გენმოდიფიცირებული საკვები
მოსაგვარებელ პრობლემად მიიჩნევა. იმ მეთოდების შესაძლებლობა, რომლებსაც სასოფლო-სამეურნეო მრეწველობა სურსათზე გაზრდილი მოთხოვნილების დასაკმაყოფილებლად მიმართავდა, პრაქტიკულად ამოწურულია. სელექციის ტრადიციული მეთოდები და ინტენსიური აგროტექნიკური საშუალებები ვეღარ უზრუნველყოფს მოსავლიანობის ზრდას.
სასოფლო-სამეურნეო მრეწველობის განვითარების ახალ საფეხურს წარმოადგენს თანამედროვე ბიოტექნოლოგია, რომლის წამყვანი მეთოდი გენური ინჟინერიაა. თანამედროვე ბიოტექნოლოგიამ მეცნიერებს საშუალება მისცა, შეექმნათ მცენარეთა და ცხოველთა ისეთი სახეობები, რომელთა მიღება ტრადიციული მეთოდებით შეუძლებელი იქნებოდა.
გენმოდიფიცირებული ორგანიზმი ცოცხალი ორგანიზმია, რომლის გენომი ხელოვნურად არის შეცვლილი ანუ მოდიფიცირებული გენური ინჟინერიის მეთოდების გამოყენებით. ასეთი გენეტიკური მოდიფიცირება განსხვავდება იმ გენეტიკური მოდიფიკაციისგან, რომელიც ბუნებაში ხდება. საბოლოოდ მიიღება მცენარე, რომელსაც შეუძლია, თავად დაიცვას თავი მავნე მწერებისგან, გაუძლოს გვალვას, ყინვას, ნიადაგის გამოფიტვას და სხვა არახელსაყრელ ბუნებრივ პირობებს; რომლის კვებითი ღირებულება უფრო მაღალია და რომელიც დიდი რაოდენობით შეიცავს ცილებს, ვიტამინებს, ამინმჟავებს; რომელსაც აღარ სჭირდება ჰერბიციდები და პესტიციდები, რომელთა მავნე ზემოქმედება ადამიანის ჯანმრთელობაზე მრავალგზის არის დამტკიცებული. რაც მთავარია, ეს მცენარეები გამოირჩევა უხვი მოსავლიანობით, იძლევა წელიწადში რამდენიმე მოსავალს, ამიტომ, როგორც გენმოდიფიცირებული მცენარეების მწარმოებლები და მათი საკვებად გამოყენების მომხრეები გვარწმუნებენ, ძალუძს, დედამიწის მზარდი მოსახლეობა მომავალში მოსალოდნელი შიმშილისგან იხსნას. გარდა ამისა, თუკი შევადარებთ ერთი მხრივ გენური ინჟინერიით, მეორე მხრივ კი ტრადიციული სელექციური მეთოდებით მცენარის ახალი ჯიშის გამოსაყვანად დახარჯულ დროსა და თანხას, თვალნათლივ დავინახავთ, რომ ახალი ჯიშის გამოსაყვანად სელექციონერებს წლები და ზოგჯერ ათწლეულებიც კი სჭირდებათ, გენმოდიფიცირებული მცენარეების მიღება კი გაცილებით მოკლე ხანშია შესაძლებელი.
პირველი გენმოდიფიცირებული საკვები პროდუქტი 1994 წელს გამოჩნდა. ეს იყო პომიდორი შენელებული დამწიფების თვისებით. მას მოჰყვა პესტიციდების მიმართ მდგრადი სოიის ჯიში. დღეს ამ სოიას 35,7 მილიონ ჰექტარზე თესავენ, გენმოდიფიცირებულ სიმინდს - 10 მილიონ ჰექტარზე, ბამბას - 6,8 ჰექტარზე. სოიის მოსავლის 46% გენმოდიფიცირებულია.
