Генетически модифицированные культуры ( ГМ-культуры ) — это растения, используемые в сельском хозяйстве , ДНК которых была модифицирована с помощью методов генной инженерии . Геномы растений можно сконструировать физическими методами или с помощью Agrobacterium для доставки последовательностей, содержащихся в бинарных векторах Т-ДНК . В большинстве случаев цель состоит в том, чтобы привнести в растение новый признак , который не встречается у этого вида в природе. Примеры продовольственных культур включают устойчивость к определенным вредителям, болезням, условиям окружающей среды, уменьшение порчи, устойчивость к химической обработке (например, устойчивость к гербицидам ) или улучшение питательного профиля культуры. Примеры непродовольственных культур включают производство фармацевтических препаратов , биотоплива и других промышленно полезных товаров, а также биоремедиацию . [1]
Фермеры широко внедрили ГМ-технологии. Посевные площади увеличились 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 основные характеристики сельскохозяйственных культур ( соя , кукуруза , рапс и хлопок ) включают 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 под посевами генетически модифицированной кукурузы находилось 53,6 млн га (почти 1/3 урожая кукурузы). ГМ-кукуруза превзошла своих предшественников: урожайность была на 5,6–24,5% выше при меньшем количестве микотоксинов (-28,8%), фумонизина (-30,6%) и трикоценов (-36,5%). Нецелевые организмы не пострадали, за исключением более низких популяций некоторых паразитоидных ос из-за уменьшения популяций их вредителя-хозяина европейского кукурузного мотылька ; Европейский кукурузный мотылек является мишенью активной Bt-кукурузы Lepidoptera . Биогеохимические параметры, такие как содержание лигнина, не менялись, а разложение биомассы было выше. [2]
Метаанализ 2014 года пришел к выводу, что внедрение ГМ-технологий позволило сократить использование химических пестицидов на 37%, повысить урожайность на 22% и увеличить прибыль фермеров на 68%. [3] Такое сокращение использования пестицидов было экологически выгодным, но выгоды могут быть уменьшены из-за чрезмерного использования. [4] Увеличение урожайности и сокращение использования пестицидов больше для культур, устойчивых к насекомым, чем для культур, устойчивых к гербицидам. [5] Урожайность и прибыль выше в развивающихся странах , чем в развитых странах . [3] Только в Индии количество отравлений пестицидами сократилось на 2,4–9 миллионов случаев в год. [6] Обзор взаимосвязи между внедрением Bt-хлопка и самоубийствами фермеров в Индии, проведенный в 2011 году , показал, что «Имеющиеся данные не свидетельствуют о «возрождении» самоубийств среди фермеров» и что «Технология Bt-хлопка в целом оказалась очень эффективной в Индии». [7] За период внедрения Bt-хлопка в Индии количество самоубийств среди фермеров снизилось на 25%. [6]
Существует научный консенсус [8] [9] [10] [11] о том, что имеющиеся в настоящее время 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 перед внедрением необходимо тестировать в каждом конкретном случае. [17] [18] [19] Тем не менее, представители общественности гораздо менее склонны, чем ученые, воспринимать ГМ-продукты как безопасные. [20] [21] [22] [23] Правовой и нормативный статус ГМ-продуктов варьируется в зависимости от страны: некоторые страны запрещают или ограничивают их, а другие разрешают их с очень разной степенью регулирования. [24] [25] [26] [27]
Однако оппоненты возражали против ГМ-культур на таких основаниях, как воздействие на окружающую среду, безопасность пищевых продуктов, необходимость ГМ-культур для удовлетворения потребностей в продовольствии, достаточно ли они доступны для фермеров в развивающихся странах [28] и опасения по поводу того, что на сельскохозяйственные культуры распространяется действие закона об интеллектуальной собственности . Из соображений безопасности 38 стран, в том числе 19 европейских, официально запретили их выращивание. [2]
Люди напрямую повлияли на генетический состав растений, увеличив их ценность как сельскохозяйственной культуры посредством одомашнивания . Первыми свидетельствами одомашнивания растений являются пшеница эммер и однозернянка , найденная в деревнях докерамического неолита А в Юго-Западной Азии и датируемая примерно 10 500–10 100 до н. э. [29] Плодородный полумесяц в Западной Азии, Египте и Индии был местом самого раннего запланированного 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 ряде регионов Америки. [30] Восемь неолитических культур-основателей ( пшеница полба , однозернянка , ячмень , горох , чечевица , горькая вика , нут и лен ) появились примерно к 7000 году до нашей эры. [31] Традиционные селекционеры уже давно вводят в сельскохозяйственные культуры чужеродную зародышевую плазму , создавая новые скрещивания. Гибрид зернового злака был создан в 1875 году путем скрещивания пшеницы и ржи . [32] С тех пор таким образом были введены такие признаки, как гены карликовости и устойчивость к ржавчине . [33] Культура тканей растений и преднамеренные мутации позволили людям изменить структуру геномов растений. [34] [35]
Современные достижения в генетике позволили людям более напрямую изменять генетику растений. В 1970 году лаборатория Гамильтона Смита обнаружила ферменты рестрикции , которые позволили разрезать ДНК в определенных местах, что позволило ученым изолировать гены из генома организма. [36] ДНК-лигазы , соединяющие разорванные ДНК, были открыты ранее в 1967 году, [37] и, объединив две технологии, стало возможным «вырезать и вставлять» последовательности ДНК и создавать рекомбинантную ДНК . Плазмиды , открытые в 1952 году [38] , стали важными инструментами для передачи информации между клетками и репликации последовательностей ДНК. В 1907 году была открыта бактерия, вызывающая опухоли растений, Agrobacterium tumefaciens , а в начале 1970-х годов было обнаружено, что агентом, индуцирующим опухоли, является ДНК-плазмида, называемая Ti-плазмидой . [39] Удалив гены из плазмиды, вызвавшей опухоль, и добавив новые гены, исследователи смогли заразить растения A. tumefaciens и позволить бактериям вставить выбранную ими последовательность ДНК в геномы растений. [40] Поскольку не все растительные клетки были восприимчивы к заражению A. tumefaciens , были разработаны другие методы, включая электропорацию , микроинъекцию [41] и бомбардировку частицами с помощью генной пушки (изобретенной в 1987 году). [42] [43] 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 . [44] Генетическая трансформация стала очень эффективной в некоторых модельных организмах. В 2008 году генетически модифицированные семена Arabidopsis thaliana были получены путем погружения цветков в раствор Agrobacterium . [45] В 2013 году CRISPR впервые был использован для целевой модификации геномов растений. [46]
Первым генетически модифицированным сельскохозяйственным растением был табак, о котором сообщалось в 1983 году. [47] Он был разработан с целью создания химерного гена , который соединял ген устойчивости к антибиотикам с плазмидой Т1 из Agrobacterium . Табак был инфицирован Agrobacterium , трансформированным этой плазмидой, в результате чего химерный ген был встроен в растение. С помощью методов культуры тканей была выбрана единственная табачная клетка, содержащая ген, и из нее выросло новое растение. [48] Первые полевые испытания генно-инженерных растений произошли во Франции и США в 1986 году. Табачные растения были созданы устойчивыми к гербицидам . [49] В 1987 году компания Plant Genetic Systems , основанная Марком Ван Монтегю и Джеффом Шеллом , стала первой компанией, которая генетически спроектировала устойчивые к насекомым растения путем включения в табак генов, производящих инсектицидные белки из Bacillus thuringiensis (Bt) . [50] Китайская Народная Республика была первой страной, которая начала коммерциализировать трансгенные растения, представив устойчивый к вирусам табак в 1992 году. [51] В 1994 году компания Calgene добилась разрешения на коммерческий выпуск томата Flavr Savr , томата, разработанного для более длительного хранения. жизнь. [52] Также в 1994 году Европейский Союз одобрил табак, созданный с учетом устойчивости к гербициду бромоксинилу , что сделало его первой генно-инженерной культурой, коммерциализированной в Европе. [53] В 1995 году Bt-картофель был признан безопасным Агентством по охране окружающей среды после одобрения FDA, что сделало его первой культурой, производящей пестициды, одобренной в США. [54] В 1996 году в общей сложности было выдано 35 разрешений на коммерческое выращивание 8 трансгенных культур и одной цветочной культуры (гвоздики) с 8 различными признаками в 6 странах плюс ЕС. [49] К 2010 году 29 стран посадили коммерческие генетически модифицированные культуры, а еще 31 страна предоставила регулирующее разрешение на импорт трансгенных культур. [55]
Первым генетически модифицированным животным, которое было коммерциализировано, была GloFish , рыба -зебра с добавленным флуоресцентным геном , который позволяет ей светиться в темноте под ультрафиолетовым светом . [56] Первым генетически модифицированным животным, одобренным для использования в пищу, был лосось AquAdvantage в 2015 году. [57] Лосось был трансформирован геном, регулирующим гормон роста , из тихоокеанской чавычи и промотором из океанской чавычи, что позволило ему расти. круглый год, а не только весной и летом. [58]
ГМ-сорт бананов QCAV-4 был одобрен Австралией и Новой Зеландией в 2024 году. Банан устойчив к грибку, губительному для банана Кавендиш , доминирующего сорта. [59]
Генно-инженерные культуры содержат гены, добавленные или удаленные с использованием методов генной инженерии , [60] первоначально 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 частицы высокой энергии или радиацию против [61] ) целевыми генами в растительные клетки. Это самый распространенный метод. ДНК связана с крошечными частицами золота или вольфрама, которые впоследствии попадают в растительные ткани 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 ДНК растения внутри ядра . Этот метод успешно применялся для многих культур, особенно для однодольных, таких как пшеница или кукуруза, для которых трансформация с использованием Agrobacterium tumefaciens оказалась менее успешной. [62] Основным недостатком этой процедуры является то, что можно нанести серьезный ущерб клеточной ткани.
