Генная инженерия за и против
«Генная инженерия: за и против»
План:
1. Генная инженерия. История появления и развития генной инженерии.
2. Неоднозначность в вопросах о пользе ГИ.
3. Генетически модифицированный организм (ГМО).
4. Польза и вред генномодифицированных продуктов.
1. Генная инженерия.
Генетическая инженерия (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.
Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология. Уже сегодня генная инженерия позволяет включать и выключать отдельные гены, контролируя таким образом деятельность организмов, а также — переносить генетические инструкции из одного организма в другой, в том числе — организмы другого вида. По мере того, как генетики всё больше узнают о работе генов и белков, всё более реальной становится возможность произвольным образом программировать генотип (прежде всего, человеческий).
Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим. Цель генной инженерии – не воплощение в реальность мифов, а получение клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые «человеческие» белки.
История появления и развития генной инженерии:
Любое растение или животное имеет тысячи различных признаков. За наличие каждого конкретного признака отвечает определённый ген. Ген представляет собой маленький отрезок молекулы ДНК и генерирует или порождает определённый признак растения или животного. Если внести в организм (растение, микроорганизм, животное или даже человек) новые гены, то можно наделить его новой желательной характеристикой, которой до этого он никогда не обладал. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК: изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств.
Генная инженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики. В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК, на рубеже 50 – 60-х годов 20 века были выяснены свойства генетического кода, а к концу 60-х годов его универсальность была подтверждена экспериментально. Шло интенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой стали E.coli, ее вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов. ДНК вирусов и плазмид вводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию и экспрессию соответствующих генов. В 1970 году Г.Смитом был впервые выделен ряд ферментов – рестриктаз, пригодных для генно-инженерных целей. Г.Смит установил, что полученный из бактерий очищенный фермент HindII сохраняет способность разрезать молекулы нуклеиновых кислот (нуклеазная активность), характерную для живых бактерий. Комбинирование ДНК-рестриктаз (для разрезания молекул ДНК на определенные фрагменты) и выделенных еще в 1967 г. ферментов – ДНК-лигаз (для «сшивания» фрагментов в произвольной последовательности) по праву можно считать центральным звеном в технологии генной инженерии.
Датой рождения генной инженерии можно считать 1972 год, когда П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер с сотрудниками (Стенфордский университет) создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. Coli.
Таким образом, к началу 70-х годов были сформулированы основные принципы функционирования нуклеиновых кислот и белков в живом организме и созданы теоретические предпосылки генной инженерии
Академик А.А. Баев был первым в нашей стране ученым, который поверил в перспективность генной инженерии и возглавил исследования в этой области. Генетическая инженерия (по его определению) – конструирование in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе – создание искусственных генетических программ.
2.Неоднозначность в вопросах о пользе ГИ.
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. Так как генная инженерия появилась совсем не давно, многие ученые еще скептически относятся к этой панацеи от всех заболеваний. Существует масса различных мнений: некоторые считают, что, внося изменения в генный код растения или животного, учёные делают то же самое, что и сама природа (абсолютно все живые организмы от бактерии до человека — это результат мутаций и естественного отбора), другие, напротив считают это противоестественным вмешательством в природу.
Вот несколько мнений против 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. Это могут быть токсические вещества, аллергены или другие вредные для здоровья вещества. Сведения о подобного 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 незамеченными.
6. 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.
Мнения за генную инженерию:
1. Именно применение генноинженерной методики позволили расшифровать геном человека и многих других организмов, выявить гены, отвечающие за те или иные признаки, в том числе тяжелые наследственные заболевания. Последнее открывает новые пути к лечению ранее безнадежных недугов.
2. Весьма эффективна генная инженерия и в фармакологии. Например, пересаживают гены, кодирующие синтез того или иного ценного лекарственного препарата (эритропоэтина человека, инсулина и пр.), в молочные железы домашних животных, и это позволяет легко получать необходимые лекарства в больших количествах.
3. С помощью генной инженерии в будущем можно будет излечить врожденные заболевания или различные отклонения, с которыми рождаются некоторые дети, из-за сбоя в генах. И даже такие заболевания как ВИЧ.
4. Население Земли увеличивается с каждым годом, поэтому генетически модифицированные продукты призваны спасти растущее население планеты от голода. Будущее за геннномодифицированными продуктами.
3. Генетически модифицированный организм (ГМО).
Генетически модифицированный организм (ГМО) — живой организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Такие изменения, как правило, производятся в научных или хозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутагенеза.
История появления ГМО-продуктов:
Всю историю сельского хозяйства (около 10 000 лет) человек для своей пользы улучшал животных и растения. Вначале селекция была основана на явлении естественной генетической изменчивости, позже люди научились искусственно создавать комбинативную изменчивость (гибридизация), а в последние десятилетия — и мутационную (мутагенез). Принцип селекции всегда оставался неизменным — отбор ценных генотипов. Результат известен — современные виды капусты совершенно непохожи на своих далёких предков, а початки кукурузы сегодня примерно в 10 раз больше тех, что выращивались 5 тысяч лет назад. К сожалению, кпд селекции очень низок — из тысяч и десятков тысяч исходных растений селекционер выводит всего один-два сорта.
Началом эволюции в сельском хозяйстве же можно считать 1983 год, когда была проведена первая пересадка генов.
При исследовании почвенной бактерии, вырабатывающей на деревьях наросты, выяснилось, что, паразитируя, эта бактерия отдает фрагмент своей ДНК в растительную клетку дерева, где он встраивается в хромосому. После этого чужая ДНК принимается как собственная, поэтому бактерия вынуждает дерево синтезировать нужные ей питательные вещества. Такой эксперимент считается стартом генной инженерии растений.
Генная инженерия: хорошо или плохо?
Генная инженерия спасет мир от голода или наоборот, погубит биоразнообразие нашей планеты? Непростой вопрос. Хелена Древес Боллесен – датский специалист по органическим продуктам питания, в своей книге «Быть или не быть… Опыт датского органического сельского хозяйства», рассказывает о проблемах связанных с использованием ГМО продукции и тех последствиях, которые могут ожидать нас в будущем.
По мере того как старые методы ведения промышленного сельского хозяйства постепенно теряют эффективность, наука ищет новые пути развития — одним из них и является генная инженерия. Генетически модифицированные организмы не используются в органическом сельском хозяйстве, однако генная инженерия — технология со множеством возможностей применения, которая без сомнения повлияет на развитие земледелия и пищевой промышленности, поэтому нам представляется целесообразным обсудить здесь ее перспективы.
Сегодня генная инженерия в основном применяется в растениеводстве и фармацевтической промышленности, а также при производстве ферментов.
Фармацевтика
В 1987 году датская фармацевтическая компания «Ново Нордиск» создала первые генетически измененные клетки дрожжей, способные выделять инсулин — так называемый человеческий инсулин. Прежде инсулин был исключительно животного происхождения и добывался из поджелудочных желез коров и свиней. Животный инсулин дорог в производстве и может вызывать аллергические реакции, новая же технология позволила значительно удешевить производство препарата и свести на нет побочные эффекты. Сегодня на рынке представлен как человеческий инсулин, так и инсулин животного происхождения.
Фотография с сайта www.medscape.com
Та же методика используется и для производства некоторых видов антибиотиков и вакцин. Как и в случае с инсулином, это приводит к снижению стоимости препаратов и делает их общедоступными.
Ферменты
Генная инженерия имеет большое значение и для производства ферментов, которые все мы, порой сами о том не подозревая, используем каждый день. В частности, повсеместный переход от ручной стирки к машинной стал возможен благодаря ферментам, содержащимся в стиральном порошке.
Эффективность современных ферментов настолько высока, что они используются, например, при производстве джинсов с потертостями — для разъедания краски и придания ткани потертого и линялого вида, сделав ненужной долгую стирку джинсов в больших промышленных машинах с камнями или другими утяжелителями.
