Статья: Генная и клеточная инженерия. Биотехнологии. Генная и клеточная инженерия реферат

Студент КГМУ: Биология.Доклад.Генная инженерия.

Содержание

Введение. Понятие генной инженерии.                    3 стр.

Значение генной инженерии.                                  8 стр.

Возможности генной инженерии и её плюсы            18 стр.

Научные факты опасности генной инженерии          37 стр.

Заключение. Ближайшие задачи генетиков              40 стр.

Литература                                                             43 стр.

Введение. Понятие генной инженерии.

Генная инженерия — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого организма.

Генная инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя исследования таких биологических наук, как молекулярная биология, цитология, генетика, микробиология. Самым ярким событием, привлёкшим наибольшее внимание и очень важным по своим последствиям, была серия открытий, результатом которых явилось создание методов управления наследственностью живых организмов, причём управления путём проникновения в «святая святых» живой клетки — в её генетический аппарат.

Учёные, биохимики и молекулярные биологи научились модифицировать гены или создавать совершенно новые, комбинируя гены различных организмов. Они научились также синтезировать гены, причём точно по заданным схемам. Они научились вводить такие искусственные гены в живые организмы и заставили их там работать. Это было начало генетической инженерии. Задумаемся над следующим обстоятельством.

Основа микробиологической, биосинтетической промышленности — бактериальная клетка. Необходимые для промышленного производства клетки подбираются по определённым признакам, самый главный из которых — способность производить, синтезировать, при этом в максимально возможных количествах, определённое соединение — аминокислоту или антибиотик, стероидный гормон или органическую кислоту.

Иногда надо иметь микроорганизм, способный, например, использовать в качестве «пищи» нефть или сточные воды и перерабатывать их в биомассу или даже вполне пригодный для кормовых добавок белок. Иногда нужны организмы, способные развиваться при повышенных температурах или в присутствии веществ, безусловно смертельных для других видов микроорганизмов. Задача получения таких промышленных штаммов очень важна, для их видоизменения и отбора разработаны многочисленные приёмы активного воздействия на клетку — от обработки сильно действующими ядами до радиоактивного облучения.

Цель этих приёмов одна — добиться изменения наследственного, генетического аппарата клетки. Их результат — получение многочисленных микробов-мутантов, из сотен и тысяч которых учёные потом стараются отобрать наиболее подходящие для той или иной цели. Создание приёмов химического или радиационного мутагенеза было выдающимся достижением биологии.

Но их возможности ограничиваются природой самих микроорганизмов. Они не способны синтезировать ряд ценных веществ, которые накапливаются в растениях, прежде всего в лекарственных и эфирномасличных. Не могут синтезировать вещества, очень важные для жизнедеятельности животных и человека, ряд ферментов, пептидные гормоны, иммунные белки, интерфероны да и многие более просто устроенные соединения, которые синтезируются в организмах животных и человека. Разумеется, возможности микроорганизмов далеко не исчерпаны. Из всего изобилия микроорганизмов использована наукой, и особенно промышленностью, лишь ничтожная доля.

Для целей селекции микроорганизмов большой интерес представляют, например, бактерии анаэробы, способные жить в отсутствие кислорода, фототроты, использующие энергию света подобно растениям, хемоавтотрофы, термофильные бактерии, способные жить при температуре, как оказалось недавно, около 250 °С (олово плавиться при температуре 232 °С), и др.

И всё же ограниченность «природного материала» очевидна. Обойти ограничения пытались и пытаются с помощью культур клеток и тканей растений. Это очень важный и перспективный путь. За последние несколько десятилетий учёные создали методы, благодаря которым отдельные клетки тканей растения или животного можно заставить расти и размножаться отдельно от организма, как клетки бактерий.

Это было важное достижение — полученные культуры клеток используют для экспериментов и для промышленного получения некоторых веществ, которые с помощью бактериальных культур получить невозможно. Но здесь тоже есть свои трудности, например неспособность животных клеток в культуре делиться бесконечное число раз, как это происходит с бактериями.

Кроме того, получить и выращивать культуры клеток труднее, чем бактериальные культуры. (Есть и свои преимущества, но о них пойдёт речь дальше, так как они оказались кстати уже в новых условиях, когда биотехнология сформировалась и начала своё самостоятельное развитие.) И учёные стремились научиться изменять гены, вводить нужные гены в живой организм, так сказать, «редактировать» книгу природы.

Коло десяти лет назад было сделано несколько фундаментальных открытий. Был впёрвые получен изолированный, «химически чистый» ген. Затем были открыты ферменты — рестриктазы и лигазы. С помощью рестриктаз ген можно разрезать на кусочки — нуклеотиды. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген.

Почти одновременно успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была проделана английским учёным Ф. Сегнером и американским учёным У. Гилбертом. За неё учёные были удостоены Нобелевской премии по химии (1980). Для Сенгера эта премия была уже второй; он стал первым химиком, получившим награду дважды; первый раз он был награждён за расшифровку строения белка.

Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул белков-ферментов. Значит, для того чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые гены, чуждые ей. Изменения генов в живых клетках — это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов — химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому учёные сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определённых генов, нужных человеку. Для этого, во-первых, необходимо было научиться получать желаемые гены.

Первоначально такие гены пытались просто выделить из подходящих клеток, но потом оказалось, что, зная их строение, проще получать их синтетически, с помощью отработанных биохимических методик. Во-вторых, необходимо было разработать методику введения гена в клетку. Причём нужно было научиться не просто вводить ген в цитоплазму, а встраивать его в собственную молекулу ДНК клетки, так, чтобы новая информация могла быть «прочитана» биосинтетическим аппаратом клетки, вырабатывающим белки, а также воспроизводящим гены при делении клетки. Осуществление этих двух этапов — получение гена и введение его в клетку — и составляет, собственно, основу той отрасли биотехнологии, которая получила название индустрии ДНК.

Разработать методику, как первого, так и второго этапов было невероятно трудно. Однако за очень короткий срок биохимики научились синтезировать гены. Сейчас процесс синтеза генов разработан очень хорошо и даже автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых заложены программы синтеза различных структурных генов. За день такой аппарат синтезирует необходимые отрезки ДНК длиной в 100—120 азотистых оснований (содержащих информацию для синтеза участка полипептидной цепи белка в 30-40 аминокислотных остатков).

Основные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клетки. Собственно, именно из-за этих трудностей ещё 15-20 лет назад затеи с модификацией генетического аппарата считали безнадёжным и даже фантастическим делом.

Необходимо было создать общий и воспроизводимый метод включения кусочков гена в полный генетический аппарат клетки. При этом новый фрагмент гена должен был быть помещён очень точно с соблюдением ряда условий, для того чтобы клетка действительно начала синтезировать новые ферменты. Надо было также обойти сопротивляемость клетки-хозяина: как правило, все изменения генетического аппарата воспринимаются клеткой как «ошибки информации» и исправляются специальными механизмами.

Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку.

Значение генной инженерии.

Генная инженерия берет свое начало в 1973 году, когда генетики Стэнли Кохен и Герберт Бойер внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli).

Начиная с 1982 года фирмы США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали.

Около 200 новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику, и более 100 генно-инженерных лекарственных веществ находится на стадии клинического изучения. Среди них лекарства, излечивающие артрозы, сердечнососудистые заболевания, некоторые опухолевые процессы и, возможно, даже СПИД. Среди нескольких сотен генно-инженерных фирм 60% работают над производством лекарственных и диагностических препаратов.

Генная инженерия в сельском хозяйстве

К концу 1980-х удалось успешно внедрить новые гены в десятки видов растений и животных — создать растения табака со светящимися листьями, томаты, легко переносящие заморозки, кукурузу, устойчивую к воздействию пестицидов.

Одна из важных задач - получение растений, устойчивых к вирусам, так как в настоящее время не существует других способов борьбы с вирусными инфекциями сельскохозяйственных культур. Введение в растительные клетки генов белка оболочки вируса, делает растения устойчивыми к данному вирусу. В настоящее время получены трансгенные растения, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.

Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Применение инсектицидов не вполне эффективно, во-первых, из-за их токсичности, во-вторых, потому, что дождевой водой они смываются с растений. В генно-инженерных лабораториях Бельгии и США были успешно проведены работы по внедрению в растительную клетку генов земляной бактерии Bacillus thuringiensis, позволяющих синтезировать инсектициды бактериального происхождения. Эти гены ввели в клетки картофеля, томатов и хлопчатника. Трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к непобедимому колорадскому жуку, растения хлопчатника оказались устойчивыми к разным насекомым, в том числе к хлопковой совке. Использование генной инженерии позволило сократить применение инсектицидов на 40 - 60%.

Генные инженеры вывели трансгенные растения с удлиненным сроком созревания плодов. Такие помидоры, например, можно снимать с куста красными, не боясь, что они перезреют при транспортировке.

Список растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, составляет около пятидесяти видов, включая яблоню, сливу, виноград, капусту, баклажаны, огурец, пшеницу, сою, рис, рожь и много других сельскохозяйственных растений.

Генная терапия человека

На людях технология генной инженерии была впервые применена для лечения Ашанти Де Сильвы, четырёхлетней девочки, страдавшей от тяжёлой формы иммунодефицита. Ген, содержащий инструкции для производства белка аденозиндезаминазы (ADA), был у неё повреждён. А без белка ADA белые клетки крови умирают, что делает организм беззащитным перед вирусами и бактериями.

Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови Ашанти с помощью модифицированного вируса. Клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через 6 месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня.

После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по использованию генной терапии для лечения заболеваний. Сегодня мы знаем, что с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию, некоторые виды рака, болезнь Хантингтона и даже очищать артерии. Сейчас идёт более 500 клинических испытаний различных видов генной терапии.

Неблагоприятная экологическая обстановка и целый ряд других подобных причин приводят к тому, что все больше детей рождается с серьезными наследственными дефектами. В настоящее время известно 4000 наследственных заболеваний, для большинства из которых не найдено эффективных способов лечения.

Сегодня существует возможность диагностировать многие генетические заболевания ещё на стадии эмбриона или зародыша. Пока можно только прекратить беременность на самой ранней стадии в случае серьёзных генетических дефектов, но скоро станет возможным корректировать генетический код, исправляя и оптимизируя генотип будущего ребёнка. Это позволит полностью избежать генетических болезней и улучшить физические, психические и умственные характеристики детей.

Сегодня мы можем отметить, что за тридцать лет своего существования генная инженерия не причинила никакого вреда самим исследователям, не принесла ущерба ни природе, ни человеку. Свершения генной инженерии как в познании механизмов функционирования организмов, так и в прикладном плане весьма внушительны, а перспективы поистине фантастичны.

Проект "Геном человека"

В 1990 году в США был начат проект "Геном человека", целью которого было определить весь генетический код человека. Проект, в котором важную роль сыграли и российские генетики, был завершён в 2003 году. В результате проекта 99% генома было определено с точностью 99,99% (1 ошибка на 10000 нуклеотидов). Завершение проекта уже принесло практические результаты, например, простые в применении тесты, позволяющие определять генетическую предрасположенность ко многим наследственным заболеваниям.

Высказаны, например, надежды, что, благодаря расшифровке генома, уже к 2006 году будут разработаны препараты для лечения такого опасного заболевания, как СПИД, к 2009 году будут определены гены, которые связаны со злокачественными новообразованиями, а к 2010-2015 году будут установлены механизмы возникновения почти всех видов рака. К 2020 году может быть завершена разработка препаратов, предотвращающих рак.

Генная инженерия на людях и клонирование   Клонирование - это процесс, в ходе которого живое существо производится от единственной клетки, взятой от другого живого существа. Согласно опросам Time/CNN, 93% американцев выступают против клонирования людей, и 66% - против клонирования животных.

  Этика клонирования   Человек есть тот, кто он есть, и должен приниматься только так. Он не может становиться объектом изменения ни из каких благих намерений. Иначе пропадет основное различие между людьми как субъектами и предметами для искусственного манипулирования. Это будет иметь горчайшие последствия для человеческого достоинства. Социальные последствия такого изменения глубоки. Это будет новая эра человеческой истории, в которой генетическая конституция человечества в целом станет предметом воздействия рыночных стихий. Одним из возможных последствий, судя по дороговизне технологии, будет то, что богатые смогут получить дополнительные преимущества для своих детей, ведущие к генетическому улучшению правящей элиты. Ли Сильвер, биолог из Принстонского университета, сказала, что элита может стать практически отдельным видом. Учитывая могущество технологии и недавние примеры геноцида в XX столетии, есть основания опасаться использования генной инженерии в евгенических целях. Справедливое опасение вызвало создание безголового клона лягушки в 1997 г. Этот опыт породил страх создания безголовых людей, как "фабрик органов", и "научного фашизма". Тогда станет возможным создание других существ, основным назначением которых будет обслуживание доминирующей группы.   Президент Клинтон сказал, что клонирование людей морально неприемлемо, и предложил 5-летний запрет на него. Однако его волеизъявление ограничилось просьбой к промышленности достичь добровольного соглашения об этом. Он не счел возможным ввести полный запрет на эту сферу. Конгресс отверг предложенный им законопроект. Таким образом, в этой области до сих пор царит законодательный вакуум. Тем временем управление патентов США постановило, что клиники могут патентовать их собственные линии эмбрионов, и таким образом открыло вопрос о "дизайне эмбрионов" в исследовательских целях. С другой стороны, ВОЗ и Совет Европы призвали к запрещению клонирования людей. При запрещении клонирования некоторые научные вопросы будет сложнее разрешить. Но удобство научных исследований не может оправдать унижение человеческого достоинства, подобно тому как это было в нацистских концлагерях. Сложность получения медицинской информации определенного сорта не может быть достаточным оправданием для исследований, требующих использования человека как вещи.   Сообщение о том, что ученый из университета Кьюнджи (Южная Корея) создал человеческий клон, вырастил его до 4 клеток и только потом уничтожил, вызвало крайне негативную реакцию общественности. Однако на самом деле, такие эксперименты продолжаются уже много лет. В 1993 в Университете Дж. Вашингтона (США) 17 человеческих эмбрионов расклонировали в 42. Имплантация генетически модифицированных человеческих эмбрионов была запрещена в Южной Корее с 1993 года. Но новая технология не требует спермы для оплодотворения. Через два дня после потрясшего всех объявления, южнокорейское правительство запретило финансирование клонирования людей, но не сумело объявить еще и законодательный запрет. В своем решении правительство ясно признало, что частную индустрию и ученых-отщепенцев не остановит отсутствие правительственного финансирования.   Ученые также исследуют возможность создания "наборов для ремонта тела": новорожденные дети дадут запас клонированных клеток, замороженных в национальном банке тканей. Эти наборы позволят получать неограниченные запасы человеческих тканей, которые могут быть созданы для трансплантации и лечения неизлечимых болезней. Пробы тканей будут браться у новорожденных, и храниться до возникновения потребности в них. Органы могут быть клонированы из клеток тела того же человека. Таким образом, исключается риск трансплантационного отторжения. Институт Рослин (Великобритания) и Висконсинский университет (США) работают над этой концепцией. Ученые выступают за то, чтобы правила позволяли терапевтическое человеческое клонирование для создания клеток, которые могут быть использованы, чтобы вырастить, например, новое сердце.

