Генетски изменето растение

Генетски модифицирани растенија ― растенија кои се конструирани за научни истражувања, за создавање нови бои во растенијата, испорака на вакцини и создавање подобрени култури. Растителните геноми може да бидат изградени со физички методи или со употреба на Agrobacterium за испорака на секвенци сместени во бинарни вектори на Т-ДНК. Многу растителни клетки се плурипотентни, што значи дека една клетка од зрело растение може да биде набрана и потоа под соодветни услови да биде створено ново растение. Оваа способност најчесто ја користат генетските инженери преку избирање клетки кои можат успешно да се преобразат во возрасно растение кое потоа може да биде одгледувано во повеќе нови растенија кои содржат трансген во секоја клетка преку постапка познат како култура на ткиво.^[1]

Голем дел од напредокот во областа на генетското инженерство дошло од опитување со тутунот. Големиот напредок во ткивната култура и растителните клеточни механизми за широк опсег на растенија потекнува од системите развиени во тутунот.^[2] Тоа било првото растение кое било генетски изменувано и е сметано за модел на организам не само за генетско инженерство, туку и за низа други области.^[3] Како такви, трансгенските алатки и процедури се добро воспоставени што го прави едно од најлесните растенија да се преобразат.^[4] Друг главен модел на организам релевантен за генетското инженерство е Arabidopsis thaliana. Нејзиниот мал геном и краткиот животен циклус го олеснуваат манипулирањето и содржи многу хомолози на важни видови култури.^[5] Тоа било првото растение кое било секвенционирано, има изобилство биоинформатички ресурси и може да биде преобразено со едноставно потопување на цвет во преобразен раствор на Agrobacterium.^[6]

Во истражувањето, растенијата се конструирани за да помогнат во откривањето на функциите на одредени гени. Наједноставниот начин да го направите ова е да го отстраните генот и да видите каков фенотип се развива во споредба со обликот од дивата варијанта. Сите разлики веројатно се резултат на исчезнатиот ген. За разлика од мутагенезата, генетското инженерство овозможува насочено отстранување без нарушување на другите гени во организмот.^[1] Некои гени се изразуваат само во одредено ткиво, така што гените за известување, како GUS, може да бидат прикачени на генот од интерес што овозможува гледање на местото.^[7] Други начини за тестирање на генот е малку да биде променет, а потоа да биде вратен во растението и да се види дали сè уште го има истиот ефект врз фенотипот. Други стратегии се прикачување на генот на силен промотор и да видиме што се случува кога тој е премногу изразен, принудувајќи го генот да се изрази на различно место или во различни развојни фази.^[1]

Некои генетски изменети растенија се чисто украсни. Тие се модифицирани за бојата на цветот, мирисот, обликот на цветот и архитектурата на растенијата.^[8] Првите генетски модифицирани украсни растенија ја комерцијализираа изменетата боја.^[9] Каранфилите биле пуштени во продажба во 1997 година, со најпопуларниот генетски изменет организам, сина роза (всушност лаванда или вивта боја) создадена во 2004 година.^[10] Розите се продавани во Јапонија, Соединетите Држави и Канада.^[11][12] Други генетски изменети украсни растенија вклучуваат хризантема и петунија.^[8] Покрај зголемувањето на естетската вредност, се планира да бидат развиени украсни растенија кои трошат помалку вода или се отпорни на студ, што ќе им овозможи да бидат одгледувани надвор од нивните природни средини.^[13]

Предложено е генетски да бидат изменувани некои растителни видови на кои им се заканува истребување за да бидат отпорни инвазивни растенија и болести, како што е Agrilus planipennis во Северна Америка и габичната болест Ceratocystis platani кај европските чинари.^[14] Папајскиот прстенестоточкест вирус ги опустошил дрвјата папаја на Хаваи во дваесеттиот век додека на трансгенските растенија папаја не им била дадена отпорност добиена од патогенот.^[15] Сепак, генетската изменување за зачувување кај растенијата останува главно шпекулативна. Единствена загриженост е тоа што трансгенскиот вид веќе нема доволно сличност со првичниот вид за вистински да тврди дека првичниот вид е зачуван. Наместо тоа, трансгенските видови може да бидат генетски доволно различни за да се сметаат за нов вид, со што се намалува вредноста на зачувувањето на генетското изменување.^[14]

Генетско изменетите култури се генетски изменети растенија кои се користени во земјоделството. Првите доставени култури се користени за животинска или човечка храна и обезбедуваат отпорност на одредени штетници, болести, услови на животната средина, расипување или хемиски третмани (на пр. отпорност на хербицид).^[16] Втората генерација на култури имала за цел да го подобри квалитетот, често со менување на профилот на хранливи материи. Генетски изменетите култури од третата генерација може да бидат користени за непрехранбени цели, вклучително и производство на фармацевтски агенси, биогорива и други индустриски корисни добра, како и за биоремедијација.^[17]

