Генетически модифицированная рыба - Genetically modified fish
| Часть серии о |
| Генная инженерия |
|---|
 |
| Генетически модифицированные организмы |
| История и регулирование |
| Процесс |
| Приложения |
| Споры |
Генетически модифицированные рыбы ( ГМ рыбы ) - это организмы из таксономической клады, которая включает классы Agnatha (бесчелюстные рыбы), Chondrichthyes (хрящевые рыбы) и Osteichthyes (костистые рыбы), чей генетический материал ( ДНК ) был изменен с использованием методов генной инженерии . В большинстве случаев цель состоит в том, чтобы познакомить рыбу с новым признаком, который не встречается в природе у этого вида, то есть трансгенезом .
ГМ-рыба используется в научных исследованиях и содержится в качестве домашних животных. Они разрабатываются в качестве датчиков загрязнения окружающей среды и для использования в производстве продуктов питания для аквакультуры. В 2015 году лосось AquAdvantage был одобрен Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США (FDA) для коммерческого производства, продажи и потребления, что сделало его первым генетически модифицированным животным, одобренным для употребления в пищу человеком. У некоторых созданных ГМ-рыб есть промоторы, приводящие к избыточному производству гормона роста "всех рыб" . Это приводит к резкому ускорению роста у некоторых видов, включая лососевых , карпов и тилапий .
Критики возражали против ГМ-рыбы по нескольким причинам, включая экологические проблемы, заботу о благополучии животных, а также в отношении того, безопасно ли их использование в качестве пищи и нужна ли ГМ-рыба для удовлетворения мировых потребностей в продуктах питания.
История и процесс
Первые трансгенные рыбы были выращены в Китае в 1985 году. По состоянию на 2013 год около 50 видов рыб подверглись генетической модификации. В результате получено более 400 комбинаций рыб / признаков. Большинство модификаций были внесены в кормовые виды, такие как атлантический лосось ( Salmo salar ), тилапия (род) и карп обыкновенный ( Cyprinus carpio ).
Обычно генетическая модификация влечет за собой манипуляции с ДНК . Этот процесс известен как цисгенез, когда ген передается между организмами, которые могут быть выведены традиционным способом, или трансгенез, когда ген одного вида добавляется к другому виду. Перенос гена в геном желаемого организма, как в данном случае для рыб, требует вектора, подобного лентивирусу, или механической / физической вставки измененных генов в ядро хозяина с помощью микрошприца или генного пистолета .
Использует
Исследовать
Трансгенные рыбы используются в исследованиях, охватывающих пять широких областей.
- Улучшение характеристик коммерчески доступных рыб
- Их использование в качестве биореакторов для разработки важных с биомедицинской точки зрения белков.
- Их использование в качестве индикаторов водных загрязнителей
- Разработка новых моделей животных, не относящихся к млекопитающим
- Функциональные исследования геномики
Большинство ГМ-рыб используется в фундаментальных исследованиях в области генетики и развития. Два вида рыб, рыбки данио и медака, наиболее часто модифицируются, потому что они имеют оптически прозрачные хорионы (раковины), быстро развиваются, 1-клеточный эмбрион легко увидеть и микроинъектировать трансгенную ДНК, а рыбки данио обладают способностью к регенерации. ткани их органов. Они также используются при открытии лекарств . ГМ рыбок данио исследуют на предмет раскрытия болезней тканей человеческих органов и загадок неудач. Например, рыбок данио используют для понимания восстановления и регенерации сердечной ткани в попытках изучить и найти способы лечения сердечно-сосудистых заболеваний .
Трансгенная радужная форель ( Oncorhynchus mykiss ) была разработана для изучения развития мышц. Введенный трансген вызывает появление зеленой флуоресценции в быстро сокращающихся мышечных волокнах на ранней стадии развития, которая сохраняется на протяжении всей жизни. Было высказано предположение, что рыбу можно использовать в качестве индикатора загрязнителей водной среды или других факторов, влияющих на развитие.
