Генна інженерія її фундаментальне та прикладне значення. З додаткових матеріалів
Генна інженерія - це метод біотехнології, який займається дослідженнями з розбудови генотипів. Генотип не просто механічна сума генів, а складна, що склалася в процесі еволюції організмів система. Генна інженерія дозволяє шляхом операцій у пробірці переносити генетичну інформацію з одного організму до іншого. Перенесення генів дає можливість долати міжвидові бар'єри та передавати окремі спадкові ознаки одних організмів іншим.
Носіями матеріальних основ генів служать хромосоми, до складу яких входять ДНК та білки. Але гени освіти не хімічні, а функціональні. З функціональної точки зору ДНК складається з множини блоків, що зберігають певний обсяг інформації - генів. В основі дії гена лежать його здатність через РНК визначати синтез білків. У молекулі ДНК записана інформація, що визначає хімічну структуру білкових молекул. Ген - ділянка молекули ДНК, в якій знаходиться інформація про первинну структуру якогось одного білка (один ген - один білок). Оскільки в організмах є десятки тисяч білків, існують і десятки тисяч генів. Сукупність усіх генів клітини становить її геном. Всі клітини організму містять однаковий набір генів, але в кожній з них реалізується різна частина інформації, що зберігається. Тому, наприклад, нервові клітини і за структурно-функціональними, і за біологічними особливостями відрізняються від клітин печінки.
Перебудова генотипів, і під час завдань генної інженерії, є якісні зміни генів не пов'язані з видимими в мікроскопі змінами будови хромосом. Зміни генів передусім пов'язані з перетворенням хімічної структури ДНК. Інформація про структуру білка, записана у вигляді послідовності нуклеотидів, реалізується у вигляді послідовності амінокислот у синтезованій молекулі білка. Зміна послідовності нуклеотидів у хромосомній ДНК, випадання одних і включення інших нуклеотидів змінюють склад молекули РНК, що утворюються на ДНК, а це, у свою чергу, обумовлює нову послідовність амінокислот при синтезі. У результаті клітині починає синтезуватися новий білок, що призводить до появи в організму нових властивостей. Сутність методів генної інженерії у тому, що у генотип організму вбудовуються чи виключаються із нього окремі гени чи групи генів. В результаті вбудовування в генотип раніше відсутнього гена можна змусити клітину синтезувати білки, які вона раніше не синтезувала.
Найбільш поширеним методом генної інженерії є метод отримання рекомбінантних, тобто. містять чужорідний ген, плазмід. Плазміди є кільцевими дволанцюжковими молекулами ДНК, що складаються з декількох тисяч пар нуклеотидів. Цей процес складається з кількох етапів.
1. Рестрикція – розрізання ДНК, наприклад, людини на фрагменти.
2. Лігування - фрагмент з потрібним геном включають у плазміди та зшивають їх.
3. Трансформація -введення рекомбінантних плазмід у бактеріальні клітини. Трансформовані бактерії при цьому набувають певних властивостей. Кожна з трансформованих бактерій розмножується і утворює колонію з тисяч нащадків - клон.
4. Скринінг - відбір серед клонів трансформованих бактерій тих, які мають плазміди, що несуть потрібний ген людини.
Весь цей процес називається клонуванням. За допомогою клонування можна отримати понад мільйон копій будь-якого фрагмента ДНК людини чи іншого організму. Якщо клонований фрагмент кодує білок, експериментально можна вивчити механізм, що регулює транскрипцію цього гена, а також напрацювати цей білок в потрібній кількості. Крім того, клонований фрагмент ДНК одного організму можна ввести до клітин іншого організму. Цим можна досягти, наприклад, високі та стійкі врожаї завдяки введеному гену, що забезпечує стійкість до низки хвороб. Якщо ввести в генотип ґрунтових бактерій гени інших бактерій, що мають здатність зв'язувати атмосферний азот, то ґрунтові бактерії зможуть переводити цей азот у зв'язаний азот ґрунту. Ввівши в генотип бактерії кишкової палички ген із генотипу людини, що контролює синтез інсуліну, вчені домоглися отримання інсуліну за допомогою такої кишкової палички. При подальшому розвитку науки стане можливим введення в зародок людини генів, що відсутні, і тим самим дозволить уникнути генетичних хвороб.
Експерименти клонування тварин ведуться давно. Достатньо прибрати з яйцеклітини ядро, імплантувати в неї ядро іншої клітини, взятої з ембріональної тканини, і виростити її або в пробірці, або в утробі прийомної матері. Клонована овечка Частки була створена нетрадиційним шляхом. Ядро із клітини вимені 6-річної дорослої вівці однієї породи пересадили в без'ядерне яйце вівці іншої породи. Зародок, що розвивається, помістили в вівцю третьої породи. Так як овечка, що народилася, отримала всі гени від першої вівці - донора, то є її точною генетичною копією. Цей експеримент відкриває масу нових можливостей для клонування елітних порід замість багаторічної селекції.
Вчені Техаського університету змогли продовжити життя кількох типів людських клітин. Зазвичай клітина вмирає, переживши близько 7-10 процесів поділу, а вони досягли сто поділів клітини. Старіння, на думку вчених, відбувається через те, що клітини при кожному розподілі втрачають теломери, молекулярні структури, що розташовуються на кінцях усіх хромосом. Вчені імплантували в клітини відкритий ними ген, який відповідає за вироблення теломерази і тим самим зробили їх безсмертними. Можливо, це майбутній шлях до безсмертя.
Ще з 80-х років з'явилися програми вивчення геному людини. У виконання цих програм вже прочитано близько 5 тисяч генів (повний геном людини містить 50-100 тисяч). Виявлено низку нових генів людини. Генна інженерія набуває все більшого значення в генотерапії. Тому що багато хвороб закладено на генетичному рівні. Саме в геномі закладено схильність до багатьох хвороб чи стійкість до них. Багато вчених вважають, що у XXI столітті функціонуватиме геномна медицина та генна інженерія.
Генна інженерія – це напрямок досліджень у молекулярній біології та генетиці, кінцевою метою яких є отримання за допомогою лабораторних прийомів організмів з новими, у тому числі й не зустрічаються в природі, комбінаціями спадкових властивостей.
Формальною датою народження генної інженерії вважають 1972 рік. В основі генної інженерії лежить зумовлена останніми досягненнями молекулярної біології та генетики можливість цілеспрямованого маніпулювання із фрагментами нуклеїнових кислот. До цих досягнень слід віднести встановлення універсальності генетичного коду, тобто факту, що у всіх живих організмів включення тих самих амінокислот в білкову молекулу кодуються одними і тими ж послідовностями нуклеотидів у ланцюзі ДНК; успіхи генетичної ензимології, що надала у розпорядження дослідника набір ферментів, що дозволяють отримати в ізольованому вигляді окремі гени або ферменти нуклеїнової кислоти, здійснювати in vitro синтез фрагментів нуклеїнових кислот, об'єднати в єдине ціле отримані фрагменти. Таким чином, зміна спадкових властивостей організму за допомогою генної інженерії зводиться до конструювання різних фрагментів нового генетичного матеріалу, введення цього матеріалу в рецепієнтний організм, створення умов для його функціонування і стабільного успадкування.
Генна інженерія бактерій
У 1972 році група дослідників на чолі з американським біохіміком Полом Бергом, який працював у Стенфордському університеті, що неподалік Сан-Франциско в Каліфорнії, повідомила про створення поза організмом першої рекомбінантної ДНК. Таку молекулу часто називають гібридною, оскільки вона складається із ДНК-фрагментів різних організмів.
Перша рекомбінантна молекула ДНК складається з фрагмента ДНК бактеріофага кишкової палички (E. coli), групи генів цієї бактерії, відповідальні за зброджування цукру галактози, і повної ДНК вірусу SV40, що викликає розвиток пухлин у мавп. Така рекомбінантна структура теоретично могла мати функціональну активність у клітинах, як кишкової палички, так і мавпи, адже до неї входила частина ДНК фага, що забезпечує її здатність реплікуватися (самокопіюватися) в E. coli, і вся ДНК SV40, що реплікується в клітинах обез.
Фактично це була перша гібридна молекула ДНК, яка могла б, як човник, «ходити» між бактерією та твариною. Але саме це експериментально не перевірив П.Берг та його колеги.
Вчені різних країн, розвиваючи ідеї П. Берга, створили in vitro функціонально активні гібридні ДНК. Першими це завдання вирішили американці Стенлі Коен зі Стенфордського університету та його колега Герберт Бойєр із Каліфорнійського університету в Сан-Франциско. У їхніх роботах з'явився новий і дуже важливий інструмент всіх наступних генно-інженерних робіт - вектор.
Основні методи генної інженерії бактерій розробили на початку 70-х років минулого століття. Їхня суть полягає у введенні в організм нового гена. Найбільш поширений з них – конструювання та перенесення рекомбінантних ДНК.
Генна інженерія рослин
При введенні нових генів в еукаріотичні клітини, наприклад рослинні, виникає чимало труднощів. Одна з них полягає в тому, що генетична будова рослин набагато складніша і менш вивчена, ніж будова бактерій, що залишалися донедавна основним об'єктом генних інженерів. До того ж, змінити генотип всіх клітин багатоклітинного організму неможливо. Значно важко перенесення векторних систем міцна целюлозна оболонка, яка покриває клітини рослин.
Незважаючи на сказане генна інженерія рослин застосовується у сільському господарстві, особливо у рослинництві. Це стало можливим, по-перше, тому, що ізольовані від багатоклітинного організму клітини рослин можуть рости та розмножуватися на штучних живильних середовищах, тобто in vitro або поза організмом. По-друге, встановлено, що ядра зрілих рослинних клітин містять всю інформацію, необхідну кодування цілого організму. Так, якщо клітини будь-якої рослини помітити у відповідний рослинний розчин, їх можна знову змусити ділитися і утворювати нові рослини. Ця властивість рослинних клітин, пов'язана із здатністю до регенерації вже після досягнення ними зрілості та спеціалізації, названа тотипотентністю.
Використання ґрунтових агробактерій
Один з ефективних способів перенесення генів у рослини – використання як вектор ґрунтових бактерій, насамперед, Agro bacterium tumefaciens («польова бактерія, що викликає рак рослин»). Ця бактерія була виділена у 1897р. з пухлини винограду. Вона заражає багато дводольних рослин і викликає в них утворення великих наростів - корончастих галлів.
