Суть генетично змінених організмів

Вступ Населення нашої планети стрімко збільшується. Саме це спонукало вчених та виробників не тільки інтенсифікувати вирощування сільськогосподарських культур і худоби, але і почати пошук принципово нових підходів до розвитку сировинної бази сторіччя, що почалося.

Друга половина ХХ початок ХХІ ст. ознаменувалися бурхливим розвитком біотехнологій та генної інженерії зокрема. Вони стали одним з найважливіших інструментів сучасних наукових досліджень, що мають значний вплив на науку, економіку та суспільство, оскільки дозволяють впливати на еволюційний розвиток усього живого на планеті. Інформаційно закриті системи, якими, наприклад, були колись рослини, уже сьогодні відкриті для обміну генетичною інформацією практично з усіма живими організмами. «Генна революція» відкрила нову еру в розвитку суспільно-економічних відносин. Під її впливом формуються нові ринки товарів та послуг, змінюється їх вартість та способи виробництва, виникають нові та можуть зникати деякі традиційні види діяльності, змінюється структура та напрямок інвестиційних потоків. Уже сьогодні широке використання методів сучасної біотехнології спричинило значні зміни у сільському господарстві, промисловому виробництві, енергетиці, медицині та ветеринарії тощо. Ці процеси стрімко розвиваються і вже мають значний вплив на міжнародну торгівлю, який буде тільки збільшуватися, що призведе в майбутньому до зміни структури світового господарства та національних економік багатьох країн.

Сьогодні є очевидним те, що сучасні біотехнології відкривають перед людством значні перспективи та несуть з собою як переваги, так і можливі невідомі ризики та загрози. Їх використання в багатьох сферах викликає сьогодні значний резонанс у суспільстві, але найбільша увага, прикута до генетично модифікованих організмів. І це природньо, оскільки зростання з року в рік площ сільськогосподарських угідь, засіяних генетично модифікованими культурами, їх широке використання у харчовій промисловості та медицині, створення методами генної інженерії нових сортів рослин та порід тварин із заданими властивостями безпосередньо впливають на людину. Проте, питання про «порушення встановлених природою меж», виникали і раніше, у зв’язку з іншими сільськогосподарськими інноваціями. Органічне сільське господарство можна розглядати як відмову від інновацій, тоді як використання ГМО — вважається найсучаснішим їх проявом. Наскільки використання ГМО перспективне та безпечне — це вже інше питання, на яке сьогодні намагаються дати відповідь науковці, експерти міжнародних та громадських організацій.

Але суспільство бентежить не стільки генетичне модифікування як специфічна технологія, скільки контекст, в якому відбувається розробка ГМО, тому що досить часто методи генної інженерії сприймаються як «втручання у справу Божу». Застережливе ставлення до ГМО пов’язане не тільки із суспільними та політичними цінностями, юридичними та релігійними нормами, а також із питаннями здоров’я нації, економічної безпеки держави та екологічної ситуації на планеті. Уряди багатьох країн, незалежно від того, чи вони виробники, чи тільки імпортери насіння, рослин, продуктів харчування, медичних препаратів, отриманих за допомогою сучасної біотехнології, займаються розробкою правових інструментів та регуляторних систем для попередження можливих ризиків пов’язаних з ГМО. Їх ефективність визначається спроможністю країни оперативно виявляти ці ризики, управляти ними та оперативно сповіщати про потенційну небезпеку. Тому, досвід ЄС та США у створенні регуляторної системи щодо використання ГМО має особливе значення для України.

Першим генно-інженерним продуктом став людський інсулін (продукований бактеріями Е. соli). Також почалося виготовлення ліків, вітамінів, ферментів, вакцин з використанням ГМ-організмів. В той же час енергійно розвивається клітинна інженерія. Особливо великих успіхів вдалося досягти в області мікроклонувального розмноження рослин і одержання рослин з новими властивостями.

Першим, в результаті штучних маніпуляцій з генами, модифікували тютюн, невразливий для шкідників, потім отримали генно-модифікований помідор (в 1994 г. фірма Monsanto), кукурудзу, сою, рапс, огірок, картоплю, буряк, яблуко та інші.

ГМО все частіше почали входити до продуктів харчування. В наш час вміст ГМО в продуктах є звичним та прийнятним. Чи варто байдуже ставитися до проблеми ГМ-організмів?

Оскільки ГМО розмножуються, розповсюджуються і еволюціонують, вони викликають проблеми, значно відмінні від проблем, пов’язаних з безпекою використовування продуктів традиційних технологій. На відміну від більшості фізичних і хімічних з'єднань, ГМО, вивільнюючись в навколишнє середовище починають розмножуватися, розповсюджуватися і, можливо, схрещуватися з місцевими організмами, що робить практично неможливим їх виявлення і знищення, а також утрудняє зміну або усунення їх дії.

Справді генну інженерію можна назвати завершальним етапом адаптації до світу машин. Водночас однієї думки про генну інженерію, генетично модифіковані продукти в науковому світі немає.

Більшість науковців вважає, що потрібно все ж брати до уваги можливі ризики від ГМО, вводити мораторії на комерційне використання ГМО, так як ця продукція може спричини незворотню шкоду біологічному різноманіттю екосистем, здров`ю, людей і тварин.

Окрім цього зростає розрив між країнами Західної та Східної Європи у рівнях поінформованості про потенційний ризик випуску ГМО. Цим користуються для експорту на Схід цієї продукції.

Проблема поглиблюється й тим, що люди мають мало достовірної інформації про генетично модифіковані продукти.

Генна інженерія — це розділ молекулярної біології та генетики, метою якого є створення організмів з новими комбінаціями спадкових властивостей, зокрема, таких, що не поширені в природі. Наприклад, глобальне потепління можна буде перемогти, створивши рослини та тварини, генетично змінені так, щоб вони могли протистояти росту температур та посухам.

