Перспективи генно-інженерних модифікованих рослин та продуктів харчування
Ів ШЕПО, лабораторія клітинної біології, INRA Версаль
Генна інженерія забезпечує нові аналітичні інструменти для генетиків та фізіологів. Це дозволяє передавати гени у спадкову спадщину організмів різних видів або роду. Передача генів викликає низку питань і викликає бурхливі суперечки, тоді як перші дозволи на продаж генетично модифікованих організмів уже надані.
Здається важливим надати точну інформацію, яка сприяє обговоренню більш обґрунтованих аргументів. Швидкість трансферу до промисловості дає одне з пояснень відносної затримки регуляторних механізмів, що регулюють використання генного трансферу.
• Коротка історія
Відкриття в 1970-х роках природного переносу генів у бактеріях дозволило розвинути генетику бактерій і породило численні промислові застосування.
З початку 1980-х років ці процеси передачі генів були пристосовані до вищих організмів, зокрема у рослин, завдяки регенераційній здатності рослинних клітин.
Перший маркетинг генетично модифікованої рослини датується 1993 р. (Помідор, США).
• Від гена до білка
Ідентичність кожної живої істоти представлена всією генетичною інформацією (спадковою спадщиною), яка матеріалізується гігантська молекула ДНК або дезоксирибонуклеїнова кислота.
Сама ця макромолекула складається з двох ланцюгів молекул, нуклеотидів, основні частини яких є однією з чотирьох основ: аденін, тимін, цитозин, гуанін. Розмір цих макромолекул змінюється залежно від організму, кілька мільйонів основ для бактерій, мільярди для рослин і тварин (салат 2.109, людина 3.109).
Генетична інформація, генетичний код, базується на розташуванні цих основ. Кожен триплет вказує на використання амінокислоти. Амінокислоти - це будівельні блоки білків, переважна більшість з яких є ферментами. Ці ферменти та їх норми забезпечують функціонування живих організмів.
Ген - це послідовність основ в ДНК. Він виражається як продукт, який найчастіше відповідає білку, так що послідовні триплети основи ДНК перетворюються в білкову послідовність. Розташування амінокислот передбачає просторову структуру білка; ця структура, разом з іншими елементами амінокислотних послідовностей, відіграє головну роль у активності ферменту.
• Властивості ДНК
. Чудова стабільність:
- Вся ДНК точно копіюється, перед кожним поділом клітини, щоб зробити копії, які розподіляються в кожній дочірній клітині. Цей пристрій забезпечує максимально однорідну передачу ДНК з усіх можливих клітин організму. З іншого боку, під час поділів, які ведуть до статевих клітин, механізми рекомбінації між батьківськими геномами забезпечують передачу потомству рекомбінантної ДНК (природно!).
- Основні гени, що кодують діяльність клітинного функціонування, майже однакові (збережені) у бактерій, рослин і тварин. Можна схематично сказати, що гени тварин уже існують у геномах рослин !
. Чудова гнучкість:
- Генетичний код універсальний, послідовність кодування буде перекладена однаково незалежно від одиниці життя, в якій вона виражена. Це пояснює, чому ми можемо ефективно експресувати гени різного походження в різних організмах.
- Гени містять не тільки послідовності, що кодують функціональні білки: Поруч розташовані регуляторні послідовності для експресії генів, які модулюють та адаптують активність генів відповідно до потреб організму. Ці регуляторні послідовності іноді складаються з декількох десятків регуляторних, активаторних або репресорних елементів. Ці сигнали експресії зрозумілі клітинному механізму чи ні (залежно від умов навколишнього середовища, на тій чи іншій стадії розвитку, в тому чи іншому органі ...). Регуляторні послідовності дозволяють точно націлювати експресію гена, який вони рухають.
- Отже, можна експресувати бактеріальний ген у рослині, однак, за умови обміну регуляторними послідовностями: "синтаксис" бактерії не зрозумілий для рослинної техніки ...
- Механізми еволюції, генератори різноманітності, засновані на сукупності процесів, що збільшують кількість ДНК і змінюють організацію спадкового матеріалу. Ви повинні знати, що ми виявляємо повторювані послідовності, помилки копіювання у всіх геномах і навіть транспонсовані елементи, здатні рухатися, у всій ДНК і спричинюючи значну частину перестановок.