При интенсивном рыбоводстве рыба содержится при высокой плотности посадки. Это означает, что они страдают от частой передачи заразных болезней, и эта проблема решается исследованиями ГМ. Белый амур ( Ctenopharyngodon idella ) был модифицирован трансгеном, кодирующим человеческий лактоферрин , что вдвое увеличивает их выживаемость по сравнению с контрольной рыбой после воздействия бактерий Aeromonas и вируса кровоизлияния белого амура . Цекропин использовался у канальных сомов для повышения их защиты от некоторых патогенных бактерий в 2–4 раза.
Отдых
Домашние питомцы
GloFish - это запатентованная технология, которая позволяет ГМ-рыбе (тетра, барбус, данио) экспрессировать белки медуз и морских кораллов, придавая рыбе ярко-красный, зеленый или оранжевый флуоресцентный цвет при просмотре в ультрафиолетовом свете. Хотя рыба была первоначально создана и запатентована для научных исследований в Национальном университете Сингапура, техасская компания Yorktown Technologies получила права на продажу рыбы в качестве домашних животных. Они стали первым генетически модифицированным животным, которое стало общедоступным в качестве домашнего животного после поступления в продажу в 2003 году. Их быстро запретили продавать в Калифорнии, однако теперь они снова находятся на полках в этом штате. По состоянию на 2013 год Glofish продается только в США.
Другие трансгенные линии домашних питомцев включают Medaka, которые остаются прозрачными на протяжении всей своей жизни, и трансгенных рыб-ангелов розового цвета ( Pterophyllum scalare ) и львиноголовых рыб, экспрессирующих красный флуоресцентный белок кораллов Acropora ( Acroporo millepora ).
Трансген антифриза типа III Ocean pout был успешно введен и экспрессирован у золотых рыбок. Трансгенная золотая рыбка показала более высокую переносимость холода по сравнению с контролем.
Еда
Одно из направлений интенсивных исследований ГМ-рыбы было направлено на увеличение производства продуктов питания за счет изменения экспрессии гормона роста (GH). Относительное увеличение роста различается между видами. (Рис. 1) Они варьируются от удвоенной в весе до некоторых рыб, которые почти в 100 раз тяжелее, чем рыбы дикого типа в сопоставимом возрасте. Эта область исследований привела к резкому ускорению роста нескольких видов, включая лосось , форель и тилапию . Другие источники указывают на 11-кратное и 30-кратное увеличение роста лосося и гольца , соответственно, по сравнению с рыбами дикого типа. Развитие трансгенных рыб достигло стадии, когда несколько видов готовы к продаже в разных странах, например, ГМ-тилапия на Кубе, ГМ-карп в Китайской Народной Республике и ГМ-лосось в США и Канаде. В 2014 году сообщалось, что заявки на одобрение трансгенных рыб в качестве продуктов питания были поданы в Канаде, Китае, Кубе и Соединенных Штатах.
Избыточное производство ГР гипофизом увеличивает скорость роста, главным образом, за счет увеличения потребления пищи рыбой, а также за счет повышения эффективности преобразования корма на 10-15%.
Другой подход к увеличению производства мяса в ГМ-рыбе - это « двойная мускулатура ». Это приводит к фенотипу, сходному с фенотипом бельгийской голубой радужной форели. Это достигается за счет использования трансгенов, экспрессирующих фоллистатин , который ингибирует миостатин , и развития двух мышечных слоев.
