Что представляют собой генетически модифицированные организмы и какие риски их употребления.

ВИДЫ ГМО

ГМО объединяют три группы организмов:

1. генетически модифицированные микроорганизмы (ГММ);

2. генетически модифицированные животные (ГМЖ);

3. генетически модифицированные растения (ГМР) – наиболее распространенная группа.

На сегодня в мире существует несколько десятков линий ГМ-культур: сои, картофеля, кукурузы, сахарной свеклы, риса, томатов, рапса, пшеницы, дыни, цикория, папайи, кабачков, хлопка, льна и люцерны. Массово выращиваются ГМ-соя, которая в США уже вытеснила обычную сою, кукуруза, рапс и хлопок.

Посевы трансгенных растений постоянно увеличиваются. В 1996 году в мире под посевами трансгенных сортов растений было занято 1,7 млн. га, в 2002 году этот показатель достиг 52,6 млн. га (из которых 35,7 млн. га – в США), в 2005 г ГМО-посевов было уже 91,2 млн. га, в 2006 году – 102 млн. га.

В 2006 году ГМ-культуры выращивали в 22 странах мира, среди которых Аргентина, Австралия, Канада, Китай, Германия, Колумбия, Индия, Индонезия, Мексика, Южная Африка, Испания, США. Основные мировые производители продукции, содержащую ГМО – США (68%), Аргентина (11,8%), Канада (6%), Китай (3%).

ПЛЮСЫ ГЕННОМОДИФИЦИРОВАННЫХ ОРГАНИЗМОВ

Защитники генетически модифицированных организмов утверждают, что ГМО – единственное спасение человечества от голода. По прогнозам ученых население Земли до 2050 года может достигнуть 9-11 млрд. человек, естественно возникает необходимость удвоения, а то и утроение мирового производства сельскохозяйственной продукции.

Для этой цели генетически модифицированные сорта растений отлично подходят – они устойчивы к болезням и погоде, быстрее созревают и дольше хранятся, умеют самостоятельно вырабатывать инсектициды против вредителей. ГМО-растения способны расти и приносить хороший урожай там, где старые сорта просто не могли выжить из-за определенных погодных условий.

Но интересный факт: ГМО позиционируют как панацею от голода для спасения африканских и азиатских стран. Только вот почему-то страны Африки последние 5 лет не разрешают ввозить на свою территорию продукты с ГМ-компонентами. Не странно ли?

ОПАСНОСТЬ ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ОРГАНИЗМОВ

Специалисты-противники ГМО утверждают, что они несут три основных угрозы:

· Угроза организму человека – аллергические заболевания, нарушения обмена веществ, появление желудочной микрофлоры, стойкой к антибиотикам, канцерогенный и мутагенный эффекты.

· Угроза окружающей среде – появление вегетирующих сорняков, загрязнение исследовательских участков, химическое загрязнение, уменьшение генетической плазмы и др.

· Глобальные риски – активизация критических вирусов, экономическая безопасность.

ПОСЛЕДСТВИЯ УПОТРЕБЛЕНИЯ ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА

Ученые выделяют следующие основные риски потребления в пищу генетически модифицированных продуктов:

1. Угнетение иммунитета, аллергические реакции и метаболические расстройства, в результате непосредственного действия трансгенных белков.

Влияние новых белков, которые продуцируют встроенные в ГМО гены, неизвестно. Человек их раньше никогда не употреблял и поэтому не ясно, являются ли они аллергенами.

Показательным примером является попытка скрещивания генов бразильского ореха с генами соевых бобов – задавшись целью повысить питательную ценность последних, было увеличено в них содержание протеина. Однако, как выяснилось впоследствии, комбинация оказалась сильным аллергеном, и ее пришлось изъять из дальнейшего производства.

В Швеции, где трансгены запрещены, болеют аллергией 7% населения, а в США, где они продаются даже без маркировки — 70,5%.

Также по одной из версий, эпидемия менингита среди английских детей была вызвана ослаблением иммунитета в результате употребления ГМ-содержащих молочного шоколада и вафельных бисквитов.

2. Различные нарушения здоровья в результате появления в ГМО новых, незапланированных белков или токсичных для человека продуктов метаболизма.

Уже существуют убедительные доказательства нарушения стабильности генома растения при встраивании в него чужеродного гена. Все это может послужить причиной изменения химического состава ГМО и возникновения у него неожиданных, в том числе токсических свойств.

