Ген глюкуронидазы (GUS), изолированный из Escherichia coli, — один из наиболее широко используемых репортерных генов у трансгенных растений. Этот ген чаще всего используется для изучения экспрессии генов при его подстановке под промоторы соответствующих генов. Выпуск на рынок трансгенных сортов сельскохозяйственных растений, имеющих GUS ген в качестве репортерного, требует оценки биобезопасности этого гена.
GUS-активность обнаружена у многих видов бактерий и поэтому представлена в организмах беспозвоночных и позвоночных. В организмах позвоночных GUS-активность обязана попаданию энтеробактерии Escherichia coli, обитающей в кишечном тракте, в почве и фунтовых водах, поэтому дополнительная активность GUS, добавленная в экосистему за счет трансгенных растений, не изменит существующую ситуацию вовсе или изменит незначительно.
Нет оснований полагать, что трансгенные культуры, экспрессирующие GUS ген, будут иметь какие-либо преимущества перед другими культурами и будут сорняками или такими преимуществами станут обладать сорняки, получившие этот ген за счет скрещивания с родственными видами сельскохозяйственных растений.
Так как глюкуронидаза встречается естественно в кишечном тракте человека и других позвоночных, ее наличие в пище или в кормах, полученных из трансгенных растений, не причинит им вреда. Поэтому наличие GUS гена в трансгенных растениях считается безопасным для человека, животных и окружающей среды.
Среди естественных компонентов биосферы значительное место занимают микроорганизмы. В силу высокой скорости эволюции микроорганизмы наиболее эффективно реагируют на изменение окружающей среды, так что исследование природных микробных сообществ позволяет наиболее оперативно оценить влияние изменений окружающей среды на биоразнообразие. Такие исследования приобретают в последние годы большое значение в связи с широким распространением генетически модифицированных микроорганизмов и возможным попаданием их в естественные микробные сообщества. Все эти воздействия могут создать проблемы, связанные с распространением чужеродных генетических конструкций в природных сообществах — так называемым горизонтальным переносом генов, что неминуемо приведет к существенному ускорению эволюции микробных сообществ, появлению новых форм с новыми генетическими признаками. Оценка устойчивости таких форм и содержащихся в них конструкций, а также последствий их появления в природе чрезвычайно важна для разработки стратегий последующего развития общества.
Для оценки возможного влияния генетически модифицированных растений на экосистемы почвы листья контрольных и трансгенных растений табака с геном ингибитора протеазы 1,7, обладающих инсектицидной активностью, помещали в почву. Содержание ингибитора протеазы через 5-7 дней составляло 0,05% от исходного количества и через 2 недели уже не детектировалось. Количество нематод в почве около остатков трансгенных растений было выше, чем около контрольных растений. Популяция Collembola, наоборот, была менее плотной возле остатков трансгенных растений, что указывает на наличие влияния остатков трансгенных растений на популяции нематод и Collembola.
Иногда высказываются опасения о возможном горизонтальном переносе генов от трансгенных растений в почвенные микроорганизмы. Определена частота возможной трансформации почвенной бактерии Acinetobacter calcoaceticus BD413 ДНК трансгенных растений при двух источниках ДНК растений, различных форм плазмидной ДНК с геном nptll. Трансформанты при использовании ДНК трансгенных растений не обнаружены, что предполагает частоту трансформации ниже 10-13 транс формантов на реципиент в оптимальных условиях. Однако в условиях почвы, при снижении концентрации ДНК, доступной бактериям, эта частота должна снизиться до 10-16. Учитывая ранее полученные данные об ограниченном времени сохранения хромосомной ДНК и невозможности определения детектируемой компетентности клеток A.calcoaceticus в почвенных условиях, полученные результаты приводят к выводу о неопределяемой частоте возможного поглощения растительной ДНК этим почвенным микроорганизмом в естественных условиях.
Изучена стабильность ДНК в листовом опаде трансгенных растений сахарной свеклы, устойчивых к ризомании, и возможность горизонтального переноса ДНК от растений к бактериям. Трансгенные растения несли NPTII и bar гены. Показана длительная сохранность растительной ДНК в почве.
