Біотехнології, їх використання в сільському господарстві

Біотехнології, їх використання в сільському господарстві

У 90-х роках, незважаючи на зменшення антропогенного тиску, екологічна ситуація в агросфері не поліпшилась, а навіть погіршилась, особливо в зонах водної меліорації і на сільських селітебних територіях. Стало очевидним, що єдиний безальтернативний шлях виходу агросфери України із системної кризи — перехід на засади сталого розвитку. Одним з важливих факторів досягнення цієї мети є широке застосування в аграрному виробництві здобутків агробіотехнології. Саме їй разом з інформатикою належить вирішальна роль у формуванні агросфери, котра за основними параметрами наблизиться до ноосфери, як її уявляв В. І. Вернадський. Проте йдеться про застосування технологій, в основі яких — безпрецедентні маніпуляції з живою речовиною на клітинному і молекулярному рівнях. І оскільки тут важко передбачити наслідки, велику роль починає відігравати біоетика, яка завдяки своїй, можна сказати, не тільки суто прагматичній, а й духовній функції, має оцінювати етичність застосування як окремих технологій, так і їхньої сукупності у формуванні нової агросфери.

Оскільки сучасна біотехнологія — це ряд певною мірою відокремлених підходів, варто розглянути біоетичні проблеми кожного з них стосовно його застосування в агросфері.

Найрозвиненіший розділ агробіотехнології - використання досягнень клітинної біології, що включає застосування культури клітин, тканин та органів рослин і тварин. На практиці ці методи дають змогу розв’язувати проблеми швидкого розмноження цінних генотипів рослин, очищення їх від патогенних вірусів, одержання соматичних гібридів, штучного запліднення тварин, ембріопересадки, отримання моноклональних антитіл, біологічно активних речовин тощо. Застосування більшості цих методів за умови дотримання певних біоетичних правил не має істотних обмежень. Більше того, мені здається неприпустимим те, що за наявності високоякісних біотехнологій одержання безвірусного садивного матеріалу картоплі, хмелю, плодових, ягідних та інших культур наше сільське господарство і мільйони власників особистих господарств, городів і дач змушені використовувати заражений патогенним вірусом матеріал, що призводить до значних збитків. Проте варто підкреслити, що все сказане не стосується медицини, у тому числі ветеринарної, де необхідний особливий підхід до маніпулювання методами клітинної біології, зокрема при розмноженні особливо небезпечних збудників хвороб тварин.

Фактично до сфери клітинної біології можна віднести і проблему клонування тварин. Як відомо, після появи вівці Доллі дискусія про етичність цього шляху розмноження особливо цінних генотипів тварин набула гострого характеру. Але ми маємо визнати, що клонування тварин не суперечить принципам етики, якщо йдеться про створення і розмноження особливо цінних генотипів. Важко зрозуміти, на чому ґрунтується негативне ставлення до цього методу. Адже вже багато років у тваринництві широко використовуються маніпуляції з ембріонами. Крім того, в усьому світі не виникає проблем з вирощуванням мільйонів голів різних тварин спеціально для м’ясної галузі. Більше того, протягом тисячоліть це вважається богоугодною справою і благословляється майже всіма релігіями.

Ще одна велика сфера застосування сучасної біотехнології - використання молекулярно-генетичних маркерів у селекції, а також для розмноження рослин і тварин, збереження їх генофондів тощо. Це один з найдинамічніших напрямів реалізації досягнень біотехнології. Зокрема, з допомогою маркерів здійснюються ідентифікація і локалізація на хромосомах цінних генів або локусів господарчо важливих кількісних ознак (QTL), створюються мапи хромосом, контролюється генетична якість насіння, складаються молекулярно-генетичні каталоги сортів і ліній, що дає можливість їх ідентифікувати при захисті авторських прав, збереженні генофондів тощо. Молекулярні маркери на рівні ДНК і білків у поєднанні з культурою in vitro забезпечили нові можливості для реконструкції геному культурних рослин за допомогою так званої геномної і хромосомної інженерії. Загалом уся ця велика і важлива сфера застосування агробіотехнології не суперечить принципам біоетики, якщо, звичайно, маніпуляції не здійснюються для досягнення лихих намірів.