Например, для производства пищевой добавки триптофан в США в конце 80-х гг. XX века была создана ГМH-бактерия. Однако вместе с обычным триптофаном, по невыясненной до конца причине, она стала вырабатывать этилен-бис-триптофан. В результате его употребления заболело 5 тысяч человек, из них – 37 человек умерло, 1500 стали инвалидами.

Независимые эксперты утверждают, что генномодифицированные культуры растений выделяют в 1020 раз больше токсинов, чем обычные организмы.

3. Появление устойчивости патогенной микрофлоры человека к антибиотикам.

При получении ГМО до сих пор используются маркерные гены устойчивости к антибиотикам, которые могут перейти в микрофлору кишечника, что было показано в соответствующих экспериментах, а это, в свою очередь, может привести к медицинским проблемам – невозможности вылечивать многие заболевания.

В ЕС с декабря 2004 г. запрещена продажа ГМО с использованием генов устойчивости к антибиотикам. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует производителям воздержаться от использования этих генов, однако корпорации от них полностью не отказались. Риск таких ГМО, как отмечается в оксфордском Большом энциклопедическом справочнике, достаточно велик и "приходится признать, что генная инженерия не настолько безобидна, как это может показаться на первый взгляд".

4. Нарушения здоровья, связанные с накоплением в организме человека гербицидов.

Большинство известных трансгенных растений не погибают при массовом использовании сельскохозяйственных химикатов и могут их аккумулировать. Есть данные о том, что сахарная свекла, устойчивая к гербициду глифосат, накапливает его токсичные метаболиты.

5. Сокращение поступления в организм необходимых веществ.

По мнению независимых специалистов, до сих пор нельзя точно сказать, например, является ли состав обычных соевых бобов и ГМ-аналогов эквивалентным или нет. При сравнении различных опубликованных научных данных выясняется, что некоторые показатели, в частности, содержание фитоэстрогенов, в значительной степени разнятся.

6. Отдаленные канцерогенный и мутагенный эффекты.

Каждая вставка чужеродного гена в организм – это мутация, она может вызывать в геноме нежелательные последствия, и к чему это приведет – никто не знает, и знать на сегодняшний день не может.

По данным исследований британских ученых в рамках государственного проекта "Оценка риска, связанного с использованием ГМО в продуктах питания для человека" обнародованных в 2002 г., трансгены имеют свойство задерживаться в организме человека и в результате так называемого "горизонтального переноса" встраиваться в генетический аппарат микроорганизмов кишечника человека. Ранее подобная возможность отрицалась.

ПОСЛЕДСТВИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ГМО ДЛЯ ЭКОЛОГИИ ЗЕМЛИ

Помимо опасности для здоровья человека, учеными активно обсуждается вопрос, какую потенциальную угрозу несут биотехнологии для окружающей среды.

Приобретенная ГМО-растениями устойчивость к гербицидам может сослужить плохую службу, если трансгенные культуры начнут бесконтрольно распространяться. Например, люцерна, рис, подсолнечник – по своим характеристикам очень похожи на сорняки, и с их произвольным ростом будет непросто справиться.

В Канаде – в одной из основных стран-производителей ГМО-продукции, подобные случаи уже зафиксированы. По сообщению газеты The Ottawa Citizen, канадские фермы оккупировали генетически модифицированные "суперсорняки", которые возникли в результате случайного скрещивания трех видов ГМ-рапса, устойчивых к разным видам гербицидов. В результате получилось растение, которое, как утверждает газета, устойчиво практически ко всем сельскохозяйственным химикатам.

Похожая проблема возникнет и в случае перехода генов устойчивости к гербицидам от культурных растений к другим дикорастущим видам. Например, замечено, что выращивание трансгенной сои приводит к генетическим мутациям сопутствующих растений (сорняков), которые становятся невосприимчивыми к воздействию гербицидов.

Не исключена и возможность передачи генов, которые кодируют выработку белков, токсичных для насекомых-вредителей. Сорные травы, вырабатывающие собственные инсектициды, получают огромное преимущество в борьбе с насекомыми, которые часто являются естественным ограничителем их роста.

Кроме того, под угрозу попадают не только вредители, но и другие насекомые. В авторитетном журнале Nature появилась статья, авторы которой объявили, что посевы трансгенной кукурузы угрожают популяциям охраняемого вида бабочек-монархов, её пыльца оказалась токсичной для их гусениц. Подобный эффект, разумеется, не предполагался создателями кукурузы — она должна была отпугивать лишь насекомых-вредителей.