  Зародышевая терапия   ЗТ-процесс, в котором генами манипулируют на ранних стадиях эмбрионального развития или в оплодотворенном яйце, сейчас рассматривается как источник больших коммерческих возможностей. Ядро клетки взрослого индивидуума с известными генетическими характеристиками может рассматриваться как сырье для включения дополнительных или измененных генов. После такого вмешательства из эмбриона развивается существо, все клетки которого изменены. Однако в этом случае одна ошибка значит, что каждое последующее поколение будет иметь тот же дефект. Что мы будем делать с этими ошибками? Как мы будем их исправлять? Существует и ряд вопросов о "генетическом улучшении" и дизайне детей. "Да, Ваш ребенок тоже может иметь руки Моцарта и выглядеть как Ньют Грингрич всего за 29.95 долларов". Это крайне сомнительное предприятие, теперь технически выполнимое, создает возможность для буквально бесконечного потока евгенических попыток улучшить будущего ребенка с точки зрения каких-либо культурных предрассудков и произвольно выбранных позиций.   Будучи разрешена однажды в медицинских целях, терапия не будет подвластна контролю при ее использовании для "совершенствования" точно так же, как это было с хирургией и многими лекарствами. Хотя адвокаты зародышевой инженерии твердят о ее медицинских преимуществах и пользе, существует очень немного случаев, когда избежать рождения генетически ущербных детей другими способами (такими как донорство гамет, преимплантационная диагностика, усыновление, стерилизация и пр.) невозможно. Эта терапия не может быть приемлема из-за вышеуказанных этических и социальных последствий, которыми предлагается рисковать во имя чаяний некоторого числа людей.

  Банки данных ДНК   Сбор, хранение и использование человеческой генетической информации имеет поддержку в кругах медицинских чиновников и исследовательского сообщества. Однако опасения вызывают возможности использования этой информации для отказа кому-нибудь в страховке, биопиратства, криминальной идентификации. Американские штаты: Вирджиния, Вайоминг, Нью-Мексико и Алабама требуют ото всех осужденных сдавать образцы ДНК для содействия в создании баз данных по генетической идентификации. Похоронные конторы и кладбища тоже собирают образцы ДНК. Британским страхователям жизни было временно запрещено использовать генное тестирование для установления премий при страховании жизни и здоровья. Лорд Сейнсбери из государственной комиссии по регулированию биотехнологий сказал, что необходимо применять надежные методы тестирования до того, как людей заставят платить большие взносы или откажут им в страховании на основе генетических тестов.

  Проект "человеческий геном"   Правительство США ежегодно вкладывает 35 миллионов долларов в год в картирование генов человеческого тела. Более того, проект разнообразия человеческого генома планирует собрать образцы из 700 общин по всему миру. С этими общинами никто не консультировался, никто им даже не сказал, что их ДНК имеет большую потенциальную коммерческую ценность и может быть запатентована. Истинная цель проекта не пояснена и адекватная защита участникам не предоставлена.   В этом случае необходимо ответить на вопрос о том, почему правительство вкладывает огромные ресурсы в сохранение человеческого разнообразия путем генетической инженерии вместо того, чтобы достигнуть тех же целей, улучшая условия человеческого существования, инвестируя в соответствующие социальные, экономические и экологические проекты.

  Клонирование животных   Овечка Долли, клонированная из клеток вымени другой, мертвой особи, заполонила газеты в 1997 г. Исследователи Университета Рослин (США) раззвонили об успехах, не акцентируя внимание публики на сотнях неудач, которые были до этого. Долли не была первым клоном животного, но была самой знаменитой. В действительности, в мире клонированием животных занимаются уже все последнее десятилетие. В Рослине держали успех в секрете, пока им не удалось запатентовать не только Долли, но и весь процесс ее создания. ВИПО (Всемирная организация по охране интеллектуальной собственности) выдала Университету Рослин эксклюзивные патентные права на клонирование всех животных, не исключая людей, до 2017 года. Успех Долли вдохновил ученых по всему земному шару барахтаться в создательстве и играть в господа Бога, несмотря на негативные последствия для животных и окружающей среды.   В Таиланде ученые пытаются клонировать знаменитого белого слона короля Рамы -III, умершего 100 лет назад. Из 50 тыс. диких слонов, живших в 60-х, в Таиланде осталось только 2000. Тайцы хотят возродить стадо. Но вместе с тем не понимают, что если современные антропогенные нарушения и уничтожение местообитаний не прекратится, та же судьба ожидает клоны. Клонирование, как и вся генная инженерия в целом - это жалкая попытка решить проблемы, игнорируя их коренные причины.   Музеи, вдохновленные фильмами про парк Юрского периода, успехами технологии клонирования в реальном мире, обследуют свои коллекции в поисках образцов ДНК вымерших животных. Существует план попробовать клонировать мамонта, чьи ткани хорошо сохранились в арктических льдах. Вскоре после Долли, Рослин породил Полли - клонированного ягненка, несущего ген человеческого белка в каждой клетке тела. Это рассматривалось как шаг к массовой продукции человеческих белков в животных для лечения таких человеческих болезней как тромбоз. Как и в случае с Долли, особо не афишировался тот факт, что успеху предшествовало множество неудач - в рождении очень крупных детенышей, вдвое больше нормального размера - до 9 кг при норме 4,75 кг. Это не может являться нормой даже в случаях, когда наука о клонировании развивается быстрыми темпами. В 1998 г. исследователи США и Франции сумели клонировать телят голштинской породы из клеток плода. Если раньше процесс создания клона требовал 3 года, то теперь он занимает всего 9 месяцев. С другой стороны, каждый девятый клон был неудачным и умирал или уничтожался.   Клонирование - это серьезный риск для здоровья. Исследователи столкнулись со множеством случаев гибели плода, послеродовых смертей, плацентарных абнормальностей, абнормальных отечностей, втрое и вчетверо большую частоту проблем с пуповиной и серьезную иммунологическую недостаточность. У крупных млекопитающих, таких как овцы и коровы, исследователи находят, что примерно половина клонов содержит серьезные нарушения, включая специфические дефекты сердца, легких и других органов, ведущие к перинатальной смертности. Аккумулированные генетические ошибки инфицируют и влияют на поколения клонов. Но ведь невозможно отдать в починку дефектный клон как ломанную машину.

  Клонирование и биоразнообразие   Уже сейчас ежегодно уменьшающееся биоразнообразие подвергается еще большей угрозе из-за клонирования животных. Восприимчивость скота к болезням также серьезно увеличивается благодаря монокультурам. Генетическое разнообразие лежит в основе высокой жизнеспособности естественных популяций, включая их гибкую реакцию на изменение условий. Это свойство будет полностью уничтожено в популяции клонов. В 70-х годах в США погиб почти весь урожай кукурузы. Это произошло в результате повсеместного использования монокультуры клонированных семян с ограниченным генотипом. То же самое может случиться с клонированным скотом.

  Ксенотрансплантация   Компании и отдельные лица исторически "владели" коровами и стадами животных. Но никогда - видом в целом, и никогда прежде им не было дано право запрещать выращивание этих животных другими. То, свидетелями чего мы являемся - это конверсия животных организмов в корпоративную собственность. Несмотря на то, что в США с конца XVIII в. живые организмы исключены из патентования, сотни таких организмов и их частей были запатентованы. Приведем список некоторых наиболее активных компаний, работающих в области ксенотрансплантации. Это American Home Products (США), PPL (США/Великобритания), Novo Nordisk (Дания), Boehringer Indelheim (Германия), Genzyme Transgenics и Advanced Cell Technology (США), Novartis (Швейцария), а также уже упоминавшийся британский институт Рослин.   Novartis (через Ciba Geigy and Sandoz) ведет исследования по трансплантации последние 20 лет. Совсем недавно открылось новое направление в области ксенотрансплантации с приобретением Британской биотехнологической компании Imutran. Она разводит свиней для использования в человеческой трансплантации. Несколько лет назад компания оказалась в центре скандала, отправив самолетом свиней в голландский центр изучения приматов для вызвавших противоречивую реакцию экспериментов по трансплантации свиных тканей обезьянам. Imutran был предъявлен обвинен в том, что нарушал строгие правила экспериментов с ГМ-животными, посылая свиней за пределы страны. За 2 года до этого Королевское общество защиты животных обвинило голландский центр по исследованию приматов в содержании обезьян в неприемлемых условиях, и нашло, что их благополучие находится под большой угрозой.   Несмотря на риск, к концу 1997 года 20 человек получили трансплантаты свиной печени. (А всего трансплантаты свиной ткани получили 150 пациентов во всем мире). Многие диабетики были посажены на свиную печень и почки в машинах временного диализа. В июне 1998 года плодовые мушки были изменены человеческими генами, которые усиливали способности их клеток выводить шлаки и удлиняли их жизнь на 40%. Но очевидно, что исследователи видят в этом начало пути к замедлению человеческого старения. Проект компании PPL (США) включает создание стада коров, вырабатывающих человеческие белки, и кроликов с человеческим кальцитонином, который помогает замещать кость. Компания Pharmino (Нидерланды) производит в коровах человеческий лактоферин, который активизирует иммунную систему. Корпорации Genzyme Transgenics и Advanced Cell Technology сотрудничают, чтобы создать стада скота, который будет носителем человеческих протеинов в крови и мясе, например, таких как альбуминовая сыворотка, используемая, чтобы поддерживать жидкостной баланс крови у жертв ожогов.   Одна из главных проблем в межвидовой трансплантации - фактор отторжения. Но было открыто, что в организме свиней за это отвечает одна молекула сахара, и исследователи пытаются удалить ее методами генной инженерии. С другой стороны, ученые генетически модифицируют свиней с человеческими протеинами, которые служат как идентификационный сигнал для человеческой иммунной системы. Это принимается системой защиты человеческого тела, таким образом, орган не отторгается.   Независимо от выгод и риска Совет Европы проголосовал за мораторий на клиническое тестирование трансплантатов из органов животных на людях в январе 1999 г.   Патогены (например, свиные) могут прижиться в людях. Несколько животных вирусов очень похожи на человеческие: вирус коровьего бешенства в форме CG, коровья лейкемия, псевдобешенство свиней и коровий вирус иммунодефицита, похожий на СПИД. Последний не существовал ранее, а теперь заражает 10-20% коров. Животные могут быть использованы как запасные части для людей. Каковы последствия наличия свиных клеток в вашем теле? Новые виды-рабы могут появиться для специальных целей поставки органов или медицинских препаратов для людей.   Клонирование животных для использования их как фабрик гормонов для людей развивается усиленными темпами. Эта технология интересует ученых и компании из-за количества органов, гормонов и фармацевтических препаратов, которые могут быть произведены. То, что началось как использование обезьяньих и свиных органов для создания человеческих трансплантатов, теперь стало настоящим театром абсурда.   Королевский женский госпиталь в Мельбурне (Австралия) создает мышь, которая производит человеческую сперму, трансплантируя ей клетки человеческих яичек. В Японии университет Тоттори достиг тех же результатов, и теперь они хотят попробовать оплодотворить человеческую яйцеклетку спермой, произведенной мышью. Грудное молоко производится в коровах и козах. Техасский университет A&M получил 2,3 миллиона долларов на клонирование сдохшей собаки - любимицы одной пары.

Возможности генной инженерии и её плюсы

Первые трансгенные растения (растения табака со встроенными генами из микроорганизмов) были получены в 1983 г. Первые успешные полевые испытания трансгенных растений (устойчивые к вирусной инфекции растения табака) были проведены в США уже в 1986 г.

После прохождения всех необходимых тестов на токсичность, аллергенность, мутагенность и т.д. первые трансгенные продукты появились в продаже в США в 1994 г. Это были томаты Flavr Savr с замедленным созреванием, созданные фирмой "Calgen", а также гербицид-устойчивая соя компании "Monsanto". Уже через 1-2 года биотехнологические фирмы поставили на рынок целый ряд генетически измененных растений: томатов, кукурузы, картофеля, табака, сои, рапса, кабачков, редиса, хлопчатника.

В настоящее время получением и испытанием генетически модифицированных растений занимаются сотни коммерческих фирм во всем мире с совокупным капиталом более ста миллиардов долларов. В 1999 г. трансгенные растения были высажены на общей площади порядка 40 млн. га, что превышает размеры такой страны, как Великобритания. В США генетически модифицированные растения (GM Crops) составляют сейчас около 50% посевов кукурузы и сои и более 30-40% посевов хлопчатника. Это говорит о том, что генно-инженерная биотехнология растений уже стала важной отраслью производства продовольствия и других полезных продуктов, привлекающей значительные людские ресурсы и финансовые потоки. В ближайшие годы ожидается дальнейшее быстрое увеличение площадей, занятых трансгенными формами культурных растений.

Первая волна трансгенных растений, допущенных для практического применения, содержала дополнительные гены устойчивости (к болезням, гербицидам, вредителям, порче при хранении, стрессам).

Нынешний этап развития генетической инженерии растений получил название "метаболическая инженерия". При этом ставится задача не столько улучшить те или иные имеющиеся качества растения, как при традиционной селекции, сколько научить растение производить совершенно новые соединения, используемые в медицине, химическом производстве и других областях. Этими соединениями могут быть, например, особые жирные кислоты, полезные белки с высоким содержанием незаменимых аминокислот, модифицированные полисахариды, съедобные вакцины, антитела, интерфероны и другие "лекарственные" белки, новые полимеры, не засоряющие окружающую среду и многое, многое другое. Использование трансгенных растений позволяет наладить масштабное и дешевое производство таких веществ и тем самым сделать их более доступными для широкого потребления.