Agrobacterium tumefaciens – опосредованная трансформация – еще один распространенный метод. Агробактерии являются естественными паразитами растений . [63] Их естественная способность переносить гены представляет собой еще один инженерный метод. Чтобы создать для себя подходящую среду, эти агробактерии встраивают свои гены в растения-хозяева, что приводит к пролиферации модифицированных растительных клеток вблизи уровня почвы ( коронковый галл ). Генетическая информация, необходимая для роста опухоли, закодирована в мобильном кольцевом фрагменте ДНК ( плазмиде ). Когда агробактерия заражает растение, она переносит эту Т-ДНК в случайный участок генома растения. При использовании в генной инженерии бактериальная Т-ДНК удаляется из бактериальной плазмиды и заменяется желаемым чужеродным геном. Бактерия является вектором , позволяющим транспортировать чужеродные гены в растения. Этот метод особенно хорошо работает для двудольных растений, таких как картофель, помидоры и табак. Инфекция агробактериями менее успешна на таких культурах, как пшеница и кукуруза.
Электропорация используется, когда растительная ткань не содержит клеточных стенок. В этом методе «ДНК проникает в растительные клетки через миниатюрные поры, которые временно создаются электрическими импульсами».
Микроинъекция используется для прямого введения чужеродной ДНК в клетки. [64]
Ученые-растениеводы, опираясь на результаты современного комплексного анализа состава сельскохозяйственных культур, отмечают, что культуры, модифицированные с использованием ГМ-методов, с меньшей вероятностью будут иметь непреднамеренные изменения, чем культуры, выведенные традиционным способом. [65] [66]
В исследованиях табак и Arabidopsis thaliana являются наиболее часто модифицируемыми растениями из-за хорошо развитых методов трансформации, легкого размножения и хорошо изученных геномов. [67] [68] Они служат модельными организмами для других видов растений.
Для введения новых генов в растения требуется промотор , специфичный для области, где ген должен экспрессироваться. Например, для экспрессии гена только в зернах риса, а не в листьях, используется специфичный для эндосперма промотор. Кодоны гена должны быть оптимизированы для организма из-за предвзятости использования кодонов .
В трансгенные растения встроены гены, полученные от другого вида. Вставленные гены могут происходить от видов внутри одного царства (от растения к растению) или от разных царств (например, от бактерий к растению). Во многих случаях вставленную ДНК приходится слегка модифицировать, чтобы она правильно и эффективно экспрессировалась в организме хозяина. Трансгенные растения используются для экспрессии белков , таких как критоксины B. thuringiensis , гены устойчивости к гербицидам , антитела [69] и антигены для вакцинации . [70] Исследование, проведенное Европейским агентством по безопасности пищевых продуктов (EFSA), также обнаружило вирусные гены в трансгенных растениях. [71]
Трансгенная морковь была использована для производства препарата Талиглюцераза альфа , который используется для лечения болезни Гоше . [72] В лаборатории трансгенные растения были модифицированы для увеличения фотосинтеза (в настоящее время около 2% у большинства растений против теоретического потенциала 9–10%). [73] Это возможно путем изменения фермента рубиско (т.е. превращения растений C 3 в растения C 4 [74] ), помещения рубиско в карбоксисому , добавления насосов CO 2 в клеточную стенку, [75] или изменения форма или размер листа. [76] [77] [78] [79] Были созданы растения, способные проявлять биолюминесценцию , которая может стать устойчивой альтернативой электрическому освещению. [80]
Цисгенные растения создаются с использованием генов, обнаруженных у одного и того же вида или у близкородственного вида, где может происходить традиционная селекция растений . Некоторые селекционеры и ученые утверждают, что цисгенная модификация полезна для растений, которые трудно скрещивать традиционными способами (например, картофеля ), и что растения, относящиеся к цисгенной категории, не должны требовать такого же нормативного контроля, как трансгенные. [81]
Генетически модифицированные растения также могут быть созданы с использованием нокдауна генов или нокаута генов , чтобы изменить генетический состав растения без включения генов других растений. В 2014 году китайский исследователь Гао Цайся подал патенты на создание штамма пшеницы , устойчивого к мучнистой росе . У штамма отсутствуют гены, кодирующие белки, подавляющие защиту от плесени. Исследователи удалили все три копии генов из гексаплоидного генома пшеницы. Гао использовал инструменты редактирования генов TALEN и CRISPR , не добавляя и не изменяя какие-либо другие гены. Никаких полевых испытаний сразу не планировалось. [82] [83] Метод CRISPR также использовался исследователем из штата Пенсильвания Инонгом Янгом для модификации белых шампиньонов ( Agaricus bisporus ), чтобы они не темнели, [84] и компанией DuPont Pioneer для создания нового сорта кукурузы. [85]
При интеграции нескольких признаков в новый урожай можно интегрировать несколько новых признаков. [86]
Экономическая ценность ГМ-продуктов для фермеров является одним из их основных преимуществ, в том числе в развивающихся странах. [87] [88] [89] Исследование 2010 года показало, что Bt-кукуруза принесла экономическую выгоду в размере 6,9 миллиардов долларов за предыдущие 14 лет в пяти штатах Среднего Запада. Большая часть (4,3 миллиарда долларов) досталась фермерам, производящим кукурузу, не содержащую Bt. Это было связано с сокращением популяций европейского кукурузного мотылька из-за воздействия Bt-кукурузы, в результате чего осталось меньше людей, способных атаковать традиционную кукурузу поблизости. [90] [91] Экономисты по сельскому хозяйству подсчитали, что «мировой профицит [увеличился] на 240,3 миллиона долларов за 1996 год. Из этой суммы наибольшая доля (59%) досталась американским фермерам. Следующую по величине долю получила семеноводческая компания Monsanto (21%). За ними следуют потребители в США (9%), остальной мир (6%) и поставщик зародышевой плазмы Delta & Pine Land Company из Миссисипи (5%)». [92]
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 в развивающихся странах были бедны ресурсами. 53% мировых биотехнологических культур площадью 181,5 млн га выращивается в 20 развивающихся странах. [93] Комплексное исследование PG Economics за 2012 год пришло к выводу, что ГМ-культуры увеличили доходы фермеров во всем мире на 14 миллиардов долларов в 2010 году, причем более половины этой суммы досталось фермерам в развивающихся странах. [94]
