Книга: Основы биоэтики

6.1. Биотехнология, биобезопасность и генетическая инженерия: к истории вопроса

6.1. Биотехнология, биобезопасность и генетическая инженерия: к истории вопроса

Биоэтика как «наука выживания» и «новая мудрость» объединяет, по Поттеру, биологические знания и общечеловеческие ценности. По мере динамичного развития междисциплинарных исследований, применения новейших биомедицинских технологий, в том числе, и генно-инженерных, расширяется проблемное поле биоэтики. Поддержание биологического разнообразия как вариабельности живых организмов из всех источников, включая земные, морские или иные водные экосистемы и экологические комплексы, разнообразия между видами, в рамках вида и разнообразия экосистем[44], обоснование механизмов биобезопасности как системы мер «по обеспечению безопасного создания, использования и трансграничного перемещения живых измененных организмов, являющихся результатом биотехнологии»[45], занимают в современной биоэтике одно из ведущих мест.

Человек в своей деятельности издревле использовал живые организмы. При этом речь идет не только о непосредственном производстве сельскохозяйственной продукции путем выращивания растений и животных. Люди, сами того не подозревая, использовали и микроорганизмы. Хлебопечение, пивоварение, производство кисломолочной продукции, квашение овощей, виноделие, производство спирта и другие – 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 микробиологические процессы. Это и понятно. Все перечисленные выше традиционные биотехнологии 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 изолированных 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 растений, 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, соматическая гибридизация путем слияния протопластов, клеточная селекция и др. Многие из этих методов явились необходимой методической основой для успешного начала следующего этапа развития биотехнологии.

Последние годы XX в. характеризовались бурным развитием биотехнологий, основанных на достижениях молекулярной биологии и генетики. Благодаря разработке методов выделения наследственного материала (ДНК), его изучению (идентификации последовательностей, кодирующих определенные гены), созданию его новых комбинаций с помощью манипуляций, осуществляемых вне клетки, и перенесению этих новых генетических конструкций в живые организмы появилась возможность создавать новые сорта растений, породы животных, штаммы микроорганизмов, обладающие 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 сельскохозяйственных культур, устойчивые к гербицидам, вирусам, насекомым-вредителям, неблагоприятным факторам среды (холод, жара, засуха, засоление почв), с улучшенными качественными характеристиками (улучшенный состав белков, углеводов, растительного масла) занимают посевные площади, превышающие 100 млн гектаров. Продукты питания, изготовленные из таких сортов, теперь уже не редкость на прилавках магазинов многих стран мира.

В Беларуси сложилась мощная микробиологическая промышленность. В частности, налажено производство лекарственных препаратов антимикробного, противовирусного, противовоспалительного, противоопухолевого, противолейкозного действия, аминокислот, витаминов, ферментов, гормонов, нуклеиновых компонентов, вакцин, кровезаменителей, диагностикумов и других (всего более 300 наименований). Для нужд сельского хозяйства производятся различные кормовые добавки, средства ветеринарной защиты животных, регуляторы роста растений и животных, инсектицидные, противобактериальные, противогрибные и противовирусные биопрепараты широкого спектра действия.

Начинается использование новых биотехнологий и применительно к растениям и животным. Освоены и усовершенствованы методы получения и микроклонального размножения чистого от патогенов посадочного материала сельскохозяйственных и декоративных культур. Новые методы, основанные на культивировании изолированных клеток и тканей растений, в том числе соматическая гибридизация путем слияния протопластов, культура пыльников и микроспор, находят применение в селекции сельскохозяйственных растений. В селекции животных применяются такие биотехнологические методы, как оплодотворение in vitro, трансплантация, деление и криоконсервирование эмбрионов.