Генно модифіковані продукти — це трансгенні організми, спадковий матеріал яких змінений методом генної інженерії з метою додання їм бажаних властивостей. Всі продукти, які використовуються в сільському господарстві, вони всі отримані за рахунок технологій, які змінюють генетичний апарат. Це є традиційна селекція, а зараз це є методи генетичної інженерії, які цю селекцію значно пришвидшують. Традиційно селекція дає, наприклад, сорт рослин за 10 — 15 років, а генна інженерія за рік за два. Потреба у генно модифікованих продуктах виникла не так давно, а проблема перенаселення людства спонукала до цього.

Проблема перенаселення Землі, втрата за останні 20 років більше 15% грунтового шару, нестача білка (дефіцит — 35−40 млн. тон/год. та зростає щоденно на 2−3%), тому людина шукає порятунок в ГМ-продукції, так як традиційні способи вже не можуть вирішити цих проблем.

1. Розвиток сучасної біотехнології

Основи біотехнології були закладені людиною в давнину і пов’язані з використанням мікроорганізмів у хлібопекарстві, виноробстві, пивоварінні, приготуванні кисломолочних продуктів, солінні і копченні продуктів, виробленні шкір і таке інше.

Тисячоліттями людство прагнуло поліпшити сорти рослин і породи домашніх тварин за допомогою селективного схрещування. Лише в другій половині 20 століття виник новий напрямок у науці - біотехнологія. Вона дозволяє створювати та перебудовувати екологічні системи, створювати їх з певних елементів, що визначають потрібні людині властивості.

Науковий фундамент біотехнології був закладений у працях засновника сучасної мікробіології, французького вченого Луї Пастера, який у 1857 році не тільки визначив, що всі процеси бродіння є результатом життєдіяльності мікроорганізмів, а і вперше запропонував у 1861 році промислові методи запобігання псуванню вина (пастеризацію), використання бактерій вражаючих комах для боротьби з філоксерою і передбачив можливість промислового отримання та використання антибіотиків як лікарських засобів.

У 1865 році Грегор Мендель оприлюднив результати досліджень щодо спадковості ознак при схрещуванні бобових рослин. Він відкрив гени, які передають ознаки від покоління до покоління та сформулював основні правила спадковості, що пізніше отримали назву законів Менделя. Протягом 1870−1890 років були отримані перші гібриди кукурудзи і бавовника з новими властивостями та розроблені перші зразки добрив з бактеріями, які фіксували азот для підвищення врожайності.

На початку ХХ ст. роботи Г. Менделя знову привернули увагу у зв’язку з дослідженнями Эріха фон Чермака і Гуго Де Фріза з питань гібридизації рослин, у яких були підтверджені основні висновки про незалежне успадкування ознак і про чисельні співвідношення при «розщепленні» ознак у потомстві.

У 1930 році в США був прийнятий закон про патентування продуктів селекції рослин, а вже у 1933 році — отримані перші гібриди кукурудзи, призначені для комерційного використання.

У 20−30 роки минулого ст. великого значення набуває мікро-біологічний метод боротьби з сільськогосподарськими шкідниками і в науковий обіг уводиться термін «біотехнологія». У цей час почалося широке виробництво препаратів на основі спороутворювальних бактерій (Bacillus thuringiensis і Bacillus popilliana). Препарати, отримані з цих видів бактерій, ефективно використовувалися для боротьби з сараною, сибірським шовкопрядом, шкідниками кукурудзи, бавовника та винограду.

У Конвенції про охорону біологічного різноманіття, прийнятій на Конференції ООН з навколишнього середовища і розвитку в Ріо-де-Жанейро 5 червня 1992 року, біотехнологія визначена як «будь-який вид технології, пов’язаний із використанням біологічних систем, живих організмів або їхніх похідних для виготовлення або зміни продуктів або процесів з метою їх конкретного вживання».

У 1943 році відбулася епохальна подія — у США мікробіологи О. Ейвері, К. Маклеод та М. Маккарті визначили хімічну природу гена та довели, що не білки, а дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) є речовиною, з якої складаються гени. Ученими було доведено, що ДНК, яка присутня в ядрі кожної клітини, є субстанцією, що відповідає за передачу спадкової інформації.

У цьому ж році австрійський учений Е. Шредінгер сформулював основоположні принципи ДНК-технології. Він висунув ідею молекулярного підходу до вивчення генів. Е. Шредінгер, за 20 років до відкриття генетичного коду, розглядав ген та хромосоми як молекулярні носії інформації про живий організм. Зазирнувши всередину клітини та навчившись розшифровувати генетичні коди, вчені з’ясували, що основа будови і функції молекул усього живого на Землі — єдині. Усі організми і навіть віруси, містять одні й ті ж хімічні речовини, які утворюють головну молекулу генетичної пам’яті організму — ДНК. Вона складається з генів, що формують геном, як «книгу життя», написану за допомогою чотирьох «букв» — хімічних сполук аденіну (А), тиміну (Т), гуаніну (G) та цитозину ©.

Таким чином бурхливий розвиток фундаментальних наукових досліджень, тісна інтеграція природничих та інженерних наук у другій половині ХХ та на початку ХХІ ст. спричинили «генну революцію».

Таблиця: Основні етапи генної революції

У 2003 році було оголошено про повну розшифровку ДНК людини, окрім першої хромосоми. Для цього знадобилося понад 10 років машинних обрахунків, 2,3 млрд дол. США та спільна праця декількох тисяч учених із понад 20 країн світу.

На ринку Північної Америки з’являється перша трансгенна декоративна тварина — акваріумна рибка GloFish, що світиться червоним в ультрафіолетовому світлі, завдяки вбудованому гену білка коралу. Уперше було клоновано представника вимираючого виду бантенг, а також мулів, коней та оленів.