Отказ от этих преимуществ обходится дорого. [95] [96] Весселер и др. , 2017 оценили стоимость задержки для нескольких культур, включая ГМ-банан в Уганде , ГМ-вигну в Западной Африке и ГМ-кукурузу/кукурузу в Кении . [95] По их оценкам, одна только Нигерия теряет 33–46 миллионов долларов в год. [95] Потенциальный и предполагаемый вред ГМ-культур необходимо затем сравнить с издержками задержки. [95] [96]
Критики подвергли сомнению заявленные преимущества для фермеров из-за преобладания предвзятых наблюдателей и отсутствия рандомизированных контролируемых исследований . [ нужна цитата ] Основная Bt-культура, выращиваемая мелкими фермерами в развивающихся странах, — это хлопок. В обзоре результатов Bt-хлопка, проведенном в 2006 году экономистами-аграрниками, был сделан вывод: «Общий баланс, хотя и многообещающий, неоднозначен. Экономическая отдача сильно варьируется в зависимости от года, типа фермы и географического положения». [97]
В 2013 году Научный консультативный совет европейских академий (EASAC) обратился к ЕС с просьбой разрешить развитие сельскохозяйственных ГМ-технологий, чтобы обеспечить более устойчивое сельское хозяйство за счет использования меньшего количества земельных, водных и питательных ресурсов. EASAC также критикует «отнимающую много времени и дорогую нормативно-правовую базу» ЕС и заявляет, что ЕС отстает во внедрении ГМ-технологий. [98]
К участникам рынков сельскохозяйственного бизнеса относятся семеноводческие компании, агрохимические компании, дистрибьюторы, фермеры, элеваторы и университеты, которые разрабатывают новые культуры/характеристики и чьи сельскохозяйственные специалисты консультируют фермеров по передовым методам. [ нужна цитата ] Согласно обзору 2012 года, основанному на данных конца 1990-х и начала 2000-х годов, большая часть ГМ-культур, выращиваемых каждый год, используется на корм скоту, а возросший спрос на мясо приводит к увеличению спроса на ГМ-кормовые культуры. [99] Использование фуражного зерна в процентах от общего производства сельскохозяйственных культур составляет 70% для кукурузы и более 90% для шротов масличных семян, таких как соевые бобы. Около 65 миллионов тонн зерна ГМ-кукурузы и около 70 миллионов тонн соевого шрота, полученного из ГМ-сои, становятся кормами. [99]
В 2014 году мировая стоимость биотехнологических семян составила 15,7 миллиардов долларов США; 11,3 миллиарда долларов США (72%) пришлось на промышленно развитые страны, а 4,4 миллиарда долларов США (28%) - на развивающиеся страны. [93] В 2009 году компания Monsanto получила 7,3 миллиарда долларов от продажи семян и лицензирования своей технологии; DuPont через свою дочернюю компанию Pioneer стала следующей по величине компанией на этом рынке. [100] По состоянию на 2009 год общая линейка продуктов Roundup, включая ГМ-семена, составляла около 50% бизнеса Monsanto. [101]
Срок действия некоторых патентов на ГМ-признаки истек, что позволяет законно разрабатывать непатентованные штаммы, включающие эти признаки. Например, теперь доступна непатентованная ГМ-соя, устойчивая к глифосату. Еще одним последствием является то, что характеристики, разработанные одним поставщиком, могут быть добавлены к запатентованным штаммам другого поставщика, что потенциально увеличивает выбор продукта и конкуренцию. [102] Срок действия патента на первый тип культуры Roundup Ready , которую произвела Monsanto (соевые бобы), истек в 2014 году [103] , а первый урожай непатентованных соевых бобов состоится весной 2015 года. [104] Monsanto широко лицензировала этот патент. другим компаниям по производству семян, которые включают признак устойчивости к глифосату в свои семенные продукты. [105] Около 150 компаний лицензировали эту технологию, [106] включая Syngenta [107] и DuPont Pioneer . [108]
В 2014 году самый крупный обзор пришел к выводу, что влияние ГМ-культур на сельское хозяйство было положительным. В метаанализе были рассмотрены 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 культур, устойчивых к насекомым, сокращение использования пестицидов было компенсировано более высокими ценами на семена, в результате чего общие производственные затраты остались примерно такими же. [3] [109]
Урожайность увеличилась на 9% для сортов, устойчивых к гербицидам, и на 25% для сортов, устойчивых к насекомым. Фермеры, принявшие 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. [109]
Исследователи рассмотрели некоторые исследования, которые не прошли рецензирование, а также несколько, в которых не сообщалось о размерах выборки. Они попытались исправить предвзятость публикаций , рассматривая источники за пределами академических журналов . Большой набор данных позволил исследованию контролировать потенциально мешающие переменные, такие как использование удобрений. Отдельно они пришли к выводу, что источник финансирования не повлиял на результаты исследования. [109]
Известно, что в особых условиях, призванных выявить только генетические факторы урожайности, многие ГМ-культуры на самом деле имеют более низкую урожайность. Это происходит по-разному из-за одного или обоих из: снижения урожайности, когда признак сам по себе снижает урожайность либо из-за конкуренции за сырье для синтеза , либо из-за немного неточного введения в середину гена, соответствующего урожайности; и/или отставание урожайности , при котором требуется некоторое время для выведения новейшей генетики урожайности в ГМ-линии. Однако это не отражает реалистичных полевых условий, особенно если не учитывать воздействие вредителей , которое часто является признаком ГМ-характеристики. [110] См., например, Roundup Ready § Заявления о производительности .
Редактирование генов также может повысить урожайность, неспецифичную для использования каких-либо биоцидов/пестицидов. В марте 2022 года результаты полевых испытаний показали, что нокаут генов KRN2 в кукурузе и OsKRN2 в рисе с помощью CRISPR увеличил урожайность зерна на ~10% и ~8% без каких-либо выявленных негативных последствий. [111] [112]
.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 использованием различных характеристик . Эти характеристики включают улучшенный срок хранения , устойчивость к болезням , устойчивость к стрессу, устойчивость к гербицидам , устойчивость к вредителям , производство полезных товаров, таких как биотопливо или лекарства, а также способность поглощать токсины и использоваться для биоочистки загрязнений.
В последнее время исследования и разработки были направлены на улучшение культур , имеющих местное значение в развивающихся странах , таких как устойчивая к насекомым вигна для Африки [113] и устойчивый к насекомым баклажан . [114]
Первой генетически модифицированной культурой, одобренной для продажи в США, стал томат FlavrSavr , который имел более длительный срок хранения. [52] Впервые проданные в 1994 году, производство томатов FlavrSavr было прекращено в 1997 году. [115] Их больше нет на рынке.
