ГЕНЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

 

Выражение «генетическая безопасность» (genetic safety, genetically safety, genetic security, genetically security) используется в самых разных значениях.

Чаще всего под генетической безопасностью понимают защиту генетической информации (генотипа, генофонда, метагенофонда) и механизмов ее реализации от нежелательных внешних воздействий.

В то же время, генетическая безопасность может рассматриваться как «генетическая защита» (genetic protection) – защита биологической системы, определяемая генетической информацией, содержащейся в генетически защищенной системе.

И, наконец, генетическая безопасность – это защита биологической системы, обеспеченная генетической информацией, содержащейся в потенциально опасной биологической системе.

Объединив указанные подходы, получаем следующее определение:

Генетическая безопасность – это состояние защищенности генетической информации, которое определяется самой генетической информацией. 

 

Выражение «генетически безопасный фактор» используется как синоним словосочетания «фактор, не оказывающий вредное воздействие на генетическую информацию и механизмы ее реализации».

Факторы, которые оказывают отрицательное действие на генетическую информацию и механизмы ее реализации называются генотоксиканты.

Действие генотоксикантов исключительно разнообразно: мутагенное, эпимутагенное, канцерогенное, тератогенное, эмбриотоксическое. Отрицательное воздействие таких факторов (генотоксичность) может проявляться на различных уровнях: молекулярно-генетическом, цитогенетическом, морфофизиологическом.

К генотоксикантам относятся мутагены, промутагены, эпимутагены, канцерогены, эмбриотоксины, тератогены, морфогены. Примеры генотоксикантов: ионизирующая радиация, тяжелые металлы, многие органические соединения (например, альдегиды, запрещенные пищевые добавки – краситель Е-123, консервант Е-240).

Факторы, которые могут оказывать отрицательное воздействие на генетическую информацию и механизмы ее реализации, считаются потенциальными генотоксикантами. К химическим потенциальным генотоксикантам относятся химические средства защиты растений, лекарственные препараты, некоторые пищевые добавки (например, консерванты-нитриты Е-249, Е-250). К биологическим потенциальным генотоксикантам относятся возбудители заболеваний и паразиты (вредители), микроорганизмы с генетически измененными свойствами, а также некоторые высшие организмы. 

 

Аспекты генетической безопасности

Генетическая безопасность тесно связана с биологической, экологической, а также продовольственной, сельскохозяйственной, энергетической безопасностью, а также проблемами сдерживания бактериологического оружия. Проблемы генетической безопасности включают в себя также медицинские (валеологические), социоэкономические и биополитические аспекты.

Можно говорить о генетической безопасности биосферы, биомов, экосистем, биоценозов, популяций и внутрипопуляционных группировок (эволюционная безопасность), а также о генетической безопасности агробиоценозов.

Особое значение придается генетической безопасности человека, включая глобальную, популяционную (этническую), групповую и личную безопасность.

 

Генетическая безопасность и генетически модифицированные организмы (ГМО) – трансгенные организмы – genetically modified organisms (GMO)

В последние десятилетия в связи с бурным развитием генной, или генетической инженерии (genetic engineering, genetic modification technology, nucleic acid recombinant technology) появился новый вид потенциально опасных генетических факторов, связанных с созданием и производством (культивированием) генетически модифицированных организмов (ГМО), переработкой и потреблением продукции, содержащей генетически модифицированные источники (ГМИ). Поэтому в особую группу выделяются аспекты генетической безопасности, связанные с ГМО и ГМИ. К широко распространенным потенциально опасным трансгенным культурным растениям относятся

трансгенная соя,

трансгенная кукуруза,

трансгенный хлопок,

трансгенный рапс

 

Эволюционная безопасность и генетическое разнообразие

Эволюционная безопасность – это обеспечение устойчивости эколого-генетических процессов в биологических системах надорганизменного уровня (в биомах, экосистемах, биоценозах, популяциях).

Эволюционная устойчивость (эволюционная стабильность) биологических систем гарантируется сохранением определенного уровня адаптивного потенциала на протяжении длительного числа поколений.

Для обеспечения эволюционной устойчивости биомов, экосистем, биоценозов, популяций необходимо поддержание достаточно высокого уровня генетического разнообразия их генофондов и метагенофондов, обеспечивающего внутреннюю и внешнюю устойчивость системы. Сохранение биологического (генетического) разнообразия – одна из актуальнейших проблем современности.

Понятие «генетическое разнообразие» включает: разнообразие геномное (полиморфизм ДНК), транскриптомное (полиморфизм мРНК и кДНК), протеомное (белковый полиморфизм), метаболомное (разнообразие вариантов обменных процессов).

