1. Genų inžinerijos galimybės. 4

2. Genų inžinerijos istorija. 6

3. Genų inžinerija kaip mokslas. Genų inžinerijos metodai. 10

4. Genų inžinerijos taikymo sritys. 12

5. Moksliniai faktai apie genų inžinerijos pavojų. 18

Išvada. 22

Literatūra.. 23

Įvadas

Pastaruoju metu genų inžinerijos tema tampa vis populiaresnė. Daugiausia dėmesio skiriama neigiamoms pasekmėms, kurias gali sukelti šios mokslo šakos plėtra, ir labai mažai dėmesio skiriama genų inžinerijos teikiamai naudai.

Perspektyviausia taikymo sritis yra vaistų gamyba naudojant genų inžinerijos technologijas. Pastaruoju metu tapo įmanoma gauti naudingų vakcinų, pagamintų iš transgeninių augalų. Ne mažiau įdomi ir maisto produktų gamyba naudojant tas pačias technologijas.

Genų inžinerija yra ateities mokslas. Šiuo metu visame pasaulyje milijonai hektarų žemės yra užsėti transgeniniais augalais, kuriami unikalūs medicininiai preparatai, nauji naudingų medžiagų gamintojai. Laikui bėgant genų inžinerija leis pasiekti naujų pasiekimų medicinoje, žemės ūkyje, maisto pramonėje ir gyvulininkystėje.

Šio darbo tikslas – ištirti genų inžinerijos galimybės ypatumus, raidos istoriją ir taikymo sritis.

1. Genų inžinerijos galimybės

Svarbi biotechnologijų dalis yra genų inžinerija. Gimusi 70-ųjų pradžioje, šiandien ji sulaukė didžiulės sėkmės. Genų inžinerijos metodai paverčia bakterijų, mielių ir žinduolių ląsteles į „fabrikus“, skirtus didelio masto bet kokių baltymų gamybai. Tai leidžia detaliai išanalizuoti baltymų struktūrą ir funkcijas bei naudoti juos kaip vaistus. Šiuo metu Escherichia coli (E. coli) tapo tokių svarbių hormonų, kaip insulinas ir somatotropinas, tiekėja. Anksčiau insulinas buvo gaunamas iš gyvūnų kasos ląstelių, todėl jo kaina buvo labai didelė. Norint gauti 100 g kristalinio insulino, reikia 800-1000 kg kasos, o viena karvės liauka sveria 200-250 gramų. Dėl to insulinas buvo brangus ir sunkiai prieinamas daugeliui diabetu sergančių žmonių. 1978 m. Genentech mokslininkai pirmą kartą pagamino insuliną specialiai sukurtoje Escherichia coli padermėje. Insulinas susideda iš dviejų polipeptidinių grandinių A ir B, kurių ilgis yra 20 ir 30 aminorūgščių. Kai juos sujungia disulfidiniai ryšiai, susidaro natūralus dvigubos grandinės insulinas. Įrodyta, kad jame nėra E. coli baltymų, endotoksinų ir kitų priemaišų, nesukelia šalutinio poveikio, kaip gyvulinis insulinas, ir neturi biologinio aktyvumo.

yra kitoks. Vėliau E. coli ląstelėse buvo susintetintas proinsulinas, kurio DNR kopija buvo susintetinta ant RNR šablono, naudojant atvirkštinę transkriptazę. Išvalius gautą proinsuliną, jis buvo padalintas į natūralų insuliną, o hormono ekstrahavimo ir išskyrimo etapai buvo sumažinti. Iš 1000 litrų kultūrinio skysčio galima gauti iki 200 gramų hormono, o tai prilygsta insulino kiekiui, išsiskiriančiam iš 1600 kg kiaulės ar karvės kasos.

Somatotropinas yra žmogaus augimo hormonas, kurį išskiria hipofizė. Šio hormono trūkumas sukelia hipofizės nykštukumą. Jei somatotropinas skiriamas po 10 mg/kg kūno svorio tris kartus per savaitę, tai per metus jo trūkumo kenčiantis vaikas gali augti 6 cm. Anksčiau jis buvo gautas iš lavoninės medžiagos, iš vieno lavono: 4-6 mg somatotropino galutiniame farmaciniame produkte. Taigi, turimi hormono kiekiai buvo riboti, be to, šiuo metodu gautas hormonas buvo nevienalytis ir jame galėjo būti lėtai augančių virusų. 1980 m. Genentec kompanija sukūrė somatotropino gamybos naudojant bakterijas technologiją, kuri neturėjo šių trūkumų. 1982 metais Pasteur institute Prancūzijoje žmogaus augimo hormonas buvo gautas E. coli ir gyvūnų ląstelių kultūroje, o 1984 metais SSRS pradėta pramoninė insulino gamyba. Interferono gamyboje naudojama ir E. coli, S. cerevisae (mielės), ir fibroblastų ar transformuotų leukocitų kultūra. Panašiais metodais gaunamos ir saugios bei pigios vakcinos.

Rekombinantinės DNR technologija paremta labai specifinių DNR zondų gamyba, kurie naudojami tiriant genų raišką audiniuose, genų lokalizaciją chromosomose, identifikuoti genus su susijusiomis funkcijomis (pavyzdžiui, žmonėms ir vištoms). DNR zondai taip pat naudojami diagnozuojant įvairias ligas.

Rekombinantinės DNR technologija suteikė galimybę taikyti netradicinį baltymų ir genų metodą, vadinamą atvirkštine genetika. Taikant šį metodą, baltymas išskiriamas iš ląstelės, šio baltymo genas klonuojamas ir modifikuojamas, sukuriant mutantinį geną, koduojantį pakitusią baltymo formą. Gautas genas įvedamas į ląstelę. Jei jis ekspresuojamas, jį nešanti ląstelė ir jos palikuonys sintetins pakitusį baltymą. Tokiu būdu galima koreguoti sugedusius genus ir gydyti paveldimas ligas.

Jei hibridinė DNR įvedama į apvaisintą kiaušinėlį, gali atsirasti transgeninių organizmų, kurie ekspresuoja mutantinį geną ir perduoda jį savo palikuonims. Gyvūnų genetinė transformacija leidžia nustatyti atskirų genų ir jų baltymų produktų vaidmenį tiek kitų genų veiklos reguliavime, tiek įvairiuose patologiniuose procesuose. Genų inžinerijos pagalba sukurtos virusinėms ligoms atsparių gyvūnų linijos bei žmonėms naudingų savybių turinčių gyvūnų veislės. Pavyzdžiui, rekombinantinės DNR, turinčios galvijų somatotropino geną, mikroinjekcija į triušio zigotą leido gauti transgeninį gyvūną, kurio hiperprodukcija yra šio hormono. Gauti gyvūnai turėjo ryškią akromegaliją.

Genų materialinio pagrindo nešėjai yra chromosomos, kurios apima DNR ir baltymus. Tačiau formavimosi genai yra ne cheminiai, o funkciniai. Funkciniu požiūriu DNR susideda iš daugybės blokų, kuriuose saugomas tam tikras informacijos kiekis – genai. Geno veikimas pagrįstas jo gebėjimu nustatyti baltymų sintezę per RNR. DNR molekulėje yra tarsi informacija, kuri lemia baltymų molekulių cheminę struktūrą. Genas – tai DNR molekulės dalis, kurioje yra informacija apie bet kurio baltymo pirminę struktūrą (vienas genas – vienas baltymas). Kadangi organizmuose yra dešimtys tūkstančių baltymų, yra dešimtys tūkstančių genų. Visų ląstelės genų visuma sudaro jos genomą. Visose kūno ląstelėse yra tas pats genų rinkinys, tačiau kiekviena iš jų įgyvendina skirtingą saugomos informacijos dalį. Todėl, pavyzdžiui, nervinės ląstelės skiriasi nuo kepenų ląstelių tiek struktūrinėmis, tiek funkcinėmis, tiek biologinėmis savybėmis.

Dabar net sunku numatyti visas galimybes, kurios bus realizuotos per artimiausius kelis dešimtmečius.

2. Genų inžinerijos istorija

Aukštųjų biomedicinos technologijų, genetinių tyrimų metodų, o taip pat ir pačios genų inžinerijos istorija tiesiogiai susijusi su amžinu žmogaus noru tobulinti žmonių auginamas naminių gyvulių ir kultūrinių augalų veisles. Atrinkdamas tam tikrus individus iš gyvūnų ir augalų grupių ir kryžmindamas juos tarpusavyje, žmogus, neturėdamas teisingo supratimo apie gyvų būtybių viduje vykstančių procesų vidinę esmę, daugelį šimtų ir tūkstantmečių kūrė patobulintus. gyvūnų ir augalų veislių, kurios turėjo tam tikrų žmonėms naudingų ir reikalingų savybių.

XVIII–XIX amžiuje buvo daug bandoma išsiaiškinti, kaip bruožai perduodami iš kartos į kartą. Vieną svarbų atradimą 1760 m. padarė botanikas Koelreutheris, sukryžminęs dviejų rūšių tabaką, pernešdamas žiedadulkes iš vienos rūšies kuokelių į kitos rūšies piesteles. Augalai, gauti iš hibridinių sėklų, turėjo tarpinių tarp abiejų tėvų savybių. Koelreuteris iš to padarė logišką išvadą, kad tėvų savybės perduodamos ir per žiedadulkes (sėklų ląsteles), ir per kiaušialąstes (ovules). Tačiau nei jis, nei jo amžininkai, užsiėmę augalų ir gyvūnų hibridizacija, nesugebėjo atskleisti paveldimumo perdavimo mechanizmo prigimties. Tai iš dalies paaiškinama tuo, kad tuo metu dar nebuvo žinomas šio mechanizmo citologinis pagrindas, o daugiausia tuo, kad mokslininkai bandė tirti visų augalų savybių paveldėjimą vienu metu.

Mokslinį požiūrį į tam tikrų bruožų ir savybių paveldėjimo tyrimą sukūrė austrų katalikų vienuolis Gregoras Mendelis, kuris 1865 m. vasarą savo vienuolyno teritorijoje pradėjo augalų hibridizacijos eksperimentus (kryžminant skirtingų veislių žirnius). Jis pirmasis atrado pagrindinius genetikos dėsnius. Gregoras Mendelis pasiekė sėkmės, nes tyrinėjo individualių, aiškiai išsiskiriančių (kontrastingų) bruožų paveldėjimą, skaičiavo kiekvieno tipo palikuonių skaičių ir kruopščiai saugojo išsamius visų savo kryžminimo eksperimentų įrašus. Matematikos pagrindų išmanymas leido teisingai interpretuoti gautus duomenis ir iškelti prielaidą, kad kiekvieną požymį lemia du paveldimi veiksniai. Talentingas vienuolis-tyrėjas vėliau sugebėjo aiškiai parodyti, kad paveldimos savybės nėra maišomos, o perduodamos palikuonims tam tikrų vienetų pavidalu. Ši nuostabi išvada vėliau buvo visiškai patvirtinta, kai buvo galima pamatyti chromosomas ir sužinoti įvairių tipų ląstelių dalijimosi ypatybes: mitozės (somatinės ląstelės - kūno ląstelės), mejozės (lytinės, reprodukcinės, gemalinės) ir apvaisinimo.