В ноябре 2014 года Министерство сельского хозяйства США одобрило ГМ-картофель , предотвращающий появление синяков. [116] [117]
В феврале 2015 года «Арктические яблоки» были одобрены Министерством сельского хозяйства США [118] , став первым генетически модифицированным яблоком, одобренным для продажи в США. [119] Замалчивание генов использовалось для снижения экспрессии полифенолоксидазы (PPO) , предотвращая тем самым ферментативное потемнение плода после его разрезания. Признак был добавлен к сортам Гренни Смит и Голден Делишес . [118] [120] Этот признак включает ген устойчивости бактерий к антибиотикам , который обеспечивает устойчивость к антибиотику канамицину . Генная инженерия включала культивирование в присутствии канамицина, что позволяло выжить только устойчивым сортам. По данным сайта arcticapple.com, люди, потребляющие яблоки, не приобретают резистентности к канамицину. [121] FDA одобрило яблоки в марте 2015 года. [122]
Растения используют нефотохимическую закалку , чтобы защитить их от чрезмерного количества солнечного света. Растения могут включить механизм тушения практически мгновенно, однако для его повторного выключения требуется гораздо больше времени. За время, пока он выключен, количество энергии, которая тратится впустую, увеличивается. [123] Генетическая модификация трех генов позволяет исправить это (в исследовании с растениями табака). В результате урожайность выросла на 14-20% в пересчете на массу собранных сухих листьев. У растений были более крупные листья, они были выше и имели более сильные корни. [123] [124]
Еще одно улучшение, которое можно сделать в процессе фотосинтеза (с растениями, имеющими путь C3 ), касается фотодыхания . Встраивая путь C4 в растения C3, урожайность зерновых культур , таких как рис, может увеличиться на целых 50% . [125] [126] [127] [128] [129]
Инициатива по использованию растений направлена на создание ГМ-растений с увеличенной корневой массой, глубиной корней и содержанием суберина.
Некоторые ГМ-соевые бобы обладают улучшенными маслянистыми свойствами для переработки. [130] Рыжик посевной был модифицирован для получения растений, которые накапливают большое количество масел, подобных рыбьему жиру . [131] [132]
Золотой рис , разработанный Международным научно-исследовательским институтом риса (IRRI ) , обеспечивает большее количество витамина А , направленного на сокращение дефицита витамина А. [133] [134] По состоянию на январь 2016 года золотой рис еще не выращивался в коммерческих целях ни в одной стране. [135]
Разрабатываемая генетически модифицированная маниока содержит меньше цианогенных глюкозидов и повышенное содержание белка и других питательных веществ (так называемая биокассава). [136]
В ноябре 2014 года Министерство сельского хозяйства США одобрило картофель, который предотвращает образование синяков и выделяет меньше акриламида при жарке. [116] [117] Они не используют гены некартофельных видов. Этот признак был добавлен к сортам Russet Burbank , Ranger Russet и Atlantic. [116]
Растения были созданы так, чтобы выдерживать небиологические стрессоры , такие как засуха , [116] [117] [137] [138] мороз , [139] и высокая засоленность почвы . [68] В 2011 году кукуруза DroughtGard компании Monsanto стала первой засухоустойчивой ГМ-культурой, получившей маркетинговое одобрение в США. [140]
Устойчивость к засухе достигается путем модификации генов растения, ответственных за механизм, известный как метаболизм крассуловой кислоты (CAM), который позволяет растениям выживать, несмотря на низкий уровень воды. Это обещает ускорить адаптацию водоемких культур, таких как рис, пшеница, соевые бобы и тополь, к среде с ограниченным количеством воды. [141] [142] У солеустойчивых культур было выявлено несколько механизмов толерантности к засолению. Например, рис, рапс и томаты были генетически модифицированы, чтобы повысить их устойчивость к солевому стрессу. [143] [144]
Наиболее распространенным признаком ГМ является толерантность к гербицидам [145] , причем толерантность к глифосату является наиболее распространенной. [146] Глифосат (активный ингредиент Раундапа и других гербицидов) 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).
Это свойство возникло потому, что гербициды, применявшиеся в то время на зерновых и травяных культурах, были высокотоксичными и неэффективными против узколистных сорняков. Таким образом, создание культур, способных противостоять опрыскиванию глифосатом, позволит снизить риски для окружающей среды и здоровья, а также даст фермеру преимущество в сельском хозяйстве. [147]
Некоторые микроорганизмы имеют версию EPSPS, устойчивую к ингибированию глифосатом. Один из них был выделен из штамма Agrobacterium CP4 (CP4 EPSPS), устойчивого к глифосату. [148] [149] Ген CP4 EPSPS был сконструирован для экспрессии в растениях путем слияния 5'-конца гена с транзитным пептидом хлоропластов , полученным из EPSPS петунии . Этот транзитный пептид был использован, поскольку ранее он продемонстрировал 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, называлась PV-GMGTO4. В качестве маркера он содержал три бактериальных гена, два гена CP4 EPSPS и ген, кодирующий бета-глюкуронидазу (GUS) из Escherichia coli . ДНК была введена в соевые бобы с использованием метода ускорения частиц . Для трансформации использовали сорт сои А54О3 .
Растения табака были созданы устойчивыми к гербициду бромоксинилу . [150]
В продажу поступили также культуры, устойчивые к гербициду глюфосинату . [151] В настоящее время разрабатываются культуры, устойчивые к нескольким гербицидам, позволяющие фермерам использовать смешанную группу из двух, трех или четырех различных химикатов для борьбы с растущей устойчивостью к гербицидам. [152] [153]
В октябре 2014 года Агентство по охране окружающей среды США зарегистрировало в шести штатах кукурузу Dow 's Enlist Duo , которая генетически модифицирована для обеспечения устойчивости как к глифосату , так и к 2,4-D . [154] [155] [156] Встраивание бактериального гена арилоксиалканоатдиоксигеназы aad1 делает кукурузу устойчивой к 2,4-D. [154] [157] Министерство сельского хозяйства США одобрило кукурузу и соевые бобы с мутацией в сентябре 2014 года. [158]
Компания Monsanto запросила одобрение на создание многослойного штамма, устойчивого как к глифосату, так и к дикамбе . Запрос включает планы по предотвращению попадания гербицидов на другие культуры. [159] Значительный ущерб другим неустойчивым культурам был нанесен составами дикамбы, предназначенными для уменьшения сноса испарений при опрыскивании устойчивых соевых бобов в 2017 году. [160] На этикетках новых составов дикамбы указано, что опрыскивать нельзя, если 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 дождь или высокие температуры прогнозируются на следующий день. Однако такие условия обычно наблюдаются только в июне и июле в течение нескольких часов за раз. [161] [162]
Табак, кукуруза, рис и некоторые другие культуры были созданы для экспрессии генов, кодирующих инсектицидные белки Bacillus thuringiensis (Bt). [163] [164] По оценкам, внедрение культур Bt в период с 1996 по 2005 год 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%. [165]
В конце 1990-х годов генетически модифицированный картофель , устойчивый к колорадскому жуку, был изъят из продажи, поскольку крупные покупатели отвергли его, опасаясь сопротивления потребителей. [116]
Папайя, картофель и тыква были созданы, чтобы противостоять вирусным патогенам, таким как вирус мозаики огурца , который, несмотря на свое название, заражает самые разные растения. [166] Устойчивая к вирусу папайя была разработана в ответ на вспышку вируса кольцевой пятнистости папайи (PRV) на Гавайях в конце 1990-х годов. Они включают ДНК PRV. [167] [168] К 2010 году 80% растений гавайской папайи были генетически модифицированы. [169] [170]
Картофель был разработан с учетом устойчивости к вирусу скручивания листьев картофеля и вирусу Y картофеля в 1998 году. Плохие продажи привели к его уходу с рынка через три года. [171]
Начиная с 1990-х годов были разработаны желтые кабачки, устойчивые сначала к двум, а затем к трем вирусам. Вирусы представляют собой желтую мозаику арбуза, огурца и кабачка. Сквош стал второй ГМ-культурой, одобренной регулирующими органами США. Позже эта черта была добавлена к кабачкам. [172]
В последние годы было выведено множество 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 среди вариантов ГМ-кукурузы. [173]
В 2012 году FDA одобрило первый фармацевтический препарат растительного происхождения для лечения болезни Гоше . [174] Растения табака были модифицированы для производства терапевтических антител. [175]
Водоросли находятся в стадии разработки для использования в биотопливе . [176] Целью микроводорослей для массового производства биотоплива является модификация водорослей для производства большего количества липидов, но потребуются годы, чтобы увидеть результаты из-за стоимости этого процесса извлечения липидов. [177] Исследователи в Сингапуре работали над ГМ ятрофой для производства биотоплива. [178] Компания Syngenta получила одобрение Министерства сельского хозяйства США на продажу кукурузы под торговой маркой Enogen, которая была генетически модифицирована для преобразования крахмала в сахар для производства этанола . [179] 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 доступность микрофибрилл целлюлозы к деполимеризации ферментами . [180] Помимо деревьев, химически лабильные связи лигнина также очень полезны для зерновых культур, таких как кукуруза, [181] [182]
Компании и лаборатории работают над заводами, которые можно использовать для производства биопластиков . [183] Также был разработан картофель, который производит промышленно полезные крахмалы. [184] Масличные семена можно модифицировать для производства жирных кислот для моющих средств , заменителей топлива и нефтехимической продукции .