В современном мире основным компонентом биосферы становятся квазинативные экосистемы: внешне похожие на естественные, но сложившиеся под влиянием антропогенных факторов.

Мониторинг подобных экосистем должен быть направлен на выявление закономерностей протекающих в них эволюционных (эколого-генетических) процессов, что позволит повысить эффективность управления динамикой генетической структуры слагающих их популяций. 

Молекулярно-генетические методы оценки уровня биоразнообразия, как правило, не позволяют диагностировать разнообразие адаптивных признаков. В результате остается актуальным изучение внутрипопуляционной изменчивости селективно значимых морфофизиологических признаков.

В то же время адаптивные морфофизиологические признаки, как правило, детерминированы полигенными системами и подвержены модифицирующему влиянию множества парагенетических факторов, что приводит к поливариантности онтогенеза (морфогенеза). Поэтому решение проблемы генетической безопасности требует совместных усилий специалистов из разных областей биологии и смежных наук. 

 

Глоссарий

Адаптивный потенциал (adaptive potential) – генетически обусловленная способность биологических систем адаптироваться к изменяющимся условиям существования

Аллели, или аллельные гены (alleles) – гомологичные варианты одного и того же гена. Аллелями можно называть и разные варианты одной и той же внутригенной, регуляторной или некодирующей последовательности. Примеры аллелей, контролирующих группы крови системы АВ0:

[-cgtggt-acccctt-] – аллель группы крови 0

[-gctcgtcaccgcta-] – аллель группы крови В

[-gctggtgacccctt-] – аллель группы крови А

Аллелофонд (allelofund, pool of alleles) – совокупность всех аллелей в популяции

Аутбридинг (out-breeding) – система скрещиваний, в которых принимают участие неродственные организмы (как правило, одного биологического вида). Неродственными считаются организмы, у которых вероятность обнаружения общего редкого аллеля невелика (менее 1%)

Ауткроссинг (out-crossing) – синоним термина «аутбридинг». В последние годы термин «ауткроссинг» часто используют для обозначения отдаленной (межвидовой, межродовой) гибридизации, в результате которой возможен латеральный (горизонтальный) перенос генов от одного биологического вида к другому (например, от осины Populus tremula к тополю белому Populus alba)

Биоинформатика – наука, изучающая закономерности изменчивости геномов и генетической информации; биоинформатика основана на сочетании методов молекулярной биологии и компьютерных технологий

Биологическая система (biological system) – множество взаимодействующих элементов живой и неживой природы, проявляющее хотя бы часть свойств и признаков жизни. Известно пять основных уровней организации биологических систем (клетка, организм, популяция, сообщество, биосфера) и множество производных

Биомы – крупнейшие подразделения биосферы, соответствующие определенным природно-климатическим зонам

Биота – множество биологических видов, населяющих одну и ту же территорию

Биотип (biotype) – совокупностей особей с одинаковым генотипом (линия или клон)

Биоценоз, сообщество – множество живых компонентов одной экосистемы

Гаплотип (haplotype) – совокупность аллелей в хромосоме («генотип» хромосомы, «формула» хромосомы)

Ген (gene) – элементарная единица генетической информации, закодированной в виде нуклеотидных последовательностей ДНК (реже РНК)

Генетическая информация (genetic information) – наследственная информация, закодированная в виде нуклеотидных последовательностей ДНК (реже РНК)

Генетически модифицированные (трансгенные) организмы (genetically modified organisms) – формы жизни, полученные путем прямого внедрения в геном исходных организмов чужеродных генетических конструкций

Геном (genome) – минимальная совокупность всех носителей генетической информации (ДНК на молекулярно-генетическом уровне, хромосом на цитогенетическом уровне). В состав генома входят как кодирующие последовательности (транскрибируемые гены, нетранскрибируемые  регуляторные элементы), так и некодирующие последовательности с неизвестными функциями. Геном – это характеристика биологического вида. В то же время, геном отдельной особи характеризуется некоторыми индивидуальными чертами 

Генотип (genotype) – совокупность всех генов (точнее, аллелей) данного организма (особи)

Генотоксиканты – физические, химические и биологические факторы, которые оказывают отрицательное действие на генетическую информацию и механизмы ее реализации. К генотоксикантам относятся мутагены, промутагены, эпимутагены, канцерогены, эмбриотоксины, тератогены, морфогены

Генотоксичность – способность физических, химических и биологических факторов оказывать нежелательное воздействие на генетическую информацию и механизмы ее реализации. Генотоксичность может проявляться на всех уровнях организации биологических систем: онтогенетическом (организменном), популяционном и экосистемном  

Генофонд (gene pool, genofund) – совокупность всех генотипов в популяции

Информация (information) – инструкция, при выполнении которой может быть получен определенный результат

Информационно-энергетический потенциал – генетически обусловленная способность биологических систем к поиску источников энергии, к потреблению и преобразованию доступной энергии

Канцерогены – факторы, провоцирующие развитие онкологических заболеваний. 