На повну протидію чіпкій ідеї фіксованості видів (успадкованій від філософських чи релігійних вчень прабатьків), сприйняття цієї гнучкості ДНК становить концептуальну основу і, певною мірою, біологічну правомірність передачі генів. Для всіх видів рослин експериментально можливо перенести кодуючі послідовності з іншої рослини чи організму (трансген) на них та націлити їх експресію за допомогою відповідних регуляторних послідовностей.
Хоча механізми трансгенної інтеграції ще не до кінця вивчені, вони нагадують процеси відновлення та рекомбінації ДНК. Тому немає різниці між механізмами передачі генів та механізмами рекомбінації, характерними для природних явищ змішування генів завдяки сексуальності! Фундаментальне поняття часто забувається. Передача генів, отже, не викликає жодних розладів у ДНК-реципієнта, інакше вона насправді більше не працюватиме; його розвиток буде заблокований більш-менш швидко, як нежиттєздатні комбінації, що виникають внаслідок сексуальності.
Крім того, для трансгенних культурних рослин, які є предметом маркетингових заявок, перевірки, як правило, були зроблені значно далі. Статеві нащадки трансформованої рослини піддаються тривалим експериментам на різних ділянках та в різних умовах культури. Ці випробування, які є стандартними для всіх програм створення сорту, мають на меті забезпечити, щоб новий сорт не вносив підозрілих модифікацій під час цих агрономічних перевірок; само собою зрозуміло, що харчові продукти, якості та характеристики безпеки дуже точно аналізуються перед будь-яким дозволом на продаж.
• Трансгенні рослини в сільському господарстві
Деякі трансгенні рослини перебувають під контролем експериментів з 1985 р. (Пор. Щорічні звіти про діяльність Комісії з біомолекулярної інженерії). Результати цих десяти років для Франції (як і для інших країн) чітко показують три основні категорії цілей:
- створення стійкості до загальних гербіцидів;
- створення стійкості до збудників хвороб та хижаків у культурних рослин;
- створення різноманітних характеристик, часто призначених для полегшення роботи селекціонерів.
На прикладі розглянемо стійкість кукурудзи до загального гербіциду Round up (діюча речовина: гліфосат), запропоновану компанією Monsanto USA, винахідником продукту.
Кукурудза вибірково прополюється гербіцидним продуктом: атразином (та його похідними). Цей продукт також використовувався як загальний засіб для знищення бур’янів на інших культурах (плодові дерева, виноградні лози тощо).
Стійкість кукурудзи до атразину обумовлена системою детоксикації із залученням гена глутації-S-трансферази.
Ця ситуація цікава, оскільки, хоча і природна, вона імітує ситуації, які виникають внаслідок передачі генів стійкості. Незважаючи на багаторазове використання атразину у всьому світі протягом сорока років, ген кукурудзи ніколи не передавався іншим рослинам !
Однак таке використання призвело до вибору рослин, стійких до атразину, практично у всіх ботанічних сім'ях (мутація стійкості у всіх випадках включає мішень гербіциду, білок-транспортер електрону хлоропласту). Застосування атразину сьогодні стикається з двома труднощами, з одного боку, його неефективністю через мутації стійкості, що посилюються в популяціях рослин бур'янів, що обумовлює необхідність його використання в суміші з іншими продуктами., А з іншого боку, відносний опір молекули атразину, яка, не закріплена в поверхневих шарах ґрунту, дозволяє її віднести вимиванням, щоб накопичуватись у водних шарах. Зараз ці дві проблеми призводять до заборони вживання атразину в багатьох країнах.
Рішенням Монсанто є передача генів від ґрунтових бактерій, здатних деградувати гліфосат, до кукурудзи, що забезпечить конкретне рішення проблеми прополювання кукурудзяних культур. За умови широкомасштабних агротехнічних перевірок можна стверджувати, що прополювання кукурудзи гліфосатом є справжнім прогресом не лише для фермерів, але й для громади, оскільки гліфосат, який у всьому світі використовується як загальний гербіцид, відомий дуже низьким рівнем. токсичність і перш за все за те, що дуже швидко руйнуються ґрунтовими бактеріями. Отже, цей продукт не має дефектів атразину.
