Развитие генной инженерии

Дата создания: 2015/04/29

Тема «Трансгенный рай или трансгенный апокалипсис» выбрана неслучайно. Генная инженерия – одна из наиболее загадочных, а потому интересных наук современности. Исследования показали, что использование методов генной инженерии в науке открывает большие возможности для увеличения продолжительности жизни, борьбы с наследственными заболеваниями, замедления процессов старения, повышения качества и увеличения количества продуктов питания.

Генетически модифицированные технологии широко распространены во всем мире. С помощью их производят гормон инсулин для больных сахарным диабетом, человеческий интерферон – средство против вирусной инфекции, вакцину против гепатита Б, многие витамины. Установлено, что даже денежный знак «Евро» изготовлен из трансгенного хлопчатника. Следовательно, выбранная тема очень актуальна.

Поражает огромное количество исследований и экспериментов, производимых в этой области. Известно очень много противоречивых мнений по этому вопросу. Существует мнение о том, что генетически модифицированные продукты опасны, существует большой риск их использования. Не оставляет равнодушным исследование, что в действительности ожидает человечество: трансгенный рай или гибель всего живого на Земле?Эволюционное развитие генной инженерии

Генная инженерия – сравнительно молодая отрасль промышленности, возникшая в 70г. двадцатого века. Генная инженерия – это совокупность методов, позволяющих посредством операций in vitro (вне организма) переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Датой ее рождения считают 1972 год, когда группа исследователей во главе с американским биохимиком Полом Бергом, работающим в Стенфордском университете в Калифорнии, сообщила о создании первой рекомбинантной ДНК. Ее называют гибридной, т.к. состоит из ДНК-фрагментов различных организмов. За эту работу Полу Бергу в 1980 году присуждена Нобелевская премия.

Любое растение, животное и человек имеют тысячи различных признаков. За проявление каждого конкретного признака отвечает определенный ген. Носителями материальных основ генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. С функциональной точки зрения ДНК состоят из множества блоков, хранящих определенный объем информации - генов. В основе действия гена лежит его способность через посредство РНК определять химическое строение и осуществлять синтез белков. Ген – участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка. Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существует и десятки тысяч генов. Ген ––- это отрезок молекулы ДНК – дезоксирибонуклеиновой кислоты, передающей наследственные признаки от родителей к потомству, содержится в ядрах клеток. состоит из маленьких «кирпичиков» - нуклеотидов. Если из ДНК убрать ген, отвечающий за появление определенного признака, то исчезнет и сам признак. И наоборот, если добавить организму новый ген, то в клетке синтезируется новый белок, что приведет к появлению новых свойств. Измененное растение или животное будет именоваться мутантом.

Вживляя ген, или группу генов, «одолженных» у одного организма, другому, генная инженерия, добивается конструирования новых, совершенно необычных видов с заданными свойствами. Такие живые организмы называются трансгенными, т.е. несущими в своем организме чужеродные гены.

Для создания генетически модифицированных организмов (далее ГМО) широко используют методы клеточной инженерии. Эти методы связаны с выращиванием отдельных клеток и тканей на специальных искусственных средах.

Первое трансгенное растение было создано в 1983 году. Первыми коммерческими трансгенами были помидоры сорта «Flavr Savr», созданные компанией «Calgene» и появившиеся в супермаркетах США в 1994 году. В дальнейшем были получены многие сорта различных сельскохозяйственных культур. Среди них наиболее распространена соя (выращивание начато с 1995 года), она составляет свыше половины от общего урожая; на втором месте – кукуруза, затем хлопок, масличный рапс, табак и картофель.

Австралийские ученые впервые в мире создали трансгенную овцу, введя в ее эмбрион ген, ответственный за производство гормона роста. Такие животные оказались в полтора раза крупнее обычных овец. Это событие явилось большим шагом вперед по пути создания более крупных и быстрорастущих животных.

Проблемы генной инженерии и их решения

В ходе исследования, проведенного на основе литературных источников и других средств массовой информации была выделена первая проблема: можно ли создавать гибриды человека и животных, гибриды различных растений, находящихся в далеком родственном отношении, ведь известно, что давать плодовитое потомство могут только особи, принадлежащие к одному и тому же виду, имеющие сходный набор хромосом?

