Генетически модифицированные культуры ( ГМ-культуры ) — это растения, используемые в сельском хозяйстве , ДНК которых была изменена с использованием методов генной инженерии . Геномы растений могут быть сконструированы физическими методами или с использованием Agrobacterium для доставки последовательностей, размещенных в бинарных векторах T-ДНК . В большинстве случаев цель состоит в том, чтобы ввести в растение новый признак , который не встречается в природе у вида. Примеры в продовольственных культурах включают устойчивость к определенным вредителям, болезням, условиям окружающей среды, снижение порчи, устойчивость к химической обработке (например, устойчивость к гербициду ) или улучшение профиля питательных веществ в культуре. Примеры в непродовольственных культурах включают производство фармацевтических препаратов , биотоплива и других промышленно полезных товаров, а также для биоремедиации . [1]
Фермеры широко внедрили ГМ-технологии. Площадь посевов увеличилась с 1,7 млн га в 1996 году до 185,1 млн га в 2016 году, что составляет около 12% мировых пахотных земель. По состоянию на 2016 год основными признаками сельскохозяйственных культур ( соя , кукуруза , рапс и хлопок ) являются устойчивость к гербицидам (95,9 млн га), устойчивость к насекомым (25,2 млн га) или и то, и другое (58,5 млн га). В 2015 году 53,6 млн га генетически модифицированной кукурузы возделывались (почти 1/3 урожая кукурузы). ГМ-кукуруза превзошла своих предшественников: урожайность была на 5,6–24,5% выше при меньшем содержании микотоксинов (−28,8%), фумонизина (−30,6%) и трикотеценов (−36,5%). Нецелевые организмы не были затронуты, за исключением снижения популяций некоторых паразитоидных ос из-за снижения популяций их вредителя-хозяина — европейского кукурузного мотылька ; европейский кукурузный мотылек является целью активной кукурузы Lepidoptera Bt. Биогеохимические параметры, такие как содержание лигнина, не изменились, в то время как разложение биомассы было выше. [2]
Метаанализ 2014 года пришел к выводу, что принятие ГМ-технологий сократило использование химических пестицидов на 37%, увеличило урожайность на 22% и увеличило прибыль фермеров на 68%. [3] Это сокращение использования пестицидов было экологически выгодным, но выгоды могут быть уменьшены из-за чрезмерного использования. [4] Прирост урожайности и сокращение пестицидов больше для культур, устойчивых к насекомым, чем для культур, устойчивых к гербицидам. [5] Прирост урожайности и прибыли выше в развивающихся странах, чем в развитых странах . [3] Отравления пестицидами сократились на 2,4–9 миллионов случаев в год только в Индии. [6] Обзор 2011 года связи между принятием Bt-хлопка и самоубийствами фермеров в Индии показал, что «имеющиеся данные не показывают свидетельств «возрождения» самоубийств фермеров» и что «технология Bt-хлопка оказалась очень эффективной в целом в Индии». [7] В период внедрения Bt-хлопка в Индии количество самоубийств среди фермеров сократилось на 25%. [6]
Существует научный консенсус [8] [9] [10] [11] о том, что в настоящее время доступные продукты питания, полученные из ГМ-культур, не представляют большего риска для здоровья человека, чем обычные продукты питания, [12] [13] [14] [15] [16], но каждый ГМ-продукт должен быть протестирован в каждом конкретном случае перед введением. [17] [18] [19] Тем не менее, представители общественности гораздо менее склонны, чем ученые, считать ГМ-продукты безопасными. [20] [21] [22] [23] Правовой и нормативный статус ГМ-продуктов различается в зависимости от страны: некоторые страны запрещают или ограничивают их, а другие разрешают их с сильно различающейся степенью регулирования. [24] [25] [26] [27]
Люди напрямую влияли на генетический состав растений, чтобы повысить их ценность как сельскохозяйственных культур посредством одомашнивания . Первым свидетельством одомашнивания растений являются пшеница эммер и пшеница однозернянка , найденные в докерамических неолитических деревнях в Юго-Западной Азии, датируемых примерно 10 500–10 100 гг. до н. э. [28] Плодородный полумесяц Западной Азии, Египта и Индии были местами самого раннего планового посева и сбора растений, которые ранее собирались в дикой природе. Независимое развитие сельского хозяйства произошло в северном и южном Китае, африканском Сахеле , Новой Гвинее и нескольких регионах Америки. [29] Восемь неолитических культур-основателей ( пшеница эммер , пшеница однозернянка , ячмень , горох , чечевица , горькая вика , нут и лен ) появились примерно к 7000 г. до н. э. [30] Традиционные селекционеры сельскохозяйственных культур уже давно вводят чужеродную зародышевую плазму в сельскохозяйственные культуры, создавая новые скрещивания. Гибридное зерно злаков было создано в 1875 году путем скрещивания пшеницы и ржи . [31] С тех пор таким образом были введены такие признаки, как гены карликовости и устойчивости к ржавчине . [32] Культура растительных тканей и преднамеренные мутации позволили людям изменять состав геномов растений. [33] [34]
Современные достижения в области генетики позволили людям более непосредственно изменять генетику растений. В 1970 году лаборатория Гамильтона Смита открыла рестрикционные ферменты , которые позволяли разрезать ДНК в определенных местах, что позволило ученым изолировать гены из генома организма. [35] ДНК-лигазы , которые соединяют разорванную ДНК, были открыты ранее в 1967 году, [36] и путем объединения двух технологий стало возможным «вырезать и вставлять» последовательности ДНК и создавать рекомбинантную ДНК . Плазмиды , открытые в 1952 году, [37] стали важными инструментами для передачи информации между клетками и репликации последовательностей ДНК. В 1907 году была обнаружена бактерия, вызывающая опухоли растений, Agrobacterium tumefaciens , а в начале 1970-х годов было обнаружено, что агент, вызывающий опухоль, представляет собой ДНК-плазмиду, называемую плазмидой Ti . [38] Удалив гены в плазмиде, вызвавшие опухоль, и добавив новые гены, исследователи смогли заразить растения A. tumefaciens и позволить бактериям вставить выбранную ими последовательность ДНК в геномы растений. [39] Поскольку не все растительные клетки были восприимчивы к заражению A. tumefaciens, были разработаны другие методы, включая электропорацию , микроинъекцию [40] и бомбардировку частицами с помощью генной пушки (изобретенной в 1987 году). [41] [42] В 1980-х годах были разработаны методы введения изолированных хлоропластов обратно в растительную клетку, у которой была удалена клеточная стенка. С появлением генной пушки в 1987 году стало возможным интегрировать чужеродные гены в хлоропласт . [43] Генетическая трансформация стала очень эффективной в некоторых модельных организмах. В 2008 году были получены генетически модифицированные семена Arabidopsis thaliana путем погружения цветов в раствор Agrobacterium . [44] В 2013 году CRISPR впервые был использован для целенаправленной модификации геномов растений. [45]
Первым генетически модифицированным сельскохозяйственным растением был табак, о котором сообщалось в 1983 году. [46] Он был разработан путем создания химерного гена , который присоединил ген устойчивости к антибиотикам к плазмиде T1 из Agrobacterium . Табак был инфицирован Agrobacterium, трансформированным этой плазмидой, в результате чего химерный ген был вставлен в растение. С помощью методов культивирования тканей была выбрана одна клетка табака, которая содержала ген, и из нее было выращено новое растение. [47] Первые полевые испытания генетически модифицированных растений прошли во Франции и США в 1986 году, растения табака были сконструированы так, чтобы быть устойчивыми к гербицидам . [48] В 1987 году компания Plant Genetic Systems , основанная Марком Ван Монтегю и Джеффом Шеллом , стала первой компанией, которая генетически модифицировала растения, устойчивые к насекомым, путем включения генов, которые вырабатывали инсектицидные белки из Bacillus thuringiensis (Bt) в табак . [49] Китайская Народная Республика была первой страной, которая коммерциализировала трансгенные растения, представив в 1992 году устойчивый к вирусам табак. [50] В 1994 году Calgene получила одобрение на коммерческий выпуск томата Flavr Savr , томата, модифицированного для более длительного срока хранения. [51] Также в 1994 году Европейский Союз одобрил табак, модифицированный для придания ему устойчивости к гербициду бромоксинилу , что сделало его первой генетически модифицированной культурой, коммерциализированной в Европе. [52] В 1995 году Bt-картофель был признан безопасным Агентством по охране окружающей среды после того, как был одобрен FDA, что сделало его первой культурой, производящей пестициды, одобренной в США. [53] В 1996 году было выдано в общей сложности 35 разрешений на коммерческое выращивание 8 трансгенных культур и одной цветочной культуры (гвоздики) с 8 различными признаками в 6 странах и ЕС. [48] К 2010 году 29 стран выращивали коммерческие генетически модифицированные культуры, а еще 31 страна выдала регулирующее разрешение на импорт трансгенных культур. [54]
Сорт ГМ-банана QCAV-4 был одобрен Австралией и Новой Зеландией в 2024 году. Банан устойчив к грибку, который является смертельным для банана Кавендиш , доминирующего сорта. [55]
Генетически модифицированные культуры имеют гены, добавленные или удаленные с использованием методов генной инженерии , [56] изначально включавших генные пушки , электропорацию , микроинъекцию и агробактерии . Совсем недавно CRISPR и TALEN предложили гораздо более точные и удобные методы редактирования.