ერთ-ერთი მთავარი კითხვა, რომელიც გენმოდიფიცირებული პროდუქტების მომხმარებლებს აწუხებთ, გენმოდიფიცირებული პროდუქტის უვნებლობას ეხება. უვნებელია თუ არა გენმოდიფიცირებული საკვები? არის თუ არა ის ტოქსიკური, კანცეროგენული და ალერგიული? არსებობს თუ არა საფრთხე იმისა, რომ გენმოდიფიცირებულ საკვებში არსებული გენები ჩვენს გენომში "ჩაერთოს" და დღეს ჩვენ მიერ მირთმეულმა ამგვარმა საკვებმა ხვალ ზიანი მიაყენოს ჩვენს შთამომავლობას, ჩვენს შვილებსა და შვილიშვილებს?
სამწუხაროდ, ამ კითხვებზე ერთმნიშვნელოვანი პასუხი ჯერჯერობით არავის გაუცია, მანამდე კი ბიოტექნოლოგია სწრაფი ტემპით განაგრძობს განვითარებას. ბიოტექნოლოგიის განვითარებაში სამ ფაზას გამოყოფენ.
ბიოტექნოლოგიის განვითარების პირველი ტალღა მედიკამენტების წარმოებასთან იყო დაკავშირებული. პირველი ასეთი პრეპარატი გენმოდიფიცირებული ინსულინი გახლდათ. ფარმაცევტულ ბაზარზე ამ პრეპარატის გამოსვლამდე ინსულინს ცხოველთა კუჭქვეშა ჯირკვლისგან ამზადებდნენ. 100 გრამი კრისტალური ინსულინის მისაღებად საჭირო იყო 800-1000 კგ კუჭქვეშა ჯირკვალი, მაშინ როცა ერთი ძროხის კუჭქვეშა ჯირკვალი 200-250 გრამს იწონის. შაქრიანი დიაბეტით დაავადებულთა რიცხვმა ისე იმატა, რომ ყველასთვის მედიკამენტის მიწოდება შეუძლებელი შეიქნა: აღარ იყო სამყოფი ინსულინის დასამზადებელი ცხოველური მასალა. 1978 წელს შემუშავებულ იქნა მეთოდი, რომლის მეშვეობითაც ადამიანის ინსულინის გენი გადატანილ იქნა ჩვენს ორგანიზმში მობინადრე ნაწლავის ბაქტერიის გენომში. ამ გენის დახმარებით ბაქტერიამ მისთვის უჩვეულო ნივთიერების - ადამიანის ინსულინის - სინთეზი „ისწავლა“. 100 ლიტრი ბაქტერიული უჯრედული კულტურიდან შესაძლებელი გახდა 200 გრამი ინსულინის მიღება, რაც ძროხის ან ღორის 1600 კგ კუჭქვეშა ჯირკვლისგან მიღებული ინსულინის ეკვივალენტური იყო. 1982 წელს დარეგისტრირდა პირველი გენმოდიფიცირებული მედიკამენტი - ინსულინი, რომელსაც ბაქტერიები გამოიმუშავებენ. დღეს მთელ მსოფლიოში, მათ შორის საქართველოშიც, შაქრიანი დიაბეტით დაავადებული მილიონობით ადამიანი ამ პრეპარატით მკურნალობს.
ინტერფერონი კარგად გვიცავს მრავალი ვირუსული დაავადებისგან, მაგრამ ამისთვის არაერთი ლიტრი დონორის სისხლია საჭირო. მეცნიერებმა მისი სინთეზიც ბაქტერიებს მიანდეს და შედეგად ანტივირუსული პრეპარატი - ინტერფერონი მივიღეთ.
