1. Możliwości inżynierii genetycznej. 4

2. Historia inżynierii genetycznej. 6

3. Inżynieria genetyczna jako nauka. Metody inżynierii genetycznej. 10

4. Obszary zastosowań inżynierii genetycznej. 12

5. Fakty naukowe o zagrożeniach związanych z inżynierią genetyczną. 18

Wniosek. 22

Referencje.. 23

Wstęp

Temat inżynierii genetycznej staje się ostatnio coraz bardziej popularny. Najwięcej uwagi poświęca się negatywnym konsekwencjom, jakie może wywołać rozwój tej gałęzi nauki, a bardzo mało uwagi poświęca się korzyściom, jakie może przynieść inżynieria genetyczna.

Najbardziej obiecującym obszarem zastosowań jest produkcja leków z wykorzystaniem technologii inżynierii genetycznej. Ostatnio stało się możliwe uzyskanie użytecznych szczepionek na bazie roślin transgenicznych. Nie mniej interesujące jest wytwarzanie produktów spożywczych przy użyciu tych samych technologii.

Inżynieria genetyczna to nauka przyszłości. Obecnie na całym świecie miliony hektarów ziemi obsiewane są roślinami transgenicznymi, powstają unikalne preparaty medyczne i nowi producenci przydatnych substancji. Z biegiem czasu inżynieria genetyczna umożliwi osiągnięcie nowych osiągnięć w medycynie, rolnictwie, przemyśle spożywczym i hodowli zwierząt.

Celem tej pracy jest zbadanie cech możliwości, historii rozwoju i obszarów zastosowań inżynierii genetycznej.

1. Możliwości inżynierii genetycznej

Ważną częścią biotechnologii jest inżynieria genetyczna. Urodzona na początku lat 70., dziś osiągnęła ogromny sukces. Techniki inżynierii genetycznej przekształcają komórki bakterii, drożdży i ssaków w „fabryki” do produkcji dowolnego białka na dużą skalę. Umożliwia to szczegółową analizę struktury i funkcji białek oraz wykorzystanie ich jako leków. Obecnie Escherichia coli (E. coli) stała się dostawcą tak ważnych hormonów jak insulina i somatotropina. Wcześniej insulinę otrzymywano z komórek trzustki zwierzęcej, dlatego jej koszt był bardzo wysoki. Aby uzyskać 100 g insuliny krystalicznej potrzeba 800-1000 kg trzustki, a jeden gruczoł krowy waży 200 - 250 gramów. To spowodowało, że insulina była droga i trudno dostępna dla szerokiego grona diabetyków. W 1978 roku naukowcy z Genentech po raz pierwszy wyprodukowali insulinę ze specjalnie opracowanego szczepu Escherichia coli. Insulina składa się z dwóch łańcuchów polipeptydowych A i B, o długości 20 i 30 aminokwasów. Kiedy są one połączone wiązaniami dwusiarczkowymi, powstaje natywna insulina dwułańcuchowa. Wykazano, że nie zawiera białek E. coli, endotoksyn i innych zanieczyszczeń, nie powoduje skutków ubocznych jak insulina zwierzęca i nie wykazuje aktywności biologicznej

jest inny. Następnie w komórkach E. coli zsyntetyzowano proinsulinę, dla której zsyntetyzowano kopię DNA na matrycy RNA przy użyciu odwrotnej transkryptazy. Po oczyszczeniu powstałą proinsulinę rozbijano ją na insulinę natywną, przy czym etapy ekstrakcji i izolacji hormonu zostały zminimalizowane. Z 1000 litrów płynu hodowlanego można uzyskać do 200 gramów hormonu, co odpowiada ilości insuliny wydzielonej z 1600 kg trzustki świni lub krowy.

Somatotropina jest ludzkim hormonem wzrostu wydzielanym przez przysadkę mózgową. Niedobór tego hormonu prowadzi do karłowatości przysadkowej. Jeśli somatotropinę podaje się w dawce 10 mg na kg masy ciała trzy razy w tygodniu, to w ciągu roku dziecko cierpiące na jej niedobór może urosnąć o 6 cm. Wcześniej pozyskiwano ją z materiału zwłok, z jednego trupa: 4 – 6 mg somatotropiny w przeliczeniu na końcowy produkt farmaceutyczny. Tym samym dostępne ilości hormonu były ograniczone, ponadto hormon otrzymywany tą metodą był niejednorodny i mógł zawierać wolno rosnące wirusy. W 1980 roku firma Genentec opracowała pozbawioną tych wad technologię produkcji somatotropiny przy użyciu bakterii. W 1982 roku w hodowli E. coli i komórek zwierzęcych uzyskano ludzki hormon wzrostu w Instytucie Pasteura we Francji, a w 1984 roku rozpoczęto przemysłową produkcję insuliny w ZSRR. Do produkcji interferonu wykorzystuje się zarówno E. coli, S. cerevisae (drożdże), jak i hodowlę fibroblastów lub transformowanych leukocytów. Podobnymi metodami uzyskuje się także bezpieczne i tanie szczepionki.

Technologia rekombinacji DNA opiera się na produkcji wysoce specyficznych sond DNA, które służą do badania ekspresji genów w tkankach, lokalizacji genów na chromosomach oraz identyfikacji genów o powiązanych funkcjach (na przykład u ludzi i kurczaków). Sondy DNA wykorzystywane są także w diagnostyce różnych chorób.

