1. Möglichkeiten der Gentechnik. 4

2. Geschichte der Gentechnik. 6

3. Gentechnik als Wissenschaft. Gentechnische Methoden. 10

4. Anwendungsgebiete der Gentechnik. 12

5. Wissenschaftliche Fakten über die Gefahren der Gentechnik. 18

Abschluss. 22

Referenzen.. 23

Einführung

Das Thema Gentechnik erfreut sich in letzter Zeit immer größerer Beliebtheit. Den negativen Folgen, die die Entwicklung dieses Wissenschaftszweigs mit sich bringen kann, wird die meiste Aufmerksamkeit gewidmet, und den Vorteilen, die die Gentechnik mit sich bringen kann, wird kaum Beachtung geschenkt.

Das vielversprechendste Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Arzneimitteln mittels gentechnischer Technologien. Seit kurzem ist es möglich, nützliche Impfstoffe auf Basis transgener Pflanzen zu erhalten. Nicht weniger interessant ist die Herstellung von Lebensmitteln mit denselben Technologien.

Gentechnik ist die Wissenschaft der Zukunft. Derzeit werden weltweit Millionen Hektar Land mit transgenen Pflanzen besät, einzigartige medizinische Präparate und neue Produzenten nützlicher Substanzen geschaffen. Mit der Zeit wird die Gentechnik neue Fortschritte in der Medizin, der Landwirtschaft, der Lebensmittelindustrie und der Tierhaltung ermöglichen.

Ziel dieser Arbeit ist es, die Besonderheiten der Möglichkeit, Entwicklungsgeschichte und Anwendungsgebiete der Gentechnik zu untersuchen.

1. Möglichkeiten der Gentechnik

Ein wichtiger Teilbereich der Biotechnologie ist die Gentechnik. Sie wurde Anfang der 70er Jahre geboren und hat heute große Erfolge erzielt. Gentechnische Techniken verwandeln Bakterien-, Hefe- und Säugetierzellen in „Fabriken“ für die großtechnische Produktion beliebiger Proteine. Dadurch ist es möglich, die Struktur und Funktion von Proteinen detailliert zu analysieren und sie als Arzneimittel einzusetzen. Derzeit ist Escherichia coli (E. coli) ein Lieferant so wichtiger Hormone wie Insulin und Somatotropin. Bisher wurde Insulin aus tierischen Bauchspeicheldrüsenzellen gewonnen und war daher sehr teuer. Um 100 g kristallines Insulin zu erhalten, werden 800–1000 kg Bauchspeicheldrüse benötigt und eine Drüse einer Kuh wiegt 200–250 Gramm. Dies machte Insulin teuer und für viele Diabetiker schwer zugänglich. 1978 stellten Forscher von Genentech erstmals Insulin in einem speziell entwickelten Escherichia coli-Stamm her. Insulin besteht aus zwei Polypeptidketten A und B mit einer Länge von 20 und 30 Aminosäuren. Wenn sie durch Disulfidbrücken verbunden werden, entsteht natives doppelkettiges Insulin. Es hat sich gezeigt, dass es keine E. coli-Proteine, Endotoxine und andere Verunreinigungen enthält, keine Nebenwirkungen wie tierisches Insulin hervorruft und keine biologische Aktivität aufweist

ist anders. Anschließend wurde Proinsulin in E. coli-Zellen synthetisiert, wofür mithilfe von Reverse Transkriptase eine DNA-Kopie auf einer RNA-Matrize synthetisiert wurde. Nach der Reinigung des resultierenden Proinsulins wurde es in natives Insulin gespalten, während die Phasen der Extraktion und Isolierung des Hormons minimiert wurden. Aus 1000 Liter Kulturflüssigkeit können bis zu 200 Gramm des Hormons gewonnen werden, was der Insulinmenge entspricht, die aus 1600 kg Bauchspeicheldrüse eines Schweins oder einer Kuh ausgeschüttet wird.

Somatotropin ist ein menschliches Wachstumshormon, das von der Hypophyse ausgeschüttet wird. Ein Mangel an diesem Hormon führt zu Hypophysen-Kleinwuchs. Wenn Somatotropin dreimal pro Woche in Dosen von 10 mg pro kg Körpergewicht verabreicht wird, kann ein Kind, das an seinem Mangel leidet, in einem Jahr um 6 cm wachsen. Bisher wurde es aus Leichenmaterial von einer Leiche gewonnen: 4 - 6 mg Somatotropin bezogen auf das pharmazeutische Endprodukt. Dadurch waren die verfügbaren Mengen des Hormons begrenzt, außerdem war das mit dieser Methode gewonnene Hormon heterogen und konnte langsam wachsende Viren enthalten. 1980 entwickelte die Firma Genentec eine Technologie zur Herstellung von Somatotropin mithilfe von Bakterien, die diese Nachteile nicht aufwies. 1982 wurde am Pasteur-Institut in Frankreich menschliches Wachstumshormon in Kulturen von E. coli und tierischen Zellen gewonnen, und 1984 begann in der UdSSR die industrielle Produktion von Insulin. Bei der Produktion von Interferon werden sowohl E. coli, S. cerevisae (Hefe) als auch eine Kultur von Fibroblasten oder transformierten Leukozyten verwendet. Mit ähnlichen Methoden werden auch sichere und günstige Impfstoffe gewonnen.

Die rekombinante DNA-Technologie basiert auf der Herstellung hochspezifischer DNA-Sonden, mit denen die Expression von Genen in Geweben, die Lokalisierung von Genen auf Chromosomen und die Identifizierung von Genen mit verwandten Funktionen (z. B. bei Menschen und Hühnern) untersucht werden. DNA-Sonden werden auch bei der Diagnose verschiedener Krankheiten eingesetzt.

Die rekombinante DNA-Technologie hat einen unkonventionellen Protein-Gen-Ansatz namens Reverse Genetik ermöglicht. Bei diesem Ansatz wird ein Protein aus einer Zelle isoliert, das Gen für dieses Protein geklont und modifiziert, wodurch ein mutiertes Gen entsteht, das eine veränderte Form des Proteins kodiert. Das resultierende Gen wird in die Zelle eingeführt. Wenn es exprimiert wird, synthetisieren die Zelle, die es trägt, und ihre Nachkommen das veränderte Protein. Auf diese Weise können defekte Gene korrigiert und Erbkrankheiten behandelt werden.

Wird die Hybrid-DNA in eine befruchtete Eizelle eingebracht, können transgene Organismen entstehen, die das mutierte Gen exprimieren und an ihre Nachkommen weitergeben. Die genetische Transformation von Tieren ermöglicht es, die Rolle einzelner Gene und ihrer Proteinprodukte sowohl bei der Regulierung der Aktivität anderer Gene als auch bei verschiedenen pathologischen Prozessen festzustellen. Mit Hilfe der Gentechnik wurden Tierlinien geschaffen, die gegen Viruserkrankungen resistent sind, sowie Tierrassen mit für den Menschen vorteilhaften Eigenschaften. Beispielsweise ermöglichte die Mikroinjektion rekombinanter DNA, die das Rinder-Somatotropin-Gen enthielt, in eine Kaninchenzygote die Gewinnung eines transgenen Tieres mit einer Überproduktion dieses Hormons. Die resultierenden Tiere hatten eine ausgeprägte Akromegalie.

Träger der materiellen Basis von Genen sind Chromosomen, zu denen DNA und Proteine ​​gehören. Aber die Gene der Bildung sind nicht chemisch, sondern funktionell. Aus funktioneller Sicht besteht die DNA aus vielen Blöcken, die eine bestimmte Menge an Informationen speichern – Gene. Die Wirkung des Gens basiert auf seiner Fähigkeit, die Proteinsynthese durch RNA zu bestimmen. Das DNA-Molekül enthält sozusagen Informationen, die die chemische Struktur von Proteinmolekülen bestimmen. Ein Gen ist ein Abschnitt eines DNA-Moleküls, der Informationen über die Primärstruktur eines beliebigen Proteins (ein Gen – ein Protein) enthält. Da es in Organismen Zehntausende Proteine ​​gibt, gibt es Zehntausende Gene. Die Gesamtheit aller Gene einer Zelle bildet ihr Genom. Alle Zellen des Körpers enthalten den gleichen Satz an Genen, aber jede von ihnen setzt einen anderen Teil der gespeicherten Informationen um. Daher unterscheiden sich beispielsweise Nervenzellen von Leberzellen sowohl in strukturellen, funktionellen als auch in biologischen Eigenschaften.

Heutzutage ist es sogar schwierig, alle Möglichkeiten vorherzusagen, die in den nächsten Jahrzehnten realisiert werden.

2. Geschichte der Gentechnik

Die Geschichte der biomedizinischen Hochtechnologien, Methoden der Genforschung sowie der Gentechnik selbst steht in direktem Zusammenhang mit dem ewigen Wunsch des Menschen, die Rassen von Haustieren und von Menschen angebauten Kulturpflanzen zu verbessern. Durch die Auswahl bestimmter Individuen aus Tier- und Pflanzengruppen und deren Kreuzung untereinander hat der Mensch, ohne eine richtige Vorstellung vom inneren Wesen der im Inneren von Lebewesen ablaufenden Prozesse zu haben, dennoch über viele Hundert und Jahrtausende hinweg Verbesserungen geschaffen Tierrassen und Pflanzenarten, die bestimmte nützliche und notwendige Eigenschaften für den Menschen hatten.

Im 18. und 19. Jahrhundert wurde vielfach versucht herauszufinden, wie Eigenschaften von Generation zu Generation weitergegeben werden. Eine wichtige Entdeckung machte 1760 der Botaniker Koelreuther, der zwei Tabakarten kreuzte und dabei Pollen von den Staubgefäßen einer Art auf die Stempel einer anderen Art übertrug. Aus Hybridsamen gewonnene Pflanzen hatten Eigenschaften, die zwischen denen beider Eltern lagen. Koelreuter zog daraus die logische Schlussfolgerung, dass die Elternmerkmale sowohl durch Pollen (Samenzellen) als auch durch Eizellen (Eizellen) übertragen werden. Weder er noch seine Zeitgenossen, die sich mit der Hybridisierung von Pflanzen und Tieren beschäftigten, konnten jedoch die Natur des Mechanismus der Vererbungsübertragung aufdecken. Dies erklärt sich teilweise aus der Tatsache, dass die zytologische Grundlage dieses Mechanismus zu diesem Zeitpunkt noch nicht bekannt war, vor allem aber aus der Tatsache, dass Wissenschaftler versuchten, die Vererbung aller Pflanzenmerkmale gleichzeitig zu untersuchen.

Der wissenschaftliche Ansatz zur Untersuchung der Vererbung bestimmter Merkmale und Eigenschaften wurde vom österreichischen katholischen Mönch Gregor Mendel entwickelt, der im Sommer 1865 auf dem Territorium seines Klosters mit seinen Experimenten zur Pflanzenhybridisierung (Kreuzung verschiedener Erbsensorten) begann. Er war der Erste, der die Grundgesetze der Genetik entdeckte. Gregor Mendel hatte Erfolg, weil er die Vererbung einzelner, deutlich unterschiedlicher (kontrastierender) Merkmale untersuchte, die Anzahl der Nachkommen jeder Art zählte und sorgfältig detaillierte Aufzeichnungen über alle seine Kreuzungsexperimente führte. Die Vertrautheit mit den Grundlagen der Mathematik ermöglichte es ihm, die gewonnenen Daten richtig zu interpretieren und die Annahme aufzustellen, dass jedes Merkmal durch zwei erbliche Faktoren bestimmt wird. Ein talentierter Mönchsforscher konnte später eindeutig zeigen, dass erbliche Eigenschaften nicht gemischt sind, sondern in Form bestimmter Einheiten an die Nachkommen weitergegeben werden. Diese brillante Schlussfolgerung wurde später vollständig bestätigt, als es möglich war, Chromosomen zu sehen und die Merkmale verschiedener Arten der Zellteilung herauszufinden: Mitose (somatische Zellen – Körperzellen), Meiose (sexuelle, reproduktive, Keimzellen) und Befruchtung.