2006 рік 17 травня дослідники Wellcome Trust Sanger Іnstіtute разом з американськими та англійськими колегами оголосили про закінчення останнього етапу роботи з розшифровки повного генома людини — секвенування найбільшої, першої хромосоми.

2008 рік початок робіт зі створення автоматизованих систем розшифровки геному. Компанія IBM, використовуючи свій досвід у напівпровідниковій сфері та при створенні обчислювальних систем, почала розробку «наносеквенсера ДНК», або чіпа, пристосованого для роботи з ДНК-даними. Метою даного проекту є створення процесора, здатного зчитувати з молекули ДНК генетичну інформацію, перетворювати її в двійникові коди та аналізувати. Зараз цей проект знаходиться на стадії дослідження та проектування «ДНК-транзистора».

Інформаційно закриті системи, якими були культурні та дикі види рослин, сьогодні відкриті для прямого обміну генетичною інформацією практично з усіма живими організмами, що не мало ще історичного прецеденту. Сучасні інформаційні технології значно полегшують дослідження та створюють безмежні можливості для накопичення, обробки, узагальнення та аналізу інформації з середини клітини, що є емпіричним фундаментом для нових наукових відкриттів.

У Картахенському протоколі про біобезпеку до Конвенції про біологічне різноманіття сучасну біотехнологію визначено як таку, що використовує методи та технології генної інженерії, що дозволяють ідентифікувати, виділяти і переносити окремі гени та їхні комплекси з клітин організму-донора в клітини організму-реципієнта, з метою створення генетично модифікованих організмів (ГМО) з певними бажаними ознаками, зокрема:

методів клітинної інженерії (in vitro) з культивування, регенерації, розмноження та гібридизації клітин і тканин у штучних умовах з використанням нуклеїнових кислот, включаючи рекомбіновану ДНК і пряму ін'єкцію нуклеїнових кислот в клітини або органели;

методів соматичної гібридизації, заснованих на злитті клітин організмів з різним таксономічним статусом, які дозволяють подолати природні фізіологічні репродуктивні або рекомбінаційні бар'єри.

Методи генної інженерії принципово відрізняються від відомих законів природної еволюції. Загальновідомо, що в процесі еволюції можуть відбуватися зміни на генетичному рівні, що призводять до появи нових ознак лише в межах одного виду. Однією з головних характеристик біологічного виду є репродуктивна ізоляція — можливість схрещування лише в його межах. Генна інженерія дозволяє подолати цей бар'єр, що є прямим втручанням людини в процес еволюції. Метод рекомбінації ДНК є найпоширенішим у сучасній біотехнології. Він дозволяє вбудовувати чужорідні молекули ДНК в геноми рослин, тварин і мікроорганізмів, наділяючи їх властивостями та ознаками, отримання яких неможливе за допомогою традиційних методів селекції.

Підтвердженням цього є те, що сьогодні у світі мільйони гектарів засіяні генетично модифікованими сортами сої, кукурудзи та інших сільськогосподарських культур, уже існують трансгенні «рослини-фармафабрики» із вбудованими вакцинами і вітамінами та рослини, що можуть виробляти цінні фармацевтичні матеріали, а також у лабораторіях створено понад 20 видів генетично модифікованої риби та декілька порід ГМ-тварин.

Слід зауважити, що досягнення фундаментальної науки сягнули настільки далеко, що сьогодні людина стає одним із головних об'єктів генетичних досліджень та генетичних маніпуляцій. Сьогодні експериментальна наука стоїть за крок до створення людини в лабораторних умовах.

Безперечно, сьогодні осягнути всі перспективи, які відкриває «генна революція», неможливо, але з впевненістю можна стверджувати, що подібно до винаходу парового двигуна та відкриття електричної енергії, які свого часу змінили спосіб життя багатьох людей, вона відкрила нову еру. Під її впливом формуються нові ринки товарів та послуг, змінюється їхня вартість та способи виробництва, виникають нові та можуть зникнути деякі традиційні види діяльності, міняється структура та напрямок інвестиційних потоків.

Наступним етапом, на думку вчених, буде поєднання генної революції з агропромисловою. У результаті науково-технічного прогресу та широкого використання новітніх розробок у галузі генної інженерії з’являться нові сектори економіки, які сформують «агроцевтичну систему», де промисловим способом будуть вироблятися ГМ-рослини, ГМ-тварини, продукти харчування, лікарські препарати і таке інше.

Широке використання методів сучасної біотехнології уже спричинило значні зміни в сільському господарстві. Значно прискорився процес отримання нових сортів рослин з бажаними властивостями та нових порід тварин. Міжнародні агропромислові корпорації активно використовують здобутки сучасної біотехнології для вирішення проблеми продовольства у світі.

Окрім сільського господарства, сучасні біотехнології уже широко використовуються в медицині, ветеринарії, енергетиці, хімічній промисловості та в інших сферах.

Використання методів сучасної біотехнології у медицині робить її більш персоналізованою, дозволяє забезпечити діагностику та лікування на якісно новому рівні, а виробництво ліків у майбутньому буде безпосередньо пов’язане із генетичною діагностикою хворих. Лідери світової фармацевтичної індустрії уже ефективно використовують методи сучасної біотехнології для пошуку нових ліків, що припиняють дію небезпечних генів ще до розвитку хвороби. Наступає нова ера, коли ліки будуть проектувати за допомогою генно-інформаційних технологій, а не винаходити емпірично, як це було раніше. Експерти маркетингової фірми Frost&Sullіvan вважають, що незабаром оборот індустрії генного тестування перевищить 1 млрд дол. США.