Генные пушки (также известные как биолистики) «стреляют» (направляют высокоэнергетические частицы или излучения против [57] ) целевых генов в растительные клетки. Это наиболее распространенный метод. ДНК связана с крошечными частицами золота или вольфрама, которые затем выстреливаются в растительную ткань или отдельные растительные клетки под высоким давлением. Ускоренные частицы проникают как через клеточную стенку , так и через мембраны . ДНК отделяется от металла и интегрируется в растительную ДНК внутри ядра . Этот метод успешно применялся для многих возделываемых культур, особенно однодольных, таких как пшеница или кукуруза, для которых трансформация с использованием Agrobacterium tumefaciens оказалась менее успешной. [58] Основным недостатком этой процедуры является то, что клеточной ткани может быть нанесен серьезный ущерб.
Agrobacterium tumefaciens - опосредованная трансформация - еще один распространенный метод. Агробактерии являются естественными паразитами растений . [59] Их естественная способность переносить гены обеспечивает еще один метод инженерии. Чтобы создать подходящую для себя среду, эти агробактерии вставляют свои гены в растения-хозяева, что приводит к пролиферации измененных растительных клеток вблизи уровня почвы ( корончатый галл ). Генетическая информация для роста опухоли закодирована в мобильном кольцевом фрагменте ДНК ( плазмиде ). Когда Agrobacterium заражает растение, он переносит эту Т-ДНК в случайный участок в геноме растения. При использовании в генной инженерии бактериальная Т-ДНК удаляется из бактериальной плазмиды и заменяется желаемым чужеродным геном. Бактерия является вектором , позволяющим переносить чужеродные гены в растения. Этот метод особенно хорошо работает для двудольных растений, таких как картофель, томаты и табак. Инфекция Agrobacteria менее успешна в таких культурах, как пшеница и кукуруза.
Электропорация применяется, когда растительная ткань не содержит клеточных стенок. В этой технике «ДНК проникает в растительные клетки через миниатюрные поры, которые временно создаются электрическими импульсами».
Микроинъекция используется для прямого введения чужеродной ДНК в клетки. [60]
Ученые-растениеводы, опираясь на результаты современного комплексного профилирования состава сельскохозяйственных культур, отмечают, что сельскохозяйственные культуры, модифицированные с использованием ГМ-технологий, с меньшей вероятностью будут иметь непреднамеренные изменения, чем сельскохозяйственные культуры, выращенные традиционным способом. [61] [62]
В исследованиях табак и Arabidopsis thaliana являются наиболее часто модифицируемыми растениями благодаря хорошо разработанным методам трансформации, простоте размножения и хорошо изученным геномам. [63] [64] Они служат модельными организмами для других видов растений.
Введение новых генов в растения требует промотора, специфичного для области, где ген должен быть выражен. Например, чтобы экспрессировать ген только в зернах риса, а не в листьях, используется промотор, специфичный для эндосперма . Кодоны гена должны быть оптимизированы для организма из-за смещения использования кодонов .
В трансгенные растения вставлены гены, полученные из другого вида. Вставленные гены могут происходить из видов в пределах одного царства (от растения к растению) или из разных царств (например, от бактерий к растению). Во многих случаях вставленная ДНК должна быть слегка модифицирована для того, чтобы правильно и эффективно выражаться в организме хозяина. Трансгенные растения используются для экспрессии белков , таких как токсины Cry из B. thuringiensis , генов устойчивости к гербицидам , антител [65] и антигенов для вакцинации [66] . Исследование, проведенное Европейским агентством по безопасности пищевых продуктов (EFSA), также обнаружило вирусные гены в трансгенных растениях [67] .
Трансгенная морковь использовалась для производства препарата Талиглюцераза альфа , который используется для лечения болезни Гоше . [68] В лабораторных условиях трансгенные растения были модифицированы для увеличения фотосинтеза (в настоящее время около 2% у большинства растений по сравнению с теоретическим потенциалом 9–10%). [69] Это возможно путем изменения фермента рубиско (т. е. превращения растений C 3 в растения C 4 [70] ), путем помещения рубиско в карбоксисому , путем добавления насосов CO 2 в клеточную стенку [71] или путем изменения формы или размера листьев. [72] [73] [74] Растения были сконструированы так, чтобы демонстрировать биолюминесценцию , которая может стать устойчивой альтернативой электрическому освещению. [75]
Цисгенные растения создаются с использованием генов, обнаруженных в пределах одного вида или сексуально совместимого близкородственного вида, где может происходить обычная селекция растений . [76] Некоторые селекционеры и ученые утверждают, что цисгенная модификация полезна для растений, которые трудно скрещивать обычными способами (например, картофель ), и что растения в цисгенной категории не должны требовать такого же нормативного контроля, как трансгенные. [77]
Генетически модифицированные растения также могут быть разработаны с использованием генного нокдауна или генного нокаута для изменения генетического состава растения без включения генов из других растений. В 2014 году китайский исследователь Гао Цайся подал патенты на создание штамма пшеницы , устойчивого к мучнистой росе . В штамме отсутствуют гены, кодирующие белки, которые подавляют защиту от мучнистой росы. Исследователи удалили все три копии генов из гексаплоидного генома пшеницы. Гао использовал инструменты редактирования генов TALENs и CRISPR, не добавляя и не изменяя никаких других генов. Никаких полевых испытаний не было запланировано немедленно. [78] [79] Метод CRISPR также использовался исследователем из Университета штата Пенсильвания Инонгом Яном для модификации белых шампиньонов ( Agaricus bisporus ), чтобы они не потемнели, [80] и компанией DuPont Pioneer для создания нового сорта кукурузы. [81]
Благодаря интеграции множественных признаков в новую культуру можно интегрировать несколько новых признаков. [82]
Экономическая ценность ГМ-продуктов для фермеров является одним из основных преимуществ, в том числе в развивающихся странах. [83] [84] [85] Исследование 2010 года показало, что кукуруза Bt принесла экономическую выгоду в размере 6,9 млрд долларов за предыдущие 14 лет в пяти штатах Среднего Запада. Большая часть (4,3 млрд долларов) досталась фермерам, производящим не-Bt-кукурузу. Это было связано с сокращением популяций европейских кукурузных мотыльков из-за воздействия кукурузы Bt, что привело к уменьшению числа насекомых, способных атаковать обычную кукурузу поблизости. [86] [87] Экономисты в области сельского хозяйства подсчитали, что «мировой излишек [увеличился] на 240,3 млн долларов в 1996 году. Из этой суммы наибольшая доля (59%) досталась фермерам США. Компания по производству семян Monsanto получила следующую по величине долю (21%), за ней следуют потребители США (9%), остальной мир (6%) и поставщик зародышевой плазмы Delta & Pine Land Company из Миссисипи (5%)». [88]
По данным Международной службы по приобретению агробиотехнологических приложений (ISAAA), в 2014 году около 18 миллионов фермеров выращивали биотехнологические культуры в 28 странах; около 94% фермеров жили в развивающихся странах, испытывая нехватку ресурсов. 53% мировых площадей биотехнологических культур в 181,5 миллиона гектаров выращивалось в 20 развивающихся странах. [89] Всестороннее исследование PG Economics 2012 года пришло к выводу, что ГМ-культуры увеличили доходы фермерских хозяйств во всем мире на 14 миллиардов долларов в 2010 году, причем более половины этой суммы досталось фермерам в развивающихся странах. [90]
Отказ от этих преимуществ обходится дорого. [91] [92] Весселер и др. , 2017 оценивают стоимость задержки для нескольких культур, включая ГМ-бананы в Уганде , ГМ-коровий горох в Западной Африке и ГМ-кукурузу/кукурузу в Кении . [91] Они оценивают, что только Нигерия ежегодно теряет 33–46 млн долларов. [91] Затем потенциальный и предполагаемый вред ГМ-культур необходимо сравнить с этими затратами на задержку. [91] [92]
Критики подвергли сомнению заявленные преимущества для фермеров из-за преобладания предвзятых наблюдателей и отсутствия рандомизированных контролируемых испытаний . [ требуется ссылка ] Основной культурой Bt, выращиваемой мелкими фермерами в развивающихся странах, является хлопок. Обзор результатов исследования Bt-хлопка, проведенный в 2006 году сельскохозяйственными экономистами, пришел к выводу, что «общий баланс, хотя и многообещающий, неоднозначен. Экономическая отдача сильно варьируется в зависимости от лет, типа фермы и географического положения». [93]
