Принципы генетической инженерии и ее использование в биотехнологии.

Генетическая инженерия распространила свои претензии на со­здание условий для управления такими процессами, как фиксация азота атмосферы, фотосинтез, цветение растений, водный режим, минеральное питание, транспорт веществ и др., которые, как пред­полагают, имеют важное значение в формировании агрономически ценных признаков растений.

Говоря о фиксации азота, отметим, что ежегодно во всех стра­нах для повышения урожайности полей в почву вносят около 6 млрд тонн удобрений. Высокоурожайные сорта пшеницы, риса и других культур, внедрение которых в практику в ряде стран вызвало в свое время так называемую «зеленую революцию», нуж­даются в огромных количествах азотных удобрений. Однако их производство очень обременено для экономики. Недостатком их является и то, что они усваиваются растениями лишь на 40-50%. Значительная часть их смывается в водоемы дождями и вешними водами, что загрязняет питьевую воду и создает условия для раз­вития в водоемах водорослей, поглощающих кислород. Между тем, атмосфера состоит на 70% из азота. Но, как известно, главный источник зерна, злаковые, не способны усваивать азот атмосфе­ры. Поэтому возникла идея переноса генов фиксации азота от клубеньковых бактерий, являющихся симбионтами бобовых и способных фиксировать азот атмосферы, к почвенным микроор­ганизмам, способным обитать в ризосфере злаковых. Результаты уже выполненных генно-инженерных опытов показывают перс­пективность этой задачи и реальность ее решения в производ­ственном масштабе.

Увеличение продуктивности растений посредством интенсифика­ции фотосинтеза — это одна из старых идей сельскохозяйственнойбиологии. Однако на пути ее реализации даже генно-инженерным путем имеется много трудностей. Одна из них заключается в том, что мы ничего не знаем о механизмах, которые ограничивают фо­тосинтез. Именно это пока препятствует использованию генетичес­ких манипуляций применительно к фотосинтезу.

Важной задачей генной инженерии являются поиски путей обес­печения растений генами, контролирующими сроки цветения. Та­кие гены должны контролировать цветение растений лишь в опре­деленное время года, что позволит уменьшить зависимость земледелия от климатических и метеорологических факторов. Этот вопрос решают введением генов от быстрозацветающих растений в клетки растений, зацветающих в более поздние сроки. Например, установлено, что введение генов, контролирующих цветение расте­ний Arabidopsis, в клетки осины сопровождалось развитием транс­генных осин, зацветающих в 7-месячном возрасте. Осины обычно зацветают лишь в 8-летнем возрасте. Известно, что некоторые рас­тения содержат гены резистентности (R-гены), которые обеспечи­вают их устойчивость к вирусам, бактериям или грибам, являю­щимся возбудителями болезней растений. Эти гены кодируют в растениях рецепторные белки. Связываясь с продуктами генов, обеспечивающими патогенность микроорганизмов, R-контролиру-емые рецепторные белки включают в действие факторы защиты растений. Однако естественной защиты недостаточно во всех слу­чаях для предупреждения болезней культивируемых растений. Поэтому не меньший интерес представляют также генно-инженер­ные разработки с целью создания растений с повышенной устойчи­востью к заболеваниям. Как известно, ресурсы пахотных земель в мире давно исчерпаны, а сейчас даже уменьшаются в связи с дея­тельностью человека. Между тем одну треть земной поверхности составляют пустыни, полупустыни и сухие саванны. Оскудение ре­сурсов и рост народонаселения заставляет искать новые сорта и виды сельскохозяйственных растений, которые можно было бы культивировать в пустыне, орошаемой морской водой (неодреснен-ной). Поэтому уже давно ведутся работы, направленные на созда­ние растений — галофитов, способных использовать морскую воду, или растений с меньшей потребностью в воде, когда их культиви­рование не связано с орошением.

На генетическую инженерию возлагают надежды в плане раз­работки способов обеспечения растений генами, которые конт­ролируют их устойчивость к заморозкам, засухе и другим небла­гоприятным факторам в сельском хозяйстве разных географичес­ких зон.

Одно из направлений генетической инженерии в области яро-изводства пищи связано с разработкой методов введения генов от животных в геном растений. Как предполагают, это позволит до-

биться качественного изменения хлеба, сходство его с продуктами животного происхождения. То, что уже удалось ввести гены ин­терферона в табачные и другие растения, делают это направление перспективным.