Технології промислового біосинтезу широко використовуються для виробництва органічних розчинників, амінокислот, кормових білків, ферментів, антибіотиків, вакцин та інших препаратів, які застосовуються в промисловості, виробництві кормів, сільському господарстві, медицині та ветеринарії.

Сучасні біотехнології широко використовуються для вирішення екологічних проблем, зокрема для боротьби із забрудненням навколишнього середовища, наприклад, у технологіях очищення стічних вод та обеззаражуванні промислових відходів.

При поступовому скороченні запасів природних вуглеводнів та постійному погіршенні екологічної ситуації у світі особливе місце зайняла біоенергетика, що базується на технологіях виробництва біопалива, зокрема етанолу, методом мікробіологічної ферментації різноманітної сільськогосподарської сировини. Цей напрямок біотехнології в умовах постійного зростання потреби в енергоресурсах має надзвичайно важливе значення вже сьогодні. Так наприклад, прийнятий Конгресом США у 2007 році Закон про енергетичну незалежність та безпеку, передбачає використання у США до 2022 року 36 млрд галонів етанолу на рік. За прогнозами Міністерства енергетики США до 2030 року Сполучені Штати будуть виробляти до 90 млрд галонів етанолу на рік, що дозволить зменшити споживання автомобільного пального з нафти з 180 до 120 млрд галонів за рік. У 2006 році застосування етанолу в США дозволило скоротити на 8 млн тон викиди парникових газів (у СО2 еквіваленті), що приблизно дорівнює річним викидам 1,21 млн автомобілів. Новою ідеєю біотехнологів є вирощування ГМ-лісів як сировини для біопалива. Експеримент із вирощування ГМ-тополь як джерела біопалива проходить у провінції Квебек (Канада), що викликало масові протести екологів та світової громадськості.

Щоб зрозуміти значення біотехнології для майбутнього людства, потрібен час. Але вже зараз зрозуміло, що в майбутньому її роль зростатиме, а сфера застосування здобутків «генної революції» буде лавиноподібно розширюватися, і цей процес, як і хід наукової думки, зупинити вже неможливо. На жаль, сьогодні здатність людства перетворити отримані знання про гени на розуміння генів мізерна. Тому дослідження генів необхідно продовжувати, щоб, окрім перспектив та переваг, які відкриває для людства генна революція, чітко усвідомлювати можливі її ризики та загрози для людини та екосистеми Землі.

2. Історія виникнення генетично-модифікованих організмів Під час «холодної війни» США і СРСР покладали великі надії на біологічну зброю нового зразку. Вона мала бути набагато ефективнішою, ніж термоядерна — не знищувала би території та індустрію, а впливала б тільки на населення. До цієї зброї відносились і ГМО — організми, що містили б гени штучно створені, або запозичені в інших організмів. Це відкривало грандіозні перспективи, а саме створення вірусів і рослин, котрі би знижували імунітет людей, несли нові хвороби, від яких не було би ні природного захисту, ні ліків.

Після закінчення «холодної війни» постала проблема з фінасуванням даних програм. Тому групи вчених з обох сторін звернулися до урядів щодо використання цих технологій у мирних цілях. У СРСР ці програми не отримали фінансової допомоги, а у США цю ідею підхопили корпорації, що спеціалізувались на агротехнологіях. Незабаром на світовому ринку з’явилися ГМ сільськогосподарські культури, що були синтезовані шляхом біотехнологічних операцій.

Потім з’явилася інформація про те, що змінені рослини викликають мутацію живих організмів, та харчуються ними. Такі сенсаційні висновки зробив відомий німецький зоолог Ханс-Хайнрих Каац. Проведені ним дослідження, та звіти, які оприлюднені сьогодні в Лондоні, свідчать про наявність величезної потенційної загрози генної інженерії для всього живого на планеті. Вчений встановив, що змінений ген оліїстого турнепсу проникає в бактерії, які живуть у шлунку бджоли, і призводить до їхньої мутації. Тим самим знайдено перший науковий доказ впливу генетично змінених рослин на живі організми. Експерт не виключає, що бактерії в організмі людини також можуть змінюватися під впливом продуктів, що містять модифіковані гени.

Що значить «генетично модифікований «, або «трансгенний»? Генетично модифіковані організми (ГМО) можна визначити як організми, у яких генетичний матеріал (ДНК) змінений таким чином, яким це не відбувається в природних умовах. Цю технологію часто називають «сучасною біотехнологією» або «генною технологією». Вона дозволяє переносити відібрані індивідуальні гени з одного організму в інший, а також між не пов’язаними між собою різновидами. Такі методи використовуються для створення генетично модифікованих рослин, які потім використовуються для вирощування генетично модифікованих харчових культур. Виробляти цю процедуру в широкому масштабі можливо тільки в лабораторіях великих корпорацій.

У результаті такі трансгенні організми здобувають нові «корисні «властивості - наприклад, стають токсичними для комах, однак найчастіше метою генетичної модифікації є одержання суперстійкості сільськогосподарських рослин до величезних кількостей пестицидів виробництва тих самих корпорацій. Які ще властивості, на додачу до «корисних», здобувають ці «дітки франкенштейнів», корпорації воліють не розповідати. Численні дослідження цієї проблеми свідчать, що генетично модифікована їжа може становити серйозну небезпеку для здоров’я людини й для навколишнього середовища. У квітні 1998 року вчений Арпад Пуштаі з науково-дослідного інституту Роуэтт у місті Абирден (Великобританія), необачно заявив по телебаченню, що експерименти виявили незворотні зміни в організмі пацюків, які харчувалися генетично модифікованою картоплею. Він стверджував, що ніколи не буде їсти подібну їжу й, що дуже несправедливо використовувати громадян як піддослідних кроликів. На Пуштаі почалися гоніння. Він був звільнений з роботи.