Не обнаружен перенос специфичных конструкций трансгенной ДНК к микроорганизмам, изолированным из почвы.
Исследования показывают, что экологический риск при выращивании трансгенных растений можно сравнить с риском испытания новых селекционных сортов, полученных без применения биотехнологических методов. Все соединения, которые появляются в трансгенных растениях, уже существуют в природе. Все дело в скорости появления этих признаков у растений. То, что в природе произошло бы за тысячелетия, в экспериментах ученых происходит за годы.
Следует ли опасаться появления трансгенных растений, скажем, того же масличного рапса, устойчивого к гербицидам, потому, что он может скреститься с сурепкой и та станет устойчивой к этому гербициду? Определенный риск, конечно, существует, однако о появлении сорняков, устойчивых к гербицидам, известно уже давно и это не вызывало ранее никаких опасений. Просто подбирали другой гербицид, к которому данный сорняк был нестойким. Так же и в случае появления сорняков, устойчивых к какому-либо гербициду за счет скрещивания с трансгенными гербицидустойчивыми растениями, будут применены другие гербициды, которые и уничтожат эти сорняки, но оставят трансгенные растения, устойчивые к этому гербициду.
Одной из заманчивых возможностей ДНК-технологии является создание генетически модифицированных культурных растений, устойчивых к классу гербицидов сплошного действия. В таком случае, при применении гербицидов сплошного действия, на площади будут уничтожены все растения за исключением культуры, которая обладает генетически обусловленной устойчивостью к данному гербициду. Это было бы идеальным вариантом контроля вредоносности сорняков.
Существует ли опасность изменения трансгенных растений таким образом, что они станут токсичными для человека и животных? Даже теоретически трудно себе представить, что введение одного или несколько генов в высший эукариотический организм, геном которого состоит из десятков тысяч генов, так изменит его метаболизм, что это растение станет синтезировать какие-либо токсические соединения, не связанные с экспрессией введенного гена. Конечно, в каждом случае внесения нового гена получаемые трансгенные растения должны проходить тщательные испытания. При этом исследуют продукты метаболизма, кодируемые вносимым геном, и только после этого такие трансгенные растения изучают в полевых условиях.
И хотя обмен генов между сконструированными трансгенными растениями и родственными им культурными и дикими видами, по мнению большинства биотехнологов, не представляет угрозы для окружающей среды, предпринимаются попытки разработки системы, полностью препятствующей такому переносу генов. Одним из подходов к решению этой проблемы является создание стерильных мужских растений. Однако, несмотря на свою эффективность, в настоящее время он ограничен небольшим количеством видов сельскохозяйственных растений.
Другим подходом является внесение желаемых генов в хлоропластный геном. Для подавляющего большинства видов культурных растений хлоропласты наследуются строго по материнскому типу и, таким образом, трансгены не будут передаваться с пыльцой. Первые исследования в этом направлении были по материнской линии проведены в лаборатории П. Малиги и показали возможность внесения в хлоропластный геном маркерных генов.
Таким образом, можно суммировать имеющуюся информацию об опасностях, которые надо учитывать, в следующих пунктах.
1. Принцип создания векторов — имитация естественного процесса горизонтальной передачи наследственной информации, при которой вовлекаются эволюционно естественные пути обмена генетического материала; не исключен запуск событий, которые могут привести к изменениям межвидовых барьеров переноса генетического материала патогенов.
2. Интеграция нового материала в геном не может к настоящему времени рассматриваться как полностью прогнозируемый процесс — возможен запуск событий «инсерционного» мутагенеза.
3. У генетически модифицированных растений: а) модификации, связанные с увеличением устойчивости к гербицидам и паразитам, не учитывают традиционные проблемы коэволюции хозяина и паразита, возможность передачи генетического материала устойчивости сорнякам; б) модификации с целью получения фармакологических препаратов не учитывают неисследованные последствия для иммунной системы человека и животных изменений антигенного состава пищевых продуктов; в) не учитывается тот факт, что широкое использование генетически модифицированных растений неизбежно приводит к изменениям биоразнообразия в глобальном масштабе.
