Оценка вероятности вертикальной и горизонтальной миграции генов и ее последствий

При оценке последствий риска, связанного с миграцией трансгенов, следует учитывать, что сам по себе процесс миграции гена не несет каких-либо негативных последствий для окружающей среды. Последствия могут быть связаны с реализацией функции трансгена в популяции реципиентных организмов и приобретением этими организмами новых адаптивных возможностей. Поэтому оценка последствий интрогрессии гена состоит из двух этапов (Рис.3.5.). На первом этапе проводят анализ вероятности передачи трансгена новому реципиенту. Содержание этапа заключается в определении круга возможных реципиентов трансгена в агросреде и природной среде и вероятности миграции трансгена к этим реципиентам. Вторая часть анализа дает оценку вероятности стабильной интрогрессии трансгена в популяцию реципиентов и выявляет связанные с этой интрогрессией изменения характеристик популяции: ее выживаемости, инвазивной возможности, вероятности прессинга на другие организмы.

Первый этап основывается на оценке имеющейся информации о биологическом виде, подвергнутом трансгенезу и среде его предполагаемого выпуска. При сборе информации значительную помощь могут оказать не только сведения о более ранних случаях высвобождения ГМО, принадлежащих этому же виду, но и данные по гибридизации, полученные при использовании методов традиционной селекции, данные по изучению происхождения вида и его родственных связей с другими биологическими видами. Выводы основываются на имеющихся сведениях литературы, данных мониторинга за высвобождением ГМО и, при необходимости, данных дополнительных экспериментов по изучению рассеивания генетического материала ГМО и возможности его гибридизации с другими видами.

Для оценки возможности миграции трансгена и следствий этой миграции наиболее важны сведения о таксономической принадлежности ГМО и биологических особенностях исходного для ГМО организма, связаные с его размножением,и наличии в районе высвобождения партнеров, которым возможна передача трансгена. При оценке вероятности миграции генов от растительных ГМО, учитывают способ размножения растений, трансгенез которых уже осуществлен или предполагается осуществить в будущем (Рис. 3.4.). Кроме того, обращают внимание на специфические факторы, влияющие на размножение (например, необходимость в насекомых-опылителях или каких-то особых погодных условиях), и время генерации и рассеивания генетического материала (пыльцы и семян).

Чтобы оценить вероятность передачи генетической информации от ГММ другим микроорганизмам, следует учитывать степень родства между донором и реципиентом, или родительскими организмами, потенциальную вероятность передачи и обмена генетической информацией исходных для ГМО микроорганизмов с другими организмами, а также данные о генетической стабильности этих организмов и разрушающих ее факторах.

Информация, относящаяся к характеру генно-инженерной модификации у растений и биологических особенностях вектора у микроорганизмов (включая природу врожденных векторов) позволят оценить вероятность интеграции чужеродного материала при его вертикальном или горизонтальном переносе в геном организма-реципиента, а также вероятность и характер его экспрессии в новом генетическом окружении.

Наиболее важные вопросы при изучении информации, относящейся к биологическим особенностям ГМО: история прежних генно-инженерных модификаций, описание новых генетических признаков или фенотипических характеристик, имеющих отношение к размножению, которые стали проявляться или перестали проявляться у ГМО по сравнению с реципиентным организмом, генетическая стабильность ГМО. Для ГММ важна также информация о стабильности инкорпорации привнесенной ДНК в геном реципиентного организма, о локализации вставки и характеристика сайта модификации реципиентного генома. Кроме того, на последующий перенос ДНК от ГММ другим микроорганизмам могут оказать влияние методы, использованные при создании и переносе трансгенной конструкции (например, трансформация путем обстрела трансформируемого растения металлическими микрочастицами с нанесенными векторными плазмидами) и особенности встроенного фрагмента ДНК, включая регуляторные и другие элементы, влияющие на функционирование трансгенов.

