Проблемы регулирования производства трансгенных растений
8148
0
Проблемы государственного регулирования производства трансгенных растений
В. В. Вельков, Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН, 142290, г. Пущино, Московская область (velkov@ibpm.pushchino.ru)
М. С. Соколов, Научно-исследовательский центр токсикологии и гигиенической регламентации биопрепаратов МЗ РФ, 142283, г. Серпухов, Московская область (toxic@online.stack.net)
А. Б. Медвинский, Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, 142290, Пущино, Московская область (medvinsky@iteb.ru)
Широкомасштабное производство трансгенных растений (далее - ТР) - одна из самых актуальных проблем современного сельского хозяйства России. Следует ли их выращивать на миллионах гектар? Приведет ли это к повышению эффективности сельскохозяйственного производства или к неприемлемому и необратимому воздействию на окружающую среду? Можно ли объективно (качественно и количественно) оценить риск таких воздействий? Очевидно, что для проведения подобных экспертиз необходимы, с одной стороны, научно обоснованные методы проведения оценок экологического риска производства ТР. С другой стороны, должна функционировать система независимых учреждений, осуществляющих государственное регулирование этой сферы биотехнологии. Эти государственные ведомства должны проводить экспертизу ТР и, руководствуясь узаконенной, научно обоснованной нормативной базой, принимать адекватные решения.
Государственное регулирование широкомасштабного производства ТР - это, прежде всего, юридически обоснованное и безопасное внедрение в агропроизводство новых трансгенных форм растений и технологий их возделывания. Эти новые биотехнологии, с одной стороны, доказали за рубежом свою высокую экономическую и экологическую эффективность, а с другой стороны, продемонстрировали отдельные негативные явления и условиях, при которых они могут реализоваться (Stewart et al., 2000; Семенюк, 2001; Соколов, Марченко, 2002; Gaugitsch, 2002).
Первым и наиболее серьезным сигналом об экологической опасности ТР стали сообщения о массовой интрогрессии cry-трансгенов из трансгенной Bt-кукурузы в ее природные формы и сорта, произрастающие в Мексике, в центре происхождения этой культуры (Quist, Chapela, 2001; Вельков и др., 2003). Другим таким фактом можно считать сообщение о том, что сорнополевой подсолнечник после переопыления с трансгенным Bt-защищенным подсолнечником значительно увеличил свою семенную продуктивность (Dalton, 2002).
Итак, обсуждая проблему государственного регулирования производства ТР, необходимо ответить на следующий актуальный вопрос: можно ли реализовать такую государственную практику, которая в условиях неопределенности потенциальных экологических рисков максимально обеспечивала бы биобезопасность трансгенных технологий и, по крайне мере, не тормозила бы их развитие, а в лучшем случае - стимулировала их быстрое совершенствование и внедрение? За двадцать лет, прошедших со времени создания первых сельскохозяйственных ТР, в мире (в особенности в США) накоплен значительный опыт в сфере государственного регулирования внедрения ТР. Эта страна является не только признанным пионером в области создания ТР, но и постоянно лидирует в объемах их производства (Семенюк, 2001; Соколов, Марченко, 2002; Koivisto et al., 2002; Dale et al., 2002; Вельков и др., 2003). Поэтому критическая ассимиляция американского опыта в области государственного регулирования безопасного производства ТР представляет для России несомненный интерес.
Государственное регулирование производства ТР: от планирования лабораторных экспериментов до международного маркетинга
Согласно практике, принятой в США, такое регулирование осуществляется на каждой стадии создания и внедрения ТР: планирование генно-инженерных операций > полевые испытания > токсикологическая оценка продуктов урожая ТР > экотоксикологическая оценка производства ТР > … > выпуск трансгенных продуктов на внутренний и внешний рынок.
Основными инстанциями, регулирующими создание и внедрение ТР в США, являются: Комитеты биобезопасности учреждений, создающих ТР (Institutional Biosafety Committee), Служба Инспекции здоровья животных и растений (Animal and Plant Health Inspection Service - APHIS) министерства сельского хозяйства США (USDA), Администрация пищевых продуктов и лекарственных средств (Food and Drug Administration - FDA), Агентство Охраны окружающей среды (Environmental Protection Agency - EPA). Более детально регламент подобной практики изложен в работе "U.S. Regulatory Overview in Biotechnology".
Рассмотрим кратко компетенцию и полномочия данных учреждений в сфере регулировании создания и внедрения ТР.
Учрежденческие комиссии по биобезопасности
Большинство биотехнологических учреждений США, выполняющих генно-инженерные работы, имеют собственные (институциональные) комиссии биобезопасности. Руководствуясь соответствующими государственными нормативными актами, они проводят анализ и оценку риска потенциально опасных биологических исследований, и обеспечивают их безопасное проведение. С учетом конкретных характеристик потенциального риска работ им присваивается соответствующий уровень биобезопасности; так, для оценки ТР предусмотрено четыре таких уровня (http://www.fpm.wisc.edu/biosafety/Base/PlantContainment.htm).
Служба инспекции здоровья животных и растений (APHIS)
Это ведомство, руководствуясь федеральным актом о вредителях растений (Federal Plant Pest Act), определяет, будут ли ТР оказывать негативное влияние на сельскохозяйственное производство и агроэкосистему. На основе разрешительных процедур эта "Служба" регулирует импорт, транспортировку и полевые испытания ТР и их семеноводство. В своей работе "Служба" APHIS, в зависимости от биологической природы растений и свойств трансгенов, использует два разных подхода.