Растениеводство
Иначе дело обстоит с растениеводством — здесь новый ген вводится в геном самого растения. Чаще всего это делается для повышения устойчивости растения к пестицидам. Одним из самых популярных видов генетической модификации, особенно широко распространенным в США, Канаде и странах Южной Америки, является создание сельскохозяйственных культур, устойчивых к «Раундапу», что позволяет опрыскивать этим средством целые поля, не повреждая при этом урожай, а наоборот, предоставляя растениям более благоприятные условия для роста.
Средство для борьбы с сорными растениями «Раундап», чье действующее вещество называется глифосат, на протяжении долгих лет считалось относительно безвредным: полагали, что этот гербицид, уничтожив нежелательные растения, быстро разлагается под действием почвенных бактерий. Руководствуясь этим представлением, растениям начали прививать резистентный ген, чтобы получить возможность обрабатывать глифосатом целые поля.
В Аргентине, например, 18 миллионов гектаров земли засажены генетически модифицированной соей, значительная часть которой используется затем в качестве корма для животных в европейской мясной и птицеперерабатывающей промышленности.
Главная проблема заключается в том, что сорные растения на полях тоже постепенно начинают приобретать резистентность к глифосату, и, как следствие, для их уничтожения приходится использовать все более и более токсичные пестициды. Кроме того, выяснилось, что вещество это при использовании в больших дозах вовсе не так безвредно, как считалось раньше, — ученые подозревают, что оно негативно влияет на фертильность.
Раундап» считался «чудохимикатом»: он успешно боролся с сорняками и, как считали, быстро разлагался. Однако выяснилось, что процесс разложения «Раундапа» занимает больше времени, чем представлялось изначально, и это вещество содержится теперь как в поверхностных, так и в подземных водах.
В одном аргентинском городке, окруженном полями, засаженными резистентными к «Раундапу» растениями, количество самопроизвольных абортов в сто раз превосходит средние показатели по стране. Логично заподозрить наличие связи между такими высокими показателями и широким применением пестицидов, хотя здесь важно подчеркнуть, что это пока только гипотеза, не подтвержденная наукой.
Позднее тревогу забили фермеры, обнаружившие, что животные болеют чаще, если питаются генетически модифицированными кормами. Очень интересно разобраться в причинах этого явления — ведь глифосат, как уже упоминалось, токсичен только для растений, но не для животных и человека. Однако некоторые бактерии имеют столько общего с растениями в строении, что глифосат может представлять опасность и для них тоже.
Нравится нам это или нет, но «населяющие» нас бактерии крайне важны для нашего самочувствия. Без их помощи ни животные, ни человек не смогли бы усваивать необходимые для здоровой и активной жизни питательные вещества.
Поэтому можно предположить, что животные, получающие генетически модифицированный корм, страдают от дисбаланса микрофлоры кишечника, который и повышает их восприимчивость к различным заболеваниям. Исследователи вплотную занялись изучением этой проблемы, и фермеры тоже внимательнее относятся к тому, что перевод животных на не генетически модифицированные корма может улучшить их здоровье.
Генная инженерия и наше будущее
Фактически мы сталкиваемся здесь с тем же комплексом проблем, с которым предшествующие поколения столкнулись в 1950-е годы в связи с использованием пестицидов, — мы должны решить, как развивать в дальнейшем генную инженерию, хотя пока очень мало знаем о ее возможностях и побочных эффектах. Кроме того, на этот раз применение технологии не ограничивается исключительно растениеводством и в принципе может использоваться для изменения свойств всего живого.
Главным отличием нынешней ситуации от той, в которой человечество оказалось в 1950-е годы, является новый мотив. Если после окончания Второй мировой войны важно было обеспечить продовольствием лежащий в руинах мир, то сейчас речь идет, скорее, о получении краткосрочной экономической выгоды, потому что сегодня существуют альтернативы промышленному сельскому хозяйству и теоретически производимых в мире продуктов питания хватает на всех.
Здесь, конечно, можно спорить о том, справедливо ли они распределены, но это вопрос скорее к политикам, нежели к пищевой промышленности.
В 2012 году 46 % американских фермеров ответили утвердительно на вопрос о наличии в их хозяйствах сорных растений, резистентных к глифосату. Годом раньше, в 2011 году, с проблемой сталкивались только 34 % фермеров, так что масштабы ее растут очень быстро.
Хорошо или плохо
Генная инженерия — отличный пример того, насколько трудно бывает однозначно оценить явление как позитивное или негативное. Прежде всего, огромна разница между генетически модифицированными организмами, использующимися исключительно в фармацевтической промышленности и изолированными от окружающей среды, и генетически модифицированными растениями, которые выращиваются в непосредственной близости от других культур.
Если утечки из закрытых промышленных систем случаются крайне редко, то пыльца и споры генетически модифицированных растений могут попадать на поля, засаженные обычными сортами, — в наше время это можно наблюдать, например, в Аргентине. Между тем, датские и зарубежные исследования еще в 1990-е годы показали, что генетически модифицированный рапс способен скрещиваться с дикой репой, образуя в результате сорное растение, устойчивое к глифосату.
Однако, притом что о повышенном риске возникновения резистентности было известно с самого начала, о нем до поры до времени предпочитали не задумываться.
Маркерный ген
Маркерный ген — еще одна потенциальная проблема. Процесс генетической трансформации настолько сложен, что для подстраховки искомый ген часто сцепляют с другим, резистентным к определенному антибиотику. Затем исследуемый генетически модифицированный продукт высаживают в содержащий этот антибиотик материал, чтобы проверить, какая часть его продолжает расти и, следовательно, подверглась трансформации, а какая — нет и должна быть уничтожена.
Относительно последствий проникновения таких резистентных генов в окружающую среду и генетически модифицированные продукты питания ведутся горячие споры. Сторонники генной инженерии считают, что риск ее отрицательного влияния на наше здоровье настолько мал, что очевидные преимущества значительно его перевешивают.
Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA), проанализировав всю имеющуюся информацию, заявило в 2009 году: вероятность того, что маркерные гены могут представлять опасность для человека или окружающей среды, крайне низка.
Противники же генной инженерии, хотя и признают, что вероятность передачи резистентности болезнетворным бактериям невелика, считают, что последствия ее могут быть столь серьезными, что никакие преимущества не в состоянии их компенсировать.
К тому же возникает вопрос, насколько мы готовы рисковать тем, что выращивание генетически модифицированных растений в далекой перспективе негативно скажется на нашем здоровье или окружающей среде? Не собираемся ли мы совершить ту же ошибку, что и в 1950-е годы, когда началось интенсивное использование пестицидов, в результате которого токсичные вещества и в наши дни, более чем полвека спустя, содержатся в жировых тканях арктических медведей и в грудном молоке.
Невозможно предсказать, приведет ли выращивание генетически модифицированных растений к таким глобальным проблемам, однако проблемы частные, вроде появления резистентных к глифосату сорных растений, являются реальностью уже сегодня.
Генетически модифицированные животные
В 2013 году Канада одобрила поставку на рынок первого вида генетически модифицированного лосося, который растет гораздо быстрее обычного и поэтому стоит дешевле. Какими последствиями это решение обернется для будущего мировых морей, можно только гадать. Существует риск того, что эти быстрорастущие рыбы попадут в естественную среду обитания и смогут вытеснить более мелкие дикие виды. В случае же, если они с ними скрестятся, генетически модифицированная рыба изменит ДНК диких видов.
История знает ужасные примеры того, какой урон может быть нанесен естественной популяции рыб при столкновении с особо сильными видами. В одно из самых крупных мировых озер, африканское озеро Виктория, в 1960-х годах была выпущена хищная рыба нильский окунь, достигающая двух метров в длину и весом более ста килограммов, которая принялась поедать более мелких рыб, — сегодня считается, что половина изначально населяющих озеро видов исчезла. Сложно предсказать, что произойдет, если подобный вид попадет в Мировой океан.
В планах ученых создание генетически модифицированных видов млекопитающих, в молоке которых содержались бы вещества, необходимые для лечения серьезных заболеваний. Когда — или если — это удастся, полученные в результате лекарства могут массово производиться и продаваться по гораздо более низкой цене, чем сегодня.
