдвічі швидше, ніж його звичайні співродичі (рис. 63.2).

У створенні трансгенних тварин і рослин застосовують ті самі підходи, що й під час роботи з мікроорганізмами. Основні етапи їх модифікації такі: отримання ізольованого цільового гена, вбудовування гена у вектор, перенесення вектора до клітин модифікованого організму та відбір модифікованих організмів, їхня перевірка на безпеку. Принципово відрізняється лише метод переносу вектора, оскільки у тварин і рослин немає природного процесу, що забезпечував би поглинання ДНК із навколишнього середовища. Також доводиться враховувати особливості розвитку багатоклітинних організмів.

Рис. 63.2. Звичайний лосось (менший) і лосось AquAdvantage (більший) одного віку

Рис. 63.3. Трансформація клітин рослини за допомогою генної гармати

По рослинах стріляють із генної гармати

Для перенесення генів до клітин рослин використовують агробактерію, яка здатна заражати клітини рослин і при цьому переносити до них генетичний матеріал. Для деяких рослин (наприклад, кукурудзи та пшениці) цей спосіб непридатний. У такому разі використовують трансформацію за допомогою генної гармати (рис. 63.3), яка в буквальному сенсі стріляє наночастинками із закріпленою на них ДНК.

Іншими способами трансформації рослинних клітин є мікроін’єкція ДНК за допомогою мікропіпетки та електропорація, тобто введення ДНК у клітину завдяки створенню електричного поля високої напруги.

Сьогодні трансгенними рослинами засаджено понад 10 % усіх посівних територій. Усього в сільському господарстві дозволено використовувати понад 30 видів генетично модифікованих рослин. Більшість модифікацій націлені на підвищення опірності рослин шкідникам чи на надання стійкості до гербіцидів. Крім того, є модифікації, що подовжують термін зберігання продуктів (томати), міняють колір декоративних рослин (гвоздики, троянди), надають стійкості до посухи (кукурудза, цукрова тростина), підвищують уміст корисних речовин (рапс, соя) чи знижують уміст шкідливих (тютюн). Використання ГМО дало змогу зменшити використання пестицидів майже на 40 % і водночас підвищити врожайність на 20 %. Однак вирощування модифікованих рослин досі стикається із серйозною протидією.

2000 року було розроблено так званий золотий рис (рис. 63.4), що містить, на відміну від звичайного рису, в значній кількості β-каротин, попередник вітаміну А. Важливість цього продукту, особливо для бідних верств населення Африки та Азії, важко переоцінити: у світі щонайменше 250 млн людей страждають від браку вітаміну А. Щороку від гіповітамінозу гине до 2 млн людей і щонайменше 250 тисяч дітей назавжди втрачають зір. Вирощування золотого рису могло б раз і назавжди розв’язати цю проблему. Але його комерційне використання досі не розпочато, передусім через сильний (і не зовсім зрозумілий) спротив природоохоронних організацій і їхніх прихильників. У 2016 році 107 учених — лауреатів Нобелівської премії — підписали відкритого листа, адресованого природоохоронній організації «Грінпіс», а також Організації Об’єднаних Націй та урядам усіх держав світу, із закликом припинити боротьбу з ГМО загалом і проти золотого рису зокрема. Лист закінчується риторичним питанням: скільки ще людей у світі мають померти, перш ніж боротьбу з ГМО визнають злочином проти людства?

Рис. 63.4. Зерна звичайного та золотого рису

Жовтий колір зерен золотого рису зумовлений наявністю великих кількостей жовтого β-каротину.

Рис. 63.5. Генетично модифіковані тварини

А. Кішки з вбудованим флуоресцентним білком допомагають вивчати СНІД. Б. Генетично модифікованих гризунів використовують у якості модельних організмів для вивчення ожиріння й діабету.

Генетично модифіковані тварини допомагають у розв’язанні численних проблем

Методи створення генетично модифікованих тварин теж добре відпрацьовані, їх широко застосовують у наукових дослідженнях (рис. 63.5). Для отримання таких тварин генетичній модифікації піддають зиготу або клітини ембріона на ранніх стадіях. Це роблять, наприклад, для створення експериментальних лабораторних тварин, що слугують модельними організмами для вивчення хвороб людини.

Іншим перспективним напрямом застосування трансгенних тварин є виробництво різноманітних медичних препаратів — антитіл, факторів згортання крові та інших білків. Особливо цікавим рішенням є синтез чужорідних білків у клітинах молочної залози. У такий спосіб можливо виробляти та виводити з організму значні кількості цих препаратів із молоком, тобто без шкоди для тварини. Незважаючи на наявність відпрацьованих технологій, генетично модифікованих тварин у сільському господарстві поки що широко не використовують (крім згаданих нами лососів AquAdvantage).

ГМО: за та проти

Полеміка про можливість вживання в їжу генетично модифікованих продуктів триває вже не одне десятиліття з моменту створення перших трансгенних організмів. Незважаючи на очевидні переваги, що дає їх використання, і відсутність якихось наукових даних про потенційну шкоду ГМО, застосування їх у сільському господарстві стикається зі значним спротивом.

Ось кілька аргументів, які наводять супротивники ГМО.