Развитию новых биотехнологий уделяется большое внимание на государственном уровне. За последние годы реализован ряд крупных государственных программ. Это научно-технические программы «Инфекции и медицинские биотехнологии» и «Промышленная биотехнология», а также государственная программа фундаментальных исследований «Разработка научных основ биотехнологических процессов: селекция и создание коллекции непатогенных микроорганизмов как биотехнологических объектов; генетическая и клеточная инженерия растений и микроорганизмов; микробный синтез биологически активных соединений и использование микроорганизмов в промышленности, сельском хозяйстве и охране окружающей среды («Биотехнология»)». Государственная программа «Разработка и использование генно-инженерных биотехнологий в интересах сельского хозяйства и медицины («Генетическая инженерия»)» помимо проведения научных исследований включала комплекс организационных и кадровых мероприятий, призванных дать толчок ускоренному развитию этого перспективного научного направления. В соответствии с недавно принятой государственной программой «Биотехнология» (раздел «ДНК-технологии для сельского хозяйства и медицины» на 2007–2011 гг.) предполагается проведение работ по созданию трансгенных сортов картофеля, устойчивых к вирусам, бактериям, способных противостоять колорадскому жуку; улучшенных сортов клевера, клюквы крупноплодной и других культур. В рамках Союза Беларуси и России выполняется научная программа «Создание высокоэффективных биологически безопасных лекарственных препаратов нового поколения на основе белков человека, полученных из молока трансгенных животных («Белространсген»)». Тем не менее, видно заметное отставание нашей страны в развитии именно генно-инженерных биотехнологий, которые требуют вложения значительных финансовых средств. Поэтому ожидать быстрого прорыва в этой области не приходится. В связи с этим целесообразно расширять международное сотрудничество в современной биотехнологии, чтобы ускоренно внедрять и использовать достижения других стран.

Несмотря на значительные достижения и блестящие перспективы, восприятие населением первых генетически модифицированных продуктов, было неоднозначным. Демонстрации, пикеты, шумная пропагандистская кампания в прессе, уничтожение «приверженцами традиционного земледелия» посадок трансгенных культур, национальные референдумы о запрете генетической инженерии стали обычным делом во многих странах. Такая реакция вполне объяснима: опыт показывает, что внедрение новых, революционных технологий может быть сопряжено с неблагоприятными, даже трагическими последствиями для здоровья человека и окружающей среды (примеров этого в истории достаточно). Однако это не означает, что надо отказываться от новых технологий. Важно своевременно определить возможные риски, связанные с их использованием, разработать и применять, если это необходимо, соответствующие меры предосторожности.

Среди потенциальных рисков для здоровья человека, связанных с использованием генно-инженерных биотехнологий, рассматриваются, например, изменение активности отдельных генов живых организмов под влиянием вставки чужеродной ДНК, в результате которого может произойти ухудшение потребительских свойств продуктов питания, получаемых из этих организмов. В продуктах питания, полученных из генно-инженерных организмов, может быть повышенный по сравнению с реципиентными организмами уровень каких-либо токсичных, аллергенных веществ, который превышает установленные пределы безопасности. Опасения экологов вызывает высвобождение в окружающую среду трансгенных организмов, прежде всего сельскохозяйственных растений и животных, в геном которых привнесены чужеродные, не характерные для них гены микроорганизмов, вирусов, что может приводить к изменению естественных биоценозов в результате переноса трансгенов диким видам, появлению новых, более агрессивных патогенов, сорняков, поражению организмов, не являющихся мишенями трансгенных признаков, и др.

Первые генно-инженерные сорта сельскохозяйственных растений появились в производстве в 1992 г. Они показали свою высокую эффективность, преимущество перед сортами, созданными с помощью традиционной селекции. Площади под ними стремительно расширяются. Большинство опасений относительно их возможной угрозы здоровью человека и окружающей среде не подтвердилось. Однако мы имеем еще очень короткую историю безопасного использования генно-инженерных организмов. Руководствуясь принципом предосторожности, в течение достаточно длительного времени необходимо принимать меры безопасности, включая государственное регулирование в области генно-инженерной деятельности. Задача эффективного государственного регулирования состоит в том, чтобы обеспечить, с одной стороны, максимально благоприятные условия для развития генетической инженерии как одного из приоритетных научных направлений, а с другой – гарантировать безопасность при осуществлении и использовании результатов и продуктов генно-инженерной деятельности.

Другая часть этой задачи достигается благодаря применению системы мероприятий, направленных на предотвращение или снижение до безопасного уровня неблагоприятных воздействий генно-инженерных организмов на здоровье человека и окружающую среду при осуществлении генно-инженерной деятельности, которая получила название «биобезопасность». Биобезопасность (безопасность генно-инженерной деятельности) как новую область человеческих знаний можно разделить на два основных направления. Первое из них связано с разработкой и применением различных методов оценки и предупреждения риска возможных неблагоприятных эффектов генно-инженерных (трансгенных) организмов (ГИО), второе – с системой государственного регулирования безопасности генно-инженерной деятельности.

К настоящему времени разработана эффективная система оценки безопасности генно-инженерных трансгенных организмов для здоровья человека и окружающей среды. Она содержит целый ряд подходов и методов, начиная с этапа планирования предполагаемой генетической модификации и заканчивая получением свидетельства о государственной регистрации трансгенного сорта, дающего право использовать генно-инженерные (трансгенные) организмы в хозяйственной деятельности. В большинстве развитых стран мира принято и эффективно функционирует специальное законодательство, касающееся биобезопасности, а также созданы соответствующие компетентные органы, которые претворяют его в жизнь.