При генно-инженерных модификациях широко распространенных растений разработчики должны просто уведомить "Службу" APHIS о плане проведения полевых испытания ТР и предоставить следующие характеристики ТР:
данные о стабильности интеграции трансгена в хромосому,
данные об отсутствии патогенности трансгена для животных и человека,
данные об отсутствии токсичности трансгена (применительно к инсектицидным ТР) для нецелевых организмов,
данные о низком риске того, что наличие трансгена может привести к образованию новых фитопатогенных вирусов.
При генно-инженерных модификациях ограниченно используемых растений (экзотических, либо не используемых в сельском хозяйстве), и для трансгенов, обладающих повышенной опасностью, разработчики должны направить в "Службу" APHIS специальную заявку на разрешение проведения полевых испытаний ТР. Такие полевые испытания, обычно проводимые в разных регионах в течение нескольких лет, должны минимизировать вероятность распространения трансгенов и попадание трансгенных растительных продуктов (семян и др.) в пищу или корма.
Для коммерческого использования ТР разработчики должны предоставить в "Службу" APHIS подробную и убедительную информацию, характеризующую:
конструкцию генно-инженерной вставки,
ее влияние на биологию ТР,
влияние ТР на экосистемы, включая информацию о возможном самопроизвольном переносе трансгена в другие растения.
Если после выпуска ТР на рынок появится информация, что оно имеет вредные (негативные) характеристики, то "Служба" имеет право приостановить его реализацию.
Пока не решено, все ли ТР должны подвергаться регулированию со стороны "Службы" APHIS, или только те, которые могут считаться потенциально вредными для агроценозов. Более подробную информацию по этому вопросу можно найти на сайте (http://www.aphis.usda.gov/biotechnology/).
Администрация пищевых продуктов и медикаментов (FDA)
Это ведомство на основании федерального акта о пище, лекарственных и косметических препаратах (Federal Food, Drug, and Cosmetics Act) определяет безопасность пищи и ее ингредиентов, полученных из продуктов урожая ТР (http://www.fda.gov/oc/biotech/default.htm). В процессе оценки риска служба FDA консультируется с разработчиками ТР, анализирует безопасность и пищевые характеристики трансгенной продукции, а также запрашивает у разработчиков необходимую дополнительную информацию. При оценке потенциальной опасности продуктов ТР служба руководствуется следующими принципиальными положениями.
А) Если трансген выделен из аллергенного источника, то тогда трансгенная пища должна быть проверена на аллергенность.
Б) Дополнительные тесты обязательны, если ТР:
содержит известные токсиканты,
имеют измененное соотношение пищевых соединений (altered nutrient levels),
содержит новые соединения,
содержит маркерные гены устойчивости к антибиотикам.
В итоге проведенных консультаций и анализа документации FDA выдает разработчику свидетельство установленного формата о безопасности трансгенного продукта (http://www.cfsan.fda.gov/~lrd/biocon.html). Если впоследствии выяснится, что трансгенный продукт опасен, то служба имеет право отозвать выданное ранее свидетельство о биобезопасности ТР.
На стадии регулирования оценки токсикологического риска нерешенной остается проблема "волюнтаристского" характера консультаций, которые служба FDA проводит с разработчиками ТР. Регламентирующих документов, к которым обе стороны могли бы апеллировать в спорных случаях, пока нет. Разработчики считают практику консультаций "неадекватной", а руководство службы FDA озабочено тем, что, несмотря на получаемую в ходе консультаций информацию, отсутствие нормативных документов, регламентирующих этот этап оценки пищевой безопасности трансгенных продуктов, зачастую делает результаты консультаций недоступными для общественности. Все это снижает доверие потребителей как к трансгенным продуктам, так и к эффективности самой службы FDA. Более подробную информацию об этом можно найти на сайте (http://vm.cfsan.fda.gov/~lrd/biotechm.html).
Агентство охраны окружающей среды (EPA)
EPA регулирует интродукцию ТР, устойчивых к вредным организмам (фитофагам, фитопатогенам, вирусам). Согласно принятой в EPA терминологии, трансгеники, содержащие "инкорпорированные протектанты растений" (plant-incorporated protectants) часто обозначаются как "растения-пестициды". Регулируя интродукцию ТР, Агентство руководствуется следующими тремя законами:
Федеральным Актом, регламентирующим применение инсектицидов, фунгицидов и родентицидов (Federal Insecticide, Fungicide, and Rodenticide Act), регулирующим также распространение, использование и испытания растений и микроорганизмов, содержащих соединения с пестицидной активностью.
Федеральным Актом, регламентирующем производство и использование пищи, лекарственных и косметических препаратов (Federal Food, Drug, and Cosmetics Act), регламентирующим также содержание пестицидов в пище.
Федеральным Актом, регламентирующим использование токсических соединений (Toxic Substances Control Act), регулирующим коммерческое использование генетически модифицированных микроорганизмов (например, бактерий-азотфиксаторов, микроорганизмов-продуцентов новых соединений и др.).