Technologia rekombinacji DNA umożliwiła niekonwencjonalne podejście białko-gen zwane genetyką odwrotną. W tym podejściu białko izoluje się z komórki, klonuje się gen tego białka i modyfikuje go, tworząc zmutowany gen kodujący zmienioną formę białka. Powstały gen wprowadza się do komórki. Jeśli ulegnie ekspresji, komórka je przenosząca i jej potomkowie zsyntetyzują zmienione białko. W ten sposób można naprawić wadliwe geny i leczyć choroby dziedziczne.

Jeśli hybrydowy DNA zostanie wprowadzony do zapłodnionego jaja, można wytworzyć organizmy transgeniczne, w których nastąpi ekspresja zmutowanego genu i przekażą go swojemu potomstwu. Transformacja genetyczna zwierząt pozwala ustalić rolę poszczególnych genów i ich produktów białkowych zarówno w regulacji aktywności innych genów, jak i w różnych procesach patologicznych. Za pomocą inżynierii genetycznej stworzono linie zwierząt odpornych na choroby wirusowe, a także rasy zwierząt o cechach korzystnych dla człowieka. Przykładowo mikroiniekcja rekombinowanego DNA zawierającego gen bydlęcej somatotropiny do zygoty królika umożliwiła otrzymanie zwierzęcia transgenicznego z nadmierną produkcją tego hormonu. Powstałe zwierzęta miały wyraźną akromegalię.

Nośnikami materialnej podstawy genów są chromosomy, do których zalicza się DNA i białka. Ale geny formacyjne nie są chemiczne, ale funkcjonalne. Z funkcjonalnego punktu widzenia DNA składa się z wielu bloków przechowujących pewną ilość informacji - genów. Działanie genu opiera się na jego zdolności do określania syntezy białek poprzez RNA. Cząsteczka DNA zawiera niejako informację określającą strukturę chemiczną cząsteczek białka. Gen to odcinek cząsteczki DNA, który zawiera informację o strukturze pierwszorzędowej dowolnego białka (jeden gen – jedno białko). Ponieważ w organizmach znajdują się dziesiątki tysięcy białek, istnieją dziesiątki tysięcy genów. Całość wszystkich genów komórki tworzy jej genom. Wszystkie komórki ciała zawierają ten sam zestaw genów, ale każda z nich realizuje inną część przechowywanej informacji. Dlatego na przykład komórki nerwowe różnią się od komórek wątroby zarówno cechami strukturalnymi, funkcjonalnymi, jak i biologicznymi.

Trudno nawet dziś przewidzieć wszystkie możliwości, które zostaną zrealizowane w ciągu najbliższych kilku dekad.

2. Historia inżynierii genetycznej

Historia wysokich technologii biomedycznych, metod badań genetycznych, a także samej inżynierii genetycznej wiąże się bezpośrednio z odwiecznym pragnieniem człowieka udoskonalania ras zwierząt domowych i roślin uprawnych. Wybierając pewne osobniki z grup zwierząt i roślin i krzyżując je ze sobą, człowiek, nie mając prawidłowego pojęcia o wewnętrznej istocie procesów zachodzących wewnątrz istot żywych, mimo to przez wiele setek i tysięcy lat tworzył ulepszone rasy zwierząt i odmiany roślin, które miały pewne przydatne i niezbędne właściwości dla ludzi.

W XVIII i XIX wieku podejmowano wiele prób ustalenia, w jaki sposób cechy przekazywane są z pokolenia na pokolenie. Jednego ważnego odkrycia dokonał w 1760 roku botanik Koelreuther, który skrzyżował dwa rodzaje tytoniu, przenosząc pyłek z pręcików jednego gatunku na słupki innego gatunku. Rośliny otrzymane z nasion hybrydowych charakteryzowały się cechami pośrednimi pomiędzy cechami obojga rodziców. Koelreuter wyciągnął z tego logiczny wniosek, że cechy rodzicielskie przekazywane są zarówno przez pyłek (komórki nasienne), jak i przez zalążki (jajeczki). Jednak ani on, ani jego współcześni, którzy zajmowali się hybrydyzacją roślin i zwierząt, nie byli w stanie ujawnić natury mechanizmu przenoszenia dziedziczności. Częściowo można to wytłumaczyć faktem, że w tamtym czasie nie były jeszcze znane cytologiczne podstawy tego mechanizmu, ale głównie faktem, że naukowcy próbowali jednocześnie badać dziedziczenie wszystkich cech roślin.

Naukowe podejście do badania dziedziczenia pewnych cech i właściwości opracował austriacki mnich katolicki Gregor Mendel, który latem 1865 roku rozpoczął na terenie swojego klasztoru eksperymenty z hybrydyzacją roślin (krzyżowaniem różnych odmian grochu). Jako pierwszy odkrył podstawowe prawa genetyki. Gregor Mendel odniósł sukces, ponieważ badał dziedziczenie indywidualnych, wyraźnie odrębnych (kontrastowych) cech, policzył liczbę potomstwa każdego typu i starannie prowadził szczegółowe zapisy wszystkich swoich eksperymentów z krzyżowaniem. Znajomość podstaw matematyki pozwoliła mu poprawnie zinterpretować uzyskane dane i postawić założenie, że o każdej cesze decydują dwa czynniki dziedziczne. Utalentowany mnich-badacz był później w stanie wyraźnie wykazać, że właściwości dziedziczne nie są mieszane, ale przekazywane potomstwu w postaci pewnych jednostek. Ten genialny wniosek został później w pełni potwierdzony, gdy możliwe było zobaczenie chromosomów i poznanie cech charakterystycznych różnych typów podziału komórek: mitozy (komórki somatyczne - komórki ciała), mejozy (płciowej, rozrodczej, zarodkowej) i zapłodnienia.