Найзапекліші дискусії точаться з приводу використання в агропромисловому виробництві так званих генетично модифікованих організмів (ГМО). Йдеться про те, що у зв’язку з універсальністю генетичного коду всієї живої речовини і розвитком методів маніпулювання ним на молекулярному рівні з’явилися можливості виділяти і переносити гени з одних організмів до інших, долаючи всі створені еволюцією бар'єри не тільки між видами, а й між родинами і царствами. Наприклад, можна переносити гени від мікроорганізмів до рослин, від тварин і людини — до рослин або мікроорганізмів тощо. При цьому використовуються методи як молекулярної біології і молекулярної генетики, так і клітинної біології та інформатики. Для здійснення такого перенесення створюються спеціальні генетичні конструкції, які дають змогу вбудовувати потрібний ген у геном нового хазяїна і забезпечувати його ефективне функціонування.

Такий підхід, що одержав назву «генетична інженерія», має величезне значення для формування нової агросфери. Якщо говорити, наприклад, про рослини, то застосування методів сучасної біотехнології, особливо генетичної інженерії, може стати основою нової «зеленої революції». Одержання трансгенних рослин дає змогу створити нове покоління генетично модифікованих сортів, стійких до агресивних патогенів і шкідників (зокрема до нематод, які щорічно завдають шкоди сільському господарству приблизно на 100 млрд. доларів США), до вірусів, віроїдів, мікоплазм, абіотичних стресів (низькі та високі температури, засолення або закислення ґрунтів, посуха, перезволоження тощо), до тотальних гербіцидів. Це значно спростить боротьбу з бур’янами, створить можливості для підвищення ефективності фотосинтезу і кращого використання добрив. Крім того, стане доступним керування якістю продукції як за вмістом у ній вітамінів та інших поживних речовин, так і за придатністю для переробки, збереження і транспортування. Практично йдеться і про розв’язання проблеми створення рослин — продуцентів особливо цінних фармакологічних препаратів, а також рослин для фіторемідіації (очищення) ґрунту від токсичних речовин.

Що ж до тварин, то генетична інженерія допоможе їм набути особливо цінних ознак (м'ясність, молочність, імунність), дасть змогу вирощувати органи для пересадки людині, а також створювати тварин-біореакторів, продуцентів цінних лікарських препаратів.

Генетично модифіковані мікроорганізми дадуть можливість розв’язати проблему активізації біологічної фіксації азоту і мобілізації фосфору, створити препарати для захисту рослин від хвороб, шкідників і низьких температур, продукувати біологічно активні речовини для тварин і рослин (вітаміни, ветпрепарати, стимулятори росту, вакцини тощо).

Проте з огляду на нові можливості реконструкції геному організмів, використовуваних в агросфері, виникла реальна небезпека негативного впливу їх на здоров’я людини, навколишнє середовище, біорізноманіття тощо. Тому в усьому світі тривають акції протесту проти використання генетично модифікованих організмів в агросфері. Форми їх найрізноманітніші - від масових демонстрацій до знищення дослідних ділянок трансгенних рослин. Причому відбувається це у розвинених країнах і навіть у дуже толерантній до використання нових технологій Індії. Але незважаючи на це, у 2001 р. трансгенні сорти рослин висівалися у США, Канаді, Аргентині, Китаї та в інших країнах на площі близько 50млн га. Все це свідчить про надзвичайну актуальність оцінки з погляду біоетики нової ситуації, що виникла у зв’язку зі створенням і поширенням генетично модифікованих організмів в аграрному виробництві.

Насамперед варто розглянути етичність штучної реконструкції геному організмів, які застосовуються в агросфері. При цьому згадаймо, що ця «технологія» широко використовувалася природою у процесі еволюції. Так, наприклад, близько 10 тисяч років тому внаслідок об'єднання в одному організмі хромосом трьох видів диких злаків виникла м’яка, або хлібна, пшениця, значення якої для розвитку цивілізації важко переоцінити. Але найголовніше — окремі цінні гени або їхні асоціації поширювалися в ході еволюції за допомогою процесів, які нині людина застосовує у біотехнології. Фактично природа протягом мільйонів поколінь використовувала методи генетичної інженерії (зокрема за допомогою транспозонів) для перенесення цінних генів або їхніх комплексів у найрізноманітніші форми живої речовини. Це, наприклад, гени «домашнього господарства», або такі, що кодують рецептори світла (а вони практично однакові у комах і людини). Подібних фактів безліч. Після розшифрування геному людини стало ясно, що він містить не тільки окремі гени, а й їхні асоціації, характерні для інших, навіть дуже віддалених, у тому числі й примітивних, видів. Усе це дає можливість стверджувати: сама по собі реконструкція геному — не нове явище. Можна, безперечно, посилатися на те, що не слід людині так радикально втручатися у створене вищим розумом (якщо він існує) або Господом. Але людство вже давно стало на цей шлях, створюючи культурні рослини і свійських тварин.