Улучшение качества запасных белков

Запасные белки основных культурных видов кодируются семейством близкородственных генов. Накопление запасных белков семян – сложный биосинтетический процесс. Первая генно-инженерная попытка улучшения свойства одного растения путем введения гена запасного белка от другого была, проведена Д. Кемпом и Т. Холлом в 1983 г. в США. Ген фазеолина бобов с помощью Ti-плазмиды был перенесен в геном подсолнечника. Результатом этого опыта было лишь химерное растение, получившее название санбин. В клетках подсолнечника были обнаружены иммунологически родственные фазеолиновые полипептиды, что подтверждало факт переноса гена между растениями, относящимися к различным семействам

Позднее ген фазеолина был передан клеткам табака: в растениях-регенерантах ген экспрессировался во всех тканях, хотя и в малых количествах. Неспецифическая экспрессия фазеолинового гена, так же как и в случае переноса его в клетки подсолнечника, сильно отличается от экспрессии этого гена в зрелых семядолях бобов где фазеолин составлял 25—50% от общего белка. Этот факт указывает на необходимость сохранения и других регуляторных сигналов этого гена при конструировании химерных растений и на важность контроля экспрессии генов в процессе онтогенеза растений.

Ген, кодирующий запасной белок кукурузы – зеин, после интеграции его в Т-ДНК был перенесен в геном подсолнечника следующим образом. Штаммы агробактерий, содержащие Ti-плазмиды с геном зеина, использовали для индукции опухолей в стеблях подсолнечника. Некоторые из полученных опухолей содержали мРНК, синтезируемые с генов кукурузы, что дает основание рассматривать эти результаты как первое доказательство транскрипции гена однодольного растения в двудольном. Однако присутствие зеинового белка в тканях подсолнечника не обнаружилось.

Более реальной задачей для генетической инженерии считается улучшение аминокислотного состава белков. Как известно, в запасном белке большинства злаковых наблюдается дефицит лизина, треонина, триптофана, у бобовых — метионина и цистеина. Введение в эти белки дополнительных количеств дефицитных аминокислот могло бы ликвидировать аминокислотный дисбаланс. Методами традиционной селекции удалось существенно повысить содержание лизина в запасных белках злаковых. Во всех этих случаях часть проламинов (спирторастворимые запасные белки злаковых) заменялась другими белками, содержащими много лизина. Однако у таких растении уменьшались размеры зерна и снижалась урожайность. По-видимому, проламины необходимы для формирования нормального зерна, и их замена другими белками отрицательно влияет на урожайность. Учитывая это обстоятельство, для улучшения качества запасного белка зерновых нужен такой белок, который не только отличался бы высоким содержанием лизина и треонина, но и мог полноценно заменить определенную часть проламинов при формировании зерна.

Растения могут производить и белки животного происхождения. Так, встраивание в геном растений Arabidopsis thaliana и Brassica napus химерного гена, состоящего из части гена запасного 25-белка арабидопсиса и кодирующей части для нейропептида — энкефалина, приводило к синтезу химерного белка до 200 нг на 1 г семени. Два структурных белковых домена были связаны последовательностью, узнаваемой трипсином, что давало возможность в дальнейшем легко изолировать чистый энкефалин.

В другом эксперименте удалось после скрещивания трансгенных растений, в одном из которых был встроен ген гамма-субъединицы, а во втором - ген каппа-субъединицы иммуноглобулина, получить у потомства экспрессию обеих цепей. В результате растение формировало антитела, составляющие до 1,3% суммарного белка листьев. Также было показано, что в растениях табака могут собираться полностью функциональные секреторные моноклональные иммуноглобулины. Секреторные иммуноглобулины обычно выделяются в ротовую полость и желудок человека и животных и служат первым барьером на пути кишечных инфекций. В упомянутой выше работе получили продукцию в растениях моноклональных антител, которые были специфичны для Streptococcus mutans - бактерий, вызывающих зубной кариес. Предполагается, что на основе таких моноклональных антител, продуцируемых трансгенными растениями, удастся создать действительно антикариесную зубную пасту. Из других белков животного происхождения, которые представляют интерес для медицины, показана продукция в растениях человеческого β-интерферона.

Разработаны также подходы, позволяющие получать бактериальные антигены в растениях и использовать их в качестве вакцин. Получен картофель, экспрессирующий олигомеры нетоксичной субъединицы β-токсина холеры. Эти трансгенные растения могут быть использованы для получения дешевой вакцины от холеры.

Жиры

Важнейшим сырьем для получения разного рода химических веществ являются жирные кислоты — основной компонент растительного масла. По своей структуре это углеродные цепи, которые обладают различными физико-химическими свойствами в зависимости от своей длины и степени насыщения углеродных связей. В 1995 году была закончена экспериментальная проверка и получено разрешение от федеральных властей США на выращивание и коммерческое использование трансгенных растений рапса с измененным составом растительного масла, включающего вместе с обычными 16- и 18-членными жирными кислотами также и до 45% 12-членной жирной кислоты - лаурата. Это вещество широко используется для производства стиральных порошков, шампуней, косметики.

Экспериментальная работа заключалась в том, что был клонирован ген специфической тиоэстеразы из растения Umbellularia califomica, где содержание лаурата в жире семян достигало 70%. Структурная часть гена этого фермента под контролем промотора-терминатора гена белка, специфического для ранней стадии семяобразования, была встроена в геном рапса и арабидопсиса, что и привело к увеличению содержания лаурата в масле этих растений.

Из других проектов, связанных с изменением состава жирных кислот, можно упомянуть работы, ставящие целью повышение или снижение содержания ненасыщенных жирных кислот в растительном масле. Интересными представляются эксперименты с петрозелиновой кислотой — изомером олеиновой кислоты, где двойная связь находится за шестым углеродным членом. Эта жирная кислота входит в состав масла кориандра и определяет его более высокую температуру плавления (33°С), в то время как при наличии олеиновой кислоты температура плавления составляет только 12°С. Предполагается, что после переноса генов, определяющих синтез петрозелиновой кислоты, в растения - продуценты растительного масла удастся производить диетический маргарин, содержащий ненасыщенную жирную кислоту. Кроме того, из петрозелиновой кислоты очень легко получать лаурат путем окисления озоном. Дальнейшее изучение специфики биохимического синтеза жирных кислот, по-видимому, приведет к возможности управлять этим синтезом с целью получения жирных кислот различной длины и различной степени насыщения, что позволит значительно изменить производство детергентов, косметики, кондитерских изделий, затвердителей, смазочных материалов, лекарств, полимеров, дизельного топлива и многого другого, что связано с использованием углеводородного сырья.

Полисахариды

Проводится работа по созданию трансгенных растений картофеля и других крахмалнакапливающих культур, в которых это вещество будет находиться в основном в виде амилопектина, то есть разветвленной форме крахмала, или же в основном только в виде амилозы, то есть линейных форм крахмала. Раствор амилопектина в воде более жидкий и прозрачный, чем у амилозы, которая при взаимодействии с водой образует ригидный гель. Так, например, крахмал, состоящий в основном из амилопектина, по-видимому, будет иметь спрос на рынке производителей различных питательных смесей, где сейчас в качестве наполнителя используется модифицированный крахмал. Генетической модификации могут подвергаться также геномы пластид и митохондрий. Такие системы позволяют значительно увеличить содержание продукта в трансгенном материале.

Создание гербицидоустойчивых растений

В новых, интенсивных сельскохозяйственных технологиях гербициды применяются очень широко. Это связано с тем. что на смену прежним экологически опасным гербицидам широкого спектра действия, обладающим токсичностью для млекопитающих и длительно сохраняющимся во внешней среде, приходят новые, более совершенные и безопасные соединения. Однако они обладают недостатком — подавляют рост не только сорняков, но и культурных растений Такие высокоэффективные гербициды, как, глифосат, атразины интенсивно изучаются на предмет выявления механизма толерантности к ним некоторых сорняков. Так, на полях, где широко используют атразин, довольно часто появляются атразинустойчивые биотипы у многих видов растении.

Изучение механизма устойчивости к гербицидам с целью получения методами генетической инженерии культурных растений, обладающих этим признаком, включает следующие этапы: выявление биохимических мишеней действия гербицидов в растительной клетке: отбор устойчивых к данному гербициду организмов в качестве источников генов устойчивости: клонирование этих генов: введение их в культурные растения и изучение их функционирования

Существуют четыре принципиально различных механизма, которые могут обеспечивать устойчивость к тем или иным химическим соединениям, включая гербициды: транспортный, элиминирующий, регуляционный и контактный. Транспортный механизм устойчивости заключается в невозможности проникновения гербицида в клетку. При действии элиминирующего механизма устойчивости вещества, попавшие внутрь клетки, могут разрушаться с помощью индуцируемых клеточных факторов, чаще всего деградирующих ферментов, а также подвергаться тому или иному виду модификации, образуя неактивные безвредные для клетки продукты. При регуляционной резистентности белок или фермент клетки, инактивирующийся под действием гербицида, начинает усиленно синтезироваться, ликвидируя таким образом дефицит нужного метаболита в клетке. Контактный механизм устойчивости обеспечивается изменением структуры мишени (белок или фермент), взаимодействием с которым связано повреждающее действие гербицида

Установлено, что признак гербицидоустойчивости является моногенным, то есть признак детерминируется чаще всего одним-единственным геном. Это очень облегчает возможность использования технологии рекомбинантной ДНК для передачи этого признака. Гены, кодирующие те или иные ферменты деструкции и модификации гербицидов, могут быть с успехом использованы для создания гербицидоустойчивых растении методами генетической инженерии.

Традиционные методы селекции создания сортов, устойчивых к гербицидам, очень, длительны и малорезультативны. Наиболее широко применяемый за рубежом гербицид глифосат (коммерческое название Roundup) подавляет синтез важнейших ароматических аминокислот, воздействуя на фермент 5-енолпирувилшикимат-З-фосфатсинтазу (ЕПШФ-синтаза). Известные случаи устойчивости к этому гербициду связаны либо с повышением уровня синтеза этого фермента (регуляционный механизм), либо с возникновением мутантного фермента, нечувствительного к глифосфату (контактный механизм). Из устойчивых к глифосфату растений был выделен ген ЕПШФ-синтазы и поставлен под промотор вируса мозаики цветной капусты. С помощью Ti-плазмиды эта генетическая конструкция была введена в клетки петунии. При наличии одной копии гена в регенерированных из трансформированных клеток растениях синтезировалось фермента в 20 - 40 раз больше, чем в исходных растениях, но устойчивость к глифосфату увеличилась только в 10 раз.

К числу наиболее распространенных гербицидов, используемых при обработке зерновых культур, относится атразин. Он подавляет фотосинтез, связываясь с одним из белков фотосистемы II и прекращая транспорт электронов. Устойчивость к гербициду возникает в результате точечных мутаций в этом пластохинон связывающем белке (замена серина на глицин), вследствие чего он теряет способность взаимодействовать с гербицидом. В ряде случаев удалось осуществить перенос гена мутантного белка в чувствительные к атразину растения с помощью Ti-плазмиды. Интегрированный в хромосому растений ген устойчивости был снабжен сигнальной последовательностью, которая обеспечивала транспорт синтезируемого белка в хлоропласты. Химерные растения проявляли значительную устойчивость к таким концентрациям атразина, которые вызывали гибель контрольных растений с геном белка дикого типа. Некоторые растения способны инактивировать атразин путем отщепления остатка хлора ферментом глутатион-S-трансфераза. Этот же фермент инактивирует и другие родственные гербициды триазинового ряда (пропазин, симазин и др.).

Существуют растения, естественная устойчивость которых к гербицидам основана на детоксикации. Так, устойчивость растений к хлорсульфурону может быть связана с дезактивацией молекулы гербицида путем его гидроксилирования и последующего гликозилирования введенной гидроксильной группы. Создание растений, устойчивых к патогенам и вредителям Устойчивость растений к тем или иным патогенам чаще всего является сложным мультигенным признаком.

Одновременная передача нескольких локусов трудна даже методами генной инженерии, не говоря о классических методах селекции. Более простым является другой путь. Известно, что у устойчивых растений при атаке патогенов изменяется метаболизм. Накапливаются такие соединения, как Н2О2, салициловая кислота, фитоаллексины. Повышенный уровень этих соединений способствует противостоянию растения в борьбе с патогенами.

Вот один из примеров, доказывающий роль салициловой кислоты в иммунном ответе растений. Трансгенные растения табака, которые содержат бактериальный ген, контролирующий синтез салицилат гидролазы (этот фермент разрушает салициловую кислоту), были неспособны к иммунному ответу. Поэтому изменение генно-инженерным путем уровня салициловой кислоты или выработки в растениях в ответ на патоген Н2О2 может быть перспективным для создания устойчивых трансгенных растений.

В фитовирусологии широко известен феномен индуцированной перекрестной устойчивости растений к вирусным инфекциям. Сущность этого явления состоит в том, что заражение растения одним штаммом вируса предотвращает последующую инфекцию этих растений другим вирусным штаммом. Молекулярный механизм подавления вирусной инфекции пока неясен. Показано, что для иммунизации растений достаточно введения отдельных вирусных генов, например генов капсидных белков. Так, ген белка оболочки вируса табачной мозаики перенесли в клетки табака и получили трансгенные растения, у которых 0,1% всех белков листьев был представлен вирусным белком. Значительная часть этих растений при инфицировании вирусом не проявляла никаких симптомов заболевания. Возможно, что синтезирующийся в клетках белок оболочки вируса мешает вирусной РНК нормально функционировать и формировать полноценные вирусные частицы. Установлено, что экспрессия капсидного белка вируса табачной мозаики, вируса мозаики люцерны, вируса огуречной мозаики, Х-вируса картофеля в соответствующих трансгенных растениях (табак, томаты, картофель, огурцы, перцы) обеспечивает высокий уровень их защиты от последующей вирусной инфекции. Причем у трансформированных растений не отмечалось снижения фертильности, нежелательного изменения ростовых и физиологических характеристик исходных экземпляров и их потомства. Полагают, что индуцированная устойчивость растений к вирусам обусловлена особым антивирусным белком, очень похожим на интерферон животных. Представляется возможным методом генетической инженерии усилить экспрессию гена, кодирующего этот белок, путем его амплификации или подстановки под более сильный промотор.