Патогенні штами цієї агробактерії, на відміну від непатогенних, містять велику плазміду, спеціально призначену для перенесення генів з бактеріальної клітини в рослинну. Плазміда отримала назву Ti, тобто пухлина, що викликає. Саме в неї зазвичай вбудовується підготовлений для перенесення ген.
Крім A. tumefaciens для введення нових генів у рослини використовують також бактерію виду A. Rhizogenes. Вони викликають у дводольних рослин дуже дрібні пухлини, у тому числі виростає безліч коренів. Хворобу, яку викликають ці ризогенні агробактерії, називають "бородатий" або "волосатий" корінь. Вони виявлено плазміди, схожі на Ti. Вони названі Ri або коренеіндукуючі.
В останні роки Ri-плазміди застосовуються в генній інженерії рослин не менш широко, ніж Ti-плазміди. Це пояснюється, насамперед, тим, що клітини корончастих галлів погано ростуть на штучно живильних середовищах і їх не вдається виростити цілі рослини. Навпаки, клітини «бородатого» кореня добре культивуються та регенеруються.
Використання вірусів
Віруси також часто використовуються для конструювання векторів, що забезпечують перенесення нових генів у рослини. Найчастіше для цієї мети виділяють вірус мозаїки цвітної капусти. У природі він заражає лише хрестоцвіті, проте відомо, що в експериментальних умовах здатний вражати й інші види рослин.
Геном вірусу мозаїки є невеликою двонитковою кільцевою ДНК. Деякі з його генів можуть бути замінені на інші, які цікавлять дослідника. Проникаючи в рослинну клітину, вірус вносить у неї як свою власну ДНК, а й вбудований у ній чужорідний ген.
Векторною системою, здатною переносити нові гени в рослини, можуть бути віруси, у яких генетичний матеріал представлений РНК. Віруси цієї групи здатні з високою частотою проникати в рослинні клітини, активно в них розмножуватися і цим забезпечувати високий рівень експресії введених генів внаслідок збільшення їх кількості.
Конструювання рекомбінантної ДНК
Техніка вбудовування генів у вектори призначених для рослин аналогічна до тієї, що використовується для бактеріальних клітин. Плазмідна ДНК та ДНК вірусів розрізається рестриктазами з утворенням «липких» кінців. Якщо застосовується фермент, що утворює тупі кінці, користуються короткими фрагментами ДНК. Вбудовуючи новий ген у підготовлений плазмідний або вірусний вектор за допомогою ДНК-лігази отримують рекомбінантну ДНК.
Напрямки генної інженерії рослин
Основні напрямки генної інженерії рослин пов'язані зі створенням культур, стійких до комах-шкідників, гербіцидів та вірусів, здатних до азотфіксації, а також з підвищенням якості та кількості продуктів.
Рослини стійкі до комах-шкідників
Комахи-шкідники можуть спричинити значне зниження врожаю різних сільськогосподарських культур. Для боротьби з ними використовуються хімічні речовини,
звані інсектицидами. Першим інсектицидом, що завоював всесвітнє визнання, виявилася бордоська рідина.
Крім препаратів, хімічно синтезованих, відомі інсектициди, отримані на основі природних ворогів комах – бактерій і грибів. Багато років у світі застосовують інсектициди бактеріального походження – препарати спор, які утворює ґрунтова бактерія Bacillus thuringiensis (тюрингська бацила, або скорочено Bt). Інсектицидна активність цих спор пов'язана з отруйними кристалами білка ендотоксину, що знаходяться в них. Проковтнувши таку суперечку, гусениця незабаром гине від паралічу кишечника.
Перевага інсектицидів цього в тому, що вони не токсичні для людини і тварини, їх легко відмити та інактивувати. Недолік таких інсектицидів – порівняно короткий період активності у польових умовах. Ефективність їхньої дії при розпорошенні на рослини коливається, і її важко прогнозувати. Усе це зумовлює необхідність повторних обробок.
Новий напрямок у боротьбі з комахами-шкідниками – створення на основі генно-інженерної технології стійких до них трансгенних рослин. Успішними виявилися дослідження Марка ван Монтегю та його колег із Ґентського університету, результати яких вони опублікували у роботі «Трансгенні рослини, захищені від нападу комах» (1987).
Вони виділили ген, що кодує синтез білка ендотоксину, із ДНК тюрингської бацили і вставили його у векторну Ti-плазміду бактерії A. tumefaciens. Цією агробактерією заражали диски, вирізані зі шматочків листя тютюну. Трансформовану рослинну тканину вирощували на живильному середовищі певного хімічного складу, яка забезпечувала зростання та розвиток трасгенних рослин з листям, що містить білок ендотоксин. При попаданні в кишечник деяких видів комах ендотоксин зв'язується з їхньою внутрішньою поверхнею і пошкоджує епітелій, в результаті перетравлена їжа не всмоктується і комах гине від голоду.
В останні роки ген бактеріального токсину вдалося ввести до клітин багатьох рослин. Зокрема, фахівці компанії «Monsanto» створили картоплю «New Leaf» («Новий лист»), стійку до колорадського жука, Bt-кукурудзу та Bt-бавовну, сою «Roundup Ready» та ін. Однак використання Bt-культур викликає сумніви з -за здоров'я людини та безпеку навколишнього середовища. Так, багато хто запитує: якщо колорадський жук не їсть бадилля, чи корисна така картопля? Немає впевненості в тому, що рослинна продукція з генними добавками не вплине негативно на майбутнє покоління.
При цьому перенесення пилку генетично модифікованих культур на рослини сусідніх полів призведе до їх генетичного забруднення, наслідки якого важко передбачити. На біологічну різноманітність може вплинути загибель корисних комах, котрим Bt-культури виявилися небезпечними. Крім того, можливо, з'являться супершкідники, оскільки вихідні види комах досить швидко можуть набути стійкості до бактеріального ендотоксину.
Рослини, стійкі до вірусів
Створення вірусостійких сортів – ще один напрямок генної інженерії рослин.
Для створення таких сільськогосподарських рослин використовується так званий перехресний захист. Сутність цього в тому, що рослини, інфіковані одним видом вірусу, стають стійкими до іншого, спорідненого вірусу, оскільки відбувається вакцинація. У рослини вводять ген ослабленого штаму вірусу, що запобігає його поразці більш вірулентним (що викликає захворювання) штамом того ж чи близькоспорідненого вірусу.
Таким геном-захисником може бути ген, що кодує у вірусу синтез білка оболонки, що оточує нуклеїнову кислоту. Цей ген використовується для створення in vitro за допомогою зворотної транскриптази до ДНК - копії ДНК. До неї приєднують необхідні регуляторні елементи і за допомогою спеціально підготовленої Ti-плазміди агробактерії переносять в рослини. Трансформовані рослинні клітини синтезують білок оболонки вірусу, а вирощені їх трансгенні рослини або зовсім не заражаються його більш вірулентними штамами, або дають слабку і запізнілу реакцію на вірусну інфекцію.
Це один із механізмів захисної дії вірусного гена, який досі не цілком зрозумілий і може супроводжуватись небажаними наслідками.
Генетичне модифікування – нова версія сільського господарства
Генетичне модифікування сільського господарства ґрунтується на використанні високопродуктивних сортів рослин або порід тварин, отриманих на основі генної селекції. Саме цією благородною справою займаються десятиліттями генетики-селекціонери. Але їх можливості обмежені рамками схрещувань - схрещуватися і давати плідне потомство можуть тільки особини, що належать як правило, до того самого виду. Картопля та кукурудза не мають здатності вражати колорадського жука та кукурудзяного стеблового метелика, а нешкідлива для людини та тварин бактерія Bacillus thuringinesis може їх вбивати. Генетики схрестити бацилу з картоплею не можуть, а генні інженери можуть. Генетична селекція покращує кількісні характеристики сорту чи породи (урожайність, стійкість до захворювань, надої та ін.); генна інженерія здатна створити нову якість - перенести ген, що його кодує, з одного біологічного виду в інший, зокрема ген інсуліну від людини в дріжджі. І генетично модифіковані дріжджі стануть заводом інсуліну.
Вважається, що єдина важлива перешкода, що стоїть перед генними інженерами, - це їх обмежена фантазія, або обмежене фінансування. Непереборних природних обмежень генної інженерії, схоже, немає.
Генна інженерія: від аналізу до синтезу
Як ми знаємо саме у 1972г. Пол Берг вперше об'єднав у пробірці в єдине ціле два гени, виділені з різних організмів. І отримав «молекулярний» гібрид, чи рекомбінантну ДНК, яка у природних умовах ніяк утворитися не могла. Потім таку рекомбінантну ДНК внесли в бактеріальні клітини, створивши таким чином перші трансгенні організми, що несуть гени бактерії та мавпи, точніше онкогенного вірусу мавпи.
Потім було сконструйовано мікроби, що несуть гени мушки дрозофіли, кролика, людини. Це викликало тривогу.
Декілька провідних американських вчених, у тому числі сам Пол Берг, опублікували в журналі «Сайєнс» лист, в якому закликали призупинити роботи з генної інженерії доти, доки не будуть вироблені правила техніки безпеки щодо поводження з трансгенними організмами. Передбачалося, що організми, які несуть чужорідні гени, можуть мати властивості, небезпечні для людини та середовища її проживання. Суто умоглядно висловлювалося думка, що трансгенні організми, створені без урахування їх можливих екологічних показників і які пройшли спільної еволюції з природними організмами, «вирвавшись із пробірки волю», зможуть безконтрольно і необмежено розмножитися. Це призведе до витіснення природних організмів із місць їх природного проживання; подальшої ланцюгової реакції порушень екологічної рівноваги; скорочення біорізноманіття; активації спальних, раніше не відомих патогенних мікроорганізмів; виникнення епідемій раніше не відомих хвороб людини, тварин та рослин; «втечу» чужорідних генів із трансгенних організмів; хаотичного перенесення генів у біосфері; появі монстрів, які все знищують.
Дві версії майбутнього: трансгенний рай чи трансгенний апокаліпсис
Крім побоювань біологічного та екологічного характеру стали висловлюватись побоювання моральні, етичні, філософські, релігійні.