Wyniki swoich prac Mendel zgłosił na zebraniu Towarzystwa Przyrodników Brunn i opublikował je w materiałach tego towarzystwa. Znaczenie jego wyników nie było rozumiane przez współczesnych, a badania te przez prawie 35 lat nie przyciągały uwagi hodowców roślin i przyrodników.

W 1900 roku, gdy poznano szczegóły podziału komórek ze względu na rodzaj mitozy, mejozy i samego zapłodnienia, trzech badaczy – de Vries w Holandii, Correns w Niemczech i Chermak w Austrii – przeprowadziło serię eksperymentów i niezależnie od siebie ponownie odkryło prawa dziedziczności opisane wcześniej przez Mendla. Później, po odkryciu artykułu Mendla, w którym 35 lat wcześniej jasno sformułowano te prawa, naukowcy ci jednomyślnie złożyli hołd mnichowi naukowcowi, nazywając jego imieniem dwa podstawowe prawa dziedziczności.

W pierwszej dekadzie XX wieku prowadzono eksperymenty na szerokiej gamie roślin i zwierząt oraz poczyniono liczne obserwacje dotyczące dziedziczenia cech u ludzi, które jasno wykazały, że u wszystkich tych organizmów dziedziczność podlega tym samym podstawowym prawom. Stwierdzono, że opisane przez Mendla czynniki determinujące indywidualną cechę zlokalizowane są w chromosomach jądra komórkowego. Następnie w 1909 roku duński botanik Johansen nazwał te jednostki genami (od greckiego słowa „ge-nos” – rodzaj, pochodzenie), a amerykański naukowiec William Sutton zauważył zaskakujące podobieństwo między zachowaniem chromosomów podczas tworzenia się chromosomów gamety (komórki płciowe), ich zapłodnienie i przekazywanie mendlowskich czynników dziedzicznych – genów. Na podstawie tych genialnych odkryć stworzono tzw. chromosomalną teorię dziedziczności.

Tak naprawdę sama genetyka, jako nauka o dziedziczności i zmienności organizmów żywych oraz sposobach ich kontrolowania, powstała na początku XX wieku. Amerykański genetyk T. Morgan wraz ze swoimi współpracownikami przeprowadził liczne eksperymenty, które pozwoliły odkryć genetyczne podstawy determinacji płci i wyjaśnić szereg nietypowych form dziedziczenia, w których przekazywanie cechy zależy od płci osobnika (tzw. cechy sprzężone z płcią). Kolejny ważny krok naprzód nastąpił w 1927 r., kiedy G. Möller ustalił, że napromieniając promieniami rentgenowskimi muszkę owocową Drosophila i inne organizmy, można sztucznie wywołać w nich zmiany genowe, czyli mutacje. Umożliwiło to uzyskanie wielu nowych zmutowanych genów – dodatkowego materiału do badań dziedziczności. Dane dotyczące natury mutacji posłużyły jako jeden z kluczy do zrozumienia i struktury samych genów.

W latach dwudziestych naszego wieku radzieccy naukowcy ze szkoły A.S. Serebrovsky przeprowadził pierwsze eksperymenty, które pokazały, jak złożony jest gen. Z pomysłów tych skorzystali J. Watson i F. Crick, którym w 1953 roku udało się w Anglii stworzyć model DNA i rozszyfrować kod genetyczny. Późniejsze prace badawcze związane z ukierunkowanym tworzeniem nowych kombinacji materiału genetycznego doprowadziły do ​​powstania samej inżynierii genetycznej.

W tym samym czasie, w latach 40., rozpoczęły się eksperymentalne badania zależności pomiędzy genami i enzymami. W tym celu szeroko wykorzystano inny obiekt - pleśń Neurospora, z której można było sztucznie uzyskać i zbadać szereg mutacji biochemicznych związanych z utratą tego lub innego specjalnego enzymu (białka). W ciągu ostatnich dwudziestu lat najczęstszym celem badań genetycznych była Escherichia coli i niektóre bakteriofagi infekujące tę bakterię.

Od początków XX wieku w dalszym ciągu obserwuje się zainteresowanie badaniami nad dziedziczeniem pewnych (specyficznych) cech u człowieka oraz nad dziedzicznym przekazywaniem cech pożądanych i niepożądanych u zwierząt domowych i roślin uprawnych. Bazując na coraz większej wiedzy o wzorcach genetycznych, genetycy i hodowcy nauczyli się, niemal na zamówienie, hodować rasy zwierząt gospodarskich, które mogą przetrwać w gorącym klimacie, krowy dające dużo mleka o dużej zawartości tłuszczu, kurczęta znoszące duże jaja o cienkich łupinach oraz odmiany kukurydzy i pszenicy, które są wysoce odporne na niektóre choroby.

W 1972 roku w USA w laboratorium P. Berga uzyskano pierwszy hybrydowy (rekombinowany) DNA. Zaczęto szeroko rozwijać i stosować ekscytujące pomysły z zakresu genetyki człowieka i metod badań genetycznych w samej medycynie. W latach 70. rozpoczęło się dekodowanie ludzkiego genomu. Od ponad dziesięcioleci istnieje projekt o nazwie Ludzki genom. Z 3 miliardów par nukleotydów ułożonych w ciągłe, ciągłe pasaże, dotychczas odczytano tylko około 10 milionów znaków. Jednocześnie powstają nowe techniki genetyczne, które zwiększają prędkość odczytu DNA. Dyrektor Medycznego Centrum Genetyki Rosyjskiej Akademii Nauk Medycznych V.I. Iwanow zdecydowanie wierzy, że „cały genom zostanie odczytany około 2020 roku”.