Следует отметить, что использование генетической инженерии для защиты растений от различных патогенных микроорганизмов в значительной мере сдерживается недостаточностью знаний о механизмах защитных реакций растений. Для борьбы с насекомыми-вредителями в растениеводстве используются химические средства — инсектициды. Однако они оказывают вредное влияние на млекопитающих, убивают и полезных насекомых, загрязняют окружающую среду, дороги, и кроме того, насекомые довольно скоро приспосабливаются к ним. Известно более 400 видов насекомых, устойчивых к используемым инсектицидам. Поэтому все большее внимание привлекают биологические средства борьбы, обеспечивающие строгую избирательность действия и отсутствие адаптации вредителей к применяемому биопестициду.

Уже довольно давно известна бактерия Bacillus thuringiensis, продуцирующая белок, являющийся очень токсичным для многих видов насекомых, в то же время безопасный для млекопитающих. Белок (дельта-эндотоксин, CRY-белок) продуцируется различными штаммами В. thuringiensis. Взаимодействие токсина с рецепторами строго специфично, что усложняет подбор комбинации токсин—насекомое. В природе найдено большое количество штаммов В. thuringiensis, чьи токсины действуют только на определенные виды насекомых. Препараты В. thuringiensis в течение десятилетий использовали для контроля насекомых на полях. Безопасность токсина и его составных белков для человека и других млекопитающих полностью доказана. Встраивание гена этого белка в геном растений дает возможность получить трансгенные растения, не поедаемые насекомыми.

Кроме видоспецифичности по действию на насекомых встраивание прокариотических генов дельта-токсинов в геном растений даже под контролем сильных эукариотических промоторов не привело к высокому уровню экспрессии. Предположительно такое явление возникло в связи с тем, что эти бактериальные гены содержат значительно больше адениновых и тиминовых нуклеотидных оснований, чем растительная ДНК. Эта проблема была решена путем создания модифицированных генов, где из природного гена вырезали и добавляли те или иные фрагменты с сохранением доменов, кодирующих активные части дельта-токсина. Так, например, с помощью таких подходов был получен картофель, устойчивый к колорадскому жуку. Получены трансгенные растения табака, способные синтезировать токсин. Такие растения были нечувствительны к гусеницам Manduca sexta. Последние погибали в течение 3 суток контакта с токсинпродуцирующими растениями. Токсинообразование и обусловленная им устойчивость к насекомым передавалась по наследству как доминантный признак.

В настоящее время так называемые Bt-растения (от В. thuringiensis) хлопка и кукурузы занимают основную долю в общем объеме генетически модифицированных растений этих культур, которые выращивают на полях США.

В связи с возможностями генной инженерии конструировать энтомопатогенные растения на основе токсина микробного происхождения еще больший интерес к себе вызывают токсины растительного происхождения. Фитотоксины являются ингибиторами белкового синтеза и осуществляют защитную функцию, направленную против насекомых-вредителей микроорганизмов и вирусов. Лучше всех среди них изучен рицин, синтезируемый в клещевине: его ген клонирован и установлена нуклеотидная последовательность. Однако высокая токсичность рицина для млекопитающих ограничивает генноинженерные работы с ним только техническими культурами, не используемыми в пищу человека и на корм животным. Токсин, вырабатываемый фитолаккой американской, эффективен против вирусов и безвреден для животных. Механизм его действия заключается в инактивации собственных рибосом при проникновении в клетки различного рода патогенов, в том числе фитовирусов. Пораженные клетки некротизируются, предотвращая размножение патогена и его распространение по растению. В настоящее время проводятся исследования по изучению гена этого белка и передаче его в другие растения.

Вирусные болезни широко распространены среди насекомых, поэтому для борьбы с насекомыми-вредителями можно использовать природные вирусы насекомых, препараты которых называют вирусными пестицидами. В отличие от ядохимикатов они обладают узким спектром действия, не убивают полезных насекомых, они быстро разрушаются во внешней среде и не опасны для растений и животных. Наряду с вирусами насекомых используются как биопестициды некоторые грибы, поражающие насекомых-вредителей. Применяемые сейчас биопестициды являются природными штаммами энтомопатогенных вирусов и грибов, однако не исключена возможность создания в будущем методами генетической инженерии новых эффективных биопестицидов.

Повышение устойчивости растений к стрессовым условиям

Растения очень часто подвергаются воздействию различных неблагоприятных факторов окружающей среды: высокие и низкие температуры, недостаток влаги, засоление почв и загазованность среды, недостаток или, напротив, избыток некоторых минеральных веществ и т. д. Этих факторов множество, поэтому и способы защиты от них многообразны — от физиологических свойств до структурных приспособлений, позволяющих преодолевать их пагубное действие.

Устойчивость растений к тому или иному стрессовому фактору является результатом воздействия множества разных генов, поэтому говорить о полной передаче признаков толерантности от одного вида растения другому генноинженерными методами не приходится. Тем не менее у генетической инженерии имеются определенные возможности для повышения устойчивости растений. Это касается работы с отдельными генами, контролирующими метаболические ответы растений на стрессовые условия, например сверхпродукцию пролина в ответ на осмотический шок, на действие засоления, синтез особых белков в ответ на тепловой шок и т. д. Дальнейшее углубленное изучение физиологической, биохимической и генетической основы ответной реакции растения на условия среды, несомненно, позволит применять методы генетической инженерии для конструирования устойчивых растений.

Пока можно отметить лишь косвенный подход для получения морозоустойчивых растений, основанный на генноинженерных манипуляциях с Pseudomonas syringae. Этот микроорганизм, сосуществующий с растениями, способствует их повреждению ранними заморозками Механизм явления связан с тем, что клетки микроорганизма синтезируют особый белок, локализующийся во внешней мембране и являющийся центром кристаллизации льда. Известно, что формирование льда в воде зависит от веществ, могущих служить центрами образования льда. Белок, вызывающий формирование кристаллов льда в различных частях растения (листья, стебли, корни), является одним из главных факторов, ответственных за повреждение тканей растений, чувствительных к ранним заморозкам. Многочисленные эксперименты в строго контролируемых условиях показали, что стерильные растения не повреждались заморозками вплоть до —6—8° С, тогда как у растений, имеющих соответствующую микрофлору, повреждения возникали уже при температурах —1,5—2° С. Мутанты этих бактерий, потерявшие способность синтезировать белок, вызывающий формирование кристаллов льда, не повышали температуру образования льда, и растения с такой микрофлорой были устойчивы к заморозкам. Штамм таких бактерий, распыленный над клубнями картофеля, конкурировал с обычными бактериями, что приводило к повышению морозоустойчивости растений. Возможно, такие бактерии, созданные с помощью методов генной инженерии и используемые в качестве компонента внешней среды, будут служить для борьбы с заморозками.

Повышение эффективности биологической азотфиксации

Хорошо изучен фермент ответственный за восстановление молекулярного азота до аммония. — нитрогеназа. Структура нитрогеназы одинакова у всех азотфиксирующих организмов. При фиксации азота непременным физиологическим условием является защита нитрогеназы от разрушения под действием кислорода. Лучше всех среди азотфиксаторов изучены ризобии, образующие симбиоз с бобовыми растениями, и свободноживущая бактерия Klebsiella pneumoniae. Установлено, что у этих бактерий за фиксацию азота ответственно 17 генов — так называемых nif-генов. Все эти гены сцеплены друг с другом и расположены в хромосоме между генами ферментов биосинтеза гистидина и генами, определяющими усвоение шикимовой кислоты. У быстрорастущей ризобии nif-гены существуют в форме мегаплазмиды, содержащей 200—300 тысяч пар нуклеотидов.

Среди генов азотфиксации выявлены гены, контролирующие структуру нитрогеназы, белковый фактор, принимающий участие в транспорте электронов, регуляторные гены. Регуляция генов азотфиксации довольно сложна, поэтому генноинженерный перенос азотфиксирующей функции от бактерий непосредственно высшим растениям в настоящее время уже не обсуждается. Как показали эксперименты, даже в самом простом эукариотическом организме — дрожжах не удалось добиться экспрессии nif-генов, хотя они и сохранялись в течение 50 генераций.

Эти опыты показали, что диазотрофность (азот-фиксация) свойственна исключительно прокариотическим организмам, и nif-гены не смогли преодолеть барьер, разделяющий прокариоты и эукариоты, из-за слишком сложной своей структуры и регуляции генами, расположенными вне nif-области. Возможно, более удачным окажется перенос nif-генов с помощью Ti-плазмид в хлоропласты, поскольку механизмы экспрессии генов в хлоропластах и в клетках прокариот близки. В любом случае нитрогеназа должна быть защищена от ингибирующего действия кислорода. Кроме того, фиксация атмосферного азота — очень энергоемкий процесс. Вряд ли растение под влиянием nif-генов может так кардинально изменить свой метаболизм, чтобы создать все эти условия. Хотя не исключено, что в будущем методами генетической инженерии можно будет создать более экономно работающий нитрогеназный комплекс.

Более реально использование генноинженерных методов для решения следующих задач: повышение способности ризобии колонизировать бобовые растения, повышение эффективности фиксации и ассимиляции азота путем воздействия на генетический механизм, создание новых азотфиксирующих микроорганизмов путем введения в них nif-генов, передача способности к симбиозу от бобовых растений к другим.

Первостепенной задачей генетической инженерии для повышения эффективности биологической фиксации азота является создание штаммов ризобии с усиленной азотфиксацией и колонизирующей способностью. Колонизация бобовых растений ризобиями протекает очень медленно, лишь единичные из них дают начало клубенькам. Это происходит потому, что местом инвазии ризобии является только одна небольшая область между точкой роста корня и ближайшим к ней корневым волоском, находящимся на стадии формирования. Все остальные части корня и развившиеся корневые волоски растения нечувствительны к колонизации. В ряде случаев сформировавшиеся клубеньки оказываются неспособными фиксировать азот, что зависит от многих растительных генов (выявлено не менее пяти), в частности от неблагоприятного сочетания двух рецессивных генов.

Традиционными методами генетики и селекции удалось получить лабораторные штаммы ризобий с более высокой колонизирующей способностью. Но они в полевых условиях испытывают конкуренцию со стороны местных штаммов. Повышение их конкурентоспособности, видимо, можно осуществить генноинженерными методами. Повышение эффективности процесса азотфиксации возможно применением генноинженерных приемов, основанных на увеличении копий гена, усилении транскрипции тех генов, продукты которых образуют «узкое» место в каскадном механизме азотфиксации, путем введения более сильных промоторов и т. п. Важно повышение коэффициента полезного действия самой нитро-геназной системы, осуществляющей непосредственное восстановление молекулярного азота в аммиак.

Повышение эффективности фотосинтеза

С4-растения характеризуются высокими темпами роста и скоростью фотосинтеза, у них практически отсутствует видимое фотодыхание. У большинства сельскохозяйственных культур, относящихся к С3-растениям, высокая интенсивность фотодыхания. Фотосинтез и фотодыхание — тесно связанные процессы, в основе которых лежит бифункциональная активность одного и того же ключевого фермента — рибулозобисфосфат-карбоксилазы (РуБФК). РуБФ-карбоксилаза может присоединять не только С02, но и 02, то есть осуществляет реакции карбоксилирования и оксигенирования. При оксигенировании РуБФ образуется фосфогликолат, который служит основным субстратом фотодыхания — процесса выброса С02 на свету, в результате чего теряется часть фотосинтетических продуктов. Низкое фотодыхание у С4-растений объясняется не отсутствием ферментов гликолатного пути, а ограничением оксигеназной реакции, а также реассимиляцией С02 фотодыхания.

Одной из задач, стоящих перед генетической инженерией, является исследование возможности создания РуБФК с преобладающей карбоксилазной активностью.

Получение растений с новыми свойствами

В последние годы ученые используют новый подход для получения трансгенных растений с "antisense RNA" (перевернутой или антисмысловой РНК), который позволяет управлять работой интересуемого гена. В этом случае при конструировании вектора копию ДНК (к-ДНК) встраиваемого гена переворачивают на 180°. В результате в трансгенном растении образуется нормальная молекула мРНК и перевернутая, которая в силу комплементарности нормальной мРНК образует с ней комплекс и закодированный белок не синтезируется.

Такой подход использован для получения трансгенных растений томатов с улучшенным качеством плодов. Вектор включал к-ДНК гена PG, контролирующего синтез полигалактуроназы - фермента, участвующего в разрушении пектина, основного компонента межклеточного пространства растительных тканей. Продукт гена PG синтезируется в период созревания плодов томатов, а увеличение его количества приводит к тому, что томаты становятся более мягкими, что значительно сокращает срок их хранения. Отключение этого гена в трансгенах позволило получить растения томатов с новыми свойствами плодов, которые не только значительно дольше сохранялись, но и сами растения были более устойчивы к грибным заболеваниям.

Такой же подход можно применить для регулирования сроков созревания томатов, а в качестве мишени в этом случае используют ген EFE (ethylene-forming enzyme), продуктом которого является фермент, участвующий в биосинтезе этилена. Этилен - это газообразный гормон, одной из функций которого является контроль за процессом созревания плодов.

Cтратегия антисмысловых конструкций широко применима для модификации экспрессии генов. Эта стратегия используется не только для получения растений с новыми качествами, но и для фундаментальных исследований в генетике растений. Следует упомянуть еще об одном направлении в генной инженерии растений, которое до недавнего времени в основном использовали в фундаментальных исследованиях - для изучения роли гормонов в развитии растений. Суть экспериментов заключалась в получении трансгенных растений с комбинацией определенных бактериальных гормональных генов, например только iaaM или ipt т.д. Эти эксперименты внесли существенный вклад в доказательство роли ауксинов и цитокининов в дифференцировке растений.

В последние годы этот подход стали использовать в практической селекции. Оказалось, что плоды трансгенных растений с геном iaaM, находящимся под промотором гена Def (ген, который экспрессируется только в плодах), являются партенокарпическими, то есть сформировавшимися без опыления. Партенокарпические плоды характеризуются либо полным отсутствием семян, либо очень небольшим их количеством, что позволяет решить проблему "лишних косточек", например в арбузе, цитрусовых и т.д. Уже получены трансгенные растения кабачков, которые в целом не отличаются от контрольных, но практически не содержат семян.