Mendelis pranešė apie savo darbo rezultatus Brunno gamtininkų draugijos susirinkime ir paskelbė juos šios draugijos veikloje. Jo rezultatų reikšmės nesuprato amžininkai, o šie tyrimai beveik 35 metus nepatraukė augalų selekcininkų ir gamtininkų dėmesio.

1900 m., kai tapo žinoma informacija apie ląstelių dalijimąsi pagal mitozės, mejozės ir paties apvaisinimo tipą, trys tyrinėtojai - de Vriesas Olandijoje, Corrensas Vokietijoje ir Chermakas Austrijoje - atliko daugybę eksperimentų ir, nepriklausomai vienas nuo kito, iš naujo atrado. paveldimumo dėsniai, anksčiau aprašyti Mendelio. Vėliau, atradę Mendelio straipsnį, kuriame šie dėsniai buvo aiškiai suformuluoti prieš 35 metus, šie mokslininkai vienbalsiai pagerbė vienuolį mokslininką, jo vardu pavadindami du pagrindinius paveldimumo dėsnius.

Pirmajame XX amžiaus dešimtmetyje buvo atlikti eksperimentai su įvairiausiais augalais ir gyvūnais, atlikta daugybė stebėjimų, susijusių su žmonių charakterio paveldėjimu, kurie aiškiai parodė, kad visuose šiuose organizmuose paveldimumas paklūsta tiems patiems pagrindiniams dėsniams. Nustatyta, kad Mendelio aprašyti veiksniai, lemiantys individualų požymį, yra ląstelės branduolio chromosomose. Vėliau, 1909 m., danų botanikas Johansenas šiuos vienetus pavadino genais (iš graikų kalbos žodžio „ge-nos“ - gentis, kilmė), o amerikiečių mokslininkas Williamas Suttonas pastebėjo stebėtiną chromosomų elgesio panašumą formuojantis. gametos (lytinės ląstelės), jų apvaisinimas ir Mendelio paveldimumo faktorių – genų perdavimas. Remiantis šiais genialiais atradimais, buvo sukurta vadinamoji chromosomų paveldimumo teorija.

Tiesą sakant, pati genetika, kaip mokslas apie gyvų organizmų paveldimumą ir kintamumą bei jų valdymo būdus, atsirado XX amžiaus pradžioje. Amerikiečių genetikas T. Morganas kartu su bendradarbiais atliko daugybę eksperimentų, kurie leido atskleisti genetinį lyties nustatymo pagrindą ir paaiškinti daugybę neįprastų paveldėjimo formų, kuriose bruožo perdavimas priklauso nuo individo lyties. (vadinamieji su lytimi susiję bruožai). Kitas didelis žingsnis į priekį žengtas 1927 metais, kai G. Mölleris nustatė, kad vaisinę muselę Drosophila ir kitus organizmus apšvitinus rentgeno spinduliais, galima dirbtinai sukelti juose genų pokyčius, tai yra mutacijas. Tai leido gauti daug naujų mutantinių genų – papildomos medžiagos paveldimumui tirti. Duomenys apie mutacijų pobūdį buvo vienas iš raktų į supratimą ir pačių genų struktūrą.

Mūsų amžiaus 20-aisiais sovietų mokslininkai iš A.S. Serebrovskis atliko pirmuosius eksperimentus, kurie parodė, koks sudėtingas yra genas. Šias idėjas panaudojo J. Watsonas ir F. Crickas, kuriems 1953 metais Anglijoje pavyko sukurti DNR modelį ir iššifruoti genetinį kodą. Vėlesni moksliniai tyrimai, susiję su tikslinga naujų genetinės medžiagos derinių kūrimu, paskatino pačios genų inžinerijos atsiradimą.

Tuo pačiu metu, 40-aisiais, buvo pradėtas eksperimentinis genų ir fermentų santykių tyrimas. Tam buvo plačiai naudojamas kitas objektas – pelėsis Neurospora, iš kurio buvo galima dirbtinai gauti ir ištirti nemažai biocheminių mutacijų, susijusių su vieno ar kito specialaus fermento (baltymo) praradimu. Per pastaruosius du dešimtmečius dažniausiai genetinių tyrimų objektai buvo Escherichia coli ir tam tikri bakteriofagai, kurie užkrečia šią bakteriją.

Nuo pat XX amžiaus pradžios buvo nuolat domimasi tam tikrų (specifinių) savybių paveldėjimo žmonėms tyrimais ir pageidaujamų bei nepageidaujamų savybių perdavimu naminiams gyvūnams ir kultūriniams augalams. Remdamiesi vis gausėjančiomis žiniomis apie genetinius modelius, genetikai ir veisėjai beveik pagal užsakymą išmoko veisti gyvulių veisles, kurios gali išgyventi karštame klimate, karves, kurios duoda daug riebaus pieno, viščiukus, kurie deda didelius kiaušinius. plonais lukštais, ir kukurūzų bei kviečių veislių, kurios yra labai atsparios tam tikroms ligoms.

1972 metais JAV P. Bergo laboratorijoje buvo gauta pirmoji hibridinė (rekombinantinė) DNR. Įdomios idėjos žmogaus genetikos ir genetinių tyrimų metodų srityje pradėtos plačiai plėtoti ir taikyti pačioje medicinoje. 70-aisiais prasidėjo žmogaus genomo dekodavimas. Jau daugiau nei dešimtmečius buvo vykdomas projektas, vadinamas Žmogaus genomu. Iš 3 milijardų nukleotidų porų, išdėstytų nenutrūkstamais ištraukomis, iki šiol buvo perskaityta tik apie 10 milijonų simbolių. Tuo pačiu metu kuriami nauji genetiniai metodai, kurie padidina DNR skaitymo greitį. Rusijos medicinos mokslų akademijos Medicininės genetikos centro direktorius V.I. Ivanovas tikrai tiki, kad „visas genomas bus perskaitytas apie 2020 m.“.

3. Genų inžinerija kaip mokslas. Genų inžinerijos metodai

Genų inžinerija – tai funkciškai aktyvių genetinių struktūrų (rekombinantinės DNR) konstravimas in vitro arba, kitaip tariant, dirbtinių genetinių programų kūrimas (Baev A.A.). Pasak E.S. Piruzyan genų inžinerija – tai eksperimentinių metodų sistema, leidžianti laboratorijoje (in vitro) sukurti dirbtines genetines struktūras vadinamųjų rekombinantinių arba hibridinių DNR molekulių pavidalu.

Mes kalbame apie nukreiptą, pagal iš anksto nustatytą programą, molekulinių genetinių sistemų kūrimą už kūno ribų ir vėlesnį jų įvedimą į gyvą organizmą. Šiuo atveju rekombinantinė DNR tampa neatsiejama recipiento organizmo genetinio aparato dalimi ir suteikia jam naujų unikalių genetinių, biocheminių, o vėliau ir fiziologinių savybių.

Taikomosios genų inžinerijos tikslas – suprojektuoti tokias rekombinantines DNR molekules, kurios, patekusios į genetinį aparatą, suteiktų organizmui žmogui naudingų savybių.

Rekombinantinėje DNR technologijoje naudojami šie metodai:

Specifinis DNR skilimas restrikcijos nukleazėmis, pagreitinant atskirų genų išskyrimą ir manipuliavimą;

Greitas visų nukleotidų sekos nustatymas išgrynintame DNR fragmente, leidžiantis nustatyti geno ribas ir jo koduojamą aminorūgščių seką;

Rekombinantinės DNR konstravimas;

Nukleino rūgščių hibridizacija, leidžianti tiksliau ir jautriau aptikti specifines RNR arba DNR sekas, remiantis jų gebėjimu surišti komplementarias nukleorūgščių sekas;

DNR klonavimas: amplifikacija in vitro naudojant polimerazės grandininę reakciją arba DNR fragmento įvedimą į bakterijos ląstelę, kuri po tokios transformacijos atkuria šį fragmentą milijonais kopijų;

Rekombinantinės DNR įvedimas į ląsteles ar organizmus.

4. Genų inžinerijos taikymo sritys

Dabartiniai moksliniai atradimai žmogaus genetikos srityje iš tikrųjų turi revoliucinę reikšmę, nes kalbame apie galimybę sukurti „žmogaus genomo žemėlapį“ arba „patologinę žmogaus genomo anatomiją“. Šis genetinis žemėlapis leis nustatyti ilgosios DNR spiralės genų, atsakingų už tam tikras paveldimas ligas, vietą. Pasak genetikos mokslininkų, šios neribotos galimybės sudarė pagrindą idėjai klinikinėje praktikoje taikyti vadinamąją genų terapiją, kuri yra pacientų gydymo būdas, apimantis pažeistų genų pakeitimą naudojant aukštąsias biomedicinos technologijas ir genų inžineriją. Įsiveržti į žmogaus genų sistemų sudėtį ir užtikrinti jų gyvybinę veiklą galima tiek somatinių (visų kūno ląstelių su tam tikrais struktūriniais ir funkciniais skirtumais) kūno ląstelių lygmeniu, tiek reprodukcinių, reprodukcinių (gemalų) ir gemalų lygiu. (embrioninės) ląstelės.

Genų inžinerija kaip terapijos rūšis – konkrečios genetiškai nulemtos ligos gydymas – siejama su atitinkamos nedefektinės DNR molekulės tiekimu, siekiant ją pakeisti genu – chromosomos dalimi, kurioje yra defektas, arba integracijai į žmogaus genetinę medžiagą susiliejant su vadinamosiomis somatinėmis žmogaus kūno ląstelėmis, turinčiomis genetinį defektą. Genų inžinerijos uždavinys, susijęs su asmeniu, yra suteikti atitinkamą tikslinį poveikį konkrečiam genui, kad jis tinkamai funkcionuotų, ir suteikti žmogui, sergančiam paveldima liga, normalia, nepakitusia geno versija. Priešingai nei vaistų terapija, ši terapija, vadinama genų inžinerija, gali suteikti pacientui ilgalaikį, ilgalaikį, labai veiksmingą gydymą, kuris atneša daug palengvėjimo ir naudos.

Tačiau visi šiuolaikiniai DNR įvedimo į gyvus organizmus metodai nesugeba nukreipti ir pristatyti jos į konkrečią ląstelių populiaciją, kurioje yra pakitęs ir todėl netinkamai veikiantis genas. Kitaip tariant, vadinamasis nukreiptas perkėlimas, genų pernešimas organizme („in vivo“ modelyje) šiuo metu yra neįmanomas.