Біоетика. Проблема лежить в іншій площині. Необхідні не спроби накласти «вето» на молекулярно-генетичні методи реконструкції геному, а об'єктивна оцінка можливих негативних наслідків для людини і навколишнього середовища застосування конкретного генетично модифікованого організму. При цьому біоетика має звертати особливу увагу на те, що агросфера по суті є штучно створеною людиною системою з пригніченими механізмами природної стійкості і тому варто дуже обережно підходити до оцінки наслідків поширення у ній нових організмів.

Сьогодні багато говорять про можливість вертикального перенесення вбудованих у трансгенні рослини генетичних конструкцій до геномів близьких диких родичів. Ця небезпека справді існує, хоча її наслідки часто перебільшуються. Наприклад, перенесення до диких рослин генів стійкості до тотальних гербіцидів не дасть їм якихось переваг на полях, де не застосовується відповідна обробка. Проте, безумовно, необхідно досить точно оцінювати цю небезпеку і зводити її до мінімуму. Серед можливих контрзаходів можна назвати вбудовування потрібних генетичних конструкцій не в хромосоми ядра, а в органели, що не переноситимуться з пилком.

З погляду біоетики дуже важливо оцінити можливі негативні наслідки такого вертикального перенесення на всю біоту агроландшафту. Але не можна накладати якісь жорсткі обмеження, виходячи лише з умоглядного аналізу. Слід насамперед привернути увагу вчених, які працюють у галузі генетичної інженерії та біобезпеки, до необхідності глибше, на підставі безпосереднього експерименту, оцінювати можливі наслідки появи у навколишньому середовищі носіїв тих або інших генетичних конструкцій.

Важливе значення має біоетичний підхід до проблеми можливого безпосереднього негативного впливу як самих генетичних конструкцій, так і їхніх продуктів на здоров’я людей і фауну. Справді, створені трансгенні сорти кукурудзи, картоплі, бавовнику та інших культур, стійкі до враження шкідниками, продукують токсичні для комах білки. Проведені широкомасштабні дослідження, як стверджують біотехнологічні компанії і служби державного контролю США та Канади, довели, що ці білки абсолютно не токсичні для теплокровних тварин та людини і діють вибірково тільки на певний вид комах. Це стало підставою для широкого виробництва таких трансгенних сортів. Але проблему можливої токсичності Bt білків не можна вважати остаточно розв’язаною.

Мабуть, немає підстав для заяв про надзвичайну небезпеку генетично змінених організмів, насамперед рослин, для агросфери і навіть біосфери. Але їх застосування, безперечно, потребує ефективного контролю. Крім того, існує низка біоетичних проблем, які мають враховуватися під час поширення таких рослин. Насамперед, споживачі харчових продуктів, що містять такі рослини, мають право на відповідну інформацію. Необхідно також продовжити дослідження можливого їх впливу на все живе, а головне, не допускати агресивних форм пропаганди цих продуктів, що стала сьогодні звичайним явищем. Це ж стосується і трансгенних рослин, продуцентів біологічно цінних речовин. Безперечно, посилений синтез, наприклад, дефіцитних амінокислот чи вітамінів і збільшення їх кількості у харчових продуктах має важливе значення для поліпшення харчування, особливо населення країн, що розвиваються. Але необхідно враховувати і можливі негативні наслідки, зумовлені особливостями застосовуваних генетичних конструкцій.

В даній роботі була поставлена мета на простих та зрозумілих прикладах висвітлити певні теорії з приводу біотехнологій, їх використання в сільському господарстві та взагалі в будь якій сфері, де є робота з біологічно живим матеріалом.

Актуальність біоетичних проблем, пов’язаних з використанням генетично модифікованих рослин, зумовлена тим, що, незважаючи на існуючий опір, посіви цих рослин розширюються і вже створено значний резерв цінних трансгенних генотипів багатьох культур.

У тваринництві генетична інженерія поки що не набула широкого розмаху. А головне — розмноження трансгенних тварин легко контролювати, а їхній вплив на навколишнє середовище такий самий, як у звичайних порід.