მეორე ტალღის დასაწყისი გასული საუკუნის 90-იან წლებს ემთხვევა, როდესაც გენმოდიფიცირებული მცენარეები შეიქმნა. პირველი ასეთი მცენარე თამბაქო იყო. მას მოჰყვა ბამბა, სიმინდი, სოია, კარტოფილი, პომიდორი და სხვა. თუმცა ისიც უნდა ითქვას, რომ ამ მცენარეების გამოყვანა ჯერ კიდევ 70-იან წლებში დაიწყო. გენმოდიფიცირებულ მცენარეებს ტრანსგენულსაც უწოდებენ. მათ გენომში ფუნქციობენ სხვა სახეობის მცენარეების ან ცხოველების გენომიდან გადმონერგილი გენი ან გენები. ამ გზით ადამიანს სურს, მცენარეს შესძინოს ისეთი თვისებები, რომლებიც მისთვის არის ხელსაყრელი.
როგორ ქმნიან ტრანსგენულ მცენარეს?
ბიოტექნოლოგებისთვის ტრანსგენული მცენარის შექმნა დღეს დიდ სირთულეს არ წარმოადგენს. არსებობს გენური ინჟინერიის რამდენიმე უკვე აპრობირებული და ძალიან გავრცელებული მეთოდი, რომელიც მცენარის გენომში უცხო გენის ან გენების გადანერგვას უზრუნველყოფს. ამგვარად გენმოდიფიცირებული მცენარეების შექმნის სქემა ზოგადად ასე გამოიყურება:
1. უპირველეს ყოვლისა - მიზნობრივი ანუ ჩვენთვის ხელსაყრელი ნიშან-თვისების განმსაზღვრელი გენის შექმნა, რომელიც მასპინძელი მცენარის ორგანიზმში უნდა გადაინერგოს;
2. გადასანერგი გენის მატარებელი კონსტრუქციის შექმნა, რომლის მიზანია, გადასანერგი გენი მასპინძელი მცენარის უჯრედში შეიყვანოს და მისი მცენარეული უჯრედის გენომში ჩანერგოს;
3. მცენარეული უჯრედის გენომის გარდაქმნა;
4. ტრანსფორმირებული ანუ მოდიფიცირებული უჯრედისგან მთლიანი მცენარის აღმოცენება.
გენმოდიფიცირებული მცენარის შექმნის ერთ-ერთი მეთოდი ბაქტერიების გამოყენებას ითვალისწინებს. არსებობს ბაქტერია, რომელსაც აგრობაქტერია ეწოდება. ეს არის მცენარის ბაქტერია, რომელიც სიმსივნეს იწვევს. მისი გენომი ორი ქრომოსომისგან შედგება. ერთი თვით ბაქტერიის გენომს წარმოადგენს, მეორე კი მემკვიდრეობის დამატებით ფაქტორს. ეს უკანასკნელი დნმ-ს მოკლე ძაფია, რომელსაც შესწევს უნარი, ჩაინერგოს მასპინძელი უჯრედის გენომში და მასში მასპინძელი უჯრედისთვის უცხო გენები შეიტანოს. ბაქტერიის ამ მობილურ ქრომოსომას პლაზმიდა ეწოდება.
ბუნებაში აგრობაქტერიები ნიადაგში ბინადრობენ. მცენარის დაზიანების შემთხვევაში ისინი იჭრებიან მის უჯრედებში ნიადაგთან ახლოს მდებარე მიდამოში (ფესვსა და ღეროს შორის), იწყებენ სწრაფ დაყოფას და წარმოქმნიან სიმსივნეს. მცენარის უჯრედებში გადადის ბაქტერიული პლაზმიდა, რომელიც სიმსივნის გამომწვევ გენებს შეიცავს. ბაქტერიების მიერ გამოწვეულ სიმსივნეს შეუიარაღებელი თვალითაც დავინახავთ. ის გარეგნულად კოჟრებს ჰგავს.
თუ ცნობილია, სად მდებარეობს ჩვენთვის საჭირო გენი გადასანერგად არჩეული ორგანიზმის ანუ დონორის გენომში, მაშინ ამ გენს უბრალოდ „ამოვჭრით“ სპეციალური ნივთიერებებით, რომლებსაც რესტრიქტაზები ეწოდება. რესტრიქტაზები გასული საუკუნის 70-იან წლებში აღმოაჩინეს. მათ უნარი შესწევთ, დნმ-ს დიდი მოლეკულა ზუსტად განსაზღვრულ ადგილას „გაჭრან“. ამ თვისების გამო მათ ფართო გამოყენება პოვეს გენეტიკურ მანიპულაციებსა და გენურ ინჟინერიაში.