У 1973-1974рр. до дискусії включилися американські політики. У результаті генно-інженерні роботи було накладено тимчасовий мораторій – «заборона до з'ясування обставин». Протягом заборони на підставі всіх наявних знань слід оцінити всі потенційні небезпеки генної інженерії та сформулювати правила техніки безпеки. У 1976р. Правила було створено, заборону знято. У міру розвитку, що все прискорюється, строгість правил безпеки весь час знижувалася. Початкові страхи виявилися сильно перебільшеними.
У результаті 30-річного світового досвіду генної інженерії стало ясно, що в процесі «мирної» генної інженерії щось мирне виникнути не може. Початкова техніка безпеки робіт з трансгенними організмами виходила з того, що створені химери можуть бути небезпечними, як чума, чорна віспа, холера або сибірка. Тому з трансгенними мікробами працювали, наче вони патогенні, у спеціальних інженерних спорудах. Але поступово ставало все очевиднішим: ризик сильно перебільшений.
Загалом, за всі 30 років інтенсивного застосування генної інженерії, що все розширюється, жодного випадку виникнення небезпеки, пов'язаної з трансгенними організмами, зареєстровано не було.
Виникла нова галузь промисловості - трансгенна біотехнологія, заснована на конструюванні та застосуванні трансгенних організмів. Нині у США близько 2500 генно-інженерних фірм. У кожній із них працюють висококваліфіковані фахівці, які конструюють організми на основі вірусів, бактерій, грибів, тварин, у тому числі комах.
Коли йдеться про небезпеку або безпеку трансгенних організмів і продуктів з них отриманих, то найпоширеніші точки зору ґрунтуються переважно на «загальних міркуваннях та здоровому глузді». Ось, що зазвичай кажуть ті, хто проти:
- природа влаштована розумно, будь-яке втручання у неї все лише погіршить;
- оскільки самі вчені не можуть зі 100% гарантією передбачити все, особливо
- віддалені наслідки застосування трансгенних організмів не треба цього робити взагалі.
А ось аргументи тих, хто виступає за:
- протягом мільярдів років еволюції природа успішно «перепробувала» все
- можливі варіанти створення живих організмів, чому ж діяльність людини по
- конструювання змінених організмів має викликати побоювання?
- у природі постійно відбувається перенесення генів між різними організмами (у
- особливості між мікробами та вірусами), так що нічого принципово нового
- трансгенні організми до природи не додадуть.
Дискусія про вигоди та небезпеки застосування трансгенних організмів зазвичай концентрується навколо головних питань про те, чи небезпечні продукти, отримані з трансгенних організмів та чи небезпечні самі трансгенні організми для довкілля?
Захист здоров'я та навколишнього середовища, чи безчесна боротьба за економічні інтереси?
Чи потрібна міжнародна організація, яка на основі попередньої експертизи регулювала б застосування трансгенних організмів? Щоб вона дозволяла чи забороняла випуск ринку продуктів, отриманих із таких організмів? Адже насіння, тим більше, пилок кордонів не визнають.
А якщо міжнародне регулювання біотехнології не потрібне, чи не призведе чересмуга національних правил, що регулюють поводження з трансгенними організмами, до того, що з країн, де такі правила «ліберальні», трансгенні рослини «втечуть» до країн, де правила «консервативні»?
Навіть якщо більшість країн і домовляться про узгодження правил оцінки ризику трансгенних організмів, як бути щодо професійних та моральних якостей чиновників та експертів? Чи будуть вони однаковими, наприклад, у США, Німеччині, Китаї, Росії та в Папуа Новій Гвінеї?
Якщо країни, що розвиваються, і підпишуть, наприклад, Всесвітню конвенцію про правила інтродукції трансгенних організмів, хто їм заплатить за створення та підтримку відповідних національних відомств, за консультації, експертизу, моніторинг?
Приблизно половина всіх програм, розроблених ООН, UNIDO, UNEP, спрямовані на вирішення проблем, пов'язаних із трансгенними організмами. Є два головні документи: «Кодекс добровільно прийнятих правил, які слід дотримуватись при інтродукції (випуску) організмів у навколишнє середовище», підготовлений Секретаріатом UNIDO та «Протокол з біобезпеки в рамках Конвенції з біологічної різноманітності» (UNEP).
Європейська думка: відсутність міжнародно-узгоджених правил застосування трансгенних організмів призведе до широкомасштабних експериментів у відкритому середовищі, шкідливі наслідки яких можуть бути незворотними.
Тож де ж істина? Чи можна зробити раціональний вибір між певною користю та невизначеним ризиком? Правильна відповідь така: небезпечні або безпечні трансгенні рослини та продукти на їх основі, небезпека чи безпека яких поки що переконливо не показані виходячи з сучасного рівня знань, розумніше уникати їх вживання.
Продукти харчування, модифіковані методами генної інженерії
Перша дослідна рослина була отримана в 1983 році в інституті рослинництва в Кельні. Через 9 років у Китаї почали вирощувати трансгенний тютюн, який не псували комахи-шкідники. Першими комерційними трансгенами були помідори сорту Flavr Savr, створені компанією Calgene і що з'явилися в супермаркетах США в 1994р. Однак деякі проблеми, пов'язані з їх виробництвом та транспортуванням, призвели до того, що компанія була змушена вже через три роки зняти сорт із виробництва. Надалі було отримано багато сортів різних сільськогосподарських культур зі штучно зміненим генетичним кодом. Серед них найбільш поширена соя (комерційне вирощування розпочато з 1995 р.), вона становить понад половину загального врожаю; на другому місці – кукурудза, а за ними – бавовна, масляний ріпак, тютюн та картопля.
Світові лідери у вирощуванні трансгенних рослин – США, Аргентина, Канада та Китай. У Росії вже існує кілька експериментальних «закритих» полів із генетично модифікованими (ГМ) культурами. За повідомленням директора Центру «Біоінженерії» РАН академіка К.Скрябіна, деякі з них зайняті картоплею, стійкою до колорадського жука та отриманою на основі трьох найпоширеніших російських сортів – «Лугівського», «Невського» та «Єлизавети».
Генетично модифіковані рослини використовуються для виробництва як продуктів харчування, так і харчових добавок. Наприклад, із сої виходить соєве молоко, яке замінює натуральне для багатьох немовлят. ГМ сировина забезпечує більшу частину потреби в рослинній олії та харчовому білку. Соєвий лецитин (Е322) використовується як емульгатор та стабілізатор у кондитерській промисловості, а шкірки соєвих бобів – при виробництві висівок, пластівців та закусок. Крім цього, ГМ-соя широко застосовується в харчовій промисловості та як дешевий наповнювач. Вона у значній кількості входить до складу таких продуктів, як хліб, ковбаса, шоколад та ін.
Модифіковану картоплю та кукурудзу використовують для приготування чіпсів, а також переробляють на крохмаль, який застосовують як загусники, студнеутворювачі та желюючі речовини в кондитерській та хлібопекарській промисловості, а також при виробництві багатьох соусів, кетчупів, майонезів. Кукурудзяна та ріпакова олія використовують у вигляді добавок у маргарин, випічку, бісквіти і т.д.
Незважаючи на те, що на світовому ринку все більше з'являється продуктів, отриманих з використанням генетично модифікованих джерел, споживачі все-таки насторожено ставляться до них і не поспішають переходити на «їжу Франкенштейна».
Проблема продуктів харчування, модифікованих з урахуванням генної інженерії, викликала бурхливу полеміку у суспільстві. Головний аргумент прихильників генетичної їжі – характеристики самих сільськогосподарських культур, яким біоінженери додали чимало корисних споживача властивостей. Вони менш вибагливі і стійкіші до хвороб, комах-шкідників, а головне – до пестицидів, якими обробляються поля та чия шкода на людський організм давно доведена. Продукти з них кращої якості та товарного вигляду, мають підвищену харчову цінність і довше зберігаються.
Так, з «покращених» генними інженерами кукурудзи, соєвих бобів та ріпаку виходить рослинна олія, в якій знижено кількість насичених жирів. У «нових» картоплі та кукурудзі більше крохмалю та менше води. Така картопля при жарінні вимагає трохи олії, з неї виходять повітряні чіпси і картопля фрі, яка порівняно з немодифікованими продуктами легше засвоюється. «Золотий» рис, отриманий 1999 р., збагачений каротином для профілактики сліпоти в дітей, що розвиваються, Гед рис – основний продукт харчування.
Ще недавно прогнози генних інженерів про «їстівні вакцини» виглядали як повна фантастика. Проте вже вирощено тютюн, у генетичний код, якого «вмонтовано» людський ген, який відповідає за вироблення антитіл до вірусу кору. У найближчому майбутньому, за твердженням вчених, буде створено інші подібні рослини з противірусною начинкою. У перспективі це може стати одним із головних шляхів майбутньої імунопрофілактики.
Основне питання: чи безпечні для людини продукти харчування, отримані на основі генетично модифікованих джерел, поки що залишаються без однозначної відповіді, хоча останніми роками стали відомі результати деяких досліджень, які свідчать про те, що генетично модифіковані продукти негативно впливають на живі організми.
Так, британський професор Арпад Пуштай (Arpad Pusztai), який працював у Державному Інституті Роветт (Rowett) міста Абердін, у квітні 1998р. заявив у телевізійному інтерв'ю, що проведені ним експерименти виявили незворотні зміни в організмі щурів, які харчувалися генетично модифікованою картоплею. Вони страждали на пригнічення імунної системи та різні порушення діяльності внутрішніх органів. Заява вченого стала приводом для його звільнення з роботи за «поширення свідомо неправдивої псевдонаукової інформації».
Однак у лютому 1999р. незалежна група з 20 відомих вчених після ретельного вивчення опублікувала висновок про роботу Арпада Пуштая, в якому повністю підтверджувалася достовірність отриманих результатів. У зв'язку з цим міністр сільського господарства Великобританії був змушений визнати експерименти такими, що заслуговують на увагу і розглянути питання про заборону продажів генетично модифікованих продуктів без всебічного дослідження та попереднього ліцензування.
Крім цього, виявлено, що один із сортів генетично модифікованої сої небезпечний для людей, він давав алергію на горіхи. Цей генно-модифікований продукт отримано однією з найбільших компаній з виробництва насіння «Pioneer Hybrid International» після введення в соєву ДНК гена бразильського горіха, запасний білок, багатий на такі амінокислоти, як цистеїн і метіонін. Компанія була змушена виплатити компенсацію постраждалим, а проект згорнути.