В 2013 году Консультативный совет по науке Европейской академии (EASAC) обратился к ЕС с просьбой разрешить разработку сельскохозяйственных ГМ-технологий для обеспечения более устойчивого сельского хозяйства за счет использования меньшего количества земли, воды и питательных ресурсов. EASAC также критикует «длительную и дорогостоящую нормативную базу» ЕС и заявил, что ЕС отстал в принятии ГМ-технологий. [94]
Участники рынков сельскохозяйственного бизнеса включают семенные компании, агрохимические компании, дистрибьюторов, фермеров, зерновые элеваторы и университеты, которые разрабатывают новые культуры/характеристики и чьи сельскохозяйственные расширения консультируют фермеров по передовым методам. [ требуется ссылка ] Согласно обзору 2012 года, основанному на данных конца 1990-х и начала 2000-х годов, большая часть ГМ-культур, выращиваемых каждый год, используется в качестве корма для скота, а возросший спрос на мясо приводит к росту спроса на ГМ-кормовые культуры. [95] Использование кормового зерна в процентах от общего объема производства сельскохозяйственных культур составляет 70% для кукурузы и более 90% для шротов масличных семян, таких как соевые бобы. Около 65 миллионов метрических тонн зерна ГМ-кукурузы и около 70 миллионов метрических тонн шротов сои, полученных из ГМ-сои, становятся кормами. [95]
В 2014 году мировая стоимость биотехнологических семян составила 15,7 млрд долларов США; 11,3 млрд долларов США (72%) пришлось на промышленные страны, а 4,4 млрд долларов США (28%) — на развивающиеся страны. [89] В 2009 году Monsanto получила 7,3 млрд долларов США от продаж семян и лицензирования своих технологий; DuPont через свою дочернюю компанию Pioneer была следующей по величине компанией на этом рынке. [96] По состоянию на 2009 год общая линейка продуктов Roundup, включая ГМ-семена, составляла около 50% бизнеса Monsanto. [97]
Некоторые патенты на ГМ-признаки истекли, что позволяет законно разрабатывать генерические штаммы, которые включают эти признаки. Например, теперь доступна генерическая ГМ-соя, устойчивая к глифосату. Другим последствием является то, что признаки, разработанные одним поставщиком, могут быть добавлены к запатентованным штаммам другого поставщика, что потенциально увеличивает выбор продукта и конкуренцию. [98] Патент на первый тип культуры Roundup Ready , произведенной Monsanto (соевые бобы), истек в 2014 году [99] , а первый урожай непатентованной сои собирается весной 2015 года. [100] Monsanto широко лицензировала патент другим семенным компаниям, которые включают признак устойчивости к глифосату в свои семенные продукты. [101] Около 150 компаний лицензировали технологию, [102] включая Syngenta [103] и DuPont Pioneer . [104]
В 2014 году самый большой обзор пришел к выводу, что влияние ГМ-культур на сельское хозяйство было положительным. Мета-анализ рассматривал все опубликованные на английском языке исследования агрономических и экономических последствий в период с 1995 по март 2014 года для трех основных ГМ-культур: сои, кукурузы и хлопка. Исследование показало, что устойчивые к гербицидам культуры имеют более низкие производственные затраты, в то время как для устойчивых к насекомым культур сокращение использования пестицидов было компенсировано более высокими ценами на семена, в результате чего общие производственные затраты остались примерно на том же уровне. [3] [105]
Урожайность увеличилась на 9% для устойчивых к гербицидам сортов и на 25% для устойчивых к насекомым сортов. Фермеры, которые внедрили ГМ-культуры, получили на 69% больше прибыли, чем те, кто этого не сделал. Обзор показал, что ГМ-культуры помогают фермерам в развивающихся странах, увеличивая урожайность на 14 процентных пунктов. [105]
Исследователи рассмотрели некоторые исследования, которые не были рецензированы, и несколько, в которых не сообщалось о размерах выборки. Они попытались скорректировать смещение публикации , рассмотрев источники за пределами академических журналов . Большой набор данных позволил исследованию контролировать потенциально искажающие переменные, такие как использование удобрений. Отдельно они пришли к выводу, что источник финансирования не повлиял на результаты исследования. [105]
При особых условиях, призванных выявить только генетические факторы урожайности, многие ГМ-культуры, как известно, на самом деле имеют более низкую урожайность. Это происходит по-разному из-за одного или обоих факторов: замедления урожайности, когда сам признак снижает урожайность, либо конкурируя за исходное сырье для синтеза , либо будучи вставленным немного неточно в середину гена, соответствующего урожайности; и/или задержки урожайности , когда требуется некоторое время, чтобы вывести новейшую генетику урожайности в ГМ-линии. Однако это не отражает реалистичные полевые условия, особенно не учитывая давление вредителей , которое часто является сутью ГМ-признака. [106] См., например, Roundup Ready § Заявления о производительности .
Редактирование генов также может увеличить урожайность, не связанную с использованием каких-либо биоцидов/пестицидов. В марте 2022 года результаты полевых испытаний показали, что нокаут гена KRN2 на основе CRISPR в кукурузе и OsKRN2 в рисе увеличил урожайность зерна на ~10% и ~8% без каких-либо обнаруженных отрицательных эффектов. [107] [108]
.jpg/1280px-%C3%84lskade_kn%C3%B6l_%E2%80%93_utflykt_med_SLU_till_deras_potatisf%C3%B6rs%C3%B6ksodlingar_%E2%80%93_20190825_09_(cropped).jpg)
ГМ-культуры, выращиваемые сегодня или находящиеся в стадии разработки, были модифицированы с различными признаками . Эти признаки включают улучшенный срок хранения , устойчивость к болезням , устойчивость к стрессам, устойчивость к гербицидам , устойчивость к вредителям , производство полезных товаров, таких как биотопливо или лекарства, и способность поглощать токсины и для использования в биологической очистке от загрязнений.
В последнее время исследования и разработки были направлены на улучшение культур , имеющих локальное значение в развивающихся странах , таких как устойчивый к насекомым вигна для Африки [109] и устойчивый к насекомым баклажан [110] .
Первой генетически модифицированной культурой, одобренной для продажи в США, был томат FlavrSavr , который имел более длительный срок хранения. [51] Впервые проданный в 1994 году, томат FlavrSavr был произведен в 1997 году. [111] Он больше не представлен на рынке.
В ноябре 2014 года Министерство сельского хозяйства США одобрило ГМ-картофель , который предотвращает появление синяков. [112] [113]
В феврале 2015 года Arctic Apples были одобрены Министерством сельского хозяйства США [114], став первым генетически модифицированным яблоком, одобренным для продажи в США. [115] Для снижения экспрессии полифенолоксидазы (PPO) использовалось подавление генов , что предотвращало ферментативное потемнение плода после того, как он был разрезан. Этот признак был добавлен к сортам Granny Smith и Golden Delicious . [114] [116] Этот признак включает ген устойчивости к бактериальным антибиотикам , который обеспечивает устойчивость к антибиотику канамицину . Генная инженерия включала выращивание в присутствии канамицина, что позволило выжить только устойчивым сортам. Люди, потребляющие яблоки, не приобретают устойчивость к канамицину, согласно arcticapple.com. [117] FDA одобрило яблоки в марте 2015 года. [118]
Растения используют нефотохимическое гашение для защиты от чрезмерного количества солнечного света. Растения могут включать механизм гашения почти мгновенно, но требуется гораздо больше времени, чтобы он снова выключился. За то время, пока он включен, количество энергии, которая тратится впустую, увеличивается. [119] Генетическая модификация в трех генах позволяет исправить это (в эксперименте с растениями табака). В результате урожайность была на 14-20% выше, с точки зрения веса собранных сухих листьев. Растения имели более крупные листья, были выше и имели более мощные корни. [119] [120]
Другое улучшение, которое можно сделать в процессе фотосинтеза (с растениями пути C3 ), касается фотодыхания . Вставляя путь C4 в растения C3, можно увеличить производительность на целых 50% для зерновых культур , таких как рис. [121] [122] [123] [124] [125]
Инициатива Harnessing Plants направлена на создание ГМ-растений с увеличенной корневой массой, глубиной корней и содержанием суберина.
Некоторые ГМ-соевые бобы обладают улучшенными масляными профилями для переработки. [126] Camelina sativa была модифицирована для получения растений, которые накапливают высокие уровни масел, похожие на рыбий жир . [127] [128]
Золотой рис , разработанный Международным институтом исследований риса (IRRI), обеспечивает большее количество витамина А , что направлено на сокращение дефицита витамина А. [129] [130] По состоянию на январь 2016 года золотой рис еще не выращивался в коммерческих целях ни в одной стране. [131]
Генетически модифицированная маниока, находящаяся в стадии разработки, содержит меньше цианогеновых глюкозидов и больше белка и других питательных веществ (так называемая БиоКассава). [132]
В ноябре 2014 года Министерство сельского хозяйства США одобрило картофель, который предотвращает появление синяков и производит меньше акриламида при жарке. [112] [113] Они не используют гены от некартофельных видов. Этот признак был добавлен к сортам Russet Burbank , Ranger Russet и Atlantic. [112]
Растения были созданы так, чтобы выдерживать небиологические стрессоры , такие как засуха , [112] [113] [133] [134] мороз , [135] и высокая засоленность почвы . [64] В 2011 году кукуруза DroughtGard компании Monsanto стала первой засухоустойчивой ГМ-культурой, получившей одобрение на продажу в США. [136]
Засухоустойчивость достигается путем модификации генов растения, ответственных за механизм, известный как метаболизм толстянковой кислоты (CAM), который позволяет растениям выживать, несмотря на низкий уровень воды. Это обещает ускорить адаптацию к условиям с ограниченным количеством воды таких водоемов, как рис, пшеница, соя и тополь. [137] [138] У солеустойчивых культур было выявлено несколько механизмов устойчивости к засолению. Например, рис, рапс и томатные культуры были генетически модифицированы для повышения их устойчивости к солевому стрессу. [139] [140]
Наиболее распространенным признаком ГМ является устойчивость к гербицидам, [141] где устойчивость к глифосату является наиболее распространенной. [142] Глифосат (активный ингредиент в Roundup и других гербицидных продуктах) убивает растения, вмешиваясь в шикиматный путь в растениях, который необходим для синтеза ароматических аминокислот фенилаланина , тирозина и триптофана . Шикиматный путь отсутствует у животных, которые вместо этого получают ароматические аминокислоты из своего рациона. Более конкретно, глифосат ингибирует фермент 5-енолпирувилшикимат-3-фосфатсинтазу (EPSPS).
Эта черта была разработана, потому что гербициды, используемые в то время на зерновых и травяных культурах, были высокотоксичными и неэффективными против узколистных сорняков. Таким образом, разработка культур, которые могли бы выдерживать опрыскивание глифосатом, снизила бы риски для окружающей среды и здоровья, а также дала бы фермеру сельскохозяйственное преимущество. [143]
Некоторые микроорганизмы имеют версию EPSPS, которая устойчива к ингибированию глифосатом. Одна из них была выделена из штамма Agrobacterium CP4 (CP4 EPSPS), который был устойчив к глифосату. [144] [145] Ген CP4 EPSPS был сконструирован для экспрессии в растениях путем слияния 5'-конца гена с транзитным пептидом хлоропласта, полученным из EPSPS петунии . Этот транзитный пептид был использован, поскольку ранее он показал способность доставлять бактериальный EPSPS в хлоропласты других растений. Этот ген CP4 EPSPS был клонирован и трансфицирован в соевые бобы .
Плазмида , использованная для перемещения гена в соевые бобы, была PV-GMGTO4. Она содержала три бактериальных гена, два гена CP4 EPSPS и ген, кодирующий бета-глюкуронидазу (GUS) из Escherichia coli в качестве маркера. ДНК была введена в соевые бобы с использованием метода ускорения частиц . Для трансформации использовался сорт сои A54O3 .
Растения табака были созданы с целью придания им устойчивости к гербициду бромоксинилу . [146]
Также были коммерциализированы культуры, устойчивые к гербициду глюфосинату . [147] Для борьбы с растущей устойчивостью к гербицидам разрабатываются культуры, устойчивые к нескольким гербицидам, что позволяет фермерам использовать смешанную группу из двух, трех или четырех различных химикатов. [148] [149]
В октябре 2014 года Агентство по охране окружающей среды США зарегистрировало кукурузу Enlist Duo компании Dow , генетически модифицированную для устойчивости как к глифосату , так и к 2,4-Д , в шести штатах. [150] [151] [152] Вставка гена бактериальной арилоксиалканоатдиоксигеназы aad1 делает кукурузу устойчивой к 2,4-Д. [150] [153] Министерство сельского хозяйства США одобрило кукурузу и соевые бобы с этой мутацией в сентябре 2014 года. [154]
Monsanto запросила одобрение для штабелированного штамма, который является толерантным как к глифосату, так и к дикамбе . Запрос включает планы по предотвращению дрейфа гербицида на другие культуры. [155] Значительный ущерб другим неустойчивым культурам был нанесен формулами дикамбы, предназначенными для снижения дрейфа улетучивания при распылении на устойчивую сою в 2017 году. [156] На новых этикетках формул дикамбы указано, что не следует распылять, когда средняя скорость ветра превышает 10–15 миль в час (16–24 км/ч), чтобы избежать дрейфа частиц, средняя скорость ветра ниже 3 миль в час (4,8 км/ч), чтобы избежать температурных инверсий , а также когда на следующий день прогнозируется дождь или высокие температуры. Однако эти условия обычно возникают только в июне и июле в течение нескольких часов за раз. [157] [158]
Табак, кукуруза, рис и некоторые другие культуры были сконструированы для экспрессии генов, кодирующих инсектицидные белки из Bacillus thuringiensis (Bt). [159] [160] Введение культур Bt в период с 1996 по 2005 год, по оценкам, сократило общий объем использования активных ингредиентов инсектицидов в Соединенных Штатах более чем на 100 тысяч тонн. Это представляет собой сокращение использования инсектицидов на 19,4%. [161]
В конце 1990-х годов генетически модифицированный картофель , устойчивый к колорадскому жуку, был снят с производства, поскольку основные покупатели отказались от него, опасаясь сопротивления потребителей. [112]
Вирусы растений являются причиной примерно половины заболеваний растений, возникающих во всем мире, и, по оценкам, 10–15% потерь урожайности. [162] Папайя, картофель и кабачки были разработаны для сопротивления вирусным патогенам, таким как вирус огуречной мозаики , который, несмотря на свое название, заражает широкий спектр растений. [163] [162] Устойчивая к вирусам папайя была разработана в ответ на вспышку вируса кольцевой пятнистости папайи (PRV) на Гавайях в конце 1990-х годов. Они включают ДНК PRV. [164] [165] К 2010 году 80% растений гавайской папайи были генетически модифицированы. [166] [167]
В 1998 году картофель был выведен с целью повышения устойчивости к вирусу скручивания листьев картофеля и вирусу картофеля Y. Низкие продажи привели к его изъятию с рынка через три года. [168]
Желтый кабачок, который был устойчив сначала к двум, а затем к трем вирусам, был разработан, начиная с 1990-х годов. Вирусы - это арбузная, огуречная и цуккини/цуккини желтая мозаика. Кабачок был второй ГМ-культурой, одобренной регулирующими органами США. Позже этот признак был добавлен к цуккини. [169]
В последние годы было разработано много штаммов кукурузы для борьбы с распространением вируса карликовой мозаики кукурузы , дорогостоящего вируса, вызывающего задержку роста, который переносится травой Джонсона и распространяется насекомыми-переносчиками тлей. Эти нити коммерчески доступны, хотя устойчивость не является стандартной для вариантов ГМ-кукурузы. [170]
В 2012 году FDA одобрило первый фармацевтический препарат растительного происхождения для лечения болезни Гоше . [171] Растения табака были модифицированы для производства терапевтических антител. [172]
Водоросли находятся в стадии разработки для использования в биотопливе . [173] Основное внимание уделяется микроводорослям для массового производства биотоплива, модифицирующим водоросли для получения большего количества липидов, однако потребуются годы, чтобы увидеть результаты из-за стоимости этого процесса извлечения липидов. [174] Исследователи в Сингапуре работали над ГМ- ятрофой для производства биотоплива. [175] Syngenta получила одобрение Министерства сельского хозяйства США на продажу кукурузы под торговой маркой Enogen, которая была генетически модифицирована для преобразования ее крахмала в сахар для этанола . [176] Некоторые деревья были генетически модифицированы, чтобы либо иметь меньше лигнина , либо экспрессировать лигнин с химически лабильными связями. Лигнин является критическим ограничивающим фактором при использовании древесины для производства биоэтанола , поскольку лигнин ограничивает доступ микрофибрилл целлюлозы к деполимеризации ферментами . [177] Помимо деревьев, химически лабильные лигниновые связи также очень полезны для зерновых культур, таких как кукуруза, [178] [179]
Компании и лаборатории работают над растениями, которые можно использовать для производства биопластиков . [180] Также был разработан картофель, который производит промышленно полезные крахмалы. [181] Масличные семена можно модифицировать для производства жирных кислот для моющих средств , заменителей топлива и нефтехимических продуктов .
Помимо модифицированной масличной культуры, Camelina sativa также была модифицирована для производства феромонов Helicoverpa armigera и находится в процессе разработки версии Spodoptera frugiperda . Феромоны H. armigera были протестированы и оказались эффективными. [182]
Ученые из Йоркского университета вывели сорняк ( Arabidopsis thaliana ), содержащий гены бактерий, которые могли бы очищать почву от взрывчатых веществ, таких как ТНТ и гексоген , в 2011 году. [183] По оценкам, 16 миллионов гектаров в США (1,5% от общей площади) загрязнены ТНТ и гексогеном. Однако A. thaliana оказался недостаточно выносливым для использования на военных испытательных полигонах. [184] Изменения в 2016 году включали просо и полевицу . [185]
Генетически модифицированные растения использовались для биоремедиации загрязненных почв. Ртуть , селен и органические загрязнители, такие как полихлорированные бифенилы (ПХБ). [184] [186]
Морская среда особенно уязвима, поскольку загрязнения, такие как разливы нефти , не поддаются сдерживанию. Помимо антропогенного загрязнения, миллионы тонн нефти ежегодно попадают в морскую среду из естественных просачиваний. Несмотря на свою токсичность, значительная часть нефтяной нефти, попадающей в морские системы, устраняется деятельностью микробных сообществ по разложению углеводородов. Особенно успешной является недавно обнаруженная группа специалистов, так называемые углеводородокластические бактерии (HCCB), которые могут предложить полезные гены. [187]
Такие культуры, как кукуруза, размножаются половым путем каждый год. Это рандомизирует гены, которые передаются следующему поколению, что означает, что желаемые признаки могут быть потеряны. Чтобы поддерживать высококачественный урожай, некоторые фермеры покупают семена каждый год. Обычно семенная компания поддерживает два инбредных сорта и скрещивает их в гибридный штамм, который затем продается. Родственные растения, такие как сорго и гамма-трава, способны выполнять апомиксис , форму бесполого размножения, которая сохраняет ДНК растения нетронутой. Этот признак, по-видимому, контролируется одним доминирующим геном, но традиционная селекция оказалась безуспешной в создании кукурузы, размножающейся бесполым путем. Генная инженерия предлагает другой путь к этой цели. Успешная модификация позволит фермерам пересаживать собранные семена, которые сохраняют желаемые признаки, вместо того, чтобы полагаться на покупные семена. [188]
Существуют также генетические модификации некоторых культур, которые облегчают обработку урожая, например, выращивание его в более компактной форме. [189] Такие культуры, как томаты, были модифицированы, чтобы быть бессемянными. [190] Табак был модифицирован, чтобы производить хлорофилл c в дополнение к a и b , увеличивая темпы роста. Трансген был обнаружен в морских водорослях , которые используют его для получения энергии из синего света, который способен проникать в морскую воду более эффективно, чем более длинные волны. [191] [192]
Было сделано несколько модификаций Camelina sativa , см. выше §Пищевые масла и §Непестицидные средства борьбы с вредителями.
Количество одобренных USDA полевых выпусков для тестирования выросло с 4 в 1985 году до 1194 в 2002 году и в среднем составляло около 800 в год с тех пор. Количество участков на выпуск и количество генных конструкций (способов, которыми интересующий ген упакован вместе с другими элементами) быстро возросли с 2005 года. Выпуски с агрономическими свойствами (такими как устойчивость к засухе) подскочили с 1043 в 2005 году до 5190 в 2013 году. По состоянию на сентябрь 2013 года было одобрено около 7800 выпусков для кукурузы, более 2200 для сои, более 1100 для хлопка и около 900 для картофеля. Выпуски были одобрены для толерантности к гербицидам (6772 выпуска), устойчивости к насекомым (4809), качества продукта, такого как вкус или питание (4896), агрономических свойств, таких как устойчивость к засухе (5190) и устойчивость к вирусам/грибам (2616). Учреждения с наибольшим количеством разрешенных полевых выпусков включают Monsanto с 6782, Pioneer/DuPont с 1405, Syngenta с 565 и Службу сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США с 370. По состоянию на сентябрь 2013 года Министерство сельского хозяйства США получило предложения о выпуске ГМ-риса, кабачков, сливы, розы, табака, льна и цикория. [207]
Постоянное воздействие токсина создает эволюционное давление на вредителей, устойчивых к этому токсину. [208] Чрезмерная зависимость от глифосата и сокращение разнообразия методов борьбы с сорняками привели к распространению устойчивости к глифосату у 14 видов сорняков в США, [207] а также у соевых бобов. [5]
Для снижения устойчивости к культурам Bacillus thuringiensis (Bt) коммерциализация трансгенного хлопка и кукурузы в 1996 году сопровождалась стратегией управления, которая предотвращала развитие устойчивости у насекомых. Планы управления устойчивостью насекомых являются обязательными для культур Bt. Цель состоит в том, чтобы поощрять большую популяцию вредителей, чтобы любые (рецессивные) гены устойчивости были разбавлены в популяции. Устойчивость снижает эволюционную приспособленность в отсутствие стрессора, Bt. В убежищах неустойчивые штаммы вытесняют устойчивые. [209]
При достаточно высоком уровне экспрессии трансгена почти все гетерозиготы (S/s), т. е. самая большая часть популяции вредителей, несущая аллель устойчивости, будут убиты до созревания, тем самым предотвращая передачу гена устойчивости их потомству. [210] Убежища (т. е. поля нетрансгенных растений), соседствующие с трансгенными полями, увеличивают вероятность того, что гомозиготные устойчивые (s/s) особи и любые выжившие гетерозиготы будут спариваться с восприимчивыми (S/S) особями из убежища, а не с другими особями, несущими аллель устойчивости. В результате частота гена устойчивости в популяции остается ниже.
Осложняющие факторы могут повлиять на успех стратегии высокой дозы/убежища. Например, если температура не идеальна, тепловой стресс может снизить выработку токсина Bt и сделать растение более восприимчивым. Что еще более важно, было задокументировано снижение экспрессии в конце сезона, возможно, в результате метилирования ДНК промотора . [211] Успех стратегии высокой дозы/убежища успешно сохранил ценность культур Bt. Этот успех зависел от факторов, независимых от стратегии управления, включая низкие начальные частоты аллелей устойчивости, затраты на приспособленность , связанные с устойчивостью, и обилие не-Bt-растений-хозяев за пределами убежищ. [212]
Компании, которые производят семена Bt, внедряют штаммы с несколькими белками Bt. Monsanto сделала это с хлопком Bt в Индии, где продукт был быстро принят. [213] Monsanto также; в попытке упростить процесс внедрения убежищ на полях для соблюдения политик управления устойчивостью к насекомым (IRM) и предотвращения безответственных методов посадки; начала продавать пакеты с семенами с установленной пропорцией семян убежища (не трансгенных), смешанных с продаваемыми семенами Bt. Придуманная как «Убежище в мешке» (RIB), эта практика направлена на повышение соответствия фермеров требованиям убежища и сокращение дополнительных трудозатрат, необходимых при посадке из-за наличия отдельных пакетов с семенами Bt и убежища под рукой. [214] Эта стратегия, вероятно, снизит вероятность возникновения устойчивости к Bt у кукурузного жука , но может увеличить риск устойчивости у чешуекрылых вредителей кукурузы, таких как европейский кукурузный мотылек . Повышенные опасения по поводу устойчивости при использовании семенных смесей включают частично устойчивые личинки на растении Bt, которые могут переместиться на восприимчивое растение, чтобы выжить, или перекрестное опыление пыльцы убежища на растениях Bt, что может снизить количество Bt, экспрессируемого в зернах для насекомых, питающихся початками. [215] [216]
Лучшие методы управления (BMP) для борьбы с сорняками могут помочь отсрочить резистентность. BMP включают применение нескольких гербицидов с различными способами действия, чередование культур, посадку семян без сорняков, регулярный осмотр полей, очистку оборудования для снижения передачи сорняков на другие поля и поддержание границ полей. [207] Наиболее широко выращиваемые ГМ-культуры разработаны так, чтобы переносить гербициды. К 2006 году некоторые популяции сорняков эволюционировали, чтобы переносить некоторые из тех же гербицидов. Амарант Палмера — сорняк, который конкурирует с хлопком. Родом из юго-запада США, он путешествовал на восток и впервые был обнаружен устойчивым к глифосату в 2006 году, менее чем через 10 лет после появления ГМ-хлопка. [217] [218]
Фермеры обычно используют меньше инсектицидов, когда сажают культуры, устойчивые к Bt. Использование инсектицидов на кукурузных фермах сократилось с 0,21 фунта на засаженный акр в 1995 году до 0,02 фунта в 2010 году. Это согласуется с сокращением популяций европейских кукурузных мотыльков как прямого результата Bt-кукурузы и хлопка. Установление минимальных требований к убежищу помогло задержать развитие устойчивости к Bt. Однако в некоторых районах устойчивость, по-видимому, развивается к некоторым признакам Bt. [207] В Колумбии ГМ-хлопок сократил использование инсектицидов на 25%, а использование гербицидов на 5%, а ГМ-кукуруза сократила использование инсектицидов и гербицидов на 66% и 13% соответственно. [219]
Оставляя не менее 30% остатков урожая на поверхности почвы от сбора урожая до посадки, консервирующая обработка почвы снижает эрозию почвы от ветра и воды, увеличивает удержание воды и снижает деградацию почвы , а также сток воды и химикатов. Кроме того, консервирующая обработка почвы снижает углеродный след сельского хозяйства. [220] Обзор 2014 года, охватывающий 12 штатов с 1996 по 2006 год, показал, что увеличение на 1% внедрения устойчивой к гербицидам (HT) сои приводит к увеличению консервирующей обработки почвы на 0,21% и снижению использования гербицидов с поправкой на качество на 0,3%. [220]
Объединенные характеристики увеличения урожайности, сокращения использования земли, сокращения использования удобрений и сокращения использования сельскохозяйственной техники создают обратную связь, которая сокращает выбросы углерода, связанные с сельским хозяйством. Эти сокращения были оценены в 7,5% от общих сельскохозяйственных выбросов в ЕС или 33 миллиона тонн CO 2 [221] и приблизительно 8,76 миллионов тонн CO 2 в Колумбии. [219]
Использование засухоустойчивых культур может повысить урожайность в местах с дефицитом воды, что делает возможным ведение сельского хозяйства в новых районах. Было показано, что внедрение засухоустойчивой кукурузы в Гане увеличило урожайность более чем на 150% и повысило интенсивность коммерциализации, хотя это не оказало существенного влияния на доход фермерских хозяйств. [222]
Регулирование генной инженерии касается подходов, используемых правительствами для оценки и управления рисками, связанными с разработкой и выпуском генетически модифицированных культур. Существуют различия в регулировании ГМ-культур между странами, причем некоторые из наиболее заметных различий наблюдаются между США и Европой. Регулирование различается в каждой стране в зависимости от предполагаемого использования каждого продукта. Например, культура, не предназначенная для использования в пищу, как правило, не рассматривается органами, ответственными за безопасность пищевых продуктов. [223] [224]
В 2013 году ГМ-культуры выращивались в 27 странах: 19 из них были развивающимися, а 8 — развитыми. 2013 год стал вторым годом, когда развивающиеся страны выращивали большую часть (54%) от общего урожая ГМ-культур. 18 миллионов фермеров выращивали ГМ-культуры; около 90% из них были мелкими фермерами в развивающихся странах. [1]
Министерство сельского хозяйства США (USDA) ежегодно отчитывается об общей площади посевов ГМ-культур в США. [226] [227] По данным Национальной службы сельскохозяйственной статистики , штаты, указанные в этих таблицах, представляют 81–86 процентов всей посевной площади кукурузы, 88–90 процентов всей посевной площади сои и 81–93 процента всей посевной площади хлопка на возвышенностях (в зависимости от года).
Глобальные оценки производятся Международной службой по приобретению агробиотехнологических приложений (ISAAA) и могут быть найдены в ее ежегодных отчетах «Глобальный статус коммерциализированных трансгенных культур». [1] [228]
Фермеры широко приняли ГМ-технологии (см. рисунок). В период с 1996 по 2013 год общая площадь земель, возделываемых ГМ-культурами, увеличилась в 100 раз, с 17 000 квадратных километров (4 200 000 акров) до 1 750 000 км 2 (432 миллиона акров). [1] 10% пахотных земель мира были засажены ГМ-культурами в 2010 году. [54] По состоянию на 2011 год 11 различных трансгенных культур выращивались в коммерческих целях на 395 миллионах акров (160 миллионов гектаров) в 29 странах, таких как США, Бразилия, Аргентина, Индия, Канада, Китай, Парагвай, Пакистан, Южная Африка, Уругвай, Боливия, Австралия, Филиппины, Мьянма, Буркина-Фасо, Мексика и Испания. [54] Одной из основных причин такого широкого распространения является предполагаемая экономическая выгода, которую технология приносит фермерам. Например, система посадки семян, устойчивых к глифосату, и последующего применения глифосата после появления всходов предоставила фермерам возможность значительно увеличить урожайность с данного участка земли, поскольку это позволило им сажать ряды ближе друг к другу. Без этого фермерам приходилось сажать ряды достаточно далеко друг от друга, чтобы контролировать сорняки после появления всходов с помощью механической обработки почвы. [229] Аналогичным образом, использование семян Bt означает, что фермерам не нужно покупать инсектициды, а затем тратить время, топливо и оборудование на их применение. Однако критики спорят о том, выше ли урожайность и меньше ли использование химикатов при использовании ГМ-культур. См. статью « Противоречие в отношении генетически модифицированных продуктов питания» для получения информации.
В США к 2014 году 94% посевных площадей сои, 96% хлопка и 93% кукурузы были генетически модифицированными сортами. [230] [231] [232] Генетически модифицированные соевые бобы несли только признаки устойчивости к гербицидам, но кукуруза и хлопок несли как признаки устойчивости к гербицидам, так и признаки защиты от насекомых (последние в основном белок Bt). [233] Они представляют собой «входные признаки», которые направлены на финансовую выгоду производителей, но могут иметь косвенные экологические выгоды и выгоды по стоимости для потребителей. Производители бакалейных товаров Америки подсчитали в 2003 году, что 70–75% всех обработанных пищевых продуктов в США содержали ГМ-ингредиент. [234]
По состоянию на 2024 год выращивание генетически модифицированных культур запрещено в 38 странах, а 9 стран запретили их импорт. [235] В Европе выращивается относительно немного генетически модифицированных культур [236] , за исключением Испании, где пятая часть кукурузы генетически модифицирована, [237] и меньших объемов в пяти других странах. [238] В ЕС существовал «фактический» запрет на одобрение новых ГМ-культур с 1999 по 2004 год. [239] [240] В настоящее время ГМ-культуры регулируются ЕС. [241] В 2013 году развивающиеся страны выращивали 54 процента генетически модифицированных культур. [1]
В последние годы ГМ-культуры быстро расширялись в развивающихся странах . В 2013 году около 18 миллионов фермеров выращивали 54% мировых ГМ-культур в развивающихся странах. [1] Самый большой прирост в 2013 году был в Бразилии (403 000 км 2 против 368 000 км 2 в 2012 году). ГМ-хлопок начали выращивать в Индии в 2002 году, достигнув 110 000 км 2 в 2013 году. [1]
Согласно краткому отчету ISAAA 2013 года: «всего 36 стран (35 + ЕС-28) выдали регулирующие разрешения на биотехнологические культуры для использования в пищу и/или корма, а также для выброса в окружающую среду или посадки с 1994 года... всего органами власти было выдано 2833 регулирующих разрешений, касающихся 27 ГМ-культур и 336 ГМ-событий (примечание: «событие» — это конкретная генетическая модификация у определенного вида), из которых 1321 предназначены для использования в пищу (прямое использование или переработка), 918 — для использования в кормах (прямое использование или переработка) и 599 — для выброса в окружающую среду или посадки. Наибольшее количество таких разрешений (198) у Японии, за ней следуют США (165, не включая «сложенные» события), Канада (146), Мексика (131), Южная Корея (103), Австралия (93), Новая Зеландия (83), Европейский союз (71, включая разрешения, срок действия которых истек или которые находятся в процессе продления), Филиппины (68), Тайвань (65), Колумбия (59), Китай (55) и Южная Африка (52). Больше всего случаев было у кукурузы (130 случаев в 27 странах), за ней следует хлопок (49 случаев в 22 странах), картофель (31 случай в 10 странах), рапс (30 случаев в 12 странах) и соя (27 случаев в 26 странах). [1]
Прямая генная инженерия была спорной с момента ее появления. Большинство, но не все споры касаются ГМ-продуктов, а не самих культур. ГМ-продукты являются предметом протестов, вандализма, референдумов, законодательства, судебных исков [242] и научных споров. В спорах участвуют потребители, биотехнологические компании, государственные регулирующие органы, неправительственные организации и ученые.