Помимо модифицированной масличной культуры, описанной выше, Camelina sativa также была модифицирована для производства феромонов Helicoverpa Armigera и в настоящее время разрабатывается версия Spodoptera frugiperda . Феромоны H.armigera прошли испытания и оказались эффективными. [185]
В 2011 году ученые из Йоркского университета разработали сорняк ( Arabidopsis thaliana ), содержащий гены бактерий, способных очищать почву от взрывоопасных загрязнителей тротила и гексогена . [186] По оценкам, в США 16 миллионов гектаров (1,5% общей площади) быть загрязнены тротилом и гексогеном. Однако A. thaliana оказалась недостаточно прочной для использования на военных полигонах. [187] Модификации 2016 года включали просо и полевицу . [188]
Генетически модифицированные растения используются для биоремедиации загрязненных почв. Ртуть , селен и органические загрязнители, такие как полихлорированные бифенилы (ПХБ). [187] [189]
Морская среда особенно уязвима, поскольку такие загрязнения, как разливы нефти , невозможно сдержать. Помимо антропогенного загрязнения, миллионы тонн нефти ежегодно попадают в морскую среду в результате естественных утечек. Несмотря на свою токсичность, значительная часть нефти, попадающей в морские системы, уничтожается в результате разлагающей углеводороды деятельности микробных сообществ. Особенно успешными являются недавно открытые группой специалистов так называемые гидрокарбонатокластические бактерии (HCCB), которые могут предложить полезные гены. [190]
Такие культуры, как кукуруза, размножаются половым путем каждый год. Это рандомизирует то, какие гены передаются следующему поколению, а это означает, что желаемые черты могут быть потеряны. Чтобы сохранить качественный урожай, некоторые фермеры ежегодно закупают семена. Обычно компания по производству семян поддерживает два инбредных сорта и скрещивает их в гибридный сорт, который затем продается. Родственные растения, такие как сорго и гамма-трава, способны осуществлять апомиксис — форму бесполого размножения, которая сохраняет ДНК растения нетронутой. Этот признак, по-видимому, контролируется одним доминантным геном, но традиционная селекция не смогла создать кукурузу, размножающуюся бесполым путем. Генная инженерия предлагает еще один путь к этой цели. Успешная модификация позволит фермерам пересаживать собранные семена, сохраняющие желаемые характеристики, вместо того, чтобы полагаться на покупные семена. [191]
Также существуют генетические модификации некоторых сельскохозяйственных культур, которые облегчают обработку урожая, т.е. позволяют выращивать его в более компактной форме. [192] Кроме того, некоторые сельскохозяйственные культуры (например, помидоры) были генетически модифицированы, чтобы вообще не содержать семян. [193]
Было сделано несколько модификаций Camelina sativa , см. §Пищевые масла и §Непестицидные средства для борьбы с вредителями выше.
Число одобренных Министерством сельского хозяйства США полевых выпусков для испытаний выросло с 4 в 1985 году до 1194 в 2002 году и в дальнейшем составляло в среднем около 800 в год. Количество сайтов на выпуск и количество генных конструкций (способы, которыми интересующий ген упакован вместе с другими элементами) быстро увеличились 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 разрешений на кукурузу, более 2200 на соевые бобы, более 1100 на хлопок и около 900 на картофель. Выпуски были одобрены по устойчивости к гербицидам (6772 выпуска), устойчивости к насекомым (4809), качеству продукции, например вкусу и питательности (4896), агрономическим свойствам, таким как устойчивость к засухе (5190) и устойчивости к вирусам/грибкам (2616). В число учреждений с наибольшим количеством разрешенных выпусков на поля входят Monsanto с 6782, Pioneer/DuPont с 1405, Syngenta с 565 и Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США с 370. По состоянию на сентябрь 2013 года Министерство сельского хозяйства США получило предложения о выпуске ГМ риса, тыквы, сливы, розы, табак, лен и цикорий. [208]
Постоянное воздействие токсина создает эволюционное давление на вредителей, устойчивых к этому токсину. [209] Чрезмерная зависимость от глифосата и сокращение разнообразия методов борьбы с сорняками привели к распространению устойчивости к глифосату у 14 видов сорняков в США, [208] и у соевых бобов. [5]
Чтобы снизить устойчивость культур к Bacillus thuringiensis (Bt), коммерциализация трансгенного хлопка и кукурузы в 1996 году сопровождалась стратегией управления, направленной на предотвращение развития устойчивости насекомых. Планы управления устойчивостью к насекомым являются обязательными для культур Bt. Цель состоит в том, чтобы стимулировать большую популяцию вредителей, чтобы любые (рецессивные) гены устойчивости были растворены в популяции. Сопротивление снижает эволюционную приспособленность в отсутствие стрессора Bt. В убежищах неустойчивые штаммы вытесняют устойчивые. [210]
При достаточно высоком уровне экспрессии трансгена почти все гетерозиготы (S/s), т.е. самый крупный сегмент популяции вредителей, несущий аллель устойчивости, будут убиты до созревания, что предотвратит передачу гена устойчивости их потомству. [211] Убежища (т.е. поля нетрансгенных растений), прилегающие к трансгенным полям, 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 особи, несущие аллель устойчивости. В результате частота генов устойчивости в популяции остается ниже.