არსებობს სხვა გზაც: საჭირო გენს, ანუ დნმ-ს ფრაგმენტს, ბიოქიმიური გზით, ხელოვნურად, ჩვენ თვითონ შევქმნით. ორივე შემთხვევაში ხელთ გვექნება დნმ-ს ფრაგმენტი, რომელიც შეიცავს ჩვენთვის სასურველი ნიშან-თვისების მქონე გენს.
გენს ან გენთა ჯგუფს, რომელიც გადასანერგად გამოიყენება, ტრანსგენებს უწოდებენ, ხოლო ორგანიზმი, რომელიც გენთა ასეთი გადანერგვის შედეგად იქმნება, ტრანსგენულია. მაგრამ თვითონ დნმ-ს ამ მონაკვეთს არ ძალუძს, მასპინძლის უჯრედების დნმ-ში ჩაერთოს. სწორედ აქ იყენებენ აგრობაქტერიებს: გადასანერგად გამზადებულ გენს პლაზმიდას „აწებებენ“, მერე კი ასეთი ბაქტერიით მცენარეს აინფიცირებენ. ვინაიდან აგრობაქტერია მცენარის უჯრედთა სიმსივნურ ზრდას იწვევდა, მეცნიერებს დიდი ჯაფა დასჭირდათ, რომ ბაქტერიისთვის სიმსივნის გამომწვევი გენები ჩამოეცილებინათ - ასეთი მცენარის საკვებად გამოყენებისას შესაძლო იყო, ამ გენებს ადამიანის ორგანიზმშიც გამოეწვია უჯრედთა სიმსივნური ზრდა. მეცნიერებმა ბაქტერიის ისეთი შტამები გამოიყვანეს, რომლებიც სიმსივნეს არ იწვევს, მაგრამ მასპინძელ უჯრედში შეღწევის უნარი შენარჩუნებული აქვს. მათი გამოყენება უკვე უშიშრად შეიძლება. დანარჩენზე ბაქტერია თვითონ ზრუნებს - ჩაერთვება მასპინძლის გენომში და იქ დაიწყებს ფუნქციონირებას.
თუმცა, აქვე უნდა აღვნიშნოთ, რომ ბაქტერიული უჯრედის პლაზმიდის აქტივობა ძალიან დაბალია. მასპინძელ უჯრედში მისი ჩანერგვის სიხშირე 10 000-იდან ერთის ტოლია და დიდი შრომაა საჭირო, რომ ასიათასობით უჯრედის კოლონიაში ასეთი მოდიფიცირებული და ტრანსფორმირებული უჯრედი ვიპოვოთ. მოდიფიცირებული უჯრედის აღმოჩენის შემდეგ საჭიროა მისგან მცენარის გამოზრდა, ეს კი მეცნიერებმა უკვე დიდი ხნის ისწავლეს უჯრედთა და ქსოვილთა კულტურის მეთოდების გამოყენებით. მაგრამ აგრობაქტერიები ყველა მცენარის გენური მოდიფიკაციისთვის არ გამოდგება. მარცვლოვანი მცენარეების გენური მოდიფიკაციისთვის იყენებენ ე.წ. ბალისტიკურ მეთოდს. ეს არის მცენარეული უჯრედების ოქროსა და ვოლფრამის „ტყვიებით“ ბომბარდირების მეთოდი. ამ „ტყვიებს“ გარედან ტრანსგენი აკრავს. ასეთი მეთოდით უჯრედში შეყვანილ დნმ-ს შესწევს უნარი, ჩაერთოს უჯრედის გენომში და გადასცეს მას ახალი თვისება.