Однак через якийсь час Британська Медична Асоціація призвала до міжнародної заборони на використання методів генної інженерії в харчовій промисловості й сільському господарстві. Вчені вважають, що ефект впливу компонентів, які, містяться в генетично модифікованих продуктах, неможливо пророчити й перевірити. Російські медики також наполягають на ретельних дослідженнях і забороні використання таких компонентів хоча б у виробництві дитячого харчування. Небезпека для навколишнього середовища, що містить у собі генетично модифіковані організми, обговорюється біологами багатьох країн.

3. Суть генетично змінених організмів

3.1 Що таке модифікація?

Модифікація — це зміна, покращення. Якщо на упаковці вашого улюбленого продукту є позначка «модифікований крохмаль», то це зовсім не значить, що він містить ГМ-огранізми. Крохмалі, що входять до продуктів харчування, модифікуються за допомогою хімічних методів.

Генетична модифікація — це зміни у генетичному коді рослини — геномі. Ще у минулому столітті видатні селекціонери за допомогою схрещування намагалися поліпшити властивості рослин, їхню стійкість до хвороб та шкідників. Легендою стала столітня пшениця, яку можна було б косити кілька разів на рік і сіяти лише раз на сторіччя.

Гени несуть інформацію про всі риси, що їх успадковує будь-який організм — жива істота. Вони складаються з ДНК. Генетична модифікація є результатом зміни ДНК або введення генетичного матеріалу з одного організму до іншого, який може бути різновидом або того самого, або іншого виду. Наприклад, гени можуть бути перенесені з однієї рослини до іншої, з рослини до тварини чи з тварини до рослини. Перенесення генів між рослинами та тваринами є предметом окремої дискусії.

Генетикам насьогодні вдалося висести сорти пшениці, що не приваблює колорадського жука, чи винограду, який не боїться заморзків. Така модифікація — це зміна одного чи кількох генів у геномі, тобто — виведення нових рослин з новими функціями.

Генетична модифікація дозволяє отримувати рослини, тварин та мікроорганізми, зокрема бактерії, зі специфічними властивостями, що дуже важко досягти традиційними методами. Крім того, вона дає змогу переносити гени з одного виду до іншого, для отримання певних ознак, чого взагалі неможливо добитися шляхом традиційної селекції.

Століттями люди розводили тварин та нові види рослин, прагнучи розвивати певні ознаки або ж уникати їх. Серед найяскравіших прикладів — скакові коні, що їх розводили, добиваючись щоразу більшої швидкості та сили, — а також троянди, селекція яких покликана розширити розмаїття їхньої кольорової гами, а також зробити стійкішими до хвороб. Протягом багатьох поколінь, іноді тисяч років, найголовніші у світі сільськогосподарські культури селекціонували, схрещували, намагаючись домогтися від них якнайкращого пристосування до умов вирощування і водночас вдосконалюючи їхні смакові якості.

Так, свійську худобу розводять, виходячи з того, чи це м’ясні чи молочні стада. На сьогодні, більшість особин молочної худоби суттєво відрізняється від тих тварин, яких людина приручила вперше. Роками в селекції молочної свійської худоби основний акцент ставився на збільшенні надоїв молока та поліпшенні його якості.

Однак, якщо традиційні методи включають змішування тисяч генів, то генетична модифікація дозволяє додавати один, окремий ген або невелику кількість генів до генетичної структури рослини чи тварини, і це тягне за собою ті чи інші зміни. За допомогою генетичної модифікації, гени можна «ввімкнути» чи «вимкнути», міняючи у такий спосіб процес розвитку рослини чи тварини.

Наприклад, гербіциди використовуються для знищення бур’яну на полях, де вирощують сільськогосподарські культури, однак вони можуть зашкодити росту культур, які мають захищати. Використовуючи генетичну модифікацію, ген із окремою властивістю, такою як стійкість до конкретного гербіциду, можна ввести до культурної рослини.

В такому разі гербіцид, яким обприскують поля з метою знищення бур’яну, не перешкоджатиме росту культурних рослин.

В свою чергу, генетичну модифікацію можна використовувати для зменшення кількості внесення пестицидів — відповідні зміни ДНК рослини збільшать її опір шкідникам, певним сільськогосподарським культурам.

З іншого боку, генетична модифікація використовується для того, аби зміцнити імунітет рослини до вірусів або поліпшити її поживну цінність. Це стосується передусім, тварин, яких вирощують задля м’яса, генетична модифікація може потенційно підвищити такі показники, як швидкість росту та кінцевий розмір тварини.

3.2 Визначення ГМО Термін «генетично модифікований організм» законодавчо визначений Директивою ЄС 2001/18/ЄС від 16 грудня 2002 року про навмисний випуск у навколишнє середовище генетично модифікованих організмів. Відповідно до ч. 2 ст. 2 цієї Директиви генетично модифікованим організмом є будь-який організм, окрім людини, у якому генетичний матеріал було змінено у спосіб, неможливий у природних умовах у процесі парування і/або природної рекомбінації. Директива чітко визначає, що люди не розглядаються як організми, та перераховує технології, використання яких дає змогу отримати генетично модифіковані організми.

У Картахенському протоколі про біобезпеку до Конвенції про біологічне різноманіття використовується термін «живий модифікований організм» (ЖМО). Статтею 3 протоколу ЖМО визначено як будь-який живий організм, що містить нову комбінацію генетичного матеріалу, отриману внаслідок використання сучасної біотехнології, а «живий організм» — як будь-яке біологічне утворення, спроможне до передачі або реплікації генетичного матеріалу, включаючи стерильні організми, віруси і віроїди.