К тому же живые организмы, питающиеся трансгенными растениями, могут мутировать – согласно исследованиям, проведенным немецким зоологом Хансом Каацем (Hans Kaaz), пыльца модифицированного масленичного турнепса вызывала мутации бактерий, живущих в желудке пчел.

Существует опасение, что все эти эффекты в долгосрочной перспективе могут вызвать нарушение целых пищевых цепочек и, как следствие, баланса внутри отдельных экологических систем и даже исчезновение некоторых видов.

РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТОВ НА МЫШАХ, УПОТРЕБЛЯЮЩИХ ГМО

Практически все исследования в области безопасности ГМО финансируются заказчиками– зарубежными корпорациями "Монсанто", "Байер" и др. На основании именно таких исследований лоббисты ГМО утверждают, что ГМ-продукты безопасны для человека.

Однако, по мнению специалистов, исследования последствий употребления ГМ-продуктов, проведенные на нескольких десятках крыс, мышей или кроликов на протяжении нескольких месяцев нельзя считать достаточными. Хотя результаты даже таких испытаний не всегда однозначны.

· Первое предмаркетинговое исследование ГМ-растений на безопасность для человека, проведенное в США в 1994 г. на ГМ-томате, послужило основанием для разрешения не только его продажи в магазинах, но и для "облегченной" проверки последующих ГМ-культур. Однако "положительные" результаты этого исследования критикуются многими независимыми специалистами. Кроме многочисленных нареканий по поводу методики проведения испытаний и полученных результатов, у него есть и такой "изъян" – в течение двух недель после его проведения 7 из 40 подопытных крыс умерли, и причина их смерти неизвестна.

· Согласно внутреннему докладу "Монсанто", обнародованному со скандалом в июне 2005 г., у подопытных крыс, которых кормили ГМ-кукурузой нового сорта MON 863, возникли изменения в кровеносной и иммунной системах.

Особо активно заговорили о небезопасности трансгенных культур с конца 1998 года. Британский иммунолог Арманд Пуцтаи (Armand Putztai) в телевизионном интервью заявил о снижении иммунитета у крыс, которых кормили модифицированным картофелем. Также "благодаря" меню, состоящему из ГМ-продуктов, у подопытных крыс обнаружили уменьшение объема мозга, разрушение печени и подавление иммунитета.

Согласно данным отчета Института питания РАМН 1998 г., у крыс, получавших трансгенный картофель компании "Монсанто", как через месяц, так и через шесть месяцев эксперимента наблюдались: статистически достоверное снижение массы тела, анемия и дистрофические изменения печеночных клеток.

Но не стоит забывать, что тестирование на животных – это только первая ступень, а не альтернатива исследованию на человеке. Если производители ГМ-продуктов утверждают, что они безопасны, это должно быть подтверждено исследованиями на людях-добровольцах с помощью двойного слепого метода испытаний с контролем плацебо, подобно испытанию лекарств.

Судя по отсутствию публикаций в рецензируемой научной литературе, клинических испытаний пищевых ГМ-продуктов на людях никогда не проводилось. Большинство попыток установить безопасность ГМ-продуктов питания являются косвенными, но и они заставляют задуматься.

В 2002 г. в США и в скандинавских странах был проведен сравнительный анализ частоты заболеваний, связанных с качеством продуктов питания. Население сравниваемых стран имеет достаточно высокий уровень жизни, близкую продуктовую корзину, сопоставимые медицинские услуги. Оказалось, что за несколько лет после широкого выхода ГМО на рынок в США было зафиксировано в 3–5 раз больше пищевых заболеваний, чем, в частности, в Швеции. Единственным существенным отличием в качестве питания является активное употребление в пищу ГМ-продуктов населением США и их практическое отсутствие в рационе шведов.

В 1998 году Международное общество "Врачи и ученые за ответственное применение науки и технологии" (Physiсians and Scientists for Responsible Application of Science and Technology (PSRAST)) приняло Декларацию, в которой говорится о необходимости объявить всемирный мораторий на выпуск в окружающую среду ГМО и продуктов питания из них до тех пор, пока не будет накоплено достаточно знаний, чтобы определить, оправдана ли эксплуатация этой технологии и насколько она безвредна для здоровья и окружающей среды.