При выдаче разрешения на производство ТР Агентство:
анализирует документацию, характеризующую инкорпорированный протектант, в частности, биохимическую природу продукта, механизм токсического действия, ткани, в которых он продуцируется, и время продуцирования протектанта;
анализирует влияние инкорпорированного протектанта на окружающую среду, включая его воздействие на нецелевые организмы и его судьбу в экосистеме;
может потребовать от разработчика "план управления резистентностью вредителя" (resistance management plan), т.е. описание системы мероприятий, направленных на замедление развития резистентности к трансгенному протектанту у целевых фитофагов;
устанавливает степень токсичности продуктов трансгенов (на основе результатов экспериментов с подопытными животными);
устанавливает значения уровней толерантности (tolerance levels) для остатков пестицида, продуцируемого трансгеном, если установлена их токсичность (поскольку до сих пор у всех исследованных ТР токсичность протектанта не обнаружена, это требование к оценкам риска ТР в настоящее время исключено),
регламентирует новые методы применения существующих пестицидов, например, гербицидов применительно к соответствующим гербцидоустойчивым ТР.
Более подробная информация о функциях EPA имеется на его сайте (http://www.epa.gov/pesticides/biopesticides).
Таким образом, государственное регулирование интродукции ТР осуществляется в США несколькими учреждениями, которые в рамках своей компетенции проводят оценку соответствующей части рисков, связанных с ТР, и в рамках делегированных им полномочий выдают разработчику ТР соответствующие разрешительные документы
Главными показателями, определяющими эффективность такой практики (выражаемой отношением "гарантия безопасности/быстрота внедрения"), являются наличие и практическая ценность нормативных актов, регламентирующих процедуры оценки рисков, сопряженных с производством ТР и действенность механизмов, координирующих взаимодействие между указанными ведомствами. Решение этой проблемы усугубляется прежде всего тем, что решать ее приходится в условиях высокой изначальной неопределенности экологических последствий (особенно отдаленных) интродукции ТР. При этом разработчики ТР считают государственную практику оценки риска ТР слишком бюрократизированной, а общественное мнение (выражаемое средствами массовой информации и акциями различных общественных движений), напротив, полагает, что генно-инженерные технологии опасны сами по себе. Каким может быть решение этих проблем?
Изменения в практике государственного регулирования интродукции ТР в США
В апреле 2000 г. Национальная Академия Наук США выпустила отчет "Генетически модифицированные растения, устойчивые к вредителям: наука и регулирование", в котором предлагается внести изменения в процедуру интродукции ТР, устойчивых к вредным организмам. Вот наиболее принципиальные положения и предложения этого проекта:
Нет никаких данных относительно того, что полученная из трансгенных растений пища, реализуемая населению, из-за наличия в ней трансгенов являются опасной;
Устойчивые к вредным организмам ТР позволяют уменьшить количество химических пестицидов, вносимых в агроэкосистему, поэтому в некоторых регионах их интродукция может привести к повышению биоразнообразия;
Государственные ведомства и Агентства, обладающие правом регулирования ТР (USDA, FDA и EPA) должны более тесно координировать проводимые ими оценки рисков и выдачу разрешительных документов, а также должны сделать эти процедуры более открытыми для общественности;
Необходимо осуществлять длительный мониторинг влияния ТР на экосистемы и здоровье человека;
Должны быть разработаны более совершенные методы идентификации потенциальных аллергенов ТР;
Должна проводится дополнительная оценка риска для следующих двух типов ТР:
для вирусоустойчивых ТР, несущих гены белков оболочки вирусов (обеспечивающих вирусоустойчивость),
для трансгеников (трансформированных генами из растений), которые в естественных условиях в процессе полового процесса могут обмениваться генетическим материалом с дикоросами.
Полагается, что в некоторых случаях возделывание этих типов ТР может приводить к отрицательным последствиям и поэтому на них должна распространяться процедура оценки рисков. Детальная информация содержится на сайте (http://books.nap.edu/catalog/9795.html).
В августе 2002 г. правительство США (U.S. Office of Science and Technology Policy) внесло принципиальные изменения в методы, с помощью которых USDA, FDA, и EPA регулируют интродукцию ТР. Было решено:
Предложить разработчикам ТР предоставлять информацию о безопасности белков, продуцируемых ТР (в особенности, информацию об их потенциальной аллергенности и токсичности) на более ранних стадиях процесса оценки риска, чем это было принято ранее;
Повысить требования к процедуре полевых испытаний для определенных типов ТР для того, чтобы минимизировать вероятность попадания трансгенов в семенной материал и в производственные посевы сельскохозяйственных культур;
Принять меры для предотвращения попадания в пищевые продукты (и корма) новых белковых продуктов, оценка потенциальной опасности которых не завершена (Federal Register, 2002).
Какими же критериями оценки рисков ТР должны пользоваться эксперты государственных ведомств и ученые, создающие ТР? Очевидно, что одними и теми же.
Критерии оценки риска ТР
К настоящему времени критерии оценки риска производства ТР, применяемые в разных странах, весьма сходны. Поэтому Организацией экономического сотрудничества и развития (Organization for Economic Cooperation and Development - OECD), ВОЗ и ФАО разработаны и согласованы международные оценки рисков, сопряженных с производством ТР. Документы, регламентирующие такие критерии (в США, Канаде, других промышленных странах) содержат, как правило, следующие разделы.