თვითონ ტყვიას მიკროსკოპიული ზომის გამო მცენარეული უჯრედისთვის არავითარი ზიანი არ მოაქვს, თანაც ბომბარდირების მეთოდის გამოყენებისას უცხო დნმ-ს ანუ ტრანსგენის ჩანერგვის პროცესი უფრო ეფექტურია, ვიდრე აგრობაქტერიების გამოყენების დროს.
არსებობს მცენარეულ უჯრედში ტრანსგენის ჩანერგვის კიდევ ერთი მეთოდი, რომელიც გულისხმობს მცენარეული უჯრედის სპეციალური ნივთიერებებით დამუშავებას. ეს ნივთიერებები შლიან უჯრედის სქელ კედელს. ამის შემდეგ უჯრედებს ათავსებენ ხსნარში, სადაც ახალი, გადასანერგი დნმ-ს მოლეკულებია. დნმ-ს მოლეკულებს უკვე შეუძლიათ მცენარეულ უჯრედში შეღწევა და გენომში ჩანერგვა. მოდიფიცირებული უჯრედებისგან კი მთლიანი მცენარის გამოზრდა, როგორც უკვე ვთქვით, დიდ სირთულეს არ წარმოადგენს.
ტრანსგენულ მცენარეთა თესვა ყოველწლიურად იმატებს. დღეისთვის ამ მცენარეებს 50 მილიონ ჰექტარზე მეტი ფართობი უკავია. ეს მთელი დედამიწის ნათესი ფართობების 3%-ია. გენმოდიფიცირებულ მცენარეთა მრეწველობა კარგად არის განვითარებული აშშ-ში, კანადაში, ავსტრალიაში, ჩინეთში, მექსიკაში, პორტუგალიაში, რუმინეთში. აგრობიზნესი ამ სფეროში სწრაფად იზრდება, ინვესტიციებისა და მოგების მხრივ კი იგი მხოლოდ კომპიუტერული ტექნოლოგიების სფეროს თუ ჩამოუვარდება. თუკი ტრანსგენულ მცენარეთა კულტურები ფართოდ არის გავრცელებული და მათ საკვები პროდუქტების საწარმოებლადაც იყენებენ, ტრანსგენულ ცხოველთა მიღება მხოლოდ ექსპერიმენტული შემუშავების პროცესშია. ჯერ კიდევ ეძიებენ ტრანსგენთა უჯრედში შეყვანის და მისი ეფექტური გააქტიურების მეთოდს.
ცხოველებში ტრანსგენული ტექნოლოგიების გამოყენება დაგეგმილია თევზის, შინაურ ცხოველთა და ფრინველთა ჯიშების გასაუმჯობესებლად. წველადობის გაზრდა, ბეწვისა და მატყლის ხარისხის გაუმჯობესება, კვერცხისმდებელობის მატება, ინფექციური აგენტებისა და პარაზიტების ინვაზიისგან დაცვა - აი რამდენიმე მთავარი ამოცანა, რომელთა გადასაჭრელადაც მუშაობენ ბიოტექნოლოგები.
როგორ ქმნიან ტრანსგენულ ცხოველებს?
თუ ტრანსგენს მრავალუჯრედიანი ცხოველური ორგანიზმის რომელიმე უჯრედში ჩავნერგავთ, გენმოდიფიცირდება უჯრედთა მხოლოდ მცირე ნაწილი. მთელი ორგანიზმის თვისებების შესაცვლელად აუცილებელია სასქესო უჯრედთა გენომის შეცვლა, რადგან მხოლოდ მათ ძალუძთ, შთამომავლობას გენები გადასცენ. გენმოდიფიცირებული ცხოველების შექმნის სქემა ზოგადად ასე გამოიყურება:
1. ლაბორატორიულ პირობებში განაყოფიერებული კვერცხუჯრედის ბირთვში მიკროინექციის გზით ჩანერგავენ ტრანსგენს;
2. ასეთ კვერცხუჯრედს გადაიტანენ მდედრი ორგანიზმის სხეულში;
3. ცხოველების დაბადების შემდეგ შეარჩევენ იმ შთამომავლებს, რომლებშიც გამოვლინდება ტრანსგენი;
4. ტრანსგენულ შთამომავლებს შეაჯვარებენ.