Mendel berichtete über die Ergebnisse seiner Arbeit auf einer Tagung der Brunn Society of Naturalists und veröffentlichte sie in den Tagungsunterlagen dieser Gesellschaft. Die Bedeutung seiner Ergebnisse wurde von seinen Zeitgenossen nicht verstanden, und diese Studien erregten fast 35 Jahre lang nicht die Aufmerksamkeit von Pflanzenzüchtern und Naturforschern.

Im Jahr 1900, nachdem die Einzelheiten der Zellteilung nach Art der Mitose, Meiose und Befruchtung bekannt wurden, führten drei Forscher – de Vries in Holland, Correns in Deutschland und Chermak in Österreich – eine Reihe von Experimenten durch und entdeckten sie unabhängig voneinander wieder die Gesetze der Vererbung, die zuvor von Mendel beschrieben wurden. Nachdem sie später einen Artikel von Mendel entdeckt hatten, in dem diese Gesetze 35 Jahre zuvor klar formuliert waren, würdigten diese Wissenschaftler einstimmig den Mönchswissenschaftler, indem sie die beiden Grundgesetze der Vererbung nach ihm benannten.

Im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts wurden Experimente mit den unterschiedlichsten Pflanzen und Tieren durchgeführt und zahlreiche Beobachtungen zur Vererbung von Merkmalen beim Menschen gemacht, die deutlich zeigten, dass die Vererbung bei allen diesen Organismen denselben Grundgesetzen unterliegt. Es wurde festgestellt, dass die von Mendel beschriebenen Faktoren, die ein individuelles Merkmal bestimmen, in den Chromosomen des Zellkerns lokalisiert sind. Anschließend, im Jahr 1909, nannte der dänische Botaniker Johansen diese Einheiten Gene (vom griechischen Wort „ge-nos“ – Gattung, Herkunft), und der amerikanische Wissenschaftler William Sutton bemerkte eine überraschende Ähnlichkeit im Verhalten der Chromosomen während der Bildung von Gameten (Geschlechtszellen), ihre Befruchtung und Übertragung von Mendelschen Erbfaktoren – Genen. Basierend auf diesen genialen Entdeckungen wurde die sogenannte chromosomale Vererbungstheorie erstellt.

Tatsächlich entstand die Genetik selbst, als Wissenschaft der Vererbung und Variabilität lebender Organismen und Methoden zu ihrer Kontrolle, zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Der amerikanische Genetiker T. Morgan führte zusammen mit seinen Mitarbeitern zahlreiche Experimente durch, die es ermöglichten, die genetischen Grundlagen der Geschlechtsbestimmung aufzudecken und eine Reihe ungewöhnlicher Vererbungsformen zu erklären, bei denen die Übertragung eines Merkmals vom Geschlecht des Individuums abhängt (die sogenannten geschlechtsgebundenen Merkmale). Der nächste große Fortschritt erfolgte 1927, als G. Möller feststellte, dass es durch Bestrahlung der Drosophila-Fruchtfliege und anderer Organismen mit Röntgenstrahlen möglich war, bei ihnen Genveränderungen, also Mutationen, künstlich herbeizuführen. Dadurch konnten viele neue mutierte Gene gewonnen werden – zusätzliches Material für die Erforschung der Vererbung. Daten über die Natur von Mutationen dienten als einer der Schlüssel zum Verständnis und zur Struktur der Gene selbst.

In den 20er Jahren unseres Jahrhunderts entwickelten sowjetische Wissenschaftler der Schule A.S. Serebrovsky führte die ersten Experimente durch, die zeigten, wie komplex das Gen ist. Diese Ideen wurden von J. Watson und F. Crick genutzt, denen es 1953 in England gelang, ein DNA-Modell zu erstellen und den genetischen Code zu entschlüsseln. Die anschließenden Forschungsarbeiten zur gezielten Schaffung neuer Kombinationen genetischen Materials führten zur Entstehung der Gentechnik selbst.

Gleichzeitig begann in den 40er Jahren eine experimentelle Untersuchung der Beziehungen zwischen Genen und Enzymen. Zu diesem Zweck wurde häufig ein anderes Objekt verwendet – der Schimmelpilz Neurospora, aus dem eine Reihe biochemischer Mutationen, die mit dem Verlust des einen oder anderen speziellen Enzyms (Proteins) verbunden sind, künstlich gewonnen und untersucht werden konnten. In den letzten zwei Jahrzehnten waren Escherichia coli und bestimmte Bakteriophagen, die dieses Bakterium infizieren, die häufigsten Ziele der Genforschung.

Seit Beginn des 20. Jahrhunderts besteht ein anhaltendes Interesse an der Erforschung der Vererbung bestimmter (spezifischer) Merkmale beim Menschen sowie an der erblichen Weitergabe wünschenswerter und unerwünschter Merkmale bei Haustieren und Kulturpflanzen. Basierend auf einem immer größeren Wissen über genetische Muster haben Genetiker und Züchter fast auf Befehl gelernt, Nutztierrassen zu züchten, die in heißen Klimazonen überleben können: Kühe, die viel Milch mit hohem Fettgehalt produzieren, Hühner, die große Eier legen mit dünnen Schalen sowie Mais- und Weizensorten, die gegen bestimmte Krankheiten sehr resistent sind.

1972 wurde in den USA im Labor von P. Berg die erste hybride (rekombinante) DNA gewonnen. Spannende Ideen auf dem Gebiet der Humangenetik und genetischer Forschungsmethoden werden inzwischen umfassend weiterentwickelt und in der Medizin selbst angewendet. In den 70er Jahren begann man mit der Entschlüsselung des menschlichen Genoms. Seit mehr als Jahrzehnten gibt es ein Projekt namens Humangenom. Von den 3 Milliarden Nukleotidpaaren, die in durchgehenden Passagen angeordnet sind, wurden bisher nur etwa 10 Millionen Zeichen gelesen. Gleichzeitig werden neue genetische Techniken entwickelt, die die Geschwindigkeit des DNA-Lesens erhöhen. Direktor des Medizinischen Genetischen Zentrums der Russischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften V.I. Ivanov ist fest davon überzeugt, dass „um das Jahr 2020 herum das gesamte Genom gelesen wird“.

3. Gentechnik als Wissenschaft. Gentechnische Methoden

Unter Gentechnik versteht man die In-vitro-Konstruktion funktionell aktiver genetischer Strukturen (rekombinante DNA), oder mit anderen Worten die Schaffung künstlicher genetischer Programme (Baev A.A.). Laut E.S. Die Piruzyan-Gentechnik ist ein System experimenteller Techniken, die es ermöglichen, künstliche genetische Strukturen im Labor (in vitro) in Form sogenannter rekombinanter oder hybrider DNA-Moleküle zu konstruieren.

Es geht um den gezielten, nach einem vorgegebenen Programm erfolgenden Aufbau molekulargenetischer Systeme außerhalb des Körpers mit anschließender Einführung in einen lebenden Organismus. In diesem Fall wird rekombinante DNA zu einem integralen Bestandteil des genetischen Apparats des Empfängerorganismus und verleiht ihm neue einzigartige genetische, biochemische und dann physiologische Eigenschaften.

Das Ziel der angewandten Gentechnik besteht darin, solche rekombinanten DNA-Moleküle zu entwerfen, die, wenn sie in den genetischen Apparat eingeführt werden, dem Körper Eigenschaften verleihen, die für den Menschen nützlich sind.

Die rekombinante DNA-Technologie verwendet die folgenden Methoden:

Spezifische Spaltung von DNA durch Restriktionsnukleasen, wodurch die Isolierung und Manipulation einzelner Gene beschleunigt wird;

Schnelle Sequenzierung aller Nukleotide eines gereinigten DNA-Fragments, wodurch Sie die Grenzen des Gens und der von ihm kodierten Aminosäuresequenz bestimmen können;

Konstruktion rekombinanter DNA;

Nukleinsäurehybridisierung, die den Nachweis spezifischer RNA- oder DNA-Sequenzen mit größerer Genauigkeit und Empfindlichkeit ermöglicht, basierend auf ihrer Fähigkeit, komplementäre Nukleinsäuresequenzen zu binden;

DNA-Klonierung: In-vitro-Amplifikation mithilfe einer Polymerase-Kettenreaktion oder Einführung eines DNA-Fragments in eine Bakterienzelle, die nach einer solchen Transformation dieses Fragment in Millionen von Kopien reproduziert;

Einbringen rekombinanter DNA in Zellen oder Organismen.

4. Anwendungsgebiete der Gentechnik

Die aktuellen wissenschaftlichen Entdeckungen auf dem Gebiet der Humangenetik sind tatsächlich von revolutionärer Bedeutung, da es sich um die Möglichkeit handelt, eine „Karte des menschlichen Genoms“ oder eine „pathologische Anatomie des menschlichen Genoms“ zu erstellen. Diese genetische Karte wird es ermöglichen, die Position von Genen auf der langen DNA-Helix zu bestimmen, die für bestimmte Erbkrankheiten verantwortlich sind. Laut Genwissenschaftlern bildeten diese unbegrenzten Möglichkeiten die Grundlage für die Idee, die sogenannte Gentherapie in der klinischen Praxis einzusetzen, eine Richtung zur Behandlung von Patienten, bei der betroffene Gene durch hochmoderne biomedizinische Technologien und Gentechnik ersetzt werden. Das Eindringen in die Zusammensetzung menschlicher Gensysteme und die Sicherstellung ihrer lebenswichtigen Aktivität ist sowohl auf der Ebene der somatischen Zellen (alle Körperzellen mit bestimmten strukturellen und funktionellen Unterschieden) des Körpers als auch auf der Ebene der Fortpflanzungs-, Fortpflanzungs- (Keim-) und Keimzellen möglich (embryonale) Zellen.

Gentechnik als Therapieform – die Behandlung einer bestimmten genetisch bedingten Krankheit – ist mit der Bereitstellung eines entsprechenden nicht defekten DNA-Moleküls verbunden, um es mithilfe eines Gens – einem Abschnitt eines Chromosoms, der enthält – zu ersetzen einen Defekt aufweist, oder zur Integration in das menschliche Erbgut durch Verschmelzung mit sogenannten somatischen Zellen des menschlichen Körpers, die einen genetischen Defekt aufweisen. Die Aufgabe der Gentechnik in Bezug auf eine Person besteht darin, eine geeignete, gezielte Wirkung auf ein bestimmtes Gen auszuüben, um dessen ordnungsgemäße Funktion zu korrigieren und einer Person, die an einer Erbkrankheit leidet, eine normale, unveränderte Version des Gens zur Verfügung zu stellen. Im Gegensatz zur medikamentösen Therapie wird diese als Gentechnik bezeichnete Therapie offenbar in der Lage sein, dem Patienten eine langfristige, langanhaltende und hochwirksame Behandlung zu ermöglichen, die große Linderung und Nutzen bringt.

Allerdings sind alle modernen Methoden zur Einführung von DNA in lebende Organismen nicht in der Lage, sie zu einer bestimmten Zellpopulation zu leiten und abzugeben, die ein verändertes und daher fehlerhaft funktionierendes Gen enthält. Mit anderen Worten: Der sogenannte gerichtete Transfer, der Transport von Genen im Körper (im „in vivo“-Modell), ist derzeit nicht möglich.