Компоненти, що містяться в генетично модифікованих продуктах, можуть бути не тільки алергенами, а й високотоксичними, тобто хімічними речовинами, що завдають шкоди живому організму. Так, через кілька років застосування з'явилися повідомлення про серйозні побічні ефекти від використання харчової добавки, відомої як аспартам (Е 951).
За хімічною будовою аспартам – метильований дипептид, що складається із залишків двох амінокислот – аспарагінової кислоти та фенілаланіну. Доданий в їжу в незначних кількостях, він повністю замінює цукор (солодший за цукор майже в 200 разів). У зв'язку з цим аспартам відносять до класу підсолоджувачів, тобто низькокалорійних речовин нецукрової природи, що надають харчовим продуктам та готовій їжі солодкий смак. Часто підсолоджувачі плутають з цукрозамінниками, які за хімічною природою є вуглеводами і мають підвищену калорійність.
Аспартам випускається під різними торговими марками: "NutraSweet", "Sucrelle", "Equal", "Spoonful", "Canderel", "Holy Line" та ін. На російському ринку його можна зустріти також у складі багатокомпонентних сумішей підсолоджувачів, таких, як «аспавіт», «аспартин», «сламікс», «євросвіт», «сладекс» та ін.
Довгі роки, вважаючись абсолютно нешкідливою речовиною, аспартам було допущено до застосування у харчовому та фармацевтичному виробництві більш ніж у 100 країнах світу. Його рекомендували хворим на цукровий діабет, а також тим, хто страждав на ожиріння або побоювався карієсу. Він застосовується під час виробництва понад 5 тис. найменувань продуктів: безалкогольних напоїв, йогуртів, молочних десертів, морозива, кремів, жувальної гумки та інших.
Особливо зручний аспартам для підсолоджування харчових продуктів, які не потребують теплової обробки. Крім того, його можна використовувати при миттєвій пастеризації та швидкому охолодженні. Однак у продуктах, які піддаються нагріванню, його застосування є недоцільним. Це пов'язано з тим, що при всіх чудових властивостях цього підсолоджувача є два недоліки: він погано розчиняється у воді і не витримує високої температури. Сказане ускладнює процес приготування харчових продуктів та обмежує використання аспартаму в таких галузях, як хлібопекарська та інші види харчової промисловості, де технологічно потрібне підвищення температури.
При тривалому впливі температури вище 30°С компоненти аспартаму поділяються, причому насолода втрачається, крім того, метанол перетворюється на формальдегід. Остання речовина з різким запахом викликає згортання білкових речовин і відноситься до категорії отруйних. Надалі з формальдегіду утворюється мурашина кислота, що викликає порушення кислотно-лужної рівноваги. Метанолова токсичність за симптомами схожа на розсіяний склероз, тому хворим часто помилково ставили цей діагноз. Однак якщо розсіяний склероз не є смертельним діагнозом, метанолова токсичність смертельна.
Фенілаланін, що утворився, здатний надати надзвичайно токсичну дію, особливо на нервову систему. Існує спадкове захворювання, обумовлене його надмірністю і відоме як фенілкетонурія. Діти, що народилися з названою спадковою недугою, схильні до судом і страждають розумовою відсталістю. Причина цієї хвороби у вродженому дефекті ферменту фенілаланінгідроксилази.
Останні досягнення медичної генетики встановили, що ефективно засвоювати фенілаланін можуть навіть всі здорові люди. Тому додаткове введення в організм даної амінокислоти не просто значно підвищує її рівень у крові, а становить серйозну небезпеку для роботи мозку.
У зв'язку зі сказаним, аспартам протипоказаний хворим на гомозиготну фенілкетонурію, і про його присутність має бути зазначено на етикетці харчового продукту. Однак зазвичай запис «містить фенілаланін, протипоказаний для хворих на фенілкетонурію» робиться таким дрібним шрифтом, що її рідко хто читає. Проте аспартам – поки що єдиний генетично створений хімічний препарат на американському ринку, який має чітке маркування. Це виявилося можливим лише після того, як стало відомо щодо великої кількості явних підтверджень небезпечної токсичності аспартаму, а найпопулярніші газети та журнали США не назвали його «солодкою отрутою».
Стійкість до антибіотиків – ще одна проблема, що широко обговорюється, пов'язана з генетично модифікованою їжею. У біоінженерній технології гени стійкості до цих лікарських препаратів багато років використовуються як маркери при підготовці векторних систем, що трансформують рослинну клітину. Так, при виведенні томатів сорту Flavr Savr використовувався ген стійкості до каналіцину, а генетично модифікованої кукурудзи - до ампіциліну.
На жаль, досі не знайдено способу видалення цих маркерних генів після трансформації. Їхня наявність у генетично модифікованих продуктах і викликає занепокоєння медиків. Причина в тому, що маркерні гени стійкості до антибіотиків з яких-небудь причин можуть бути не перетравлені з усієї ДНК, що залишилася, і потраплять в геном бактерій, що мешкають у кишечнику людини. Після виведення бактерій з організму з фекаліями такі гени поширяться в навколишньому середовищі і передадуть іншим хвороботворним бактеріям, які стануть несприйнятливими до дії антибіотиків цієї групи. Поява таких супермікробів може призвести до виникнення хвороб, які неможливо буде вилікувати наявними лікарськими засобами.
(ДНК та РНК) та генетики мікроорганізмів. Вона займається розшифровкою структури, синтезом хімічним або біохімічним шляхом, клонуванням, вставкою виділених або знову синтезованих в організм з метою спрямованої зміни їх спадкових властивостей. Генна інженерія здійснює вікову мрію людства - управління.
Два відкриття уможливили створення генної інженерії. Перше — відкриття специфічних — , названих рестриктазами. Рестриктази рвуть, розрізають послідовність нуклеотидів в ДНК, але не будь-де, а тільки в тих місцях, де є поєднання певних нуклеотидів, пізнаване тільки даною рестриктазою. Ці «розумні» виділяють із мікроорганізмів, яких вони захищають від чужої генетичної інформації (наприклад, від ДНК). За допомогою рестриктазу можна отримувати розрізані по однакових місцях частини ДНК, наприклад, що включають послідовність нуклеотидів, що кодує певний . Таким може бути інсулін, необхідний для лікування діабету, людський або застосовується для лікування вірусних захворювань.
Важливий для генної інженерії та інший - лігаза, що «пришиває» відрізки ДНК один до одного. З його допомогою можна, змішавши в пробірці розчини різних розрізаних (рестриктованих) молекул ДНК, пошити їх в один, тобто з'єднати одну послідовність з іншою.
Друге відкриття, що лежить в основі генної інженерії, — генетичні елементи, що розмножуються. Це кільцеві молекули ДНК щодо невеликої довжини (трохи більше 100 тис. нуклеотидних пар). Їх називають . Можливо, беруть початок від так званих помірних фагів, які не вбивають бактеріальну, а передаються з покоління в покоління. і помірні можуть передаватися від до , і , що входять до складу їх кільцевої ДНК, можуть бути матрицями для синтезу специфічних за звичайним механізмом через інформаційну (матричну) РНК за участю рибосом господаря (див. , ). Плазмідна та фагова ДНК можуть також розрізатися рестриктазами та зшиватися лігазами.
Генна інженерія виникла, коли вчені встановили, що за допомогою рестриктаз і лігаз можна вставити в або помірний фаг чужорідні, а потім заразити ними. Труднощі із вставкою в бактеріальні та фаги (їх називають векторами, переносниками) вищих організмів були швидко подолані. Зараз генні інженери старанно шукають помірні, які змогли б стати безпечними векторами.
Вже зараз генна інженерія може дати у необмеженій кількості й інші людини, необхідні лікування генетичних хвороб (наприклад, інсулін, та інших.). Їх синтезують розмножуються у великих кількостях, у які були введені відповідні. У найближчому майбутньому цим шляхом будуть отримані інгібітори (сповільнювачі) злоякісних пухлин для лікування вірусних хвороб, енкефаліни та ендорфіни для лікування психічних захворювань. В принципі, можна змусити синтезувати м'яса або молока. Наприкінці нашого століття, ймовірно, буде вирішено проблему спрямованої зміни вищих рослин, що зробить революцію у сільському господарстві. Насамперед мова піде про створення
Економічне значення
Генна інженерія служить для отримання бажаних якостей зміненого або генетично модифікованого організму. На відміну від традиційної селекції, у ході якої генотип піддається змінам лише побічно, генна інженерія дозволяє безпосередньо втручатися у генетичний апарат, застосовуючи техніку молекулярного клонування. Прикладами застосування генної інженерії є одержання нових генетично модифікованих сортів зернових культур, виробництво людського інсуліну шляхом використання генномодифікованих бактерій, виробництво еритропоетину в культурі клітин або нових порід експериментальних мишей для наукових досліджень.
Основою мікробіологічної, біосинтетичної промисловості є бактеріальна клітина. Необхідні для промислового виробництва клітини підбираються за певними ознаками, найголовніша з яких – здатність виробляти, синтезувати, при цьому в максимально можливих кількостях, певну сполуку – амінокислоту або антибіотик, стероїдний гормон або органічну кислоту. Іноді треба мати мікроорганізм, здатний, наприклад, використовувати як їжу нафту або стічні води і переробляти їх в біомасу або навіть цілком придатний для кормових добавок білок. Іноді потрібні організми, здатні розвиватися за підвищених температур або у присутності речовин, безумовно смертельних інших видів мікроорганізмів.
Завдання отримання таких промислових штамів дуже важливе, для їх видозміни та відбору розроблено численні прийоми активного впливу на клітину - від обробки отруями сильнодіючими, до радіоактивного опромінення. Ціль цих прийомів одна - домогтися зміни спадкового, генетичного апарату клітини. Їх результат - отримання численних мікробів-мутантів, із сотень і тисяч яких вчені потім намагаються відібрати найбільш підходящі для тієї чи іншої мети. Створення прийомів хімічного або радіаційного мутагенезу було видатним досягненням біології та широко застосовується у сучасній біотехнології.