ტრანსგენული ტექნოლოგიები თავდაპირველად ლაბორატორიულ თაგვებზე მუშავდებოდა. 20 წლის განმავლობაში მათში ჩანერგილ იქნა ასობით გენი, შესწავლილ იქნა გენური რეგულაციის, იმუნოლოგიური თავისებურებების, სიმსივნის ზრდისა და სხვა ფუნდამენტური ბიოლოგიური პროცესები. აღნიშნული მეთოდის გამოყენებით შეიქმნა ტრანსგენული ძროხა, ცხვარი, თხა, ღორი. ამ ცხოველთა ტრანსგენული გარდაქმნის მიზანი იყო მათ რძეში ისეთი ცილების სინთეზი, რომელიც ახლოს არის ადამიანის ორგანიზმის ცილებთან, ამიტომ ტრანსგენები შეიცავდა ადამიანის გენებს.
2000 წელს „მონსანტომ“, გენმოდიფიცირებული საკვების წარმოების ერთ-ერთმა ლიდერმა, შექმნა ზრდის ჰორმონი, რომელიც ფერმებში ძროხების წველადობის მომატებისთვის გამოიყენებოდა. მაგრამ ამგვარმა გენმოდიფიცირებამ ძროხების ჯანმრთელობაზე უარყოფითი გავლენა მოახდინა, ამიტომ რამდენიმე ქვეყანამ ჰორმონზე უარი თქვა.
ტრანსგენული ღორების შექმნის ექსპერიმენტში ტრანსგენი ადამიანის სისხლის ჰემოგლობინის მწარმოებელი გენი იყო. ასეთი ტრანსგენული ღორის შექმნის მიზანი გახლდათ ღორის სისხლის გამოყენება ადამიანის სისხლის ტრანფუზიის ანუ გადასხმის დროს. ტრანსგენულ გარდაქმნებს ექვემდებარებიან თევზებიც: ორაგული, კობრი, კალმახი. მათი გარდაქმნის მიზანი წონის მატებაა.
ნერგავენ ზრდის ჰორმონის გენს. ტრანსგენი აქაც მიკროინექციით შეჰყავთ კვერცხუჯრედში. შემდგომი განვითარება ხდება წყალში, სპეციალურ რეზერვუარებში. ქვირითიდან გამოსული ლიფსიტების სიცოცხლისუნარიანობა 35-80%-ია, ხოლო ტრანსგენულ ლიფსიტათა რაოდენობა - 10-70%. როგორც ხედავთ, თევზებში ტრანსგენული ეფექტურობა საკმაოდ მაღალია.
ტრანსგენული ფრინველების შექმნაც არსებული ჯიშების გენოტიპების გაუმჯებესებას ემსახურება. ტრანსგენები შეიძლება შეიცავდეს ვირუსული ინფექციებისა და დაავადებების მიმართ შეუვალობას, კვერცხში ქოლესტერინის რაოდენობის დაკლებას, ფრინველის ხორცის ხარისხის მომატებას და სხვა.
გენმოდიფიცირებული ორგანიზმების საკვებად გამოყენებისა თუ მათ მიერ წარმოებული პროდუქტების - მედიკამენტების, საკვები დანამატებისა და სხვათა - გამოყენების შემდეგ მოსალოდნელი რისკის დასადგენად ჯერ არ ჩატარებულა გრძელვადიანი და მიზანმიმართული სამეცნიერო კვლევები, უახლოეს მომავალში კი მთელ მსოფლიოში, მათ შორის საქართველოშიც, მოსალოდნელია გენმოდიფიცირებული ორგანიზმებისა და პროდუქტების ფართო გავრცელება. რამდენი ხანი დასჭირდებათ მეცნიერებს იმის დასადგენად, საშიშია თუ არა ბიოტექნოლოგიის თანამედროვე მიღწევები, ზუსტად არავინ იცის.