Однако как далеко мы готовы зайти? Есть ли разница между производством лекарств и выведением больших рыб или резистентных к пестицидам форм растений? Использование генной инженерии будет иметь последствия для всего мирового сообщества, и кто именно должен установить границы дозволенного? И можно ли надеяться, что генная инженерия решит некоторые проблемы стран третьего мира?
Автор: Хеллена Древес Боллесен
Источник: «Быть или не быть… Опыт датского органического сельского хозяйства», Хеллена Древес Боллесен. Купить книгу можно здесь.
Генная инженерия – за или против
Для размещения Вашей рекламы — Обращайтесь по контактам через форму обратной связи.Вы наверное замечали, как в последнее время наука знаменует собой еще большие успехи в области генетики и генной инженерии. Генная инженерия – за или против. Здесь мы оставим в стороне все генно-модифицированные растения и культуры потому, что эта тема совсем другого разговора с различными аргументами, ГМО, эко-активисты. Дело доходит до вмешательства в гены человека.
CRISPR/Cas9 техника для изменения генов много нашумела в последние годы, различные научные команды применяют эту манипуляцию, чтобы деактивировать гены ответственные за целый ряд заболеваний, пока все еще только в лабораториях, но потенциал очевиден. Не так давно китайские исследователи провели первые эксперименты с генетической модификацией человеческих эмбрионов, а цель состояла в том, чтобы “выключить“ предельно опасное артериальное заболевание. Британские ученые не получили предварительное одобрение, чтобы использовать ту же технику на человеческих эмбрионах с целью исследования различных стадий эмбриона и удаление различных опасных заболеваний. Все это вызывает некоторые очень серьезные проблемы, более серьезные, чем генетически устойчивые к холоду помидоры или яблоки, которые не портятся месяцами.
Проблема 1 – эволюция и биология
Доберемся и до этики проблемы, но на первом месте стоит практическая сторона вещей – вы можете найти эволюционный механизм, который способен выдержать определенное испытание временем и не только, он работает на этом принципе.
Для генетических изменений необходимо несколько поколений, чтобы был некий результат – обрезание не нужного материала или добавление и исключение некоторых генов, каждое поколение может серьезно влиять на способ, который работает в человеческом организме и генетику, вообще говоря.
Здесь более важно-это наука о том, чтобы провести исследования, как влияют подобные манипуляции долгосрочно, но это не произойдет быстро – нужны поколения, а техника пока еще очень молода. Нужно ли рисковать, мы знаем последствия?
Конкретное исследование показало изменения в пальцах последних двух поколений, которые обусловлены в основном работой с планшетами и смартфонами. Только искусственная среда меняет нас быстро, у нас есть контроль над этими процессами, на практике следуя этим принципам изменить, но выборочно и с большим контролем. Только смотреть в мониторы по 12 часов в день, может быть причиной для поколений людей с проблемами в зрении, есть ли у нас право вмешаться и обратить все в свою пользу? Вот мы подошли и ко второй части.
Проблема 2 – этика и эстетика
Самая большая этическая проблема как я понимаю, это отсутствие личного выбора при подобных манипуляциях. Неслучайно аборт после определенной стадии беременности является незаконным и любое вмешательство в эмбриональной и зачаточной фазе развития наблюдается очень строго.
Генная инженерия – за или противНа самом деле, дети защищены законом на очень поздней стадии развития – 18-21 лет. Тогда уже могут сами могут принимать решения. Если наука должна изменить гены одного ростка, это жестокое вмешательство во всей этой схеме. Конечно когда речь идет о здоровой корректировке жизненных изменений, это скорее всего оправдано, но грань между здоровьем и эстетикой всегда была немного серой.
Чтобы дать ребенку возможность иметь идеальное зрение на всю жизнь, может быть голубые глаза. Искушение было огромное. И это предел, который очень легко может быть нарушен. Конечно, подобные сценарии были рассмотрены многими философами, фантастами. Даже не хочу затрагивать религиозную тему потому, что там я встречусь с более радикальными структурами, даже с ГМО активистами. Я уверен, что очень много стран в мире готовы заклеймить кого-то, что является не человеком, даже хомункулус, голем и, что вы помните еще – если проводятся генетические манипуляции в зачаточной стадии.
Продолжение следует…
Понравилось это:
Нравится Загрузка…
Похожее
Для размещения Вашей рекламы — Обращайтесь по контактам через форму обратной связи.
Генная инженерия за и против
Первым генным подопытным стал табак, устойчивый к вредителям, затем модифицировали кукурузу, сою, рис, помидоры, огурцы, картофель, свеклу и яблоки. Растения с „чужими“ генами приобретают устойчивость к гербицидам, вредителям и патогенам, их плоды способны долго храниться при комнатной температуре, они имеют повышенную питательную ценность или другой вкус, и, наконец, они способны синтезировать новые вещества — начиная от лекарств и заканчивая пластиком.
Направленной генетической модификации (трансформации) можно подвергать не только растения, а любые живые организмы. Первые трансгенные микроорганизмы были получены в начале 70-х, а первые трансгенные сельскохозяйственные растения и животные появились значительно позже — в середине 80-х. Трансгенные микроорганизмы, к примеру, широко используются в фармацевтической и пищевой промышленности. Такие препараты, как инсулин, интерферон, интерлейкин, в основном получают генно-инженерным способом. Сегодня с применением методов генной инженерии выпускается около 25% всех лекарств в мире. Некоторые генетически модифицированные микробы эффективно перерабатывают промышленные отходы. Трансгенные животные чаще всего используются в качестве биореакторов — продуцентов нужных белков, в основном лекарственных препаратов или ферментов для пищевой промышленности. Например, в России выведена порода овец, вырабатывающих вместе с молоком и фермент, необходимый в производстве сыра. В ближайшей перспективе — использование трансгенных животных в качестве моделей для изучения наследственных заболеваний человека, а также в качестве источников органов и тканей для трансплантологии.
Генная инженерия растений развивается очень быстрыми темпами. Первое трансгенное, или генетически модифицированное, растение (ГМР) было получено в 1984 году, а через два года в США и во Франции уже проводились полевые испытания. Площади, занятые трансгенными растениями, стремительно возрастают: с 1,7 млн га в 1996 году, когда началось их возделывание в коммерческих масштабах, до 58,7 млн га в 2002 году, что составляло около 4,5% от всех пахотных площадей в мире. Причём 99% этой площади занимают четыре культуры: соя, хлопок, кукуруза и рапс. По этим растениям картина ещё более впечатляющая -в среднем 22% их насаждений занимают трансгенные сорта. В 2002 году в США около 75% хлопка и cои, в Аргентине -99% сои, в Канаде — 65% рапса, в Китае — 51% хлопка были трансгенными. Генетически модифицированные растения
Ввести чужеродную ДНК в растения можно различными способами.
Для двудольных растений существует естественный вектор для горизонтального переноса генов: плазмиды агробактерий. Что касается однодольных, то, хотя в последние годы достигнуты определенные успехи в их трансформации агробактериальными векторами, все же подобный путь трансформации встречает существенные затруднения.
Для трансформации устойчивых к агробактериям растений разработаны приемы прямого физического переноса ДНК в клетку они включают: бомбардировку микрочастицами или баллистический метод; электропорацию; обработку полиэтиленгликолем; перенос ДНК в составе липосом и др.
После проведения тем или иным способом трансформации растительной ткани ее помещают in vitro на специальную среду с фитогормонами, способствующую размножению клеток. Среда обычно содержит селективный агент, в отношении которого трансгенные, но не контрольные клетки приобретают устойчивость. Регенерация чаще всего проходит через стадию каллуса, после чего при правильном подборе сред начинается органогенез (побегообразование). Сформированные побеги переносят на среду укоренения, часто также содержащую селективный агент для более строгого отбора трансгенных особей.
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 РФ возможность получения трансгенного картофеля методом бактериальной трансформации с использованием Agrobacterium tumefaciens была показана в 1990 г.