Противники возражают против ГМ-культур по нескольким причинам, включая воздействие на окружающую среду, безопасность пищевых продуктов, необходимость ГМ-культур для удовлетворения продовольственных потребностей, их достаточную доступность для фермеров в развивающихся странах, [243] опасения по поводу подчинения культур законодательству об интеллектуальной собственности и религиозные соображения. [244] Второстепенные вопросы включают маркировку, поведение государственных регулирующих органов, последствия использования пестицидов и толерантность к пестицидам.
Значительной экологической проблемой использования генетически модифицированных культур является возможное скрещивание с родственными культурами, что дает им преимущества по сравнению с естественными сортами. Одним из примеров является устойчивая к глифосату рисовая культура, которая скрещивается с сорным родственником, что дает сорняку конкурентное преимущество. Трансгенный гибрид имел более высокие показатели фотосинтеза, больше побегов и цветов и больше семян, чем нетрансгенные гибриды. [245] Это демонстрирует возможность повреждения экосистемы при использовании ГМ-культур.
Роль биопиратства в развитии ГМ-культур также потенциально проблематична, поскольку развитые страны получили экономическую выгоду, используя генетические ресурсы развивающихся стран. В двадцатом веке Международный институт исследований риса каталогизировал геномы почти 80 000 сортов риса с азиатских ферм, которые с тех пор использовались для создания новых более урожайных сортов риса. Эти новые сорта ежегодно приносят почти 655 миллионов долларов экономической выгоды для Австралии, США, Канады и Новой Зеландии. [246]
Существует научный консенсус [8] [9] [10] [11] о том, что в настоящее время доступные продукты питания, полученные из ГМ-культур, не представляют большего риска для здоровья человека, чем обычные продукты питания, [12] [13] [14] [15] [16], но каждый ГМ-продукт должен быть протестирован в каждом конкретном случае перед введением. [17] [18] [19] Тем не менее, представители общественности гораздо менее склонны, чем ученые, считать ГМ-продукты безопасными. [20] [21] [22] [23] Правовой и нормативный статус ГМ-продуктов различается в зависимости от страны: некоторые страны запрещают или ограничивают их, а другие разрешают их с сильно различающейся степенью регулирования. [24] [25] [26] [27]
Никаких сообщений о вредных последствиях употребления ГМ-продуктов в пищу людям не зарегистрировано. [247] [248] [249] Маркировка ГМ-культур является обязательной во многих странах, хотя Управление по контролю за продуктами и лекарствами США этого не делает и не проводит различий между одобренными ГМ-продуктами и не-ГМ-продуктами. [250] В США был принят закон, требующий выпуска правил маркировки к июлю 2018 года. Он допускает косвенное раскрытие информации, например, с помощью номера телефона, штрих-кода или веб-сайта. [251]
Такие правозащитные организации, как Центр безопасности пищевых продуктов , Союз обеспокоенных ученых и Гринпис, утверждают, что риски, связанные с ГМ-продуктами, не были должным образом изучены и управляемы, что ГМ-культуры недостаточно протестированы и должны быть маркированы, и что регулирующие органы и научные организации слишком тесно связаны с промышленностью. [ необходима ссылка ] В некоторых исследованиях утверждалось, что генетически модифицированные культуры могут причинять вред; [252] [253] обзор 2016 года, в котором повторно анализировались данные шести из этих исследований, показал, что их статистические методологии были несовершенны и не продемонстрировали вреда, и сказал, что выводы о безопасности ГМ-культур следует делать из «совокупности доказательств ... вместо надуманных доказательств из отдельных исследований». [254]
Краткое изложение, Глобальный статус коммерциализации биотехнологических/ГМ-культур
Введение директивы ЕС о передаче полномочий по одобрению ГМ от комиссии ЕС государствам-членам было немедленно принято 19 из 28 членов, которые решили запретить ГМ-культуры в своих странах.
Мы рассмотрели научную литературу по безопасности ГМ-культур за последние 10 лет, которая отражает научный консенсус, сформировавшийся с тех пор, как ГМ-растения стали широко культивироваться во всем мире, и можем заключить, что проведенные до сих пор научные исследования не выявили какой-либо значительной опасности, напрямую связанной с использованием ГМ-культур.
Литература о биоразнообразии и потреблении ГМ-продуктов питания/кормов иногда приводила к оживленным дебатам относительно пригодности экспериментальных проектов, выбора статистических методов или общедоступности данных. Такие дебаты, даже если они были позитивными и являлись частью естественного процесса обзора научным сообществом, часто искажались средствами массовой информации и часто использовались политически и ненадлежащим образом в кампаниях против ГМ-культур.
настоящее время имеющиеся трансгенные культуры и продукты питания, полученные из них, были признаны безопасными для употребления в пищу, а методы, используемые для проверки их безопасности, были признаны надлежащими. Эти выводы представляют собой консенсус научных данных, изученных ICSU (2003), и они согласуются с мнением Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ, 2002). Эти продукты питания были оценены на предмет повышенных рисков для здоровья человека несколькими национальными регулирующими органами (в частности, Аргентиной, Бразилией, Канадой, Китаем, Соединенным Королевством и Соединенными Штатами) с использованием их национальных процедур безопасности пищевых продуктов (ICSU). На сегодняшний день никаких проверяемых неблагоприятных токсических или вредных для питания эффектов в результате потребления продуктов питания, полученных из генетически модифицированных культур, не было обнаружено нигде в мире (Группа по обзору науки ГМ). Миллионы людей потребляли продукты, полученные из ГМ-растений, в основном кукурузы, сои и рапса, без каких-либо наблюдаемых побочных эффектов (ICSU).
Существует широкий научный консенсус в отношении того, что генетически модифицированные культуры, которые в настоящее время представлены на рынке, безопасны для употребления в пищу. После 14 лет выращивания и совокупной засадки 2 миллиардов акров никаких неблагоприятных последствий для здоровья или окружающей среды в результате коммерциализации генетически модифицированных культур не возникло (Совет по сельскому хозяйству и природным ресурсам, Комитет по воздействию на окружающую среду, связанному с коммерциализацией трансгенных растений, Национальный исследовательский совет и Отдел по исследованиям Земли и жизни 2002 г.). И Национальный исследовательский совет США, и Объединенный исследовательский центр (научно-техническая исследовательская лаборатория Европейского союза и неотъемлемая часть Европейской комиссии) пришли к выводу, что существует всеобъемлющий объем знаний, который адекватно решает проблему безопасности пищевых продуктов, полученных с помощью генной инженерии (Комитет по выявлению и оценке непреднамеренных эффектов генетически модифицированных пищевых продуктов на здоровье человека и Национальный исследовательский совет 2004; Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии 2008). Эти и другие недавние отчеты приходят к выводу, что процессы генной инженерии и традиционной селекции не отличаются с точки зрения непреднамеренных последствий для здоровья человека и окружающей среды (Генеральный директорат Европейской комиссии по исследованиям и инновациям 2010).
Но см. также:
Domingo JL, Giné Bordonaba J (май 2011 г.). "Обзор литературы по оценке безопасности генетически модифицированных растений" (PDF) . Environment International . 37 (4): 734–42. Bibcode :2011EnInt..37..734D. doi :10.1016/j.envint.2011.01.003. PMID 21296423. Несмотря на это, количество исследований, специально посвященных оценке безопасности ГМ-растений, по-прежнему ограничено. Однако важно отметить, что впервые было отмечено определенное равновесие в количестве исследовательских групп, предполагающих на основе своих исследований, что ряд разновидностей ГМ-продуктов (в основном кукуруза и соя) столь же безопасны и питательны, как и соответствующие обычные не-ГМ-растения, и тех, которые по-прежнему вызывают серьезные опасения. Более того, стоит отметить, что большинство исследований, демонстрирующих, что ГМ-продукты столь же питательны и безопасны, как и те, что получены традиционным способом, были проведены биотехнологическими компаниями или их партнерами, которые также отвечают за коммерциализацию этих ГМ-растений. В любом случае, это представляет собой заметный прогресс по сравнению с отсутствием исследований, опубликованных в последние годы в научных журналах этими компаниями.