Необхідно звернути увагу на те, що в офіційному перекладі Картахенського протоколу про біобезпеку з англійської мови на українську поняття «living modified organism» перекладено як «живий змінений організм», хоча поняття «genetically modified organism (GMO)» у Директиві ЄС 2001/18/ЄС від 16 грудня 2002 року перекладено як «генетично модифікований організм».

У законі України «Про державну систему біобезпеки при створенні, випробуванні, транспортуванні та використанні генетично модифікованих організмів» ці обидва поняття об'єднані і визначені як: «генетично модифікований організм, живий змінений організм (ГМО) — будь-який організм, у якому генетичний матеріал був змінений за допомогою штучних прийомів переносу генів, які не відбуваються в природних умовах, а саме:

рекомбінантними методами, які передбачають формування нових комбінацій генетичного матеріалу шляхом внесення молекул нуклеїнової кислоти (вироблених у будь-який спосіб ззовні організму) у будь-який вірус, бактеріальний плазмід або іншу векторну систему та їх включення до організму-господаря, у якому вони зазвичай не трапляються, однак здатні на тривале розмноження;

методами, які передбачають безпосереднє введення в організм спадкового матеріалу, підготовленого ззовні організму, включаючи мікроін'єкції, макроін'єкції та мікроінкапсуляції;

злиття клітин (у тому числі злиття протоплазми) або методами гібридизації, коли живі клітини з новими комбінаціями генетичного матеріалу формуються шляхом злиття двох або більше клітин у спосіб, який не реалізується за природних обставин".

Сьогодні, на жаль, немає універсального визначення поняття ГМО. У науковій літературі та законодавчих актах найчастіше вживають термін «генетично модифікований організм», під яким розуміють будь-який організм, окрім організму людини, який володіє новою комбінацією генетичного матеріалу, що відрізняється від природної та отриманий із застосуванням методів сучасної біотехнології.

Метою генетичного модифікування є досягнення бажаних ознак організму-реципієнта з використанням меншої кількості селекційних поколінь і, відповідно, з набагато меншими тимчасовими витратами, ніж традиційна селекція. Крім того, воно дозволяє проводити точніші маніпуляції над геномом шляхом вибіркового виділення і перенесення гену, що виключно цікавить дослідників. Проте при застосуванні методів, що існують на сьогоднішній день, вбудовування послідовності ДНК у геном господаря часто відбувається випадковим чином, що може мати небажаний вплив на розвиток і фізіологію організму. У той же час, подібні ефекти можуть виявлятися і при використанні традиційних методів селекції. Селекційний процес, що використовується сучасною біотехнологією, спрямований на уникнення подібних небажаних явищ і формування стійких корисних ознак.

3.3 Три покоління генетично модифікованих рослин Перше покоління Найбільш поширеними генетично модифікованими організмами є сільськогосподарські культури із стійкістю до гербіцидів, комах і вірусів. Вони належать до першого покоління генетично модифікованих культур і вирощуються на комерційній основі з 1996 року. Перше покоління ГМ рослин було створене для того, щоб підвищити якість та ефективність сільськогосподарського виробництва.

З цією метою природні сорти рослин за допомогою біотехнологій були генетично модифіковані та наділені певними необхідними властивостями, зокрема:

стійкість до гербіцидів — ГМ культури містять гени, що скорочують активні інгредієнти в гербіцидах та роблять їх нешкідливими. Ця риса характерна для всіх основних ГМ культур. У 2008 році стійкі до гербіцидів культури (соя, кукурудза, канола (різновид ріпаку), бавовна та люцерна) займали 63% світової біотехнологічної площі.

стійкість до гербіцидів та протидія скупченню комах — властивості, що закладаються в культуру одночасно протягом одного перетворення шляхом «накладання рис» (trait stacking). У 2008 році такі культури складали 22% світової площі біотехнологічних культур.

стійкість до комах — ГМ рослини містять чужорідний ген, отриманий з бактерії Bacillus thuringiensis (Bt), наприклад Bt кукурудза чи бавовна. Bt токсини вбивають шкідників, включаючи гусеничних, міль та інших комах, однак ці токсини вважаються шкідливими для людей. Стійкі до комах культури у 2008 році складали 15% світової площі біотехнологічних культур.

стійкість до вірусів. ГМ рослини містять ген, який декодує вірусний «захисний протеїн» (наприклад, папайя та гарбузові). Таким чином, рослина може виробити його до того, як вірус інфікує рослину.

Крім властивостей, описаних вище, сьогодні в біотехнологічних лабораторіях розробляються ГМ культури стійкі до стресів навколишнього середовища, а саме:

культури стійкі до солей — технологія розробляється для бавовни, рису, каноли та томатів. Рослини, для яких необхідні азотні добрива, потребуватимуть їх значно менше, ніж звичайні різновиди (проведені польові дослідження).

культури стійкі до засухи. Перший комерційний різновид кукурудзи такого виду може з’явитися на ринку вже після 2012 року. Австралійські дослідники розробляють стійку до засухи пшеницю і мають значні успіхи в польових випробуваннях. Очікується, що цей різновид ГМ пшениці буде доступний через 5−10 років. У 2004 році американська компанія Monsanto відмовилась від своїх планів виведення ГМ пшениці на ринок через сильну протидію з боку організацій споживачів, а також фермерів США, які боялися втратити ринок ЄС. Однак сьогодні через продовольчу кризу знову виступають за дозвіл на вирощування ГМ пшениці для подолання голоду в країнах, що розвиваються.