Осложняющие факторы могут повлиять на успех стратегии высоких доз/убежища. Например, если температура не идеальна, термический стресс может снизить выработку токсина Bt и сделать растение более восприимчивым. Что еще более важно, было зарегистрировано снижение экспрессии в конце сезона, возможно, в результате метилирования ДНК промотора . [212] Успех стратегии высоких доз/убежища позволил сохранить ценность культур Bt. Этот успех зависел от факторов, не зависящих от стратегии управления, включая низкие частоты исходных аллелей устойчивости, затраты на приспособленность, связанные с устойчивостью, и обилие растений-хозяев, не являющихся Bt, за пределами убежищ. [213]
Компании, производящие семена Bt, внедряют штаммы с несколькими белками Bt. «Монсанто» сделала то же самое с Bt-хлопком в Индии, где этот продукт быстро получил распространение. [214] Монсанто тоже; в попытке упростить процесс создания убежищ на полях, чтобы соответствовать политике управления устойчивостью к насекомым (IRM) и предотвратить безответственную практику посадки; начала продавать пакеты с семенами с определенной пропорцией «безопасных» (нетрансгенных) семян, смешанных с продаваемыми семенами Bt. Эта практика, получившая название «Убежище в мешке» (RIB), призвана повысить соблюдение фермерами требований к убежищу и сократить дополнительную рабочую силу, необходимую при посадке, из-за наличия под рукой отдельных мешков с семенами Bt и убежища. [215] Эта стратегия, вероятно, снизит вероятность возникновения Bt-резистентности у кукурузного корневого червя , но может увеличить риск устойчивости к чешуекрылым вредителям кукурузы, таким как европейский кукурузный мотылек . Повышенная обеспокоенность по поводу устойчивости смесей семян включает в себя частично устойчивые личинки на растении Bt, способные перемещаться на восприимчивое растение, чтобы выжить, или перекрестное опыление пыльцы-убежища на растениях Bt, что может снизить количество Bt, экспрессируемого в ядрах для насекомых, питающихся ушами. [216] [217]
Передовые методы управления (BMP) по борьбе с сорняками могут помочь задержать появление сопротивления. ЛМУ включают в себя применение нескольких гербицидов с различным механизмом действия, севооборот, посев семян без сорняков, регулярную проверку полей, очистку оборудования для уменьшения распространения сорняков на другие поля и поддержание границ полей. [208] Наиболее широко выращиваемые ГМ-культуры устойчивы к гербицидам. К 2006 году некоторые популяции сорняков стали толерантными к некоторым из тех же гербицидов. Амарант Палмера – сорняк, конкурирующий с хлопком. Уроженец юго-запада США, он путешествовал на восток и впервые был обнаружен устойчивым к глифосату в 2006 году, менее чем через 10 лет после того, как был представлен ГМ-хлопок. [218] [219]
Фермеры обычно используют меньше инсектицидов при выращивании устойчивых к Bt культур. Использование инсектицидов на кукурузных фермах снизилось с 0,21 фунта на посевной акр в 1995 году до 0,02 фунта в 2010 году. Это согласуется со снижением популяций кукурузного мотылька в Европе как прямой результат воздействия Bt-кукурузы и хлопка. Установление минимальных требований к убежищу помогло задержать развитие устойчивости Bt. Тем не менее, в некоторых областях, по-видимому, развивается устойчивость к некоторым признакам Bt. [208] В Колумбии ГМ-хлопок позволил сократить использование инсектицидов на 25% и гербицидов на 5%, а ГМ-кукуруза сократила использование инсектицидов и гербицидов на 66% и 13% соответственно. [220]
Оставляя не менее 30% растительных остатков на поверхности почвы от сбора урожая до посадки, консервативная обработка почвы уменьшает эрозию почвы от ветра и воды, увеличивает удержание воды и уменьшает деградацию почвы , а также стоки воды и химикатов. Кроме того, защитная обработка почвы снижает выбросы углекислого газа в сельском хозяйстве. [221] Обзор 2014 года, охватывающий 12 штатов с 1996 по 2006 год, показал, что увеличение на 1% внедрения гербицидно-толерантной (HT) сои приводит к увеличению на 0,21% объема консервативной обработки почвы и снижению на 0,3% использования гербицидов с поправкой на качество. [221]
Сочетание повышения урожайности, сокращения землепользования, сокращения использования удобрений и сокращения использования сельскохозяйственной техники создает петлю обратной связи, которая снижает выбросы углерода, связанные с сельским хозяйством. По оценкам, это сокращение составит 7,5% от общего объема сельскохозяйственных выбросов в ЕС или 33 миллиона тонн CO 2 [222] и примерно 8,76 миллиона тонн CO 2 в Колумбии. [220]
Использование засухоустойчивых культур может повысить урожайность в регионах с дефицитом воды, что делает возможным ведение сельского хозяйства на новых территориях. 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 доходы фермеров. [223]
Регулирование генной инженерии касается подходов, применяемых правительствами для оценки и управления рисками, связанными с разработкой и выпуском генетически модифицированных культур. Между странами существуют различия в регулировании ГМ-культур, причем некоторые из наиболее заметных различий наблюдаются между США и Европой. Регулирование варьируется в каждой стране в зависимости от предполагаемого использования каждого продукта. Например, культуры, не предназначенные для употребления в пищу, обычно не проверяются органами, ответственными за безопасность пищевых продуктов. [224] [225]
В 2013 году ГМ-культуры были посажены в 27 странах; 19 из них были развивающимися странами, а 8 - развитыми странами. 2013 год стал вторым годом, когда развивающиеся страны вырастили большую часть (54%) общего урожая ГМ. 18 миллионов фермеров выращивали ГМ-культуры; около 90% составляли мелкие фермеры в развивающихся странах. [1]
Министерство сельского хозяйства США (USDA) ежегодно сообщает об общей площади ГМ-культур, посаженных в Соединенных Штатах. [227] [228] По данным Национальной службы сельскохозяйственной статистики , на штаты, опубликованные в этих таблицах, приходится 81–86 процентов всех посевных площадей кукурузы, 88–90 процентов всех посевных площадей сои и 81–93 процентов всего посевного хлопчатника на возвышенностях. Площадь (в зависимости от года).
Глобальные оценки производятся Международной службой по приобретению агробиотехнологических приложений (ISAAA), и их можно найти в их ежегодных отчетах «Глобальный статус коммерциализированных трансгенных культур». [1] [229]
Фермеры широко внедрили ГМ-технологию (см. рисунок). В период с 1996 по 2013 год общая площадь земель, обрабатываемых 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] В 2010 году 10% пахотных земель в мире было засажено ГМ-культурами. [55] 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. [55] Одной из ключевых причин такого широкого внедрения является предполагаемая экономическая выгода, которую технология приносит фермерам. Например, система посева устойчивых к глифосату семян и последующего внесения глифосата после появления растений дала фермерам возможность резко повысить урожайность с данного участка земли, поскольку это позволило им сажать ряды ближе друг к другу. Без этого фермерам приходилось сажать ряды на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы контролировать послевсходовые сорняки с помощью механической обработки почвы. [230] 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, будет ли урожайность выше и меньше ли использование химикатов при использовании ГМ-культур. Дополнительную информацию см. в статье о спорах о генетически модифицированных продуктах питания .
В США к 2014 году 94% посевных площадей сои, 96% хлопка и 93% кукурузы представляли собой генетически модифицированные сорта. [231] [232] [233] Генетически модифицированные соевые бобы обладали только признаками толерантности к гербицидам, а кукуруза и хлопок обладали как устойчивостью к гербицидам, так и защитными свойствами от насекомых (последние в основном связаны с белком Bt). [234] Они представляют собой «входные характеристики», которые направлены на получение финансовой выгоды производителей, но могут иметь косвенные экологические выгоды и экономические выгоды для потребителей. По оценкам Американских производителей бакалейных товаров в 2003 году, 70–75% всех обработанных пищевых продуктов в США содержали ГМ-ингредиенты. [235]
В Европе выращивается относительно мало генетически модифицированных культур [236] , за исключением Испании, где одна пятая кукурузы является генетически модифицированной, [237] и меньших объемов в пяти других странах. [238] В ЕС с 1999 по 2004 год действовал «фактический» запрет на одобрение новых ГМ-культур. [239] [240] ГМ-культуры теперь регулируются ЕС. [241] В 2015 году генно-инженерные культуры запрещены в 38 странах мира, 19 из них — в Европе. [242] [243] В 2013 году в развивающихся странах выращивалось 54 процента генно-инженерных культур. [1]
В последние годы в развивающихся странах быстро распространилось производство ГМ-культур . В 2013 году около 18 миллионов фермеров выращивали 54% мировых ГМ-культур в развивающихся странах. [1] Наибольший прирост в 2013 году наблюдался в Бразилии (403 000 км 2 против 368 000 км 2 в 2012 году). ГМ-хлопок начал выращиваться в Индии в 2002 году, а в 2013 году его площадь достигла 110 000 км2 . [1]
Согласно сводке ISAAA за 2013 год: «с 1994 года в общей сложности 36 стран (35 + ЕС-28) предоставили регулирующие разрешения на биотехнологические культуры для употребления в пищу и/или корма, а также для высвобождения в окружающую среду или посадки... всего 2833 нормативных разрешения. властями были выданы разрешения на 27 ГМ-культур и 336 ГМ-событий (примечание: «событие» — это конкретная генетическая модификация конкретного вида), из которых 1321 предназначены для использования в пищевых целях (прямое использование или переработка), 918 — для использования в качестве корма. (прямое использование или переработка) и 599 - выбросы в окружающую среду или посадки. Наибольшее количество - в Японии (198), за ней следуют США (165, не считая «комплексных» событий), Канада (146), Мексика (131), Южная Корея. (103), Австралия (93), Новая Зеландия (83), Европейский Союз (71, включая разрешения с истекшим сроком действия или находящиеся в процессе продления), Филиппины (68), Тайвань (65), Колумбия (59), Китай (55) и Южная Африка (52). Наибольшее количество приходится на кукурузу (130 мероприятий в 27 странах), за ней следуют хлопок (49 мероприятий в 22 странах), картофель (31 мероприятие в 10 странах), рапс (30 мероприятий в 12 странах) и соевые бобы ( 27 мероприятий в 26 странах). [1]
Прямая генная инженерия вызывает споры с момента ее появления. Большинство, но не все, споров касаются ГМ-продуктов, а не сельскохозяйственных культур как таковых. ГМ-продукты являются предметом протестов, вандализма, референдумов, законодательных, судебных исков [244] и научных споров. В спорах участвуют потребители, биотехнологические компании, государственные регулирующие органы, неправительственные организации и ученые.