В системе международных отношений вопросы биобезопасности вышли в последнее время на первый план. В 2000 г. странами – Сторонами Конвенции о биологическом разнообразии (Беларусь является Стороной этой Конвенции) принят Картахенский протокол по биобезопасности, основная цель которого – «содействие обеспечению надлежащего уровня защиты в области безопасной передачи, обращения и использования живых измененных организмов, являющихся результатом современной биотехнологии, способных оказывать неблагоприятное воздействие на сохранение и устойчивое использование биологического разнообразия, с учетом также рисков для здоровья человека и с уделением особого внимания трансграничному перемещению» (Картахенский протокол, ст. 1). Протокол вступил в силу 11 сентября 2003 г.

Каждая Сторона Конвенции должна принять необходимые правовые, административные и иные меры для выполнения своих обязательств, предусмотренных в рамках Протокола. Речь, в частности, идет о разработке и принятии соответствующего законодательства, регулирующего безопасность генно-инженерной деятельности, создании административных структур (или наделении соответствующими полномочиями уже существующих), ответственных за реализацию этого законодательства, формировании системы обоснованного принятия решений по вопросам генно-инженерной деятельности, которая включает оценку и предупреждение риска возможных неблагоприятных ее последствий, разработку и внедрение механизма информирования и участия общественности в принятии решений по вопросам генно-инженерной деятельности.

В Беларуси предприняты важные шаги в области безопасного использования генно-инженерных биотехнологий, однако многое предстоит еще сделать. Среди того, что уже сделано, следует отметить, прежде всего, создание Национального координационного центра биобезопасности, в функции которого входят сбор, анализ и систематизация информации о законодательстве, научных исследованиях, полевых испытаниях, ввозе/вывозе, использовании генно-инженерных организмов в хозяйственной деятельности; предоставление этой информации заинтересованным министерствам и другим органам государственного управления, средствам массовой информации; обмен информацией с координационными центрами других стран, международными организациями; обеспечение проведения научной экспертизы безопасности генно-инженерных организмов; оказание консультативных услуг в разработке законодательных актов и руководств по биобезопасности, в подготовке предложений по заключению двусторонних и региональных соглашений. Сотрудниками Центра совместно с юристами предложена концепция государственного регулирования безопасности генно-инженерной деятельности в Республике Беларусь, подготовлен проект Закона Республики Беларусь «О безопасности генно-инженерной деятельности» и пакет проектов соответствующих нормативных документов.

В мае 2002 г. Беларусь присоединилась к Картахенскому протоколу по биобезопасности к Конвенции о биологическом разнообразии. В связи с этим Совет Министров принял постановление от 5 июня 2002 г. «О мерах по реализации положений Картахенского протокола по биобезопасности к Конвенции о биологическом разнообразии», в котором определены республиканские органы государственного управления, ответственные за выполнение Протокола: Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды – в части функций, связанных с высвобождением генно-инженерных (трансгенных) организмов в окружающую среду, Министерство сельского хозяйства и продовольствия и Министерство здравоохранения – в части функций, связанных с использованием генно-инженерных (трансгенных) организмов в хозяйственной деятельности. Институт генетики и цитологии Национальной академии наук Беларуси, выполняющий функции Национального координационного центра биобезопасности, назначен ответственным за связь с секретариатом Конвенции о биологическом разнообразии по вопросам биобезопасности.

В ноябре 2000 г. Совет глобального экологического фонда принял «Первоначальную стратегию помощи странам в подготовке к вступлению в силу Картахенского протокола по биобезопасности» и утвердил совместный с Программой ООН по охране окружающей среды (ЮНЕП) глобальный проект «Разработка национальных систем биобезопасности», имеющий целью оказание финансовой и технической помощи 100 странам в разработке и создании их национальных систем биобезопасности, содействие региональному и субрегиональному сотрудничеству и обмену опытом по этим проблемам, что в целом должно помочь странам при вступлении в силу Картахенского протокола. Беларусь вошла в список этих стран, и в 2003–2004 гг. был выполнен совместный проект правительства нашей страны и ЮНЕП «Разработка национальной системы биобезопасности для Республики Беларусь».

Существует много определений генетической инженерии. По мнению авторов, суть новой технологии можно выразить следующим образом. Генетическая инженерия — это технология получения новых комбинаций генетического материала путем проводимых вне клетки манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот и переноса, созданных конструкций генов в живой организм, в результате которого достигается их включение и активность в данном организме и у его потомства.