Метагенофонд (gene metapool, metagenofund) – множество (конгломерат или система) генофондов популяций, способных к ауткроссингу 

Метагенофонд аллопатрических популяций – множество генофондов популяций одного биологического вида или близких биологических видов, входящих в состав разных сообществ (ценозов, биот). Примеры: ива корзиночная и ива Шверина, осина европейская и осина американская 

Метагенофонд симпатрических популяций – множество генофондов популяций биологических видов, способных к ауткроссингу и входящих в состав одного сообщества (ценоза, биоты). Примеры: ива белая и ива ломкая, масличный рапс и капуста полевая

Морфогены – факторы, вызывающие морфозы (изменения структур, которые не оказывают существенного влияния на их функции)

Мутагены – факторы, повышающие частоту мутаций (генных, хромосомных, геномных)

Популяция (population), элементарная популяция – минимальное воспроизводимое множество особей одного биологического вида, более или менее изолированное от других подобных множеств, населяющее определенный ареал в течение длительного ряда поколений, образующее собственную генетическую систему и формирующее собственную экологическую нишу

Промутагены (promutagene) – факторы, не обладающие собственным мутагенным эффектом, но способные приобретать свойства мутагенов после метаболических преобразований или при взаимодействии с другими веществами 

Рекомбинация (recombination) – образование новых гаплотипов (новых сочетаний аллелей в хромосомах). Пример: AB + ab → Ab + aB

Тератогены – факторы, нарушающие процессы морфогенеза, в результате чего образуются уродливые структуры, неспособные выполнять свои функции

Трансгенез (transgenesis) – внедрение в геном генетически модифицируемого организма чужеродных генов (например, перенос генов животных в геном растений); при этом трансгенные организмы приобретают принципиально новые признаки

Хромосома (chromosome) – структурно обособленная часть цитогенома, видимая в световой микроскоп

Цисгенез, интрагенез (cisgenesis, intragenesis) – внедрение в геном генетически модифицируемого организма генов этого же или близкородственного вида (например, генов картофеля в геном картофеля); при этом цисгенные организмы не приобретают принципиально новых свойств, происходит лишь усиление или ослабление уже существующего признака

Цитогеном (cytogenome) – минимальная совокупность всех хромосом биологического вида или внутривидового таксона

Эволюционная устойчивость (evolutionary stability) – стабилизация эколого-генетических процессов, обеспечивающих сохранение и повышение адаптивного потенциала популяций, сообществ и других биологических систем надороганизменных уровней. Принцип evolutionary stability широко используется в теории игр для описания социальных процессов

Эколого-генетический потенциал – способность биологических систем к реализации генетической информации (возможность экспрессии генетической информации) в определенных экологических условиях. Понятие «эколого-генетический потенциал» может рассматриваться как с точки зрения полезности генетической информации для самих биологических систем, так  с хозяйственной точки зрения 

Эмбриотоксины – факторы, вызывающие гибель зародышей

Эпимутагены – факторы, модифицирующие азотистые основания ДНК или белки гистоны таким образом, что изменяется экспрессия генов

 

Источники и ссылки: 

Абилев С.К. Выявление и прогнозирование мутагенной активности химических соединений окружающей среды http://labx.narod.ru/avtoreferaty_dissertacij_2/avtoreferat_dissertacii_2_16.pdf

Афонин А.А. Биологическое разнообразие http://afonin-59-bio.narod.ru/4_evolution/4_evolution_self/es_09_bior.htm

Афонин А.А. Генетическая безопасность агробиоценозов / А.А. Афонин, Л.И. Булавинцева // Биология в школе. – 2011. – №5. – С. 3–10.

Афонин А.А. Ивы: Теоретическая и прикладная саликология

Афонин А.А. Сохранение и приумножение уровня биологического разнообразия в квазинативных экосистемах / А.А. Афонин, Л.И. Булавинцева / Биологические эффекты малых доз ионизирующей радиации и радиоактивное загрязнение среды: Материалы Междунар. конф. – Сыктывкар: Коми НЦ УрО РАН, 2009. – С. 391–393. – http://afonin-59-salix.narod.ru/salix.articles/092.htm

Афонин А.А. Статьи по саликологии

Афонин А.А., Маркелова Н.В. Генетическая безопасность квазинативных экосистем.