В настоящее время получением и испытанием генетически модифицированных растений занимаются сотни коммерческих фирм во всем мире с совокупным капиталом более 100 миллиардов долларов. Генно-инженерная биотехнология растений уже стала важной отраслью производства продовольствия и других полезных продуктов, привлекающей значительные людские ресурсы и финансовые потоки.
В России под руководством академика К.Г. Скрябина (Центр «Биоинженерия» РАН) получены и охарактеризованы ГМ сорта картофеля Елизавета плюс и Луговской плюс, устойчивые к колорадскому жуку. По результатам проверки Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на основании экспертного заключения ГУ НИИ питания РАМН данные сорта прошли государственную регистрацию, внесены в государственный реестр и разрешены для ввоза, изготовления и оборота на территории РФ.
Данные ГМ сорта картофеля принципиально отличается от обычных наличием в его геноме встроенного гена, определяющего 100%-ю защиту урожая от колорадского жука без использования каких-либо химических средств.
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.
Генетически модифицированные животные:
Клетки животных существенно отличаются от бактериальных по своей способности поглощать чужеродную ДНК, поэтому методы и способы способы введения генов в эмбриональные клетки млекопитающих, мух и рыб остаются в центре внимания генных инженеров.
Наиболее изученное в генетическом отношении млекопитающее – мыши. Первый успех относится к 1980 году, когда Д. Гордон с сотрудниками продемонстрировал возможность введения и интеграции чужеродной ДНК в геном мышей. Интеграция была стабильной и сохранялась у потомства. Трансформацию производят микроинъекцией клонированных генов в один или оба пронуклеуса (ядра) только что эмбриона на стадии одной клетки (зиготы). Чаще выбирают мужской пронуклеус, привнесенный сперматозоидом, так как его размеры больше. После инъекции яйцеклетку немедленно имплантируют в яйцевод приемной матери, или дают возможность развиваться в культуре до стадии бластоцисты, после чего имплантируют в матку.
Таким образом были инъецированы гены интерферона и инсулина человека, ген β-глобина кролика, ген тимидинкиназы вируса простого герпеса и кДНК вируса лейкемии мышей. Число молекул, вводимое за одну инъекцию, колеблется от 100 до 300 000, а их размер – от 5 до 50 кб. Выживает обычно 10 – 30% яйцеклеток, а доля мышей, родившихся из трансформированных яйцеклеток варьирует от нескольких до 40%. Таким образом, реальная эффективность составляет около 10%.
Таким методом получены генно-инженерные крысы, кролики, овцы, свиньи, козы, телята и другие млекопитающие. В нашей стране получены свиньи, несущие ген соматотропина. Они не отличались по темпам роста от нормальных животных, но изменение обмена веществ сказалось на содержании жира. У таких животных ингибировались процессы липогенеза и активировался синтез белка. К изменению обмена веществ приводило и встраивание генов инсулиноподобного фактора. ГМ свиньи были созданы для изучения цепочки биохимических превращений гормона, а побочным эффектом явилось укрепление иммунной системы.
Самая мощная белоксинтезирующая система находится в клетках молочной железы. Если поставить гены чужих белков под контроль казеинового промотора, то экспрессия этих генов будет мощной и стабильной, а белок будет накапливаться в молоке. С помощью животных-биореакторов (трансгенные коровы) уже получено молоко, в котором содержится человеческий белок лактоферрин. Этот белок планируется применять для профилактики гастроэнтерологических заболеваний у людей с низкой иммунорезистентностью: больные СПИДом, недоношенные младенцы, больные раком, прошедшие радиотерапию.
Важное направление трансгеноза – получение устойчивых к болезням животных. Ген интерферона, относящийся к защитным белкам, встраивали различным животным. Трансгенные мыши получили устойчивость – они не болели или болели мало, а вот у свиней такого эффекта не обнаружено.
Генная инженерия за и против
4. Польза и вред генномодифицированных продуктов.
Прежде чем рьяно отвергать или фанатично принимать любое нововведение, нужно вспомнить, что у любой медали все же две стороны. Для этого нужно изучить все положительные и все отрицательные стороны новшества.
Генетически модифицированные организмы способны не только расти, как их предшественники, но и выживать там, где старые сорта погибали из-за различных погодных условий. Многим из них не страшны неожиданные заморозки, наводнения или засуха. Некоторые растения стали обладать такой развитой корневой системой, которая позволяет им удерживать максимальное количество влаги. А те сорта, которые ранее были чувствительны к пониженным температурам, стали устойчивее к ним, а это, в свою очередь, повлияло на то, что растения теперь раньше вступают в весенний период активного роста. Также были созданы новые быстрорастущие сорта зерновых культур.
Генные изменения проводят для того, чтобы придать растению полезные свойства:
* устойчивость к вредителям, морозостойкость, урожайность и т.д.;
* население Земли увеличивается с каждым годом, генетически модифицированные продукты призваны спасти растущее население планеты от голода;
* генетически модифицированные продукты, способные защитить себя от насекомых и сорняков, обладающие высокой урожайностью, снижают и себестоимость продукции;
* устойчивость к действию различных вредителей позволяет использовать меньше пестицидов, чем это принято в традиционных технологиях;
* появились такие овощи и фрукты, которые способны противостоять вирусам, бактериям, грибкам;
* ученые работают над выведением сортов помидор и картофеля, содержащих вакцины и лекарства для стран третьего мира, где они будут выращиваться и не будут нуждаться в специальных методах хранения;
* некоторые виды деревьев выведены специально для уничтожения загрязнений.
Ну и другая сторона медали… Почему многие выступают против ГМ-продуктов?
* Большинство стран не имеет законов, регулирующих производство и потребление ГМ-продуктов.
* Потребители не знают, что покупают, не знают, как это отражается на их здоровье. Например, ген из подснежника, внедренный в картофель для устойчивости к колорадскому жуку, вызывает повышенное содержание растительных лектинов, что неблагоприятно для млекопитающих. От такого продукта страдают иммунная система, кишечник, возникают болезни почек, печени и головного мозга.
* На товарах отсутствуют сведения о содержащихся в продуктах веществах, их количестве.
* Опасения экологов заключаются в том, что может наступить экологическая катастрофа, если генетически измененные формы проникнут в дикую природу. Например, при перекрестном опылении сорняки получат ген устойчивости к пестицидам и вредителям, и их размножение станет неконтролируемым.
* Кроме экологического риска существует и пищевой. Некоторые продукты могут вызывать аллергическую реакцию. Обычный продукт, тот же помидор, содержащий невидимый глазу ген рыбы, может спровоцировать аллергическую реакцию у человека, которому рыба противопоказана.
Пока ученые разных стран спорят о влиянии ГМО на здоровье, руководители государств считают необходимым информировать покупателей о наличии трансгенов в продуктах и давать им таким образом право выбора. В странах Евросоюза правила таковы: если в килограмме колбасы, содержащем, к примеру, 100 граммов сои, будет хотя бы один грамм генно-модифицированного ее сорта (более 0,9 процента), маркировка должна быть обязательно.
В Омске существует лаборатория, в которой проверяются продукты на наличие ГМО. Предел допустимых значений составляет 0,9% (величина погрешности прибора), что говорит об отсутствии ГМО в продукции .
Достижения и перспективы развития
Генная инженерия в медицине:
Потребности здравоохранения, необходимость решения проблем старения населения формируют устойчивый спрос на генно-инженерные фармпрепараты (с годовым объемом продаж в 26 млрд. долл. США) и лечебно-косметические средства из растительного и животного сырья (с годовым объемом продаж около 40 млрд. долл. США).
Среди многих достижений генной инженерии, получивших применение в медицине, наиболее значительное – получение человеческого инсулина в промышленных масштабах.