Генно-инженерный (трансгенный) организм – живой организм, содержащий новую комбинацию генетического материала, полученную с помощью генетической инженерии. Как видно из этого определения, процесс создания генно-инженерного (трансгенного) организма можно разделить на несколько этапов. Первый этап включает выделение и идентификацию отдельных генов (соответствующих фрагментов ДНК или РНК), которые собираются перенести другим организмам, а также соответствующих регуляторных элементов (без них никакой ген функционировать не будет). Иногда гены или их части синтезируют искусственно.

Затем эти гены и регуляторные элементы соединяют между собой в определенном порядке с помощью чисто химических методов (технология рекомбинантных ДНК, или генная инженерия). То есть все названные манипуляции проводят вне организма, in vitro. В результате получается генетическая конструкция, которая содержит один или несколько генов (точнее, фрагментов ДНК, кодирующих последовательность аминокислот протеинов – продуктов генов), а также все необходимые регуляторные элементы, обеспечивающие активность этих генов (трансгенов) после их переноса в организмы. Такие генетические конструкции далее соединяют с ДНК так называемого вектора для клонирования. В качестве вектора чаще всего используют плазмиды – небольшие кольцевые молекулы ДНК, имеющиеся у большинства бактерий. Создание конструкции «клонирующий вектор – встроенная ДНК» необходимо для эффективного переноса и активности трансгенов (репликации и трансляции) в живых организмах.

Следующий этап – перенос трансгенов в отдельные живые клетки (процесс трансформации, или, как принято его называть в последнее время, «генетической модификации»), где они могут реплицироваться и передаваться дочерним клеткам, образовавшимся при делении трансформированных клеток. В случае если все описанные процедуры прошли нормально, из одной трансформированной клетки при культивировании возникает множество клеток, которые содержат привнесенную искусственную генетическую конструкцию, и при этом образуются протеины – продукты трансгенов. Биосинтез новых для организма протеинов является основой для проявления у него нового селекционного признака, например толерантности к гербицидам, антибиотикам, устойчивости к насекомым-вредителям и т. д.

Для одноклеточных организмов процесс генетической модификации заканчивается, как правило, внедрением в них рекомбинантной плазмиды и последующим отбором трансформированных клеток. Лишь в отдельных случаях для более высокой стабильности трансформантов добиваются включения трансгенов в бактериальную хромосому. В случае же высших многоклеточных организмов встраивание трансгенов в генетический материал клетки (ДНК хромосом или клеточных органелл – хлоропластов, митохондрий) является обязательным. Более того, необходимо из одной или нескольких трансформированных клеток восстановить целый организм. А это весьма непростая задача, которая была решена (правда, не для всех видов организмов в полной мере) сравнительно недавно. В частности, первые растения, регенерированные из отдельных клеток, были получены в начале 60-х гг. прошлого века, что стало возможным благодаря разработке эффективных методов культивирования изолированных растительных клеток на специальных питательных средах. Добавка в питательные среды определенных регуляторов роста (фитогормонов) позволяет управлять процессами деления клеток в культуре in vitro, а также, что самое главное, индуцировать у них морфогенез, т. е. «заставлять» их образовывать отдельные органы (стебли, корни) или даже целые зародыши (процесс эмбриогенеза), из которых в дальнейшем можно получить целое растение.

Как видно из приведенного выше, технология получения генно-инженерных организмов позволяет значительно расширить возможности традиционной селекции. Более того, благодаря ей, можно получать такие организмы, которые в принципе невозможно получить с помощью обычной селекции. Она делает реальным решение проблем борьбы с болезнями, голодом, которые считались ранее практически неразрешимыми.

Исторически ситуация сложилась так, что первые генно-инженерные работы были проведены на микроорганизмах. Это вполне объяснимо: микроорганизмы, как правило, одноклеточные существа, имеющие относительно простую организацию аппарата наследственности. Генетические манипуляции, в том числе с помощью технологии рекомбинантных ДНК, на них производить значительно проще, чем на многоклеточных организмах. Поэтому именно с генно-инженерными микроорганизмами связаны первые выдающиеся достижения современной биотехнологии и, прежде всего, получение жизненно важных для людей веществ. Люди «научили» микробов производить совершенно несвойственные для них соединения, которые намного качественнее и дешевле «натуральных» аналогов. Наибольшее значение среди таких соединений имеют те, недостаток или отсутствие которых в человеческом организме приводит к серьезным заболеваниям: диабету, гемофилии, карликовости, анемии и др.