Друге покоління Сьогодні у біотехнологічних лабораторіях ведуться активні роботи щодо розвитку другого покоління ГМ рослин, які безпосередньо споживаються людьми у вигляді продуктів харчування. До другого покоління ГМ рослин належать рослини із вбудованими вакцинами і вітамінами, які повинні, насамперед, сприяти покращенню здоров’я людини. До рослин такого типу відносять як фрукти та овочі, так і зернові, які виробляють більше мінералів і вітамінів та/або наділені певними властивостями, зокрема:

антиалергійні властивості — пшениця для людей з алергією на клейковину — дослідницька програма для неї знаходиться на ранніх стадіях;

збагачені провітамінами рослини — «золотий рис», збагачений провітаміном, А уже тестується багато років, але досі не вирощується через скептичне ставлення до можливих ризиків для здоров’я;

фрукти та овочі із затримкою дозрівання та збільшеним терміном зберігання;

фрукти та овочі, що виробляють більшу кількість певних речовин — наприклад, амілопектинова картопля, розроблена з метою отримання більшої кількості крохмалю.

Сільськогосподарські культури стали першими генетично модифікованими рослинами, які були дозволені для масового комерційного поширення та використанння. Але експерименти біотехнологів далеко не обмежуються цим. Сьогодні вже створено ГМ дерева, понад 20 видів генетично модифікованої риби, а також декілька порід ГМ свійських тварин, але вони в основному є надбанням біотехнологічних лабораторій.

Третє покоління Третє покоління ГМ рослин сьогодні дуже активно досліджується. Воно охоплює генетично модифіковані рослини, які можуть виробляти цінні фармацевтичні матеріали, зокрема: вакцини, гормони зростання, чинники згортання крові, індустріальні ензими, людські антитіла, контрацептивні білки, що пригнічують імунітет, цитокіни і таке інше. Ця технологія вирощування лікарських препаратів у тілі рослин називається біофармінгом. Вона дозволить отримувати природні біорегулятори та біологічно активні речовини, в т. ч. рідкісні та дорогі, промислове виробництво яких для медич-них цілей досить складне.

Цей напрямок розвитку біотехнологій вважається дуже перспективним, оскільки є значний постійний попит, висока ємність ринку, які обумовлені нагальною необхідністю та зростаючим об'ємом споживанням даної продукції. За прогнозами вчених до 2012 року обсяг ринку лікарських препаратів, вироблених трансгенними «рослинами-фармафабриками», може сягнути 12 млрд дол. США.

Сьогодні в США ведеться понад 300 досліджень із вирощування кукурудзи, картоплі, помідорів, рису, тютюну та інших рослин, у які додані людські гени, що здатні боротися з цілою низкою захворювань, починаючи від респіраторних захворювань, герпесу і гепатиту, закінчуючи хворобою Альцгеймера, холерою, раком та СНІДом. Досліди на відкритих полях уже проводяться в США в 14 штатах.

На сьогодні успішно продається вирощений в кукурудзі ензим, який стимулює вироблення інсуліну в крові діабетиків. Для багатьох країн, на думку наукових компаній, що займаються дослідженнями в цій сфері, це може стати справжнім порятунком від епідемій.

Наприклад, близько 900 тис. жителів країн «третього світу» щорічно помирають від гепатиту Б. Цим смертям можна запобігти своєчасною імунізацією, але вартість вакцини є надто високою для багатьох країн Африки та Азії. Фахівці з біотехнології стверджують, що вирощування такої вакцини на полях знизить її вартість з 50 центів до одного цента за дозу.

4. Негативні аспекти ГМО Сьогодні, перебуваючи в певній ейфорії від здобутків «генної революції», людство, на жаль, не усвідомлює всі можливі її загрози та виклики. Повною мірою їх оцінити сьогодні, мабуть, і неможливо, оскільки в процесі вбудовування певного гена, модифікований організм набуває або може набути цілої низки властивостей, появу та особливості яких передбачити неможливо через недостатню вивченість механізмів функціонування геному рослин. Унаслідок цього при виробництві ГМО, їх комерційному використанні, поширенні та споживанні виникає цілий ряд небажаних явищ та ризиків, які необхідно досліджувати, щоб попередити можливі негативні впливи та прояви ГМО в майбутньому.

Вторгнення в ДНК для науковців є інструментом, що дозволяє змінювати життя, робити його гнучким до вимог технічного середовища. Генетична інженерія дозволяє поводитися із життям як із технікою.

Генну інженерію можна назвати завершальним етапом адаптації до світу машин. Водночас однієї думки про генну інженерію та генетично модифіковані продукти в науковому світі немає. Деякі вчені вважають, що потрібно вводити мораторії на комерційне застосування ГМО, щоб здобути більше знань про всі можливі ризики.

Також існує «інформаційна прірва» між країнами Заходу та Сходу. Цим користуються для експорту на Схід цієї небезпечної технології та небажаної продукції.

Проблема поглиблюється і тим, що люди мало проінформовані на рахунок ГМ-продуктів. А саме поняття «ГМ-продукти» знайоме не кожному.

Генно модифіковані продукти — це продукти, які отримані за рахунок змін генетичного апарату живих організмів. Всі продукти, які використовуються в сільському господарстві, отримані за рахунок технологій, які змінюють генетичний апарат. Це є традиційна селекція, а зараз це є методи генетичної інженерії, які цю селекцію значно пришвидшують. Традиційно селекція дає, наприклад, сорт рослин за 10 — 15 років, а генна інженерія за рік за два.

Чимало людей сьогодні з острахом дивляться на генетично модифіковане майбутнє, на глобалізаційні процеси. Здається, що наш екологічний годинник вже натякає на фініш.

До списку відомих в СНД фірм, продукція яких може містити генетично модифіковані продукти можна віднести продукцію Сoca Cola, Danone, Heinz, Hipp, MacDonalds, Nestle, Stimorol, Wrigleys.

В світі це такі корпорації, чи генетичні гіганти, як ASTRA ZENECA (масштабна компанія посівних культур), DuPont (фармацептична та агрохімічна компанія), MONSANTO, на долю якої припадає 88% всіх ГМ-культур, вирощених в США в 1998 році. Між іншим в 2000 році остання компанія змінила назву на Фармація.