В настоящее время по данным ВОЗ в мире насчитывается около 110 млн. людей, страдающих диабетом. Инсулин, инъекции которого показаны больным этим заболеванием, уже давно получают из органов животных и используют в медицинской практике. Однако многолетнее применение животного инсулина ведет к необратимому поражению многих органов пациента из-за иммунологических реакций, вызываемых инъекцией чужеродного человеческому организму животного инсулина. Но даже потребности в животном инсулине до недавнего времени удовлетворялись всего на 60 – 70%. Генные инженеры в качестве первой практической задачи клонировали ген инсулина. Клонированные гены человеческого инсулина были введены с плазмидой в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. Начиная с 1982 года фирмы США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин. В России получение генно-инженерного человеческого инсулина – Инсурана ведется в Институте биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Сегодня отечественный инсулин производится в объеме, достаточном для обеспечения больных диабетом г. Москвы. Вместе с тем, потребность всего российского рынка в генно-инженерном инсулине удовлетворяется, в основном, импортными поставками. Мировой рынок инсулина составляет в настоящее время более 400 млн. долларов, ежегодное потребление около 2500 кг.
Развитие генной инженерии в 80-х годах прошлого столетия обеспечило хороший задел России в создании генно-инженерных штаммов микроорганизмов с заданными свойствами – продуцентов биологически активных веществ, в разработке генно-инженерных методов реконструирования генетического материала вирусов, в получении лекарственных субстанций, в том числе и с использованием компьютерного моделирования. До стадии производства доведены рекомбинантный интерферон и лекарственные формы на его основе медицинского и ветеринарного назначения, интерлейкин (b-лейкин), эритропоэтин. Несмотря на растущий спрос на высокоочищенные препараты, отечественное производство иммуноглобулинов, альбумина, плазмола обеспечивает 20% потребностей внутреннего рынка.
Активно ведутся исследования по разработке вакцин для профилактики и лечения гепатитов, СПИДа и ряда других заболеваний, а также конъюгированных вакцин нового поколения против наиболее социально значимых инфекций. Полимер-субъединичные вакцины нового поколения состоят из высокоочищенных протективных антигенов различной природы и носителя – иммуностимулятора полиоксидония, обеспечивающего повышенный уровень специфического иммунного ответа. Прививки против подавляющего большинства известных инфекций Россия могла бы обеспечить на базе собственного иммунологического производства. Полностью отсутствует только производство вакцины против краснухи.
Генная инженерия для сельского хозяйства:
Генетическое улучшение сельскохозяйственных культур и декоративных растений представляет собой длительный и непрерывный процесс с использованием все более точных и предсказуемых технологий. В научном отчете ООН (за 1989 год) сказано следующее: «Поскольку молекулярные методы наиболее точны, те, кто их применяет, в большей степени уверены в том, какими признаками они наделяют растения, и, следовательно, реже получают незапланированные эффекты, чем при использовании обычных методов селекции.»
Преимущества новых технологий уже широко используются в таких странах, как США, Аргентина, Индия, Китай и Бразилия, где генетически модифицированные культуры возделывают на больших территориях.
Новые технологии также имеют большое значение для малоимущих фермеров и жителей бедных стран, особенно женщин и детей. Например, генетически модифицированные, устойчивые к вредителям, хлопчатник и кукуруза требуют применения инсектицидов в значительно меньших объемах (что делает труд на ферме более безопасным). Такие культуры способствуют повышению урожайности, получению фермерами более высоких доходов, снижению уровня бедности и риска отравления населения химическими пестицидами, что особенно характерно для ряда стран, в том числе для Индии, Китая, ЮАР и Филиппин.
Самыми распространенными ГМ растениями являются культуры, устойчивые к недорогим, наименее токсичным и наиболее широко используемым гербицидам. Возделывание таких культур позволяет получать более высокий урожай с гектара, избавиться от изнурительной ручной прополки, тратить меньше средств за счет минимальной или беспахотной обработки земли, что, в свою очередь, приводит к снижению эрозии почвы.
В 2009 году произошла замена генетически модифицированных культур первого поколения продуктами второго поколения, что впервые привело к увеличению урожайности per se. Пример биотехнологической культуры нового класса (над созданием которой работали многие исследователи) – устойчивая к глифосату соя RReady2Yield™ , выращивалась в 2009 году в США и Канаде более чем на 0.5 миллионах га.
Внедрение генной инженерии в современную агробиологию может быть проиллюстрировано следующими фактами из ряда зарубежных экспертных обзоров, в том числе, из ежегодного обзора независимой Международной службы по мониторингу за применением агробиотехнологий (ISAАA), возглавляемой известным в мире экспертом Клайвом Джеймсом (Claiv James): (www.isaaa.org)
В 2009 году в 25 странах мира выращивали ГМ культуры на площади 134 млн. га (что составляет 9% от 1,5 млрд. га всех пахотных земель в мире). Шесть стран ЕС (из 27) возделывали Bt кукурузу, и в 2009 году площади ее посевов достигли более 94 750 га. Анализ мирового экономического эффекта использования биотехнологических культур за период с 1996 по 2008 г.г. показывает рост прибыли в размере 51,9 миллиардов долларов благодаря двум источникам: во-первых, это сокращение производственных затрат (50%) и, во-вторых, значительная прибавка урожая (50%) в размере 167 миллионов тонн.
Генная инженерия: за или против
Специалисты Института деторождения Лос-Анджелеса при помощи генов регулируют цвет волос, глаз и оттенок кожи новорожденного.
Многие родители мечтают об идеальном ребенке. Ученые пока не в силах сделать детей гениальными, зато они могут сгенерировать красивого человека. Специалисты Института деторождения Лос-Анджелеса при помощи генов регулируют цвет волос, глаз и оттенок кожи новорожденного. Такие данные были озвучены во вчерашнем выпуске программы «Инфомания» на канале СТС.
Однако современные биологи заботятся не только о внешности будущего поколения. Меняя структуру ДНК, они стараются уберечь еще не родившегося ребенка от наследственных заболеваний. Известно, что гены, «ответственные» за болезни, расположены по краям яйцеклетки. Британские ученые берут только ядро и помещают его в здоровую яйцеклетку. В результате эмбрион содержит генетический материал от трех человек — двух женщин и одного мужчины. Достаточно трудно объяснить малышу, что у него на самом деле две биологические матери, поэтому пока неизвестно, получит ли новая технология широкое распространение.
Эксперимент ученых увенчался успехом, но эмбрионы пришлось уничтожить. Развитию генной инженерии активно препятствует британское законодательство. Впрочем, наиболее прогрессивные члены парламента призывают коллег дать шанс генно-модифицированным людям. В одной только России ежегодно на свет появляется 75 тысяч младенцев с врожденными дефектами. Если закрыть глаза на общественные предрассудки, генная инженерия могла бы избавить будущие поколения от незаслуженных мучений.
Разумеется, с этой щекотливой темой связан и важный идеологический момент. Церковь резко осуждает клонирование людей и считает, что биологи сегодня вторгаются в запретную область.
Видео вы можете посмотреть на портале infomaniya.ru
Генная инженерия за и против
«Генная инженерия: за и против»
План:
1. Генная инженерия. История появления и развития генной инженерии.
2. Неоднозначность в вопросах о пользе ГИ.
3. Генетически модифицированный организм (ГМО).
4. Польза и вред генномодифицированных продуктов.
1. Генная инженерия.
Генетическая инженерия (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.
Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология. Уже сегодня генная инженерия позволяет включать и выключать отдельные гены, контролируя таким образом деятельность организмов, а также — переносить генетические инструкции из одного организма в другой, в том числе — организмы другого вида. По мере того, как генетики всё больше узнают о работе генов и белков, всё более реальной становится возможность произвольным образом программировать генотип (прежде всего, человеческий).
Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим. Цель генной инженерии – не воплощение в реальность мифов, а получение клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые «человеческие» белки.
История появления и развития генной инженерии:
Любое растение или животное имеет тысячи различных признаков. За наличие каждого конкретного признака отвечает определённый ген. Ген представляет собой маленький отрезок молекулы ДНК и генерирует или порождает определённый признак растения или животного. Если внести в организм (растение, микроорганизм, животное или даже человек) новые гены, то можно наделить его новой желательной характеристикой, которой до этого он никогда не обладал. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК: изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств.