А. Введение. Преамбула, Объекты оценки риска и цели таких оценок. Терминология. Процедура рассмотрения заявок по оценке риска.
Б. Требования к составлению заявки на оценку экологической безопасности ТР. Информация, полагаемая конфиденциальной. Информация, которая требуется для определения экологической безопасности ТР. Мониторинг, проводимый после интродукции ТР. Описание ТР и генетических модификаций. Описание новых свойств ТР. Биология ТР и его взаимодействия в агроэкосистеме.
Среди потенциальных рисков для окружающей среды, которые должны быть оценены, основными являются следующие:
станет ли ТР сорняком или окажется инвазивным в природных экосистемах,
будут ли трансгены переноситься от ТР к природным сородичам и приобретут ли их гибридные потомки свойства сорняков и/или инвазивности,
причинит ли ТР вред другим культурным и полезным растениям,
будут ли отрицательно влиять на не целевые организмы (включая человека) само ТР или его продукты,
будет ли ТР отрицательно влиять на биоразнообразие экосистем.
Материалы заявки на интродукцию ТР в окружающую среду, предоставляемые разработчиком в государственное ведомство, должны быть сравнимы с текстами научных статей, направляемых в рецензируемые научные журналы. Это означает, что качество текста и убедительность данных должны строго соответствовать экспериментальным процедурам. Материалы заявки должны быть достаточно подробными для того, чтобы при необходимости все экспериментальные результаты могли быть воспроизведены. Детальную информацию по этим вопросам можно найти на сайтах:
Максимальное сходство с исходной изогенной формой - главное требование при регистрации ТР
Основные принципы, которыми руководствуются при оценке степени экологического риска ТР, заключаются в следующем:
выяснение степени его сходства (Familiarity) с аналогичным нетрансгенным (изогенным) растением, относительно которого существует полная уверенность в том, что оно безопасно;
установление степени его существенной эквивалентности (Substantial Equivalence) исходной и безопасной нетрансгенной форме растения.
В общем, на основе этих двух принципов, которые должны применяться совместно, должно быть установлено, насколько ТР похоже на исходное безопасное нетрансгенное растение (Familiarity) и насколько оно отлично от исходного нетрансгенного (Substantial Equivalence). В итоге окажется возможным ответить на вопрос о том: возможно ли без негативных последствий для агроландшафта заменить посевы традиционных культур посевами их генетически модифицированных аналогов.
Для проведения такого сравнения необходима информация, касающаяся, в первую очередь, биологии исходного нетрансгенного растения, его экологических и агробиологических характеристик. Такая справочная информация должна быть достаточно детальной и убедительной как для разработчиков, так и для экспертов, принимающих решение о биобезопасности ТР. Одними из наилучших источников такой информации могут быть монографии, детально описывающие данный вид и в, особенности, такие его свойства, которые за счет трансгенов могут измениться и привести ТР к одичанию, к возникновению и проявлению у него свойства инвазивности, к его вредному воздействию на другие полезные организмы и т.п. В таком справочном источнике, рекомендованном экспертам и разработчикам, должны быть описаны:
таксономические характеристики растения;
практика потребления или использования его урожая;
практика (региональная и локальная) разведения растения, его семеноводства и агротехники (Regional/national breeding, seed production, and agronomic practices);
репродуктивная биология растения, включая детали опыления, распространения пыльцы и семян, образование внутривидовых, межвидовых и межродовых (intergeneric) гибридов;
детальная информация, касающаяся центров происхождения и генетического разнообразия данного вида,
детальная информация о плоидности растения, о его предках и совместимых видах при скрещивании (progenitors and any sexually compatible species)
распространение и экология его родственных одичавших биотипов (feral biotypes), включая данные о том, что при определенных условиях данное растение может стать сорняком,
основные болезни и вредители растения;
потенциальное взаимодействие с другими организмами - опылителями, микоризными грибами, животными, питающимися надземными частями растения и др.
Эксперты OECD и Канадского Агентства по контролю пищевых продуктов подготовили, согласовали и опубликовали подробные документы и монографии, характеризующие биологию и экологию растений, наиболее часто применяемых в качестве объектов генной инженерии. Эти источники рекомендуются в качестве международных справочных при проведении оценок риска таких трансгенных растений, как рис (Oryza sativa), пшеница (Triticum aestivum), картофель (Solanum tuberosum), лен (Linum usitatissimum), кукуруза (Zea mays), соя (Glycine max), масличный рапс (Brassica napus). Соответствующие документы имеются на сайтах (http://www.cfia-acia.agr.ca/english/plaveg/pbo/pbobbve.shtml; http://www.oecd.org//ehs/ehsmono).
В целом, при оценке степени биологической опасности по принципу близкого сходства, ТР должно быть безопасным и похожим на соответствующий изогенный (нетрансгенный) аналог.
ТР должно быть генетически стабильным
ТР должны стабильно продуцировать белки, кодируемые трансгенами, в течение ряда поколений. Для доказательства этого необходимы такие сведения, как уровень экспрессии белков, кодируемых трансгенами, так и степень генетической стабильности (наследуемости) признаков, ими обусловленных. Обычно для определения количественного уровня экспрессии белков трансгенами используются различные иммунологические методы. Если новое свойство ТР обусловлено не синтезом белков, а синтезом РНК (например, антисмысловой), то стабильность этого признака должна быть установлена путем анализа присутствия встроенной ДНК, ее кодирующей, либо наличием синтеза соответствующей РНК.