3. Inżynieria genetyczna jako nauka. Metody inżynierii genetycznej

Inżynieria genetyczna to konstrukcja in vitro funkcjonalnie aktywnych struktur genetycznych (rekombinowane DNA), czyli innymi słowy tworzenie sztucznych programów genetycznych (Baev A.A.). Zdaniem E.S. Inżynieria genetyczna piruzyjska to system technik eksperymentalnych, który umożliwia konstruowanie w laboratorium (in vitro) sztucznych struktur genetycznych w postaci tzw. rekombinowanych lub hybrydowych cząsteczek DNA.

Mówimy o ukierunkowanej, według z góry ustalonego programu, budowie molekularnych systemów genetycznych poza organizmem i ich późniejszym wprowadzeniu do żywego organizmu. W tym przypadku rekombinowany DNA staje się integralną częścią aparatu genetycznego organizmu biorcy i nadaje mu nowe unikalne właściwości genetyczne, biochemiczne, a następnie fizjologiczne.

Celem stosowanej inżynierii genetycznej jest zaprojektowanie takich rekombinowanych cząsteczek DNA, które po wprowadzeniu do aparatu genetycznego nadawałyby organizmowi właściwości przydatne dla człowieka.

Technologia rekombinacji DNA wykorzystuje następujące metody:

Specyficzne cięcie DNA przez nukleazy restrykcyjne, przyspieszające izolację i manipulację poszczególnymi genami;

Szybkie sekwencjonowanie wszystkich nukleotydów w oczyszczonym fragmencie DNA, co pozwala na określenie granic genu i kodowanej przez niego sekwencji aminokwasów;

Konstrukcja rekombinowanego DNA;

Hybrydyzacja kwasów nukleinowych, która umożliwia wykrywanie specyficznych sekwencji RNA lub DNA z większą dokładnością i czułością, w oparciu o ich zdolność do wiązania komplementarnych sekwencji kwasów nukleinowych;

Klonowanie DNA: amplifikacja in vitro z wykorzystaniem reakcji łańcuchowej polimerazy lub wprowadzenie fragmentu DNA do komórki bakteryjnej, która po takiej transformacji odtwarza ten fragment w milionach kopii;

Wprowadzenie rekombinowanego DNA do komórek lub organizmów.

4. Obszary zastosowań inżynierii genetycznej

Obecne odkrycia naukowe w dziedzinie genetyki człowieka mają w istocie znaczenie rewolucyjne, mowa bowiem o możliwości stworzenia „mapy ludzkiego genomu”, czyli „patologicznej anatomii ludzkiego genomu”. Dzięki tej mapie genetycznej możliwe będzie określenie lokalizacji genów na długiej helisie DNA odpowiedzialnych za niektóre choroby dziedziczne. Według genetyków te nieograniczone możliwości stały się podstawą pomysłu wykorzystania w praktyce klinicznej tzw. terapii genowej, która jest rodzajem leczenia pacjentów polegającym na wymianie uszkodzonych genów z wykorzystaniem wysokich technologii biomedycznych i inżynierii genetycznej. Inwazja na skład ludzkich systemów genowych i zapewnienie ich życiowej aktywności jest możliwa zarówno na poziomie somatycznym (wszystkie komórki organizmu o pewnych różnicach strukturalnych i funkcjonalnych) komórek organizmu, jak i na poziomie rozrodczym, rozrodczym (zarodkowym) i zarodkowym (embrionalne) komórki.

Inżynieria genetyczna jako rodzaj terapii – leczenie konkretnej choroby uwarunkowanej genetycznie – wiąże się z dostarczeniem odpowiedniej, niewadliwej cząsteczki DNA w celu jej zastąpienia przy pomocy genu – odcinka chromosomu zawierającego wady lub do integracji z ludzkim materiałem genetycznym poprzez połączenie z tzw. komórkami somatycznymi organizmu ludzkiego, które posiadają wadę genetyczną. Zadaniem inżynierii genetycznej w odniesieniu do człowieka jest zapewnienie odpowiednio ukierunkowanego działania na konkretny gen, aby skorygować go w kierunku prawidłowego funkcjonowania i zapewnić osobie cierpiącej na chorobę dziedziczną normalną, niezmienioną wersję genu. W przeciwieństwie do terapii lekowej, terapia ta, zwana inżynierią genetyczną, najwyraźniej będzie w stanie zapewnić pacjentowi długotrwałe, długotrwałe, wysoce skuteczne leczenie, które przyniesie ogromną ulgę i korzyści.

Jednak wszystkie współczesne metody wprowadzania DNA do organizmów żywych nie są w stanie skierować go i dostarczyć do określonej populacji komórek zawierających zmieniony, a zatem nieprawidłowo działający gen. Inaczej mówiąc, tzw. transfer ukierunkowany, czyli transport genów w organizmie (w modelu „in vivo”) jest obecnie niemożliwy.