Ein anderer methodischer Ansatz basiert auf der Entnahme einer bestimmten Population von Zellen aus dem Körper des Patienten, die das betroffene Gen enthalten, und der Manipulation des genetischen Materials, indem defekte Gene in den Zellen durch Gentechnik (im „In-vitro“-Modell) ersetzt und in diese zurückgeführt werden Ort im Körper, wo sie dem Patienten entnommen wurden, ist derzeit in medizinisch-genetischen Zentren möglich. Diese Methode der Gentherapie durch Gentechnik wurde bereits in einem experimentellen Versuch zur Heilung zweier Patienten eingesetzt, die an einer seltenen genetischen Krankheit namens Beta-Thalassämie leiden, die ebenso wie die Sichelzellenanämie durch das Vorhandensein eines missgebildeten und daher nicht ordnungsgemäß funktionierenden Organs verursacht wird Protein in roten Blutkörperchen. Der Kern der Manipulation bestand darin, dass aus dem Knochenmark dieser Patienten sogenannte Stammzellen isoliert wurden, in deren Chromosomen der DNA-Abschnitt eingeführt wurde, der für die Produktion des normalen Hämoglobinproteins verantwortlich ist – das Gen. Nachdem die im Knochenmark der Patienten verbliebenen fehlerhaft funktionierenden Stammzellen fast vollständig zerstört waren, wurden den Patienten gentechnisch veränderte Stammzellen injiziert. Leider waren diese beiden Versuche klinisch erfolglos, da die Patienten starben. Dieser erste Fall von Gentechnik in einem Krankenhaus wurde von den zuständigen Prüfungsausschüssen weder genehmigt noch genehmigt, und seine Teilnehmer wurden wegen grober Verletzung der Forschungsregeln auf dem Gebiet der Humangenetik scharf verurteilt.

Die Gentechnik reproduktiver (reproduktiver) Zellen kann zu völlig anderen Konsequenzen führen, da sich das Einbringen von DNA in diese Zellen von der Korrektur eines genetischen Defekts in somatischen (körperlichen, nicht reproduktiven) Zellen unterscheidet. Es ist bekannt, dass die Einführung anderer Gene in die Chromosomen von Keimzellen zu deren Weitergabe an nachfolgende Generationen führt. Prinzipiell kann man sich vorstellen, dem Erbgut jeder sich fortpflanzenden Zelle eines bestimmten Menschen, der von der einen oder anderen genetisch bedingten Krankheit betroffen ist, bestimmte DNA-Abschnitte hinzuzufügen, um defekte Abschnitte zu ersetzen.

Tatsächlich wurde dies bei Mäusen erreicht. So wurde aus dem Eierstock einer Frau eine Eizelle gewonnen, die anschließend in vitro (in vitro) befruchtet wurde, und anschließend ein fremder DNA-Abschnitt in das Chromosom der befruchteten Eizelle eingebracht. Die befruchtete Eizelle selbst mit einem veränderten Genom wurde in die mütterliche Gebärmutter einer weiblichen Maus implantiert (eingeführt). Die Quelle der fremden DNA war in einem Experiment genetisches Material von Kaninchen und im anderen genetisches Material von Menschen.

Um während der fetalen Entwicklung die Wahrscheinlichkeit zu ermitteln, ein Kind mit bestimmten genetischen Anomalien wie dem Down-Syndrom oder der Tay-Sachs-Krankheit zu bekommen, wird eine Forschungstechnik namens Amniozentese eingesetzt – eine pränatale Analyse, bei der eine Probe biologischer Flüssigkeit entnommen wird enthält Keimzellen und wird zu Beginn des zweiten Trimesters der Schwangerschaft aus der Fruchtblase entnommen. Darüber hinaus wurde die Technik der Gewinnung verschiedener fetaler Zellen aus einer Plazentablutprobe der Mutter weiterentwickelt. Die so gewonnenen Gebärmutterzellen können derzeit nur zur Identifizierung einer begrenzten Anzahl genetisch bedingter Erkrankungen eingesetzt werden, bei denen ausgeprägte, grobe Störungen der DNA-Struktur und durch biochemische Tests festgestellte Veränderungen vorliegen. Die Gentechnik unter Verwendung rekombinanter DNA in der pränatalen Forschung eröffnet die Möglichkeit, verschiedene und zahlreiche Erbkrankheiten korrekt zu diagnostizieren.

Dabei werden Techniken zur Herstellung sogenannter Gen-„Sonden“ entwickelt, mit denen festgestellt werden kann, ob ein Chromosom ein normales, unverändertes Gen oder ein abnormales, defektes Gen enthält. Darüber hinaus wird die Gentechnik im Zusammenhang mit der Verwendung rekombinanter DNA, die sich in einem ihrer Entstehungsstadien befindet, in Zukunft die sogenannte „Planung“ menschlicher Gene ermöglichen, sodass ein bestimmtes Gen entsteht das verzerrte, pathologische Informationen trägt und daher für Genetiker von Interesse ist, könnte in Analogie zur Technik der Verwendung eines anderen „markierten“ Gens rechtzeitig und schnell genug identifiziert werden. Diese komplexe medizinische und biologische Technik soll dabei helfen, die Position jedes Gens in Uteruszellen zu bestimmen, und zwar nicht nur in solchen, bei denen mit der Amniozentese-Technik wahrscheinlich verschiedene Störungen festgestellt werden.

In diesem Zusammenhang sind in den letzten Jahren neue Bereiche der biomedizinischen Wissenschaften entstanden, wie beispielsweise Hoch-DNA-Technologien, Embryotherapie und Zelltherapie (Zytotherapie), also die intrauterine Diagnostik und Behandlung einer genetisch bedingten Krankheit gleichzeitig Bildungsstadium und die Entwicklung des Embryos (Embryo) und im Stadium der fetalen Reifung. Die Invasion und Manipulation von embryonalem Material hat einen direkten Einfluss auf die Vererbung genetischer Veränderungen, da diese von Generation zu Generation weitergegeben werden können. Darüber hinaus beginnt sich die genetische Diagnose selbst zur genetischen Vorhersage zu entwickeln, also zur Bestimmung des zukünftigen Schicksals eines Menschen, und festigt die wichtigsten revolutionären Veränderungen in der Medizin selbst, die durch komplexe medizinisch-genetische Experimente und Techniken ihre Chance erhielten lange vor dem Auftreten des „klinischen Bildes der Krankheit“, manchmal sogar vor der Geburt eines Menschen, um festzustellen, welche Erbkrankheiten ihn bedrohen. Dank der Bemühungen von Genetikern und Spezialisten auf dem Gebiet der Gentechnik entstand in den Tiefen der biomedizinischen Wissenschaften die sogenannte „prädiktive Medizin“, also eine Medizin, die „Vorhersagen für die Zukunft macht“.

Gleichzeitig ermöglichen verschiedene Technologien und Methoden der Gentechnik, in der pränatalen Phase der kindlichen Entwicklung, vor seiner Geburt, nicht nur das Vorliegen einer bestimmten Erbkrankheit vorherzusagen, sondern auch die medizinischen und genetischen Aspekte detailliert zu beschreiben Eigenschaften des wachsenden Embryos und Fötus.

Mit der Anhäufung neuer Daten zur genetischen Kartierung des menschlichen Genoms und der Beschreibung (Sequenzierung) seiner DNA und auch, weil die modernen Methoden zur Untersuchung von DNA-Polymorphismen entwickelt werden, die es ermöglichen, genetische Informationen über bestimmte strukturelle und funktionelle ( (einschließlich pathologischer) Merkmale des menschlichen Körpers, die offenbar in der Zukunft auftreten werden, aber jetzt noch nicht erkennbar sind, wird es möglich, mit Hilfe der medizinisch-genetischen Diagnostik alle genetischen Informationen über das Kind nicht nur präklinisch zu erhalten, also vor der Manifestation einer bestimmten Erbkrankheit, und pränatal, also vor seiner Geburt, aber auch präzeptiv, also bereits vor der Empfängnis.

Dank der Erfolge und Fortschritte auf dem Gebiet der medizinischen Gendiagnostik wird es in absehbarer Zeit möglich sein, anhand von DNA-Diagnosedaten einigermaßen sicher zu beurteilen, beispielsweise über die Körpergröße, die geistigen Fähigkeiten und die Veranlagung einer Person zu bestimmten Krankheiten (insbesondere Krebs) wird zur Manifestation und Entwicklung von Erbkrankheiten verurteilt sein.

Moderne medizinische und biologische Technologien ermöglichen es, verschiedene Störungen in den Genen zu erkennen, die sich manifestieren und bestimmte Beschwerden verursachen können, und zwar nicht nur im Stadium einer klinisch ausgeprägten Krankheit, sondern auch dann, wenn noch keine Anzeichen einer Pathologie vorliegen und die Krankheit selbst nicht auftritt manifestiert sich so schnell. Beispiele hierfür sind die Alzheimer-Krankheit und die Huntington-Chorea, von denen Menschen über 40 oder sogar 70 Jahre betroffen sind. Aber auch in diesen Fällen ist es möglich, Gene zu erkennen, die beim Menschen ähnliche Krankheiten verursachen können, und zwar bereits vor der Empfängnis des Patienten. Es ist auch bekannt, dass Diabetes mellitus zu diesen Krankheiten gezählt werden kann. Die Veranlagung zu dieser Krankheit und die genetisch bedingte Pathologie selbst werden vererbt und können sich bei Nichteinhaltung eines bestimmten Lebensstils im Erwachsenenalter oder im Alter manifestieren. Wir können mit ziemlicher Sicherheit sagen, dass, wenn beide Elternteile oder einer von ihnen an Diabetes leiden, die Wahrscheinlichkeit besteht, dass das Diabetes-Gen oder eine Kombination dieser Gene an die Kinder weitergegeben wird.

In diesem Fall ist es möglich, in Gegenwart mikroskopisch kleiner Mengen biologischen Materials entsprechende medizinische und biologische Untersuchungen durchzuführen und eine korrekte Diagnose zu stellen. Manchmal reichen dafür schon ein paar einzelne Zellen aus, die in Kultur in vitro vermehrt werden und daraus ein „genetisches Porträt“ des Probanden entsteht, natürlich nicht für alle Gene seines Genoms (es sind Dutzende). von Tausenden von ihnen!), sondern für diejenigen von ihnen, bei denen begründeter Verdacht auf das Vorliegen bestimmter Mängel besteht. Die gleichzeitige Entwicklung von Methoden der Zell- und Gentechnik wird es ermöglichen, in späteren Stadien der Kenntnis des Genoms die praktische Möglichkeit zu eröffnen, die Reihenfolge und Reihenfolge von Genen willkürlich und vor allem zu therapeutischen Zwecken zu ändern. ihre Zusammensetzung und Struktur.

Die Medizin ist nicht das einzige Anwendungsgebiet der Gentechnik. Es gibt die Gentechnik von Pflanzen und die Gentechnik von bakteriologischen Zellen.

In jüngster Zeit haben sich neue Möglichkeiten bei der Gewinnung „essbarer“ Impfstoffe auf Basis transgener Pflanzen ergeben.

Bei transgenen Pflanzen wurden weltweit große Fortschritte erzielt. Sie sind größtenteils auf die Tatsache zurückzuführen, dass das Problem der Gewinnung eines Organismus aus einer Zelle, einer Zellgruppe oder einem unreifen Embryo bei Pflanzen heute nicht mehr sehr schwierig ist. Zelltechnologien, Gewebekulturen und die Herstellung von Regenerationsmitteln sind in der modernen Wissenschaft weit verbreitet.

Betrachten wir die Errungenschaften auf dem Gebiet des Pflanzenanbaus, die am Sibirischen Institut für Pflanzenphysiologie und Biochemie der Sibirischen Zweigstelle der Russischen Akademie der Wissenschaften erzielt wurden.

So wurde in den letzten Jahren eine Reihe transgener Pflanzen erhalten, indem die aus verschiedenen Pflanzenobjekten isolierten Gene ugt, acp, acb, accc und andere in ihr Genom übertragen wurden.

Durch die Einführung dieser Gene entstanden transgene Pflanzen aus Weizen, Kartoffeln, Tomaten, Gurken, Sojabohnen, Erbsen, Raps, Erdbeeren, Espen und einigen anderen.

Die Einführung von Genen erfolgte entweder durch „Targeting“ von Geweben mit einer „Genkanone“ (deren Design an unserem Institut entwickelt wurde) oder durch einen genetischen Vektor, der auf einem agrobakteriellen Plasmid mit eingebauten Zielgenen und entsprechenden Promotoren basierte .

Dadurch entstanden eine Reihe neuer transgener Formen. Hier sind einige davon.