Лосось AquAdvantage
В ноябре 2015 года FDA США одобрило лосось AquAdvantage, созданный компанией AquaBounty для коммерческого производства, продажи и потребления. Это первое генетически модифицированное животное, разрешенное для употребления в пищу человеком. По сути, рыба представляет собой атлантический лосось с вставленным одним комплексом генов: регулирующим геном гормона роста чавычи с промоторной последовательностью из океанической дуги . Это позволяет ГМ-лососю производить ГР круглый год, а не останавливаться на часть года, как это происходит у атлантического лосося дикого типа. Лососю дикого типа требуется от 24 до 30 месяцев, чтобы достичь рыночного размера (4–6 кг), тогда как ГМ-лососю требуется 18 месяцев, чтобы ГМ рыба достигла этого размера. AquaBounty утверждает, что их ГМ-лосось может быть выращен ближе к конечным рынкам с большей эффективностью (им требуется на 25% меньше корма для достижения рыночного веса), чем атлантического лосося, который в настоящее время выращивается на отдаленных прибрежных рыбных фермах, тем самым делая его лучше для окружающей среды. , с переработанными отходами и меньшими транспортными расходами.
Чтобы предотвратить случайное размножение генетически модифицированной рыбы с диким лососем, вся рыба, выращиваемая в пищу, - это самки, триплоиды , и 99% из них репродуктивно бесплодны. Рыба выращивается на предприятии в Панаме с физическими препятствиями и географическими ограничениями, такими как температура в реках и океане, слишком высокая для поддержания выживания лосося и предотвращения побега. FDA определило, что AquAdvantage не окажет значительного воздействия на окружающую среду в Соединенных Штатах. Рыбная ферма также готовится в Индиане, где FDA одобрило импорт яиц лосося. По состоянию на август 2017 года в Канаде продается ГМО-лосось. Ожидается, что продажи в США начнутся во второй половине 2019 года.
Обнаружение загрязнения водной среды (потенциал)
Несколько исследовательских групп занимались разработкой ГМ рыбок данио для обнаружения загрязнения водной среды. Лаборатория, которая разработала GloFish, изначально предназначалась для изменения цвета в присутствии загрязняющих веществ в качестве экологических дозорных. Команды из Университета Цинциннати и Университета Тулейна разрабатывают ГМ-рыбу с той же целью.
Несколько трансгенных методов были использованы для введения целевой ДНК в рыбок данио для мониторинга окружающей среды, включая микроинъекцию , электропорацию , бомбардировку частицами , опосредованный липосомами перенос генов и опосредованный спермой перенос генов . Микроинъекция - это наиболее часто используемый метод получения трансгенных рыбок данио, так как это обеспечивает наивысшую выживаемость.
Регулирование
Регулирование генной инженерии касается подходов, используемых правительствами для оценки и управления рисками, связанными с разработкой и выпуском генетически модифицированных культур. Существуют различия в регулировании ГМО между странами, причем некоторые из наиболее заметных различий наблюдаются между США и Европой. Регулирование варьируется в данной стране в зависимости от предполагаемого использования продуктов генной инженерии. Например, рыба, не предназначенная для употребления в пищу, обычно не проверяется органами, отвечающими за безопасность пищевых продуктов.
В рекомендациях FDA США по оценке трансгенных животных трансгенные конструкции определяются как «лекарства», регулируемые в соответствии с положениями о лекарственных средствах для животных Федерального закона о пищевых продуктах и косметике. Эта классификация важна по нескольким причинам, в том числе из-за того, что она помещает все разрешения на использование ГМ пищевых животных в юрисдикцию Центра ветеринарной медицины FDA (CVM) и накладывает ограничения на то, какую информацию FDA может предоставлять общественности, и, кроме того, она позволяет избежать более открытый процесс обзора безопасности пищевых продуктов.
Штаты Вашингтон и Мэн ввели постоянный запрет на производство трансгенной рыбы.
Полемика
Критики возражали против использования генной инженерии как таковой по нескольким причинам, включая этические соображения, экологические проблемы (особенно в отношении потока генов ) и экономические проблемы, вызванные тем фактом, что ГМ-методы и ГМ-организмы подпадают под действие закона об интеллектуальной собственности. ГМО также вовлечены в споры по поводу ГМО-продуктов питания относительно того, безопасно ли использование ГМ-рыбы в качестве безопасного, может ли это усугубить или вызвать аллергию на рыбу, следует ли маркировать их и нужны ли ГМ-рыба и зерновые культуры для удовлетворения мировых потребностей в продуктах питания. . Эти разногласия привели к судебным разбирательствам, международным торговым спорам и протестам, а также к ограничительному регулированию коммерческих продуктов в большинстве стран.