Inne podejście metodologiczne, polegające na pobraniu z organizmu pacjenta określonej populacji komórek zawierających uszkodzony gen i manipulacji materiałem genetycznym poprzez wymianę wadliwych genów w komórkach za pomocą inżynierii genetycznej (w modelu „in vitro”) i przywrócenie ich do pierwotnego stanu miejsce w organizmie, skąd zostały pobrane od pacjenta, jest obecnie możliwe w medycznych ośrodkach genetycznych. Ta metoda terapii genowej poprzez inżynierię genetyczną została już zastosowana w eksperymentalnej próbie wyleczenia dwóch pacjentów cierpiących na rzadką chorobę genetyczną zwaną talasemią beta, która podobnie jak anemia sierpowata jest również spowodowana obecnością zniekształconego i w związku z tym nieprawidłowo funkcjonującego białka w czerwonych krwinkach. Istota manipulacji polegała na tym, że ze szpiku kostnego tych pacjentów wyizolowano tzw. komórki macierzyste, do których chromosomów wprowadzono odcinek DNA odpowiedzialny za produkcję prawidłowego białka hemoglobuliny – gen. Po tym, jak nieprawidłowo działające komórki macierzyste pozostające w szpiku kostnym pacjentów zostały prawie całkowicie zniszczone, pacjentom wstrzyknięto genetycznie zmodyfikowane komórki macierzyste. Niestety, te dwie próby zakończyły się niepowodzeniem klinicznym, ponieważ pacjenci zmarli. Ten pierwszy przypadek inżynierii genetycznej w warunkach szpitalnych nie został autoryzowany ani zatwierdzony przez odpowiednie komisje opiniujące, a jego uczestnicy zostali ostro potępieni za rażące naruszenie zasad badań w dziedzinie genetyki człowieka.

Inżynieria genetyczna komórek rozrodczych (rozrodczych) może prowadzić do zupełnie innych konsekwencji, gdyż wprowadzenie DNA do tych komórek różni się od skorygowania defektu genetycznego w komórkach somatycznych (cielesnych, niereprodukcyjnych). Wiadomo, że wprowadzenie innych genów do chromosomów komórek rozrodczych prowadzi do ich przekazania kolejnym pokoleniom. W zasadzie można sobie wyobrazić dodanie pewnych odcinków DNA w celu zastąpienia wadliwych odcinków materiału genetycznego każdej rozmnażającej się komórki danej osoby dotkniętej tą czy inną chorobą uwarunkowaną genetycznie.

Rzeczywiście, udało się to osiągnąć u myszy. W ten sposób z jajnika samicy uzyskano komórkę jajową, którą następnie zapłodniono in vitro (in vitro), a następnie do chromosomu zapłodnionego jaja wprowadzono obcy fragment DNA. Samo zapłodnione jajo ze zmienionym genomem zostało wszczepione (wprowadzone) do macicy samicy myszy. Źródłem obcego DNA w jednym eksperymencie był materiał genetyczny królika, a w drugim materiał genetyczny człowieka.

W celu wykrycia w okresie rozwoju płodu prawdopodobieństwa urodzenia dziecka z określonymi nieprawidłowościami genetycznymi, takimi jak zespół Downa czy choroba Tay-Sachsa, wykorzystuje się technikę badawczą zwaną amniopunkcją – badanie prenatalne, podczas którego pobierana jest próbka płynu biologicznego. zawierający komórki rozrodcze pobrane z worka owodniowego na początku drugiego trymestru ciąży. Ponadto udoskonalono technikę ekstrakcji różnych komórek płodowych z próbki krwi łożyskowej matki. Uzyskane w ten sposób komórki macicy można obecnie wykorzystać jedynie do identyfikacji ograniczonej liczby chorób uwarunkowanych genetycznie, w których występują wyraźne, poważne zaburzenia w strukturze DNA i zmiany stwierdzane za pomocą testów biochemicznych. Inżynieria genetyczna wykorzystująca rekombinowany DNA podczas badań prenatalnych otwiera możliwość prawidłowego diagnozowania różnorodnych i licznych chorób dziedzicznych.

W tym przypadku opracowywane są techniki tworzenia tzw. „sond genowych”, za pomocą których można określić, czy chromosom zawiera gen prawidłowy, niezmieniony, czy gen nieprawidłowy, wadliwy. Ponadto inżynieria genetyczna związana z wykorzystaniem rekombinowanego DNA, będącego na jednym z etapów jego powstawania, pozwoli w przyszłości na przeprowadzenie tzw. „planowania” ludzkich genów, tak aby określony gen niosący zniekształconą, patologiczną informację i dlatego interesujący genetyków, mógłby zostać zidentyfikowany na czas i wystarczająco szybko, przez analogię do metody wykorzystania innego „znakowanego” genu. Ta złożona technika medyczno-biologiczna powinna pomóc w ustaleniu lokalizacji dowolnego genu w komórkach macicy, nie tylko w tych, w których techniką amniopunkcji istnieje duże prawdopodobieństwo wykrycia różnych zaburzeń.

W związku z tym w ostatnich latach powstały nowe działy nauk biomedycznych, takie jak np. wysokie technologie DNA, embrioterapia i terapia komórkowa (cytoterapia), czyli diagnostyka wewnątrzmaciczna i leczenie choroby uwarunkowanej genetycznie zarówno na poziomie etapie edukacyjnym i rozwoju zarodka (zarodka) oraz na etapie dojrzewania płodu. Inwazja i manipulacja materiałem embrionalnym ma bezpośredni wpływ na dziedziczenie zmian genetycznych, ponieważ mają one zdolność przenoszenia się z pokolenia na pokolenie. Co więcej, sama diagnostyka genetyczna zaczyna przekształcać się w prognozowanie genetyczne, czyli w określanie przyszłego losu człowieka, utrwalając główne rewolucyjne zmiany w samej medycynie, która w wyniku złożonych eksperymentów i technik medyczno-genetycznych zyskała możliwość na długo przed pojawieniem się „obrazu klinicznego choroby”, czasem nawet przed urodzeniem danej osoby, aby ustalić, jakie dziedziczne dolegliwości mu zagrażają. Tym samym, dzięki wysiłkom genetyków i specjalistów z zakresu inżynierii genetycznej, w głębi nauk biomedycznych narodziła się tzw. „medycyna predykcyjna”, czyli medycyna, która „przewiduje przyszłość”.