По состоянию на июль 2005 г. под документом поставили свои подписи 800 ученых из 82 стран мира. В марте 2005 г. Декларация была широко распространена в виде открытого письма с призывом к мировым правительствам остановить использование ГМО, так как они "несут угрозу и не способствуют экологически устойчивому использованию ресурсов".

Процессы криоконсервации

Криоконсерва́ция (от греч. κρύος — холод и лат. conservo — сохраняю) — низкотемпературное хранение живых биологических объектов с возможностью восстановления их биологических функций после размораживания.

В настоящее время разработаны и успешно применяются в медицине, сельском хозяйстве и научном эксперименте методы криоконсервации клеточных культур, тканей (кровь, сперма), ранних (преимплантационных) эмбрионов. Изолированные органы плохо переносят криоконсервацию, методы криоконсервации целых органов не разработаны, эффективность их низкая. Случаи успешной трансплантации криоконсервированных органов редки, как правило, в таких случаях речь может идти не о восстановлении после размораживания целого органа, а о присутствии в размороженном органе отдельных областей живой ткани. Другими словами, выживает после криоконсервации не орган как единое целое, а участки ткани, которые могут после трансплантации успешно прижиться (например, при трансплантации размороженной яичниковой ткани). Случаи успешной криоконсервации теплокровных животных (в том числе человека) до сих пор не зафиксированы. В настоящее время не существует методов, обеспечивающих выживание криоконсервированных людей, иных млекопитающих животных, а также птиц.

Температурный режим

Как правило, криоконсервацию осуществляют при температуре −196 °C, помещая капсулы с биологическими объектами в жидкий азот. Реже пользуются более высокими температурами (от −180 °C до −130 °C), которые создают электрифицированные морозильные камеры, но данный температурный режим менее надежен и подходит не для всех объектов. Использование температур выше −130 °C малоэффективно и используется редко (например, хранение на сухом льду при −79 °C). Сохранение живых объектов при температурах около нуля градусов традиционно не относят к криоконсервации. Использование низких температур обеспечивает остановку биохимических процессов в клетках, в том числе останавливается обмен веществ и энергией с внешней средой, благодаря этому живые объекты могут сохраняться сколь угодно долго.

Криоповреждения

Использование низких температур опасно для живых объектов. Живые клетки погибнут при замораживании, если не осуществить специальные защитные мероприятия. Основными повреждающими факторами при замораживании являются образование внутриклеточного льда и обезвоживание клетки. Образование внутриклеточного льда характерно для большой скорости охлаждения (более 10K/мин). Кристаллизация внутриклеточной воды приводит к увеличению внутреннего объема мембранных структур (ядро, аппарат Гольджи, митохондрии, эндоплазматическая сеть, лизосомы, цитоплазматическая мембрана и пр.) Эти структуры разрушаются. Обезвоживание клетки характерно для небольшой скорости охлаждения (менее 10K/мин). Потеря клеткой воды происходит вследствие вымораживания воды во внешней среде и повышения концентрации растворенных веществ во внешней среде. При охлаждении клетка может потерять до 80-90 % воды, при этом разрушаются гидратированные комплексы с макромолекулами, что приводит к так называемой «криоденатурации» — потере биологическими полимерами (прежде всего белками и белковыми комплексами) третичной и четвертичной структуры, что приводит к необратимой утрате функций этих полимеров.

В криобиологии повреждения, получаемые клеткой при замораживании, называют «криоповреждения».

Криопротекторы

Лишь некоторые клеточные культуры, а также бактерии могут быть эффективно криоконсервированы без предварительной подготовки.

Для эффективной криоконсервации клетки замораживаемых объектов должны быть насыщены криопротекторами — веществами, уменьшающими криоповреждения. После размораживания необходимо удалить криопротекторы из клеток.

Криоконсервация

Криоконсервация — метод замораживания и длительного хранения биологических объектов в жидком азоте (196 °). Широко используется для замораживания спермы, эмбрионов и др.

Принципы криоконсервации

Существуют различные протоколы и способы заморозки и хранения для различных объектов.

В 1940-х годах было показано, что добавление глицерина при замораживании клеток защищает их от разрушения и повышает выживаемость после размораживания. Таким образом, начался поиск веществ, которые обладают свойствами криопротекторов (диметилсульфоксид, 1,2 — пропандиол). Опыт криоконсервации различных типов клеток показал, что чем больше размер клетки (объекта замораживания), тем больше сложностей при замораживании.