Основні ризики використання ГМО на сьогодні

Харчові ризики ГМО

1. Токсична та алергенна дія трансгенних білків ГМО.

При потраплянні трансгенних білків в організм людини можливе виникнення різноманітних алергічних реакцій, метаболічних розладів тощо. Це викликано тим, що внаслідок процесу трансформації генетично модифіковані організми здатні синтезувати токсичні для людини метаболіти, появу яких контролювати практично неможливо. Неможливо також заздалегідь передбачити не тільки їхню хімічну природу, але і сам факт їх акумуляції. Загалом, близько 25% усіх білків, що активно використовуються для отримання ГМ рослин, мають алергічні властивості. Трансгенні білки, що забезпечують стійкість рослин до різних видів комах-шкідників, грибкових і бактеріальних захворювань, можуть мати алергенну та токсичну дії, в залежності від їх концентрації в продукті.

Порівняльний аналіз частоти захворювань, пов’язаних з якістю продуктів харчування, який був проведений в США і Скандинавських країнах, показав, що населення цих країн має достатньо високий рівень життя, приблизно однаковий споживчий кошик та рівень медичних послуг. Але виявилося, що за декілька останніх років частота харчових захворювань у США в 3−5 разів була вищою, ніж у країнах Скандинавії. Єдиною істотною відмінністю в харчуванні є активне споживання ГМ продуктів населенням США та їх практична відсутність у раціоні населення скандинавських країн.

Для оцінки харчових ризиків необхідно визначити допустиму норму концентрації трансгенних білків у ГМ рослинах. Але зважаючи на той факт, що алергічний потенціал білка в чужорідному оточенні визначається безліччю чинників, використання навіть усіх наявних сьогодні методів тестування алергенності, очевидно, не дозволить дати повної гарантії того, що ГМ продукт не виявиться новим алергеном. Термін вияву дії токсичного білка може займати близько 30 років. Його перетворення з корисного на хвороботворний може бути спричинене навіть найменшими змінами амінокислотного складу.

2. Накопичення гербіцидів у стійких до них сортах ГМ рослин.

Стійкість ГМ рослин до дії гербіцидів дає значний економічний ефект, оскільки ручна або машинна обробка рослин замінюється швидкою і порівняно дешевою обробкою хімічними препаратами. ГМ рослини не ушкоджуються високими дозами хімічних отрут, тоді як решта рослин гине. Але необхідно зазначити, що ГМ рослини стійкі до дії гербіцидів, але не до накопичення гербіцидів та їх метаболітів. Практично всі гербіциди є токсичними для людини. Після проникнення в рослини гербіциди, наприклад, гліфосат, практично не розкладаються, а тільки розчиняються в тканинах рослин та певний час зберігаються в них. 70% всіх ГМ рослин — це рослини, стійкі до гербіциду гліфосату, який випускається компанією «Monsanto» (США) та позиціонується як «низькотоксичний і дружній до навколишнього середовища». Проте науковцями було доведено, що гліфосат є канцерогеном та викликає лімфому. При обробці гліфосатом стійких до нього сортів цукрового буряка, буряк накопичує його токсичні метаболіти.

Тому для оцінки безпеки ГМ культур для здоров’я людини необхідно визначити їх здатність до накопичення отруйних інсектицидів та інших шкідливих речовин або алергенів під дією плейотропного впливу трансгенних конструкцій.

3. Негативна дія на здоров’я людини генів стійкості до антибіотиків.

При виробництві ГМО, окрім цільових генів, як маркери використовуються гени стійкості до антибіотиків, які можуть перейти в мікрофлору шлунку людини. Унаслідок цього багато медичних препаратів стають неефективними, а також можуть з’явитися нові стійкі до антибіотиків штами хвороботворних бактерій. Тому при оцінці безпечності ГМ культур та продуктів з вмістом ГМО обов’язково необхідно проводити дослідження на вміст у них генів стійкості до антибіотиків. Ъ Агентство ООН із харчових стандартів не рекомендує використовувати в комерційних цілях ті сорти ГМ рослин, у яких з технологічних причин присутні гени стійкості до антибіотиків або вірусні промотори.

4. Віддалений канцерогенний та мутагенний ефекти.

За даними досліджень британських учених у рамках державного проекту «Оцінка ризику, пов’язаного з використанням ГМО в продуктах харчування для людини», оприлюднених у 2002 році, генно-інженерні конструкції можуть затримуватися в організмі людини і в результаті неконтрольованого горизонтального перенесення генів вбудовуватися в генетичний апарат мікроорганізмів шлунку людини46. Раніше подібна можливість заперечувалася. Ситуація значно ускладнюється тим, що використання принципів, розроблених для оцінки безпеки хімічних речовин і фармацевтичних препаратів, недостатньо для дослідження тривалої дії ГМ продуктів на людину. Традиційне тестування ГМ матеріалу обмежується лише аналізом білків, жирів, вуглеводів та деяких вторинних сполук, що робить його вкрай неефективним із погляду оцінки біобезпеки. Оцінка віддалених мутагенних і канцерогенних наслідків при постійному вживанні ГМО продуктів вимагає багаторічних спостережень із застосуванням детальних генетичних і токсикологічних обстежень тестованого організму на різних стадіях його розвитку.

5. Можливий непередбачений вплив ГМО на здоров’я людини.

Непередбачений вплив ГМО на здоров’я людини може бути обумовлений розташуванням вбудованого гена в геномі або пов’язаний із взаємодією продуктів експресії вбудованого гена та ендогенних білків та метаболітів. Це може бути викликано тим, що введення трансгена в геном організму-реципієнта не є точно контрольованим процесом і може приводити до різних результатів щодо інтеграції, експресії і стабільності трансгена в геномі.