Kitas metodologinis požiūris, pagrįstas tam tikros ląstelių populiacijos, turinčios paveiktą geną, išskyrimu iš paciento kūno ir genetinės medžiagos manipuliavimu pakeičiant pažeistus genus ląstelėse naudojant genų inžineriją („in vitro“ modelyje) ir grąžinant juos į tą. vieta organizme, kur jie buvo paimti iš paciento, šiuo metu įmanoma medicinos genetiniuose centruose. Šis genų terapijos metodas taikant genų inžineriją jau buvo naudojamas eksperimentiniam bandymui išgydyti du pacientus, sergančius reta genetine liga, vadinama beta talasemija, kurią, kaip ir pjautuvinių ląstelių anemiją, taip pat sukelia netinkamai suformuota ir todėl netinkamai funkcionuojanti liga. baltymai raudonuosiuose kraujo kūneliuose. Manipuliacijos esmė buvo ta, kad iš šių pacientų kaulų čiulpų buvo išskirtos vadinamosios kamieninės ląstelės, į kurių chromosomas buvo įvestas DNR skyrius, atsakingas už normalaus hemoglobulino baltymo gamybą – genas. Beveik visiškai sunaikinus pacientų kaulų čiulpuose likusias blogai funkcionuojančias kamienines ląsteles, pacientams buvo suleistos genetiškai modifikuotos kamieninės ląstelės. Deja, šie du bandymai buvo kliniškai nesėkmingi, nes pacientai mirė. Šis pirmasis genų inžinerijos atvejis ligoninės aplinkoje nebuvo patvirtintas arba patvirtintas atitinkamų peržiūros komitetų, o jo dalyviai buvo griežtai pasmerkti už šiurkščius žmogaus genetikos tyrimų taisyklių pažeidimus.

Reprodukcinių (reprodukcinių) ląstelių genų inžinerija gali sukelti visiškai kitokias pasekmes, nes DNR įvedimas į šias ląsteles skiriasi nuo somatinių (kūno, nereprodukcinių) ląstelių genetinio defekto ištaisymo. Yra žinoma, kad kitų genų įvedimas į lytinių ląstelių chromosomas lemia jų perdavimą kitoms kartoms. Iš principo galima įsivaizduoti, kad tam tikro žmogaus, kuris yra paveiktas vienokiomis ar kitokiomis genetiškai nulemtomis ligomis, kiekvienos besidauginančios ląstelės genetinės medžiagos pridedamos tam tikros DNR dalys, kurios pakeis defektines dalis.

Iš tiesų, tai buvo pasiekta su pelėmis. Taigi iš patelės kiaušidės buvo gautas kiaušinėlis, kuris vėliau buvo apvaisintas in vitro (in vitro), o po to į apvaisinto kiaušinėlio chromosomą buvo įvesta svetima DNR dalis. Pats apvaisintas kiaušinėlis su pakitusiu genomu buvo implantuotas (įvestas) į pelės patelės motinos gimdą. Viename eksperimente svetimos DNR šaltinis buvo triušio genetinė medžiaga, o kitame – žmogaus genetinė medžiaga.

Norint vaisiaus vystymosi laikotarpiu nustatyti vaiko su tam tikrais genetiniais sutrikimais, pvz., Dauno sindromu ar Tay-Sachs liga, tikimybę, naudojama tyrimo technika, vadinama amniocenteze – prenatalinė analizė, kurios metu paimamas biologinio skysčio mėginys. kurių sudėtyje yra lytinių ląstelių, paimtų iš amniono maišelio antrojo nėštumo trimestro pradžioje. Be to, buvo toliau plėtojama įvairių vaisiaus ląstelių ištraukimo iš motinos placentos kraujo mėginio technika. Tokiu būdu gautomis gimdos ląstelėmis šiuo metu galima nustatyti tik ribotą skaičių genetiškai nulemtų ligų, kuriose yra ryškūs, šiurkštūs DNR struktūros sutrikimai ir biocheminiais tyrimais nustatyti pakitimai. Genų inžinerija naudojant rekombinantinę DNR prenatalinių tyrimų metu atveria galimybę teisingai diagnozuoti įvairias ir daugybę paveldimų ligų.

Šiuo atveju kuriami būdai sukurti vadinamuosius genų „zondus“, kurių pagalba galima nustatyti, ar chromosomoje yra normalus, nepakitęs genas, ar nenormalus, defektinis genas. Be to, genų inžinerija, susijusi su rekombinantinės DNR, kuri yra viena iš jos formavimosi stadijų, naudojimu, ateityje leis atlikti vadinamąjį žmogaus genų „planavimą“, kad tam tikras genas kuri neša iškraipytą, patologinę informaciją ir todėl domina genetikus, galėtų būti laiku ir pakankamai greitai identifikuota pagal analogiją su kito „pažymėto“ geno naudojimo technika. Šis sudėtingas medicininis ir biologinis metodas turėtų padėti nustatyti bet kurio geno vietą gimdos ląstelėse, o ne tik tose, kuriose, naudojant amniocentezės metodą, gali būti aptikti įvairūs sutrikimai.

Šiuo atžvilgiu pastaraisiais metais atsirado naujų biomedicinos mokslų sferų, tokių kaip, pavyzdžiui, aukštosios DNR technologijos, embriono terapija ir ląstelių terapija (citoterapija), tai yra genetiškai nulemtos ligos intrauterinė diagnostika ir gydymas. ugdymo stadijoje ir embriono (embriono) vystymosi stadijoje bei vaisiaus brendimo stadijoje. Invazija ir manipuliavimas embrionine medžiaga turi tiesioginės įtakos genetinių pokyčių paveldėjimui, nes jie gali būti perduodami iš kartos į kartą. Be to, pati genetinė diagnozė pradeda vystytis į genetinį prognozavimą, tai yra į būsimo žmogaus likimo nustatymą, įtvirtinant pagrindinius revoliucinius pačios medicinos pokyčius, kurie dėl sudėtingų medicininių-genetinių eksperimentų ir metodų įgijo galimybę. gerokai prieš pasirodant „klinikiniam ligos paveikslui“, kartais net iki žmogaus gimimo, siekiant nustatyti, kokie paveldimi negalavimai jam gresia. Taigi genetikų ir genų inžinerijos srities specialistų pastangomis biomedicinos mokslų gelmėse gimė vadinamoji „prognozuojanti medicina“, tai yra medicina, kuri „prognozuoja ateitį“.

Tuo pačiu metu įvairios genų inžinerijos technologijos ir metodai leidžia nuspėti prenataliniu vaiko raidos periodu, iki jo gimimo, ne tik tam tikros paveldimos ligos buvimą, bet ir išsamiai aprašyti medicininę bei genetinę ligą. augančio embriono ir vaisiaus savybės.

Sukaupus naujų duomenų apie žmogaus genomo genetinį kartografavimą ir jo DNR aprašymą (sekvenavimą), taip pat dėl ​​to, kad kuriami modernūs DNR polimorfizmų tyrimo metodai leidžia pateikti genetinę informaciją apie tam tikras struktūrines ir funkcines ( įskaitant patologinius) žmogaus organizmo ypatumus, kurie, matyt, išryškės ateityje, bet dabar dar nepastebimi, medicininės genetinės diagnostikos pagalba tampa įmanoma gauti visą genetinę informaciją apie vaiką ne tik ikiklinikiniu būdu, tai yra iki tam tikros paveldimos ligos pasireiškimo ir prenataliniu laikotarpiu, tai yra iki jo gimimo, bet ir preceptyviai, tai yra, dar prieš jos pastojimą.

Artimiausiu metu dėl sėkmės ir pažangos medicininės genetinės diagnostikos srityje, remiantis DNR diagnostikos duomenimis, bus galima gana užtikrintai spręsti, pavyzdžiui, koks yra žmogaus ūgis, protiniai gebėjimai, polinkis sirgti tam tikromis ligomis. (ypač vėžys) bus ar psichinis), pasmerktas bet kokių paveldimų ligų pasireiškimui ir vystymuisi.

Šiuolaikinės medicinos ir biologinės technologijos leidžia aptikti įvairius genų sutrikimus, kurie gali pasireikšti ir sukelti tam tikrus negalavimus ne tik kliniškai ryškios ligos stadijoje, bet ir tada, kai dar nėra patologijos požymių ir pati liga nepasireikš. taip greitai pasireiškia. Pavyzdžiui, Alzheimerio liga ir Hantingtono chorėja, kuria serga vyresni nei 40 metų ar net 70 metų žmonės. Tačiau net ir šiais atvejais galima aptikti genus, galinčius sukelti panašias žmonių ligas, dar prieš paciento pastojimą. Taip pat žinoma, kad cukrinis diabetas gali būti priskirtas prie šių ligų. Polinkis sirgti šia liga ir pati genetiškai nulemta patologija yra paveldima ir gali pasireikšti nesilaikant tam tikro gyvenimo būdo suaugus ar senatvėje. Galime pakankamai užtikrintai teigti, kad jei abu tėvai arba vienas iš jų serga cukriniu diabetu, tada tikimybė paveldėti „diabeto“ geną ar tokių genų derinį perduodama vaikams.

Tokiu atveju, esant mikroskopiškai mažiems biologinės medžiagos kiekiams, galima atlikti atitinkamus medicininius ir biologinius tyrimus bei nustatyti teisingą diagnozę. Kartais tam pakanka kelių atskirų ląstelių, kurios bus padaugintos kultūroje in vitro ir iš jų bus gautas tiriamo žmogaus „genetinis portretas“, žinoma, ne visiems jo genomo genams (jų yra dešimtys). iš tūkstančių!), bet tiems iš jų , dėl kurių yra pagrįstas pagrindas įtarti, kad yra tam tikrų trūkumų. Vienu metu plėtojant ląstelių ir genų inžinerijos metodus, vėlesniuose genomo pažinimo etapuose atsiras praktinė galimybė savavališkai, o visų pirma terapiniais tikslais, keisti genų seką ir tvarką, jų sudėtis ir struktūra.

Medicina nėra vienintelė genų inžinerijos taikymo sritis. Yra augalų genų inžinerija ir bakteriologinių ląstelių genų inžinerija.

Pastaruoju metu atsirado naujų galimybių gauti „valgomas“ vakcinas, kurių pagrindą sudaro transgeniniai augalai.

Pasaulyje padaryta didelė pažanga transgeninių augalų srityje. Jie daugiausia susiję su tuo, kad organizmo gavimo iš ląstelės, ląstelių grupės ar nesubrendusio embriono augaluose problema dabar nėra labai sudėtinga. Šiuolaikiniame moksle plačiai naudojamos ląstelių technologijos, audinių kultūra ir regenerantų kūrimas.

Pažiūrėkime į pasiekimus augalininkystės srityje, kurie buvo gauti Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo Sibiro augalų fiziologijos ir biochemijos institute.

Taigi pastaraisiais metais nemažai transgeninių augalų buvo gauta perkeliant į jų genomą genus ugt, acp, acb, accc ir kitus, išskirtus iš įvairių augalinių objektų.

Įvedus šiuos genus, atsirado transgeniniai kviečių, bulvių, pomidorų, agurkų, sojų pupelių, žirnių, rapsų, braškių, drebulių ir kai kurių kitų augalai.

Genų įvedimas buvo atliktas arba „taikiniais“ audiniais iš „genų pistoleto“ (kurio dizainas buvo sukurtas mūsų institute), arba genetiniu vektoriumi, pagrįstu agrobakterine plazmide su įmontuotais tiksliniais genais ir atitinkamais promotoriais. .

Dėl to susidarė nemažai naujų transgeninių formų. Štai keletas iš jų.