Сегодня существуют разработанные правила и протоколы криоконсервации с использованием программируемого замораживания, а также коммерческие среды для заморозки и разморозки, состав которых подобран для определенного объекта.

Несмотря на то, что все образцы хранятся в закрытом виде в отдельных контейнерах, перед замораживанием своих клеток необходимо пройти обследование для определения вирусных инфекций.

​Криоконсервация — научное направление, которое набирает сегодня всё большую популярность. Она позволяет, «зарезервировать» на будущее клетки, культуры, ткани, сохранять редкие линии лабораторных мышей и исчезающие виды животных. А также ответить на вопросы: какие механизмы отвечают за «хладовой анабиоз», как замораживать и размораживать биологические объекты правильно, чтобы они при этом не погибли, и возможно ли осуществлять такие эксперименты с более сложными организмами?

Использование низких температур обеспечивает остановку биохимических процессов в клетках, благодаря чему живые объекты могут сохраняться очень долго. На сегодняшний день биологи уже научились эффективно замораживать клетки, определённые культуры, биологические жидкости (например, кровь, сперму), ранние эмбрионы некоторых организмов. Однако делать это с более крупными и сложными биологическими объектами, например с изолированными органами (что актуально для трансплантации) или с целыми пусть даже очень маленькими многоклеточными организмами пока получается существенно хуже. Одна из основных причин — недостаточное понимание процессов, происходящих в клетках при сильном охлаждении, криоконсервации и выходе из этого состояния. К тому же режимы замораживания и размораживания для того или иного биологического объекта до сих пор зачастую выбираются долгим путём перебора.

Учёные из Института автоматики и электрометрии СО РАН предложили использовать для этих задач метод комбинационного рассеивания света (КРС).

«Например, мы измерили КРС воды и увидели, что на некоторых частотах происходят колебания молекул. Если вода превращается в лёд, спектр меняется. Это аналог отпечатков пальцев. Каждый спектр соответствует определённому соединению и даже определённому его состоянию», — комментирует заведующий лабораторией спектроскопии конденсированных сред доктор физико-математических наук Николай Владимирович Суровцев.

Тогда как другие методы принятые в биологии (окрашивание, люминесценция) используются для работы при комнатных температурах, комбинационное рассеяние света позволяет детально рассмотреть, что происходит с клеткой по ходу замораживания.

С помощью спектроскопии КРС можно исследовать фазовые переходы, отслеживать перераспределение вещества в замораживаемых биологических объектах и даже биологические процессы. Например, зарядовое состояние цитохромов — белков, участвующих в процессе клеточного дыхания (хотя при облучении клеток это состояние меняется из восстановленного в окисленное). «Здесь исследуются два вклада: воздействие нашего излучения и, собственно, естественные окислительно-восстановительные реакции в которых участвуют цитохромы и которые в клетке есть всегда, независимо от того, облучают её или нет, — рассказывает Константин. — Мы нашли способ разделить эти вклады, рассмотрели оксислительно-восстановительные реакции цитохромов при разных температурах и получили картину того, как они замедляются при переходе в анабиоз».

Криоконсервация

Криоконсервация - процесс хранения органов, тканей или отдельных клеток при пониженной температуре. Наилучшие условия для криоконсервации создаются при температуре жидкого азота, минус 196 градусов Цельсия. Криоконсервация позволяет создать клеточный "банк запасных частей", необходимых для восстановления жизненных функций организма, нарушенных в результате заболевания или в процессе его лечения. Криоконсервации могут быть подвергнуты и стволовые клетки пуповинной крови, полученные при рождении человека. В этих условиях стволовые клетки могут храниться десятилетиями. В последующие годы они могут быть извлечены из криогенного хранилища, разморожены и использованы для новых способов лечения заболеваний.

Основную опасность при криоконсервации представляет внутриклеточная жидкость, поскольку при замораживании вода превращается в кристаллы льда, которые способны повредить структуры клеток и тканей. Таким образом, основной задачей при криоконсервации является снижение риска формирования внутриклеточного льда.

Этого можно добиться двумя способами

Первый способ – медленная дегидратация клетки (удаление из нее жидкости) с заменой ее на криопротектор, второй способ – образование стекловидной структуры, минуя процесс кристализации. В лабораторной практике эти методы соответственно называются медленное и быстрое (или витрификация) замораживание.

Каждый из них обладает своими достоинствами и недостатками. Также опделенный вид клеток и тканей в зависимости от их биологических характеристик предпочтительней замораживать определенным способом.