Генная инженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики. В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК, на рубеже 50 – 60-х годов 20 века были выяснены свойства генетического кода, а к концу 60-х годов его универсальность была подтверждена экспериментально. Шло интенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой стали E.coli, ее вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов. ДНК вирусов и плазмид вводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию и экспрессию соответствующих генов. В 1970 году Г.Смитом был впервые выделен ряд ферментов – рестриктаз, пригодных для генно-инженерных целей. Г.Смит установил, что полученный из бактерий очищенный фермент HindII сохраняет способность разрезать молекулы нуклеиновых кислот (нуклеазная активность), характерную для живых бактерий. Комбинирование ДНК-рестриктаз (для разрезания молекул ДНК на определенные фрагменты) и выделенных еще в 1967 г. ферментов – ДНК-лигаз (для «сшивания» фрагментов в произвольной последовательности) по праву можно считать центральным звеном в технологии генной инженерии.
Датой рождения генной инженерии можно считать 1972 год, когда П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер с сотрудниками (Стенфордский университет) создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. Coli.
Таким образом, к началу 70-х годов были сформулированы основные принципы функционирования нуклеиновых кислот и белков в живом организме и созданы теоретические предпосылки генной инженерии
Академик А.А. Баев был первым в нашей стране ученым, который поверил в перспективность генной инженерии и возглавил исследования в этой области. Генетическая инженерия (по его определению) – конструирование in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе – создание искусственных генетических программ.
2.Неоднозначность в вопросах о пользе ГИ.
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. Так как генная инженерия появилась совсем не давно, многие ученые еще скептически относятся к этой панацеи от всех заболеваний. Существует масса различных мнений: некоторые считают, что, внося изменения в генный код растения или животного, учёные делают то же самое, что и сама природа (абсолютно все живые организмы от бактерии до человека — это результат мутаций и естественного отбора), другие, напротив считают это противоестественным вмешательством в природу.
Вот несколько мнений против 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. Это могут быть токсические вещества, аллергены или другие вредные для здоровья вещества. Сведения о подобного 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 незамеченными.
6. 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.
Мнения за генную инженерию:
1. Именно применение генноинженерной методики позволили расшифровать геном человека и многих других организмов, выявить гены, отвечающие за те или иные признаки, в том числе тяжелые наследственные заболевания. Последнее открывает новые пути к лечению ранее безнадежных недугов.
2. Весьма эффективна генная инженерия и в фармакологии. Например, пересаживают гены, кодирующие синтез того или иного ценного лекарственного препарата (эритропоэтина человека, инсулина и пр.), в молочные железы домашних животных, и это позволяет легко получать необходимые лекарства в больших количествах.
3. С помощью генной инженерии в будущем можно будет излечить врожденные заболевания или различные отклонения, с которыми рождаются некоторые дети, из-за сбоя в генах. И даже такие заболевания как ВИЧ.
4. Население Земли увеличивается с каждым годом, поэтому генетически модифицированные продукты призваны спасти растущее население планеты от голода. Будущее за геннномодифицированными продуктами.
3. Генетически модифицированный организм (ГМО).
Генетически модифицированный организм (ГМО) — живой организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Такие изменения, как правило, производятся в научных или хозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутагенеза.
История появления ГМО-продуктов:
Всю историю сельского хозяйства (около 10 000 лет) человек для своей пользы улучшал животных и растения. Вначале селекция была основана на явлении естественной генетической изменчивости, позже люди научились искусственно создавать комбинативную изменчивость (гибридизация), а в последние десятилетия — и мутационную (мутагенез). Принцип селекции всегда оставался неизменным — отбор ценных генотипов. Результат известен — современные виды капусты совершенно непохожи на своих далёких предков, а початки кукурузы сегодня примерно в 10 раз больше тех, что выращивались 5 тысяч лет назад. К сожалению, кпд селекции очень низок — из тысяч и десятков тысяч исходных растений селекционер выводит всего один-два сорта.
Началом эволюции в сельском хозяйстве же можно считать 1983 год, когда была проведена первая пересадка генов.
При исследовании почвенной бактерии, вырабатывающей на деревьях наросты, выяснилось, что, паразитируя, эта бактерия отдает фрагмент своей ДНК в растительную клетку дерева, где он встраивается в хромосому. После этого чужая ДНК принимается как собственная, поэтому бактерия вынуждает дерево синтезировать нужные ей питательные вещества. Такой эксперимент считается стартом генной инженерии растений.
Первым генным подопытным стал табак, устойчивый к вредителям, затем модифицировали кукурузу, сою, рис, помидоры, огурцы, картофель, свеклу и яблоки. Растения с „чужими“ генами приобретают устойчивость к гербицидам, вредителям и патогенам, их плоды способны долго храниться при комнатной температуре, они имеют повышенную питательную ценность или другой вкус, и, наконец, они способны синтезировать новые вещества — начиная от лекарств и заканчивая пластиком.
Направленной генетической модификации (трансформации) можно подвергать не только растения, а любые живые организмы. Первые трансгенные микроорганизмы были получены в начале 70-х, а первые трансгенные сельскохозяйственные растения и животные появились значительно позже — в середине 80-х. Трансгенные микроорганизмы, к примеру, широко используются в фармацевтической и пищевой промышленности. Такие препараты, как инсулин, интерферон, интерлейкин, в основном получают генно-инженерным способом. Сегодня с применением методов генной инженерии выпускается около 25% всех лекарств в мире. Некоторые генетически модифицированные микробы эффективно перерабатывают промышленные отходы. Трансгенные животные чаще всего используются в качестве биореакторов — продуцентов нужных белков, в основном лекарственных препаратов или ферментов для пищевой промышленности. Например, в России выведена порода овец, вырабатывающих вместе с молоком и фермент, необходимый в производстве сыра. В ближайшей перспективе — использование трансгенных животных в качестве моделей для изучения наследственных заболеваний человека, а также в качестве источников органов и тканей для трансплантологии.
Генная инженерия растений развивается очень быстрыми темпами. Первое трансгенное, или генетически модифицированное, растение (ГМР) было получено в 1984 году, а через два года в США и во Франции уже проводились полевые испытания. Площади, занятые трансгенными растениями, стремительно возрастают: с 1,7 млн га в 1996 году, когда началось их возделывание в коммерческих масштабах, до 58,7 млн га в 2002 году, что составляло около 4,5% от всех пахотных площадей в мире. Причём 99% этой площади занимают четыре культуры: соя, хлопок, кукуруза и рапс. По этим растениям картина ещё более впечатляющая -в среднем 22% их насаждений занимают трансгенные сорта. В 2002 году в США около 75% хлопка и cои, в Аргентине -99% сои, в Канаде — 65% рапса, в Китае — 51% хлопка были трансгенными. Генетически модифицированные растения
Ввести чужеродную ДНК в растения можно различными способами.
Для двудольных растений существует естественный вектор для горизонтального переноса генов: плазмиды агробактерий. Что касается однодольных, то, хотя в последние годы достигнуты определенные успехи в их трансформации агробактериальными векторами, все же подобный путь трансформации встречает существенные затруднения.
Для трансформации устойчивых к агробактериям растений разработаны приемы прямого физического переноса ДНК в клетку они включают: бомбардировку микрочастицами или баллистический метод; электропорацию; обработку полиэтиленгликолем; перенос ДНК в составе липосом и др.
После проведения тем или иным способом трансформации растительной ткани ее помещают in vitro на специальную среду с фитогормонами, способствующую размножению клеток. Среда обычно содержит селективный агент, в отношении которого трансгенные, но не контрольные клетки приобретают устойчивость. Регенерация чаще всего проходит через стадию каллуса, после чего при правильном подборе сред начинается органогенез (побегообразование). Сформированные побеги переносят на среду укоренения, часто также содержащую селективный агент для более строгого отбора трансгенных особей.
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 РФ возможность получения трансгенного картофеля методом бактериальной трансформации с использованием Agrobacterium tumefaciens была показана в 1990 г.