Jednocześnie różne technologie i metody inżynierii genetycznej pozwalają przewidzieć w okresie prenatalnym rozwoju dziecka, jeszcze przed jego urodzeniem, nie tylko obecność określonej choroby dziedzicznej, ale także szczegółowo opisać uwarunkowania medyczne i genetyczne Właściwości rozwijającego się zarodka i płodu.

Wraz z gromadzeniem się nowych danych na temat mapowania genetycznego ludzkiego genomu i opisu (sekwencjonowania) jego DNA, a także dlatego, że rozwijające się nowoczesne metody badania polimorfizmów DNA umożliwiają udostępnienie informacji genetycznej o określonych strukturach i funkcjonalnościach ( w tym patologicznych) cech organizmu ludzkiego, które najwyraźniej pojawią się w przyszłości, ale obecnie nie są jeszcze zauważalne, możliwe staje się uzyskanie za pomocą medycznej diagnostyki genetycznej wszelkiej informacji genetycznej o dziecku nie tylko w sposób przedkliniczny, to znaczy przed ujawnieniem się określonej choroby dziedzicznej i prenatalnie, to znaczy przed jego urodzeniem, ale także preceptywnie, to znaczy jeszcze przed jej poczęciem.

W najbliższej przyszłości, dzięki sukcesom i postępowi w dziedzinie medycznej diagnostyki genetycznej, na podstawie danych diagnostycznych DNA będzie można w miarę pewnie ocenić np. wzrost człowieka, jego zdolności umysłowe, predyspozycje do niektórych chorób. (w szczególności rak) będzie lub psychiczny), skazany na manifestację i rozwój jakichkolwiek chorób dziedzicznych.

Nowoczesne technologie medyczne i biologiczne umożliwiają wykrycie różnych zaburzeń w genach, które mogą objawiać się i powodować określone dolegliwości nie tylko na etapie klinicznie wyraźnej choroby, ale także wtedy, gdy nie ma jeszcze oznak patologii, a sama choroba nie ustąpi. objawia się tak szybko. Przykładami tego są choroba Alzheimera i pląsawica Huntingtona, które dotykają osoby powyżej 40., a nawet 70. roku życia. Jednak nawet w takich przypadkach możliwe jest wykrycie genów, które mogą powodować podobne choroby u ludzi, jeszcze przed poczęciem pacjenta. Wiadomo również, że do jednej z tych chorób można zaliczyć cukrzycę. Skłonność do tej choroby i sama genetycznie uwarunkowana patologia są dziedziczone i mogą ujawnić się w przypadku nieprzestrzegania określonego trybu życia w wieku dorosłym lub starszym. Można z całą pewnością stwierdzić, że jeśli oboje rodzice lub jedno z nich choruje na cukrzycę, wówczas prawdopodobieństwo odziedziczenia genu „cukrzycy” lub kombinacji takich genów przechodzi na dzieci.

W tym przypadku okazuje się, że możliwe jest przeprowadzenie odpowiednich badań medyczno-biologicznych i postawienie prawidłowej diagnozy już w obecności mikroskopijnie małych ilości materiału biologicznego. Czasem wystarczy do tego kilka pojedynczych komórek, które zostaną namnożone w hodowli in vitro i z nich uzyskany zostanie „portret genetyczny” badanej osoby, oczywiście nie dla wszystkich genów jego genomu (jest ich kilkadziesiąt tysięcy!), ale tylko tych, co do których istnieją uzasadnione podstawy, aby podejrzewać występowanie określonych wad. Jednoczesny rozwój metod inżynierii komórkowej i genetycznej pozwoli na kolejnych etapach poznania genomu otworzyć praktyczną możliwość arbitralnej, a przede wszystkim terapeutycznej zmiany sekwencji i kolejności genów, ich skład i struktura.

Medycyna nie jest jedynym obszarem zastosowań inżynierii genetycznej. Wyróżnia się inżynierię genetyczną roślin i inżynierię genetyczną komórek bakteriologicznych.

W ostatnim czasie pojawiły się nowe możliwości w otrzymywaniu „jadalnych” szczepionek na bazie roślin transgenicznych.

Na świecie dokonał się ogromny postęp w dziedzinie roślin transgenicznych. Wynikają one w dużej mierze z faktu, że problem pozyskania organizmu z komórki, grupy komórek czy niedojrzałego zarodka w roślinie nie jest obecnie bardzo trudny. Technologie komórkowe, hodowle tkankowe i tworzenie regenerantów są szeroko stosowane we współczesnej nauce.

Rozważmy osiągnięcia w dziedzinie uprawy roślin uzyskane w Syberyjskim Instytucie Fizjologii i Biochemii Roślin Syberyjskiego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk.

Tak więc w ostatnich latach uzyskano wiele roślin transgenicznych poprzez przeniesienie do ich genomu genów ugt, acp, acb, accc i innych wyizolowanych z różnych obiektów roślinnych.

W wyniku wprowadzenia tych genów pojawiły się transgeniczne rośliny pszenicy, ziemniaków, pomidorów, ogórków, soi, grochu, rzepaku, truskawek, osiki i niektórych innych.

