 |
НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Генетически модифицированные микроорганизмы в природных ценозах
Генетически модифицированные микроорганизмы в природных ценозах
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Биологический
факультет
ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ
МИКРООРГАНИЗМЫ В ПРИРОДНЫХ ЦЕНОЗАХ.
Реферат
студента 5 курса 6 группы
КОВАЛЬЧУКА К.В.
Минск 2005г.
Высвобождение
генетически модифицированных микроорганизмов (ГММ) в окружающую среду с
различными целями осуществляется с 80-х годов; в частности создано и применено
на практике достаточное количество штаммов бактерий предназначенных для
биодеградации различных поллютантов.
В целом можно выделить два
пути, по которому могут развиваться события при высвобождении ГММ в окружающую
среду. Предпочтительным является такое развитие событий: штамм выполняет
задуманную человеком миссию и затем элиминируется из среды (т.е. погибнет).
Предполагается, что все высвобожденные в окружающую среду ГММ проследуют по
данному пути, не оказав при этом никаких негативных воздействий на среду.
Альтернативный путь предполагает избежание ГММ гибели и их размножение и
эволюцию.
Традиционно считается, что
высвобожденный в окружающую среду ГММ погибнет после выполнения своей функции
из-за своей неконкурентоспособности по сравнению с природными микроорганизмами.
Полагают, что данная низкая конкурентоспособность обусловлена метаболической
перегрузкой, вызванной проведёнными со штаммом генетическими манипуляциями,
приводящими к затрате энергии на репликацию векторов, гиперпродукции
чужеродного белка, перегрузке системы экспорта белков и т.д. Действительно,
существует большое количество хорошо документированных случаев, когда успешно
размножающиеся в лабораторных условиях штаммы быстро погибали после попадания в
окружающую среду. Тем не менее, некоторые ГММ, по-видимому, способны
приспособиться к новым условиям (условиям окружающей среды) и выжить.
Приобретение приспособлений
способствующих выживанию ГММ может идти различными путями. К примеру,
высвобожденные в окружающую среду ГММ, предназначенные для деградации
поллютанта, могут приобрести повышенную конкурентоспособность при росте на
альтернативном природном субстрате.
Так, например, был
протестирован штамм Burkholderia способный к деградации
гербицида 2,4-дихлорфеноксиацетата (2,4-Д). Линии этого штамма выращивались в
условиях избытка 2,4-Д или сукцината в качестве единственного источника
углерода, таким образом шла селекция на повышение способности к росту на
субстрате. Далее было показано, что часть линий, адаптированных к росту на
2,4-Д, также характеризуются повышенной (по сравнению со своими потомками)
способностью к росту на сукцинате и наоборот. Таким образом, ГММ созданные для
биоремедиации среды от субстрата антропогенного происхождения (в данном случае
2,4-Д) могут параллельно улучшить свою конкурентоспособность при росте на
альтернативном природном субстрате (в данном случае сукцинат), что увеличит
вероятность их выживания и сохранения в природе.
Другим примером приобретения
приспособлений, способствующих выживанию ГММ, может послужить случай, когда
ГММ, несущие чужеродные гены, используют их для улучшения своей адаптивности.
Ряд исследований показали,
что обычно введение плазмиды в клетку микроорганизма приводит к дополнительной
метаболической нагрузке и по этой причине в неселективных условиях несущий
плазмиду штамм менее конкурентоспособен, чем безплазмидный штамм. Тем не менее,
если плазмида вводиться в штамм, который имеет историю совместной эволюции с
этим экстрахромосомальным элементом, то такой штамм может оказаться в
неселективных условиях даже лучше адаптированным, чем в отсутствие плазмиды.
Исследования показали, что
ГММ могут продуцировать токсичные вещества из-за неполного разложения
поллютантов, особенно если в почве или воде находиться смесь поллютантов, часть
из которых не планировалось деградировать. Продуцируемые ГММ токсичные
соединения могут ингибировать рост природных микроорганизмов и обеспечивать им
некоторое селективное преимущество.
Приведённые выше последние
два примера показывают, что ГММ, размножающие в природных условиях склонны
эволюционировать в направлении использовании произведённых человеком
генетических манипуляций для повышения своей выживаемости.
Но даже если ГММ не успевают
приспособиться к новым условиям (условиям окружающей среды) и прекращают рост,
то это ещё не обязательно означает их гибель. В ответ на изменившиеся условия
среды (например, в ответ на истощение субстрата, который они должны были
деградировать), в такой популяции ГММ возможна индукция двух различных ответов.
Большинство клеток входят в
стационарную фазу и приобретают общую резистентность в ожидании улучшений
условий роста. Таким образом, ГММ одновременно приобретают устойчивость к
целому ряду неблагоприятных воздействий (высокая температура, экстремальные
значения рН, УФ-излучение и т.д.) и способны находится в таком состоянии в
среде неопределённо долгое время.
Другая, меньшая часть клеток,
переходит в состояние повышенной мутабельности для того, чтобы приобрести
способность к росту в данных неблагоприятных условиях. При этом у данных клеток
может происходить инактивация генов репарации, генов ответственных за точность
репликации, повышаться синтез склонных к ошибкам полимеразам, в связи с чем
частота мутаций резко возрастает. Большинство таких клеток погибает, но часть
из них приобретает благоприятные мутации и выживает.
В любом случае нынешнего
уровня знаний в области биологии микроорганизмов недостаточно, чтобы с высокой
степенью вероятности предсказать судьбу высвобожденных в окружающую среду ГММ и
спрогнозировать эффект, который они могут оказать на природные ценозы.
Тем не менее, худшие опасения
противников высвобождения ГММ в окружающую среду не подтвердились. И
утверждение, что ГММ могут вытеснить существующие виды из их экологических ниш,
что приведёт к серьёзным изменениям в окружающей среде, осталось
бездоказательным. Многочисленные полевые испытания показали, что, как правило,
внесённые в окружающую среду ГММ не распространяются за пределы участка, где
проводилось тестирование, персистируют не более чем несколько месяцев, не
передают гены природным микроорганизмам и проявляют сходную биологическую
активность, как в лабораторных, так и в природных условиях. Но поскольку с
каждым ГММ могут быть связаны различные побочные эффекты, при вынесении
окончательного решения о полевых испытаниях каждый случай рассматривается в
отдельности. Подобные испытания проводятся в США, Австралии, Великобритании и других
странах.
Со временем становиться всё
больше сторонников точки зрения, что высвобождение в окружающую среду
рекомбинантных микроорганизмов, прошедших лабораторные и полевые испытания, не
будет иметь неблагоприятных экологических последствий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Б.Глик, Дж.Пастернак.
Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ. – М.: Мир,
2002. - 589 с.
2.
Vassili V. Velkov. Stress-induced
evolution and the biosafety of genetically modified microorganisms released
into the environment / J.
Biosci. 2001; Vol. 26. No. 5. p.667–683
| |
