Original: http://www.fountainmagazine.com/Issue/detail/Plant-Biotechnology-for-The-Next-Century
Людське населення Землі, як очікується, перейде грань 6 мільярдів чоловік на початку наступного століття. Наслідки для адекватного постачання продовольством і погіршення стану навколишнього середовища є дуже серйозними. У той час як у багатьох країнах велика кількість людей страждають від недоїдання і руйнуючи навколишнє середовище для того, щоб виробити необхідну їм продовольство, щоб вижити, і в інших країнах люди шкідництва навколишнє середовище для того, щоб виробляти надлишки несуттєвих товарів. Чи можливо, що останні наукові технології дозволить забезпечити потреби зростаючого населення, не руйнуючи навколишнє середовище?
У промислово розвинених країнах біотехнологія є одним з найбільш динамічно розвиваються і найбільш перспективних напрямків досліджень в останні десятиліття. Вона визначається як застосування біологічних організмів, систем або процесів виробництва і сфери послуг. Є підрозділи в рамках біотехнології – такі як ферментера технології, генної інженерії, ферментної технології, екологічні технології, тварин і біотехнології рослин. У цій статті ми коротко розглянемо деякі теми в галузі біотехнології рослин, який має справу з забудови-блоків сільського господарства, садівництва, а також харчової, хімічної та фармакологічної промисловості. Уже комерційно важливі застосування біотехнології рослин, такі як трансгенні овочі і фрукти, інсектицидів стійкістю кукурудзи і бавовни, стійких до гербіциду бобів і синтетичних насіння вже почали з’являтися в базарах Америки, Японії та Європі. Ця тенденція буде значно розширюватися в найближче десятиліття.
Цей метод дозволяє, наприклад, проводити квітки заданої форми і кольору або рослин, які секретують протигрибкові і анти комах протеїни.
Молекулярна біологія
Молекулярні інструменти біології важливо зрозуміти в галузі біотехнології рослин. Селекціонери намагаються виявити і визначити оптимальне поєднання генетичних символів в різних рослин за допомогою Довільно ампліфікованої полиморфной ДНК (RAPD) і методів (ПДРФ) рестрикційних фрагментів Довжина Polymorphisim. Мета полягає в тому, щоб визначити бажані символи і їх точне розташування на хромосомах. Потім, технології рекомбінантної ДНК, може бути застосований для передачі конкретного гена в клітину рослини з тим, щоб змінити і поліпшити свій первісний характер. Цей метод дозволяє, наприклад, проводити квітки заданої форми і кольору або рослин, які секретують протигрибкові і анти комах протеїни.
Геном Людини Prced (ПГП) є одним з найграндіозніших наукових проектів в кінці 20-го століття. Місце, функції і базові послідовності всіх генів людини, будуть визначені і інформація, яка використовується для діагностичних цілей, таких як контроль рак або старіння генів. Існує ще один, аналогічний проект на моделі заводу Aribidopsis, який містить найменший розмір генома. Генні послідовності Aribidopsis, як очікується, будуть повністю відображені через десять років. Японські вчені намагаються визначити послідовності генів рису з використанням мРНК. Геному рослин проекти будуть настільки ж важливі, як і ПГП в прийдешньому столітті, тому що розуміння генних структур рослин може, дозволяючи нам виробляти “нові” генетично удосконалені продукти, забезпечують вирішення проблеми забезпечення поставок продовольства при одночасному захисті навколишнього середовища ,
Рослини генетично стійкі до комах і гербіцидів
Комахи-шкідники і захворювання, викликані грибками, вірусні та бактеріальні патогени відповідальні за значні втрати в врожайності сільськогосподарських культур у всьому світі. Хімічний контроль комах і грибкових патогенів представляє великий сегмент рослинництвом захисної бізнесу, в даний час оцінюється в $ 8,7 млрд США в рік. Глобальні втрати через комах або хвороб, незважаючи на інтенсивне використання пестицидів, ще 12-13%. Хоча всі рослини мають деякі захисні системи для захисту від комах і патогенних мікроорганізмів, сортів сільськогосподарських культур, які використовуються в сучасному сільському господарстві часто не мають достатнього опору. Свого роду “вбивці білки” виділяється рослинами і мікроорганізмами, запобігають розвитку личинкової комах або грибкових і бактеріальних наростів. гени ‘Killer’ білка переставляються, щоб генетично стійкі сорти таких культур, як кукурудза, бавовна, помідори, жовті гарбуза, тютюн та інші моделі трансгенних рослин. Наприклад, трансгенні рослини картоплі, експресують синтетичний ген з B.thuringiensis на південь зр terebrionus на високому рівні мало дуже великий опір до колорадського жука (КПБ) у великій кількості польових випробувань і недавно був схвалений для комерційного випуску. Виробники картоплі в даний час витрачають US $ 75-100 млн в рік на захист близько 480000 га картоплі. Картопля опору CPB дозволить значно знизити їх використання екологічно небажаних інсектицидів.