Transgener Weizen (2 Sorten), der ein deutlich intensiveres Wachstum und eine intensivere Bestockung aufweist, ist vermutlich resistenter gegen Trockenheit und andere ungünstige Umweltfaktoren. Seine Produktivität und die Vererbung erworbener Immobilien werden untersucht.

Transgene Kartoffeln, die drei Jahre lang überwacht wurden. Sie liefert durchweg einen um 50-90 Prozent höheren Ertrag als die Kontrolle, hat eine nahezu vollständige Resistenz gegen Auxin-Herbizide erworben und außerdem „schwärzen“ ihre Knollen bei Schnitten aufgrund einer Abnahme der Polyphenoloxidase-Aktivität deutlich weniger.

Transgene Tomate (mehrere Sorten), gekennzeichnet durch größere Buschigkeit und Ertrag. Im Gewächshaus beträgt der Ertrag bis zu 46 kg pro Quadratmeter (mehr als doppelt so hoch wie bei der Kontrolle).

Transgene Gurken (mehrere Sorten) produzieren eine größere Anzahl fruchtbarer Blüten und folglich Früchte mit einem Ertrag von bis zu 21 kg pro Quadratmeter gegenüber 13,7 kg bei der Kontrolle.

Es gibt transgene Formen anderer Pflanzen, von denen viele auch eine Reihe nützlicher wirtschaftlicher Eigenschaften aufweisen.

Gentechnik ist die Wissenschaft von heute und morgen. Weltweit werden bereits zig Millionen Hektar mit transgenen Pflanzen besät, es entstehen neue Medikamente und neue Produzenten nützlicher Substanzen. Im Laufe der Zeit wird die Gentechnik zu einem immer leistungsfähigeren Werkzeug für neue Fortschritte in der Medizin, Veterinärmedizin, Pharmakologie, Lebensmittelindustrie und Landwirtschaft.

5. Wissenschaftliche Fakten über die Gefahren der Gentechnik

Es ist zu beachten, dass es neben den Fortschritten, die die Entwicklung der Gentechnik mit sich bringt, auch einige Fakten über die Gefahren der Gentechnik gibt, von denen die wichtigsten im Folgenden dargestellt werden.

1. Gentechnik unterscheidet sich grundlegend von der Entwicklung neuer Sorten und Rassen. Die künstliche Hinzufügung fremder Gene stört die fein regulierte genetische Kontrolle einer normalen Zelle erheblich. Die Genmanipulation unterscheidet sich grundlegend von der Kombination mütterlicher und väterlicher Chromosomen, die bei natürlichen Kreuzungen auftritt.

2. Derzeit ist die Gentechnik technisch unvollkommen, da sie nicht in der Lage ist, den Prozess des Einfügens eines neuen Gens zu kontrollieren. Daher ist es unmöglich, die Insertionsstelle und die Auswirkungen des hinzugefügten Gens vorherzusagen. Selbst wenn die Position eines Gens bestimmt werden kann, nachdem es in das Genom eingefügt wurde, sind die verfügbaren DNA-Informationen für eine Vorhersage der Ergebnisse nur sehr unvollständig.

3. Durch den künstlichen Zusatz eines fremden Gens können unerwartet gefährliche Stoffe entstehen. Im schlimmsten Fall kann es sich dabei um Giftstoffe, Allergene oder andere gesundheitsschädliche Stoffe handeln. Informationen über diese Art von Möglichkeiten sind noch sehr unvollständig.

4. Es gibt keine absolut zuverlässigen Methoden zur Prüfung der Unbedenklichkeit. Mehr als 10 % der schwerwiegenden Nebenwirkungen neuer Medikamente können trotz sorgfältig durchgeführter Sicherheitsstudien nicht festgestellt werden. Das Risiko, dass die gefährlichen Eigenschaften neuer gentechnisch veränderter Lebensmittel unentdeckt bleiben, dürfte deutlich größer sein als bei Arzneimitteln.

5. Die aktuellen Anforderungen an die Unbedenklichkeitsprüfung sind äußerst unzureichend. Sie sind eindeutig darauf ausgelegt, den Genehmigungsprozess zu vereinfachen. Sie ermöglichen den Einsatz äußerst unempfindlicher Unbedenklichkeitsprüfverfahren. Daher besteht ein erhebliches Risiko, dass gefährliche Lebensmittel die Kontrolle unentdeckt passieren.

6. Bisher durch Gentechnik hergestellte Lebensmittel haben keinen nennenswerten Wert für die Menschheit. Diese Produkte dienen hauptsächlich kommerziellen Interessen.

7. Das Wissen über die Auswirkungen gentechnisch veränderter Organismen, die in die Umwelt gelangen, ist völlig unzureichend. Es ist noch nicht bewiesen, dass gentechnisch veränderte Organismen keine schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Umweltschützer haben verschiedene mögliche Umweltkomplikationen vorgeschlagen. Beispielsweise gibt es viele Möglichkeiten für die unkontrollierte Verbreitung potenziell schädlicher Gene, die durch Gentechnik genutzt werden, einschließlich des Gentransfers durch Bakterien und Viren. Umweltbedingte Komplikationen lassen sich wahrscheinlich nicht beheben, da die freigesetzten Gene nicht zurückgenommen werden können.

8. Es können neue und gefährliche Viren entstehen. Es wurde experimentell gezeigt, dass sich im Genom eingebettete virale Gene mit den Genen infektiöser Viren verbinden können (sog. Rekombination). Diese neuen Viren sind möglicherweise aggressiver als die ursprünglichen. Viren können auch weniger speziesspezifisch werden. Beispielsweise können Pflanzenviren für Nützlinge, Tiere und auch den Menschen schädlich werden.

9. Das Wissen über die Erbsubstanz DNA ist sehr unvollständig. Die Funktion von lediglich drei Prozent der DNA ist bekannt. Es ist riskant, komplexe Systeme zu manipulieren, über die das Wissen unvollständig ist. Umfangreiche Erfahrungen in den Bereichen Biologie, Ökologie und Medizin zeigen, dass dies zu schwerwiegenden, unvorhersehbaren Problemen und Störungen führen kann.

10. Gentechnik wird nicht zur Lösung des Problems des Welthungers beitragen. Die Behauptung, dass Gentechnik einen wesentlichen Beitrag zur Lösung des Welthungerproblems leisten kann, ist ein wissenschaftlich unbegründeter Mythos.

Abschluss

Gentechnik ist eine Methode der Biotechnologie, die sich mit der Erforschung der Umstrukturierung von Genotypen befasst. Der Genotyp ist nicht nur eine mechanische Summe von Genen, sondern ein komplexes System, das im Laufe der Evolution von Organismen entstanden ist. Die Gentechnik ermöglicht die Übertragung genetischer Informationen von einem Organismus auf einen anderen durch In-vitro-Operationen. Der Gentransfer ermöglicht die Überwindung von Barrieren zwischen den Arten und die Übertragung individueller Erbmerkmale eines Organismus auf einen anderen.

Die Neuordnung von Genotypen bei der Durchführung gentechnischer Aufgaben stellt qualitative Veränderungen in Genen dar, die nicht mit Veränderungen in der Struktur der Chromosomen verbunden sind, die im Mikroskop sichtbar sind. Genveränderungen sind in erster Linie mit der Veränderung der chemischen Struktur der DNA verbunden. Informationen über die Struktur eines Proteins, geschrieben als Nukleotidsequenz, werden als Aminosäuresequenz im synthetisierten Proteinmolekül umgesetzt. Eine Änderung der Nukleotidsequenz in der chromosomalen DNA, der Verlust einiger und der Einbau anderer Nukleotide, verändert die Zusammensetzung der auf der DNA gebildeten RNA-Moleküle, was wiederum eine neue Sequenz von Aminosäuren während der Synthese bestimmt. Dadurch beginnt in der Zelle die Synthese eines neuen Proteins, was zur Entstehung neuer Eigenschaften im Körper führt. Das Wesen gentechnischer Methoden besteht darin, dass einzelne Gene oder Gengruppen in das Genotyp eines Organismus eingefügt oder daraus ausgeschlossen werden. Durch das Einfügen eines zuvor fehlenden Gens in den Genotyp kann die Zelle gezwungen werden, Proteine ​​zu synthetisieren, die sie zuvor nicht synthetisiert hat.

Referenzliste

2. Lee A., Tinland B. Integration von t-DNA in das Pflanzengenom: Prototyp und Realität // Pflanzenphysiologie. 2000. - Band 47. - Nr. 3.

3. Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. et al. Genetik der Pflanzenentwicklung. - St. Petersburg: Nauka, 2000. - 539 S.

4. Lyadskaya M. Gentechnik kann alles – sogar einen Impfstoff im Garten anbauen // Pharmaceutical Bulletin. - 2000. - Nr. 7.

5. Romanov G. A. Gentechnik von Pflanzen und Wege zur Lösung des Problems der biologischen Sicherheit // Pflanzenphysiologie, 2000. - Band 47. - Nr. 3.

6. Salyaev R. Mythen und Realitäten der Gentechnik // Wissenschaft in Sibirien. - 2002. - Nr. 7.

7. Favorova O. O. Behandlung mit Genen – Fiktion oder Realität? // Pharmazeutisches Bulletin. - 2002. - Nr. 5.

Kuzmina N.A. Grundlagen der Biotechnologie: Lehrbuch. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 S.

Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. et al. Genetik der Pflanzenentwicklung. - St. Petersburg: Nauka, 2000. - 539 S.

Lyadskaya M. Gentechnik kann alles – sogar einen Impfstoff im Garten anbauen // Pharmaceutical Bulletin. - 2000. - Nr. 7.

Kuzmina N.A. Grundlagen der Biotechnologie: Lehrbuch. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 S.

Favorova O. O. Behandlung mit Genen – Fiktion oder Realität? // Pharmazeutisches Bulletin. - 2002. - Nr. 5.

Salyaev R. Mythen und Realitäten der Gentechnik // Wissenschaft in Sibirien. - 2002. - Nr. 7.

Kuzmina N.A. Grundlagen der Biotechnologie: Lehrbuch. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 S.

UND BIOTECHNOLOGIE

„Wissen wird bestimmt durch

was wir behaupten

wie die Wahrheit“

P. A. FLORENSKY.

Die moderne Biologie unterscheidet sich radikal von der traditionellen Biologie, nicht nur durch die tiefere Entwicklung kognitiver Ideen, sondern auch durch ihre engere Verbindung mit dem Leben der Gesellschaft und der Praxis. Wir können sagen, dass die Biologie in unserer Zeit zu einem Mittel zur Umgestaltung der lebenden Welt geworden ist, um die materiellen Bedürfnisse der Gesellschaft zu befriedigen. Diese Schlussfolgerung wird vor allem durch die enge Verbindung zwischen Biologie und Biotechnologie verdeutlicht, die zum wichtigsten Bereich der Materialproduktion geworden ist, einem gleichberechtigten Partner der zuvor vom Menschen geschaffenen mechanischen und chemischen Technologien. Was erklärt den Aufstieg der Biotechnologie?

Biologie und Biotechnologie haben sich seit ihren Anfängen stets gemeinsam entwickelt, wobei die Biologie von Anfang an die wissenschaftliche Grundlage der Biotechnologie war. Das Fehlen eigener Daten erlaubte der Biologie jedoch lange Zeit keinen sehr großen Einfluss auf die Biotechnologie. Mit der Gründung in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts änderte sich die Situation dramatisch. Die Methodik der Gentechnik, die als genetische Manipulation zum Zweck der „Konstruktion neuer und Rekonstruktion bestehender Genotypen“ verstanden wird, hat die Gentechnik, da sie ihrem Wesen nach eine methodische Errungenschaft ist, nicht zu einem Bruch bestehender Vorstellungen über biologische Phänomene geführt Grundprinzipien der Biologie, ebenso wie die Radioastronomie die Grundprinzipien der Astrophysik nicht erschütterte, führte die Festlegung des „mechanischen Äquivalents der Wärme“ nicht zu einer Änderung der Gesetze der Wärmeleitfähigkeit und zum Beweis der Atomtheorie der Materie änderte nichts an den Zusammenhängen zwischen Thermodynamik, Hydrodynamik und der Elastizitätstheorie.