Противники возражали против ГМ-культур по множеству причин, включая воздействие на окружающую среду, безопасность пищевых продуктов, необходимость ГМ-культур для удовлетворения потребностей в продовольствии, достаточно ли они доступны для фермеров в развивающихся странах, [28] опасения по поводу подчинения сельскохозяйственных культур закону об интеллектуальной собственности и по религиозному признаку. [245] Вторичные вопросы включают маркировку, поведение государственных регулирующих органов, последствия использования пестицидов и толерантность к пестицидам.
Серьезной экологической проблемой, связанной с использованием генетически модифицированных культур, является возможное скрещивание родственных культур, что дает им преимущества перед встречающимися в природе сортами. Одним из примеров является устойчивая к глифосату культура риса, которая скрещивается с сорным родственником, что дает сорняку конкурентное преимущество. Трансгенный гибрид имел более высокую скорость фотосинтеза, больше побегов и цветов, а также больше семян, чем нетрансгенные гибриды. [246] Это демонстрирует возможность нанесения ущерба экосистеме в результате использования ГМ-культур.
Роль биопиратства в развитии ГМ-культур также потенциально проблематична, поскольку развитые страны получили экономическую выгоду от использования генетических ресурсов развивающихся стран. В двадцатом веке Международный научно-исследовательский институт риса каталогизировал геномы почти 80 000 сортов риса с азиатских ферм, которые с тех пор были использованы для создания новых, более урожайных сортов риса. Эти новые сорта ежегодно приносят почти 655 миллионов долларов экономической выгоды Австралии, США, Канаде и Новой Зеландии. [247]
Существует научный консенсус [8] [9] [10] [11] о том, что имеющиеся в настоящее время 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 перед внедрением необходимо тестировать в каждом конкретном случае. [17] [18] [19] Тем не менее, представители общественности гораздо менее склонны, чем ученые, воспринимать ГМ-продукты как безопасные. [20] [21] [22] [23] Правовой и нормативный статус ГМ-продуктов варьируется в зависимости от страны: некоторые страны запрещают или ограничивают их, а другие разрешают их с очень разной степенью регулирования. [24] [25] [26] [27]
Никаких сообщений о вредных последствиях употребления ГМ-продуктов среди населения не зарегистрировано. [248] [249] [250] Маркировка ГМ-культур требуется во многих странах, хотя Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США не делает различий между одобренными ГМ-продуктами и не-ГМ-продуктами. [251] В США принят закон, который требует, чтобы правила маркировки были приняты к июлю 2018 года. Он допускает косвенное раскрытие информации, например, с помощью номера телефона, штрих-кода или веб-сайта. [252]
Правозащитные группы, такие как Центр безопасности пищевых продуктов , Союз обеспокоенных ученых и Гринпис , заявляют, что риски, связанные с ГМ-продуктами, не были должным образом изучены и устранены, что ГМ-культуры недостаточно проверены и не должны быть маркированы, а также что регулирующие органы и научные органы слишком тесно связаны с промышленностью. [ нужна цитация ] Некоторые исследования утверждают, что генетически модифицированные культуры могут причинить вред; [253] [254] Обзор 2016 года, в котором повторно анализировались данные шести из этих исследований, обнаружил, что их статистические методологии были ошибочными и не продемонстрировали вреда, и заявил, что выводы о безопасности ГМ-культур следует делать на основе «совокупности доказательств». ...вместо надуманных данных единичных исследований». [255]
Краткое изложение, Глобальный статус коммерциализации биотехнологических/ГМ-культур
Мы проанализировали научную литературу по безопасности ГМ-растений за последние 10 лет, которая отражает научный консенсус, сложившийся с тех пор, как ГМ-растения стали широко культивироваться во всем мире, и можем заключить, что научные исследования, проведенные до сих пор, не выявили каких-либо значительная опасность, напрямую связанная с использованием ГМ-культур.
Литература о биоразнообразии и потреблении ГМ-продуктов/кормов иногда приводила к оживленным дебатам относительно пригодности экспериментальных планов, выбора статистических методов или публичной доступности данных.
Такие дебаты, даже если они позитивны и являются частью естественного процесса рассмотрения научным сообществом, часто искажаются средствами массовой информации и часто используются политически и ненадлежащим образом в кампаниях против ГМ-культур.
Доступные в настоящее время трансгенные культуры и продукты, полученные из них, признаны безопасными для употребления в пищу, а методы, использованные для проверки их безопасности, признаны подходящими.
Эти выводы представляют собой консенсус научных данных, исследованных ICSU (2003), и они согласуются с мнением Всемирной организации здравоохранения (WHO, 2002).
Эти продукты питания были оценены на предмет повышенного риска для здоровья человека несколькими национальными регулирующими органами (в частности, Аргентиной, Бразилией, Канадой, Китаем, Великобританией и США) с использованием своих национальных процедур безопасности пищевых продуктов (ICSU).
На сегодняшний день нигде в мире не обнаружено никаких поддающихся проверке неблагоприятных токсических или вредных для питания последствий употребления продуктов, полученных из генетически модифицированных культур (GM Science Review Panel).
Многие миллионы людей потребляли продукты, полученные из ГМ-растений – в основном кукурузы, сои и рапса – без каких-либо побочных эффектов (ICSU).
Существует широкий научный консенсус в отношении того, что генетически модифицированные культуры, представленные в настоящее время на рынке, безопасны для употребления в пищу.
После 14 лет выращивания и общей засеянной площади в 2 миллиарда акров коммерциализация генно-инженерных культур не привела к каким-либо неблагоприятным последствиям для здоровья или окружающей среды (Совет по сельскому хозяйству и природным ресурсам, Комитет по воздействию на окружающую среду, связанному с коммерциализацией трансгенных растений, Национальное исследование). Совет и Отдел исследований Земли и жизни, 2002).
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 массив знаний, который адекватно решает проблему безопасности пищевых продуктов, связанных с генетически модифицированными культурами. (Комитет по выявлению и оценке непреднамеренного воздействия генетически модифицированных продуктов питания на здоровье человека и Национальный исследовательский совет, 2004 г.; Объединенный исследовательский центр Европейской комиссии, 2008 г.).
В этих и других недавних отчетах делается вывод, что процессы генной инженерии и традиционной селекции ничем не отличаются с точки зрения непредвиденных последствий для здоровья человека и окружающей среды (Генеральный директорат Европейской Комиссии по исследованиям и инновациям, 2010).