В специальных опытах ТР должно быть скрещено с соответствующим исходным не трансгенным растением, а у потомства должно быть определено как наличие или отсутствие как трансгена, так и его продуктов. Так, например, в случае трансгеной Bt-защищенной кукурузы (MON 810) было показано, что как трансген cry1аb, так и кодируемый им признак (синтез эндотоксина), стабильно наследуются в течение, по крайней мере, семи поколений и это наследование подчиняется законам менделевской генетики.
Негативные последствия экспрессии трансгенов
Для идентификации возможной опасности уровень экспрессии трансгена должен быть определен в каждом органе ТР (надземном и подземном). Обычно концентрация трансгенного белка в тканях ТР может быть весьма малой (значительно меньше, чем 0,1% от сухой массы). Этого может не хватать, например, для оценки острой токсичности ТР. Поэтому для этой цели используют эндотоксины, кодируемые тем же трансгеном, но экспрессируемые микроорганизмами (Bt и другими) в больших концентрациях. В этом случае должна быть доказана функциональная эквивалентность препаратов нативного или трансгенного белка-энтомотоксина бактериального и растительного происхождения (эквивалентность их физико-химических характеристик и биологической активности). Для демонстрации функциональной эквивалентности принято использовать специфические антитела. Следует принимать во внимание и возможность пост-трансляционной модификации трансгенного белка (в особенности, его гликозилирование), что может повлиять на аллергенность ТР.
Риск превращения ТР в сорняк
Сорняками принято считать те виды растений, которые легко колонизируют агроэкосистемы и могут вытеснять другие растения. Сорняки всегда имеют селективные преимущества по сравнению с традиционными сельскохозяйственными культурами. Таким образом, различные факторы устойчивости, обусловливаемые трансгенами, (например, устойчивость к вредным насекомым, неизбирательным гербицидам, другим биотическим или абиотическим стрессорам) могут, в принципе, повышать риск того, что соответствующее ТР может стать сорняком. Первое, что должно быть установлено - не повысился ли репродуктивный потенциал ТР в результате генетической модификации. С этой целью должно быть определено количество образуемых ТР семян, их полевая всхожесть, количество и жизнеспособность пыльцы. Совершенно неожиданным, как указывалось, стало недавнее сообщение о том, что трансгенный Bt-защищенный подсолнечник образует на 50% больше семян, чем его исходный нетрансгенный аналог, и этот признак наследуется (Dalton, 2002).
В целом, примерная генерализованная схема оценки риска инвазивности энтомоцидных ТР представлена в табл. 1, ссылки на конкретные методы приведены в работе (Вельков и др., 2003).
Таблица 1. Схема оценка степени инвазивности трансгенных энтомоцидных растений (ТЭР).
| Мероприятие | Место проведения | Условия проведения | Примечание |
Высев смеси семян ТЭР и контрольных растений | Теплица | В разных соотношениях | В присутствии целевых насекомых |
В отсутствии целевых насекомых | |||
Опытное поле | В присутствии целевых насекомых | ||
В отсутствии целевых насекомых |
Риск переноса трансгенов в родственные растения
Интрогрессия трансгенов из ТР представляет реальную опасность только в том случае, если донорное и акцепторное растения способны к перекрестному опылению (sexually compatible), а образовавшиеся вследствие этого гибриды жизнеспособны. Для оценки риска интрогресии анализу подлежит следующая информация:
репродуктивной биологии ТР и родственных растений - потенциальных акцепторов трансгенов,
распространении в агроландшафте растений, потенциальных акцепторов трансгенов,
возможных экологических и других негативных последствиях в случае, если интрогрессия действительно произойдет.
Особую озабоченность могут вызывать ситуации, когда в результате интрогрессии нетрансгенное растение сможет приобрести новые экологические преимущества (устойчивость к гербициду, энтомоцидность, повышенная жизнеспособность). Примерная схема оценки риска интрогрессии представлена в табл. 2. Ссылки на конкретные методы приведены в работе (Вельков и др., 2003).
Таблица 2. Оценка риска интрогрессии трансгенов
| Мероприятие | Место проведения | Вектор переноса | Примечание |
Оценка дальности переноса пыльцы, вероятности образования половых гибридов | Опытное поле | От донорных растений к акцепторным | С учетом площадей донорных и акцепторных растений |
Риск переноса трансгенов от ТР к бактериям
Перенос генов от бактерий к растениям хорошо известен, детально изучен и применяется для получения ТР путем их трансформации Ti-плазмидами Agrobacterium tumefaciens. Несмотря на многочисленные попытки, перенос генов от растений к бактериям, происходящий, очевидно, в природных условиях, воспроизвести пока не удалось. Теоретически такое возможно, если:
1. ДНК, высвободившаяся из содержащихся в почве остатков ТР, будет способна к трансформации почвенных бактерий,
2. такие бактерии будут пребывать в компетентном для трансформации состоянии.