Але їх можливості обмежуються природою самих мікроорганізмів. Вони не здатні синтезувати ряд цінних речовин, які накопичуються в рослинах, насамперед у лікарських та ефірноолійних. Не можуть синтезувати речовини, дуже важливі для життєдіяльності тварин і людини, ряд ферментів, пептидні гормони, імунні білки, інтерферони та багато більш просто влаштовані сполуки, які синтезуються в організмах тварин і людини. Зрозуміло, що можливості мікроорганізмів далеко не вичерпані. З усього достатку мікроорганізмів використана наукою, і особливо промисловістю, лише мізерна частка. Для цілей селекції мікроорганізмів великий інтерес представляють, наприклад, бактерії анаероби, здатні жити за відсутності кисню, фототрофи, що використовують енергію світла подібно до рослин, хемоавтотрофи, термофільні бактерії, здатні жити при температурі, як виявилося нещодавно, близько 110 °C, та ін.
І все ж таки обмеженість «природного матеріалу» очевидна. Обійти обмеження намагалися і намагаються за допомогою культур клітин та тканин рослин та тварин. Це дуже важливий і перспективний шлях, який також реалізується у біотехнології. За останні кілька десятиліть вчені створили методи, завдяки яким окремі клітини тканин рослини або тварини можна змусити рости та розмножуватися окремо від організму, як клітини бактерій. Це було важливе досягнення - отримані культури клітин використовують для експериментів та для промислового одержання деяких речовин, які за допомогою бактеріальних культур одержати неможливо.
Історія розвитку та досягнутий рівень технології
У другій половині XX століття було зроблено кілька важливих відкриттів та винаходів, що лежать в основі генної інженерії. Успішно завершилися багаторічні спроби прочитати ту біологічну інформацію, яка записана в генах. Ця робота була розпочата англійським вченим Ф. Сенгером та американським ученим У. Гілбертом (Нобелівська премія з хімії р.). Як відомо, у генах міститься інформація-інструкція для синтезу в організмі молекул РНК та білків, у тому числі ферментів. Щоб змусити клітину синтезувати нові, незвичайні нею речовини, треба щоб у ній синтезувалися відповідні набори ферментів. А для цього необхідно або цілеспрямовано змінити гени, що знаходяться в ній, або ввести в неї нові, раніше відсутні гени. Зміни генів у живих клітинах – це мутації. Вони відбуваються під дією, наприклад, мутагенів - хімічних отрут або випромінювань. Але такі зміни не можна контролювати чи спрямовувати. Тому вчені зосередили зусилля на спробах розробити методи введення у клітину нових, цілком певних генів, необхідні людині.
Основні етапи вирішення генноінженерного завдання такі:
1. Отримання ізольованого гена. 2. Введення гена у вектор для перенесення в організм. 3. Перенесення вектора з геном в організм, що модифікується. 4. Перетворення клітин організму. 5. Відбір генетично модифікованих організмів ( ГМО) та усунення тих, які не були успішно модифіковані.
Процес синтезу генів нині розроблений дуже добре і навіть значною мірою автоматизований. Існують спеціальні апарати, забезпечені ЕОМ, у пам'яті яких закладають програми синтезу різних нуклеотидних послідовностей. Такий апарат синтезує відрізки ДНК завдовжки до 100-120 азотистих основ (олігонуклеотиди). Набула поширення техніка, що дозволяє використовувати для синтезу ДНК, у тому числі мутантної, полімеразну ланцюгову реакцію. Термостабільний фермент, ДНК-полімераза, використовується в ній для матричного синтезу ДНК, як затравки якого застосовують штучно синтезовані шматочки нуклеїнової кислоти - олігонуклеотиди. Фермент обернена транскриптаза дозволяє з використанням таких затравок (праймерів) синтезувати ДНК на матриці виділеної з клітин РНК. Синтезована у такий спосіб ДНК називається комплементарною (РНК) або кДНК. Ізольований, «хімічно чистий» ген може бути отриманий з фагової бібліотеки. Так називається препарат бактеріофага, в геном якого вбудовані випадкові фрагменти з геному або кДНК, що відтворюються фагом разом зі всією своєю ДНК.
Техніка введення генів у бактерії була розроблена після того, як Фредерік Гріффіт відкрив явище бактеріальної трансформації. В основі цього явища лежить примітивний статевий процес, який у бактерій супроводжується обміном невеликими фрагментами нехромосомної ДНК, плазмідами. Плазмідні технології лягли в основу введення штучних генів у бактеріальні клітини.
Значні труднощі пов'язані з введенням готового гена у спадковий апарат клітин рослин та тварин. Однак у природі спостерігаються випадки, коли чужорідна ДНК (вірусу чи бактеріофага) входить у генетичний апарат клітини і з допомогою її обмінних механізмів починає синтезувати «свій» білок. Вчені досліджували особливості застосування чужорідної ДНК і використовували як принцип введення генетичного матеріалу в клітину. Такий процес отримав назву трансфекція.
Якщо модифікації піддаються одноклітинні організми чи культури клітин багатоклітинних, то цьому етапі починається клонування , тобто відбір тих організмів та його нащадків (клонів), які зазнали модифікації. Коли ж поставлено завдання отримати багатоклітинні організми, то клітини зі зміненим генотипом використовують для вегетативного розмноження рослин або вводять у бластоцисти сурогатної матері, коли йдеться про тварин. В результаті народжуються дитинчата зі зміненим або незмінним генотипом, серед яких відбирають і схрещують між собою лише ті, які виявляють очікувані зміни.
Застосування у наукових дослідженнях
Хоча й у невеликому масштабі, генна інженерія вже використовується для того, щоб дати шанс завагітніти жінкам із деякими різновидами безпліддя. Для цього використовують яйцеклітини здорової жінки. Дитина в результаті успадковує генотип від одного батька та двох матерів.
Однак можливість внесення більш значних змін до генома людини стикається з низкою серйозних етичних проблем.
1. Можливості генної інженерії. 4
2. Історія генної інженерії. 6
3. Генна інженерія як наука. Методи генної інженерії. 10
4. Області застосування генної інженерії. 12
5. Наукові факти небезпеки генної інженерії. 18
Висновок. 22
Список літератури.. 23
Вступ
Тема генної інженерії останнім часом користується все більшою популярністю. Найбільше уваги приділяється негативним наслідкам, яких може призвести розвиток цієї галузі науки, й у малою мірою висвітлюється користь, що може принести генна інженерія.
Найбільш перспективна сфера застосування - це виробництво лікарських препаратів з використанням генно-інженерних технологій. Нещодавно з'явилася можливість отримати корисні вакцини на основі трансгенних рослин. Не менший інтерес представляє виробництво харчових продуктів з використанням тих самих технологій.
Генна інженерія – наука майбутнього. На даний момент у всьому світі мільйони гектарів землі засіваються трансгенними рослинами, створюються унікальні медичні препарати, нові продукти корисних речовин. Згодом генна інженерія дозволить досягти нових досягнень у медицині, сільському господарстві, харчовій промисловості та у тваринництві.
Мета даної роботи - вивчити особливості можливості, історію розвитку та сфери застосування генної інженерії.
1. Можливості генної інженерії
Важливою складовою біотехнології є генетична інженерія. Народившись на початку 70-х років, вона досягла сьогодні великих успіхів. Методи генної інженерії перетворюють клітини бактерій, дріжджів та ссавців на «фабрики» для масштабного виробництва будь-якого білка. Це дає можливість детально аналізувати структуру та функції білків та використовувати їх як лікарські засоби. В даний час кишкова паличка (E. coli) стала постачальником таких важливих гормонів як інсулін та соматотропін. Раніше інсулін отримували із клітин підшлункової залози тварин, тому вартість його була дуже високою. Для отримання 100 г кристалічного інсуліну потрібно 800-1000 кг підшлункової залози, а заліза корови важить 200 - 250 грам. Це робило інсулін дорогим та важкодоступним для широкого кола діабетиків. 1978 року дослідники з компанії «Генентек» вперше отримали інсулін у спеціально сконструйованому штамі кишкової палички. Інсулін складається з двох поліпептидних ланцюгів А і В завдовжки 20 та 30 амінокислот. При їх поєднанні дисульфідними зв'язками утворюється нативний дволанцюжковий інсулін. Було показано, що він не містить білків E. coli, ендотоксинів та інших домішок, що не дає побічних ефектів, як інсулін тварин, а за біологічною активністю від нього не
відрізняється. Згодом у клітинах E. coli було здійснено синтез проінсуліну, для чого на матриці РНК за допомогою зворотної транскриптази синтезували ДНК-копію. Після очищення отриманого проінсуліну його розщепили та отримали нативний інсулін, при цьому етапи екстракції та виділення гормону були зведені до мінімуму. З 1000 літрів культуральної рідини можна отримувати до 200 г гормону, що еквівалентно кількості інсуліну, що виділяється з 1600 кг підшлункової залози свині або корови.
Соматотропін – гормон росту людини, секретований гіпофізом. Недолік цього гормону призводить до гіпофізарної карликовості. Якщо вводити соматотропін у дозах 10 мг на кг ваги тричі на тиждень, то за рік дитина, яка страждає від його нестачі, може підрости на 6 см. Раніше її отримували з трупного матеріалу, з одного трупа: 4 - 6 мг соматотропіну в перерахунку Кінцевий фармацевтичний препарат. Таким чином, доступні кількості гормону були обмежені, крім того, гормон, одержуваний цим способом, був неоднорідний і міг містити віруси, що повільно розвиваються. Компанія Genentec в 1980 році розробила технологію виробництва соматотропіну за допомогою бактерій, який був позбавлений перерахованих недоліків. У 1982 році гормон росту людини був отриманий у культурі E. coli та тваринних клітин в інституті Пастера у Франції, а з 1984 року розпочато промислове виробництво інсуліну та в СРСР. При виробництві інтерферону використовують як E. coli, S. cerevisae (дріжджі), так і культуру фібробластів або трансформованих лейкоцитів. Аналогічними методами отримують також безпечні та дешеві вакцини.
На технології рекомбінантних ДНК засновано отримання високоспецифічних ДНК-зондів, за допомогою яких вивчають експресію генів у тканинах, локалізацію генів у хромосомах, виявляють гени, що мають споріднені функції (наприклад, у людини та курки). ДНК-зонди також використовують у діагностиці різних захворювань.