Обезоруженную, лишенную онкогенов Ti-плазмиду ученые активно используют для получения мутаций. Этот метод носит название Т-ДНК-инсерционного мутагенеза. Т-ДНК, встраиваясь в геном растения, выключает ген, в который она встроилась, а по утрате функции можно легко отбирать мутанты (явление сайлесинга – замолкания генов). Этот метод замечателен также тем, что позволяет сразу обнаружить и клонировать соответствующий ген. В настоящее время таким способом получено множество новых мутаций растений и соответствующие гены клонированы. М. А. Раменской на основе Т-ДНК мутагенеза получены растения томатов с неспецифической устойчивостью к фитофторозу. Не менее интересен и другой аспект работ - получены трансгенные растения с измененными декоративными свойствами. Один из примеров - это получение растений петунии с разноцветными цветками. На очереди голубые розы с геном, контролирующим синтез голубого пигмента, клонированным из дельфиниума.

Научные факты опасности генной инженерии

1. Генная инженерия в корне отличается от выведения новых сортов и пород. Искусственное добавление чужеродных генов сильно нарушает точно отрегулированный генетический контроль нормальной клетки. Манипулирование генами коренным образом отличается от комбинирования материнских и отцовских хромосом, которое происходит при естественном скрещивании.

2. В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как она не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена. Поэтому невозможно предвидеть место встраивания и эффекты добавленного гена. Даже в том случае, если местоположение гена окажется возможным установить после его встраивания в геном, имеющиеся сведения о ДНК очень неполны для того, чтобы предсказать результаты.

3. В результате искусственного добавления чужеродного гена непредвиденно могут образоваться опасные вещества. В худшем случае это могут быть токсические вещества, аллергены или другие вредные для здоровья вещества. Сведения о такого рода возможностях ещё очень неполны.

4. Не существует совершенно надёжных методов проверки на безвредность. Более 10% серьёзных побочных эффектов новых лекарств не возможно выявить несмотря на тщательно проводимые исследования на безвредность. Степень риска того, что опасные свойства новых, модифицированных с помощью генной инженерии продуктов питания, останутся незамеченными, вероятно, значительно больше, чем в случае лекарств.

5. Существующие в настоящее время требования по проверке на безвредность крайне недостаточны. Они совершенно явно составлены таким образом, чтобы упростить процедуру утверждения. Они позволяют использовать крайне нечувствительные методы проверки на безвредность. Поэтому существует значительный риск того, что опасные для здоровья продукты питания смогут пройти проверку незаметно.

6. Созданные до настоящего времени с помощью генной инженерии продукты питания не имеют сколько-нибудь значительной ценности для человечества. Эти продукты удовлетворяют, главным образом, лишь коммерческие интересы.

7. Знания о действии на окружающую среду модифицированных с помощью генной инженерии организмов, привнесённых туда, совершенно недостаточны. Не доказано ещё, что модифицированные с помощью генной инженерии организмы не окажут вредного воздействия на окружающую среду. Экологами высказаны предположения о различных потенциальных экологических осложнениях. Например, имеется много возможностей для неконтролируемого распространения потенциально опасных генов, используемых генной инженерией, в том числе передача генов бактериями и вирусами. Осложнения, вызванные в окружающей среде, вероятно, невозможно будет исправить, так как выпущенные гены невозможно взять обратно.

8. Могут возникнуть новые и опасные вирусы. Экспериментально показано, что встроенные в геном гены вирусов могут соединяться с генами инфекционных вирусов (так называемая рекомбинация). Такие новые вирусы могут быть более агрессивными, чем исходные. Вирусы могут стать также менее видоспецифичными. Например, вирусы растений могут стать вредными для полезных насекомых, животных, а также людей.

9. Знания о наследственном веществе, ДНК, очень неполны. Известно о функции лишь трёх процентов ДНК. Рискованно манипулировать сложными системами, знания о которых неполны. Обширный опыт в области биологии, экологии и медицины показывает, что это может вызвать серьёзные непредсказуемые проблемы и расстройства.

10. Генная инженерия не поможет решить проблему голода в мире. Утверждение, что генная инженерия может внести существенный вклад в разрешение проблемы голода в мире, является научно необоснованным мифом.

Риск для здоровья для новорожденных и детей от употребления генетически измененных продуктов (ГИ) питания

Основные факторы риска, ассоциируемые с ГИ продуктами. Процесс генетической инженерии случайный и беспорядочный. Введение новых генов может нарушить натуральный рост и развитие растений; привести к неустойчивости в их новом окружении; или к их  другому функционированию. В результате генетическая инженерия может получить неожиданные и непредусмотренные эффекты, которые могут стать причиной потенциально опасных последствий для здоровья людей. Рассматривая биотехнологию питания в этом ракурсе обнаруживается плохое тестирование и регуляция в следующих областях безопасности питания:

Аллергенность: ГИ может передавать аллергии от одного ресурса питания к другому (например, ген ореха, внесенный в сою порождает сою, которая может стать причиной аллергической реакции для людей, которые имеют аллергию к орехам). GE может также породить новые, непредсказуемые и не выявляемые аллергии от генов, не относящихся к продуктам питания, использованных в процессе генетической инженерии.

Токсичность: ГИ может увеличить попадание токсинов в организм из новых продуктов питания или стать их причиной.

Изменения в составе: ГИ может изменить или ухудшить состав продуктов питания.

Устойчивость к антибиотикам: ГИ может послужить росту проблем с устойчивостью к антибиотикам. Существующие сейчас трансгенетические растения могут содержать устойчивые к антибиотикам маркированные гены (техника, используемая для того чтобы показать может ли внесение нового гена успешно завершиться). Это подтолкнуло такие медицинские авторитеты как British Medical Association, Royal Society of Canada и Ontario Public Health Association призвать к тому чтобы запретить использование устойчивых к антибиотикам маркированных генов в ГИ продуктах. Заключение.Ближайшие задачи генетиков

Хотя генетика и генная инженерия уже играют огромную роль в медицине и сельском хозяйстве, основные результаты ещё впереди. Нам ещё очень многое предстоит узнать о том, как работает сложная генетическая система в нашем организме и у других видов живых существ.

Необходимо определить функции и назначение каждого гена, определить, каковы условия его активации, в какие периоды жизни, в каких частях тела и при каких обстоятельствах он включается и приводит к синтезу соответствующего белка. Далее, необходимо понять, какую роль играет в организме этот белок, выходит ли он за пределы клетки, какие сообщения несёт, какие реакции катализирует, как влияет на запуск биологических процессов в других частях организма, какие гены активирует. Отдельной сложной задачей является решение проблемы сворачивания белков - как, зная последовательность аминокислот, составляющих белок, определить его пространственную структуру и функции. Эта проблема требует новых теоретических знаний и более мощных суперкомпьютеров.

Но учёные не пасуют перед масштабом этой задачи. Расшифровка генома человека потребовала более десяти лет, решение проблемы сворачивания белков может занять чуть дольше, но когда она будет решена, человек сможет полностью контролировать жизненные процессы в любых организмах на всех уровнях.

Перспективы контроля над генами

Развитие генной инженерии сделает возможным улучшение генотипа человека. Масштабные задачи, стоящие сегодня перед человечеством требуют людей талантливых во многих отраслях, совершенных и высокоразвитых личностей, обладающих идеальным здоровьем, высочайшими физическими и умственными способностями. Таких людей можно будет создать методами генной, генетической и клеточной инженерии. Эти методы будут применимы как к только появляющимся на свет детям, так и к уже взрослым людям. Человек сможет многократно усилить свои собственные способности, и увеличить способности своих детей. С объективной точки зрения в этом нет ничего плохого или не этичного. Уже сегодня многие всемирно известные учёные, такие как Уотсон, один из первооткрывателей ДНК, говорят о том, что человеческая глупость, например, является по сути своей генетическим заболеванием и в будущем будет излечима.

Будут полностью ликвидированы генетические причины заболеваний, все люди будут совершенно здоровыми. Старение будет остановлено и никому не придётся сталкиваться с увяданием, с упадком сил, с дряхлостью. Люди станут практически бессмертными - смерть будет становиться всё более редким явлением, перестав быть неизбежностью.

Известно, например, что одной из причин старения является сокращение теломер при каждом делении клетки. Теломеры - это копии фрагмента TTAGGG, расположенные на концах всех хромосом и защищающие ДНК как металлические наконечники шнурков. Обычно клетка умирает, пережив около 50 процессов деления, однако учёным удалось добиться неограниченного деления клеток. В конце 1990-х ученым удалось внедрить в клетки открытый ими ген, отвечающий за выработку белка теломеразы, восстанавливающего теломеры, и тем самым сделать их бессмертными.

Конечно, отдельные группы, не отягченные соответствующими знаниями, но, преследующие какие то личные, идеологические или лоббистские цели могут пытаться запретить подобные технологии, но как показывает история развития науки, надолго это сделать им не удастся.

Прогресс вряд ли остановится на исправлении недостатков. Излечив болезни и остановив старение, человек примется за улучшение собственного организма, за его перестройку по собственным планам и желаниям. Люди смогут произвольным образом лепить свое собственное тело и мозг, добавлять себе новые способности, возможность жить под водой, летать, питаться энергией солнечного света, добавлять новые отделы мозга, новые органы тела. Любители модификации своего тела смогут сделать свои тела похожими на тела животных или даже химер, таких как кентавры или русалки.

Человек вряд ли ограничится собственной перестройкой. Он сможет воссоздать организмы, исчезнувшие ранее с лица Земли - мамонтов, птицу дронта, динозавров, а также создавать совершенно новые организмы - драконов, единорогов, живые дома, летающие деревья. Любой организм, существование которого не противоречит законам природы, сможет быть создан. Новые виды животных, растений и даже совершенно новых существ будут создаваться в промышленных целях, как форма творчества, для освоения космоса. Кроме того, человек наверняка захочет помочь братьям своим меньшим подняться с животного уровня. С помощью генной модификации можно будет усилить интеллект собак, шимпанзе, дельфинов, других животных. Человек больше не будет одинок в царстве жизни на Земле.

Но генная революция не будет длиться бесконечно. Идущий параллельно прогресс в области нанотехнологий приведёт к тому, что границы между живым и неживым будут стёрты. Нанороботы и роботы смогут выполнять все функции биологических объектов, кибернетические организмы будут сочетать в себе биологические и машинные части, андроиды будут неотличимы от биологических людей. Искусственный интеллект и загруженные в компьютер люди будут разумны так же как и личности, существующие в живых мозгах. В конце концов, неизбежна перестройка всей косной материи в умную материю, организованную на нано-уровне, обладающую способностью перестраивать себя и служить носителем разума. Но это уже совсем другая история.

Литература

• Томилин Н. В., Глебов О. К. Генетическая трансформация клеток млекопитающих // Молекулярные и клеточные аспекты биотехнологии. Л.: Наука, 1986.
• Фаворова О. О. Лечение генами – фантастика или реальность? // Соросовский образовательный журнал. 1997.
• Щелкунов С. Н. Генетическая инженерия. Новосибирск: Изд-во Новосибирского ун-та, 1994.
• Данные интернет сайтов по «Современной генной инженерии»
• Гольдман И. Л., Разин С. В., Эрнст Л. К., Кадулин С. Г., Гращук М. А. Молекулярно-биологические аспекты проблемы позиционно-независимой экспрессии чужеродных генов в клетках трансгенных животных //Журнал «Биотехнология». 1994.
• Барановов В. С. Генная терапия – медицина XXI века .Соросовский образовательный журнал. № 3. 1999.
• Патрушев Л. И. Искусственные генетические системы. — М.: Наука, 2004.
• Сингер М., Берг П. Гены и геномы. — Москва, 1998.
• Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. — Москва, 1981.
• Пирузян Э. С. Основы генетической инженерии растений. М.: Наука, 1988.

·         Открытое письмо учёных мира всем правительствам о генетически модифицированных организмах

studentkgmu.blogspot.ru

Статья - Генная и клеточная инженерия. Биотехнологии

Государственное образовательное учреждение Высшего

профессионального образования

ВлГУ

Кафедра истории и религиоведения

Реферат

на тему:

Генная и клеточная инженерия. Биотехнологии.

Выполнила: Шипилова Е.В. Гр.ЗЮ-110

Проверила: доцент кафедры истории и

религиоведения Зубков С.А.

Владимир 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение 3

2.Возможности генной инженерии. Биотехнологии 5

3. Направления генной инжинерии 9

3.1. Сельское хозяйство 9

3.2 Медицина и фармацевтика 11

4. Клонирование 14

4.1 Состояние исследований по терапевтическому

клонированию в России 16

5. Проблемы 17

6. Заключение 23

Список литературы 25

1. Введение

Генная инженерия — направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. В основе генной инженерии лежит обусловленная последними достижениями молекулярной биологии и генетики возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. К этим достижениям следует отнести установление универсальности генетического кода, то есть факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями нуклеотидов в цепи ДНК; успехи генетической энзимологии, предоставившей в распоряжение исследователя набор ферментов, позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты, осуществлять in vitro синтез фрагментов нуклеиновых кислот, объединить в единое целое полученные фрагменты. Таким образом, изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов нового генетического материала, введение этого материала в рецепиентный организм, создания условий для его функционирования и стабильного наследования.

Генная инженерия возникла в нач. 70-х гг. 20 в. Генетическая инженерия основана на извлечении из клеток какого-либо организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов и соединении их со специальными молекулами ДНК (т. н. векторами), способными проникать в клетки другого организма (главным образом микроорганизмов) и размножаться в них, т.е. создание молекул рекомбинантных ДНК.

Рекомбинантные (чужеродные) ДНК привносят в реципиентный организм новые генетические и физико-биохимические свойства. К числу таких свойств можно отнести синтез аминокислот и белков, гормонов, ферментов, витаминов и др.

Применение методов генетической инженерии открывает перспективу изменения ряда свойств организма: повышение продуктивности, резистентности к заболеваниям, увеличение скорости роста, улучшения качества продукции и др. Животных, несущих в своем геноме рекомбинантный (чужеродный) ген, принято называть трансгенными, а ген, интегрированный в геном реципиента, – трансгеном. Благодаря переносу генов у трансгенных животных возникают новые качества, а дальнейшая селекция позволяет закрепить их в потомстве и создать трансгенные линии.

Методы генетической инженерии позволяют создавать новые генотипы растений быстрее, чем классические методы селекции и появляется возможность целенаправленного изменения генотипа – трансформации.