У общественности есть много сомнений в отношении генетически модифицированных животных в целом. Считается, что широкая общественность принимает ГМ-рыбу на низком уровне среди всех ГМ-животных, используемых в пищевых и фармацевтических целях.
Этические проблемы
У трансгенных быстрорастущих рыб, генетически модифицированных для получения гормона роста, мозаичные рыбы-основатели сильно различаются по скорости роста, что отражает очень изменчивую пропорцию и распределение трансгенных клеток в их организме. У рыб с такими высокими темпами роста (и у их потомства) иногда развиваются морфологические аномалии, подобные акромегалии у людей, проявляющиеся в увеличении головы по сравнению с телом и выпуклой крышечке . Это становится все хуже с возрастом рыбы. Это может помешать кормлению и в конечном итоге может привести к смерти. Согласно исследованию, проведенному по заказу Compassion in World Farming , аномалии, вероятно, являются прямым следствием чрезмерной экспрессии гормона роста и были зарегистрированы у ГМ-кижуча, радужной форели, карпа, канального сома и гольца, но в меньшей степени у Нильская тилапия.
У ГМ кижуча ( Oncorhynchus kisutch ) наблюдаются морфологические изменения и измененная аллометрия, что приводит к снижению плавательных способностей. Они также демонстрируют ненормальное поведение, такое как повышенный уровень активности в отношении приема пищи и плавания. Несколько других трансгенных рыб демонстрируют снижение способности плавать, вероятно, из-за формы тела и структуры мышц.
Генетически модифицированные триплоидные рыбы более восприимчивы к температурному стрессу, чаще страдают деформациями (например, аномалиями глаз и нижней челюсти) и менее агрессивны, чем диплоиды. Другие проблемы благополучия ГМ-рыб включают повышенный стресс в условиях недостатка кислорода, вызванный повышенной потребностью в кислороде. Было показано, что гибель кижуча из-за низкого уровня кислорода ( гипоксия ) наиболее выражена у трансгенных животных. Было высказано предположение, что повышенная чувствительность к гипоксии вызвана введением дополнительного набора хромосом, требующего большего ядра, что, таким образом, приводит к увеличению размера клетки в целом и уменьшению отношения площади поверхности к объему клетки.
Экологические проблемы
Трансгенные рыбы обычно развиваются из штаммов почти дикого происхождения. Они обладают прекрасной способностью к скрещиванию с самими собой или дикими родственниками и, следовательно, обладают значительной возможностью закрепиться в природе, если им удастся избежать биотических или абиотических мер сдерживания.
Был выражен широкий круг опасений по поводу последствий побега генетически модифицированных рыб. Для полиплоидов это степень стерильности, вмешательство в нерест, конкуренция за ресурсы, не влияющая на последующие поколения. Для трансгенных людей проблемы включают характеристики генотипа, функцию гена, тип гена, возможность вызывать плейотропные эффекты, потенциал для взаимодействия с остальной частью генома, стабильность конструкции, способность конструкции ДНК к транспонировать внутри или между геномами.
Одно исследование, использующее соответствующие данные об истории жизни японской медаки ( Oryzias latipes ), предсказывает, что трансген, введенный в естественную популяцию небольшим количеством трансгенных рыб, будет распространяться в результате увеличения брачного преимущества, но снижение жизнеспособности потомства приведет к возможное локальное исчезновение обеих популяций. ГМ кижуча более склонны к риску и лучше используют ограниченный корм, чем рыба дикого типа.