Технологія рекомбінантних ДНК уможливила нетрадиційний підхід «білок-ген», який отримав назву «зворотна генетика». При такому підході клітини виділяють білок, клонують ген цього білка, модифікують його, створюючи мутантний ген, що кодує змінену форму білка. Отриманий ген вводять у клітину. Якщо він експресується, його клітина і її нащадки будуть синтезувати змінений білок. Таким чином, можна виправляти дефектні гени та лікувати спадкові захворювання.
Якщо гібридну ДНК ввести в запліднену яйцеклітину, можуть бути отримані трансгенні організми, які експресують мутантний ген і передають його нащадками. Генетична трансформація тварин дозволяє встановити роль окремих генів та їх білкових продуктів як у регуляції активності інших генів, так і за різних патологічних процесів. За допомогою генетичної інженерії створені лінії тварин, стійких до вірусних захворювань, а також породи тварин із корисними для людини ознаками. Наприклад, мікроін'єкція рекомбінантної ДНК, що містила ген соматотропіну бика в зиготу кролика, дозволила отримати трансгенну тварину з гіперпродукцією цього гормону. Отримані тварини мали яскраво виражену акромегалію.
Носіями матеріальних основ генів служать хромосоми, до складу яких входять ДНК та білки. Але гени освіти не хімічні, а функціональні. З функціональної точки зору ДНК складається з множини блоків, що зберігають певний обсяг інформації - генів. В основі дії гена лежать його здатність через РНК визначати синтез білків. У молекулі ДНК записана інформація, що визначає хімічну структуру білкових молекул. Ген - ділянка молекули ДНК, в якій знаходиться інформація про первинну структуру якогось одного білка (один ген - один білок). Оскільки в організмах є десятки тисяч білків, існують і десятки тисяч генів. Сукупність усіх генів клітини становить її геном. Всі клітини організму містять однаковий набір генів, але в кожній з них реалізується різна частина інформації, що зберігається. Тому, наприклад, нервові клітини і за структурно-функціональними, і за біологічними особливостями відрізняються від клітин печінки.
Зараз навіть важко передбачити всі можливості, які будуть реалізовані в найближчі кілька десятків років.
2. Історія генної інженерії
Історія високих медико-біологічних технологій, генетичних методів дослідження, як, втім, і самої генної інженерії, безпосередньо пов'язана з одвічним прагненням людини до поліпшення порід свійських тварин і культурних рослин. Відбираючи, певні особини з груп тварин і рослин і схрещуючи їх між собою, людина, не маючи правильного уявлення про внутрішню сутність процесів, що протікали всередині живих істот, проте багато сотень і тисячі років створювали покращені породи тварин і сорти рослин, які мали певними корисними та потрібними для людей властивостями.
У XVIII і XIX століттях робилося чимало спроб з'ясувати, як передаються ознаки з покоління до покоління. Одне важливе відкриття зробив у 1760 році ботанік Кельрейтер, який схрещував два види тютюну, переносячи з тичинок пилок одного виду на маточки іншого виду. Рослини, отримані з гібридного насіння, мали ознаки, проміжні між ознаками обох батьків. Кельрейтер зробив із цього логічний висновок, що батьківські ознаки передаються як через пилок (насіннєві клітини), так і через сім'япочки (яйцеклітини). Однак ні йому, ні його сучасникам, які займалися гібридизацією рослин та тварин, не вдалося розкрити природу механізму передачі спадковості. Частково це пояснюється тим, що в ті часи ще не були відомі цитологічні основи цього механізму, але головним чином тим, що вчені намагалися вивчати успадкування всіх ознак рослин одночасно.
Науковий підхід щодо успадкування певних ознак і властивостей розробили австрійським католицьким ченцем Грегором Менделем, який улітку 1865 року розпочав свої досліди з гібридизації рослин (до схрещування різних сортів гороху) біля свого монастиря. Він відкрив уперше основні закони генетики. Грегор Мендель досяг успіху, тому що вивчав успадкування окремих, чітко відмінних один від одного (контрастуючих) ознак, підраховував число нащадків кожного типу і ретельно вів докладні записи всіх своїх досвідів по схрещуванню. Знайомство з основами математики дозволило йому правильно витлумачити отримані дані та висунути припущення про те, що кожна ознака визначається двома спадковими факторами. Талановитий ченець-дослідник вдалося пізніше ясно показати, що спадкові властивості не змішуються, а передаються потомству у вигляді певних одиниць. Цей блискучий висновок був згодом повністю підтверджено, коли вдалося побачити хромосоми і з'ясувати особливості різних видів клітинного поділу: мітозу (соматичних клітин - клітин тіла), мейозу (статевих, відтворювальних, гермінативних) та запліднення.
Мендель повідомив про підсумки своїх робіт на зборах Брюннського товариства дослідників природи і опублікував їх у працях цього товариства. Значення отриманих ним результатів не було зрозуміло його сучасниками, і ці дослідження не привертали уваги з боку вчених-селекціонерів та дослідників природи протягом майже 35 років.
У 1900 році, після того як стали відомі подробиці поділу клітин на кшталт мітозу, мейозу і самого запліднення, три дослідники - де Фріз у Голландії, Корренс у Німеччині та Чермак в Австрії - провели ряд дослідів і незалежно один від одного вдруге відкрили закони спадковості, описані раніше Менделем. Пізніше, виявивши статтю Менделя, у якій ці закони були ясно сформульовані за 35 років до них, ці вчені одностайно віддали належне вченому-ченцю, назвавши два основні закони спадковості його ім'ям.
У першому десятилітті XX століття були проведені досліди з найрізноманітнішими рослинами і тваринами, а також зроблено численні спостереження щодо спадкування ознак у людини, які ясно показали, що у всіх цих організмів спадковість підпорядковується тим же основним законам. Було встановлено, що описані Менделем фактори, що визначають окрему ознаку, знаходяться у хромосомах клітинного ядра. Згодом, у 1909 році, ці одиниці були названі датським ботаніком Йогансеном генами (від грецького слова «ге-нос» - рід, походження), а американський учений Вільям Сеттон помітив дивовижну схожість між поведінкою хромосом під час утворення гамет (статевих клітин), їх заплідненням та передачею менделівських спадкових факторів – генів. З цих геніальних відкриттів і було створено так звана хромосомна теорія спадковості.
Власне кажучи, сама генетика як наука про спадковість та мінливість живих організмів та про методи управління ними, виникла на початку XX століття. Американський учений-генетик Т. Морган разом із своїми співробітниками провів численні досліди, дозволили розкрити генетичну основу визначення статі пояснити ряд незвичайних форм успадкування, у яких передача ознаки залежить від статі особини (так звані ознаки, зчеплені зі статтю). Наступний великий крок уперед було зроблено у 1927 році, коли Г. Меллер встановив, що, опромінюючи плодову муху-дрозофілу та інші організми рентгенівськими променями, можна штучно викликати у них зміни генів, тобто мутації. Це дозволило отримати безліч нових мутантних генів – додатковий матеріал для вивчення спадковості. Дані про природу мутацій послужили одним із ключів до розуміння та будови самих генів.
У 20-ті роки ХХ століття радянськими вченими школи А.С. Серебровського були проведені перші досліди, які показали, наскільки складно влаштований ген. Ці уявлення були використані Дж. Вотсоном і Ф. Криком, яким вдалося в 1953 році в Англії створити модель ДНК і розшифрувати генетичний код. Розгорнута потім науково-дослідна робота, пов'язана з цілеспрямованим створенням нових комбінацій генетичного матеріалу, і призвела до появи генної інженерії.
Одночасно, в 40-х роках, почалося досвідчене вивчення відносин між генами та ферментами. З цією метою був широко використаний інший об'єкт - пліснявий гриб Neurospora, у якого можна було штучно отримувати та досліджувати низку біохімічних мутацій, пов'язаних із випаданням того чи іншого особливого ферменту (білка). Протягом двох останніх десятиліть найпоширенішими об'єктами генетичних досліджень були кишкова паличка (Escherichia coli) та деякі бактеріофаги, що вражають цю бактерію.
З початку XX століття спостерігався неослабний інтерес до вивчення успадкування певних (специфічних) ознак у людини і до спадкової передачі бажаних та небажаних ознак у домашніх тварин та культурних рослин. Спираючись на все глибше знання генетичних закономірностей, вчені-генетики та селекціонери навчилися майже на замовлення виводити породи худоби, здатні виживати в умовах жаркого клімату, корів, що дають багато молока з високим вмістом жиру, курей, що несуть великі яйця з тонкою шкаралупою, сорти кукурудзи і пшениці, що мають високу стійкість до певних хвороб.
У 1972 році в США в лабораторії П. Берга була отримана перша гібридна (рекомбінантна) ДНК. Захоплюючі ідеї в галузі генетики людини та генетичні методи дослідження стали широко розроблятися та застосовуватись і в самій медицині. У 70-ті роки почалося розшифрування геному людини. Ось уже понад десятки років існує проект під назвою «Геном людини». З 3 мільярдів пар нуклеотидів, розташованих у вигляді суцільних безперервних пасажів, прочитано поки що близько 10 мільйонів знаків. Разом з тим, створюються і нові генетичні методики, які збільшують швидкість прочитання ДНК. Директор медико-генетичного Центру Російської Академії медичних наук В.І. Іванов виразно вважає, що «весь геном буде прочитаний приблизно до 2020 року».
3. Генна інженерія як наука. Методи генної інженерії
Генетична інженерія – конструювання in vitro функціонально активних генетичних структур (рекомбінантних ДНК), чи інакше – створення штучних генетичних програм (Баєв А.А.). За Е.С. Пірузян генетична інженерія - система експериментальних прийомів, що дозволяють конструювати лабораторним шляхом (у пробірці) штучні генетичні структури у вигляді про рекомбінантних або гібридних молекул ДНК.
Йдеться про направлене, за заздалегідь заданою програмою конструювання молекулярних генетичних систем поза організмом з наступним введенням їх у живий організм. При цьому рекомбінантні ДНК стають складовою генетичного апарату рецепієнтного організму та повідомляють йому нові унікальні генетичні, біохімічні, а потім і фізіологічні властивості.
Ціль прикладної генетичної інженерії полягає в конструюванні таких рекомбінантних молекул ДНК, які при впровадженні в генетичний апарат надавали б організму властивості, корисні для людини.