Балацкий Евгений Всеволодович, Екимова Наталья Александровна. Качественная составляющая продовольственной безопасности России http://www.kapital-rus.ru/articles/article/196531/

Биологическая угроза  http://the-day-x.ru/category/hazard/biohazard

Биологические угрозы антропогенного происхождения http://www.cbio.ru/modules/news/article.php?storyid=3404

Биологический терроризм: Факторы биологической угрозы 

Бондарева Р.А. Эколого-генетический мониторинг популярных цветочно-декоративных растений: от сохранения биоразнообразия к его приумножению / Р.А. Бондарева, И.В. Маюрова, Е.С. Ярошенко, А.А. Афонин / Экологическая безопасность региона: Сб. статей междунар. научно-практ. конфер. – Брянск: БГУ: 2008. – С. 53–44.

Генетическая безопасность http://darwin200.narod.ru/gsd/gensecurity.htm

Геном, клонирование, происхождение человека / Под ред. Л.И. Корочкина. – Фрязино: «Век2», 2004. – 224 с.

Изучение эколого-генетического потенциала плодово-декоративных культур Брянской области и разработка рекомендаций по его рациональному использованию для защиты и реабилитации почв в особо неблагоприятных условиях: Сб. ст. по итогам научно-практ. конфер. – Брянск: РИО БГУ, 2009. – 240 с.

Кузнецова Е.М., Чмиль В.Д. Глифосат: поведение в окружающей среде и уровни остатков

Лаборатория генетической безопасности (Институт генетики и цитологии НАН Беларуси): http://igc.bas-net.by/LGS

Лаборатория экологической генетики (Отдел генетической безопасности, Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН): http://www.vigg.ru/institute/podrazdelenija/otdel-geneticheskoi-bezopasnosti/laboratorija-ehkologicheskoi-genetiki/

Леск А. Введение в биоинформатику. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 318 с.

Лукашов В.В. Молекулярная эволюция и филогенетический анализ. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 256 с.

Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2009 – 2014 годы) // Федеральные целевые программы России. – URL: http://fcp.economy.gov.ru/cgi-bin/cis/fcp.cgi/Fcp/ViewFcp/View/2011/255

Основные причины сокращения и угрозы биологическому разнообразию http://protectlife.pp.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=424:2011-05-06-09-52-48&catid=20:2010-11-14-09-08-59&Itemid=35

Примроуз С. Геномика. Роль в медицине / С. Примроуз, Р. Твайвен / БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. – 277 с.

Селезнева Е.С.  Экогенетика человека: Проблемы и факты. – Самара:  «Универс-групп», 2005. – 104 с. – http://www.media.ssu.samara.ru/lectures/biologiya/selezneva/selezneva-otis/index.html  

Совещание государств – участников Конвенции о запрещении разработки, производства и накопления запасов бактериологического (биологического) и токсинного оружия и об их уничтожении. – Доклад совещания экспертов (2008). – URL: http://www.opbw.org/new_process/mx2008/BWC_MSP_2008_MX_3_R.pdf

Спицын В.А. Экологическая генетика человека. – М.: Наука, 2008. – 503 с.

Трансгенная соя http://darwin200.narod.ru/gsd/gm_soybean.htm

Трансгенный рапс http://darwin200.narod.ru/gsd/gm_canola.htm

Эволюционная устойчивость http://darwin200.narod.ru/gsd/stability.htm

Cisgenesis – URL: http://www.cisgenesis.com/

GM Approval Database – URL: http://www.isaaa.org/gmapprovaldatabase/default.asp.

GM crop escapes into the American wild – URL: http://www.nature.com/news/2010/100806/full/news.2010.393.html

Eu – GM plants developed by cisgenesis and intragenesis – URL: http://www.afaa.com.au/news/n_news-2162.asp

Séralini Gilles-Eric, Clair Emilie, Mesnage Robin et al. Long term toxicity of a Roundup herbicide and a Roundup-tolerant genetically modified maize. – http://dx.doi.org/10.1016/j.fct.2012.08.005

 

Актуальные проблемы биологической безопасности – Международная научно-практическая конференция http://afonin-59-bio.narod.ru/biosafety2011/bio

Рациональное использование ресурсного потенциала регионов России и сопредельных государств – Международная научно-практическая конференция http://afonin-59-bio.narod.ru/mvl/mvl.htm

 

 

© Афонин Алексей Алексеевич

Доктор с.-х. наук, профессор Брянского государственного университета

Зав. лабораторией популяционной цитогенетики НИИ ФиПИ БГУ

 

e-mail: afonin.salix@gmail.com

 

главная страница сайта ОБЩАЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ

http://afonin-59-bio.narod.ru

 

главная страница сайта ИВЫ: ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ И ПРИКЛАДНАЯ САЛИКОЛОГИЯ http://afonin-59-salix.narod.ru/

 

последнее обновление страницы 15.12.2012