Трансгенный кижуч обладает повышенной способностью к кормлению и ростом, что может привести к значительно большему размеру тела (> 7 раз) по сравнению с нетрансгенным лососем. Когда трансгенный и нетрансгенный лосось в одном вольере конкурирует за разные уровни корма, трансгенные особи постоянно перерастают нетрансгенные особи. Когда изобилие пищи низкое, появляются доминирующие особи, неизменно трансгенные, которые проявляют сильное агонистическое и каннибалистическое поведение по отношению к когортам и доминируют в приобретении ограниченных пищевых ресурсов. Когда доступность пищи является низкой, все группы, содержащие трансгенного лосося, испытывают резкое сокращение популяции или полное вымирание, тогда как группы, содержащие только нетрансгенный лосось, имеют хорошие (72%) показатели выживаемости. Это привело к предположению, что эти ГМ-рыбы выживут лучше, чем рыбы дикого типа, в очень плохих условиях.
Сообщалось об успешной искусственной трансгенной гибридизации между двумя видами вьюнов (род Misgurnus ), однако, как известно, эти виды не гибридизируются естественным путем.
GloFish не считались угрозой для окружающей среды, потому что они были менее приспособлены, чем обычные рыбки данио, которые не могут прижиться в дикой природе в США.
Лосось AquAdvantage
FDA заявило, что AquAdvantage Salmon можно безопасно содержать в наземных резервуарах с небольшим риском побега в дикую природу, однако Джо Перри, бывший председатель группы GM Европейского агентства по безопасности пищевых продуктов , сказал: «Там остаются законными экологическими опасениями по поводу возможных последствий, если этот ГМ-лосось вырвется в дикую природу и начнет воспроизводиться, несмотря на заверения FDA относительно сдерживания и стерильности, ни одно из которых не может быть гарантировано ».
AquaBounty указывает, что их ГМ-лосось не может скрещиваться с дикой рыбой, потому что они триплоидны, что делает их бесплодными . Возможность фертильных триплоидов является одним из основных недостатков триплоидии, используемой в качестве средства биологической защиты трансгенных рыб. Однако, по оценкам, 1,1% яиц остаются диплоидными и, следовательно, способны к размножению, несмотря на процесс триплоидии. Другие утверждали, что процент неудач процесса стерильности составляет 5%. Крупномасштабные испытания с использованием нормального давления, высокого давления или высокого давления плюс выдержанные яйца для трансгенного кижуча дали частоты триплоидии только 99,8%, 97,6% и 97,0% соответственно. AquaBounty также подчеркивает, что их ГМО-лосось не выживет в дикой природе из-за географического положения, в котором проводятся их исследования, а также расположения их ферм.
Трансген GH может передаваться посредством гибридизации GM AquAdvantage Salmon и близкородственной дикой кумжи ( Salmo trutta ). Трансгенные гибриды жизнеспособны и растут быстрее, чем трансгенный лосось и другие кроссы дикого типа в условиях, имитирующих инкубаторий. В потоковых мезокосмах, разработанных для моделирования естественных условий, трансгенные гибриды выражают конкурентное доминирование и подавляют рост трансгенного и нетрансгенного лосося на 82% и 54% соответственно. Естественный уровень гибридизации между этими двумя видами может достигать 41%. Исследователи, изучающие эту возможность, пришли к выводу: «В конечном счете, мы предполагаем, что гибридизация трансгенных рыб с близкородственными видами представляет собой потенциальные экологические риски для диких популяций и возможный путь интрогрессии трансгена, даже с низкой вероятностью, в новый вид в природе».
В статье в журнале Slate Magazine в декабре 2012 года Джона Энтина , директора Проекта генетической грамотности , администрация Обамы подверглась критике за предотвращение публикации экологической оценки (ЭО) лосося AquAdvantage, которая была завершена в апреле 2012 года и в которой был сделан вывод о том, что " лосось безопасен для употребления и не представляет серьезной опасности для окружающей среды ». В статье Slate говорилось, что публикация отчета была остановлена «после встреч с Белым домом, который обсуждал политические последствия одобрения ГМ-лосося, шаг, который, вероятно, разозлит часть его базы». В течение нескольких дней после публикации статьи и менее чем через два месяца после выборов FDA выпустило черновой вариант EA и открыло период комментариев.