Ермишин А.П. Биотехнология. Биобезопасность. Биоэтика

Подождите немного. Документ загружается.

ПРОГРАММА ООН ПО ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ

Институт генетики и цитологии

БИОТЕХНОЛОГИЯ.

БИОБЕЗОПАСНОСТЬ.

БИОЭТИКА

Под редакцией

доктора биологических наук А.П. Ермишина

Минск

«Тэхналогiя»

2005

Электронная версия с изменениями и дополнениями от 20-12-2006

United Nations Environment Programme

Disclaimer

Information contained in this document is provided by the Institute of Genetics and Cytology of National

Academy of Sciences of the Republic of Belarus and the views presented in the document are those of the

Institute of Genetics and Cytology. The United Nations Environment Programme (UNEP) is not responsible for

the information provided in this document. UNEP does not make any warranty of any kind, either express or

implied, including, but not limited to, warranties of the accuracy, reliability, completeness or content of such

information in this document. Under no circumstances shall UNEP be liable for any loss, damage, liability or

expense incurred or suffered which is claimed to have resulted from the use of or reliance upon the information

contained in this document, including, but not limited to, any fault, error, mistake, omission or defect. Under no

circumstances shall UNEP be liable for any direct, indirect, incidental, special, punitive or consequential

damages.

УДК 573.6

Ермишин А.П. Биотехнология. Биобезопасность. Биоэтика / А.П. Ермишин и др.;

под ред. АЛ. Ермишина. —Мн.: Тэхналогiя, 2005. —430 с. — ISBN 985-458-118-7.

В монографии авторы делают попытку познакомить читателя с достижениями современной

биотехнологии, рассказать, как получают генно-инженерные организмы и чем они отличаются

от созданных с помощью традиционной селекции, в чем заключаются основные различия

между «старой» и «новой» селекцией. Подробно рассматриваются потенциальные риски для

здоровья человека и окружающей среды, связанные с использованием генно-инженерных

организмов, и меры, применяемые для того, чтобы избежать этих рисков. Особое внимание

уделено вопросам восприятия достижений генетической инженерии общественностью,

морально-этическим аспектам генно-инженерной деятельности.

Для биологов, специалистов сельского хозяйства, медицинских работников, юристов, госу-

дарственных служащих, студентов вузов соответствующего профиля.

Табл. 30. Ил.47. Библиогр. 447 назв.

Рекомендовано к изданию

Редакционно-издательской комиссией НАН Беларуси и Ученым советом

Института генетики и цитологии НАН Беларуси

Авторы:

А.П. Ермишин, В.Е. Подлисских, Е.В.Воронкова,

Б.Ю. Аношенко, В.М. Зарьков

Рецензенты:

Л.В. Хотылева, академик НАН Беларуси

Н.А. Картель, академик НАН Беларуси

А.В. Кильчевский, член-корреспондент НАН Беларуси

Книга издана при поддержке

Глобального экологического фонда

ISBN 985-458-118-7

Содержание

Введение 5

Глава 1. Элементарные сведения по биологии и генетике 11

1.1. Что такое клетки 11

1.2. Что такое хромосомы, ДНК, генетический код, гены 13

1.3. Каким образом используется информация, записанная в молекулах

ДНК 16

1.4. Каким образом клетка узнает, когда и какой белок синтезировать и в

каком количестве

1.5. Что такое традиционная селекция 19

Глава 2. Как получают генно-инженерные организмы 21

2.1. Что такое генетическая инженерия 21

2.2. Методы создания рекомбинантных молекул ДНК 22

2.3. Клонирование генов 26

2.4. Выделение генов 29

2.4.1. Искусственный синтез генов 29

2.4.2. Выделение генов из смеси рестрикционных фрагментов геномной

ДНК

2.4.3. Выделение генов из клонотеки 32

2.4.4. Создание зондов 33

2.5. Методы переноса генов в живые клетки 34

2.5.1. Перенос генов в клетки бактерий 34

2.5.2. Перенос генов в клетки животных 36

2.5.3. Перенос генов в клетки растений 37

2.5.3.1. Агробактериальная трансформация 38

2.6. Экспрессия трансгенов 44

2.7. Отбор трансформированных клеток 46

2.8. От единичной трансформированной клетки к многоклеточному

генно-инженерному организму

2.8.1. Культура клеток и тканей растений in vitro 49

2.8.2. Индукция морфогенеза и органогенеза в культуре клеток и получение

растений-регенератов 51

2.8.3. Клеточная селекция 53

2.8.4. Получение генно-инженерных животных 54

2.9. Трансформация органелл 54

Литература к главе 2 55

Глава 3. Что нам дает и может дать в будущем генетическая инженерия 57

3.1. Генно-инженерные организмы на службе у медицины 57

3.2. Использование генно-инженерных организмов в сельском хозяйстве 59

3.2.1. Что уже имеется 60

3.2.2. Трансгенные сорта сельскохозяйственных растений, толерантные к

гербицидам 64

3.2.3. Трансгенные сорта сельскохозяйственных растений, устойчивые к

насекомым-вредителям 66

СОДЕРЖАНИЕ

3.2.4. Трансгенные сорта сельскохозяйственных растений, устойчивые к

вирусным болезням 68

3.2.5. Трансгенные сорта сельскохозяйственных растений с улучшенными

качественными характеристиками 69

3.2.6. Получение трансгенных гетерозисных гибридов сельскохозяйственных

растений на основе системы мужской стерильнсти/восстановления

фертильности 70

3.2.7. Что нас ждет в ближайшем будущем 71

3.2.8. Достижения генетической инженерии животных 74

Литература к главе 3 75

Глава 4. Базовые принципы и методология риска

неблагоприятных

последствий генно-инженерной деятельности 77

4.1. Биобезопасность генно-инженерной деятельности 77

4.2. Понятия «риск» и «оценка риска» 77

4.3. Что подразумевается под риском генно-инженерной деятельности 79

4.4. Принцип принятия мер предосторожности 80

4.5. Понятие «научная неопределенность» в приложении к оценке риска

генно-инженерной деятельности

4.6. Принципы построения процедуры оценки риска генно-инженерной

деятельности

4.7. Идеальная система

оценки риска генно-инженерной деятельности

(схема и комментарии)

4.8. Идентификация факторов риска генно-инженерной деятельности на

практике.

4.9. Оценка риска генно-инженерной деятельности 92

4.10. Информация, необходимая для оценки риска генно-инженерной

деятельности

Литература к главе 4 99

Глава 5. Оценка риска возможных неблагоприятных эффектов генно-

инженерных организмов на здоровье человека 103

5.1. Основные факторы риска генно-инженерной деятельности для

здоровья человека 103

5.1.1. Факторы риска генно-инженерной деятельности для здоровья

человека в замкнутых системах 103

5.1.2. Факторы риска генно-инженерной деятельности для здоровья

человека связанной с высвобождением ГИО в окружающую среду или

их использованием в хозяйственной деятельности

103

5.2. Оценка риска патогенности ГИО для человека 104

5.2.1. Определение масштабов потенциального неблагоприятного

воздействия генно-инженерных микроорганизмов на здоровье

человека 105

5.2.2. Определение вероятности неблагоприятного воздействия генно-

инженерных микроорганизмов на здоровье человека 108

5.2.3. Определение необходимых мер защиты в зависимости от уровня

патогенности генно-инженерных организмов 109

5.3. Оценка риска потенциальных вредных воздействий на здоровье

человека пищевого сырья и традиционных продуктов питания 110

5.4. Подходы к исследованию пищевой безопасности генно-инженерных

организмов 114

СОДЕРЖАНИЕ

iii

5.5. Применение концепции существенной эквивалентности для оценки

безопасности генно-инженерных организмов и новых продуктов

питания 116

5.6. Процедура оценки риска ГМ продовольственного сырья и продуктов

питания

120

5.7. Оценка риска непреднамеренных эффектов генетической

модификации

122

5.8. Оценка потенциальной токсичности новых для организма-хозяина

молекулярных продуктов трансгенов

126

5.9. Оценка риска потенциальной аллергенности генно-инженерных

организмов и ГМ продуктов

130

5.9.1. Природа аллергической реакции организма человека на продукты

питания

130

5.9.2. Биологические механизмы пищевой аллергии 132

5.9.3. Особенности пищевой аллергии и пищевых аллергенов 134

5.9.4. Может ли генно-инженерная деятельность увеличить потребление

аллергенных продуктов 136

5.9.5. Оценка риска увеличения исходного аллергенного потенциала

организмов вследствие их генетической модификации 138

5.10. Насколько велик для здоровья человека риск, обусловленный

возможностью горизонтального переноса маркерных генов

устойчивости к антибиотикам 145

Литература к главе 5

153

Глава 6. Оценка риска возможных неблагоприятных эффектов ГИО для

окружающей среды 157

6.1. Каким образом могут воздействовать на экологические системы

различные типы генно-инженерных организмов

158

6.2. В чем отличие генно-инженерных организмов от организмов,

полученных путем традиционной селекции, с точки зрения

экологической безопасности 161

6.3. Как проводится оценка экологического риска использования генно-

инженерных организмов 164

6.4.

Какие экологические риски могут быть связаны с высвобождением и

распространением ГИО 168

6.5. Появление новых, более агрессивных сорняков в результате

генетической модификации или переноса трансгенов,

способствующих повышению агрессивности вида, диким родственным

видам 170

6.5.1. Каким образом генетическая модификация может стать причиной

появления новых сорняков 170

6.5.2. Существует ли проблема инвазивности и агрессивности по отношению

другим биологическим видам трансгенных животных и

микроорганизмов 175

6.6. Как проводится оценка агрессивности растений в качестве сорняков

(оценка выживаемости и инвазивности) 177

6.7. Миграция и последующая интрогрессия трансгена в дикие популяции

в результате вертикального или горизонтального переноса генов 181

6.7.1. Вертикальный перенос генов 181

6.7.2. Горизонтальный перенос генов 191

СОДЕРЖАНИЕ

6.8. Оценка вероятности вертикальной и горизонтальной миграции генов

и последствий такой миграции 194

6.9. Воздействие продуктов трансгенов на организмы, не являющиеся

мишенью их запланированного действия 198

6.10. Оценка вероятности прямого или опосредованного действия

продуктов трансгена на организмы-немишени 202

6.11. Появление живых организмов, резистентных или толерантных к

продуктам трансгенов 207

6.11.1. Живые организмы, резистентные и толерантные к продуктам

трансгенов 207

6.11.2. Трансгенные вирусные ДНК (РНК) 213

6.12. Сокращение биологического разнообразия в результате изменения

естественных биоценозов

216

Литература к главе 6 225

Глава 7. Правовое регулирование биобезопасности 231

7.1. Международно-правовой режим биобезопасности 231

7.1.1. Основные положения Картахенского протокола по биобезопасности к

Конвенции о биологическом разнообразии 233

7.1.2. Орхусская конвенция и Международная конвенция по охране новых

сортов растений 238

7.2. Опыт правового регулирования безопасности генно-инженерной

деятельности на национальном уровне 240

7.2.1. Государственное регулирование биобезопасности в США 240

7.2.2. Государственное регулирование биобезопасности в странах

Европейского Союза

250

7.2.3. Государственное регулирование биобезопасности в Российской

Федерации

259

7.3. Проект национальной системы биобезопасности для Республики

Беларусь 268

7.3.1. Законодательство Республики Беларусь в области безопасности генно-

инженерной деятельности в замкнутых системах 271

7.3.2. Законодательство

Республики Беларусь в области безопасности генно-

инженерной деятельности при высвобождении генно-инженерных

организмов в окружающую среду для проведения испытаний 274

7.3.3. Законодательство Республики Беларусь в области биобезопасности при

использовании генно-инженерных организмов в хозяйственной

деятельности 277

7.3.4. Законодательство Республики Беларусь в области безопасности и

качества продовольственного сырья и продуктов питания 281

7.3.5. Законодательство Республики Беларусь

, регулирующее ввоз, вывоз и

транзит генно-инженерных организмов 287

7.3.5. Система органов государственного управления Республики Беларусь в

области биобезопасности

292

7.3.6. Система государственной экспертизы безопасности генно-инженерной

деятельности

295

7.3.7. Система контроля и мониторинга в области биобезопасности 297

7.3.8. Механизм информирования и участия общественности в принятии

решений в области безопасности генно-инженерной деятельности 300

7.3.9. Альтернативный вариант концепции государственного регулирования

безопасности генно-инженерной деятельности в Республике Беларусь 301

СОДЕРЖАНИЕ

Литература к главе 8 304

Глава 8. Проблемы восприятия генетической инженерии

общественностью 312

8.1. С чего все начиналось 312

8.2. Во имя дешевой славы 313

8.3. Кризис недоверия к генетической инженерии в Западной Европе 314

8.4. «Трансгенные ужасы», или «Что они никогда не расскажут о генной

инженерии» 315

8.4.1. Они хотят нас отравить 316

8.4.2. Нас замучают аллергии 317

8.4.3. Навешивание ярлыков 318

8.4.4. За кого нас принимают? 319

8.4.5. Воспитываем в себе устойчивость к антибиотикам? 320

8.4.6. Разве ученым можно доверять? 321

8.5. Последствия кризиса недоверия общественности к генетической

инженерии в Европе и перспективы его преодоления

322

8.6. Что нам дает маркировка ГМ-продуктов 324

8.7. Отношение населения Беларуси к генно-инженерным организмам 328

8.8. Информирование и участие общественности в принятии решений,

касающихся безопасности генно-инженерной деятельности

331

Литература к главе 8 333

Глава 9. Медицина, биотехнология и биоэтика 335

9.1. Эмбриональные стволовые клетки 336

9.2. Клонирование 341

9.3. Клонирование человека и предрассудки 343

9.4. Этические аспекты клонирования 344

9.5. Статус человеческого эмбриона 348

Литература к главе 8 353

Терминологический словарь

355

Введение

Человек в своей деятельности издревле использовал живые организмы. При этом

речь идет не только о непосредственном производстве сельскохозяйственной продук-

ции путем выращивания растений и животных. Люди, сами того не подозревая, ис-

пользовали и микроорганизмы. Хлебопечение, пивоварение, производство кисломо-

лочной продукции, квашение овощей, виноделие, производство спирта и др. — все это

примеры традиционных микробиологических биотехнологий.

В широком понимании термином «биотехнология» обозначают использование

живых организмов для производства различных продуктов и энергии. Тем не менее,

долгое время под биотехнологией понимали прежде всего именно микробиологиче-

ские процессы. Это и понятно. Все перечисленные выше традиционные биотехноло-

гии ассоциируются с промышленным производством. Более того, во второй половине

двадцатого века сложилась крупная отрасль промышленности — микробиологическая.

На микробиологических предприятиях с помощью специально отселектированных

штаммов бактерий, дрожжей производят различные фармацевтические препараты,

средства защиты растений, биоудобрения, всевозможные пищевые продукты и сырье.

В это же время были разработаны эффективные методы культивирования изоли-

рованных клеток и тканей растений на специальных питательных средах. В результате

появилась возможность использовать к растениям методы селекции и технологии,

применяемые к микроорганизмам. Среди них можно назвать такие, как производство в

промышленных масштабах различных фармацевтических препаратов клетками расте-

ний, методы быстрого размножения в условиях in vitro ценных генотипов растений,

свободных от патогенов, для нужд семеноводства (микроклональное размножение),

новые методы селекции: получение гаплоидов в культуре генеративных клеток, сома-

тическая гибридизация путем слияния протопластов, клеточная селекция и др. Мно-

гие из этих методов явились необходимой методической основой для успешного нача-

ла следующего этапа развития биотехнологии.

Последние годы XX века характеризовались бурным развитием биотехнологий,

основанных на достижениях молекулярной биологии и генетики. Благодаря разработ-

ке методов выделения наследственного материала (ДНК), его изучению (идентифика-

ции последовательностей, кодирующих определенные гены), созданию его новых ком-

бинаций с помощью манипуляций, осуществляемых вне клетки, и перенесению этих

новых генетических конструкций в живые организмы, появилась возможность созда-

вать новые сорта растений, породы животных, штаммы микроорганизмов, обладаю-

щие полезными признаками, которые невозможно отобрать с помощью традиционной

селекции. Созданы новые, более эффективные лекарственные препараты, способные

лечить ранее неизлечимые болезни. В настоящее время трансгенные сорта сельскохо-

зяйственных культур, устойчивые к гербицидам, вирусам, насекомым-вредителям, не-

благоприятным факторам среды (холод, жара, засуха, засоление почв), с улучшенными

качественными характеристиками (улучшенный состав белков, углеводов, раститель-

ного масла) занимают посевные площади, превышающие 60 млн. гектаров. Продукты

питания, изготовленные из таких сортов, теперь уже не редкость на прилавках магази-

нов многих стран мира.

В Беларуси сложилась мощная микробиологическая промышленность. В частно-

сти, налажено производство лекарственных препаратов антимикробного, противови-

русного, противовоспалительного, противоопухолевого, противолейкозного действия,

аминокислот, витаминов, ферментов, гормонов, нуклеиновых компонентов, вакцин,

кровезаменителей, диагностикумов и др. (всего более 300 наименований). Для нужд

сельского хозяйства производятся различные кормовые добавки, средства ветеринар-