Wprowadzanie genów odbywało się albo poprzez „celowanie” w tkanki z „działu genowego” (którego projekt został opracowany w naszym instytucie), albo za pomocą wektora genetycznego opartego na plazmidzie agrobakteryjnym z wbudowanymi genami docelowymi i odpowiadającymi im promotorami .

W rezultacie powstało wiele nowych form transgenicznych. Tutaj jest kilka z nich.

Pszenica transgeniczna (2 odmiany), która charakteryzuje się znacznie intensywniejszym wzrostem i krzewieniem, jest przypuszczalnie bardziej odporna na suszę i inne niekorzystne czynniki środowiskowe. Badana jest jego produktywność i dziedziczenie nabytych właściwości.

Transgeniczne ziemniaki, które monitorowano przez trzy lata. Stale daje plony o 50-90% wyższe od kontroli, uzyskała niemal całkowitą odporność na herbicydy auksynowe, a ponadto jej bulwy na cięciach znacznie mniej „czernią się” ze względu na spadek aktywności oksydazy polifenolowej.

Pomidor transgeniczny (kilka odmian), charakteryzujący się większym krzewieniem i plonowaniem. W szklarni daje plon do 46 kg na metr kwadratowy (ponad dwukrotnie wyższy niż w kontroli).

Ogórek transgeniczny (kilka odmian) wytwarza większą liczbę płodnych kwiatów, a co za tym idzie, owoców, uzyskując plon do 21 kg z m2 w porównaniu z 13,7 w kontroli.

Istnieją transgeniczne formy innych roślin, z których wiele ma również szereg przydatnych cech ekonomicznych.

Inżynieria genetyczna to nauka dziś i przyszłości. Już na całym świecie dziesiątki milionów hektarów obsianych jest roślinami transgenicznymi, powstają nowe leki i nowi producenci przydatnych substancji. Z czasem inżynieria genetyczna stanie się coraz potężniejszym narzędziem nowych osiągnięć w medycynie, weterynarii, farmakologii, przemyśle spożywczym i rolnictwie.

5. Fakty naukowe o zagrożeniach związanych z inżynierią genetyczną

Należy zaznaczyć, że wraz z postępem, jaki niesie ze sobą rozwój inżynierii genetycznej, pojawiają się także pewne fakty dotyczące zagrożeń związanych z inżynierią genetyczną, z których najważniejsze przedstawiono poniżej.

1. Inżynieria genetyczna zasadniczo różni się od rozwoju nowych odmian i ras. Sztuczne dodanie obcych genów znacznie zakłóca precyzyjnie regulowaną kontrolę genetyczną normalnej komórki. Manipulacja genami zasadniczo różni się od kombinacji chromosomów matki i ojca, która zachodzi w wyniku naturalnego krzyżowania.

2. Obecnie inżynieria genetyczna jest niedoskonała technicznie, gdyż nie jest w stanie kontrolować procesu wstawiania nowego genu. Dlatego niemożliwe jest przewidzenie miejsca insercji i skutków dodanego genu. Nawet jeśli lokalizację genu można określić po wstawieniu go do genomu, dostępne informacje o DNA są bardzo niekompletne, aby przewidzieć wyniki.

3. W wyniku sztucznego dodania obcego genu mogą nieoczekiwanie powstać niebezpieczne substancje. W najgorszym przypadku mogą to być substancje toksyczne, alergeny lub inne substancje szkodliwe dla zdrowia. Informacje na temat tego typu możliwości są nadal bardzo niekompletne.

4. Nie ma całkowicie niezawodnych metod badania nieszkodliwości. Ponad 10% poważnych skutków ubocznych nowych leków nie może zostać wykrytych pomimo starannie przeprowadzonych badań bezpieczeństwa. Ryzyko, że niebezpieczne właściwości nowej genetycznie zmodyfikowanej żywności pozostaną niewykryte, będzie prawdopodobnie znacznie większe niż w przypadku narkotyków.

5. Obecne wymagania dotyczące badania nieszkodliwości są skrajnie niewystarczające. Mają one wyraźnie na celu uproszczenie procesu zatwierdzania. Pozwalają na zastosowanie niezwykle nieczułych metod badania nieszkodliwości. Istnieje zatem znaczne ryzyko, że niebezpieczne produkty spożywcze przejdą kontrolę niezauważone.

6. Produkty spożywcze powstałe dotychczas przy użyciu inżynierii genetycznej nie mają istotnej wartości dla ludzkości. Produkty te służą wyłącznie celom komercyjnym.

7. Wiedza na temat skutków wprowadzenia do środowiska organizmów genetycznie zmodyfikowanych jest całkowicie niewystarczająca. Nie udowodniono jeszcze, że organizmy zmodyfikowane metodami inżynierii genetycznej nie będą miały szkodliwego wpływu na środowisko. Ekolodzy zasugerowali różne potencjalne komplikacje środowiskowe. Na przykład istnieje wiele możliwości niekontrolowanego rozprzestrzeniania się potencjalnie szkodliwych genów wykorzystywanych w inżynierii genetycznej, w tym przenoszenia genów przez bakterie i wirusy. Komplikacji spowodowanych przez środowisko prawdopodobnie nie da się naprawić, ponieważ uwolnionych genów nie można odzyskać.