Действительно, как показано во многих исследованиях, ДНК растений может находиться в почве в стабильном состоянии и быть способной к трансформации. Однако почвенные бактерии в реальных природных условиях могут быть компетентными к поглощению чужеродной ДНК в весьма редких случаях. Полагается, что если перенос генов от растений к бактериям в природе и происходит, то с крайне малой вероятностью, достоверно прогнозировать которую современный уровень знаний пока не позволяет (Вельков и др., 2003). Тем не менее, как известно, очень редкие события могут иметь весьма тяжелые последствия. Не возникнет ли в результате переноса генов от ТР к бактериям новый опасный микроорганизм?
Экологические последствия переноса генов от ТР к бактериям
Негативные экологические последствия "захвата" бактериями функциональных трансгенов из ТР могут возникнуть при наличии следующих факторов:
1. в результате селективного давления в направлении реализации у микроба нового свойства, приводящего к большей конкурентоспособности бактериальных трансформантов;
2. вследствие возникшей способности у популяции трансформированных бактерий колонизировать новую экологическую нишу;
3. наконец, в результате прямого или опосредованного воздействия "новых" генно-модифицированных бактерий на окружающие их консортные организмы.
При необходимости, именно эти факторы и должны анализироваться в контексте оценки экологического риска переноса генов от ТР к бактериям.
ТР могут иметь новые свойства, опасные для агроэкосистемы
После того, как охарактеризована степень схожести ТР и его безопасного нетрансгенного аналога, должны быть весьма детально охарактеризованы и их различия, а именно:
1. наличие принципиально новых свойств у ТР (энтомоцидность, например),
2. модификации признаков и свойств, ранее имевшихся у не трансгенного аналога.
Экологический риск вызывается не самим трансгеном как таковым, а новизной ТР. Полезную информацию можно получить путем, например, оценки экспрессии трансгена (кодирующего, в частности, устойчивость к грибным фитопатогенам) влиять на другие виды устойчивости. При этом целесообразно проводить сравнение с аналогичными нетрансгенными растениями, устойчивыми к тем же самым фитопатогенам, но полученными методами традиционной селекции.
Измененная агротехнология ТР как индуктор нарушений в агроэкосистемах
Потенциальную опасность для агроэкосистем могут представлять не только ТР как таковые, но и изменения сельскохозяйственной и лесоводческой практики, вызванные спецификой их производства. Примером такого изменения может быть почти повсеместное возделывание канадскими фермерами масличного рапса (B. napus), устойчивого к гербицидам. Наличие глифосатустойчивого трансгенного рапса позволило фермерам перейти не только к практике так называемого прямого стерневого посева, но и вообще отказаться от культивации. Это обеспечивает как противоэрозионную защиту верхнего слоя почвы (удерживаемого стерней от выдувания), так и сохранение в пахотном слое почвы влаги, поскольку стерня препятствуют ее испарению.
ТР, устойчивые к абиотическим стрессорам, способны к эффективному росту, в частности, на засоленных или щелочных почвах, в условиях недостатка воды, при частых заморозках. Все это делает возможным крупномасштабное производство таких ТР в тех ареалах, где они ранее не выращивались. При этом нельзя исключать консортных нарушений в эндемичных экосистемах, для которых такие ТР будут "экзотическими" консорбентами.
Полевые испытания ТР - необходимое условие для всесторонней оценки их экологического риска
Впервые такие испытания проводили при оценке эффективности и потенциальной экологической опасности трансгенной Bt-защищенной кукурузы (MON 810) в 1994-1995 гг. в США, а затем в Италии и Франции. В США, в частности, ТР испытывали в шести регионах кукурузного пояса США, характеризующихся различными экологическими условиями. В итоге было установлено, что процесс биосинтеза Cry1Ab-токсина кукурузой был сходным во всех регионах ее выращивания. Концентрация токсина в надземных тканях ТР на протяжении всего периода вегетации была достаточной для поражения стеблевого мотылька и других целевых вредителей. Следует отметить, что полевые испытания - это самая дорогостоящая стадия оценки эффективности и потенциальной опасности ТР. Так, стоимость проведения одного полевого испытания ТР может составлять несколько миллионов долларов.
Оценка риска поражения нецелевых организмов
Очевидно, что в случае поражения ТЭР как целевых, так и не целевых организмов в экосистеме может происходить:
нарушение трофических связей в цепях питания (растения > фитофаги);
нарушение функционирования первичных звеньев экосистемы хищник-жертва (насекомое > насекомое, фитофаг > энтомофаг);
нарушение численности и видового состава ризосферных микробных популяций;
уменьшение численности природных популяций Вacillus thurigiensis, нуждающихся для своего развития в жизнеспособных личинках насекомых, чувствительных к Вt-токсину.
Анализ опубликованных данных позволяет полагать (Вельков и др., 2003), что при действии ТЭР на нецелевых насекомых наибольшую опасность может представлять снижение численности:
насекомых (или других животных-хозяев), являющихся пищей для хищников;
насекомых, поражающих вредных членистоногих, в особенности переносчиков инфекций;
насекомых, необходимых для развития полезных микроорганизмов;
насекомых-опылителей.
В табл. 3 приведена схема оценки риска воздействия ТЭР на нецелевые организмы. При этом все экологические последствия выращивания ТЭР целесообразно сравнивать с последствиями воздействия на экосистемы химических инсектицидов. Ссылки на конкретные методики содержатся в работе (Вельков и др., 2003).