Die Gentechnik hat eine neue Ära in der Biologie eröffnet, weil neue Möglichkeiten entstanden sind, in die Tiefen biologischer Phänomene vorzudringen, um die Existenzformen lebender Materie weiter zu charakterisieren und die Struktur und Funktion von Genen effektiver zu untersuchen auf molekularer Ebene und um die subtilen Mechanismen der Funktionsweise des genetischen Apparats zu verstehen. Die Erfolge der Gentechnik bedeuten eine Revolution in der modernen Naturwissenschaft. Sie bestimmen die Kriterien für den Wert moderner Vorstellungen über die strukturellen und funktionellen Merkmale der molekularen und zellulären Ebenen lebender Materie. Moderne Daten über Lebewesen sind von enormer pädagogischer Bedeutung, denn sie vermitteln das Verständnis für einen der wichtigsten Aspekte der organischen Welt und leisten damit einen unschätzbaren Beitrag zur Schaffung eines wissenschaftlichen Weltbildes. Durch die dramatische Erweiterung ihrer kognitiven Basis hatte die Biologie durch Gentechnik auch einen maßgeblichen Einfluss auf den Aufstieg der Biotechnologie.

Die Gentechnik schafft Grundlagen für das Verständnis der Mittel und Wege, neue Organismen zu „konstruieren“ oder bestehende Organismen zu verbessern, ihnen einen größeren wirtschaftlichen Wert zu verleihen und die Produktivität biotechnologischer Prozesse deutlich zu steigern.

Im Rahmen der Gentechnik wird zwischen Gentechnik und Zellulartechnik unterschieden. Unter Gentechnik versteht man Manipulationen zur Herstellung rekombinanter DNA-Moleküle. Diese Methode wird oft als molekulares Klonen, Genklonen, rekombinante DNA-Technologie oder einfach genetische Manipulation bezeichnet. Es ist wichtig zu betonen, dass die Objekte der Gentechnik DNA-Moleküle und einzelne Gene sind. Im Gegensatz dazu bezeichnet Zelltechnik die genetische Manipulation isolierter einzelner Zellen oder Zellgruppen von Pflanzen und Tieren.

Kapitel XIX

GENTECHNIK

Unter Gentechnik versteht man eine Reihe verschiedener experimenteller Techniken (Techniken), die das Design (Rekonstruktion) und Klonen von DNA-Molekülen (Genen) für bestimmte Zwecke gewährleisten.

Gentechnische Methoden werden in einer bestimmten Reihenfolge angewendet (Abb. 221), und bei der Durchführung eines typischen gentechnischen Experiments, das auf das Klonen eines Gens abzielt, werden mehrere Phasen unterschieden, nämlich:

1. Isolierung von DNA aus den Zellen des interessierenden Organismus (anfänglich) und Isolierung des DNA-Vektors.

2. Schneiden (Restriktion) der DNA des ursprünglichen Organismus in Fragmente, die interessierende Gene enthalten, unter Verwendung eines der Restriktionsenzyme und Isolierung dieser Gene aus der resultierenden Restriktionsmischung. Gleichzeitig wird die Vektor-DNA geschnitten (eingeschränkt) und von einer kreisförmigen Struktur in eine lineare umgewandelt.

3. Verbinden des interessierenden DNA-Abschnitts (Gen) mit der Vektor-DNA, um hybride DNA-Moleküle zu erhalten.

4. Einführung hybrider DNA-Moleküle durch Transformation in einen anderen Organismus, beispielsweise in E. coli oder in somatische Zellen.

5. Aussaat von Bakterien, in die hybride DNA-Moleküle eingebracht wurden, auf Nährmedien, die das Wachstum nur von Zellen ermöglichen, die hybride DNA-Moleküle enthalten.

6. Identifizierung von Kolonien, die aus Bakterien bestehen, die hybride DNA-Moleküle enthalten.

7. Isolierung geklonter DNA (geklonter Gene) und deren Charakterisierung, einschließlich der Sequenzierung stickstoffhaltiger Basen im geklonten DNA-Fragment.

DNA (Quelle und Vektor), Enzyme, Zellen, in denen DNA geklont wird – all dies werden als „Werkzeuge“ der Gentechnik bezeichnet.

DNA-Extraktion

Betrachten wir als Beispiel die Methode der DNA-Isolierung am Beispiel von DNA-Plasmiden. DNA aus plasmidhaltigen Bakterienzellen wird mit einer traditionellen Technik isoliert, die darin besteht, Zellextrakte in Gegenwart von Detergenzien zu gewinnen und anschließend Proteine ​​aus den Extrakten durch Phenolextraktion zu entfernen (Abb. 222). Die vollständige Reinigung der Plasmid-DNA von Proteinen, RNA und anderen Verbindungen erfolgt in mehreren Schritten. Nachdem die Zellen beispielsweise mit Lysozym zerstört wurden (ihre Wände werden aufgelöst), wird dem Extrakt ein Detergens zugesetzt, um die Membranen aufzulösen und einige Proteine ​​zu inaktivieren. Der größte Teil der chromosomalen DNA wird aus den resultierenden Präparaten durch herkömmliche Zentrifugation entfernt.

Zur vollständigen Reinigung wird häufig die Chromatographie eingesetzt. Wenn eine sehr gründliche Reinigung erforderlich ist, wird eine Hochgeschwindigkeits-CsCI-Dichtegradientenzentrifugation mit Ethidiumbromid verwendet. Die verbleibende chromosomale DNA wird in lineare DNA fragmentiert, während die Plasmid-DNA kovalent geschlossen bleibt. Da Ethidiumbromid eine geringere Dichte als DNA hat, werden während der Ultrazentrifugation in einem Zentrifugenröhrchen zwei Ringe „abgeschraubt“ – Plasmid-DNA und chromosomale DNA (Abb. 223). Plasmid-DNA wird für die weitere Arbeit ausgewählt, chromosomale DNA wird verworfen.

Wirtschaftliche Bedeutung

Die Gentechnik dient dazu, die gewünschten Eigenschaften eines veränderlichen oder gentechnisch veränderten Organismus zu erreichen. Im Gegensatz zur herkömmlichen Selektion, bei der der Genotyp nur indirekt Veränderungen unterliegt, ermöglicht die Gentechnik mithilfe der Technik des molekularen Klonens einen direkten Eingriff in den genetischen Apparat. Beispiele für die Anwendung der Gentechnik sind die Produktion neuer gentechnisch veränderter Getreidesorten, die Produktion von Humaninsulin mithilfe gentechnisch veränderter Bakterien, die Produktion von Erythropoetin in Zellkulturen oder die Neuzüchtung von Versuchsmäusen für wissenschaftliche Forschung.

Die Grundlage der mikrobiologischen, biosynthetischen Industrie ist die Bakterienzelle. Die für die industrielle Produktion notwendigen Zellen werden nach bestimmten Merkmalen ausgewählt, von denen das wichtigste die Fähigkeit ist, eine bestimmte Verbindung – eine Aminosäure oder ein Antibiotikum, ein Steroidhormon oder eine organische Säure – in größtmöglichen Mengen zu produzieren und zu synthetisieren . Manchmal benötigt man einen Mikroorganismus, der beispielsweise Öl oder Abwasser als „Nahrung“ nutzen und zu Biomasse oder sogar Protein verarbeiten kann, das sich gut für Futtermittelzusätze eignet. Manchmal brauchen wir Organismen, die sich bei erhöhten Temperaturen oder in Gegenwart von Substanzen entwickeln können, die für andere Arten von Mikroorganismen sicherlich tödlich sind.

Die Aufgabe, solche industriellen Stämme zu gewinnen, ist sehr wichtig; für ihre Modifikation und Selektion wurden zahlreiche Methoden zur aktiven Beeinflussung der Zelle entwickelt – von der Behandlung mit starken Giften bis hin zur radioaktiven Bestrahlung. Das Ziel dieser Techniken ist es, Veränderungen im erblichen, genetischen Apparat der Zelle zu erreichen. Ihr Ergebnis ist die Produktion zahlreicher mutierter Mikroben, aus denen die Wissenschaftler dann versuchen, aus Hunderten und Tausenden die für einen bestimmten Zweck am besten geeigneten auszuwählen. Die Entwicklung von Methoden der chemischen Mutagenese oder Strahlenmutagenese war eine herausragende Errungenschaft der Biologie und wird in der Moderne häufig eingesetzt Biotechnologie.

Ihre Fähigkeiten sind jedoch durch die Natur der Mikroorganismen selbst begrenzt. Sie sind nicht in der Lage, eine Reihe wertvoller Stoffe zu synthetisieren, die sich in Pflanzen, vor allem in Heil- und ätherischen Ölpflanzen, anreichern. Sie können keine Substanzen synthetisieren, die für das Leben von Tieren und Menschen sehr wichtig sind, eine Reihe von Enzymen, Peptidhormonen, Immunproteinen, Interferonen und viele einfachere Verbindungen, die im Körper von Tieren und Menschen synthetisiert werden. Natürlich sind die Möglichkeiten der Mikroorganismen noch lange nicht ausgeschöpft. Von der gesamten Fülle an Mikroorganismen wurde nur ein winziger Bruchteil von der Wissenschaft und insbesondere von der Industrie genutzt. Für die Auswahl von Mikroorganismen sind beispielsweise anaerobe Bakterien, die in der Lage sind, in Abwesenheit von Sauerstoff zu leben, phototrophe Bakterien, die wie Pflanzen Lichtenergie nutzen, Chemoautotrophe und thermophile Bakterien, die, wie kürzlich entdeckt wurde, in der Lage sind, bei Temperaturen zu leben, von großem Interesse 110°C usw.

Und doch sind die Grenzen des „natürlichen Materials“ offensichtlich. Mit Hilfe von Zell- und Gewebekulturen von Pflanzen und Tieren versuchten und versuchen sie, die Beschränkungen zu umgehen. Dies ist ein sehr wichtiger und vielversprechender Weg, der auch in umgesetzt wird Biotechnologie. In den letzten Jahrzehnten haben Wissenschaftler Methoden entwickelt, mit denen einzelne Gewebezellen einer Pflanze oder eines Tieres wie Bakterienzellen getrennt vom Körper wachsen und sich vermehren können. Dies war eine wichtige Errungenschaft: Die so gewonnenen Zellkulturen werden für Experimente und die industrielle Produktion bestimmter Substanzen verwendet, die mit Bakterienkulturen nicht gewonnen werden können.

Entwicklungsgeschichte und erreichter Stand der Technik

In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wurden mehrere wichtige Entdeckungen und Erfindungen gemacht, die dem zugrunde liegenden Gentechnik. Langjährige Versuche, die in Genen „geschriebenen“ biologischen Informationen zu „lesen“, wurden erfolgreich abgeschlossen. Diese Arbeit wurde von dem englischen Wissenschaftler F. Sanger und dem amerikanischen Wissenschaftler W. Gilbert (Nobelpreis für Chemie) begonnen. Gene enthalten bekanntlich Informationsanweisungen für die Synthese von RNA-Molekülen und Proteinen, einschließlich Enzymen, im Körper. Um eine Zelle dazu zu zwingen, für sie ungewöhnliche neue Substanzen zu synthetisieren, ist es notwendig, dass in ihr die entsprechenden Enzymsätze synthetisiert werden. Und dazu ist es notwendig, entweder die darin befindlichen Gene gezielt zu verändern oder neue, bisher fehlende Gene einzuführen. Veränderungen in Genen in lebenden Zellen sind Mutationen. Sie entstehen beispielsweise unter dem Einfluss von Mutagenen – chemischen Giften oder Strahlung. Aber solche Veränderungen können nicht kontrolliert oder gesteuert werden. Daher haben Wissenschaftler ihre Bemühungen darauf konzentriert, Methoden zu entwickeln, um neue, sehr spezifische Gene, die der Mensch benötigt, in Zellen einzuführen.