Генетическая трансформация заключается главным образом в переносе чужеродных или модифицированных генов в эукариотические клетки. В клетках растений возможна экспрессия генов, перенесенных не только от других растений, но и от микроорганизмов и даже животных.

Получение растений с новыми свойствами из трансформированных клеток (регенерация) возможно благодаря их свойству топитотентности, т.е. способность отдельных клеток в процессе реализации генетической информации к развитию в целый организм.

2. Возможности генной инженерии. Биотехнологии.

В настоящее время фармацевтическая промышленность завоевала лидирующие позиции в мире, что нашло отражение не только в объёмах промышленного производства, но и в финансовых средствах, вкладываемых в эту промышленность (по оценкам экономистов, она вошла в лидирующую группу по объёму купли-продажи акций на рынках ценных бумаг). Важной новинкой стало и то, что фармацевтические компании включили в свою сферу выведение новых сортов сельскохозяйственных растений и животных, и тратят на это десятки миллионов долларов в год, они же мобилизировали выпуск химических веществ для быта. Добавок к продукции строительной индустрии и так далее. Уже не десятки тысяч, а возможно, несколько сот тысяч высококвалифицированных специалистов заняты в исследовательских и промышленных секторах фарминдустрии, и именно в этих областях интерес к геномным и генно-инженерным исследованиям исключительно высок.

Очевидно поэтому любой прогресс биотехнологий растений будет зависеть от разработки генетических систем и инструментов, которые позволят более эффективно управлять трансгенами. Ситуация аналогична той, которая наблюдается в компьютерной индустрии, где помимо увеличения объёмов обрабатываемой информации и улучшения самих компьютеров, нужны ещё и операционные системы управления информацией, типа микрософтовских “окон”.

Для чистого вырезания трансгенного ДНК в растительный геном, всё больше применяют заимствованные из микробной генетики системы гомологичной рекомбинации, такие как системы Cre-lox и Flp-frt. Будущее, очевидно, будет за управляемым переносом генов от сорта к сорту, основанного на применении предварительно подготовленного растительного материала, который уже содержит в нужных хромосомах участки гомологии, необходимого для гомологичного встраивания трангена. Помимо интегративных систем экспрессии, будут опробованы автономно реплицирующиеся векторы.осбый интерес представляют искуственные хромосомы растений, которые теоретически не накладывают никаких ограничений на объём вносимой теоретической информации.

Учёные занимаются поиском генов, кодирующих новые полезные признаки. Ситуация в этой области меняется радикальным образом, прежде всего, существованию публичных баз данных, которые содержат информацию о большинстве генов, бактерий, дрожжей, человека и растений, а также вследствие разработки методов, позволяющих одновременно анализировать экспрессию большого количества генов с очень высокой пропускной способностью. Применяемые на практике методы можно разделить на две категории:

1. Методы, позволяющие вести экспрессионное профилирование: субстракционная гибридизация, электронное сравнение EST-библиотек, «генные чипы» и так далее. Они позволяют устанавливать корреляцию между тем или иным фенотипическим признаком и активностью конкретных генов. 2. Позиционное клонирование, заключается в создании за счет инсерционного мутагенеза мутантов с нарушениями в интересующем нас признаке или свойстве, с последующим клонированием соответствующего гена как такового, который заведомо содержит известную последовательность (инсерция). Вышеназванные методы не предполагают никаких изначальных сведений о генах, контролирующих тот или иной признак. Отсутствие рационального компонента в данном случае является положительным обстоятельством, поскольку не ограничен нашими сегодняшними представлениями о природе и генном контроле конкретного интересующего нас признака.

Значительный прогресс достигнут в практической области создания новых продуктов для медицинской промышленности и лечения болезней человека

Использование генно-инженерных продуктов в медицине.

На технологии рекомбинантных ДНК основано получение высокоспецифичных ДНК-зондов, с помощью которых изучают экспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены, обладающие родственными функциями (например, у человека и курицы). ДНК-зонды также используются в диагностике различных заболеваний.

Технология рекомбинантных ДНК сделала возможным нетрадиционный подход «белок-ген», получивший название «обратная генетика». При таком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этого белка, модифицируют его, создавая мутантный ген, кодирующий измененную форму белка. Полученный ген вводят в клетку. Если он экспрессируется, несущая его клетка и ее потомки будут синтезировать измененный белок. Таким образом можно исправлять дефектные гены и лечить наследственные заболевания.[1]

Если гибридную ДНК ввести в оплодотворенное яйцеклетку, могут быть получены трансгенные организмы, экспрессирующие мутантный ген и передающие его потомками. Генетическая трансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковых продуктов как в регуляции активности других генов, так и при различных патологических процессах. С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками. Например, микроинъекция рекомбинантной ДНК, содержавшей ген соматотропина быка в зиготу кролика позволила получить трансгенное животное с гиперпродукцией этого гормона. Полученные животные обладали ярко выраженной акромегалией.

3. Направления генной инженерии.

3. 1 Сельское хозяйство.

Генная инженерия непосредственно в сельском хозяйстве имела место быть уже в конце 1980-х годов, когда удалось успешно внедрить новые гены в десятки видов растений и животных — создать растения табака со светящимися листьями, томаты, легко переносящие заморозки, кукурузу, устойчивую к воздействию пестицидов.

Одна из важных задач генной инженерии — получение растений, устойчивых к вирусам, так как в настоящее время не существует других способов борьбы с вирусными инфекциями сельскохозяйственных культур. Введение в растительные клетки генов белка оболочки вируса, делает растения устойчивыми к данному вирусу. В настоящее время получены трансгенные растения, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.

Другая важная задача генетической инженерии связана с защитой растений от насекомых-вредителей. Применение инсектицидов не всегда является эффективным в связи с их токсичностью и возможностью смыва инсектицидов с растений дождевой водой. В генно-инженерных лабораториях Бельгии и США были успешно проведены работы по внедрению в растительную клетку генов земляной бактерии Bacillus thuringiensis, которые позволяют синтезировать инсектициды бактериального происхождения. Эти гены были введены в клетки картофеля, томатов и хлопчатника, вследствие чего трансгенные растения картофеля и томатов стали устойчивы к колорадскому жуку, растения хлопчатника оказались устойчивыми к разным насекомым, в том числе и к хлопковой совке. Применение генной инженерии в сельском хозяйстве позволило сократить использование инсектицидов на 40 — 60%. Генными инженерами были выведены трансгенные растения с удлиненным сроком созревания плодов. Это дает возможность снимать такие помидоры с куста красными с уверенностью, что они не перезреют при транспортировке.

Список растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, пополняется. В него входят яблоня, виноград, слива, капуста, баклажаны, огурцы, пшеница, рис, соя, рожь и множество других сельскохозяйственных культур.

Одним из основных направлений, в котором применяются технологии генной инженерии, является сельское хозяйство. Классическим уже методом улучшения качества продуктов сельского хозяйства является селекция – процесс, в котором путем искусственного отбора выделяются и скрещиваются отдельные растения или животные, обладающие определенными свойствами, для наследственной передачи этих свойств и их усиления[2]. Этот процесс достаточно продолжительный и не всегда действительно результативный. Генная инженерия обладает способностью наделить какой-то живой организм свойствами, ему нехарактерными, усилить проявление каких-то существующих свойств или исключить их. Это происходит за счет внедрения новых или исключения старых генов из ДНК организма.

К примеру, таким образом был выведен особый сорт картофеля, устойчивого к колорадскому жуку. Для этого в геном картофеля был введен ген почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, которая вырабатывает особый белок, губительный для колорадского жука, но безвредный для человека[3]. Применение генной инженерии для изменения свойств растений, как правило, делается как раз для повышения их устойчивости перед вредителями, неблагоприятными условиями среды, улучшения их вкусовых и ростовых качеств. Вмешательство в геном животных используется для ускорения их роста и повышения продуктивности. В продуктах сельского хозяйства таким образом также искусственно повышается количество незаменимых аминокислот и витаминов, а также их питательная ценность.

Количество аргументов за использование ГМП значительно превосходит возможные аргументы против. Так, сторонники ГМП ссылаются в частности на высокий уровень контроля качества всех генетически модифицированных продуктов (ГМП). За двадцатилетнюю историю использования этих продуктов в разных странах мира не было выявлено ни одного факта их отрицательного воздействия на здоровье человека, что нельзя сказать о продуктах традиционного сельского хозяйства, в котором неизбежно применение разного рода удобрений, многие из которых признаны вредными для человека. Более того, селекция, которая используется в сельском хозяйстве на протяжении веков, по сути, преследует целью ту же генную модификацию организмов, только осуществляет это за значительно больший период времени. Генная инженерия просто способна привнести необходимые изменения в организм за короткий срок, а потому использование ГМП не опаснее, чем использование любых других продуктов, выведенных методом классической селекции.

Противники использования генной инженерии в сельском хозяйстве апеллируют к недостаточности исследований безопасности ГМП (однако этот вопрос постоянно продолжает исследоваться), а также к тому факту, что ГМО иногда становятся причиной исчезновения отдельных видов. К примеру, одичавшие генетически модифицированные организмы могут вытеснить популяции диких видов за счет большей приспособленности к неблагоприятным условиям окружающей среды.

3.2. Фармацевтика и медицина.

Производство и применение вакцин против вирусных заболеваний позволили медиками ликвидировать полностью эпидемии чумы и оспы, от которых раньше умирали миллионы людей. Метод генной инженерии, в отличие от других методов, позволяет получить абсолютно безвредную (не содержащую инфекционного начала) вакцину. Ведутся также работы по производству вакцин от гриппа, гепатита и других вирусных заболеваний человека.

Услугами генной инженерии особенно успешно пользуются фармацевты, для которых этот метод дает сравнительно дешевые, но жизненно необходимые гормоны, такие как инсулин, интерферон, гормоны роста и другие, имеющие белковую природу. По заказу фармацевтов генными инженерами налажено производство человеческого гормона инсулина (вместо ранее применяемого животного инсулина), играющего важную роль в борьбе с сахарным диабетом. Методом генной инженерии получают также достаточно дешевый и чистый человеческий интерферон — белок, обладающий универсальным антивирусным действием, антиген вируса гепатита В.

В настоящее время кишечная палочка (E. coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин. Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. Для получения 100 г кристаллического инсулина требуется 800-1000 кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200 — 250 грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. В 1978 году исследователи из компании «Генентек» впервые получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки. Инсулин состоит из двух полипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот. При соединении их дисульфидными связями образуется нативный двухцепочечный инсулин. Было показано, что он не содержит белков E. coli, эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается. Впоследствии в клетках E. coli был осуществлен синтез проинсулина, для чего на матрице РНК с помощью обратной транскриптазы синтезировали ее ДНК-копию. После очистки полученного проинсулина его расщепили и получили нативный инсулин, при этом этапы экстракции и выделения гормона были сведены к минимуму. Из 1000 литров культуральной жидкости можно получать до 200 граммов гормона, что эквивалентно количеству инсулина, выделяемого из 1600 кг поджелудочной железы свиньи или коровы.

Соматотропин — гормон роста человека, секретируемый гипофизом. Недостаток этого гормона приводит к гипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4 — 6 мг соматотропина в пересчете на конечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден и мог содержать медленно развивающиеся вирусы. Компания «Genentec» в 1980 году разработала технологию производства соматотропина с помощью бактерий, который был лишен перечисленных недостатков. В 1982 году гормон роста человека был получен в культуре E. coli и животных клеток в институте Пастера во Франции, а с 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР. При производстве интерферона используют как E. coli, S. cerevisae (дрожжи), так и культуру фибробластов или трансформированных лейкоцитов. Аналогичными методами получают также безопасные и дешевые вакцины.

Практическое применение. Теперь умеют уже синтезировать гены, и с помощью таких синтезированных генов, введенных в бактерии, получают ряд веществ, в частности гормоны и интерферон. Их производство составило важную отрасль биотехнологии. Интерферон — белок, синтезируемый организмом в ответ на вирусную инфекцию, изучают сейчас как возможное средство лечения рака и СПИДа. Понадобились бы тысячи литров крови человека, чтобы получить такое количество интерферона, какое дает всего один литр бактериальной культуры. Ясно, что выигрыш от массового производства этого вещества очень велик. Очень важную роль играет также получаемый на основе микробиологического синтеза инсулин, необходимый для лечения диабета. Методами генной инженерии удалось создать и ряд вакцин, которые испытываются сейчас для проверки их эффективности против вызывающего СПИД вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). С помощью рекомбинантной ДНК получают в достаточных количествах и человеческий гормон роста, единственное средство лечения редкой детской болезни — гипофизарной карликовости. Еще одно перспективное направление в медицине, связанное с рекомбинантной ДНК, — т.н. генная терапия. В этих работах, которые пока еще не вышли из экспериментальной стадии, в организм для борьбы с опухолью вводится сконструированная по методу генной инженерии копия гена, кодирующего мощный противоопухолевый фермент. Генную терапию начали применять также для борьбы с наследственными нарушениями в иммунной системе. В сельском хозяйстве удалось генетически изменить десятки продовольственных и кормовых культур. В животноводстве использование гормона роста, полученного биотехнологическим путем, позволило повысить удои молока; с помощью генетически измененного вируса создана вакцина против герпеса у свиней.

4. Клонирование.

Основой для возникновения одного из самых перспективных биомедицинских направлений в заместительной клеточной терапии — терапевтического клонирования явились два важнейших открытия конца XX века. Это, во-первых, создание клонированной овечки Долли [1], во-вторых, получение эмбриональных стволовых клеток (ЭСК).

Клонирование – это воспроизведение живого существа его неполовых (соматических) клеток. Клонирование органов и ней – важнейшая задача в области трансплантологии, травматологии и других областях медицины и биологии. При пересадке клонированных органов не возникают реакции отторжения и отсутствуют возможные неблагоприятные последствия (например, рак, развивающийся на фоне иммунодефицита). Клонированные органы – это спасение для людей, попавших в автомобильные аварии или иные катастрофы, а также нуждающихся в радикальной помощи вследствие каких-либо заболеваний. Клонирование может дать бездетным людям возможно, иметь своих собственных детей, помочь людям, страдающим тяжелыми генетическими заболеваниями. Так, если гены, определяющие какое-либо наследственное заболевание, содержатся в хромосомах то в яйцеклетку матери пересаживается ядро ее собственной соматической клетки, тогда появится ребенок, лишенный опасных генов, копия матери. Если эти гены содержатся в хромосомах матери, в ее яйцеклетку будет перемещено ядро соматической клетки отца и появится здоровый ребенок, копия отца. Дальнейший прогресс человечества во многом связан с развитием биотехнологии. Вместе с тем необходимо учитывать, что неконтролируемое распространение генно-инженерных живых организмов и продуктов может нарушить биологический баланс в природе и представлять угрозу здоровью человека.