Таблица 3. Оценка риска негативного влияния ТЭР на биоту агроэкосистем
| Мероприятие | Место наблюдения | Пищевой субстрат | Примечание |
Оценка эффективности поражения целевых насекомых: | Лаборатория | Диеты с энтомотоксином, органы ТЭР |
|
Теплица, камеры | ТЭР и контрольные растения |
| |
Опытное поле | ТЭР и контрольные растения | С применением и без применения инсектицида | |
Оценка эффективности поражения нецелевых насекомых: | Лаборатория | Диеты с энтомотоксином, органы ТЭР |
|
Теплица, камеры | ТЭР и контрольные растения |
| |
Опытное поле | ТЭР и контрольные растения | С применением и без применения инсектицида | |
Оценка эффективности поражения нецелевых почвообитающих организмов | Лаборатория | Диеты с энтомотоксином, органы ТЭР |
|
Теплица, камеры | ТЭР и контрольные растения |
| |
Опытное поле | ТЭР и контрольные растения | С применением и без применения инсектицида | |
Оценка влияния на микрофлору ризосферы | Теплица, камеры | ТЭР и контрольные растения | Доминантные виды ризосферы |
Опытное поле | ТЭР и контрольные растения | С применением и без применения инсектицида | |
Оценка влияния на перенос генов в микрофлоре ризосферы | Теплица, камеры | ТЭР и контрольные растения |
|
Опытное поле | ТЭР и контрольные растения | С применением и без применения инсектицида |
Оценка риска возникновения и распространения насекомых, резистентных к Bt-токсину
Длительная экспозиция больших популяций насекомых, исходно чувствительных к действию Bt-продуцирующих растений, может привести к селекции насекомых-мутантов, устойчивых к энтомотоксину и затем к быстрому (в отсутствие конкуренции) их размножению. В результате чувствительные к Bt-токсину популяции могут быть вытеснены популяциями устойчивых фитофагов, что сделает экономически неоправданным как возделывание ТЭР, так и использование микробных препаратов (на основе Bt-токсина) для борьбы с вредными насекомыми. Для оценки риска возникновения организмов, устойчивых к Bt-токсину, весьма существенна следующая информация (Bourguet et al., 2000; Ferre, Van Rie, 2002):
доказательства, что такие мутанты действительно возникают;
в каких генах и какие именно мутации приводят к устойчивости и каков ее механизм;
характер доминирования алеллей устойчивости и чувствительности у потомства скрещивания устойчивых и чувствительных форм;
частота встречаемости аллелей устойчивости к токсину в природных популяциях фитофагов;
жизнеспособность устойчивых мутантов насекомых в сравнении с чувствительными их формами;
наконец, особая стратегия сдерживания распространения устойчивых форм фитофагов.
Схема фитосанитарного мониторинга оценки частоты встречаемости в природных популяциях мутантов целевых насекомых, устойчивых к ТЭР, представлена в табл. 4.
Таблица 4. Оценка частоты встречаемости мутантов целевых насекомых, устойчивых к энтомоцидному действию ТЭР
| Мероприятие | Место наблюдения | Пищевой субстрат | Примечание |
Оценка встречаемости целевых насекомых, устойчивых к энтомотоксину | Лаборатория | Диета с токсином | В лабораторных популяциях |
Теплица | ТЭР | В лабораторных популяциях | |
Поле | не ТЭР | В природных популяциях |
В табл. 5 представлена принципиальная схема оценки риска распространения целевых насекомых, устойчивых к энтомоцидному действию ТЭР. В случае, если мутации устойчивости к энтомотоксину будут доминантными, то такой риск должен считаться неприемлемо высоким. Ссылки на конкретные методы даны нами ранее (Вельков и др., 2003).
Таблица 5. Оценка риска распространения мутантных целевых насекомых, устойчивых к энтомоцидному действию ТЭР
| Мероприятие | Место проведения | Пищевой субстрат | Примечания |
Оценка степени доминирования устойчивых мутантов целевых насекомых | Лаборатория | Диеты с токсином | С разными концентрациями токсина |
Камеры | ТЭР | ||
Оценка жизнеспособности устойчивых мутантов целевых насекомых | Камеры | Контрольные растения | В сравнении с природными насекомыми |
Мероприятия по снижению риска распространения целевых насекомых, устойчивых к ТЭР
Стратегия сдерживания распространения мутантов, устойчивых к Bt-токсину (high-dose/refuge strategy), базируется на следующих положениях (Tang et al., 2001; Carriere, Tabashnik; 2001):
гены устойчивости к токсину (R) должны быть рецессивны, а гены чувствительности к нему (S) - доминантны;
гетерозиготные особи (R/S) должны иметь очень низкую (менее 5%) выживаемость на трансгенных растениях, сходную с той, которую имеют гомозиготные особи (S/S);
частота встречаемости "островов" нетрансгенных растений должна обеспечивать превалирование гомозиготных особей (S/S), достаточное для того, чтобы численность этих особей при скрещиваниях превышала аналогичную с генотипом (R/R); это обеспечит существенное преобладание в потомстве особей с генотипами R/S и S/S;
близость расположения убежищ нетрансгенных растений к посевам ТР должна быть такой, чтобы реализовались случайные скрещивания насекомых, в них обитающих.