При оценке информации о потенциальной принимающей среде и взаимодействии ГМО с окружающей средой наиболее важны элементы, касающиеся возможности гибридизации растительных и животных ГМО с другими организмами и сохранения и последующего размножения гибридного потомства. Это могут быть биологические особенности самого ГМО, которые могут оказывать влияние на выживаемость, размножение и распространение в потенциальной принимающей среде, известные и прогнозируемые условия потенциальной принимающей среды, которые могут оказывать влияние на выживаемость, размножение, рассеивание ГМО и наличие в потенциальной принимающей среде диких или культурных родственных видов, способных к гибридизации с ГМО. Учитывается вероятность переноса трансгенов от ГМО к таким организмам и конкурентное преимущество ГМО и его гибридов, по сравнению с интактным реципиентным организмом при размножении, рассеивании и выживании. Для ГММ важны данные о способности к переносу генетической информации. Оценивают как вероятность переноса трансгенов от ГМО к организмам, населяющим потенциальную принимающую среду обитания, так и вероятность переноса трансгенов от этих организмов к ГМО.

На решение эксперта о возможности высвобождения и коммерческого использования ГМО может повлиять информация о высвобождении, мониторинге, контроле, очистке территории от остатков ГМО. Даже при наличии природных факторов, способствующих миграции трансгенов, грамотные действия по контролю за рассеиванием генетического материала и очистке территорий от остатков ГМО и их нежелательного потомства способны полностью нейтрализовать действие нежелательных природных факторов.

Учитывают предполагаемое количество высвобождаемых ГМО, расстояние от участка до посадок растений диких и культурных родственных видов, способных к гибридизации с ГМО (изоляцию животных ГМО от контактов с родственным видом), меры, которые предполагается использовать для предотвращения рассеивания генетического материала ГМО. Для ГММ также важна информация об обработке участка после высвобождения и методах очистки почвы от ГММ после окончания их использования.

Важная роль уделяется вопросам, связанным с мониторингом возможной миграции трансгена. В частности, рассматривается наличие методов выявления переноса трансгенов другим организмам и возможности идентификации ГМО и их потомства в популяциях-реципиентах.

При экспериментальном изучении рассеивания генетического материала и интрогрессии гена в природные популяции большую помощь могут оказать современные молекулярно-биологические методы. Молекулярные маркеры могут дать точную информацию о наличии чужеродного генетического материала у организма реципиента, даже если он не проявляет себя в виде изменения фенотипических или биохимических показателей у нового носителя. Кроме ставших уже классическими методов фингерпринтинга, в настоящее время все более широкое распространение получает метод включения в конструкцию для трансгенеза специальных репортерных генов, продукт которых позволяет проследить судьбу трансгена в онтогенезе ГМО и зафиксировать наличие трансгена в его потомстве. Один из таких генов, выделенный из медузы Aequorea Victoria,кодирует белок, получивший название GFP (от английского Green fluorescent protein – белок зеленого флюоресцентного свечения). Этот белок способен светиться в живых объектах в ультрафиолетовом (360-400 нм) или синем (440-480 нм) свете, что дает возможность фиксировать его наличие в живых организмах в режиме реального времени. Использование GFP-метода позволяет при наличии ручного ультрафиолетового излучателя выявлять трансгенные растения в популяциях живых растений в полевых условиях по зеленой окраске (нетрансгенные растения имеют в ультрафиолетовом свете красную окраску за счет специфической в этом свете красной автофлюоресценции хлорофилла). GFP-ген, помещенный под специфический промотор, активизирующий его действие в пыльце, например промотор LAT59 из томата, позволяет успешно изучать и контролировать рассеивание в окружающей среде пыльцы трансгенных растений, что важно не только при изучении миграции трансгенов, но и при оценке воздействия трансгена через пыльцу на организмы-немишени.

На втором этапе изучения миграции трансгена, т.е. выявлении стабильной интрогрессии трансгена в популяцию реципиентного вида, также используют фенотипические, биохимические и молекулярные маркеры. Изменение характеристик природной популяции, ее выживаемость и инвазивные возможности в связи с интрогрессией в нее трансгенного признака оценивают при помощи описанных ранее экспериментальных методов (оценка замещения популяции, сохранность «банка семян»), наблюдения за проявлениями агрессивности реципиентов в отношении других видов растений (Рис.3.1 и 3.4).