  • 1. Генетично модифіковані організми шкідливі для здоров’я. Насправді це не так: за десятиліття найретельніших досліджень жодної реальної небезпеки для здоров’я, пов’язаної з трансгенними організмами, виявлено не було. Це в жодному разі не означає, що вони безпечні у будь-яких випадках: якщо вбудувати до геному картоплі ген холерного токсину, то така картопля, без сумніву, користі здоров’ю не принесе. Щоб запобігти будь-яким подібним ризикам, кожен трансгенний організм проходить ретельну перевірку, подібну до тієї, яку проходять лікарські препарати. Завдяки цьому ГМО навіть безпечніші за організми, отримані в результаті класичної селекції, оскільки останні зазвичай не перевіряють на відсутність шкідливих речовин1.
  • 2. Гени з ГМО можуть переноситися до клітин людини, спричиняючи мутації та рак. Це не так, оскільки після переносу гена до трансгенного організму цей ген уже нічим не відрізняється від решти ДНК і не може самостійно перенестися до геному людини. Якби гени могли самостійно переміщатися, то небезпеку становили б усі організми, які ми вживаємо в їжу.
  • 3. ГМО становлять загрозу біорізноманіттю та шкідливі для довкілля. Загрожують біорізноманіттю всі види сільського господарства. ГМО в цьому сенсі не такі шкідливі, оскільки завдяки їхній вищій продуктивності можна скорочувати території, відведені під посіви, і тим самим зберігати більше природних екосистем. Ба більше, стійкі до шкідників ГМО дають змогу зменшити використання пестицидів і тим самим зменшити хімічне навантаження на довкілля. Теоретично перенесення генів стійкості в «дикі» види можливе, але його ймовірність дуже низька.

Як ставитися до ГМО і чи вживати їх у їжу, кожен може вирішити самостійно, але це рішення має бути аргументованим і добре виваженим. На жаль, більшість аргументів супротивників генної інженерії свідчить радше про їхню біологічну неграмотність, аніж про реальну турботу про наше здоров’я.

Поміркуймо

Знайдіть одну правильну відповідь

1. Трансгенний організм — це організм,

  • А що мутував у результаті природних причин чи спрямованої модифікації людиною
  • Б у який методами генної інженерії штучно введено ген з організму іншого виду
  • В отриманий у результаті схрещування з організмом іншого виду
  • Г який тривалий час перебував у контакті з трансгенами
  • Д що утворився внаслідок операції зі зміни статі

2. Перевага золотого рису порівняно зі звичайним полягає в тому, що золотий рис

  • А містить менше токсичних речовин
  • Б стійкіший до хвороб і шкідників
  • В можна вирощувати в районах із сухішим і холоднішим кліматом
  • Г містить значну кількість β-каротину
  • Д містить більшу кількість золота

3. Для рослинних клітин зазвичай не застосовують такий спосіб, як

  • А трансформація за допомогою агробактерії
  • Б трансформація за допомогою генної гармати
  • В уведення ДНК за допомогою мікроін’єкції
  • Г електропорація
  • Д вимочування рослини у розчині ДНК

1 Наприклад, селекціонери випадково вивели сорти картоплі, що містили отруйну речовину соланін у значних кількостях.

4. Дозволено розводити для вживання в їжу

  • А свиню з підвищеним вмістом вітаміну А
  • Б лосося AquAdvantage з прискореним ростом
  • В рибку GloFish із зеленим флуоресцентним білком
  • Г клоновану вівцю Доллі
  • Д гризунів, хворих на діабет

5. Щодо ГМО правильним є твердження:

  • А перший трансгенний багатоклітинний організм було створено 1974 року
  • Б першою генетично модифікованою сільськогосподарською культурою стала пшениця
  • В на сьогодні немає методів, що дають змогу отримувати генетично модифікованих ссавців
  • Г вирощування генетично модифікованих рослин дозволено лише в США та Японії
  • Д більшість фахівців-біологів не підтримує застосування ГМО в сільському господарстві

Сформулюйте відповідь кількома реченнями

6. Які переваги та недоліки мають методи генної інженерії порівняно з методами традиційної селекції?

7. Чи всі ГМО є трансгенними організмами? І чи всі трансгенні організми — ГМО?

8. Прочитайте уривок із вигаданої газетної статті та вкажіть авторові на помилки й неточності в тексті: «Генетичний код ГМО відрізняється від генетичного коду нормальних організмів тим, що ГМО містять гени, які становлять серйозну небезпеку для здоров’я людини. Численні дослідження вчених показали, що вживання ГМО в їжу спричиняє рак, СНІД і коров’ячий сказ, проте, незважаючи на це, ГМО продовжують активно вирощувати та продавати в Україні. І це в той час, коли в усіх інших цивілізованих країнах виробництво й поширення ГМО заборонені та суворо переслідуються законом! На щастя, провідні біологи світу ведуть непримиренну боротьбу за світ без ГМО».

9. Які позитивні зміни в сільське господарство й побут людей може внести використання ГМО?

Знайди відповідь і наблизься до розуміння природи

10. У яких наукових дослідженнях і навіщо використовують тварин із видаленими та непрацездатними генами — нокаутними генами?

11. Поширеною модифікацією організмів є вбудовування в їхній геном гена зеленого флуоресцентного білка. Що дає така модифікація і як використовують такі організми?

Дізнайся самостійно та розкажи іншим

12. Які небезпеки все ж приховує в собі використання ГМО? Проаналізуй основні аргументи супротивників цієї технології.

13. Порівняй цілі використання генетичної модифікації рослин і тварин. Які з них унікальні для тварин, а які — для рослин?