Постојат три главни цели за унапредување на земјоделството; зголемено производство, подобрени услови за земјоделските работници и одржливост. Генетско изменетите култури придонесуваат преку подобрување на жетвата преку намалување на притисокот од инсекти, зголемување на хранливата вредност и толерирање на различни абиотски стресови. И покрај овој потенцијал, од 2018 година, комерцијализираните култури се ограничени најмногу на готовински култури како памук, соја, пченка и маслодајна репка, а огромното мнозинство од воведените особини обезбедуваат или толеранција на хербициди или отпорност на инсекти.^[17] Сојата сочинува половина од сите генетски изменети култури засадени во 2014 година.^[18] Усвојувањето од страна на земјоделците било брзо, помеѓу 1996 и 2013 година, вкупната површина на земјиштето обработено со генетско изменети култури се зголеми за фактор 100, од 17 илјади км² на 1.750.000 км².^[19] Географски, иако ширењето било многу нерамномерно, со силен раст во Америка и делови од Азија и малку во Европа и Африка.^[17] Нејзиното општественоекономско ширење било порамномерно, со приближно 54% од светските генетско изменети култури одгледувани во земјите во развој во 2013 година.^[19]

Поголемиот дел од генетско изменетите културите се изменувани да бидат отпорни на одбрани хербициди, обично на база на глифосат или глуфозинат. Генетски изменетите култури дизајнирани да се спротивстават на хербицидите сега се подостапни од конвенционално одгледуваните отпорни сорти;^[20] во Соединетите Држави 93% од сојата и поголемиот дел од одгледуваната генетски изменета пченка е толерантна на глифосат.^[21] Повеќето моментално достапни гени кои се користени за инженерство на отпорност на инсекти доаѓаат од бактеријата Bacillus thuringiensis. Повеќето се во облик на гени на делта ендотоксин, додека неколку ги користат гените што ги кодираат вегетативните инсектицидни белковини.^[22] Единствениот ген кој комерцијално е користен за да обезбеди заштита од инсекти кој не потекнува од B. thuringiensis е инхибиторот на трипсин на кравјиот грашок. Овој инхибитор за прв пат бил одобрен за употреба на памук во 1999 година и во моментов е подложен на испитувања во ориз.^[23][24] Помалку од еден процент од генетско изменетите култури содржеле други особини, кои вклучуваат обезбедување отпорност на вируси, одложување на стареењето, менување на бојата на цветот и менување на составот на растенијата.^[18] Златниот ориз е најпознатата генетски изменета култура која е насочена кон зголемување на хранливата вредност. Конструиран е со три гени кои биосинтетизираат бета-каротин, претходник на витаминот А, во јадливите делови на оризот.^[25] Наменет е да биде произведена збогатена храна која треба да биде одгледувана и консумирана во области со недостиг на витамин А во исхраната,^[26] недостаток за кој секоја година се проценува дека убива 670.000 деца на возраст под 5 години^[27] и предизвикува дополнителни 500.000 случаи на неповратно детско слепило.^[28] Првобитниот златен ориз произведувал 1,6μg/g каротиноиди, со понатамошен развој што го зголемил ова за 23 пати.^[29] Во 2018 година ги добил првите одобренија за употреба како храна.^[30]

Растенијата и растителните клетки се генетски конструирани за производство на биофармацевтски производи во биореактори, постапка познат како фармацефтско одгледување. Работа е направена со ситната водна леќа,^[31] алгата Chlamydomonas reinhardtii^[32] и мовот Physcomitrella patens.^[33][34] Произведените биофармацевтски производи вклучуваат цитокини, хормони, антитела, ензими и вакцини, од кои повеќето се собирани во семето на растението. Многу лекови содржат и природни растителни состојки и патиштата што водат до нивно производство се генетски изменети или пренесени на други растителни видови за да се произведе поголем волумен и подобри производи.^[35] Други можности за биореактори се биополимерите^[36] и биогоривата.^[37] За разлика од бактериите, растенијата можат да ги изменуваат белковините послепреведувачки, овозможувајќи им да создаваат посложени молекули. Тие исто така претставуваат помал ризик да бидат контаминирани.^[38] Терапевтските средства кои се одгледувани во трансгенски клетки од морков и тутун,^[39] вклучувајќи и третман со лекови за Гошеовата болест.^[40]

Производството и складирањето вакцини има голем потенцијал во трансгенските растенија. Вакцините се скапи за производство, транспорт и администрирање, така што имањето систем што би можело да ги произведува локално би овозможило поголем пристап до посиромашните и областите во развој.^[35] Покрај прочистувањето на вакцините изразени во растенијата, можно е и производство на вакцини за јадење во растенијата. Јадливите вакцини го стимулираат имуниот систем кога се внесуваат за заштита од одредени болести. Складирањето во растенијата ги намалува долгорочните трошоци бидејќи тие можат да се шират без потреба од складирање во ладилници, не треба да се прочистуваат и имаат долгорочна стабилност. Исто така, сместувањето во растителните клетки обезбедува одредена заштита од цревните киселини при варењето; трошокот за развој, регулирање и содржи трансгенски растенија е висока, што доведува до тоа што повеќето актуелни развојни вакцини базирани на растенија се применуваат во ветерината, каде што контролите не се толку строги.^[41]