Die Hauptschritte zur Lösung eines gentechnischen Problems sind wie folgt:

1. Gewinnung eines isolierten Gens. 2. Einführung des Gens in einen Vektor zur Übertragung in den Körper. 3. Übertragung des Vektors mit dem Gen in den veränderten Organismus. 4. Transformation von Körperzellen. 5. Auswahl gentechnisch veränderter Organismen ( GVO) und Eliminieren derjenigen, die nicht erfolgreich geändert wurden.

Der Prozess der Gensynthese ist mittlerweile sehr weit entwickelt und sogar weitgehend automatisiert. Es gibt spezielle Geräte, die mit Computern ausgestattet sind, in deren Speicher Programme zur Synthese verschiedener Nukleotidsequenzen gespeichert sind. Dieses Gerät synthetisiert DNA-Segmente mit einer Länge von bis zu 100–120 Stickstoffbasen (Oligonukleotide). Eine Technik hat sich weit verbreitet, die es ermöglicht, die Polymerase-Kettenreaktion für die Synthese von DNA, einschließlich mutierter DNA, zu nutzen. Darin wird ein thermostabiles Enzym, die DNA-Polymerase, zur Template-DNA-Synthese eingesetzt, bei der künstlich synthetisierte Nukleinsäurestücke – Oligonukleotide – als Keime dienen. Das Enzym Reverse Transkriptase ermöglicht mit solchen Primern die Synthese von DNA auf einer aus Zellen isolierten RNA-Matrize. Die so synthetisierte DNA wird komplementäre DNA (RNA) oder cDNA genannt. Ein isoliertes, „chemisch reines“ Gen kann auch aus einer Phagenbibliothek gewonnen werden. Dies ist die Bezeichnung für ein Bakteriophagenpräparat, in dessen Genom zufällige Fragmente des Genoms oder der cDNA eingebaut werden, die der Phagen zusammen mit seiner gesamten DNA reproduziert.

Die Technik der Einführung von Genen in Bakterien wurde entwickelt, nachdem Frederick Griffith das Phänomen der bakteriellen Transformation entdeckt hatte. Dieses Phänomen basiert auf einem primitiven sexuellen Prozess, der in Bakterien mit dem Austausch kleiner Fragmente nicht-chromosomaler DNA, Plasmiden, einhergeht. Plasmidtechnologien bildeten die Grundlage für die Einführung künstlicher Gene in Bakterienzellen.

Mit der Einführung eines vorgefertigten Gens in den Erbapparat pflanzlicher und tierischer Zellen waren erhebliche Schwierigkeiten verbunden. In der Natur gibt es jedoch Fälle, in denen fremde DNA (eines Virus oder Bakteriophagen) in den genetischen Apparat einer Zelle aufgenommen wird und mit Hilfe ihrer Stoffwechselmechanismen beginnt, „ihr“ Protein zu synthetisieren. Wissenschaftler untersuchten die Besonderheiten der Einführung fremder DNA und nutzten sie als Prinzip für die Einführung von genetischem Material in eine Zelle. Dieser Vorgang wird Transfektion genannt.

Wenn einzellige Organismen oder mehrzellige Zellkulturen einer Veränderung unterliegen, beginnt in dieser Phase das Klonen, also die Selektion der veränderten Organismen und ihrer Nachkommen (Klone). Wenn es darum geht, mehrzellige Organismen zu gewinnen, werden Zellen mit verändertem Genotyp zur vegetativen Vermehrung von Pflanzen verwendet oder bei Tieren in die Blastozysten einer Leihmutter eingebracht. Dadurch werden Jungtiere mit einem veränderten oder unveränderten Genotyp geboren, von denen nur diejenigen ausgewählt und miteinander gekreuzt werden, die die erwarteten Veränderungen aufweisen.

Anwendung in der wissenschaftlichen Forschung

Wenn auch in kleinem Maßstab, wird Gentechnik bereits eingesetzt, um Frauen mit einigen Arten von Unfruchtbarkeit eine Chance auf eine Schwangerschaft zu geben. Hierzu werden Eizellen einer gesunden Frau verwendet. Dadurch erbt das Kind den Genotyp von einem Vater und zwei Müttern.

Allerdings birgt die Möglichkeit, größere Veränderungen am menschlichen Genom vorzunehmen, eine Reihe schwerwiegender ethischer Probleme.

Was ist Gentechnik?

Gentechnik ist eine neue, revolutionäre Technologie, mit der Wissenschaftler Gene aus einem Organismus extrahieren und in einen anderen einbringen können. Gene sind das Programm des Lebens – das sind die biologischen Konstrukte, aus denen die DNA besteht und die spezifischen Eigenschaften des einen oder anderen lebenden Organismus bestimmen. Eine Gentransplantation verändert das Programm des Empfängerorganismus und seine Zellen beginnen, verschiedene Substanzen zu produzieren, die wiederum neue Eigenschaften in diesem Organismus schaffen.
Mit dieser Methode können Forscher bestimmte Eigenschaften und Merkmale in die gewünschte Richtung verändern, beispielsweise eine Tomatensorte mit längerer Haltbarkeit oder eine Sojabohnensorte entwickeln, die gegen Herbizide resistent ist. Gentechnik ist eine Methode der Biotechnologie, die sich mit der Erforschung der Umstrukturierung von Genotypen befasst. Der Genotyp ist nicht nur eine mechanische Summe von Genen, sondern ein komplexes System, das im Laufe der Evolution von Organismen entstanden ist. Die Gentechnik ermöglicht die Übertragung genetischer Informationen von einem Organismus auf einen anderen durch In-vitro-Operationen. Der Gentransfer ermöglicht die Überwindung von Barrieren zwischen den Arten und die Übertragung individueller Erbmerkmale eines Organismus auf einen anderen. Träger der materiellen Basis von Genen sind Chromosomen, zu denen DNA und Proteine ​​gehören. Aber die Gene der Bildung sind nicht chemisch, sondern funktionell.
Aus funktioneller Sicht besteht die DNA aus vielen Blöcken, die eine bestimmte Menge an Informationen speichern – Gene. Die Wirkung des Gens basiert auf seiner Fähigkeit, die Proteinsynthese durch RNA zu bestimmen. Das DNA-Molekül enthält sozusagen Informationen, die die chemische Struktur von Proteinmolekülen bestimmen. Ein Gen ist ein Abschnitt eines DNA-Moleküls, der Informationen über die Primärstruktur eines beliebigen Proteins (ein Gen – ein Protein) enthält. Da es in Organismen Zehntausende Proteine ​​gibt, gibt es Zehntausende Gene.

Die Gesamtheit aller Gene einer Zelle bildet ihr Genom. Alle Zellen des Körpers enthalten den gleichen Satz an Genen, aber jede von ihnen setzt einen anderen Teil der gespeicherten Informationen um. Daher unterscheiden sich beispielsweise Nervenzellen von Leberzellen sowohl in strukturellen, funktionellen als auch in biologischen Eigenschaften. Die Neuordnung von Genotypen bei der Durchführung gentechnischer Aufgaben stellt qualitative Veränderungen in Genen dar, die nicht mit Veränderungen in der Struktur der Chromosomen verbunden sind, die im Mikroskop sichtbar sind. Genveränderungen sind in erster Linie mit der Veränderung der chemischen Struktur der DNA verbunden.
Informationen über die Struktur eines Proteins, geschrieben als Nukleotidsequenz, werden als Aminosäuresequenz im synthetisierten Proteinmolekül umgesetzt. Eine Änderung der Nukleotidsequenz in der chromosomalen DNA, der Verlust einiger und der Einbau anderer Nukleotide, verändert die Zusammensetzung der auf der DNA gebildeten RNA-Moleküle, was wiederum eine neue Sequenz von Aminosäuren während der Synthese bestimmt. Dadurch beginnt in der Zelle die Synthese eines neuen Proteins, was zur Entstehung neuer Eigenschaften im Körper führt. Das Wesen gentechnischer Methoden besteht darin, dass einzelne Gene oder Gengruppen in das Genotyp eines Organismus eingefügt oder daraus ausgeschlossen werden. Durch das Einfügen eines zuvor fehlenden Gens in den Genotyp kann die Zelle gezwungen werden, Proteine ​​zu synthetisieren, die sie zuvor nicht synthetisiert hat.

Probleme der Gentechnik

Die Möglichkeiten einer der bedeutendsten wissenschaftlichen Schöpfungen des 20. Jahrhunderts – der Gentechnik – beflügeln seit langem die Fantasie der Menschheit, da sie sich dem Wichtigsten im menschlichen Körper, den Lebensgesetzen seines Körpers, genähert hat. Waren die Ergebnisse der Arbeit von Biotechnologen vor fünfzehn Jahren jedoch vor allem mit der Entwicklung neuer Karottensorten oder einer neuen Milchküherasse verbunden, so stellte sich vor ein paar Jahren heraus, dass es möglich war, mit dem kleinen Schaf Dolly zu kommunizieren , geklont von schottischen Biologen, und letztes Jahr wurde die Erstellung der ersten mehr oder weniger allgemeinen Karte des menschlichen Genoms bekannt gegeben. Vor dem Hintergrund der Errungenschaften auf dem Gebiet der Biologie treten die Hits der vergangenen Saisons – neue Informationstechnologien – in den Hintergrund. Die Frage, wann ein Mensch auf dem Mars frei herumlaufen kann, interessiert heute nur noch wenige; die Debatte darüber, wann es möglich sein wird, einen Menschen zu klonen, und dementsprechend, wie dies verhindert werden kann, ist eine Art Nicken zu Moral und Ethik.

Gentechnik – Feind oder Freund? Historische Perspektive...

Historische Perspektive

Wie Sie wissen, entstand das Leben auf der Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren, und egal welche Formen es annahm, für die Lebenserscheinungen jedes Organismus war dieselbe Substanz verantwortlich – Desoxyribonukleinsäure (auch bekannt als DNA). Die in Genen verankerte DNA bestimmt und bestimmt immer noch (und in Zukunft offenbar unter der strengen Führung des Menschen) die für ihr Überleben notwendige Stoffwechselaktivität der Zellen, und das ist Leben in seiner einfachsten Definition. Tatsächlich wurde der Begriff „Gene“ erst zu Beginn des letzten Jahrhunderts verwendet, obwohl die Erforschung ihrer Funktionsweise bereits im 19. Jahrhundert begann. Der österreichische Mönch Gregor Mendel beobachtete viele Jahre lang die Nachkommen von Erbsenpflanzen, die er im Klostergarten züchtete. Durch die Aufzeichnung äußerer Merkmale – der Höhe des Stängels, der Farbe der Blütenblätter, der Form der Erbsen – konnte er theoretisch auf die Existenz bestimmter „Faktoren“ schließen, die die Nachkommen der Elternpflanzen vererbt haben. Wie Kolumbus starb Mendel, ohne zu wissen, was er entdeckt hatte. Seit Beginn des 20. Jahrhunderts erlebt die Erforschung der Zellstruktur einen Boom. Den Biologen gelang es herauszufinden, welche Funktionen der Zellkern erfüllt, und das Rätsel um die Natur der Chromosomen zu lösen. Das Wichtigste war, dass die Natur der Translation von DNA-Molekülen klar wurde: Während der Meose, die dem Erscheinen von Eizellen und Spermien vorausgeht, wird die Anzahl der Chromosomen, die DNA enthalten, um die Hälfte reduziert, was anschließend mit der Fusion von DNA-Molekülen einhergeht Keimzellen ermöglichen die Verschmelzung ihrer Kerne zu einem Ganzen – und es entsteht ein neuer Organismus mit einem völlig einzigartigen Satz an Genen. 1953 gelang es schließlich, die Doppelhelixstruktur der DNA zu isolieren, die heute jedes Schulkind vom Sehen kennt. DNA gilt heute als universelle biologische Sprache, die alle auf der Erde lebenden Organismen vereint: Menschen und Bakterien, Pilze und Pflanzen. Das 20. Jahrhundert ist jedoch nicht nur ein Jahrhundert grundlegender Entdeckungen, sondern auch ein Jahrhundert der Technik – der praktischen Anwendung derselben Entdeckungen. Daher entwickelten sich neben der laufenden Forschung darüber, wie „das alles im Allgemeinen funktioniert“, verschiedene Zweige der Gentechnik und verschiedene Biotechnologien sprunghaft weiter. Von Anfang an ging es bei dieser Art des Ingenieursdenkens vor allem darum, wie einige lebende Organismen mit einem bestimmten Gen genutzt werden könnten, um andere zu verbessern – es handelte sich dabei um Pflanzen oder Tiere. In den siebziger Jahren lernten Wissenschaftler, Abschnitte der DNA eines Organismus herauszuschneiden und in einen anderen zu verpflanzen, was eine kleine Revolution in der Herstellung verschiedener Medikamente auslöste – Insulin, menschliches Wachstumshormon usw. Seit vielen Jahren wird versucht, eine sogenannte humane Gentherapie durchzuführen: Menschen, denen bestimmte Komponenten in ihrem Gensatz fehlen oder die teilweise defekt sind, werden die Gene anderer Menschen transplantiert. Die durch die Genetik gewonnenen Erkenntnisse werden in großem Umfang auf dem Gebiet der menschlichen Fortpflanzung genutzt. Viele Menschen wissen, dass es unter bestimmten Bedingungen durchaus möglich ist, Kinder „aus dem Reagenzglas“ zu erziehen und sich in manchen Situationen weiblicher Unfruchtbarkeit an Leihmütter zu wenden, um Hilfe zu erhalten. Gentechnisch veränderte Pflanzen (frostbeständiges Getreide, transgene Kartoffeln, schnell reifende Tomaten etc.) tauchen bereits auf den Esstischen auf, sorgen aber bisher noch nicht für großes Aufsehen.

Gentechnik – Feind oder Freund? Die Möglichkeiten der Gentechnik...

Möglichkeiten der Gentechnik, Human Genome Project

Natürlich mussten erfolgreiche Manipulationen an den Genen von Pflanzen und Tieren zu einer ziemlich heiklen Frage führen: Was ist mit dem Menschen? Wenn es möglich ist, Tiere zu verbessern, warum dann nicht auch Menschen verbessern? Zunächst müssen Sie jedoch den menschlichen Gensatz verstehen. So entstand 1990 eine Initiative zur Kartierung menschlicher Chromosomen, die aus 26.000 bis 30.000 Genen bestehen. Das Projekt hieß einfach „Human Genome“ und sollte irgendwann im Jahr 2005 eine vollständige Karte des Genoms erstellen. Das Projekt umfasst Forschungsgruppen aus verschiedenen Ländern und seit Ende der 90er Jahre. Es werden spezielle Unternehmen gegründet, deren Hauptaufgabe darin besteht, die Kommunikation zwischen solchen Gruppen zu erleichtern und zu beschleunigen. Anfang 2001 waren bereits zwei Chromosomen vollständig kartiert: 21 und 22.

Die größte Sensation des letzten Jahres war jedoch die Entdeckung einer Übersichtskarte des menschlichen Genoms durch Craig Venters Gruppe. Wissenschaftler sagen, wenn wir diese Karte mit gewöhnlichen vergleichen, wäre es kaum möglich, damit zum Laden in der nächsten Straße zu gelangen, aber auf jeden Fall spricht die Tatsache ihrer Existenz vom Beginn der Ära des Gens Patentierung, und dies wirft wiederum viele Fragen auf, die nicht mehr biologischer, sondern ethischer und rechtlicher Natur sind. Obwohl Wissenschaftler sagen, dass der Hauptzweck der Genomkartierung darin besteht, zu verstehen, wie der menschliche Körper funktioniert, um verschiedenen Krankheiten wirksamer zu widerstehen, und dass dieses Wissen die Entwicklung neuer Medikamente erheblich erleichtern kann, besteht immer noch die Notwendigkeit einer gesetzlichen Regelung des Problems wird deutlich: Wie und was kann mit dem menschlichen Körper gemacht werden und die Antwort auf die Frage: Wo sollen wir aufhören? Kann ein Mensch wie der Schöpfer werden und selbst neue Kreaturen erschaffen? Die Kartierung des menschlichen Genoms wird oft mit so revolutionären Ereignissen wie beispielsweise der Landung des Menschen auf dem Mond verglichen. Nun gibt es jedoch einen wesentlichen Unterschied: Wenn Raumfahrtprogramme zu den Aufgaben des Staates gehören, dann verfügen die an dem Projekt beteiligten Gruppen in der Regel über private Mittel, sodass nichtstaatliche Unternehmen das Urheberrecht an ihren Entwicklungen haben . Was werden sie damit machen?

Stellen wir uns vor, dass in naher Zukunft die Karte ziemlich genau erstellt wird und jede Person auf diese Weise beschrieben werden kann. Es stellt sich die Frage: Wer hat Zugriff auf diese Informationen? Inwieweit kann eine Person die „intimsten“ Informationen über sich selbst bewahren? Werden Arbeitgeber es ablehnen, eine Person einzustellen, die eine genetische Veranlagung für irgendeine Krebsart hat? Wird eine Krankenversicherung möglich sein, wenn das Genom jedes einzelnen Menschen Aufschluss über alle möglichen Krankheiten gibt? Tony Blair sprach über die Notwendigkeit, genetische Porträts von Kriminellen zu erstellen. Und es scheint, dass Wissenschaftler bereit sind, an der Entdeckung spezieller Gene zu arbeiten, die für abweichendes Verhalten bei Menschen verantwortlich sind. Viele Experten haben jedoch bereits Angst vor der Aussicht, dass die Gesellschaft in naher Zukunft die Lösung verschiedener Probleme verlagern wird – Kriminalität, Armut, Rassismus usw. - zu Genetikern und Gentechnik: „Man sagt, es geht nur um Gene. Wenn etwas nicht stimmt, dann ist das nicht die Angelegenheit der Gesellschaft, sondern die genetische Veranlagung des Einzelnen.“ Schließlich vergessen viele Menschen im Allgemeinen, dass nur einige seltene Krankheiten ausschließlich durch eine Reihe von Genen verursacht werden und dass die Krankheiten, die wir normalerweise als genetisch bedingt bezeichnen – Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen – nur teilweise genetischer Natur sind und in vielerlei Hinsicht wahrscheinlich sind Ob sie eintreten, hängt in erster Linie von den Schritten ab, die die Person selbst und die Gesellschaft unternehmen, und deshalb kann es nichts Schlimmeres geben, als dass eine Gesellschaft sich einer solchen Situation entledigt. Die gebräuchlichste Methode der Gentechnik ist die Gewinnung rekombinanter, d.h. enthält ein fremdes Gen, Plasmid. Plasmide sind zirkuläre doppelsträngige DNA-Moleküle, die aus mehreren tausend Nukleotidpaaren bestehen.

Dieser Prozess besteht aus mehreren Phasen:
1. Einschränkung – Schneiden der DNA, beispielsweise einer Person, in Fragmente.
2. Ligation – ein Fragment mit dem gewünschten Gen wird in Plasmide eingefügt und zusammengefügt.
3. Unter Transformation versteht man die Einführung rekombinanter Plasmide in Bakterienzellen. Die transformierten Bakterien erwerben bestimmte Eigenschaften. Jedes der transformierten Bakterien vermehrt sich und bildet eine Kolonie mit vielen tausend Nachkommen – einen Klon.
4. Unter Screening versteht man die Selektion unter Klonen transformierter Bakterien derjenigen mit Plasmiden, die das gewünschte menschliche Gen tragen.

Dieser gesamte Vorgang wird Klonen genannt. Durch das Klonen ist es möglich, mehr als eine Million Kopien eines beliebigen DNA-Fragments von einer Person oder einem anderen Organismus zu erhalten. Wenn das klonierte Fragment ein Protein kodiert, ist es möglich, den Mechanismus, der die Transkription dieses Gens reguliert, experimentell zu untersuchen und dieses Protein in der erforderlichen Menge herzustellen. Darüber hinaus kann ein geklontes DNA-Fragment eines Organismus in die Zellen eines anderen Organismus eingeschleust werden. Dadurch können beispielsweise hohe und stabile Erträge dank des eingeführten Gens erzielt werden, das für Resistenz gegen eine Reihe von Krankheiten sorgt. Wenn Sie in den Genotyp von Bodenbakterien die Gene anderer Bakterien einführen, die die Fähigkeit haben, Luftstickstoff zu binden, können die Bodenbakterien diesen Stickstoff in festen Bodenstickstoff umwandeln. Durch die Einführung eines Gens aus dem menschlichen Genotyp, das die Insulinsynthese steuert, in den Genotyp des E. coli-Bakteriums gelang es den Wissenschaftlern, die Produktion von Insulin durch solche E. coli zu erreichen. Mit der Weiterentwicklung der Wissenschaft wird es möglich, fehlende Gene in den menschlichen Embryo einzuführen und so genetische Krankheiten zu vermeiden.

Experimente zum Klonen von Tieren gibt es schon seit langem. Es reicht aus, den Kern aus der Eizelle zu entfernen, darin den Kern einer anderen Zelle aus embryonalem Gewebe einzupflanzen und sie wachsen zu lassen – entweder im Reagenzglas oder im Mutterleib einer Adoptivmutter. Das geklonte Schaf Doli wurde auf unkonventionelle Weise geschaffen. Ein Zellkern aus der Euterzelle eines 6 Jahre alten erwachsenen Schafes einer Rasse wurde in eine kernfreie Eizelle eines Schafes einer anderen Rasse transplantiert. Der sich entwickelnde Embryo wurde in ein Schaf der dritten Rasse eingesetzt. Da das neugeborene Lamm alle Gene vom ersten Spenderschaf erhalten hat, handelt es sich um dessen exakte genetische Kopie. Dieses Experiment eröffnet viele neue Möglichkeiten für das Klonen von Eliterassen anstelle einer jahrelangen Selektion. Wissenschaftlern der University of Texas ist es gelungen, die Lebensdauer mehrerer Arten menschlicher Zellen zu verlängern. Normalerweise stirbt eine Zelle, nachdem sie etwa 7–10 Teilungsvorgänge durchlaufen hat, es wurden jedoch hundert Zellteilungen erreicht. Laut Wissenschaftlern tritt Alterung auf, weil Zellen bei jeder Teilung Telomere verlieren, die molekularen Strukturen, die sich an den Enden aller Chromosomen befinden.

Wissenschaftler implantierten das von ihnen entdeckte Gen, das für die Produktion der Telomerase verantwortlich ist, in die Zellen und machten sie dadurch unsterblich. Vielleicht ist dies der zukünftige Weg zur Unsterblichkeit. Seit den 80er Jahren gibt es Programme zur Erforschung des menschlichen Genoms. Bei der Ausführung dieser Programme wurden bereits etwa 5.000 Gene gelesen (das gesamte menschliche Genom enthält 50-100.000). Eine Reihe neuer menschlicher Gene wurde entdeckt. Die Gentechnik gewinnt in der Gentherapie immer mehr an Bedeutung. Denn viele Krankheiten werden auf genetischer Ebene determiniert. Im Genom liegt eine Veranlagung bzw. Resistenz gegen viele Krankheiten. Viele Wissenschaftler glauben, dass Genommedizin und Gentechnik im 21. Jahrhundert funktionieren werden. Kein Wissenschaftler, der wirklich fest auf der Plattform der wissenschaftlichen Objektivität steht, würde jemals sagen, dass alles absolut alles heilen kann oder dass etwas „absolut sicher“ ist, insbesondere wenn es um Gentechnik geht, die einzelne Ebenen des Naturgesetzes manipuliert und dabei deren Integrität ignoriert. Wie wir bereits bei der Kernforschung gesehen haben, kann die durch solche Manipulationen freigesetzte Energie enorm sein, aber auch die mögliche Gefahr ist enorm. Als sich die Nukleartechnologie noch in der Entwicklungsphase befand, hätte sich niemand vorstellen können, dass der Menschheit in wenigen Jahren eine mehrfache Zerstörung drohen würde, die beide gegnerischen Kräfte gleichermaßen bewirken könnten. Und als man begann, Kernenergie zur Stromerzeugung zu nutzen, ahnte niemand, dass wir dadurch Millionen Tonnen radioaktiven Abfalls haben würden, der Zehntausende von Jahren lang giftig bleiben würde. Niemand wusste etwas davon, aber wir haben trotzdem einen blinden Schritt gewagt und dadurch ernsthafte Probleme für uns selbst und zukünftige Generationen geschaffen. Daher müssen wir beim Einsatz der Gentechnik sehr vorsichtig sein, da sie auf der Ebene operiert, auf der vollständige Informationen über die tiefste Struktur des Lebens enthalten sind.

Es dauerte Millionen von Jahren, bis sich das Leben auf der Erde zu dem äußerst ausgewogenen, dynamischen Ökosystem entwickelte, das es heute ist, mit all der unzähligen Vielfalt an Lebensformen, die wir heute kennen. Wir leben jetzt in einer Zeit, in der innerhalb einer Generation oder weniger die wichtigsten Nutzpflanzen durch den Eingriff der Gentechnik radikale Veränderungen erfahren werden, die das Ökosystem als Ganzes ernsthaft schädigen und auch die gesamte Menschheit gefährden werden. Bis die Sicherheit gentechnisch hergestellter Produkte nachgewiesen ist, wird diese Frage immer zweifelhaft bleiben – und diesen Standpunkt vertritt die Naturrechtspartei. Es ist notwendig, dass der Einsatz der Gentechnik von strengen wissenschaftlichen Sicherheitskontrollen begleitet wird. Man kann mit ziemlicher Sicherheit sagen, dass die Gentechnik zu einer chemischen Belastung der Umwelt führen wird. Die Züchtung von Getreidesorten mit erhöhter Resistenz gegen Herbizide wird dazu führen, dass Landwirte gezwungen werden, dreimal mehr chemische Pestizide zur Unkrautbekämpfung einzusetzen als bisher, was wiederum die Verschmutzung des amerikanischen Bodens und Grundwassers erhöht. So hat beispielsweise der Chemiekonzern Monsanto bereits Mais-, Soja- und Zuckerrübensorten entwickelt, die gegen das von ihm hergestellte Herbizid Roundup resistent sind. Branchenvertreter haben wiederholt erklärt, dass Roundup für lebende Organismen sicher ist und von der Umwelt schnell neutralisiert wird. Vorläufige Untersuchungen in Dänemark haben jedoch gezeigt, dass Roundup drei Jahre lang im Boden verbleibt (und daher von nachfolgenden in der Region angebauten Kulturen aufgenommen werden kann), und andere wissenschaftliche Arbeiten haben gezeigt, dass seine Verwendung als Herbizid toxische Reaktionen bei Landwirten hervorruft und stört beeinträchtigt die Fortpflanzungsfunktion von Säugetieren und schädigt Fische, Regenwürmer und Nützlinge.

Befürworter der Gentechnik behaupten oft, dass es sich bei der Technologie lediglich um eine Verbesserung der Art der Kreuzung handelt, die seit Jahrtausenden zur Verbesserung der Zucht von Nutzpflanzen und Haustieren eingesetzt wird. Doch tatsächlich durchdringt der Eingriff der Gentechnik die natürlichen Fortpflanzungsbarrieren zwischen den Arten, die das Gleichgewicht und die Integrität des Lebens auf der Erde aufrechterhalten. Das traditionelle System der Züchtung neuer Rassen und Sorten kann eine Schweinerasse mit einer anderen, ein Pferd mit einem Esel oder zwei Tomatensorten kreuzen, aber es kann keine Tomaten mit Fisch kreuzen – die Natur lässt eine solche Vermischung von Genen nicht zu. Und mit Hilfe der Gentechnik haben Wissenschaftler bereits die Gene von Fisch und Tomaten kombiniert – und diese in keiner Weise markierten Tomaten liegen jetzt still und leise in unseren Regalen. Darüber hinaus wurden praktisch alle Getreidearten, Hülsenfrüchte, Gemüse und Früchte bereits gentechnisch verändert, und die Lebensmittelindustrie beabsichtigt, alle diese Produkte innerhalb der nächsten 5 bis 8 Jahre auf den Markt zu bringen. Pioneer Hybrid International, das weltweit größte Saatgutunternehmen, hat mithilfe von Gentechnik eine neue Sojabohnensorte entwickelt, die das Paranuss-Gen enthält, um den Proteingehalt der Sojabohne zu erhöhen. Doch der in Soja implantierte Paranussbestandteil löste bei den meisten Verbrauchern eine allergische Reaktion aus, woraufhin Pioneer das Projekt abbrach. Und als das japanische Unternehmen Showa Denko durch Gentechnik die Struktur eines natürlichen Bakteriums veränderte, um ein Nahrungsergänzungsmittel namens Tryptophan effizienter herzustellen, führten diese genetischen Manipulationen dazu, dass dieses Bakterium als Teil von Tryptophan begann, ein hochwirksames Bakterium zu produzieren giftiger Stoff, der erst nach der Markteinführung des Produkts im Jahr 1989 entdeckt wurde. Die Folge: 5.000 Menschen erkrankten, 1.500 wurden dauerhaft arbeitsunfähig und 37 starben. Forscher freuen sich sehr über den Einsatz von Gentechnik, um ertragreichere Weizensorten zu entwickeln, nährstoffreichere Lebensmittel herzustellen und bestimmte Krankheiten zu eliminieren, in der Hoffnung, das menschliche Leben auf der Erde zu verbessern. Doch trotz der Tatsache, dass Gene in einem Versuchskolben extrahiert und korrekt gekreuzt werden können, ist es im wirklichen Leben sehr schwierig, die Folgen der Implantation von Genen in den Körper eines anderen vorherzusagen.

Solche Operationen können Mutationen hervorrufen, wodurch die Aktivität der natürlichen Gene des Körpers unterdrückt wird. Eingeschleuste Gene können auch unerwartete Nebenwirkungen haben: Gentechnisch veränderte Lebensmittel können beispielsweise Giftstoffe und Allergene enthalten oder einen verminderten Nährwert haben, was dazu führen kann, dass Verbraucher krank werden oder, wie es vorgekommen ist, sogar sterben. Darüber hinaus sind gentechnisch gezüchtete Organismen in der Lage, sich selbstständig zu vermehren und mit natürlichen Populationen zu kreuzen, die keinen genetischen Eingriffen unterzogen wurden, was zu irreversiblen biologischen Veränderungen im gesamten Ökosystem der Erde führt. Wir können mit voller Sicherheit sagen, dass die Gentechnik sicherlich ein vielversprechendes Gebiet ist, das in unserem Land leider nicht gefördert wird und über keinen eigenen Hersteller verfügt. Russland ist zwar an Entwicklungen in diesem Bereich beteiligt, ist aber gezwungen, seine Erfindungen im Ausland zu verkaufen. Unsere Wissenschaftler haben menschliches Interferon, Aspartam und Spinnennetz erfunden. Wichtig ist, dass bei der Entwicklung eines Arzneimittels dieses erst dann zum Einsatz kommt, wenn seine Struktur dem menschlichen Genom nahe kommt. In diesem Fall ist das Medikament absolut harmlos. Bei der Herstellung von Aspartam werden zwei Aminosäuren gemischt, der Katalysator für den Prozess sind jedoch Mikroorganismen. Die Aufgabe des Genetikers besteht darin, die Entwicklung so durchzuführen, dass die Reinigung des Arzneimittels von Mikroorganismen zu 100 % überprüft wird. Das ist die Qualität der Arbeit. Wir sind für die Qualität verantwortlich und der professionelle Standpunkt ist, dass die Gentechnik in einem angemessenen Maße für die Menschheit von Nutzen ist.

Gentechnik – Feind oder Freund? Die Gefahren der Gentechnik...

Wissenschaftliche Fakten über die Gefahren der Gentechnik

1. Die Gentechnik unterscheidet sich grundlegend von der Entwicklung neuer Sorten und Rassen. Die künstliche Hinzufügung fremder Gene stört die fein regulierte genetische Kontrolle einer normalen Zelle erheblich. Die Genmanipulation unterscheidet sich grundlegend von der Kombination mütterlicher und väterlicher Chromosomen, die bei natürlichen Kreuzungen auftritt.

2. Derzeit ist die Gentechnik technisch unvollkommen, da sie nicht in der Lage ist, den Prozess des Einfügens eines neuen Gens zu kontrollieren. Daher ist es unmöglich, die Insertionsstelle und die Auswirkungen des hinzugefügten Gens vorherzusagen. Selbst wenn die Position eines Gens bestimmt werden kann, nachdem es in das Genom eingefügt wurde, sind die verfügbaren DNA-Informationen für eine Vorhersage der Ergebnisse nur sehr unvollständig.

3. Durch den künstlichen Zusatz eines fremden Gens können unerwartet gefährliche Stoffe entstehen. Im schlimmsten Fall könnte es sich um giftige Stoffe, Allergene oder andere gesundheitsschädliche Stoffe handeln. Informationen über solche Möglichkeiten sind noch sehr unvollständig.

4. Es gibt keine absolut zuverlässigen Methoden zur Prüfung der Unbedenklichkeit. Mehr als 10 % der schwerwiegenden Nebenwirkungen neuer Medikamente können trotz sorgfältig durchgeführter Sicherheitsstudien nicht erkannt werden. Das Risiko, dass die gefährlichen Eigenschaften neuer gentechnisch veränderter Lebensmittel unentdeckt bleiben, dürfte deutlich größer sein als bei Arzneimitteln.

5. Die aktuellen Anforderungen an Sicherheitsprüfungen sind äußerst unzureichend. Sie sind eindeutig darauf ausgelegt, den Genehmigungsprozess zu vereinfachen. Sie ermöglichen den Einsatz äußerst unempfindlicher Unbedenklichkeitsprüfverfahren. Daher besteht ein erhebliches Risiko, dass gefährliche Lebensmittel die Kontrolle unentdeckt passieren.

6. Bisher durch Gentechnik hergestellte Lebensmittel haben keinen nennenswerten Wert für die Menschheit. Diese Produkte dienen hauptsächlich kommerziellen Interessen.

7. Das Wissen über die Auswirkungen gentechnisch veränderter Organismen, die in die Umwelt gelangen, ist völlig unzureichend. Es ist noch nicht bewiesen, dass gentechnisch veränderte Organismen keine schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt haben. Umweltschützer haben verschiedene mögliche Umweltkomplikationen vorgeschlagen. Beispielsweise gibt es viele Möglichkeiten für die unkontrollierte Verbreitung potenziell schädlicher Gene, die durch Gentechnik genutzt werden, einschließlich des Gentransfers durch Bakterien und Viren. Umweltbedingte Komplikationen lassen sich wahrscheinlich nicht beheben, da die freigesetzten Gene nicht zurückgenommen werden können.

8. Es könnten neue und gefährliche Viren entstehen. Es wurde experimentell gezeigt, dass sich im Genom eingebettete virale Gene mit den Genen infektiöser Viren verbinden können (sog. Rekombination). Diese neuen Viren sind möglicherweise aggressiver als die ursprünglichen. Viren können auch weniger speziesspezifisch werden. Beispielsweise können Pflanzenviren für Nützlinge, Tiere und auch den Menschen schädlich werden.

9. Das Wissen über die Erbsubstanz DNA ist sehr unvollständig. Die Funktion von lediglich drei Prozent der DNA ist bekannt. Es ist riskant, komplexe Systeme zu manipulieren, über die das Wissen unvollständig ist. Umfangreiche Erfahrungen in den Bereichen Biologie, Ökologie und Medizin zeigen, dass dies zu schwerwiegenden, unvorhersehbaren Problemen und Störungen führen kann.

10. Gentechnik wird das Problem des Welthungers nicht lösen. Die Behauptung, dass Gentechnik einen wesentlichen Beitrag zur Lösung des Welthungerproblems leisten kann, ist ein wissenschaftlich unbegründeter Mythos.