Інший приклад: Раундап є широко використовуваним гербіцидом, який дезактивує один з хлоропластів ферментів і таким чином призводить до загибелі цільового рослини, але яке також негативно впливає на зернові культури. Рослинні молекулярні біологи ідентифікували високоекспрессірующімі фермент, який може розрядити ефект Roundup. Цей штам був успішно переданий деяких важливих видів культур, таких як рис, який в даний час генетично стійкі до Roundup гербіциду.
Природні рослинні метаболіти в клітинної суспензії культур
Рослини іноді виробляють вторинні метаболіти (на відміну від первинних метаболітів, таких як ДНК і амінокислот), щоб адаптуватися до навколишнього середовища або захистити себе від ворогів. Є більше 100000 видів вторинних метаболітів, що виділяються багатьма видами рослин, які вважаються як «натуральних продуктів», які використовуються зокрема в фарбуванні, фармакології та косметичної промисловості, а також в інсектициду і виробництві гербіциду. Деякі з вторинних метаболітів виробляються в періодичних культурах (вирощування рослинних клітин в суспензійний середовищі) в лабораторіях біотехнології рослин. Не всі метаболіти знаходяться у виробництві, лише деякі, і (поки) економічно нежиттєздатні метаболіти були проведені протягом останніх кількох десятиліть. Тим не менш, деякі метаболіти мають надзвичайно важливе значення, такі як вінкристин і таксолом натуральних продуктів, які використовуються в якості протипухлинних препаратів в медицині. Таксолу природним чином виробляється Taxus дерева (Taxus brevifolia), і коштує близько US $ 1,6 млн кг-I. Таксолу можуть бути синтезовані в хімічних лабораторіях в 52 кроків, але настільки трудомістким і дорогим, щоб не тримати великі надії на комерційне застосування. Вінкристин є рідкісним алкалоїд, знайдений (1 частина в 5 мільйонів сухого ваги), який природним чином виробляється Мадагаскарі Барвінок (Катарантус росеус), і це коштує $ 3 млн кг-я. Від п’яти до шести річний дерева використовуються для вилучення цих «тонкої хімії». 250 кг таксолу необхідно по всьому світу щороку. Це означає, що ми повинні знищити один мільйон таксолу дерев щороку для того, щоб поставити цю суму. Це не є економічно ефективним і екологічно чистим процесом. Сьогодні деякі економічно менш важливі хімічні речовини виробляються в біореакторах, але, поки ще, цінні хімічні продукти, такі як таксол і вінкристин все ще чекають розвитку економічно життєздатними в пробірці методів виробництва. Якщо ця мета досягнута, знищення дерев для видобутку припиниться, виробництво буде збільшуватися і ціни знижуються.
Їстівні виробництво вакцин в трансгенних рослинах
Рослин і тварин білкові структури майже однакові. Сьогодні мікроорганізми використовуються для виробництва вакцин. Проте, рослини легко можуть бути зроблені, щоб зробити деякі pharmacalogically важливі антигени, і економічно може бути використаний в якості альтернативного способу. Наприклад, було висловлено виробництво печінкового поверхневого антигену (HBsAg) трансгенними рослини тютюну. Незважаючи на те, що рівень експресії був низьким, було висловлено з HBsAg, аналогічними фізичними властивостями по відношенню до сироватці крові, отриманих білків. Антиген, витягнуті з тютюну недавно була успішно продемонстрована на мишах.
Є деякі інші звіти про виробництво вакцини проти холери і малярії за допомогою трансгенних рослин. Демонстрація того, що вакцинні антигени можуть надати нові можливості для біо-землеробства вакцин, якщо антигени були активні в усній формі, з харчовими продуктами на основі “їстівних вакцин” може дозволити економічне виробництво і доставку в країнах, що розвиваються. Вражаюче, вакцини, що містять їстівні рослини можуть бути розроблені і будуть комерційно доступні, і в самий найближчий час, діти в країнах, що розвиваються їстимуть індивідуальні з полісахариду, що містить картопля в якості поживної речовини, а також вакцини, щоб захистити їх від холери , В “їстівні вакцини” рослинної їжі буде одним з найдивовижніших новинок наступного століття.