Технологія рекомбінантних ДНК використовує такі методи:
Специфічне розщеплення ДНК рестрикувальними нуклеазами, що прискорює виділення та маніпуляції з окремими генами;
Швидке секвенування всіх нуклеотидів очищеному фрагменті ДНК, що дозволяє визначити межі гена та амінокислотну послідовність, що кодується ним;
Конструювання рекомбінантної ДНК;
Гібридизація нуклеїнових кислот, що дозволяє виявляти специфічні послідовності РНК або ДНК з більшою точністю та чутливістю, засновану на їх здатності пов'язувати комплементарні послідовності нуклеїнових кислот;
Клонування ДНК: ампліфікація in vitro за допомогою ланцюгової полімеразної реакції або введення фрагмента ДНК у бактеріальну клітину, яка після такої трансформації відтворює цей фрагмент у мільйонах копій;
Введення рекомбінантної ДНК у клітини чи організми.
4. Області застосування генної інженерії
Наукові відкриття, що здійснюються в даний час в галузі генетики людини, мають насправді революційне значення, оскільки йдеться про можливість створення «карти геному людини», або «патологічної анатомії геному людини». Ця генетична карта дозволить встановити на довгій спіралі ДНК місцезнаходження генів, які несуть відповідальність за певні спадкові захворювання. Як вважають учені-генетики, ці необмежені можливості лягли в основу ідеї застосування в клінічній практиці, так званої генної терапії, що є таким напрямом лікування хворих, який пов'язаний із заміною уражених генів за допомогою високих медико-біологічних технологій і генної інженерії. Вторгнення до складу генних систем людини та забезпечення їх життєдіяльності можливе як на рівні соматичних (будь-яких тілесних, які мають певні структурні та функціональні відмінності) клітин тіла, так і на рівні статевих, відтворюючих (гермінативних) і зародкових (ембріональних) клітин.
Генна інженерія як різновид терапії - лікування певного генетично обумовленого захворювання - пов'язана з постачанням відповідної недефектної молекули ДНК з метою заміни за допомогою її того гена - ділянки хромосоми, що містить у собі дефект, або для вбудовування в генетичний матеріал людини шляхом злиття з так званими соматичними клітинами тіла людини, які мають генетичний дефект. Завданням генної інженерії щодо людини є надання відповідного цілеспрямованого впливу на певний ген для його виправлення у бік правильного функціонування та забезпечення людини, яка страждає від спадкового захворювання, нормальним, незміненим варіантом гена. На відміну від медикаментозної, лікарської терапії така терапія, звана генної інженерією, зможе, мабуть, надати хворому тривале, пролонговане, високоефективне лікування, що приносить велике полегшення і користь.
Однак всі сучасні методи введення ДНК в живі організми не здатні спрямувати і доставити її до певної популяції клітин, що містять змінений і тому функціонуючий ген. Інакше кажучи, так званий спрямований перенесення, транспорт генів за умов організму (у моделі «in vivo») нині неможливий.
Інший методологічний підхід, заснований на вилученні з організму хворого певної популяції клітин, що містять уражений ген, та маніпуляції з генетичним матеріалом шляхом заміни дефектних генів у клітинах за допомогою генної інженерії (у моделі «in vitro») і поверненні їх у місце в організмі, звідки їх узяли у хворого, нині за умов медико-генетичних центрів можливий. Цей метод генної терапії за допомогою генної інженерії вже був використаний при дослідній спробі вилікувати двох хворих, які страждали на рідкісне генетично обумовлене захворювання, так званої бета-таласемії, яке, подібно до серповидно-клітинної анемії, також викликається наявністю в еритроцитах неправильно влаштованого і тому неправильно функціонує. Суть маніпуляції полягала в тому, що з кісткового мозку цих хворих були виділені так звані стовбурові клітини, в хромосоми яких було введено відповідальну за вироблення нормального білка гемоглобуліну ділянку ДНК – ген. Після того як хворих, що залишилися в кістковому мозку, неправильно функціонували стовбурові клітини були майже повністю зруйновані, пацієнтам були введені поліпшені за допомогою генної інженерії стовбурові клітини. На жаль, ці дві спроби виявилися клінічно невдалими, оскільки хворі померли. Цей перший випадок застосування генної інженерії в умовах лікарняного стаціонару не було дозволено та не було схвалено відповідними контрольними комітетами, і його учасники були рішуче засуджені за грубе порушення правил проведення науково-дослідних робіт у галузі генетики людини.
Зовсім до інших наслідків може призвести генна інженерія клітин, що відтворюють (статевих), оскільки введення ДНК в ці клітини відрізняється від виправлення генетичного дефекту в соматичних (тілесних, нестатевих) клітинах. Відомо, що впровадження інших генів у хромосоми статевих клітин призводить до їхньої передачі наступним поколінням. В принципі можна уявити додавання певних ділянок ДНК замість дефектних ділянок до генетичного матеріалу кожної відтворювальної клітини певної людини, яка вражена тією чи іншою генетично зумовленою хворобою.
Справді, цього вдалося досягти мишей. Так, з яєчника самки була отримана яйцеклітина, яка згодом була запліднена в пробірці (in vitro), а потім в хромосому заплідненої яйцеклітини була введена стороння ділянка ДНК. Сама ж запліднена яйцеклітина із зміненим геномом була імплантована (впроваджена) у материнську матку миші-самки. Джерелом сторонньої ДНК в одному досвіді був генетичний матеріал кролика, а в іншому – людину.
Для того, щоб виявити в період внутрішньоутробного розвитку плода ймовірність народження дитини з певними генетичними відхиленнями, такими, наприклад, як синдром Дауна або хвороба Тай-Сакса, застосовують науково-дослідну методику так званого амніоцентезу - передпологового аналізу, під час якого проба біологічної рідини, що містить зародкові клітини, що береться з амніотичного мішка на ранній стадії другого триместру вагітності. Крім цього, свій розвиток отримала методика вилучення різних клітин зародка з проби плацентарної крові матері. Отримані таким чином утробні клітини можуть бути в даний час використані тільки для виявлення обмеженої кількості генетично обумовлених захворювань, при яких є виражені, грубі порушення в структурі ДНК і зміни біохімічних аналізів. Генна інженерія з використанням рекомбінантних ДНК при внутрішньоутробному дослідженні відкриває можливість правильно поставити діагноз різних та численних спадкових захворювань.
У цьому випадку розробляються методики створення так званих генних «зондів», використовуючи які можна встановити, чи є в хромосомі нормальний, незмінений ген або є аномальний, дефектний ген. Крім того, пов'язана з використанням рекомбінантних ДНК генна інженерія, що знаходиться на одному з етапів свого становлення, в майбутньому дозволить проводити так зване «планування» генів людини, з тим розрахунком, щоб певний ген, що несе в собі спотворену, патологічну інформацію і тому цікавий для лікарів-генетиків, міг би бути виявлений вчасно та досить швидко за аналогією з методикою використання іншого «міченого» гена. Ця складна медико-біологічна методика повинна допомогти при визначенні місцезнаходження будь-якого гена в утробних клітинах, а не тільки в тих, ймовірність виявлення в яких різних порушень можна здійснити за допомогою методики амніоцентези.
У зв'язку з цим останніми роками виникли нові розділи медико-біологічних наук, такі, як, наприклад, високі ДНК-технології, ембріональна терапія та клітинна терапія (цито-терапія), тобто внутрішньоутробне діагностування та лікування генетично обумовленого захворювання як на етапі освіти і розвитку зародка (ембріона), і на стадії дозрівання плода. Вторгнення в ембріональний матеріал і маніпуляції з ним безпосередньо впливають на спадкування генетичних змін, оскільки мають здатність передаватися з покоління в покоління. Мало того, саме генетичне діагностування починає переростати в генетичне прогнозування, тобто визначення, майбутньої долі людини, закріплюючи головні революційні зміни в самій медицині, яка в результаті проведення складних медико-генетичних дослідів і методик отримала можливість задовго до появи «клінічної картини хвороби» , іноді навіть до народження людини, визначити, які спадкові недуги йому загрожують. Таким чином, завдяки зусиллям лікарів-генетиків та фахівців у галузі генної інженерії зародилася у надрах медико-біологічних наук так звана «прогностична медицина», тобто медицина, яка «робить прогнози на майбутнє».
Разом з тим, різні технології та методики генної інженерії дозволяють передбачити ще у внутрішньоутробному періоді розвитку дитини, до її народження, не тільки наявність у неї певного спадкового захворювання, а й докладно описати медико-генетичні властивості ембріона і плоду, що росте.
У міру накопичення нових даних з генетичного картування геному людини та опису (секвенування) його ДНК, а також тому, що сучасні методи дослідження ДНК-поліморфізмів, що розробляються, дозволяють зробити доступною генетичну інформацію про ті чи інші структурно-функціональні (включаючи патологічні) особливості організму людини, які, мабуть, виявляться в майбутньому, але ще не помітні тепер, стає можливим отримання за допомогою медико-генетичної діагностики всіх генетичних відомостей про дитину не тільки преклінічно, тобто до прояву певного спадкового захворювання, і пренатально, тобто до його народження , а й прецептивно, тобто до його зачаття.
У цілком найближчому майбутньому, завдяки успіху і прогресу в галузі медико-генетичної діагностики, можна буде за даними ДНК-діагностики досить впевнено судити про те, наприклад, яким буде зростання людини, її розумові здібності, схильність до певних захворювань (зокрема, до онкологічним. або психічним), приреченість на прояв та розвиток будь-яких спадкових хвороб.
Сучасні медико-біологічні технології дозволяють виявляти різні порушення в генах, здатні проявити себе і викликати певні недуги, не тільки на стадії вираженого клінічного захворювання, але і тоді, коли жодних ознак патології ще немає і сама хвороба заявить про себе не так швидко. Прикладами тому можуть бути люди, що вражають у віці старше 40 років, а то і в 70 років, хвороба Альцгеймера і хорея Гентінгтона. Однак і в цих випадках можливе виявлення генів, здатних викликати подібні хвороби у людини, навіть до зачаття хворого. Відомо також, що і цукровий діабет може бути віднесений до таких захворювань. Схильність до цього захворювання і сама генетично обумовлена патологія передаються у спадок і можуть проявити себе у разі недотримання певного способу життя в зрілому або похилому віці. Можна з достатньою впевненістю заявити про те, що якщо обидва батьки або один з них страждають від діабету, то ймовірність успадкування гена діабету або сукупності таких генів передається дітям.