Transgeniniai kviečiai (2 veislės), kurių augimas ir dygimas žymiai intensyvesnis, tikėtina, yra atsparesni sausrai ir kitiems nepalankiems aplinkos veiksniams. Tiriamas jo produktyvumas ir įgytų savybių paveldėjimas.

Transgeninės bulvės, kurios buvo stebimos trejus metus. Nuolat duoda 50-90 procentų didesnį derlių nei kontrolinis, įgavo beveik visišką atsparumą auksininiams herbicidams, be to, jo gumbai žymiai mažiau „juoduoja“ pjūviuose dėl sumažėjusio polifenoloksidazės aktyvumo.

Transgeninis pomidoras (kelios veislės), pasižymintis didesniu krūmiškumu ir derlingumu. Šiltnamyje jo derlius siekia iki 46 kg iš kvadratinio metro (daugiau nei du kartus didesnis nei kontrolinio).

Transgeniniai agurkai (kelios veislės) užaugina daugiau derlingų žiedų, taigi ir vaisių, kurių derlius iki 21 kg kvadratinio metro, palyginti su 13,7 kontrolinėje.

Yra ir kitų augalų transgeninių formų, kurių daugelis taip pat turi daug naudingų ekonominių savybių.

Genų inžinerija yra šiandienos ir rytojaus mokslas. Jau dabar dešimtys milijonų hektarų visame pasaulyje užsėjami transgeniniais augalais, kuriami nauji vaistai, nauji naudingų medžiagų gamintojai. Laikui bėgant genų inžinerija taps vis galingesne įrankiu naujiems medicinos, veterinarijos, farmakologijos, maisto pramonės ir žemės ūkio pasiekimams.

5. Moksliniai faktai apie genų inžinerijos pavojų

Reikėtų pažymėti, kad kartu su pažanga, kurią atneša genų inžinerijos plėtra, yra ir keletas faktų apie genų inžinerijos pavojus, kurių pagrindiniai pateikiami žemiau.

1. Genų inžinerija iš esmės skiriasi nuo naujų veislių ir veislių kūrimo. Dirbtinis svetimų genų pridėjimas labai sutrikdo tiksliai reguliuojamą normalios ląstelės genetinę kontrolę. Manipuliacija genais iš esmės skiriasi nuo motinos ir tėvo chromosomų derinio, atsirandančio natūraliai kryžminant.

2. Šiuo metu genų inžinerija yra techniškai netobula, nes ji negali kontroliuoti naujo geno įterpimo proceso. Todėl neįmanoma numatyti įterpimo vietos ir pridėto geno poveikio. Net jei geno vietą galima nustatyti jį įterpus į genomą, turima DNR informacija yra labai neišsami, kad būtų galima numatyti rezultatus.

3. Dirbtinai pridėjus svetimą geną netikėtai gali susidaryti pavojingos medžiagos. Blogiausiu atveju tai gali būti toksinės medžiagos, alergenai ar kitos sveikatai kenksmingos medžiagos. Informacija apie tokias galimybes vis dar labai neišsami.

4. Visiškai patikimų nekenksmingumo tyrimo metodų nėra. Nepaisant kruopščiai atliktų saugumo tyrimų, daugiau nei 10 % rimtų naujų vaistų šalutinio poveikio aptikti nepavyksta. Tikėtina, kad rizika, kad naujų genetiškai modifikuotų maisto produktų kenksmingos savybės bus nepastebėtos, bus žymiai didesnė nei narkotikų atveju.

5. Dabartiniai reikalavimai nekenksmingumui nustatyti yra itin nepakankami. Jie aiškiai skirti supaprastinti patvirtinimo procesą. Jie leidžia naudoti itin nejautrus nekenksmingumo tyrimo metodus. Todėl yra didelė rizika, kad pavojingi maisto produktai gali praeiti nepastebėti.

6. Iki šiol naudojant genų inžineriją sukurti maisto produktai neturi jokios reikšmingos vertės žmonijai. Šie produktai daugiausia tenkina tik komercinius interesus.

7. Žinių apie genetiškai modifikuotų organizmų, patekusių į aplinką, poveikį visiškai nepakanka. Dar neįrodyta, kad genų inžinerijos būdu modifikuoti organizmai neturės žalingo poveikio aplinkai. Aplinkosaugininkai pasiūlė įvairias galimas aplinkos komplikacijas. Pavyzdžiui, yra daug galimybių nekontroliuojamai plisti potencialiai žalingiems genams, kuriuos naudoja genų inžinerija, įskaitant genų perkėlimą per bakterijas ir virusus. Aplinkos sukeltų komplikacijų greičiausiai bus neįmanoma ištaisyti, nes išleistų genų negalima atsiimti.

8. Gali atsirasti naujų pavojingų virusų. Eksperimentiškai įrodyta, kad viruso genai, įterpti į genomą, gali jungtis su infekcinių virusų genais (vadinamoji rekombinacija). Šie nauji virusai gali būti agresyvesni nei pirminiai. Virusai taip pat gali tapti mažiau specifiniai rūšims. Pavyzdžiui, augalų virusai gali tapti kenksmingi naudingiems vabzdžiams, gyvūnams ir žmonėms.

9. Žinios apie paveldimą substanciją DNR yra labai neišsamios. Yra žinoma tik trijų procentų DNR funkcija. Rizikinga manipuliuoti sudėtingomis sistemomis, apie kurias žinios yra neišsamios. Didelė patirtis biologijos, ekologijos ir medicinos srityse rodo, kad tai gali sukelti rimtų nenuspėjamų problemų ir sutrikimų.

10. Genų inžinerija nepadės išspręsti pasaulinio bado problemos. Teiginys, kad genų inžinerija gali svariai prisidėti sprendžiant pasaulio bado problemą, yra moksliškai nepagrįstas mitas.

Išvada

Genų inžinerija yra biotechnologijos metodas, susijęs su genotipų restruktūrizavimo tyrimais. Genotipas yra ne tik mechaninė genų suma, bet ir sudėtinga sistema, susidariusi organizmų evoliucijos metu. Genų inžinerija leidžia perkelti genetinę informaciją iš vieno organizmo į kitą atliekant in vitro operacijas. Genų perkėlimas leidžia įveikti tarprūšinius barjerus ir perkelti individualias vieno organizmo paveldimas savybes kitam.

Genotipų pertvarkymas, atliekant genų inžinerijos užduotis, reiškia kokybinius genų pokyčius, nesusijusius su mikroskopu matomais chromosomų struktūros pokyčiais. Genų pokyčiai pirmiausia yra susiję su DNR cheminės struktūros transformacija. Informacija apie baltymo struktūrą, parašyta kaip nukleotidų seka, yra įgyvendinama kaip aminorūgščių seka susintetinto baltymo molekulėje. Nukleotidų sekos pasikeitimas chromosomų DNR, kai kurių nukleotidų praradimas ir kitų nukleotidų įtraukimas keičia DNR susidariusių RNR molekulių sudėtį, o tai savo ruožtu lemia naują aminorūgščių seką sintezės metu. Dėl to ląstelėje pradeda sintetinti naujas baltymas, dėl kurio organizme atsiranda naujų savybių. Genų inžinerijos metodų esmė yra ta, kad atskiri genai ar genų grupės yra įterpiami į organizmo genotipą arba pašalinami iš jo. Į genotipą įterpus anksčiau nebuvusį geną, ląstelė gali būti priversta sintetinti baltymus, kurių anksčiau nebuvo sintezuota.

Bibliografija

2. Lee A., Tinland B. t-DNR integracija į augalo genomą: prototipas ir tikrovė // Augalų fiziologija. 2000. - 47 tomas. - Nr.3.

3. Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. ir kt. Augalų vystymosi genetika. - Sankt Peterburgas: Nauka, 2000. - 539 p.

4. Lyadskaya M. Genų inžinerija gali padaryti viską – net užauginti vakciną sode // Farmacijos biuletenis. - 2000. - Nr.7.

5. Romanovas G. A. Augalų genų inžinerija ir biosaugos problemos sprendimo būdai // Augalų fiziologija, 2000. - 47 tomas. - Nr. 3.

6. Saljajevas R. Genų inžinerijos mitai ir realijos // Mokslas Sibire. - 2002. - Nr.7.

7. Favorova O. O. Gydymas genais – fikcija ar realybė? // Farmacijos biuletenis. - 2002. - Nr.5.

Kuzmina N.A. Biotechnologijos pagrindai: vadovėlis. - Omskas: OGPU, 2001. - 256 p.

Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. ir kt., Augalų vystymosi genetika. - Sankt Peterburgas: Nauka, 2000. - 539 p.

Lyadskaya M. Genų inžinerija gali padaryti viską – net užauginti vakciną sode // Farmacijos biuletenis. - 2000. - Nr.7.

Kuzmina N.A. Biotechnologijos pagrindai: vadovėlis. - Omskas: OGPU, 2001. - 256 p.

Favorova O. O. Gydymas genais – fikcija ar realybė? // Farmacijos biuletenis. - 2002. - Nr.5.

Saljajevas R. Genų inžinerijos mitai ir realijos // Mokslas Sibire. - 2002. - Nr.7.

Kuzmina N.A. Biotechnologijos pagrindai: vadovėlis. - Omskas: OGPU, 2001. - 256 p.

IR BIOTECHNOLOGIJA

„Žinios lemia

ką mes tvirtiname

kaip tiesa"

P. A. FLORENSKY.

Šiuolaikinė biologija radikaliai skiriasi nuo tradicinės ne tik didesniu pažintinių idėjų išsivystymo gyliu, bet ir glaudesniu ryšiu su visuomenės gyvenimu bei praktika. Galima sakyti, kad mūsų laikais biologija tapo gyvojo pasaulio transformavimo priemone, siekiant patenkinti materialinius visuomenės poreikius. Šią išvadą pirmiausia iliustruoja glaudus ryšys tarp biologijos ir biotechnologijos, kuri tapo svarbiausia medžiagų gamybos sritimi, lygiaverte anksčiau žmogaus sukurtų mechaninių ir cheminių technologijų partnere. Kas paaiškina biotechnologijų augimą?

Nuo pat įkūrimo biologija ir biotechnologijos visada vystėsi kartu, o biologija nuo pat pradžių buvo mokslinis biotechnologijos pagrindas. Tačiau ilgą laiką savų duomenų trūkumas neleido biologijai turėti labai didelės įtakos biotechnologijoms. Padėtis kardinaliai pasikeitė sukūrus XX amžiaus antroje pusėje. genų inžinerijos metodika, kuri suprantama kaip genetinė manipuliacija, skirta „naujų genotipų kūrimui ir esamų genotipų atkūrimui, todėl genų inžinerija pagal savo prigimtį yra metodologinis pasiekimas, nesukėlė esamų idėjų apie biologinius reiškinius lūžio, neturėjo įtakos. pagrindiniai biologijos principai, kaip ir radijo astronomija nepajudina pagrindinių astrofizikos principų, taip „mechaninio šilumos ekvivalento“ nustatymas nepakeitė šilumos laidumo dėsnių, o materijos atominės teorijos įrodymas. nepakeitė termodinamikos, hidrodinamikos ir tamprumo teorijos sąsajų.

Genų inžinerija atvėrė naują erą biologijoje dėl to, kad atsirado naujų galimybių skverbtis į biologinių reiškinių gelmes, siekiant toliau apibūdinti gyvosios medžiagos egzistavimo formas, siekiant efektyviau ištirti genų struktūrą ir funkcijas. molekuliniu lygmeniu, ir suprasti subtilius genetinio aparato veikimo mechanizmus. Genų inžinerijos sėkmė reiškia revoliuciją šiuolaikiniame gamtos moksle. Jie nustato šiuolaikinių idėjų apie gyvosios medžiagos molekulinio ir ląstelinio lygio struktūrines ir funkcines savybes vertės kriterijus. Šiuolaikiniai duomenys apie gyvas būtybes turi didžiulę edukacinę reikšmę, nes leidžia suprasti vieną iš svarbiausių organinio pasaulio aspektų ir taip įneša neįkainojamą indėlį kuriant mokslinį pasaulio vaizdą. Taigi, dramatiškai išplėtusi savo pažinimo bazę, biologija per genų inžineriją taip pat turėjo pagrindinę įtaką biotechnologijų augimui.

Genų inžinerija sukuria pagrindą kelyje suprasti naujų organizmų „konstravimo“ arba esamų organizmų tobulinimo būdus ir priemones, suteikiant jiems didesnę ekonominę vertę ir galimybę smarkiai padidinti biotechnologinių procesų produktyvumą.

Genų inžinerijos rėmuose yra skiriama genų inžinerija ir ląstelių inžinerija. Genų inžinerija reiškia manipuliacijas kuriant rekombinantines DNR molekules. Ši metodika dažnai vadinama molekuliniu klonavimu, genų klonavimu, rekombinantinės DNR technologija arba tiesiog genetine manipuliacija. Svarbu pabrėžti, kad genų inžinerijos objektai yra DNR molekulės ir atskiri genai. Priešingai, ląstelių inžinerija reiškia genetinį manipuliavimą atskiromis augalų ir gyvūnų ląstelėmis arba ląstelių grupėmis.

XIX skyrius

GENETINĖ INŽINERIJA

Genų inžinerija – tai visuma įvairių eksperimentinių technikų (technikų), užtikrinančių DNR molekulių (genų) projektavimą (rekonstrukciją) ir klonavimą tam tikriems tikslams.

Genų inžinerijos metodai naudojami tam tikra seka (221 pav.), o atliekant tipinį genų inžinerijos eksperimentą, kurio tikslas – klonuoti geną, išskiriami keli etapai, būtent:

1. DNR išskyrimas iš dominančio organizmo ląstelių (pradinis) ir DNR vektoriaus išskyrimas.

2. Pirminio organizmo DNR supjaustymas (restrikcija) į fragmentus, turinčius dominančius genus, naudojant vieną iš restrikcijos fermentų ir šių genų išskyrimas iš gauto restrikcijos mišinio. Tuo pačiu metu vektorinė DNR yra supjaustoma (apribojama), paverčiant ją iš apskritos struktūros į linijinę.

3. Norimo DNR segmento (geno) sujungimas su vektorine DNR, siekiant gauti hibridines DNR molekules.

4. Hibridinių DNR molekulių įvedimas transformuojant į kokį nors kitą organizmą, pavyzdžiui, į E. coli arba į somatines ląsteles.

5. Bakterijų, į kurias buvo įvestos hibridinės DNR molekulės, sėjimas į maistines terpes, leidžiančias augti tik ląstelėms, turinčioms hibridinių DNR molekulių.

6. Kolonijų, sudarytų iš bakterijų, turinčių hibridinių DNR molekulių, identifikavimas.

7. Klonuotos DNR (klonuotų genų) išskyrimas ir apibūdinimas, įskaitant azoto bazių sekos nustatymą klonuotame DNR fragmente.

DNR (šaltinis ir vektorius), fermentai, ląstelės, kuriose klonuojama DNR – visa tai vadinama genų inžinerijos „įrankiais“.

DNR išskyrimas

Kaip pavyzdį panagrinėkime DNR išskyrimo metodą naudojant DNR plazmides. DNR iš plazmidžių turinčių bakterijų ląstelių išskiriama taikant tradicinę techniką, kurią sudaro ląstelių ekstraktų gavimas, esant detergentams, o vėliau iš ekstraktų pašalinami baltymai ekstrahuojant fenoliu (222 pav.). Visiškas plazmidinės DNR išgryninimas iš baltymų, RNR ir kitų junginių atliekamas keliais etapais. Ląstelėms sunaikinus, pavyzdžiui, lizocimu (ištirpsta jų sienelės), į ekstraktą įpilama ploviklio, kad ištirptų membranos ir inaktyvuotų kai kuriuos baltymus. Dauguma chromosomų DNR pašalinama iš gautų preparatų įprastiniu centrifugavimu.

Chromatografija dažnai naudojama visiškam gryninimui. Jei reikia labai kruopštaus valymo, naudojama didelės spartos CsCI tankio gradiento centrifugavimas naudojant etidžio bromidą. Likusi chromosomų DNR bus suskaidyta į linijinę DNR, o plazmidinė DNR liks kovalentiškai uždaryta. Kadangi etidžio bromidas yra mažiau tankus nei DNR, ultracentrifuguojant centrifugos mėgintuvėlyje „išsisuks“ du žiedai – plazmidinė DNR ir chromosominė DNR (223 pav.). Plazmidinė DNR atrenkama tolesniam darbui, chromosomų DNR išmetama.

Ekonominė reikšmė

Genų inžinerija padeda gauti norimas kintamo ar genetiškai modifikuoto organizmo savybes. Skirtingai nuo tradicinės atrankos, kurios metu genotipas keičiasi tik netiesiogiai, genų inžinerija leidžia tiesiogiai įsikišti į genetinį aparatą naudojant molekulinio klonavimo techniką. Genų inžinerijos taikymo pavyzdžiai – naujų genetiškai modifikuotų grūdinių kultūrų veislių auginimas, žmogaus insulino gamyba naudojant genetiškai modifikuotas bakterijas, eritropoetino gamyba ląstelių kultūroje arba naujų veislių eksperimentinės pelės moksliniams tyrimams.

Mikrobiologinės, biosintetinės pramonės pagrindas yra bakterijų ląstelė. Pramoninei gamybai reikalingos ląstelės parenkamos pagal tam tikras charakteristikas, iš kurių svarbiausias yra gebėjimas maksimaliais kiekiais pasigaminti, sintetinti tam tikrą junginį – aminorūgštį arba antibiotiką, steroidinį hormoną ar organinę rūgštį. . Kartais reikia turėti mikroorganizmą, kuris, pavyzdžiui, galėtų panaudoti aliejų ar nuotekas kaip „maistą“ ir perdirbti į biomasę ar net baltymus, visai tinkamus pašarų priedams. Kartais mums reikia organizmų, kurie gali vystytis aukštesnėje temperatūroje arba esant medžiagoms, kurios neabejotinai yra mirtinos kitų tipų mikroorganizmams.

Tokių pramoninių padermių gavimo užduotis yra labai svarbi jų modifikavimui ir atrankai, buvo sukurta daugybė aktyvaus poveikio ląstelei metodų - nuo gydymo stipriais nuodais iki radioaktyvaus švitinimo. Šių technikų tikslas yra vienas – pasiekti paveldimo, genetinio ląstelės aparato pokyčių. Jų rezultatas – daugybė mutantinių mikrobų, iš kurių šimtai ir tūkstančiai vėliau bando atrinkti tinkamiausius konkrečiam tikslui. Cheminės ar radiacinės mutagenezės metodų sukūrimas buvo puikus biologijos pasiekimas ir plačiai naudojamas šiuolaikinėje biotechnologijos.

Tačiau jų galimybes riboja pačių mikroorganizmų prigimtis. Jie nesugeba susintetinti daugelio vertingų medžiagų, kurios kaupiasi augaluose, pirmiausia vaistiniuose ir eteriniuose augaluose. Jie negali susintetinti gyvūnų ir žmonių gyvybei labai svarbių medžiagų, daugybės fermentų, peptidinių hormonų, imuninių baltymų, interferonų ir daugelio paprastesnių junginių, kurie sintetinami gyvūnų ir žmonių organizme. Žinoma, mikroorganizmų galimybės toli gražu neišsemtos. Iš visos mikroorganizmų gausos tik maža dalis buvo panaudota mokslui, o ypač pramonei. Mikroorganizmų selekcijai didelį susidomėjimą kelia, pavyzdžiui, anaerobinės bakterijos, galinčios gyventi be deguonies, fototrofai, naudojantys šviesos energiją, pavyzdžiui, augalai, chemoautotrofai, termofilinės bakterijos, galinčios gyventi esant temperatūrai, kaip neseniai atrasta, apie 110 ° C ir kt.

Ir vis dėlto „natūralios medžiagos“ apribojimai yra akivaizdūs. Jie bandė ir bando apeiti apribojimus naudodamiesi augalų ir gyvūnų ląstelių ir audinių kultūromis. Tai labai svarbus ir daug žadantis kelias, kuris taip pat yra įgyvendinamas biotechnologijos. Per pastaruosius kelis dešimtmečius mokslininkai sukūrė metodus, kuriais atskiros augalo ar gyvūno audinių ląstelės gali augti ir daugintis atskirai nuo kūno, pavyzdžiui, bakterijų ląstelės. Tai buvo svarbus pasiekimas – gautos ląstelių kultūros naudojamos eksperimentams ir tam tikrų medžiagų, kurių negalima gauti naudojant bakterijų kultūras, pramoninei gamybai.

Plėtros istorija ir pasiektas technologijos lygis

XX amžiaus antroje pusėje buvo padaryti keli svarbūs atradimai ir išradimai genetinė inžinerija. Daugelį metų trukę bandymai „perskaityti“ genuose „įrašytą“ biologinę informaciją buvo sėkmingai užbaigti. Šį darbą pradėjo anglų mokslininkas F. Sangeris ir amerikiečių mokslininkas W. Gilbertas (Nobelio chemijos premija). Kaip žinoma, genuose yra informacijos-instrukcijos, skirtos RNR molekulių ir baltymų, įskaitant fermentus, sintezei organizme. Norint priversti ląstelę sintetinti naujas jai neįprastas medžiagas, būtina, kad joje būtų susintetinti atitinkami fermentų rinkiniai. Ir tam reikia arba tikslingai keisti jame esančius genus, arba įvesti naujus, anksčiau nebuvusius genus. Genų pokyčiai gyvose ląstelėse yra mutacijos. Jie atsiranda veikiant, pavyzdžiui, mutagenams – cheminiams nuodams ar radiacijai. Tačiau tokių pokyčių negalima kontroliuoti ar nukreipti. Todėl mokslininkai sutelkė savo pastangas bandydami sukurti metodus, kaip į ląsteles įvesti naujus, labai specifinius žmonėms reikalingus genus.

Pagrindiniai genų inžinerijos problemos sprendimo etapai yra šie:

1. Išskirto geno gavimas. 2. Geno įvedimas į vektorių pernešimui į organizmą. 3. Vektoriaus su genu perkėlimas į modifikuotą organizmą. 4. Kūno ląstelių transformacija. 5. Genetiškai modifikuotų organizmų atranka ( GMO) ir pašalinant tuos, kurie nebuvo sėkmingai modifikuoti.

Genų sintezės procesas dabar yra labai gerai išvystytas ir netgi iš esmės automatizuotas. Yra specialūs įrenginiai, aprūpinti kompiuteriais, kurių atmintyje saugomos įvairių nukleotidų sekų sintezės programos. Šiuo aparatu sintetinami iki 100-120 azoto bazių ilgio DNR segmentai (oligonukleotidai). Plačiai paplito metodas, leidžiantis panaudoti polimerazės grandininę reakciją DNR, įskaitant mutantinę DNR, sintezei. Jame šabloninei DNR sintezei naudojamas termostabilus fermentas DNR polimerazė, kuriai kaip sėklos panaudojami dirbtinai susintetinti nukleino rūgšties gabalėliai – oligonukleotidai. Fermentas atvirkštinė transkriptazė leidžia, naudojant tokius pradmenis, sintetinti DNR ant RNR šablono, išskirto iš ląstelių. Tokiu būdu susintetinta DNR vadinama komplementaria DNR (RNR) arba kDNR. Iš fagų bibliotekos taip pat galima gauti izoliuotą, „chemiškai gryną“ geną. Taip vadinamas bakteriofago preparatas, kurio genome yra įmontuoti atsitiktiniai fragmentai iš genomo arba cDNR, kuriuos fagas atgamina kartu su visa jo DNR.

Genų įvedimo į bakterijas technika buvo sukurta po to, kai Frederickas Griffithas atrado bakterijų transformacijos reiškinį. Šis reiškinys pagrįstas primityviu seksualiniu procesu, kurį bakterijose lydi nedidelių nechromosominės DNR fragmentų, plazmidžių mainai. Plazmidžių technologijos sudarė pagrindą dirbtinių genų įvedimui į bakterijų ląsteles.

Dideli sunkumai buvo susiję su paruošto geno įvedimu į paveldimą augalų ir gyvūnų ląstelių aparatą. Tačiau gamtoje pasitaiko atvejų, kai svetima DNR (viruso ar bakteriofago) patenka į ląstelės genetinį aparatą ir, pasitelkdama savo metabolinius mechanizmus, ima sintetinti „savo“ baltymą. Mokslininkai ištyrė svetimos DNR įvedimo ypatybes ir panaudojo ją kaip genetinės medžiagos įvedimo į ląstelę principą. Šis procesas vadinamas transfekcija.

Jei vienaląsčiai organizmai ar daugialąsčių ląstelių kultūros yra modifikuojami, tai šiame etape prasideda klonavimas, tai yra tų organizmų ir jų palikuonių (klonų), kurie buvo modifikuoti, atranka. Kai užduotis yra gauti daugialąsčius organizmus, pakitusio genotipo ląstelės naudojamos vegetatyviniam augalų dauginimui arba įvedamos į surogatinės motinos blastocistas, kai kalbama apie gyvūnus. Dėl to jaunikliai gimsta su pakitusiu arba nepakitusiu genotipu, tarp kurių atrenkami ir kryžminami vieni su kitais tik tie, kuriems būdingi laukiami pokyčiai.

Taikymas moksliniuose tyrimuose

Nors ir nedideliu mastu, genų inžinerija jau naudojama tam, kad kai kurių nevaisingumo rūšių turinčioms moterims būtų suteikta galimybė pastoti. Šiuo tikslu naudojami sveikos moters kiaušiniai. Dėl to vaikas paveldi genotipą iš vieno tėvo ir dviejų motinų.

Tačiau galimybė atlikti reikšmingesnius žmogaus genomo pokyčius susiduria su daug rimtų etinių problemų.

Kas yra genų inžinerija?

Genų inžinerija yra nauja, revoliucinė technologija, kurios pagalba mokslininkai gali išskirti genus iš vieno organizmo ir įterpti juos į bet kurį kitą. Genai yra gyvybės programa – tai biologiniai dariniai, sudarantys DNR ir lemiantys specifines vienam ar kitam gyvam organizmui būdingas savybes. Genų transplantacija pakeičia recipiento organizmo programą ir jo ląstelės pradeda gaminti įvairias medžiagas, kurios savo ruožtu sukuria naujas organizmo savybes.
Naudodami šį metodą, mokslininkai gali keisti specifines savybes ir charakteristikas norima kryptimi, pavyzdžiui, gali sukurti ilgesnio galiojimo laiko pomidorų veislę arba herbicidams atsparią sojų veislę. Genų inžinerija yra biotechnologijos metodas, susijęs su genotipų restruktūrizavimo tyrimais. Genotipas yra ne tik mechaninė genų suma, bet ir sudėtinga sistema, susidariusi organizmų evoliucijos metu. Genų inžinerija leidžia perkelti genetinę informaciją iš vieno organizmo į kitą atliekant in vitro operacijas. Genų perkėlimas leidžia įveikti tarprūšinius barjerus ir perkelti individualias vieno organizmo paveldimas savybes kitam. Genų materialinio pagrindo nešėjai yra chromosomos, kurios apima DNR ir baltymus. Tačiau formavimosi genai yra ne cheminiai, o funkciniai.
Funkciniu požiūriu DNR susideda iš daugybės blokų, kuriuose saugomas tam tikras informacijos kiekis – genai. Geno veikimas pagrįstas jo gebėjimu nustatyti baltymų sintezę per RNR. DNR molekulėje yra tarsi informacija, kuri lemia baltymų molekulių cheminę struktūrą. Genas – tai DNR molekulės dalis, kurioje yra informacija apie bet kurio baltymo pirminę struktūrą (vienas genas – vienas baltymas). Kadangi organizmuose yra dešimtys tūkstančių baltymų, yra dešimtys tūkstančių genų.

Visų ląstelės genų visuma sudaro jos genomą. Visose kūno ląstelėse yra tas pats genų rinkinys, tačiau kiekviena iš jų įgyvendina skirtingą saugomos informacijos dalį. Todėl, pavyzdžiui, nervinės ląstelės skiriasi nuo kepenų ląstelių tiek struktūrinėmis, tiek funkcinėmis, tiek biologinėmis savybėmis. Genotipų pertvarkymas, atliekant genų inžinerijos užduotis, reiškia kokybinius genų pokyčius, nesusijusius su mikroskopu matomais chromosomų struktūros pokyčiais. Genų pokyčiai pirmiausia yra susiję su DNR cheminės struktūros transformacija.
Informacija apie baltymo struktūrą, parašyta kaip nukleotidų seka, yra įgyvendinama kaip aminorūgščių seka susintetinto baltymo molekulėje. Nukleotidų sekos pasikeitimas chromosomų DNR, kai kurių nukleotidų praradimas ir kitų nukleotidų įtraukimas keičia DNR susidariusių RNR molekulių sudėtį, o tai savo ruožtu lemia naują aminorūgščių seką sintezės metu. Dėl to ląstelėje pradeda sintetinti naujas baltymas, dėl kurio organizme atsiranda naujų savybių. Genų inžinerijos metodų esmė yra ta, kad atskiri genai ar genų grupės yra įterpiami į organizmo genotipą arba pašalinami iš jo. Į genotipą įterpus anksčiau nebuvusį geną, ląstelė gali būti priversta sintetinti baltymus, kurių anksčiau nebuvo sintezuota.

Genų inžinerijos problemos

Vieno svarbiausių dvidešimtojo amžiaus mokslo kūrinių – genų inžinerijos – galimybės jau seniai jaudina žmonijos vaizduotę, nes ji priartėjo prie svarbiausio žmogaus kūne – jo kūno gyvybės dėsnių. Bet jei prieš penkiolika metų biotechnologų darbo rezultatai visų pirma buvo siejami su naujų morkų veislių ar naujos melžiamų karvių veislės kūrimu, tai prieš porą metų pasirodė, kad galima bendrauti su mažąja avele Dolly. , kurį klonavo Škotijos biologai, o pernai buvo paskelbta apie pirmojo daugiau ar mažiau bendro žmogaus genomo žemėlapio sukūrimą. Pasiekimų biologijos srityje fone ankstesnių sezonų hitai – naujos informacinės technologijos – nublanksta į antrą planą. Nedaug žmonių dabar domisi klausimu, kada žmogus galės laisvai vaikščioti Marse, diskusijos apie tai, kada bus galima klonuoti žmogų ir, atitinkamai, kaip to išvengti, yra daug aktualesnė – savotiškas linktelėjimas; į moralę ir etiką.

Genų inžinerija – priešas ar draugas? Istorinė perspektyva...

Istorinė perspektyva

Kaip žinote, gyvybė Žemėje atsirado maždaug prieš 4,6 milijardo metų ir, kad ir kokias formas ji būtų, už kiekvieno organizmo gyvybės apraiškas buvo atsakinga ta pati medžiaga – dezoksiribonukleino rūgštis (dar žinoma kaip DNR). DNR, įrašyta genuose, lėmė ir tebelemia (o ateityje, matyt, griežtai vadovaujant žmogui) ląstelių išlikimui būtiną medžiagų apykaitą, o tai yra gyvybė paprasčiausiu apibrėžimu. Tiesą sakant, terminas „genai“ buvo vartojamas tik praėjusio amžiaus pradžioje, nors jų veikimo tyrimai prasidėjo XIX a. Austrų vienuolis Gregoras Mendelis daug metų stebėjo žirnių augalų palikuonis, kuriuos augino vienuolyno sode. Užfiksuodamas išorinius požymius – stiebo aukštį, žiedlapių spalvą, žirnių formą, jis teoriškai galėjo pasiūlyti tam tikrų „veiksnių“, kuriuos palikuonys paveldi iš motininių augalų, egzistavimą. Kaip ir Kolumbas, Mendelis mirė nežinodamas, ką atrado. Nuo XX amžiaus pradžios vyksta ląstelių struktūros tyrimų bumas. Biologams pavyko nustatyti, kokias funkcijas atlieka ląstelės branduolys, ir išspręsti chromosomų prigimties paslaptį. Svarbiausia buvo tai, kad paaiškėjo DNR molekulių vertimo pobūdis: meozės metu, kuri vyksta prieš kiaušialąsčių ir spermatozoidų atsiradimą, chromosomų, kuriose yra DNR, skaičius sumažėja perpus, o vėliau, susiliejus lytines ląsteles, leis jų branduolius sujungti į vientisą visumą – atsirasti naujam organizmui su visiškai unikaliu genų rinkiniu. 1953 m. pagaliau pavyko išskirti dvigubą spiralinę DNR struktūrą, kurią dabar kiekvienas moksleivis pažįsta iš matymo. Dabar DNR yra pripažinta universalia biologine kalba, kuri sujungs visus Žemėje gyvenančius organizmus: žmones ir bakterijas, grybus ir augalus. Tačiau dvidešimtasis amžius yra ne tik esminių atradimų, bet ir inžinerijos – tų pačių atradimų praktinio pritaikymo – šimtmetis. Todėl kartu su nuolatiniais tyrimais, kaip „visa tai veikia apskritai“, įvairios genų inžinerijos šakos ir įvairios biotechnologijos vystėsi šuoliais. Iš pat pradžių tokio pobūdžio inžinerijos mąstymas pirmiausia buvo susijęs su tuo, kaip vienus gyvus organizmus, turinčius tam tikrą geną, būtų galima panaudoti, siekiant pagerinti kitus – mes kalbėjome apie augalus ar gyvūnus. Aštuntajame dešimtmetyje mokslininkai išmoko iškirpti vieno organizmo DNR dalis ir persodinti ją į kitą, o tai padarė nedidelę revoliuciją gaminant įvairius vaistus – insuliną, žmogaus augimo hormoną ir kt. Daugelį metų buvo bandoma įgyvendinti vadinamąją žmogaus genų terapiją – žmonėms, kurių genų rinkinyje trūksta tam tikrų komponentų arba jie yra tam tikru mastu su defektais, persodinami kitų žmonių genais. Žinios, gautos per genetiką, gana plačiai naudojamos žmogaus reprodukcijos srityje. Daugelis žmonių žino, kad tam tikromis sąlygomis visiškai įmanoma auginti vaikus „iš mėgintuvėlio“, o kai kuriais moterų nevaisingumo atvejais - kreiptis pagalbos į surogatines motinas. Genetiškai modifikuoti augalai (atsparūs šalčiui javai, transgeninės bulvės, greitai sunokstantys pomidorai ir kt.) jau pasirodo ant vaišių stalų, nors kol kas didelio jaudulio nekelia.

Genų inžinerija – priešas ar draugas? Genų inžinerijos galimybės...

Genų inžinerijos galimybės, Žmogaus genomo projektas

Natūralu, kad sėkmingos manipuliacijos su augalų ir gyvūnų genais negalėjo sukelti gana slidaus klausimo: o kaip su žmonėmis? Jei įmanoma patobulinti gyvūnus, tai kodėl nepatobulinus žmonių. Tačiau pirmiausia turite suprasti žmogaus genų rinkinį. Taip 1990 metais atsirado iniciatyva sudaryti žmogaus chromosomų kartografiją, susidedančią iš 26-30 tūkstančių genų. Projektas buvo tiesiog vadinamas Žmogaus genomu ir tikimasi, kad 2005 m. bus sukurtas visas genomo žemėlapis. Projekte dalyvauja mokslinių tyrimų grupės iš įvairių šalių, o nuo 90-ųjų pabaigos. kuriamos specialios įmonės, kurių pagrindinė užduotis – palengvinti ir paspartinti tokių grupių bendravimą. 2001 m. pradžioje jau buvo visiškai suplanuotos 2 chromosomos: 21 ir 22.

Tačiau pagrindinė praėjusių metų sensacija buvo Craigo Venterio grupės bendras žmogaus genomo žemėlapio atradimas. Mokslininkai teigia, kad palyginus šį žemėlapį su įprastais, vargu ar būtų įmanoma jį panaudoti norint patekti į parduotuvę kitoje gatvėje, tačiau bet kuriuo atveju pats jo egzistavimo faktas byloja apie genų eros pradžią. patentuoti, o tai savo ruožtu kelia daug klausimų, jau nebe biologinių, o etinių ir teisinių. Nors mokslininkai teigia, kad pagrindinis genomo kartografavimo tikslas – būtinybė suprasti, kaip veikia žmogaus organizmas, siekiant veiksmingiau atsispirti įvairioms ligoms, o tokios žinios gali labai palengvinti naujų vaistų kūrimą, teisinio klausimo reguliavimo poreikis vis dar išlieka. tampa akivaizdu: kaip ir ką galima padaryti su žmogaus kūnu, ir atsakymas į klausimą: kur turėtume sustoti? Ar gali žmogus tapti panašus į Kūrėją ir pats pradėti kurti naujus kūrinius? Žmogaus genomo kartografavimas dažnai lyginamas su tokiais revoliuciniais įvykiais, kaip, pavyzdžiui, žmogaus nusileidimas Mėnulyje. Tačiau dabar yra vienas reikšmingas skirtumas: jei kosmoso programos yra vienas iš valstybės uždavinių, tai projekte dalyvaujančios grupės paprastai turi privatų finansavimą, todėl nevalstybinės įmonės turės autorių teises savo plėtrai. . Ką jie su jais darys?

Įsivaizduokime, kad artimiausiu metu žemėlapis bus sudarytas gana tiksliai, ir kiekvienas žmogus gali būti taip apibūdintas. Kyla klausimas – kas turės prieigą prie šios informacijos? Kiek žmogus gali išlaikyti „intymiausią“ informaciją apie save? Ar darbdaviai atsisakys priimti į darbą asmenį, turintį genetinį polinkį sirgti bet kokios rūšies vėžiu? Ar sveikatos draudimas bus įmanomas situacijoje, kai kiekvieno atskiro žmogaus genomas suteiks informaciją apie visas galimas ligas? Tony Blairas kalbėjo apie būtinybę sudaryti genetinius nusikaltėlių portretus. Ir atrodo, kad mokslininkai yra pasirengę dirbti, kad atrastų specialius genus, atsakingus už deviantinį žmonių elgesį. Tačiau daugelį ekspertų jau dabar gąsdina perspektyva, kad artimiausiu metu visuomenė perkels įvairių problemų sprendimą – nusikalstamumą, skurdą, rasizmą ir kt. - apie genetikus ir genų inžineriją: „sakoma, viskas dėl genų, jei kažkas negerai, tai ne visuomenės rūpestis, o genetinis individų polinkis“. Juk apskritai daugelis pamiršta, kad tik kai kurias retas ligas sukelia vien genų rinkinys, o tos ligos, kurias dažniausiai vadiname genetinėmis – vėžys, širdies ir kraujagyslių sutrikimai – yra tik iš dalies genetinio pobūdžio, daugeliu atžvilgių tikimybė jų atsiradimo eiga visų pirma priklauso nuo paties žmogaus ir visuomenės žingsnių, todėl negali būti nieko blogiau, kaip visuomenė nusiplauna rankas nuo tokios situacijos. Labiausiai paplitęs genų inžinerijos metodas yra rekombinantinio gavimo būdas, t.y. turintis svetimą geną – plazmidę. Plazmidės yra apskritos dvigrandės DNR molekulės, susidedančios iš kelių tūkstančių nukleotidų porų.

Šis procesas susideda iš kelių etapų:
1. Apribojimas – DNR, pavyzdžiui, žmogaus, supjaustymas į fragmentus.
2. Ligacija – fragmentas su norimu genu įtraukiamas į plazmides ir sujungiamas.
3. Transformacija yra rekombinantinių plazmidžių įvedimas į bakterijų ląsteles. Transformuotos bakterijos įgyja tam tikrų savybių. Kiekviena iš transformuotų bakterijų dauginasi ir sudaro daugelio tūkstančių palikuonių koloniją – kloną.
4. Atranka yra atranka tarp transformuotų bakterijų klonų, turinčių plazmides, turinčias norimą žmogaus geną.

Visas šis procesas vadinamas klonavimu. Naudojant klonavimą, galima gauti daugiau nei milijoną bet kurio žmogaus ar kito organizmo DNR fragmento kopijų. Jei klonuotas fragmentas koduoja baltymą, tuomet galima eksperimentiškai ištirti šio geno transkripciją reguliuojantį mechanizmą, taip pat pagaminti šį baltymą reikiamu kiekiu. Be to, klonuotas vieno organizmo DNR fragmentas gali būti įvestas į kito organizmo ląsteles. Taip galima pasiekti, pavyzdžiui, didelį ir stabilų derlių dėl įvesto geno, kuris užtikrina atsparumą daugeliui ligų. Jei į dirvožemio bakterijų genotipą įtrauksite kitų bakterijų, galinčių fiksuoti atmosferos azotą, genus, tada dirvožemio bakterijos galės paversti šį azotą fiksuotu dirvožemio azotu. Į E. coli bakterijos genotipą įtraukę žmogaus genotipo geną, kuris kontroliuoja insulino sintezę, mokslininkai pasiekė insulino gamybą per tokią E. coli. Toliau tobulėjant mokslui, į žmogaus embrioną atsiras galimybė įvesti trūkstamus genus ir taip išvengti genetinių ligų.

Gyvūnų klonavimo eksperimentai vyksta jau seniai. Užtenka išimti iš kiaušialąstės branduolį, į jį implantuoti kitos ląstelės, paimtos iš embriono audinio, branduolį ir išauginti – arba mėgintuvėlyje, arba įvaikintos motinos įsčiose. Klonuota avis Doli buvo sukurta netradiciniu būdu. 6 metų suaugusios vienos veislės avies tešmens ląstelės branduolys buvo persodintas į kitos veislės avies bebranduolinį kiaušinėlį. Besivystantis embrionas buvo patalpintas į trečios veislės avis. Kadangi ką tik gimęs ėriukas visus genus gavo iš pirmosios donorės avies, tai yra tiksli jo genetinė kopija. Šis eksperimentas atveria daug naujų galimybių elitinių veislių klonavimui, o ne ilgus metus trukusios selekcijos. Teksaso universiteto mokslininkai sugebėjo pratęsti kelių tipų žmogaus ląstelių gyvenimą. Paprastai ląstelė miršta pergyvenusi apie 7-10 dalijimosi procesų, tačiau jie pasiekė šimtą ląstelių dalijimosi. Pasak mokslininkų, senėjimas atsiranda dėl to, kad ląstelės su kiekvienu dalijimu praranda telomerus – molekulines struktūras, kurios yra visų chromosomų galuose.

Mokslininkai į ląsteles implantavo atrastą geną, atsakingą už telomerazės gamybą, ir taip jas padarė nemirtingomis. Galbūt tai yra ateities kelias į nemirtingumą. Nuo devintojo dešimtmečio atsirado programos, skirtos žmogaus genomui tirti. Vykdant šias programas jau perskaityta apie 5 tūkst. genų (visame žmogaus genome yra 50-100 tūkst.). Buvo atrasta nemažai naujų žmogaus genų. Genų inžinerija tampa vis svarbesnė genų terapijoje. Kadangi daugelis ligų yra nulemtos genetiniame lygmenyje. Būtent genome yra polinkis arba atsparumas daugeliui ligų. Daugelis mokslininkų mano, kad genominė medicina ir genų inžinerija veiks XXI amžiuje. Nė vienas mokslininkas, kuris tikrai tvirtai stovi ant mokslinio objektyvumo platformos, niekada nepasakys, kad kažkuo pagalba galima išgydyti absoliučiai viską arba kad kažkas yra „visiškai saugus“, ypač jei tai susiję su genų inžinerija, kuri manipuliuoja individualiais gamtos dėsnių lygiais. ignoruojant jo vientisumą. Kaip jau matėme su branduoliniais tyrimais, tokių manipuliacijų metu išsiskirianti energija gali būti milžiniška, tačiau galimas pavojus taip pat yra didžiulis. Kai branduolinės technologijos buvo kuriamos, niekas negalėjo pagalvoti, kad vos po kelerių metų žmonijai iškils daugybės sunaikinimo grėsmė, kurią vienodai galėtų užtikrinti abi priešingos jėgos. O kai atominė energija buvo pradėta naudoti elektrai gaminti, niekas nežinojo, kad dėl to atsidursime milijonais tonų radioaktyviųjų atliekų, kurios išliks toksiškos dešimtis tūkstančių metų. Niekas nieko apie tai nežinojo, bet mes vis tiek padarėme aklą šuolį, taip sukurdami rimtų problemų sau ir ateities kartoms. Todėl turime būti labai atsargūs dėl genų inžinerijos naudojimo, kuris veikia tokiu lygiu, kuriame yra visa informacija apie giliausią gyvybės struktūrą.

Prireikė milijonų metų, kol gyvybė Žemėje išsivystė į labai subalansuotą, dinamišką ekosistemą, kokia ji yra šiandien, su visa nesuskaičiuojama šiandien mums žinoma gyvybės formų įvairove. Dabar gyvename laikais, kai po vienos kartos ar mažiau svarbiausios kultūros dėl genų inžinerijos įsikišimo patirs radikalius pokyčius ir šie pokyčiai rimtai pakenks visai ekosistemai, taip pat kels pavojų visai žmonijai. Kol nebus įrodytas genų inžinerijos būdu gautų produktų saugumas, šis klausimas visada išliks abejotinas – būtent tokį požiūrį gina Prigimtinės teisės partija. Būtina, kad naudojant genų inžineriją būtų taikoma griežta mokslinė saugos kontrolė. Beveik visiškai užtikrintai galima teigti, kad genų inžinerija sukels cheminę aplinkos taršą. Veisdami padidinto atsparumo herbicidams grūdų veisles, ūkininkai bus priversti piktžolėms naikinti tris kartus daugiau cheminių pesticidų nei anksčiau, o tai savo ruožtu padidins Amerikos dirvožemio ir požeminio vandens taršą. Pavyzdžiui, chemijos įmonė „Monsanto“ jau sukūrė tos pačios įmonės gaminamam herbicidui „Roundup“ atsparių kukurūzų, sojų pupelių ir cukrinių runkelių veislių. Pramonės pareigūnai ne kartą yra sakę, kad „Roundup“ yra saugus gyviems organizmams ir greitai jį neutralizuoja aplinka. Tačiau preliminarūs tyrimai Danijoje parodė, kad Roundup dirvožemyje išlieka trejus metus (todėl gali būti absorbuojamas paskesnių toje vietovėje pasodintų pasėlių), o kiti moksliniai darbai parodė, kad jo naudojimas Herbicidas sukelia toksines reakcijas ūkininkams, sutrikdo. žinduolių dauginimosi funkcijai, kenkia žuvims, sliekams ir naudingiesiems vabzdžiams.

Genų inžinerijos šalininkai dažnai tvirtina, kad ši technologija yra tiesiog patobulinta kryžminimo rūšis, kuri buvo naudojama tūkstantmečius, siekiant pagerinti pasėlių ir naminių gyvūnų veislę. Tačiau iš tikrųjų genų inžinerijos įsikišimas prasiskverbia pro natūralias reprodukcines kliūtis tarp rūšių, kurios palaiko gyvybės Žemėje pusiausvyrą ir vientisumą. Tradicinė naujų veislių ir veislių veisimo sistema gali kryžminti vienos veislės kiaules su kita, ar arklį su asiliu, arba dviejų veislių pomidorus, tačiau ji negali kryžminti pomidorų su žuvimi – gamta neleidžia taip maišytis genų. O pasitelkę genų inžineriją, mokslininkai jau sujungė žuvies ir pomidorų genus – ir šie niekaip nepažymėti pomidorai dabar ramiai guli mūsų lentynose. Negana to, praktiškai visi grūdai, ankštiniai augalai, daržovės ir vaisiai jau buvo apdoroti genų inžinerija, o visus šiuos produktus maisto pramonė ketina pateikti į rinką per artimiausius 5–8 metus. Pioneer Hybrid International, didžiausia pasaulyje sėklų įmonė, panaudojo genų inžineriją, kad sukurtų naują sojų veislę, kurioje yra braziliško riešuto genas, siekiant padidinti sojos pupelių baltymų kiekį. Tačiau sojoje implantuotas Brazilijos riešutų komponentas daugeliui vartotojų sukėlė alerginę reakciją, todėl „Pioneer“ atšaukė projektą. Ir kai japonų kompanija Showa Denko, taikydama genų inžineriją, pakeitė natūralios bakterijos struktūrą, kad būtų efektyviau gaminamas maisto papildas, vadinamas triptofanu, šios genetinės manipuliacijos lėmė tai, kad ši bakterija, būdama triptofano dalis, pradėjo gaminti labai nuodinga medžiaga, kuri buvo atrasta tik po to, kai produktas buvo pristatytas į rinką 1989 m. Dėl to: susirgo 5000 žmonių, 1500 tapo invalidais visam laikui, o 37 mirė. Tyrėjai labai susidomėjo genų inžinerijos naudojimu, kad sukurtų derlingesnes kviečių veisles, sukurtų maistingesnį maistą ir pašalintų tam tikras ligas, taip tikėdamiesi pagerinti žmonių gyvenimą Žemėje. Tačiau iš tikrųjų, nepaisant to, kad genus galima išgauti ir teisingai sukryžminti eksperimentinėje kolboje, realiame gyvenime labai sunku numatyti genų implantavimo į kažkieno kūną pasekmes.

Tokios operacijos gali sukelti mutacijas, dėl kurių nuslopsta natūralių organizmo genų veikla. Įvesti genai taip pat gali sukelti netikėtų šalutinių poveikių: pavyzdžiui, genetiškai modifikuotame maiste gali būti toksinų ir alergenų arba jo maistinė vertė yra sumažėjusi, todėl vartotojai gali susirgti ar net, kaip jau nutiko, mirti. Be to, genų inžinerijos būdu išvesti organizmai geba savarankiškai daugintis ir kryžmintis su natūraliomis populiacijomis, kurioms nebuvo atlikta genetinė intervencija, sukeldami negrįžtamus biologinius pokyčius visoje Žemės ekosistemoje. Galime visiškai drąsiai teigti, kad genų inžinerija tikrai yra perspektyvi sritis, kuri mūsų šalyje, deja, nėra finansuojama ir neturi savo gamintojo. Rusija, žinoma, užsiima plėtra šioje srityje, tačiau yra priversta parduoti savo išradimus užsienyje. Mūsų mokslininkai išrado žmogaus interferoną, aspartamą ir voratinklį. Svarbu tai, kad kuriant vaistą jis pradedamas vartoti tik tada, kai jo struktūra yra artima žmogaus genomui. Šiuo atveju vaistas yra visiškai nekenksmingas. Gaminant aspartamą, sumaišomos dvi aminorūgštys, tačiau proceso katalizatorius yra mikroorganizmai. Genetiko užduotis yra sukurti kūrimą, kad vaisto išvalymas iš mikroorganizmų būtų 100% patikrintas. Tai yra darbo kokybė. Esame atsakingi už kokybę, o profesionalus požiūris yra tas, kad genų inžinerija yra pakankamai naudinga žmonijai.

Genų inžinerija – priešas ar draugas? Genų inžinerijos pavojai...

Moksliniai faktai apie genų inžinerijos pavojų

1. Genų inžinerija iš esmės skiriasi nuo naujų veislių ir veislių kūrimo. Dirbtinis svetimų genų pridėjimas labai sutrikdo tiksliai reguliuojamą normalios ląstelės genetinę kontrolę. Manipuliacija genais iš esmės skiriasi nuo motinos ir tėvo chromosomų derinio, atsirandančio natūraliai kryžminant.

2. Šiuo metu genų inžinerija yra techniškai netobula, nes ji negali kontroliuoti naujo geno įterpimo proceso. Todėl neįmanoma numatyti įterpimo vietos ir pridėto geno poveikio. Net jei geno vietą galima nustatyti jį įterpus į genomą, turima DNR informacija yra labai neišsami, kad būtų galima numatyti rezultatus.

3. Dirbtinai pridėjus svetimą geną gali netikėtai susidaryti pavojingos medžiagos. Blogiausiu atveju tai gali būti toksinės medžiagos, alergenai ar kitos sveikatai kenksmingos medžiagos. Informacija apie tokias galimybes vis dar labai neišsami.

4. Visiškai patikimų nekenksmingumo tyrimo metodų nėra. Daugiau nei 10 % rimtų naujų vaistų šalutinių poveikių negali būti aptikti nepaisant kruopščiai atliktų saugumo tyrimų. Tikėtina, kad rizika, kad naujų genetiškai modifikuotų maisto produktų kenksmingos savybės bus nepastebėtos, bus žymiai didesnė nei narkotikų atveju.

5. Dabartiniai saugos bandymų reikalavimai yra itin nepakankami. Jie aiškiai skirti supaprastinti patvirtinimo procesą. Jie leidžia naudoti itin nejautrus nekenksmingumo tyrimo metodus. Todėl yra didelė rizika, kad pavojingi maisto produktai gali praeiti nepastebėti.

6. Iki šiol naudojant genų inžineriją sukurti maisto produktai neturi didelės vertės žmonijai. Šie produktai daugiausia tenkina tik komercinius interesus.

7. Žinių apie genetiškai modifikuotų organizmų, patekusių į aplinką, poveikį visiškai nepakanka. Dar neįrodyta, kad genų inžinerijos būdu modifikuoti organizmai neturės žalingo poveikio aplinkai. Aplinkosaugininkai pasiūlė įvairias galimas aplinkos komplikacijas. Pavyzdžiui, yra daug galimybių nekontroliuojamai plisti potencialiai žalingiems genams, kuriuos naudoja genų inžinerija, įskaitant genų perkėlimą per bakterijas ir virusus. Aplinkos sukeltų komplikacijų greičiausiai bus neįmanoma ištaisyti, nes išleistų genų negalima atsiimti.

8. Gali atsirasti naujų pavojingų virusų. Eksperimentiškai įrodyta, kad viruso genai, įterpti į genomą, gali jungtis su infekcinių virusų genais (vadinamoji rekombinacija). Šie nauji virusai gali būti agresyvesni nei pirminiai. Virusai taip pat gali tapti mažiau specifiniai rūšims. Pavyzdžiui, augalų virusai gali tapti kenksmingi naudingiems vabzdžiams, gyvūnams ir žmonėms.

9. Žinios apie paveldimą substanciją DNR yra labai neišsamios. Yra žinoma tik trijų procentų DNR funkcija. Rizikinga manipuliuoti sudėtingomis sistemomis, apie kurias žinios yra neišsamios. Didelė patirtis biologijos, ekologijos ir medicinos srityse rodo, kad tai gali sukelti rimtų nenuspėjamų problemų ir sutrikimų.

10. Genų inžinerija neišspręs pasaulinio bado problemos. Teiginys, kad genų inžinerija gali svariai prisidėti sprendžiant pasaulio bado problemą, yra moksliškai nepagrįstas mitas.