Krimsky S (2015). "Иллюзорный консенсус в оценке здоровья ГМО". Science, Technology, & Human Values . 40 (6): 883–914. doi :10.1177/0162243915598381. S2CID 40855100. Я начал эту статью с свидетельств уважаемых ученых о том, что буквально нет никаких научных споров о влиянии ГМО на здоровье. Мое исследование научной литературы рассказывает другую историю.
И контраст:
Панчин А.Ю., Тужиков А.И. (март 2017 г.). «Опубликованные исследования ГМО не находят доказательств вреда при корректировке на множественные сравнения». Critical Reviews in Biotechnology . 37 (2): 213–217. doi :10.3109/07388551.2015.1130684. PMID 26767435. S2CID 11786594. Здесь мы показываем, что ряд статей, некоторые из которых оказали сильное и негативное влияние на общественное мнение о ГМ-культурах и даже спровоцировали политические действия, такие как эмбарго на ГМО, имеют общие недостатки в статистической оценке данных. Приняв во внимание эти недостатки, мы приходим к выводу, что данные, представленные в этих статьях, не содержат существенных доказательств вреда ГМО.
Представленные статьи, предполагающие возможный вред ГМО, получили большое общественное внимание. Однако, несмотря на их заявления, они фактически ослабляют доказательства вреда и отсутствия существенной эквивалентности изученных ГМО. Мы подчеркиваем, что с более чем 1783 опубликованными статьями о ГМО за последние 10 лет ожидается, что некоторые из них должны были сообщить о нежелательных различиях между ГМО и обычными культурами, даже если в действительности таких различий не существует.
и
Yang YT, Chen B (апрель 2016 г.). «Управление ГМО в США: наука, право и общественное здравоохранение». Журнал «Наука о продовольствии и сельском хозяйстве » . 96 (6): 1851–5. Bibcode : 2016JSFA...96.1851Y. doi : 10.1002/jsfa.7523. PMID 26536836.Поэтому неудивительно, что усилия по требованию маркировки и запрету ГМО стали растущей политической проблемой в США (со ссылкой на Domingo и Bordonaba, 2011) . В целом, широкий научный консенсус гласит, что в настоящее время продаваемая ГМО-продукция не представляет большего риска, чем обычная... Основные национальные и международные научные и медицинские ассоциации заявили, что на сегодняшний день в рецензируемой литературе не было зарегистрировано или подтверждено никаких неблагоприятных последствий для здоровья человека, связанных с ГМО-продукцией.
Несмотря на различные опасения, сегодня Американская ассоциация содействия развитию науки, Всемирная организация здравоохранения и многие независимые международные научные организации сходятся во мнении, что ГМО так же безопасны, как и другие продукты питания. По сравнению с традиционными методами селекции, генная инженерия гораздо более точна и, в большинстве случаев, менее склонна создавать неожиданные результаты.
Например, ЕС инвестировал более 300 миллионов евро в исследования биобезопасности ГМО. В его недавнем отчете говорится: "Главный вывод, который следует сделать из усилий более 130 исследовательских проектов, охватывающих период более 25 лет исследований и в которых участвовало более 500 независимых исследовательских групп, заключается в том, что биотехнологии, и в частности ГМО, сами по себе не более рискованны, чем, например, традиционные технологии селекции растений". Всемирная организация здравоохранения, Американская медицинская ассоциация, Национальная академия наук США, Британское королевское общество и все другие уважаемые организации, изучившие доказательства, пришли к одному и тому же выводу: употребление продуктов, содержащих ингредиенты, полученные из ГМ-культур, не более рискованно, чем употребление тех же продуктов, содержащих ингредиенты из сельскохозяйственных культур, модифицированных с помощью традиционных методов улучшения растений.
отчете, выпущенном научным советом Американской медицинской ассоциации (AMA), говорится, что не было обнаружено долгосрочных последствий для здоровья от использования трансгенных культур и генетически модифицированных продуктов питания, и что эти продукты питания в значительной степени эквивалентны своим обычным аналогам". "Земли и продукты питания, произведенные с использованием методов рекомбинантной ДНК, доступны менее 10 лет, и на сегодняшний день не было обнаружено долгосрочных последствий. Эти продукты питания в значительной степени эквивалентны своим обычным аналогам.
Биоинженерные продукты питания потребляются уже около 20 лет, и за это время в рецензируемой литературе не было зарегистрировано и/или не было подтверждено никаких явных последствий для здоровья человека.
научных организаций в США опубликовали исследования или заявления относительно безопасности ГМО, указывающие на то, что нет никаких доказательств того, что ГМО представляют уникальные риски для безопасности по сравнению с продуктами, выращенными традиционным способом. К ним относятся Национальный исследовательский совет, Американская ассоциация содействия развитию науки и Американская медицинская ассоциация. Группы в США, выступающие против ГМО, включают некоторые экологические организации, организации органического земледелия и потребительские организации. Значительное число ученых-юристов критиковали подход США к регулированию ГМО.
Общие выводы о предполагаемых неблагоприятных эффектах на здоровье человека продуктов питания, полученных из ГМ-культур: на основе детального изучения сравнений в настоящее время коммерциализируемых ГМ-продуктов с не-ГМ-продуктами в композиционном анализе, испытаний на острую и хроническую токсичность для животных, долгосрочных данных о здоровье скота, питавшегося ГМ-продуктами, и эпидемиологических данных о людях комитет не обнаружил различий, которые подразумевали бы более высокий риск для здоровья человека от ГМ-продуктов, чем от их не-ГМ-аналогов.
ГМ-организмы включают в себя различные гены, вставленные разными способами. Это означает, что отдельные ГМ-продукты и их безопасность должны оцениваться в каждом конкретном случае, и что невозможно делать общие заявления о безопасности всех ГМ-продуктов.
ГМ-продукты, в настоящее время доступные на международном рынке, прошли оценку безопасности и, скорее всего, не представляют риска для здоровья человека. Кроме того, не было выявлено никаких последствий для здоровья человека в результате потребления таких продуктов населением в странах, где они были одобрены. Постоянное применение оценок безопасности на основе принципов Кодекса Алиментариус и, при необходимости, адекватный пострыночный мониторинг должны стать основой для обеспечения безопасности ГМ-продуктов.
Эти принципы предписывают индивидуальную предпродажную оценку, которая включает оценку как прямых, так и непреднамеренных эффектов.
нашему мнению, потенциальная опасность для ГМ-продуктов оказывать вредное воздействие на здоровье очень мала, и многие из высказанных опасений в равной степени применимы к продуктам питания, полученным традиционным способом. Однако проблемы безопасности пока нельзя полностью игнорировать на основе имеющейся в настоящее время информации.
При поиске оптимального баланса между преимуществами и рисками разумно проявить осторожность и, прежде всего, извлечь уроки из накопленных знаний и опыта. Любая новая технология, такая как генетическая модификация, должна быть изучена на предмет возможных преимуществ и рисков для здоровья человека и окружающей среды. Как и в случае со всеми новыми продуктами питания, оценки безопасности ГМ-продуктов должны проводиться в каждом конкретном случае.
Члены проекта жюри ГМ были проинформированы о различных аспектах генетической модификации разнообразной группой признанных экспертов в соответствующих областях. Жюри ГМ пришло к выводу, что продажа ГМ-продуктов, имеющихся в настоящее время в наличии, должна быть прекращена, а мораторий на коммерческое выращивание ГМ-культур должен быть продлен. Эти выводы были основаны на принципе предосторожности и отсутствии доказательств какой-либо пользы. Жюри выразило обеспокоенность по поводу воздействия ГМ-культур на сельское хозяйство, окружающую среду, безопасность пищевых продуктов и другие потенциальные последствия для здоровья.
Обзор Королевского общества (2002) пришел к выводу, что риски для здоровья человека, связанные с использованием определенных последовательностей вирусной ДНК в ГМ-растениях, незначительны, и, призывая к осторожности при введении потенциальных аллергенов в пищевые культуры, подчеркнуло отсутствие доказательств того, что коммерчески доступные ГМ-продукты вызывают клинические аллергические проявления. BMA разделяет мнение о том, что нет надежных доказательств того, что ГМ-продукты небезопасны, но мы поддерживаем призыв к дальнейшим исследованиям и надзору для предоставления убедительных доказательств безопасности и пользы.
различия между общественностью и учеными AAAS обнаружены в убеждениях о безопасности употребления в пищу генетически модифицированных (ГМ) продуктов. Почти девять из десяти (88%) ученых говорят, что в целом безопасно употреблять в пищу ГМ-продукты, по сравнению с 37% населения в целом, разница составляет 51 процентный пункт.
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI inactive as of October 2024 (link)