Клонирование целого организма называется репродуктивным. В этом направлении до сих пор ведутся исследования, однако есть и определенные успехи.

Широко известен случай клонирования в Великобритании овцы Долли[4]. Этот эксперимент по клонированию млекопитающего был поставлен группой ученых, возглавляемой Яном Вилмутом. Тогда в 277 яйцеклеток были перенесены ядра, взятые из вымени животного-донора. Из них образовалось 29 эмбрионов, один из которых выжил. Долли родилась 5 июля 1996 года и стала первым млекопитающим, чье клонирование прошло успешно. Клонированное животное прожило 6,5 лет и умерло 14 февраля 2003 от прогрессирующего заболевания лёгких, вызванного ретровирусом. Сообщается, что это распространенное заболевание у овец, которые содержатся в закрытом помещении, а Долли из соображений безопасности практически не выводили пастись.

Существуют некоторые заблуждения в представлениях о клонировании. Так клонирование человека или животного однозначно не способно повторить сознание. Клонированный индивид не будет наделен разумом исходного организма, он будет нуждаться в воспитании, образовании и т.д. Более того, спорным является и вопрос полной внешней идентичности клона. Как правило, клон не является полной копией оригинала, т.к. при клонировании копируется только генотип, что не означает однозначное повторение фенотипа организма. Фенотип формируется на основе определенных генетических данных[5], однако условия, в которых будет выращиваться клон, способны некоторым образом повлиять на его развитие: рост, вес, телосложение, некоторые особенности умственного развития.

В большинстве стран мира любые работы по репродуктивному клонированию человека запрещены[6]. Такое клонирование человека встречается с еще большими этическими, религиозными и юридическими проблемами, чем терапевтическое. В принципе, определенного мнения общественности на этот счет не существует, ровно как и крупнейшие мировые религии не способны дать этому явлению однозначную оценку, ибо это выходит за рамки их классических учений, а потому требует аргументации. Появляются также некоторые юридические сложности, вроде вопросов отцовства, материнства, наследования, брака и некоторых других. Развитие клонирования небезопасно также и из соображений контроля над ним, а также возможной утечки технологии в криминальные и террористические круги. Отдельную обеспокоенность вызывает высокий процент неудач при клонировании, что являет опасность появления людей-уродов.

4.1 Состояние исследований по терапевтическому клонированию в России.

Несмотря на бум по поводу больших возможностей ЭСК в лечении различных заболеваний, работы по терапевтическому клонированию в России пока практически не ведутся. В первую очередь это объясняется отсутствием законодательной базы для проведения исследований с использованием овоцитов и эмбрионов человека. С принятием таких законов для России существует реальная возможность очень быстрого развития терапевтического клонирования. В нашей стране имеются эффективные клеточные технологии получения реконструированных эмбрионов методом трансплантации ядер. По-существу, основы современных технологий переноса ядер соматических клеток, сочетающие микрохирургию и электрослияние были разработаны впервые у нас в 80-х годах прошлого столетия [51]. Также имеются эффективные технологии получения линий человеческих ЭСК [52].

Реализовывать задачи терапевтического клонирования возможно на основе центров репродукции, которые помимо их прямого предназначения, могут стать цент­рами по получению линий ЭСК, в первую очередь, не­посредственно для женщин — пациенток данного центра и любых членов их семей. Можно ожидать, что с развитием терапевтических технологий получение соб­ственных ЭСК станет доступно каждому человеку. Не­обходимо осуществлять тесное сотрудничество центров репродукции с соответствующими научно-исследовательскими лабораториями, ориентированными на решение фундаментальных проблем и на разработку новых технологий. К подобным технологиям можно отнести реконструкцию эмбрионов с применением неинвазивных оптико-лазерных приемов микроманипулирования в целях терапевтического клонирования

5. Проблемы генной инженерии.

Генная инженерия – это абсолютно новая технология, разрушающая фундаментальные генетические барьеры не только между видами, но и между людьми, животными и растениями. Объединяя гены непохожих и не состоящих в родстве видов, навсегда изменяя их генетические коды, создаются новые организмы, которые будут передавать генетические изменения своим потомкам по наследству. Сегодня ученые способны вырезать, вставлять, рекомбинировать, трансформировать, редактировать и программировать генетический материал. Животные и даже человеческие гены добавляются растениям или животным, порождая невообразимые трансгенные жизненные формы. В первый раз в истории человеческие существа стали архитекторами жизни. Биоинженеры смогут создать десятки тысяч новых организмов в течение нескольких ближайших лет. Перспективы устрашающие. Генная инженерия поднимает беспрецедентные этические и социальные вопросы, а также ставит под угрозу благополучие окружающей среды, здоровья людей и животных и будущее сельского хозяйства. Далее описываются лишь некоторые из проблем, связанных с генной инженерией:

Генетически измененные организмы, которые сбегут или будут выпущены из лаборатории, могут вызвать разрушение окружающей среды. Генетически созданные «биологические загрязнители» потенциально могут быть более деструктивными, чем даже химические загрязняющие вещества. Поскольку они живые, генетически измененные продукты по своему существу более непредсказуемы, чем химические, – они могут размножаться, мигрировать и мутировать. Стоит однажды выпустить эти генетически измененные организмы в среду, их уже будет практически невозможно вернуть обратно в лабораторию. Многие ученые предупреждают, что выпуск таких организмов во внешнюю среду может привести к необратимым разрушительным последствиям для экологии.

Генетические изменения, вероятно, приведут к непредвиденным результатам и опасным сюрпризам. Биотехнология – это неточная наука, и ученые никогда не смогут гарантировать успех на 100 процентов. В практике случались серьезные случаи. Исследователи, проводившие эксперименты в университете штата Мичиган, недавно выяснили, что генетически измененные растения, устойчивые перед вирусами, могут вызывать мутацию вирусов в новые более опасные формы или формы, которые способны атаковать другие виды растений. Иные устрашающие сценарии: инородные гены генетически измененных растений могут быть перенесены вместе с пыльцой, насекомыми, ветром или дождем на другие культуры, а также дикие и сорные растения. Может случиться беда, если свойства генетически измененных культур, такие как устойчивость перед вирусами или насекомыми, получат сорняки, например. Генетически измененные растения способны производить токсины и другие вещества, которые могут нанести вред птицам и другим животным. Генная инженерия растений и животных практически определенно подвергнет опасности виды и уменьшит биологическое разнообразие. В силу своих «превосходных» генов, некоторые из ГИ растений и животных неизбежно выйдут из-под контроля, покоряя дикие виды. Так уже происходило при ввозе в страну экзотических видов, например, в Северной Америке возникали проблемы с голландской болезнью вязов и пуерарией вьющейся. Что случится с дикими видами, например, когда ученые выпустят в среду карпа, лосося или форель в два раза большую и съедающую в два раза больше еды, чем ее дикие сородичи? Другая опасность лежит в создании новых видов сельскохозяйственных культур и домашних животных. После того, как ученые создадут то, что будет названо «идеальным помидором» или «идеальной курицей», их начнут воспроизводить в больших количествах; «менее желательные» виды будут оставлены у обочины. «Идеальные» животные и растения будут затем клонированы (воспроизведены как точные генетические копии), еще больше сокращая базу доступных генов на планете.

Генетически измененные растения, устойчивые к гербицидам, приведут к повышению использования химикатов в сельском хозяйстве и к еще большему загрязнению окружающей среды. Биотехнические компании любят говорить, что генная инженерия положит конец использованию опасных химических веществ в сельском хозяйстве. Но лидерами в области биотехнологий являются гигантские химические компании, такие как «Monsanto», «Du Pont» и «Rhone-Ponlenc», которые не заинтересованы в том, чтобы терять прибыль от продажи химикатов. Эти компании создали ГИ-растения, устойчивые к гербицидам, производимым ими, что позволило им продавать больше удобрений фермерам, которые, в свою очередь, могут применять больше ядовитых гербицидов к сельскохозяйственным культурам для уничтожения сорняков. Даже культуры, измененные для создания собственных пестицидов, представляют собой опасность. В конечном счете, разовьются устойчивые паразиты, и тогда более сильные химические вещества будут необходимы для избавления от них. А что случится, если ген пестицида распространится на сорняки и другие нежелательные растения?

Генетическое изменение сельскохозяйственных культур и животных может спровоцировать развитие токсических и аллергических реакций у людей. Человек, имеющий аллергию на орехи или моллюски, например, не будет иметь возможности узнать, не был ли помидор или другой продукт изменен с добавлением белков продуктов-аллергенов, а потому потребление данных ГИ продуктов может привести к фатальным последствиям. Кроме того, генные инженеры могут взять белок бактерии, найденной в почве, океане – где угодно – и добавить его в человеческую еду. Такие вещества никогда не добавлялись в пищу ранее, поэтому сведений об их токсичности и аллергенности нет.

Известны случаи, когда генетически измененные продукты приносили вред людям. В 1989 и 1990 годах генетически созданный Л-триптофан, распространенная пищевая добавка, убил более 30 американцев и надолго вывел из строя более 5000 человек, поразив потенциально смертельным и болезненным заболеванием крови, синдромом эозинофилии-миалгии, прежде чем был запрещен. Производитель «Showa Denko K.K.», третья по величине в Японии химическая компания, использовала генетически измененную бактерию для создания этой добавки, продававшейся без рецепта. Считается, что бактерия как-то была заражена в процессе рекомбинации ДНК. На продуктах не ставится указаний о том, что он был генетически изменен. Патентование ГИ-продуктов и широкое распространение производства продуктов биотехнологий уничтожит фермерство, каким оно известно с древнейших времен. Если эту тенденцию не остановить, патентование трансгенных растений и животных мясо-молочной отрасли вскоре приведет к развитию земледелия на основе аренды, когда фермеры будут брать в аренду растения и животных у биотехнологических конгломератов и платить за семена и потомство. В конечном счете, в течение следующих нескольких десятилетий, сельское хозяйство будет стерто с лица земли и перейдет под контроль промышленных фабрик биосинтеза, контролируемых химическими и биотехнологическими компаниями. Никогда больше люди не насладятся натуральными свежими продуктами. Сотни миллионов фермеров и других работников по всему миру потеряют свои заработки. Устойчивая сельскохозяйственная система будет разрушена.

Генетическое изменение и патентование животных снизит статус живых существ до производственных продуктов и приведет к еще большим страданиям. В январе 1994 года было объявлено о том, что выяснена полная карта генома коров и свиней, что предшествовало дальнейшему развитию экспериментов над животными. В дополнение к изначальной жестокости подобных экспериментов (ошибочные экземпляры рождались с болезненными дефектами, хромыми, слепыми и т.д.), эти «производственные» создания не имели большего значения для их «создателей», чем механические изобретения. Животные, генетически созданные для использования в лабораториях, такие как печально известная «гарвардская мышь», которая имела человеческий ген, вызывающий рак, который передавался всем последующим поколениям, были созданы для страданий. Чисто редукционистская наука, биотехнология снижает значимость жизни до частиц информации (генетического кода), которые можно разбирать и собирать так, как заблагорассудится. Лишенные своей неповторимости и сокровенности, животные, которые являются просто объектами для своих «изобретателей», будут рассматриваться как таковые. В настоящее время ожидают одобрения патенты на более 200 генетически измененных «причудливых» животных.

Никогда генетически созданные организмы не проверялись адекватно или должным образом на предмет безопасности. На сегодняшний день не существует соответствующей правительственной организации, созданной для работы с этим радикально новым классом существ, потенциально несущих огромные угрозы здоровью и окружающей среде. Политика Управления по контролю за пищевыми продуктами и лекарственными средствами США в отношении генетически измененных продуктов иллюстрирует проблему. В мае 1992 года в этой стране была разработана новая политика в отношении биотехнологических продуктов: генетически измененные продукты не будут рассматриваться отдельно от натуральных; они не будут тестироваться на безопасность; они не будут содержать этикетки, указывающей, что они были генетически изменены; американское правительство не будет отслеживать ГИ-продукты. В результате ни правительство, ни потребители не будут знать, какие цельные или обработанные продукты были генетически изменены. Вегетарианцы и люди, исключающие определенные продукты из рациона в связи с религиозными убеждениями, столкнутся с перспективной невольного потребления овощей и фруктов, содержащих генетический материал животных и даже людей. А последствия для здоровья будут выяснены только путем проб и ошибок – потребителями.

Патентуя открытые ими гены и живые организмы, небольшая корпоративная элита вскоре будет контролировать все генетическое наследие планеты. Ученые, которые «открывают» гены и способы манипулирования ими, могут получать патенты – и, таким образом, право владения – не только на технологии генетических изменений, но и на сами гены. Химические, фармацевтические и биотехнологолические компании, такие как «DuPont», «Upjohn», «Bayer», «Dow», «Monsanto», «Cib-Geigy» и «Rhone-Poulenc», срочно пытаются определить и запатентовать гены растений, животных и людей, чтобы совершить полный захват отраслей сельского хозяйства, животноводства и производства пищевых продуктов. Это те же компании, что когда-то обещали беззаботную жизнь с пестицидами и пластиком. Можно ли доверять их планам на будущее?

Изучение генома человека может привести к рассекречиванию личной информации и новым уровням дискриминации. Некоторым людям уже отказывают в медицинском страховании на основании «плохих» генов. Не будут ли требовать генного сканирования работодатели, и не откажут ли они своим работникам от места на основании его результатов? Не получит ли правительство доступ к нашим личным генетическим профилям? Легко можно представить новый уровень дискриминации, направленной против тех, чьи генетически профили указывают, что они, например, менее умны или предрасположены к появлению определенных заболеваний.