Мікро-розмноження і соматичного ембріогенезу
Рослинні клітини на відміну від тварин, мають потенціал, відомий як тотіпотентності, щоб зробити окремі рослинні організми. Рослини можуть бути відновлені в лабораторіях біотехнології завдяки допомозі методів культури тканин. Природні насіння, як правило, неоднорідні і втрачають потрібні символи в їх фенотипів. Таким чином, виробники насіння виробляють гомозиготних (дикого типу) продуктів, але це забирає багато часу і економічно. біотехнологи рослин мають справу з цією проблемою шляхом регенерації рослини в лабораторних умовах. Мікро-розмноження і соматичного ембріогенезу два основних способи регенерації рослин в лабораторних умовах.
Мікро-розмноження включає проростання насіння, різання пазушних бруньок регенерантів, а потім розподіляючи на твердому середовищі, щоб отримати нові регенерованих рослин. Тисячі подібних регенерантів геномна структура може бути отримана за допомогою цієї методики. Хоча цей метод вимагає менших витрат праці і грошей в малому масштабі, є деякі технічні проблеми в розширенні масштабів.
Існує альтернатива, але менш відомий метод соматичного ембріогенезу. Він пропонує виробництво синтетичних “насіння” в пробірці на великих масштабах. Кілька модельних рослин синтетичні насіння, такі як морква, люцерна, їли і селери були успішно досягнуті в біо-промисловості. Цей метод включає в себе виробництво великої кількості синтетичних насіння, а потім капсюлірующіх різноманітністю гелів. Згодом, синтетичні насіння успішно ростуть в теплицях. Мета в цій області полягає в забезпеченні великомасштабного виробництва економічно важливих насіння рослин, що містять бажані символи.
Етика
Питання про те, що ефект буде трансгенних продуктів на здоров’я людини і на природі досі залишається без відповіді. Чи повинні ми відповісти на це питання зараз, або ми повинні чекати, поки ми не побачимо погані наслідки? Ми вважаємо, що це питання слід відповісти вчені, філософи і миряни до того, як продукти виходять на ринок.
Це моє переконання в тому, що земля має достатньо ресурсів, щоб забезпечити благополуччя своєї людської популяції, і людські істоти можуть посилити ці ресурси за рахунок чутливої застосування нових технологій, деякі аспекти, про які ми тільки що дивилися. Тим не менш, деякі з основних проблем постачання продовольством і погіршення стану навколишнього середовища виникають не через брак ресурсів, а з нерівності в доступі до і розподілу цих ресурсів, не в останню чергу з яких є ресурсом знань і технологій. Якщо ми хочемо використовувати нові технології на благо людини в цілому, не руйнуючи навколишнє середовище, ми всі поділяємо, політичні і соціальні проблеми розподілу і передачі технологій повинні бути вирішені. Ми повинні жити спільно оперативно і спільно як з самими собою і з нашою планетою.
Список використаної літератури:
Мейсон Х. С. & Amtzen С. J. (1994) “Трансгенні рослини як системи виробництва вакцин”, тенденції в галузі біотехнології (Elsveir Trends Журнали). 13 (9), pp.388-392.
Onishi Н., Sakamato Ю. і Hirosawa Т. (1994) “Синтетичні Семена як застосування масового виробництва соматичного ембріони, рослинної клітини, тканин і органів культури (Kluwer Academic Publications), 39, pp.137-48.
Pezzuta J., (1996) “Таксолу Виробництво в культурі клітин рослин досягає повноліття”. Nature Biotechnology, 14, p.1063.
Шах M.D .. Rommens C.M T. & Бичі R.N. (1994) «Стійкість до хвороб і шкідників в трансгенних рослинах: Прогрес і застосування в сільському господарстві», тенденції в галузі біотехнології (Elsveir Trends Журнали), 13 (9), pp.362-7.
Сміт J.E. (1981) Biotechnology, Едвард Арнольд Ltd, Лондон, pp.1-6.
Stogkigt J., Obitz П., Falkenhagen H., Lutterbach R. & Endress S. (1995) ‘Натуральні продукти і ферменти з культур клітин рослин », рослинної клітини, тканин і органів культури (Kluwer Academic Publications), 43. стр. 97- 105.