Еще раз подчеркнем, что наличие научно обоснованного плана сдерживания распространения мутантов целевых вредителей, устойчивых к поражающему действию ТЭР, является необходимым требованием государственных ведомств США при оценке экологического риска массовой интродукции данного ТЭР. Без реализации такого плана на практике интродукция ТЭР не может считаться экологически безопасной.
Оценка риска негативного воздействия ТР на свойства почвы
Как оказалось, трансгены могут приводить к побочным биохимическим эффектам у растения-реципиента, в частности, вызывать увеличение содержания в его органах гликоалкалоидов, а также повышать синтез лигнина, При детальном изучении десяти гибридных линий Bt-защищенной кукурузы (Cry1Ab) обнаружено, что все они имели повышенное содержание лигнина (на 33-97%). В свою очередь, это уменьшало интенсивность микробной биодеградации биомассы Bt-кукурузы в почве, вследствие чего общая метаболическая активность почвы существенно снижалась. Кроме того, длительное присутствие в почве не разлагающихся остатков Bt-кукурузы, содержащих Bt-токсин, может представлять серьезную опасность для нецелевых чувствительных к Bt-токсину организмов и ускорить процесс селекции их устойчивых форм (Saxena, Stotzky, 2001). Примерная схема оценки риска негативного влияния ТР на функциональные характеристики почвы представлена в табл. 6.
Таблица 6. Оценка риска негативного влияния ТЭР на функциональные характеристики почвы
| Мероприятие | Место проведения | Пищевой субстрат | Очередность наблюдений *) |
Оценка содержания энтомотоксина в почве | Лаборатория, камеры | ТЭР и контрольные растения |
|
Опытное поле | |||
Оценка влияния на основные биохимические характеристики почвы | Лаборатория, камеры | ||
Опытное поле | С применением и без применения инсектицида |
*)Указываются периодичность и общий срок проведения наблюдений.
Заключение
Итак, современный мир движется в сторону трансгенной биотехнологии, и процесс этот не остановить. Как удалось показать, к настоящему времени методы оценки экологического риска производства ТР хотя и разработаны (в основном исследователями США и стран ЕС), но продолжают совершенствоваться. Базируясь на этих разработках, Россия, подобно другим агропромышленным странам, должна иметь отлаженный механизм государственного регулирования производства ТР, не допускающий коммерциализации или выпуска в агросферу страны ТР, представляющих экологическую угрозу. Однако государственные органы, которые должны были бы осуществлять подобное регулирование на основании "Положения о государственной экологической экспертизе и фитосанитарном мониторинге посевов генно-модифицированных растений", в полном объеме пока не функционируют. Рабочие группы экспертов этих ведомств, санкционируя производство ТР, зачастую руководствуются только собственной научной интуицией, поскольку нормативные документы, необходимые для государственного регулирования этой сферы биотехнологии, в полном объеме пока не разработаны.
Для успешного решения актуальных задач государственного регулирования интродукции ТР в условиях России необходимо:
эффективное функционирование нескольких независимых государственных ведомств, в которых на постоянной, профессиональной основе работают ученые и эксперты разных специальностей, не занимающиеся разработкой, внедрением и коммерциализацией ТР и лично в этом не заинтересованные;
проведение этими ведомствами в рамках своей компетенции и делегированных им полномочий экспертизы результатов оценок рисков ТР (биобезопасности, экологического и др.);
наличие нормативных документов по оценке риска производства ТР и регламентирующих работу этих ведомств в части их касающейся;
наличие нормативных документов, соответствующих законодательству РФ, в которых были бы сформулированы требования к оценкам ТР и научно обоснованные методы проведения таких оценок;
наличие международно-признанных (переведенных на русский язык) информационно-справочных документов и фундаментальных монографий по биологии основных видов культурных растений, перспективных для генно-инженерной модификации.
С учетом вышеизложенного представляется заслуживающим внимания мнение эксперта ЮНЕП А.Г.Голикова о том, что "если мы вовремя не создадим своей достоверной, "прозрачной" и профессиональной системы регулирования биотехнологии, то рискуем безнадежно опоздать, и своей доли в этом сверхполезном и сверхприбыльном бизнесе у нас не будет" (Покровский, 2002).
Литература
Вельков В.В., Соколов М.С., Медвинский А,Б. Оценка агроэкологических рисков производства трансгенных энтомоцидных растений / Агрохимия, 2003, 2, 74-96.
Покровский В. Особенности национальной биотехнологии / Независимая газета (наука), 25.09.2002, с.14.
Семенюк Е.Г., Проблема оценки риска трансгенных растений / Агрохимия, 2001, 10, 85-96.
Соколов М.С., Марченко А.И., Потенциальный риск возделывания трансгенных растений и потребления их урожая. / Сельскохозяйственная биология, 2002, 5, 3-23.
Bourguet D, Genissel A, Raymond M. Insecticide resistance and dominance levels. /J Econ Entomol., 2000; 93 (6):1588-1595.
Carriere Y., Tabashnik B.E. Reversing insect adaptation to transgenic insecticidal plants. / Proc R Soc Lond B Biol Sci 2001; 268 (1475):1475-1480.
Dale P.J., Clarke B., Fontes E.M. Potential for the environmental impact of transgenic crops. / Nat Biotechnol., 2002; 20, (6):567-574.
Dalton R., Suрerweed study falters as seed firms deny aВаш комментарий:Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Чтобы оставить комментарий, необходимо авторизоваться.