Как отмечено выше, генетические манипуляции с изолирован­ными клетками растений (клональное микроразмножение расте­ний) позволяют резко сократить сроки размножения многих видов растений, а также вопроизвести одно и то же растение в сотнях тысяч экземпляров, причем незараженных возбудителями болез­ней, что исключительно важно для сельскохозяйственной практи­ки. Получение сельскохозяйственных растений из одной клетки и дальнейшее клонирование их обещает выведение сортов растений, устойчивых к вирусам, бактериям и грибам, способным вызывать болезни.

Известно, что в сельскохозяйственной практике давно и с ус­пехом используют для повышения урожайности гибридизацию ра­стений и, в частности, отдаленную гибридизацию, под которой понимают скрещивание растений, принадлежащих к разным ви­дам и родам. В разработку теории отдаленной гибридизации и в получение практических результатов в этой области существен­ный вклад внесли русские ученые Н. И. Вавилов, Г. Д. Карпеченко, А. И. Державин, Н. В. Цицин я другие. Однако отдален­ная гибридизация растений связана с затратой многих лет работы, ценность генетической инженерии здесь заключается в том, что она открыла перспективы для значительного сокращения сроков получения отдаленных гибридов, а также почти неограниченного использования видового и родового разнообразия растений в ка­честве исходных форм. Получение отдаленных гибридов стало воз­можным на основе слияния протопластов отдельных растительных клеток либо на основе трансформации клеток с помощью чужерод­ной ДНК или с помощью ллазмид.

По существу, речь идет о чрезвычайно быстром преодолении генетической несовместимости растений, т. е. о перспективах гиб­ридизации растений отдельных видов или родов с помощью со­временных методов. Реализация этих перспектив уже привела к некоторым результатам, в частности, к получению новых форм в виде так называемых соккура (соя + кукуруза), сотаба (соя + та­бак) и табапета (табак + петуния). Осуществлены также экспери­менты по получению картомидора (картофель + помидор). Расте­ния, развившиеся из отдельных гибридных клеток, еще не имеют той хозяйственной ценности, которой от них ожидают. Поэтому предстоит еще многое сделать для доработки как самих методов получения отдаленных гибридов, так и сохранения хозяйствен­но-полезных признаков этих гибридов. Но то, что в ряде стран уже культивируют на значительных площадях генно-инженерныесорта кукурузы, сои и томатов, порождает надежду, что в бли­жайшие годы в сельскохозяйственное производство войдут прин­ципиально новые методы получения растений с заданными свой­ствами, включая такие растения, которые не существовали в природе раньше.

Поиски новых способов повышения продуктивности животно­водства на основе методов генетической инженерии проходят в трех направлениях, а именно: «конструирование» животных с заданны­ми свойствами путем пересадки генов, клонирование животных путем клонирования клеток после разделения эмбрионов и транс­плантаций эмбрионов.

Возможность «конструирования» животных с заданными свой­ствами путем пересадки генов показана в экспериментах, в кото­рых удалось пересадить крысиный ген гормона роста в оплодотво­ренные яйцеклетки мышей, которые затем были имплантированы в матки мышей — приемных матерей. Некоторые из появивших­ся на свет мышат продуцировали чужой гормон роста в очень боль­ших количествах и по этой причине значительно переросли своих собратьев, став мышами-гигантами. Исследования в этом направ­лении углубляются с каждым годом, принося новые результаты. С помощью яересадки генов предполагают вывести коров, вес ко­торых будет в несколько раз большим по сравнению с весом коров существующих пород, а удои будут достигать до 20 000 кг молока в год.

Большие возможности таит в себе метод клонирования живот­ных, который уже применяют в случае крупного и мелкого рогато­го скота. Обычно измельчают эмбрионы, состоящие из 60-80 кле­ток, которые имплантируют в организм приемных матерей. Следовательно, в принципе можно получать из одного эмбриона несколько десятков животных.

Трансплантации эмбрионов — это, вероятно, наиболее развитое направление в рассматриваемой области, успехи которого связаны, как уже отмечено выше, с разработкой способов индукции поли­овуляции, искусственного оплодотворения клеток и имплантации эмбрионов в организм животных. С помощью этого метода уже про­изведены сотни тысяч телят.

Новые методы обладают чрезвычайно важными преимущества­ми, обеспечивающими несомненный прогресс в этой области. Они позволяют прежде всего ускорить разведение животных с высоки­ми хозяйственными качествами. Кроме того, они позволят сохра­нить ценный генофонд, т. к. «вымытые* эмбрионы можно консер­вировать замораживанием и хранить неопределенно долгий срок. Этот способ удешевляет транспортировку животных, ибо рентабель­нее транспортировать замороженные эмбрионы в пробирке, неже­ли самих животных.

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: