Материал: 3024

Антибиотик актиномицетного происхождения дает хороший результат при борьбе с гоммозом хлопчатника. Положительные результаты получены при использовании антибиотиков для борьбы с болезнями вегетирующих растений. Так, в Японии для предупреждения заболевания риса очень опасной грибной болезнью пирикуляриозом и для лечения уже больных посевов широко используются антибиотики актиномицетного происхождения, в частности касугамицин, который получают с помощью культуры актиномицес казигензис. Этот антибиотик не фитотоксичен и не причиняет вреда людям.

Для борьбы с фузариозом риса (а также с паршой яблок и груш) применяют антибиотик поликсин актиномицетного происхождения. Бактериальный ожог риса излечивается хлорамфениколом (продуцент актиномицес венесуэле) и т. д. Широко применяемый в медицине антибиотик стрептомицин оказался хорошим средством и для борьбы с заболеваниями растений (бактериальной рябухи табака, рака цитрусовых, мягкой гнили крестоцветных овощных культур).

Антибиотические препараты стремятся использовать против ржавчины пшеницы, гельминтоспориоза злаков, мучнистой росы бобовых, ряда заболеваний овощных культур, декоративных растений и т. д. Высокий эффект дают антибиотики при лечении древесных растений. Так, антибиотик актиномицетного происхождения агримицин хорошо действует при бактериозе фруктовых деревьев, встречающемся во многих странах.

Вопросы для самоконтроля

1.Что представляют собой антибиотики?

2.Назовите наиболее распространенные продуценты антибиотиков

Тема 7. Генетические модификации растений. Трансгенные растения. Биобезопасность и перспективы

С развитием высоких технологий в науке появилась возможность быстро изменять генотип растений путѐм искусственного введения нужных генов. Таким образом, у растения заранее программировались полезные свойства.

Новое направление в науке получило название «генная инженерия». А термины «трансгенные» или «геномодифицированные» относятся к растениям с изменѐнными генами.

Генноинженерные методы позволяют создавать новые генотипы и, следовательно, новые формы растений гораздо быстрее, чем классические методы селекции. Кроме того, появляется возможность целенаправленного изменения генотипа.

Генная инженерия позволяет вводить в растения гены устойчивости к различным стрессовым факторам, фитопатогенам, гербицидам и пестицидам, гены скороспелости, фиксации азота. Возможно также и улучшение аминокислотного состава белков растений.

Расширение сельскохозяйственного производства и выращивание одной культуры на больших площадях привело к сильному распространению болезней и насекомых вредителей. Чтобы бороться с ними, учѐные создали множество химических препаратов. Результатом этой борьбы стало то, что возбудители болезней и вредители приспособились к ядовитым веществам и стали более устойчивыми. Экология при этом сильно пострадала: погибли полезные насекомые и микроорганизмы, почва загрязнялась остатками химических соединений. Стало ясно, что борьба за урожай с помощью химических средств – это разрушительная война, в которой нет победителя.

Можно ввести в генотип ген, который определяет выработку токсинов против вредителей. Можно убрать «лишний» ген у томатов и получить плоды, которые не гниют. И если добавить в огурец ген, который отвечает за выработку сахаров, то на нѐм вырастут сладкие зеленцы. Теоретически, это позволяет создать идеальные растения, которые не болеют, не повреждаются вредителями и дают прекрасный урожай. Первое генетически модифицированное растение было получено в 1984 году, а через два года в США и во Франции уже проводились полевые испытания. Трансгенные свежие томаты завоевали место на американском рынке в 1994 году, а томатная паста из них впервые появилась в британских магазинах в 1996 году. За истекший период генные модифицикации применены ко всем основным сельскохозяйственным культурам планеты, и посевы этих культур расширяются.

Выращивание трансгенных растений экономически выгодно. Из-за колорадского жука мы теряем миллиарды долларов ежегодно. Между тем, есть трансгенный картофель, защищенный от него. Альтернатива - ядохимикаты, но их часто применяют неграмотно.

Процесс получения трансгенных растений начинается с введения требуемых генов в недифференцированные клетки таким образом, чтобы они интегрировались в хромосомы. Введение чужеродных генов в клетки растений облегчается, если их клеточные стенки удаляют с помощью гидролитических ферментов - пектиназы и (или) целлюлазы, что приводит к образованию протопластов. Чужеродные гены, находящиеся в составе векторных плазмид, вводят в протопласты одним из стандартных способов с использованием эндоцитоза, или бомбардировки микрочастицами, нагруженными векторной ДНК. После этого протопласты в течение нескольких дней культивируют на питательной среде для восстановления клеточных стенок и образующиеся клетки-трансфектанты используют для регенерации целых растений.

Основным направлением применения трансгеноза для генетической модификации культурных растений является повышение их устойчивости к неблагоприятным воздействиям окружающей среды, в частности вирусам и

гербицидам. Метод получения трансгенных растений, устойчивых к вирусам, основан на введении в них трансгенов, экспрессирующих в клетках моноклональные антитела, направленные против вирусных белков. С использованием такого метода создали эффективную систему защиты растений от вируса морщинистой мозаики артишока (AMCV) .

Ранее было практически невозможно с помощью селекции создать растения с повышенным содержанием витаминов. Однако с развитием биохимии растений стало более ясным, какие метаболические пути являются критическими для биосинтеза витаминов. Например, для синтеза β-каротина (провитамина А) в растениях необходима фитоен-синтетаза. Ген фитоенсинтетазы из нарцисса ввели в эндосперм риса и таким образом был получен «золотой рис», который может помочь 2 млрд. человек, страдающих от дефицита витамина А, для которых рис – основная пища. Так же недавно были получены трансгенные растения земляники с повышенным синтезом L- аскорбиновой кислоты. Созданы растения сои с повышенным в пять раз содержанием витамина Е в семенах.

Конструирование трансгенных растений – продуцентов целевых белков. Растения являются удобной, безопасной и экономически выгодной альтернативой для продукции различных белков, вакцин и антител по сравнению с системами экспрессии на основе микроорганизмов, культур животных клеток или трансгенных животных. За последние 20 лет множество ценных белков эффективно экпрессировано в растениях. Это белки человеческой сыворотки, регуляторы роста, антитела, вакцины, промышленные ферменты, биополимеры и реагенты для молекулярной биологии. Растительные системы имеют перспективы успешного использования для производства рекомбинантных белков в промышленном масштабе.

Первым фармацевтически значимым белком, экспрессированным в растениях табака и подсолнечника в 1986 г., явился человеческий гормон роста. С тех пор множество других ценных белков были синтезированы в самых различных растениях.

Среди разнообразия рекомбинантных белков, продуцируемых растениями есть белки, используемые в молекулярно-биологических исследованиях (авидин), молочные белки, используемые в качестве пищевых добавок (казеин) и белки-полимеры для медицинских и промышленных целей (коллаген и эластин). Ценные биологически активные пептиды можно получать, встраивая их в состав запасных белков семян. Так, последовательность ДНК, кодирующая пентапептидный нейрогормон животных лейэнкефалин была встроена в ген 2S альбумина запасного белка семян Arabidopsis thaliana. Экспрессия этого гена в трансформированных растениях рапса и арабидопсиса позволила получить их семена с высоким содержанием рекомбинантного белка. Целевой пептид легко выделялся из рекомбинантного белка с помощью специфического протеолитического расщепления.

Создание трансгенных растений в настоящее время развиваются по следующим направлениям:

1.Получение сортов с/х культур с более высокой урожайностью

2.Получение с/х культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремантантные сорта клубники, дающие два урожая за лето)

3.Создание сортов с/х культур, токсичных для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок)

4.Создание сортов с/х культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона)

5.Создание сортов растений, способных синтезировать некоторые белки животного происхождения (например, в Китае получен сорт табака синтезирующий лактоферрин человека)

Таким образом, создание трансгенных растений позволяет решить целый комплекс проблем, как агротехнических и продовольственных, так и технологических, фармакологических и т.д. Кроме того, уходят в небытие пестициды и другие виды ядохимикатов, которые нарушали естественный баланс в локальных экосистемах и наносили невосполнимый ущерб окружающей среде.

Как и любое открытие, трансгенная технология вызывает различные мнения о целесообразности еѐ применения. Одни учѐные считают, что изменение генотипа открывает широкие возможности для сельского хозяйства и совершенно безопасно для человека. Другие высказывают опасения, что «побочные явления» данной технологии могут проявиться спустя десятки лет.

Вотношении трансгенных растений мир тоже разделился на две части. «За»: мировой лидер в этой технологии - США и крупнейшие экспортеры сельскохозяйственной продукции (Канада, Аргентина, Австралия и другие); «против»: отсталые страны с экстенсивным земледелием и, как ни странно, Европа.

Главный аргумент противников состоит в том, что генномодифицированные растения, устойчивые к гербицидам и насекомым, могут оказаться ―суперсорняками‖ или начнут случайно скрещиваться с дикими растениями и другими сельскохозяйственными культурами. Это приведет к генетическому загрязнению окружающей среды. Вероятность такого развития событий существует. Но если анализировать ситуацию более внимательно, то позиция Европы в значительной степени определяется экономическими и политическими причинами.

Сегодня генномодифицированные продукты редко встречаются на европейском рынке. Приняты строгие законы по обязательной маркировке и введены специальные стандарты по качеству пищи (нормы ограничений по ДНК).

В настоящее время все трансгенные растения, предназначенные для массового применения, обязательно проходят предварительную оценку на безопасность. Государственные разрешения на крупномасштабные посевы трансгенных растений выдаются специальными правительственными ведомствами после оценки токсикологических и экологических рисков, связанных с их выращиванием и применением полученной из них продукции. На сегодняшний день никаких серьѐзных последствий, которые являются прямым результатом употребления генетически модифицированных продуктов не выявлено.

Казалось бы, генная инженерия рисует радужные перспективы: трансгенные растения не болеют, а их вкуснейшие плоды практически не гниют. Но вспомним ещѐ одну мудрость: «Природа не терпит пустоты». А как же вредители и болезни? Неужели они останутся без пищи и погибнут? В этом случае, земля превратится в рай, либо экологическое равновесие снова будет нарушено, и мы получим новые проблемы.

Генетически модифицированные продукты стали одним из достижений биологии ХХ в. Но основной вопрос - безопасны ли такие продукты для человека, пока остается без ответа. Проблема ГМП актуальна, поскольку в ней экономические интересы многих стран приходят в противоречие с основными правами человека. Трансгенные продукты произведены на базе растений, в которых искусственным путем были заменены в молекуле ДНК один или несколько генов. ДНК - носитель генной информации - точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков и специфических форм обмена веществ.

Вопросы для самоконтроля

1.Что представляют собой трансгенные растения?

2.Какие проблемы можно решить с помощью трансгенных растений?

Тема 8. Биологические средства зашиты окружающей среды

С каждым годом экологическое состояние в нашей стране становится все хуже. Именно поэтому государством предпринимаются все возможные меры для решения данной проблемы. Одной из самых эффективных мер на сегодняшний день принято считать такой вид деятельности, как охрана окружающей среды.

Охрана окружающей среды является по-настоящему важным и значимым процессом. Именно поэтому этим вопросам уделяют достаточно много времени и внимания. Охраной окружающей среды называется комплекс мер, направленных на предупреждение отрицательного влияния