Реферат: Генетически модифицированные микроорганизмы в природных ценозах

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕМИКРООРГАНИЗМЫ В ПРИРОДНЫХ ЦЕНОЗАХ.

Минск 2005г.

Высвобождение генетически модифицированных микроорганизмов(ГММ) в окружающую среду с различными целями осуществляется с 80-х годов; вчастности создано и применено на практике достаточное количество штаммовбактерий предназначенных для биодеградации различных поллютантов.

В целомможно выделить два пути, по которому могут развиваться события привысвобождении ГММ в окружающую среду. Предпочтительным является такое развитиесобытий: штамм выполняет задуманную человеком миссию и затем элиминируется изсреды (т.е. погибнет). Предполагается, что все высвобожденные в окружающуюсреду ГММ проследуют по данному пути, не оказав при этом никаких негативныхвоздействий на среду. Альтернативный путь предполагает избежание ГММ гибели иих размножение и эволюцию.

Традиционносчитается, что  высвобожденный вокружающую среду ГММ погибнет после выполнения своей функции из-за своей неконкурентоспособности по сравнению с природнымимикроорганизмами. Полагают, что данная низкая конкурентоспособность обусловленаметаболической перегрузкой, вызванной проведёнными со штаммом генетическимиманипуляциями, приводящими к затрате энергии на репликацию векторов, гиперпродукции чужеродного белка, перегрузке системыэкспорта белков и т.д. Действительно, существует большое количество хорошодокументированных случаев, когда успешно размножающиеся в лабораторных условияхштаммы быстро погибали после попадания в окружающую среду. Тем не менее,некоторые ГММ, по-видимому, способны приспособиться к новым условиям (условиямокружающей среды) и выжить.

Приобретениеприспособлений способствующих выживанию ГММ может идти различными путями. Кпримеру, высвобожденные в окружающую среду ГММ, предназначенные для деградацииполлютанта, могут приобрести повышенную конкурентоспособность при росте наальтернативном природном субстрате.

Так,например, был протестирован штамм Burkholderiaспособный к деградациигербицида 2,4-дихлорфеноксиацетата (2,4-Д). Линии этого штамма выращивались вусловиях избытка 2,4-Д или сукцината в качествеединственного источника углерода, таким образом шла селекция на повышениеспособности к росту на субстрате. Далее было показано, что часть линий,адаптированных к росту на 2,4-Д, также характеризуются повышенной (по сравнениюсо своими потомками)  способностью кросту на сукцинате и наоборот. Таким образом, ГММсозданные для биоремедиации среды от субстратаантропогенного происхождения (в данном случае 2,4-Д) могут параллельно улучшитьсвою конкурентоспособность при росте на альтернативном природном субстрате (вданном случае сукцинат), что увеличит вероятность ихвыживания и сохранения в природе.

Другимпримером приобретения приспособлений, способствующих выживанию ГММ, можетпослужить случай, когда ГММ, несущие чужеродные гены, используют их дляулучшения своей адаптивности.

Рядисследований показали, что обычно введение плазмиды вклетку микроорганизма приводит к дополнительной метаболической нагрузке и поэтой причине в неселективных условиях несущий плазмидуштамм менее конкурентоспособен, чем безплазмидныйштамм. Тем не менее, если плазмида вводиться в штамм,который имеет историю совместной эволюции с этим экстрахромосомальнымэлементом, то такой штамм может оказаться в неселективных условиях даже лучшеадаптированным, чем в отсутствие плазмиды.

Исследованияпоказали, что ГММ могут продуцировать токсичные вещества из-за неполногоразложения поллютантов, особенно если в почве или воде находиться смесьполлютантов, часть из которых не планировалось деградировать. Продуцируемые ГММтоксичные соединения могут ингибировать ростприродных микроорганизмов и обеспечивать им некоторое селективное преимущество.

Приведённыевыше последние два примера показывают, что ГММ, размножающие в природныхусловиях склонны эволюционировать в направлении использовании произведённыхчеловеком генетических манипуляций для повышения своей выживаемости.

Но дажеесли ГММ не успевают приспособиться к новым условиям (условиям окружающейсреды) и прекращают рост, то это ещё не обязательно означает их гибель. В ответна изменившиеся условия среды (например, в ответ на истощение субстрата,который они должны были деградировать), в такой популяции ГММ возможна индукциядвух различных ответов.

 Большинство клеток входят в стационарную фазуи приобретают общую резистентность в ожиданииулучшений условий роста. Таким образом, ГММ одновременно приобретаютустойчивость к  целому рядунеблагоприятных воздействий (высокая температура, экстремальные значения рН, УФ-излучение и т.д.) испособны находится в таком состоянии в среде неопределённо долгое время.

Другая,меньшая часть клеток, переходит в состояние повышенной мутабельностидля того, чтобы приобрести способность к росту в данных неблагоприятныхусловиях. При этом у данных клеток может происходить инактивациягенов репарации, генов ответственных за точность репликации, повышаться синтезсклонных к ошибкам полимеразам, в связи с чем частота мутаций резко возрастает.Большинство таких клеток погибает, но часть из них приобретает благоприятныемутации и выживает.

В любомслучае нынешнего уровня знаний в области биологии микроорганизмов недостаточно,чтобы с высокой степенью вероятности предсказать судьбу высвобожденных вокружающую среду ГММ и спрогнозировать эффект, который они могут оказать наприродные ценозы.

Тем неменее, худшие опасения противников высвобождения ГММ в окружающую среду не подтвердились.И утверждение, что ГММ могут вытеснить существующие виды из их экологическихниш, что приведёт к серьёзным изменениям в окружающей среде,  осталось бездоказательным. Многочисленныеполевые испытания показали, что, как правило, внесённые в окружающую среду ГММне распространяются за пределы участка, где проводилось тестирование, персистируют не более чем несколько месяцев, не передаютгены природным микроорганизмам и проявляют сходную биологическую активность,как в лабораторных, так и в природных условиях. Но поскольку с каждым ГММ могутбыть связаны различные побочные эффекты, при вынесении окончательного решения ополевых испытаниях каждый случай рассматривается в отдельности. Подобныеиспытания проводятся в США, Австралии, Великобритании и других странах.

Со временемстановиться всё больше сторонников точки зрения, что высвобождение в окружающуюсреду рекомбинантных микроорганизмов, прошедшихлабораторные и полевые испытания, не будет иметь неблагоприятных экологическихпоследствий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б.Глик, Дж.Пастернак.Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер. с англ.– М.: Мир, 2002. — 589 с.

2.  VassiliV. Velkov. Stress-inducedevolution and the biosafety of genetically modifiedmicroorganisms released into the environment / J. Biosci. 2001; Vol. 26. No. 5. p.667–683