В настоящее время получением и испытанием генетически модифицированных растений занимаются сотни коммерческих фирм во всем мире с совокупным капиталом более 100 миллиардов долларов. Генно-инженерная биотехнология растений уже стала важной отраслью производства продовольствия и других полезных продуктов, привлекающей значительные людские ресурсы и финансовые потоки.
В России под руководством академика К.Г. Скрябина (Центр «Биоинженерия» РАН) получены и охарактеризованы ГМ сорта картофеля Елизавета плюс и Луговской плюс, устойчивые к колорадскому жуку. По результатам проверки Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека на основании экспертного заключения ГУ НИИ питания РАМН данные сорта прошли государственную регистрацию, внесены в государственный реестр и разрешены для ввоза, изготовления и оборота на территории РФ.
Данные ГМ сорта картофеля принципиально отличается от обычных наличием в его геноме встроенного гена, определяющего 100%-ю защиту урожая от колорадского жука без использования каких-либо химических средств.
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.
Генетически модифицированные животные:
Клетки животных существенно отличаются от бактериальных по своей способности поглощать чужеродную ДНК, поэтому методы и способы способы введения генов в эмбриональные клетки млекопитающих, мух и рыб остаются в центре внимания генных инженеров.
Наиболее изученное в генетическом отношении млекопитающее – мыши. Первый успех относится к 1980 году, когда Д. Гордон с сотрудниками продемонстрировал возможность введения и интеграции чужеродной ДНК в геном мышей. Интеграция была стабильной и сохранялась у потомства. Трансформацию производят микроинъекцией клонированных генов в один или оба пронуклеуса (ядра) только что эмбриона на стадии одной клетки (зиготы). Чаще выбирают мужской пронуклеус, привнесенный сперматозоидом, так как его размеры больше. После инъекции яйцеклетку немедленно имплантируют в яйцевод приемной матери, или дают возможность развиваться в культуре до стадии бластоцисты, после чего имплантируют в матку.
Таким образом были инъецированы гены интерферона и инсулина человека, ген β-глобина кролика, ген тимидинкиназы вируса простого герпеса и кДНК вируса лейкемии мышей. Число молекул, вводимое за одну инъекцию, колеблется от 100 до 300 000, а их размер – от 5 до 50 кб. Выживает обычно 10 – 30% яйцеклеток, а доля мышей, родившихся из трансформированных яйцеклеток варьирует от нескольких до 40%. Таким образом, реальная эффективность составляет около 10%.
Таким методом получены генно-инженерные крысы, кролики, овцы, свиньи, козы, телята и другие млекопитающие. В нашей стране получены свиньи, несущие ген соматотропина. Они не отличались по темпам роста от нормальных животных, но изменение обмена веществ сказалось на содержании жира. У таких животных ингибировались процессы липогенеза и активировался синтез белка. К изменению обмена веществ приводило и встраивание генов инсулиноподобного фактора. ГМ свиньи были созданы для изучения цепочки биохимических превращений гормона, а побочным эффектом явилось укрепление иммунной системы.
Самая мощная белоксинтезирующая система находится в клетках молочной железы. Если поставить гены чужих белков под контроль казеинового промотора, то экспрессия этих генов будет мощной и стабильной, а белок будет накапливаться в молоке. С помощью животных-биореакторов (трансгенные коровы) уже получено молоко, в котором содержится человеческий белок лактоферрин. Этот белок планируется применять для профилактики гастроэнтерологических заболеваний у людей с низкой иммунорезистентностью: больные СПИДом, недоношенные младенцы, больные раком, прошедшие радиотерапию.
Важное направление трансгеноза – получение устойчивых к болезням животных. Ген интерферона, относящийся к защитным белкам, встраивали различным животным. Трансгенные мыши получили устойчивость – они не болели или болели мало, а вот у свиней такого эффекта не обнаружено.
4. Польза и вред генномодифицированных продуктов.
Прежде чем рьяно отвергать или фанатично принимать любое нововведение, нужно вспомнить, что у любой медали все же две стороны. Для этого нужно изучить все положительные и все отрицательные стороны новшества.
Генетически модифицированные организмы способны не только расти, как их предшественники, но и выживать там, где старые сорта погибали из-за различных погодных условий. Многим из них не страшны неожиданные заморозки, наводнения или засуха. Некоторые растения стали обладать такой развитой корневой системой, которая позволяет им удерживать максимальное количество влаги. А те сорта, которые ранее были чувствительны к пониженным температурам, стали устойчивее к ним, а это, в свою очередь, повлияло на то, что растения теперь раньше вступают в весенний период активного роста. Также были созданы новые быстрорастущие сорта зерновых культур.
Генные изменения проводят для того, чтобы придать растению полезные свойства:
* устойчивость к вредителям, морозостойкость, урожайность и т.д.;
* население Земли увеличивается с каждым годом, генетически модифицированные продукты призваны спасти растущее население планеты от голода;
* генетически модифицированные продукты, способные защитить себя от насекомых и сорняков, обладающие высокой урожайностью, снижают и себестоимость продукции;
* устойчивость к действию различных вредителей позволяет использовать меньше пестицидов, чем это принято в традиционных технологиях;
* появились такие овощи и фрукты, которые способны противостоять вирусам, бактериям, грибкам;
* ученые работают над выведением сортов помидор и картофеля, содержащих вакцины и лекарства для стран третьего мира, где они будут выращиваться и не будут нуждаться в специальных методах хранения;
* некоторые виды деревьев выведены специально для уничтожения загрязнений.
Ну и другая сторона медали… Почему многие выступают против ГМ-продуктов?
* Большинство стран не имеет законов, регулирующих производство и потребление ГМ-продуктов.
* Потребители не знают, что покупают, не знают, как это отражается на их здоровье. Например, ген из подснежника, внедренный в картофель для устойчивости к колорадскому жуку, вызывает повышенное содержание растительных лектинов, что неблагоприятно для млекопитающих. От такого продукта страдают иммунная система, кишечник, возникают болезни почек, печени и головного мозга.
* На товарах отсутствуют сведения о содержащихся в продуктах веществах, их количестве.
* Опасения экологов заключаются в том, что может наступить экологическая катастрофа, если генетически измененные формы проникнут в дикую природу. Например, при перекрестном опылении сорняки получат ген устойчивости к пестицидам и вредителям, и их размножение станет неконтролируемым.
* Кроме экологического риска существует и пищевой. Некоторые продукты могут вызывать аллергическую реакцию. Обычный продукт, тот же помидор, содержащий невидимый глазу ген рыбы, может спровоцировать аллергическую реакцию у человека, которому рыба противопоказана.
Пока ученые разных стран спорят о влиянии ГМО на здоровье, руководители государств считают необходимым информировать покупателей о наличии трансгенов в продуктах и давать им таким образом право выбора. В странах Евросоюза правила таковы: если в килограмме колбасы, содержащем, к примеру, 100 граммов сои, будет хотя бы один грамм генно-модифицированного ее сорта (более 0,9 процента), маркировка должна быть обязательно.
В Омске существует лаборатория, в которой проверяются продукты на наличие ГМО. Предел допустимых значений составляет 0,9% (величина погрешности прибора), что говорит об отсутствии ГМО в продукции .
Достижения и перспективы развития
Генная инженерия в медицине:
Потребности здравоохранения, необходимость решения проблем старения населения формируют устойчивый спрос на генно-инженерные фармпрепараты (с годовым объемом продаж в 26 млрд. долл. США) и лечебно-косметические средства из растительного и животного сырья (с годовым объемом продаж около 40 млрд. долл. США).
Среди многих достижений генной инженерии, получивших применение в медицине, наиболее значительное – получение человеческого инсулина в промышленных масштабах.