Генная инженерия уже использовалась для «улучшения» человеческой расы,– практика под названием евгеника. Генное сканирование уже позволяет нам выяснять, не носит ли плод гены определенных наследственных заболеваний. Не начнем ли мы в ближайшем будущем избавляться от плодов на основании не угрожающих жизни дефектов, таких как миопия, предрасположенность к гомосексуальности, или по чисто косметическим причинам? Исследователи Университета Пенсильвании подали заявку на патент ГИ клеток спермы животных с тем, чтобы свойства, передаваемые одним поколением следующему, можно было изменять; это предполагает, что подобное возможно и в отношении людей. Переход от животной евгеники к человеческой – всего лишь один небольшой шаг. Все хотят лучшего для своих детей, но где мы остановимся? По неосторожности мы вскоре можем повторить усилия нацистов по созданию «совершенной» расы.

Вооруженные силы США создают арсенал генетически измененного биологического оружия. Хотя создание биологического оружия для наступления было объявлено незаконным в соответствии с международными договорами, США продолжает разрабатывать такое оружие в целях защиты. Однако генетически измененные биологические агенты идентичны, используются ли они для защиты или нападения. Области исследования подобного оружия включают следующие: бактерия, устойчивая ко всем антибиотикам; более устойчивые и опасные бактерии и вирусы, которые живут дольше и убивают быстрее, а также новые организмы, которые могут аннулировать действие вакцины или снизить природную сопротивляемость людей и растений. Также исследовались возможности разработки патогенных микроорганизмов, которые могут нарушать гормональный баланс человека достаточно, чтобы вызывать смерть, и трансформации безвредных бактерий (таких как те, что имеются в кишечнике человека) в убийц. Некоторые специалисты уверены, что также разрабатываются ГИ патогенные микроорганизмы, которые нацелены на определенные расовые группы.

Не все ученые оптимистично настроены в отношении генной инженерии. Среди скептиков Ирвин Чаргофф, выдающийся биохимик, которого часто называют отцом молекулярной биологии. Он предупреждает, что не все инновации приводят к «прогрессу». Чаргофф однажды назвал генную инженерию «молекулярным Аушвицем» и предупредил, что технология генной инженерии ставит мир под большую угрозу, чем приход ядерной технологии. «Я чувствую, что наука преступила барьер, который должен оставаться ненарушенным», – писал он в своей автобиографии. Отмечая «ужасающую необратимость» планируемых экспериментов генной инженерии, Чаргофф предупреждал, что «… вы не можете отменить новую форму жизни… она вас переживет, и ваших детей, и детей ваших детей. Необратимая атака на биосферу – это что-то столь неслыханное, столь невообразимое для предыдущих поколений, что я могу лишь пожелать, чтобы я не был в этом повинен».

5. Заключение

Общественное мнение. Несмотря на явную пользу от генетических исследований и экспериментов, само понятие «генная инженерия» породило различные подозрения и страхи, стало предметом озабоченности и даже политических споров. Многие опасаются, например, что какой-нибудь вирус, вызывающий рак у человека, будет введен в бактерию, обычно живущую в теле или на коже человека, и тогда эта бактерия будет вызывать рак. Возможно также, что плазмиду, несущую ген устойчивости к лекарственным препаратам, введут в пневмококк, в результате чего пневмококк станет устойчивым к антибиотикам и пневмония не будет поддаваться лечению. Такого рода опасности, несомненно, существуют. Генетические исследования ведутся серьезными и ответственными учеными, а методы, позволяющие свести к минимуму возможность случайного распространения потенциально опасных микробов, все время совершенствуются. Оценивая возможные опасности, которые эти исследования в себе таят, следует сопоставлять их с подлинными трагедиями, вызванными недоеданием и болезнями, губящими и калечащими людей.

Генная инженерия является одной из наиболее активно развивающихся и перспективных технологий нашего времени, которая в будущем сможет решить многие вопросы медицины и не только. Мое личное мнение по большинству спорных вопросов генной инженерии склоняется в сторону разрешения исследований и применения этих технологий.

На мой взгляд, генетическая модификация организмов при разумном контроле над этим процессом, способна решить некоторые серьезные проблемы современности. В частности, применения генной модификации в медицине с целью лечения различных заболеваний мне кажется положительным явлением, не вызывающим никаких нареканий на данном этапе развития науки.

Что касается применения генетической модификации в сельском хозяйстве и распространении генно-модифицированных продуктов, то, на мой взгляд, их гипотетическая опасность для здоровья человека фактически не подтверждается. Мне кажется, что если стандартные исследования по безопасности этих продуктов говорят о том, что их использование возможно, то они не нуждаются в каких-либо дополнительных исследованиях. ГМО в данном случае нужно рассматривать как некий новый вид растения или продукта и при условии, что он отвечает всем стандартным нормам безопасности продуктов питания, его использование следует однозначно разрешать. Также я разделяю ту точку зрения, что ГМП ввиду особого контроля к ним, улучшения их свойств на генном уровне и отсутствия необходимости применения различных вредных для человека удобрений при выращивании могут быть даже более безопасными, чем обычные продукты сельского хозяйства.

Вопросы клонирования представляют серьезные этические проблемы, когда вопрос заходит о клонировании человека. На данном этапе доводы о необходимости репродуктивного клонирования людей, на мой взгляд, недостаточно убедительны, а потому запрет на репродуктивное клонирование мне кажется обоснованным. Однако это не означает, что все исследования в данной области следует прекратить, ведь в том случае, если наука сможет дать большую вероятность выживания клонов, а общественность сможет решить другие спорные вопросы, репродуктивное клонирование вполне может быть разрешено.

Вопрос терапевтического клонирования также достаточно сложен, ведь для получения стволовых клеток необходимо остановить развитие эмбриона, который в принципе может развиться в ребенка. Мне кажется, что эта этическая проблема в некотором роде близка проблеме абортов. Однако с учетом всех обстоятельств, я склонен выступать за разрешение терапевтического клонирования, т.к. это способно спасти жизнь человека ценой возможной жизни, прерванной на этапе зарождения.

Что же касается самого изучения и исследования вопросов клонирования, в частности вопросов репродуктивного клонирования животных, на мой взгляд, оно должно быть разрешено, так как запрещать его неразумно в контексте использования животных в любых других видах лабораторных исследований.

Список используемой литературы.

1. Бочкарёв А. И. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов / А. И. Бочкарёв, Т. С. Бочкарёва, С. В. Саксонов; под ред. проф. А. И. Бочкарёва. – Тольятти: ТГУС, 2008. – 386 с.

2. Г96Гусейханов М. К., Раджабов О. Р. Концепции современного естествознания: Учебник. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К°», 2007. — 540 с.

3. ru.wikipedia.org/wiki/Биотехнология.

4. ru.wikipedia.org/wiki/Генная_инженерия

5. ru.wikipedia.org/wiki/Генетически_модифицированный_организм

6. ru.wikipedia.org/wiki/Селекция

7. ru.wikipedia.org/wiki/Биотехнология

8. ru.wikipedia.org/wiki/Исследования_безопасности_генетически_модифицированных_продуктов_и_организмов

9. ru.wikipedia.org/wiki/Клонирование_(биотехнология)

10. ru.wikipedia.org/wiki/Терапевтическое_клонирование

11. ru.wikipedia.org/wiki/Долли

[1] См: Бочкарёв А. И. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов / А. И. Бочкарёв, Т. С. Бочкарёва, С. В. Саксонов; под ред. проф. А. И. Бочкарёва. – Тольятти: ТГУС, 2008. – 386 с.

[2] ru.wikipedia.org/wiki/Селекция

[3] ru.wikipedia.org/wiki/Биотехнология

[5] ru.wikipedia.org/wiki/Терапевтическое_клонирование

[4] ru.wikipedia.org/wiki/Долли

[6] ru.wikipedia.org/wiki/Клонирование_(биотехнология)

www.ronl.ru

Читать реферат по биологии: "Генная и клеточная инженерия. Биотехнологии"

(Назад) (Cкачать работу)

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Государственное образовательное учреждение Высшего

профессионального образования ВлГУ Кафедра истории и религиоведения Реферат

на тему: Генная и клеточная инженерия. Биотехнологии. Выполнила: Шипилова Е.В. Гр.ЗЮ-110

Проверила: доцент кафедры истории и

религиоведения Зубков С.А. Владимир 2011

СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение3 2. Возможности генной инженерии. Биотехнологии5 3. Направления генной инжинерии9

3.1. Сельское хозяйство9

3.2 Медицина и фармацевтика11 4. Клонирование14

4.1 Состояние исследований по терапевтическому

клонированию в России16

5. Проблемы17

6. Заключение23 Список литературы25

Введение

Генная инженерия - направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. В основе генной инженерии лежит обусловленная последними достижениями молекулярной биологии и генетики возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. К этим достижениям следует отнести установление универсальности генетического кода, то есть факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями нуклеотидов в цепи ДНК; успехи генетической энзимологии, предоставившей в распоряжение исследователя набор ферментов, позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты, осуществлять in vitro синтез фрагментов нуклеиновых кислот, объединить в единое целое полученные фрагменты. Таким образом, изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов нового генетического материала, введение этого материала в рецепиентный организм, создания условий для его функционирования и стабильного наследования.

Генная инженерия возникла в нач. 70-х гг. 20 в. Генетическая инженерия основана на извлечении из клеток какого-либо организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов и соединении их со специальными молекулами ДНК (т. н. векторами), способными проникать в клетки другого организма (главным образом микроорганизмов) и размножаться в них, т.е. создание молекул рекомбинантных ДНК.

Рекомбинантные (чужеродные) ДНК привносят в реципиентный организм новые генетические и физико-биохимические свойства. К числу таких свойств можно отнести синтез аминокислот и белков, гормонов, ферментов, витаминов и др.

Применение методов генетической инженерии открывает перспективу изменения ряда свойств организма: повышение продуктивности, резистентности к заболеваниям, увеличение скорости роста, улучшения качества продукции и др. Животных, несущих в своем геноме рекомбинантный (чужеродный) ген, принято называть трансгенными, а ген, интегрированный в геном реципиента, – трансгеном. Благодаря переносу генов у трансгенных животных возникают новые качества, а дальнейшая селекция позволяет закрепить их в потомстве и создать трансгенные линии.

Методы генетической инженерии позволяют создавать новые генотипы растений быстрее, чем классические методы селекции и появляется возможность целенаправленного изменения генотипа – трансформации.

Генетическая трансформация заключается главным образом в переносе чужеродных или модифицированных генов в эукариотические клетки. В клетках растений возможна экспрессия генов, перенесенных не только от других растений, но и от микроорганизмов и даже животных.

Получение растений с новыми свойствами из трансформированных клеток (регенерация) возможно благодаря их свойству топитотентности, т.е. способность отдельных клеток в процессе реализации генетической информации к развитию в целый организм.

Возможности генной инженерии. Биотехнологии.

В настоящее время фармацевтическая промышленность завоевала лидирующие позиции в мире, что нашло отражение не только в объёмах промышленного производства, но и в финансовых средствах, вкладываемых в эту промышленность (по оценкам экономистов, она вошла в лидирующую группу по объёму купли-продажи акций на рынках ценных бумаг). Важной новинкой стало и то, что фармацевтические компании включили в свою сферу выведение новых сортов сельскохозяйственных растений и животных, и тратят на это десятки миллионов долларов в год, они же мобилизировали выпуск химических веществ для быта. Добавок к продукции строительной индустрии и так далее. Уже не десятки тысяч, а возможно, несколько сот тысяч высококвалифицированных специалистов заняты в исследовательских и промышленных секторах фарминдустрии,и именно в этих областях интерес к геномным и генно-инженерным исследованиям исключительно высок.

Очевидно поэтому любой прогресс биотехнологий растений будет зависеть от разработки генетических систем и инструментов, которые позволят более эффективно управлять трансгенами. Ситуация аналогична той, которая наблюдается в компьютерной индустрии, где помимо увеличения объёмов обрабатываемой информации и улучшения самих компьютеров, нужны ещё и операционные системы управления информацией, типа микрософтовских “окон”.

Для чистого вырезания трансгенного ДНК в растительный геном, всё больше применяют заимствованные из микробной генетики системы гомологичной рекомбинации, такие как системы Cre-lox и Flp-frt. Будущее, очевидно, будет за управляемым переносом генов от сорта к сорту, основанного на применении предварительно подготовленного растительного материала, который уже содержит в нужных хромосомах участки гомологии, необходимого для гомологичного встраивания трангена. Помимо интегративных систем экспрессии, будут опробованы автономно реплицирующиеся векторы.осбый интерес представляют искуственные хромосомы растений, которые теоретически не накладывают никаких ограничений на объём вносимой теоретической информации.

Учёные занимаются поиском генов, кодирующих новые полезные признаки. Ситуация в этой области меняется радикальным образом, прежде всего, существованию публичных баз данных, которые содержат информацию о большинстве генов, бактерий, дрожжей, человека и растений, а также вследствие разработки методов, позволяющих одновременно анализировать экспрессию большого количества генов с очень высокой пропускной способностью. Применяемые на практике методы можно разделить на две категории:

1. Методы, позволяющие вести экспрессионное профилирование: субстракционная гибридизация, электронное сравнение EST-библиотек, «генные чипы» и так далее. Они позволяют устанавливать корреляцию между тем или иным фенотипическим признаком и активностью конкретных генов.2. Позиционное клонирование, заключается в создании за счет инсерционного мутагенеза мутантов с нарушениями в интересующем нас признаке или свойстве, с последующим клонированием соответствующего гена как такового, который заведомо содержит известную последовательность (инсерция).Вышеназванные методы не предполагают никаких изначальных сведений о генах, контролирующих тот или иной признак. Отсутствие рационального компонента в данном случае является положительным обстоятельством, поскольку не ограничен нашими сегодняшними представлениями о природе и генном контроле конкретного интересующего нас признака.

Значительный прогресс достигнут в практической области создания новых продуктов для медицинской промышленности и лечения болезней человека

Использование генно-инженерных продуктов в медицине.

referat.co

Смотрите также

• 
  Бады вред или польза реферат
• 
  Александр 1 исторический портрет реферат
• 
  Экологическая безопасность технических систем реферат
• 
  Празднование осени народами сибири реферат
• 
  Танец рок н ролл реферат
• 
  Microsoft word реферат на английском
• 
  Реферат дошкольное образование в болгарии
• 
  Вооруженная борьба восточных славян реферат
• 
  Реферат философия толстого л н
• 
  Шопен творчество и биография реферат
• 
  Реферат декабристы и русское общество