Биотехнология

передаваться сорнякам. Не будет ли в результате генных манипуляций

превращаться в сорняк само культурное растение?

Успехи, достигнутые в области генетической и клеточной инженерии на

простейших биологических системах, прокариотных организмах, вселяют

уверенность в преодолимость рассмотренных трудностей. Что касается более

сложных систем, а именно эукариотных организмов, то здесь делаются лишь

первые шаги, идет накопление фундаментальных знаний.

БИОТЕХНОЛОГИЯ НА СЛУЖБЕ НАРОДНОГО ХОЗЯЙСТВА, ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И НАУКИ

Биотехнологические разработки могут внести немаловажный вклад в решение

комплексных проблем народного хозяйства, здравоохранения и науки.

Для удовлетворения пищевых потребностей необходимо увеличить эффективность

растениеводства и животноводства. Именно на это, в первую очередь, нацелены

усилия биотехнологов. Кроме того, биотехнология предлагает как источник

кормового (возможно, и пищевого) белка клеточную массу бактерий, грибов и

водорослей.

Во-вторых, повышение цен на традиционные источники энергии (нефть,

природный газ, уголь) и угроза исчерпания их запасов побудили человечество

обратиться к альтернативным путям получения энергии. Биотехнология может

дать ценные возобновляемые энергетические источники: спирты, биогенные

углеводороды, водород. Эти экологически чистые виды топлива можно получать

путем биоконверсии отходов промышленного и сельскохозяйственного

производства.

В-третьих, уже в наши дни биотехнология оказывает реальную помощь

здравоохранению. Нет сомнений в терапевтической ценности инсулина, гормона

роста, интерферонов, факторов свертывания крови и иммунной системы,

тромболитических ферментов, изготовленных биотехнологическим путем. Помимо

получе ния лечебных средств, биотехнология позволяет проводить раннюю

диагностику инфекционных заболеваний и злокачественных новообразований на

основе применения препаратов антигенов, моноклональных антител, ДНК/РНК-

проб. С помощью новых вакцинных препаратов возможно предупреждение

инфекционных болезней.

В-четвертых, биотехнология может резко ограничить масштабы загрязнения

нашей планеты промышленными, сельскохозяйственными и бытовыми отходами,

токсичными компонентами автомобильных выхлопов и т. д. Современные

разработки нацелены

на создание безотходных технологий, на получение легко разрушаемых

полимеров (в частности, биогенного происхождения: поли-?-оксибутирата,

полиамилозы) и поиск новых активных микроорганизмов-разрушителей полимеров

(полиэтилена, полипропилена, полихлорвинила). Усилия биотехнологов

направлены также на борьбу с пестицидными загрязнениями — следствием

неумеренного и нерационального применения ядохимикатов.

Биотехнологические разработки играют важную роль в добыче и переработке

полезных ископаемых, получении различных препаратов и создании новой

аппаратуры для аналитических целей.

1. Биотехнология и сельское хозяйство

Биотехнология и растениеводство

Культурные растения страдают от сорняков, грызунов, насекомых-вредителей,

нематод, фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов, неблагоприятных погодных

и климатических условий. Перечисленные факторы наряду с почвенной эрозией и

градом значительно снижают урожайность сельскохозяйственных растений.

Известно, какие разрушительные последствия в картофелеводстве вызывает

колорадский жук, а также гриб Phytophtora — возбудитель ранней гнили

(фитофтороза) картофеля. Кукуруза подвержена опустошительным «набегам»

южной листовой гнили, ущерб от которой в США в 1970 г. был оценен в 1 млрд.

долларов.

В последние годы большое внимание уделяют вирусным заболеваниям растений.

Наряду с болезнями, оставляющими видимые следы на культурных растениях

(мозаичная болезнь табака и хлопчатника, зимняя болезнь томатов), вирусы

вызывают скрытые инфекционные процессы, значительно снижающие урожайность

сельскохозяйственных культур и ведущие к их вырождению.

Биотехнологические пути защиты растений от рассмотренных вредоносных

агентов включают: 1) выведение сортов растений, устойчивых к

неблагоприятным факторам; 2) химические средства борьбы (пестициды) с

сорняками (гербициды), грызунами (ратициды), насекомыми (инсектициды),

нематодами (нематоциды), фитопатогенными грибами (фунгициды), бактериями,

вирусами; 3) биологические средства борьбы с вредителями, использование их

естественных врагов и паразитов, а также токсических продуктов, образуемых

живыми организмами.