При цьому виявляється можливим провести відповідні медико-біологічні дослідження та поставити правильний діагноз за наявності мікроскопічно малої кількості біологічного матеріалу. Іноді для цього буває достатньо кількох окремих клітин, які будуть розмножені в культурі in vitro, і по них буде отримано «генетичний портрет» випробуваної особи, звичайно, не за всіма генами його геному (адже їх десятки тисяч!), а за тими з них , щодо яких існують вагомі підстави підозрювати наявність певних дефектів. Одночасний розвиток методів клітинної та генної інженерії дозволить на наступних етапах пізнання геному відкрити практичну можливість довільно, і, насамперед у терапевтичних цілях, змінювати послідовність та порядок генів, їх склад та будову.
Медицина не єдина сфера застосування генної інженерії. Розрізняють генну інженерію рослин, генну інженерію бактеріологічних клітин.
Останнім часом з'явилися нові можливості отримання «їстівних» вакцин на основі трансгенних рослин.
По трансгенних рослин у світі досягнуто великих успіхів. Вони багато в чому пов'язані з тим, що проблема отримання організму з клітини, групи клітин або незрілого зародка у рослин зараз не дуже важко. Клітинні технології, культура тканин та створення регенерантів широко застосовуються у сучасній науці.
Розглянемо досягнення у галузі рослинництва, які були отримані у Сибірському інституті фізіології та біохімії рослин СО РАН.
Так, в останні роки отримано цілу низку трансгенних рослин шляхом перенесення в їх геном генів ugt, acp, acb, accc та інших, виділених з різних рослинних об'єктів.
В результаті введення цих генів з'явилися трансгенні рослини пшениці, картоплі, томату, огірка, сої, гороху, ріпаку, полуниці, осики та інших.
Введення генів проводилося або «обстрілом» тканин із «генної гармати» (конструкція якої розроблена в нашому інституті), або генетичним вектором на основі агробактеріальної плазміди, що має вбудовані цільові гени та відповідні промотори.
У результаті створено низку нових трансгенних форм. Ось деякі з них.
Трансгенна пшениця (2 сорти), що має значно більш інтенсивне зростання і кущіння, імовірно більш стійка до посухи та інших несприятливих факторів середовища. Продуктивність її та успадкування набутих властивостей вивчаються.
Трансгенна картопля, спостереження за якою ведуться вже три роки. Він стабільно дає врожай на 50-90 відсотків вище за контроль, набув практично повної стійкості до гербіцидів ауксинового ряду і, крім того, його бульби значно менше «чорніють» на зрізах за рахунок зниження активності поліфенолоксидази.
Трансгенний томат (кілька сортів), що відрізняється більшою кущистістю та врожайністю. В умовах теплиці його врожай — до 46 кг з квадратного метра (в два рази вищий за контроль).
Трансгенний огірок (кілька сортів) дає більшу кількість фертильних квіток і, отже, плодів із врожайністю до 21 кг із квадратного метра проти 13,7 у контролі.
Є трансгенні форми та інших рослин, багато з яких також мають ряд корисних господарських ознак.
Генна інженерія - це наука сьогоднішнього та завтрашнього дня. Вже зараз у світі трансгенними рослинами засіваються десятки мільйонів гектарів, створюються нові лікарські препарати, нові продукти корисних речовин. Згодом генна інженерія стане все більш потужним інструментом для нових досягнень у галузі медицини, ветеринарії, фармакології, харчової промисловості та сільського господарства.
5. Наукові факти небезпеки генної інженерії
Слід зазначити, що поряд з прогресом, що несе у собі розвиток генної інженерії, виділяють і деякі факти небезпеки генної інженерії, основні з яких представлені нижче.
1. Генна інженерія докорінно відрізняється від виведення нових сортів і порід. Штучне додавання чужорідних генів дуже порушує точно відрегульований генетичний контроль нормальної клітини. Маніпулювання генами докорінно відрізняється від комбінування материнських та батьківських хромосом, що відбувається при природному схрещуванні.
2. Нині генна інженерія технічно недосконала, оскільки вона може керувати процесом вбудовування нового гена. Тому неможливо передбачити місце вбудовування та ефекти доданого гена. Навіть у тому випадку, якщо місце розташування гена виявиться можливим встановити після його вбудовування в геном, наявні відомості про ДНК дуже неповні для того, щоб передбачити результати.
3. Внаслідок штучного додавання чужорідного гена непередбачено можуть утворитися небезпечні речовини. У найгіршому випадку це можуть бути токсичні речовини, алергени чи інші шкідливі для здоров'я речовини. Відомості про такі можливості ще дуже неповні.
4. Немає абсолютно надійних методів перевірки на нешкідливість. Більше 10% серйозних побічних ефектів нових ліків неможливо виявити, незважаючи на ретельно проведені дослідження на нешкідливість. Ступінь ризику того, що небезпечні властивості нових, модифікованих за допомогою генної інженерії продуктів харчування залишаться непоміченими, ймовірно, значно більшими, ніж у разі ліків.
5. Існуючі нині вимоги щодо перевірки на нешкідливість вкрай недостатні. Вони цілком явно складені в такий спосіб, щоб спростити процедуру затвердження. Вони дають змогу використовувати вкрай нечутливі методи перевірки на нешкідливість. Тому існує значний ризик, що небезпечні для здоров'я продукти харчування зможуть пройти перевірку непоміченими.
6. Створені до цього часу за допомогою генної інженерії продукти харчування не мають значної цінності для людства. Ці продукти задовольняють головним чином лише комерційні інтереси.
7. Знання про дію на навколишнє середовище модифікованих за допомогою генної інженерії організмів, привнесених туди, недостатні. Не доведено ще, що модифіковані за допомогою генної інженерії організми не вплинуть на навколишнє середовище. Екологами висловлено припущення про різні потенційні екологічні ускладнення. Наприклад, є багато можливостей для неконтрольованого поширення потенційно небезпечних генів, використовуваних генною інженерією, зокрема передачі генів бактеріями і вірусами. Ускладнення, викликані у навколишньому середовищі, ймовірно, неможливо буде виправити, оскільки випущені гени неможливо взяти назад.
8. Можуть виникнути нові та небезпечні віруси. Експериментально показано, що вбудовані геном гени вірусів можуть з'єднуватися з генами інфекційних вірусів (так звана рекомбінація). Такі нові віруси можуть бути агресивнішими, ніж вихідні. Віруси можуть стати також менш видоспецифічними. Наприклад, віруси рослин можуть стати шкідливими для корисних комах, тварин та людей.
9. Знання про спадкову речовину, ДНК, дуже неповні. Відомо про функцію лише трьох відсотків ДНК. Ризиковано маніпулювати складними системами, знання яких неповні. Великий досвід у галузі біології, екології та медицини показує, що це може спричинити серйозні непередбачувані проблеми та розлади.
10. Генна інженерія не допоможе вирішити проблему голоду у світі. Твердження, що генна інженерія може зробити істотний внесок у вирішення проблеми голоду у світі, є науково необґрунтованим міфом.
Висновок
Генна інженерія - це метод біотехнології, який займається дослідженнями з розбудови генотипів. Генотип не просто механічна сума генів, а складна, що склалася в процесі еволюції організмів система. Генна інженерія дозволяє шляхом операцій у пробірці переносити генетичну інформацію з одного організму до іншого. Перенесення генів дає можливість долати міжвидові бар'єри та передавати окремі спадкові ознаки одних організмів іншим.
Перебудова генотипів, і під час завдань генної інженерії, є якісні зміни генів не пов'язані з видимими в мікроскопі змінами будови хромосом. Зміни генів насамперед пов'язані з перетворенням хімічної структури ДНК. Інформація про структуру білка, записана у вигляді послідовності нуклеотидів, реалізується у вигляді послідовності амінокислот у синтезованій молекулі білка. Зміна послідовності нуклеотидів у хромосомній ДНК, випадання одних і включення інших нуклеотидів змінюють склад молекули РНК, що утворюються на ДНК, а це, у свою чергу, обумовлює нову послідовність амінокислот при синтезі. У результаті клітині починає синтезуватися новий білок, що призводить до появи в організму нових властивостей. Сутність методів генної інженерії у тому, що у генотип організму вбудовуються чи виключаються із нього окремі гени чи групи генів. В результаті вбудовування в генотип раніше відсутнього гена можна змусити клітину синтезувати білки, які вона раніше не синтезувала.
Список літератури
2. Лі А., Тінланд Б. Інтеграція т-ДНК в геном рослин: прототип та реальність // Фізіологія рослин. 2000. – Том 47. – № 3.
3. Лутова Л. А., Проворов Н. А., Тиходєєв О. Н. та ін. Генетика розвитку рослин. – СПб.: Наука, 2000. – 539с.
4. Лядська М. Генна інженерія може все - навіть виростити вакцину на городі // Фармацевтичний вісник. – 2000. – №7.
5. Романов Г. А. Генетична інженерія рослин та шляхи вирішення проблеми біобезпеки // Фізіологія рослин, 2000. – Том 47. – № 3.
6. Саляєв Р. Міфи та реальності генної інженерії // Наука в Сибіру. – 2002. – №7.
7. Фаворова О. О. Лікування генами – фантастика чи реальність? // Фармацевтичний вісник. – 2002. – №5.
Кузьміна Н.А. Основи біотехнології: навчальний посібник. – Омськ: ОГПУ, 2001. – 256с.
Лутова Л. А., Проворов Н. А., Тиходєєв О. Н. та ін. Генетика розвитку рослин. – СПб.: Наука, 2000. – 539с.
Лядська М. Генна інженерія може все - навіть виростити вакцину на городі // Фармацевтичний вісник. – 2000. – №7.
Кузьміна Н.А. Основи біотехнології: навчальний посібник. – Омськ: ОГПУ, 2001. – 256с.
Фаворова О. О. Лікування генами – фантастика чи реальність? // Фармацевтичний вісник. – 2002. – №5.
Саляєв Р. Міфи та реальності генної інженерії // Наука в Сибіру. – 2002. – №7.
Кузьміна Н.А. Основи біотехнології: навчальний посібник. – Омськ: ОГПУ, 2001. – 256с.