В настоящее время по данным ВОЗ в мире насчитывается около 110 млн. людей, страдающих диабетом. Инсулин, инъекции которого показаны больным этим заболеванием, уже давно получают из органов животных и используют в медицинской практике. Однако многолетнее применение животного инсулина ведет к необратимому поражению многих органов пациента из-за иммунологических реакций, вызываемых инъекцией чужеродного человеческому организму животного инсулина. Но даже потребности в животном инсулине до недавнего времени удовлетворялись всего на 60 – 70%. Генные инженеры в качестве первой практической задачи клонировали ген инсулина. Клонированные гены человеческого инсулина были введены с плазмидой в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. Начиная с 1982 года фирмы США, Японии, Великобритании и других стран производят генно-инженерный инсулин. В России получение генно-инженерного человеческого инсулина – Инсурана ведется в Институте биоорганической химии им. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Сегодня отечественный инсулин производится в объеме, достаточном для обеспечения больных диабетом г. Москвы. Вместе с тем, потребность всего российского рынка в генно-инженерном инсулине удовлетворяется, в основном, импортными поставками. Мировой рынок инсулина составляет в настоящее время более 400 млн. долларов, ежегодное потребление около 2500 кг.
Развитие генной инженерии в 80-х годах прошлого столетия обеспечило хороший задел России в создании генно-инженерных штаммов микроорганизмов с заданными свойствами – продуцентов биологически активных веществ, в разработке генно-инженерных методов реконструирования генетического материала вирусов, в получении лекарственных субстанций, в том числе и с использованием компьютерного моделирования. До стадии производства доведены рекомбинантный интерферон и лекарственные формы на его основе медицинского и ветеринарного назначения, интерлейкин (b-лейкин), эритропоэтин. Несмотря на растущий спрос на высокоочищенные препараты, отечественное производство иммуноглобулинов, альбумина, плазмола обеспечивает 20% потребностей внутреннего рынка.
Активно ведутся исследования по разработке вакцин для профилактики и лечения гепатитов, СПИДа и ряда других заболеваний, а также конъюгированных вакцин нового поколения против наиболее социально значимых инфекций. Полимер-субъединичные вакцины нового поколения состоят из высокоочищенных протективных антигенов различной природы и носителя – иммуностимулятора полиоксидония, обеспечивающего повышенный уровень специфического иммунного ответа. Прививки против подавляющего большинства известных инфекций Россия могла бы обеспечить на базе собственного иммунологического производства. Полностью отсутствует только производство вакцины против краснухи.
Генная инженерия для сельского хозяйства:
Генетическое улучшение сельскохозяйственных культур и декоративных растений представляет собой длительный и непрерывный процесс с использованием все более точных и предсказуемых технологий. В научном отчете ООН (за 1989 год) сказано следующее: «Поскольку молекулярные методы наиболее точны, те, кто их применяет, в большей степени уверены в том, какими признаками они наделяют растения, и, следовательно, реже получают незапланированные эффекты, чем при использовании обычных методов селекции.»
Преимущества новых технологий уже широко используются в таких странах, как США, Аргентина, Индия, Китай и Бразилия, где генетически модифицированные культуры возделывают на больших территориях.
Новые технологии также имеют большое значение для малоимущих фермеров и жителей бедных стран, особенно женщин и детей. Например, генетически модифицированные, устойчивые к вредителям, хлопчатник и кукуруза требуют применения инсектицидов в значительно меньших объемах (что делает труд на ферме более безопасным). Такие культуры способствуют повышению урожайности, получению фермерами более высоких доходов, снижению уровня бедности и риска отравления населения химическими пестицидами, что особенно характерно для ряда стран, в том числе для Индии, Китая, ЮАР и Филиппин.
Самыми распространенными ГМ растениями являются культуры, устойчивые к недорогим, наименее токсичным и наиболее широко используемым гербицидам. Возделывание таких культур позволяет получать более высокий урожай с гектара, избавиться от изнурительной ручной прополки, тратить меньше средств за счет минимальной или беспахотной обработки земли, что, в свою очередь, приводит к снижению эрозии почвы.
В 2009 году произошла замена генетически модифицированных культур первого поколения продуктами второго поколения, что впервые привело к увеличению урожайности per se. Пример биотехнологической культуры нового класса (над созданием которой работали многие исследователи) – устойчивая к глифосату соя RReady2Yield™ , выращивалась в 2009 году в США и Канаде более чем на 0.5 миллионах га.
Внедрение генной инженерии в современную агробиологию может быть проиллюстрировано следующими фактами из ряда зарубежных экспертных обзоров, в том числе, из ежегодного обзора независимой Международной службы по мониторингу за применением агробиотехнологий (ISAАA), возглавляемой известным в мире экспертом Клайвом Джеймсом (Claiv James): (www.isaaa.org)
В 2009 году в 25 странах мира выращивали ГМ культуры на площади 134 млн. га (что составляет 9% от 1,5 млрд. га всех пахотных земель в мире). Шесть стран ЕС (из 27) возделывали Bt кукурузу, и в 2009 году площади ее посевов достигли более 94 750 га. Анализ мирового экономического эффекта использования биотехнологических культур за период с 1996 по 2008 г.г. показывает рост прибыли в размере 51,9 миллиардов долларов благодаря двум источникам: во-первых, это сокращение производственных затрат (50%) и, во-вторых, значительная прибавка урожая (50%) в размере 167 миллионов тонн.
В 2009 году общая рыночная стоимость семян ГМ культур в мире составила 10.5 миллиардов долларов. Общая стоимость по зерну биотех кукурузы и сои, а также хлопчатника в 2008 году составила 130 млрд. долларов, и ожидается, что ее ежегодный рост составит 10 – 15%.
Подсчитано, что в случае полного принятия биотехнологии, к концу периода 2006 – 2015 г. прибыль всех стран в пересчете на ВВП вырастет на 210 млрд. долл. США в год.
Наблюдения, проводимые с начала применения в сельском хозяйстве устойчивых к гербицидам сельскохозяйственных культур, убедительно доказывают, что фермеры получили возможность более эффективно бороться с сорняками. При этом рыхление и распахивание полей утрачивают свое значение как средства борьбы с сорняками. В итоге снижается расход тракторного топлива, улучшается структура почвы и предотвращается ее эрозия. Целевые инсектицидные программы выращивания Bt хлопчатника предусматривают меньшее число опрыскиваний посевов и, следовательно, меньшее количество выездов техники на поля, что приводит к сокращению эрозии почв. Все это невольно содействует внедрению консервирующей технологии обработки почвы, направленной на снижение почвенной эрозии, уровня углекислого газа и уменьшения потери воды.
Для современного состояния науки характерен комплексный подход, создание единых технологических платформ для проведения широкого спектра исследований. Они объединяют не только биотехнологию, молекулярную биологию и генную инженерию, но также и химию, физику, биоинформатику, транскриптомику, протеомику, метаболомику.
Заключение.
Проделанная работа позволяет сделать вывод о том, что генная инженерия-это наука, за которой стоит будущее.
В будущем при помощи генной инженерии можно получать потомков с улучшенной внешностью, умственными и физическими способностями, характером и поведением. С помощью генотерапии в будущем возможно улучшение генома и ныне живущих людей. В принципе можно создавать и более серьёзные изменения, но на пути подобных преобразований человечеству необходимо решить множество этических проблем.
Общий вывод таков: “При осмотрительном применении генных технологий польза от них сильно перевесит риск отрицательных последствий; технологии конструирования рекомбинантных ДНК внесут существенный вклад в здравоохранение, в развитие устойчивого сельского хозяйства, в производство пищи, в очистку окружающей среды”.
Список литературы:
1.http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/biologiya/GENNAYA_INZHENERIYA.html?page=0,1
2. http://www.manwb.ru/articles/science/natural_science/Genetic_NatAdnoral/
3. http://elementy.ru/news/164928
4. http://ru.wikipedia.org/wiki/
5. http://ru.wikipedia.org/wiki/
6. http://1-veda.ru/_ge/
7. http://www.membrana.ru/
8. http://www.transhumanism-russia.ru/content/view/38/135
9. Алиханян С.И. Общая генетика. М.: Высшая школа, 1985
10. «Наука и жизнь», №9/2000
11. «Наука и жизнь», №3/1999
12. Ф. Антала, Дж. Кайгер, Современная генетика, Москва, “Мир”, 199, Т.1. с.63-80.