Наряду с защитой растений ставится задача повышения продуктивности

сельскохозяйственных культур, их пищевой (кормовой) ценности, задача

создания сортов растений, растущих на засоленных почвах, в засушливых и

заболоченных районах. Разработки нацелены на повышение энергетической

эффективности различных процессов в растительных тканях, начиная от

поглощения кванта света и кончая ассимиляцией СО2 и водно-солевым обменом.

Выведение новых сортов растений. Традиционные подходы к выведению новых

сортов растений — это селекция на основе гибридизации, спонтанных и

индуцированных мутаций. Методы селекции не столь отдаленного будущего

включают генетическую и клеточную инженерию.

Генетическую инженерию предлагают использовать для выведения

азотфиксирующих растений. В природных условиях азотфиксирующие клубеньковые

бактерии, представители рода Rhizobium, вступают в симбиоз с бобовыми.

Комплекс генов азотфиксации (nif) из этих или иных бактерий предлагают

включить в геном злаковых культур. Трудности связаны с поиском подходящего

вектора, поскольку широко используемые для подобных целей Agrobacterium с

плазмидами Ti и Ri не заселяют злаки. Планируют модификацию генома

Agrobacterium, чтобы бактерия могла вступать в симбиоз со злаками и

передавать им генетическую информацию. Другим решением проблемы могла бы

быть трансформация растительных протопластов посредством ДНК. К компетенции

клеточной инженерии относят создание новых азотфиксирующих симбиотических

ассоциаций «растение — микроорганизм».

В настоящее время выделены и клонированы гены sym, отвечающие за

установление симбиотических отношений между клубеньковыми азотфиксаторами и

растением-хозяином. Путем переноса этих генов в свободноживущие

азотфиксирующие бактерии (Klebsiella, Azotobacter) представляется возможным

заставить их вступить в симбиоз с ценными сельскохозяйственными культурами.

Методами генетической инженерии предполагают также повысить уровень

обогащения почвы азотом, амплифици-руя гены азотфиксации у Klebsiella и

Azotobacter.

Разрабатываются подходы к межвидовому переносу генов asm, обусловливающих

устойчивость растений к нехватке влаги, жаре, холоду, засоленности почвы.

Перспективы повышения эффективности биоконверсии энергии света связаны с

модификацией генов, отвечающих за световые и темновые стадии этого

процесса, в первую очередь генов cfx, регулирующих фиксацию СО2 растением.

В этой связи представляют большой интерес

разработки по межвидовому переносу генов, кодирующих хлорофилл а/b-

связывающий белок и малую субъединицу рибулозо-бис-фосфаткарбоксилазы —

ключевого фермента в фотосинтетической фиксации СО2.

Гены устойчивости к некоторым гербицидам, выделенные из бактерий и дрожжей,

были успешно перенесены в растения табака. Разведение устойчивых к

гербицидам растений открывает возможность их применения для уничтожения

сорняков непосредственно на угодьях, занятых сельскохозяйственными

культурами. Проблема состоит, однако, в том, что массивные дозы гербицидов

могут оказаться вредными для природных экосистем.

Некоторые культурные растения сильно страдают от нематод. Обсуждается

проект введения в растения новых генов, обусловливающих биосинтез и

выделение нематоцидов корневыми клетками. Важно, чтобы эти нематоциды не

проявляли токсичности по отношению к полезной прикорневой микрофлоре.

Возможно также создание почвенных ассоциаций «растение — бактерия» или

«растение — гриб (микориза)» так, чтобы бактериальный (грибной) компонент

ассоциации отвечал за выделение нематоцидов.

Важное место в выведении новых сортов растений занимает метод

культивирования растительных клеток in vitro. Регенерируемая из таких

клеток «молодая поросль» состоит из идентичных по генофонду экземпляров,

сохраняющих ценные качества избранного клеточного клона. В Австралии из

культивируемых in vitro клеточных клонов выращивают красные камедные

деревья (австралийские эвкалипты), отличающиеся способностью расти на

засоленных почвах. Предполагается, что корни этих растений будут выкачивать

воду из таких почв и тем самым понижать уровень грунтовых вод. Это приведет

к снижению засоленности поверхностных слоев почвы в результате переноса

минеральных солей в более глубокие слои с потоками дождевой воды. В

Малайзии из клеточного клона получена масличная пальма с повышенной

устойчивостью к фитопатогенам и увеличенной способностью к образованию

масла (прирост на 20—30%). Клонирование клеток с последующим их скринингом

и регенерацией растений из отобранных клонов рассматривают как важный метод

сохранения и улучшения древесных пород умеренных широт, в частности хвойных

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10