Решение было найдено в статье кандидата биологических наук В.В.Велькова. Генетики скрестить бациллу с картофелем не могут, а генные инженеры могут. Путем генной инженерии это достигается достаточно легко. Генетическая селекция улучшает количественные характеристики сорта или породы (урожайность, надои), генная инженерия способна создать принципиально новое качество – перенести ген от одного биологического вида в другой, в частности, ген инсулина от человека в дрожжи. И генетически модифицированные дрожжи становятся фабрикой инсулина.

Таким путем на свет появилась первая в мире обезьяна макака-резус с измененным генетическим кодом. Кроме того, был создан гибрид человека и свиньи, просуществовавший 32 дня, пока ученые не решили его уничтожить.

Известны гибриды таких растительных культур, как: табапета – табака и петунии, сокукура – сои и кукурузы, томофель – томата и картофеля. Последнее растение дает на корнях картофельные клубни, а в надземной части – плоды томата.

Вторая проблема: можно ли избавить человечество от наследственных заболеваний?

На одном из сайтов Интернет в статье «Генная инженерия в России» узнаем, что наследственное заболевание человека - это генетический дефект, т.е. неправильная последовательность нуклеотидов в ДНК, который легко можно исправить методами генной хирургии.

Делаем вывод, что генная инженерия сможет помочь семьям, у которых высока вероятность появления нездорового потомства. Путем взятия пробы из околоплодной жидкости можно просчитать наследственные заболевания и изменить ДНК уже на стадии беременности и подготовки к родам. В книге Н.Д. Тарасенко «Что вы знаете о своей наследственности» убеждаемся, что могут работать «отремонтированные» гены, когда зародыш состоит всего из нескольких клеток, его достают, клетки разъединяют, в ядра вводят гены-матрицы, ответственные за синтез нужного признака или свойства, получаются клетки с направленно измененным геном. Клетки зародыша возвращают в организм матери. Так, например, в клетках зародыша мыши работал крысиный ген, синтезирующий гормон роста, получилась мышь, величиной с крысу.

Всем известно: гемофилия – неизлечимое заболевание, связанное с нарушением механизмов свертывания крови. Человек может погибнуть от потери большого количества крови. Носителями дефектного гена являются женщины, но страдают гемофилией чаще мужчины. Современные методы генной инженерии позволяют просто «выключить» такие гены из генотипа больного.

Известно большое число генных заболеваний, возникающих из-за врожденного недостатка или избытка какого-либо фермента (белка, ускоряющего течение химических реакций в клетках). Например, фенилкетонурия – тяжелое наследственное заболевание, при котором отсутствует фермент, превращающий в организме человека аминокислоту фенилаланин в другую аминокислоту - тирозин. Это приводит к ослаблению пигментации кожи и волос, отравлению мозговой ткани, судорогам и параличам. И если это вовремя не обнаружить, к первому году жизни ребенок становится умственно-отсталым. Диагностируется фенилкетонурия очень просто: достаточно приложить к мокрой пеленке полоску бумажки, пропитанной раствором хлорида железа(III) – моча ребенка даст зеленую окраску. Заболевание лечится успешно ферментом, выращенным в бактериальной клетке, в которую был введен ген человеческого организма, ответственный за образование такого фермента.

Все перечисленные приемы убеждают в том, что у генной инженерии – широкие перспективы в предупреждении и лечении наследственных заболеваний.

Нас заинтересовала следующая проблема: на сегодня в мире насчитывается свыше 100 млн. больных сахарным диабетом, можно ли полностью обеспечить всех нуждающихся инсулином?

Заболевание сахарный диабет характеризуется повышенной концентрацией сахара в крови вследствие недостаточной выработки гормона инсулина в тканях поджелудочной железы. Еще в 19в. обезвоживание, истощение и интоксикация неизбежно приводили к смерти больного. Изучив различные источники, убеждаемся, что современные методы позволяют получать инсулин гораздо более высокого качества путем внедрения в ген кишечной палочки гена человека, ответственного за синтез инсулина. Следовательно, инсулин можно получать в неограниченном количестве и спасти человечество. Более того, аналогично синтезируется человеческий интерферон – чудо-белок, останавливающий вирусную инфекцию. Созданы и другие совершенно новые лекарства: белки, повышающие иммунитет организма, препараты, стимулирующие рост и развитие кровеносных сосудов.