Но см. также:
Доминго Дж. Л., Джине Бордонаба Дж. (май 2011 г.). «Обзор литературы по оценке безопасности генетически модифицированных растений» (PDF) . Интернационал окружающей среды . 37 (4): 734–42. 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 наблюдается определенное равновесие в количестве исследовательских групп, предполагающих на основе своих исследований, что ряд сортов ГМ-продуктов (в основном кукурузы и соевых бобов) столь же безопасны и питательны. как соответствующие обычные растения, не содержащие ГМО, так и растения, вызывающие по-прежнему серьезные опасения. Более того, стоит отметить, что большинство исследований, демонстрирующих, что ГМ-продукты столь же питательны и безопасны, как и те, что получены путем традиционной селекции, были проведены биотехнологическими компаниями или их партнерами, которые также несут ответственность 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.
Крымский С (2015). «Иллюзорный консенсус по оценке здоровья ГМО». Наука, технологии и человеческие ценности . 40 (6): 883–914. дои : 10.1177/0162243915598381. S2CID 40855100. Я начал эту статью с отзывов уважаемых ученых о том, что буквально нет научных разногласий по поводу воздействия 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 обнаруживают никаких доказательств вреда с учетом множественных сравнений». Критические обзоры по биотехнологии . 37 (2): 213–217. дои : 10.3109/07388551.2015.1130684. PMID 26767435. S2CID 11786594. Здесь мы показываем, что ряд статей, некоторые из которых сильно и негативно повлияли на общественное мнение о ГМ-культурах и даже спровоцировали политические действия, такие как эмбарго на ГМО, имеют общие недостатки в статистической оценке данных. . Учтя эти недостатки, мы приходим к выводу, что данные, представленные в этих статьях, не предоставляют каких-либо существенных доказательств вреда ГМО.
Представленные статьи, предполагающие возможный вред ГМО, вызвали большой общественный резонанс. Однако, несмотря на свои заявления, они фактически ослабляют доказательства вреда и отсутствия существенной эквивалентности изучаемых ГМО. Мы подчеркиваем, что, учитывая более 1783 опубликованных статей о ГМО за последние 10 лет, ожидается, что некоторые из них должны были сообщать о нежелательных различиях между ГМО и обычными сельскохозяйственными культурами, даже если таких различий в действительности не существует.
и
Ян Ю.Т., Чен Б. (апрель 2016 г.). «Регулирование ГМО в США: наука, право и общественное здравоохранение». Журнал науки о продовольствии и сельском хозяйстве . 96 (6): 1851–5. Бибкод : 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 Доминго и Бордонаба, 2011) . В целом, широкий научный консенсус заключается в том, что продаваемые в настоящее время ГМО-продукты не представляют большего риска, чем обычные продукты питания... Крупнейшие национальные и международные научные и медицинские ассоциации заявили, что никаких неблагоприятных последствий для здоровья человека, связанных с ГМО-продуктами, не сообщалось и не было подтверждено в исследованиях других стран. рассмотрел литературу на сегодняшний день.
Несмотря на различные опасения, сегодня Американская ассоциация содействия развитию науки, Всемирная организация здравоохранения и многие независимые международные научные организации согласны с тем, 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 с меньшей вероятностью приведет к неожиданному результату.
ЕС, например, инвестировал более 300 миллионов евро в исследования биобезопасности ГМО.
В его недавнем отчете говорится: «Основной вывод, который можно сделать на основе усилий более чем 130 исследовательских проектов, охватывающих период более 25 лет исследований и с участием более 500 независимых исследовательских групп, заключается в том, что биотехнология, 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, исследовавшие доказательства, пришли к одному и тому же выводу: употребление продуктов, содержащих ингредиенты, полученные из ГМ-культур, не является более рискованным. чем потреблять те же продукты, содержащие ингредиенты из сельскохозяйственных культур, модифицированных традиционными методами улучшения растений.
В отчете, опубликованном научным советом Американской медицинской ассоциации (АМА), говорится, что не было обнаружено никаких долгосрочных последствий для здоровья от использования трансгенных культур и генетически модифицированных продуктов, и что эти продукты по существу эквивалентны своим традиционным аналогам». «Урожайные культуры и продукты питания, произведенные с использованием методов рекомбинантной ДНК, доступны менее 10 лет, и на сегодняшний день не обнаружено никаких долгосрочных последствий.
Эти продукты по существу эквивалентны своим обычным аналогам.
Биоинженерные продукты употребляются в пищу уже около 20 лет, и за это время в рецензируемой литературе не сообщалось и/или не подтверждалось никаких явных последствий для здоровья человека.
Несколько научных организаций в США опубликовали исследования или заявления относительно безопасности ГМО, указывающие на отсутствие доказательств того, что ГМО представляют собой уникальные риски для безопасности по сравнению с продуктами, выведенными 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 организации потребителей.
Значительное количество ученых-юристов раскритиковали подход США к регулированию ГМО.
Общий вывод о предполагаемом неблагоприятном воздействии пищевых продуктов, полученных из ГМ-культур, на здоровье человека: На основе детального изучения сравнений коммерциализированных в настоящее время ГМ-продуктов с не-ГМ-продуктами при композиционном анализе, тестах на острую и хроническую токсичность на животных, долгосрочных данных о здоровье. среди животных, скармливаемых ГМ-продуктами, и эпидемиологических данных о людях, комитет не обнаружил различий, которые указывали бы на более высокий риск для здоровья человека от ГМ-продуктов, чем от их не-ГМ-продуктов.
Различные ГМ-организмы включают в себя разные гены, вставленные разными способами.
Это означает, что отдельные ГМ-продукты и их безопасность должны оцениваться в каждом конкретном случае и что невозможно сделать общие заявления о безопасности всех ГМ-продуктов.
ГМ-продукты, доступные в настоящее время на международном рынке, прошли оценку безопасности и вряд ли представляют риск для здоровья человека.
Кроме того, не было выявлено никакого воздействия на здоровье человека в результате потребления таких продуктов населением в странах, где они были одобрены.
Постоянное применение оценок безопасности, основанных на принципах Кодекса Алиментариус, и, при необходимости, адекватный постмаркетинговый мониторинг должны формировать основу для обеспечения безопасности ГМ-продуктов.
Эти принципы предписывают проводить предрыночную оценку в каждом конкретном случае, которая включает оценку как прямых, так и непреднамеренных последствий.
По нашему мнению, потенциальная возможность вредного воздействия ГМ-продуктов на здоровье очень мала, и многие из высказанных опасений в равной степени применимы и к продуктам, полученным традиционным способом.
Однако на основании имеющейся в настоящее время информации пока нельзя полностью отмахиваться от проблем безопасности.
Стремясь оптимизировать баланс между выгодами и рисками, разумно проявлять осторожность и, прежде всего, учиться на накопленных знаниях и опыте.
Любая новая технология, такая как генетическая модификация, должна быть проверена на предмет возможных преимуществ и рисков для здоровья человека и окружающей среды.
Как и в случае со всеми новыми продуктами питания, оценка безопасности ГМ-продуктов должна проводиться в каждом конкретном случае.
Члены жюри проекта GM были проинформированы о различных аспектах генетической модификации разнообразной группой признанных экспертов в соответствующих областях.
ГМ-жюри пришло к выводу, что продажа имеющихся в настоящее время ГМ-продуктов должна быть остановлена и продлен мораторий на коммерческое выращивание ГМ-культур.
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 специфических последовательностей вирусной ДНК в ГМ-растениях, незначительны, и, призывая к осторожности при внесении потенциальных аллергенов в продовольственные культуры, подчеркнул отсутствие доказательств того, что коммерчески доступные ГМ-продукты вызывают клинические аллергические проявления.
BMA разделяет мнение, что не существует убедительных доказательств того, что ГМ-продукты небезопасны, но мы поддерживаем призыв к дальнейшим исследованиям и надзору, чтобы предоставить убедительные доказательства безопасности и пользы.
Самые большие различия между общественностью и учеными AAAS обнаруживаются в убеждениях о безопасности употребления в пищу генетически модифицированных (ГМ) продуктов.
Почти девять из десяти (88%) ученых говорят, что употребление ГМ-продуктов в целом безопасно, по сравнению с 37% населения в целом, разница составляет 51 процентный пункт.