Нарешті, у випадку кукурудзи, немає ризику передачі генів стійкості іншим рослинам, кукурудза лише схрещується з кукурудзою. Однак це рішення справедливо лише для рослин тропічного походження, вирощених у помірних регіонах, а не послідовно на одних і тих же ділянках.
З іншого боку, створення стійкості до загальних гербіцидів шляхом перенесення генів стійкості до рослин у помірних регіонах, і особливо їх широке використання, можна проаналізувати по-різному. Дійсно, насіння цих рослин мають механізми спокою, що дозволяють їм протистояти кілька років (10, 20 років і навіть більше для насіння буряка), коли вони закопуються в ґрунт. Але перш за все, незважаючи на селекцію, ці культивовані види недостатньо відрізнялись від своїх «диких» побратимів, і часто змогли схрещуватися між собою. Хоча ці обміни між віддаленими кузенами 0– культивовані/некультивовані - не становлять новинок або проблем для великої кількості обраних людьми персонажів, ці обміни створюють труднощі з прополюванням. Наприклад, дуже важко вилучити дикий буряк на полі культивованих буряків. За цих умов видається необхідним більш поглиблене вивчення біологічної поведінки цих рослин (частоти схрещувань, частоти родючих гібридів, частоти передачі генів диким видам) перед будь-яким дозволом на повномасштабне тестування, або навіть маркетинг.
Інші дослідження стосуються створення стійкості до вірусів. Останні іноді спричиняють значні втрати; обробка інсектицидами на комах-переносниках має неясну ефективність. За цих умов будь-який пристрій для захисту рослин від вірусів, біологічно безпечний та агрономічно підтверджений, є прогресом для громади.
Слід зазначити, що всі гени, що передаються рослинам, походять від бактерій, і що, всупереч твердженням про певні тривожні рухи, немає відомої алергії на бактеріальні продукти.
• Наукові перспективи
Незамінна роль генної інженерії в аналізі функціонування та регулювання основних функцій організмів залишається важливою ідеєю. Передача генів тепер дозволяє не тільки перевірити роль гена, тобто функцію продукту, але і, перш за все, вивчити його регуляцію завдяки доступу до послідовностей ДНК, можливо, генетично модифікованої, яка контролює активність ген. Генна інженерія, яку часто представляють як інструмент для генетики та селекції рослин, також є чудовим фізіологічним інструментом.
Так, наприклад, у INRA у Версалі кілька команд зацікавлені в аналізі регулювання асиміляції нітратів рослинами. Всі гени, що кодують білки шляху всмоктування нітратів, клоновані, тривають регуляторні дослідження.
Інші команди використовують генну інженерію для дуже точного аналізу правил симбіотичної фіксації азоту в повітрі, фотосинтезу, транспорту асимілятів, дозрівання плодів, архітектури рослин ...
Зрештою, ці аналізи дозволять орієнтуватися відповідно до рослин або видів виробництва, розвитку, адаптації до такого стану, врожаю, виробництва та особливо якості.
• Висновок
Генна інженерія забезпечує нові та потужні технічні засоби; це дозволяє створювати рослини, характеристики яких були змінені. Ця швидкість частково пояснює відносний безлад, спричинений вторгненням трансгенних рослин у повсякденне життя.
Але генна інженерія - це не біологічна революція: механізми еволюції або сексуальності базуються на абсолютно однакових процесах; воно не включає в себе ніякої неприродної чи штучної природи.
Виглядає безглуздо і застарілим обмежуватися дискусією щодо сутності генної інженерії (на жаль, це надихнули європейські директиви); було б краще поглянути прагматично на умови використання продуктів, отриманих в результаті генної інженерії. Якщо використання гербіцидів у сільському господарстві є сферою діяльності, яка вже регламентована, швидка поява стійкості до генної інженерії не породила створення нових регуляторних механізмів, здатних видавати нормативні акти. Чітких та прийнятних правил використання. У цій галузі ми спостерігаємо обговорення ідей між "плюсами" і "мінусами"