Можно ли с помощью медицинской генетики регулировать рост человека? И эта проблема решаема с помощью методов генной инженерии.

Очень перспективно на сегодняшний день направленное изменение организма методом включения в его геном нужных генов, например, продуцирующих гормон роста-соматотропин и его антагонист-соматостатин. Теперь возможно не только лечить карликовый рост, но и притормозить избыточный рост подрастающего поколения. Ведь двухметровые акселераты, которых становится все больше, по исследованиям врачей, оказываются болезненными.

Не осталась без внимания нами проблема увеличения продолжительности жизни человека.

И вновь решение было найдено.

Ученые отстаивают мнение о том, что в 21 веке границы старости и смерти удастся отодвинуть на 40-60 лет. Тем самым, создаются предпосылки повышения средней продолжительности жизни до 130 лет.

Имеются предположения ученых, что существует группа генов, которые не только предупреждают раковые опухоли, но и замедляют процесс старения человеческого организма. Гены, ответственные за наследственную форму рака молочной железы были открыты больше 10 лет назад. (№3.). Но только сейчас их выявление стало доступно в России. Из «новостей» радио (20.12.2008г.) стало известно о создании генетически модифицированного ребенка-девочки, в наследственном аппарате которой осуществили «ремонт» генов: исключили ген, ответственный за проявление раковой опухоли, ввели здоровый. В этой родне на протяжении трех поколений все дочери по достижении двадцатилетнего возраста заболевали раком молочной железы. Судить о результате можно будет лишь через 20-25 лет, но факт генных манипуляций существует.

Исследователи доказали, что процесс старения и смерти запрограммированы на генетическом уровне, а значит, процесс предотвращения старости будет решен – путем исправления программы, заложенной в ДНК – замене или ремонте нуклеотидов. Таким образом, эта работа может привести к изобретению такого способа лечения, который позволит человеку оставаться молодым намного дольше, чем сейчас, и не страдать раковыми заболеваниями. (№5)

Следующая проблема: как помочь людям, потерявшим тот или иной орган и вынужденным долгие месяцы, а то и годы находиться в ожидании своей очереди?

Анализируя различные источники информации, пришли к выводу: генная инженерия поможет решить и эту проблему. При рождении человека сделают анализ ДНК, в будущем станет возможным создание банка органов и тканей, которыми можно будет воспользоваться в подходящий момент.

Имеет ли перспективы генная инженерия в других сферах жизни человека?

Существует мнение, что с помощью генной инженерии можно изменить даже характер человека, например, избавить людей от излишней агрессивности. Для этого необходимо убрать из генома ген, ответственный за агрессию. И тогда человечество утихомирится и заживет без войн и конфликтов. Но тогда мы рискуем потерять героев и храбрецов, ведь эти качества управляются тем, же самым геном.

В медицине появилось новое направление: реальная профилактика заболеваний на основе генетического анализа, например, если у человека существуют гены, увеличивающие риск рака легких, то вряд ли он начнет курить.

Возможно, скоро ученые изобретут генную прививку от СПИДа.

С помощью генетического анализа эпителиальных клеток ротовой полости в Санкт-Петербурге проводят отбор учащихся в спортивные школы, с его помощью можно сказать получится ли из ребенка спортсмен мирового класса.

В перспективе – осуществление генетического допинга: введение в ДНК спортсменов определенных генов, влияющих на активизацию выработки гемоглобина, ускоренное наращивание мышечной ткани, рост капиллярной сети и производство веществ, снижающих боль.

Методами генотерапии можно бороться с лишним весом, если путем введения гена заставить клетки энергично съедать собственный жир.

Генные инженеры работают над проблемой снижения тяги к алкоголю (пока только на крысах). В клетки мозга крыс ввели ген, регулирующий чувствительность к дофамину (веществу удовольствия, находящемуся в головном мозге), при этом у крыс «алкоголиков» заметно уменьшилась тяга к спиртному.