8. Mogą pojawić się nowe i niebezpieczne wirusy. Wykazano eksperymentalnie, że geny wirusowe osadzone w genomie mogą łączyć się z genami wirusów zakaźnych (tzw. rekombinacja). Te nowe wirusy mogą być bardziej agresywne niż oryginalne. Wirusy mogą również stać się mniej specyficzne gatunkowo. Na przykład wirusy roślinne mogą stać się szkodliwe dla pożytecznych owadów, zwierząt, a także ludzi.

9. Wiedza na temat substancji dziedzicznej, czyli DNA, jest bardzo niekompletna. Znana jest funkcja tylko trzech procent DNA. Manipulowanie złożonymi systemami, o których wiedza jest niekompletna, jest ryzykowne. Bogate doświadczenie z zakresu biologii, ekologii i medycyny pokazuje, że może to powodować poważne, nieprzewidywalne problemy i zaburzenia.

10. Inżynieria genetyczna nie pomoże rozwiązać problemu głodu na świecie. Twierdzenie, że inżynieria genetyczna może wnieść znaczący wkład w rozwiązanie problemu głodu na świecie, jest mitem bezpodstawnym naukowo.

Wniosek

Inżynieria genetyczna to metoda biotechnologii zajmująca się badaniami nad restrukturyzacją genotypów. Genotyp to nie tylko mechaniczna suma genów, ale złożony system, który rozwinął się podczas ewolucji organizmów. Inżynieria genetyczna umożliwia przeniesienie informacji genetycznej z jednego organizmu do drugiego poprzez operacje in vitro. Transfer genów umożliwia przełamanie barier międzygatunkowych i przeniesienie indywidualnych cech dziedzicznych jednego organizmu na drugi.

Rearanżacja genotypów podczas wykonywania zadań inżynierii genetycznej oznacza zmiany jakościowe w genach, niezwiązane ze zmianami w strukturze chromosomów widocznymi pod mikroskopem. Zmiany genowe związane są przede wszystkim ze zmianą struktury chemicznej DNA. Informacja o strukturze białka zapisana jako sekwencja nukleotydów jest implementowana jako sekwencja aminokwasów w syntetyzowanej cząsteczce białka. Zmiana sekwencji nukleotydów w chromosomalnym DNA, utrata niektórych i włączenie innych nukleotydów, zmienia skład cząsteczek RNA powstających na DNA, a to z kolei determinuje nową sekwencję aminokwasów podczas syntezy. W rezultacie w komórce rozpoczyna się synteza nowego białka, co prowadzi do pojawienia się nowych właściwości w organizmie. Istota metod inżynierii genetycznej polega na tym, że pojedyncze geny lub grupy genów są wstawiane lub wykluczane z genotypu organizmu. W wyniku wstawienia do genotypu wcześniej nieobecnego genu, komórka może zostać zmuszona do syntezy białek, których wcześniej nie syntetyzowała.

Bibliografia

2. Lee A., Tinland B. Integracja t-DNA z genomem rośliny: prototyp i rzeczywistość // Fizjologia roślin. 2000. - Tom 47. - Nr 3.

3. Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. i in. Genetyka rozwoju roślin. - St. Petersburg: Nauka, 2000. - 539 s.

4. Lyadskaya M. Inżynieria genetyczna może zrobić wszystko - nawet wyhodować szczepionkę w ogrodzie // Biuletyn Farmaceutyczny. - 2000. - nr 7.

5. Romanov G. A. Inżynieria genetyczna roślin i sposoby rozwiązania problemu bezpieczeństwa biologicznego // Fizjologia roślin, 2000. - Tom 47. - Nr 3.

6. Salyaev R. Mity i realia inżynierii genetycznej // Nauka na Syberii. - 2002. - nr 7.

7. Favorova O. O. Leczenie genami – fikcja czy rzeczywistość? // Biuletyn Farmaceutyczny. - 2002. - nr 5.

Kuźmina N.A. Podstawy biotechnologii: podręcznik. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 s.

Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. i in. Genetyka rozwoju roślin. - St. Petersburg: Nauka, 2000. - 539 s.

Lyadskaya M. Inżynieria genetyczna może zrobić wszystko - nawet wyhodować szczepionkę w ogrodzie // Biuletyn Farmaceutyczny. - 2000. - nr 7.

Kuźmina N.A. Podstawy biotechnologii: podręcznik. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 s.

Favorova O. O. Leczenie genami – fikcja czy rzeczywistość? // Biuletyn Farmaceutyczny. - 2002. - nr 5.

Saljajew R. Mity i realia inżynierii genetycznej // Nauka na Syberii. - 2002. - nr 7.

Kuźmina N.A. Podstawy biotechnologii: podręcznik. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 s.

I BIOTECHNOLOGIA

„Wiedza jest zdeterminowana przez

co twierdzimy

jak prawda”

P. A. FLORENSKY.

Biologia współczesna różni się radykalnie od biologii tradycyjnej nie tylko większą głębokością rozwoju idei poznawczych, ale także bliższym jej powiązaniem z życiem społeczeństwa i praktyką. Można powiedzieć, że w naszych czasach biologia stała się środkiem przekształcania świata żywego w celu zaspokojenia materialnych potrzeb społeczeństwa. Wniosek ten ilustruje przede wszystkim ścisły związek biologii z biotechnologią, która stała się najważniejszą dziedziną produkcji materiałów, równorzędnym partnerem technologii mechanicznych i chemicznych stworzonych wcześniej przez człowieka. Co wyjaśnia rozwój biotechnologii?

Od momentu powstania biologia i biotechnologia zawsze rozwijały się wspólnie, przy czym biologia od samego początku była naukową podstawą biotechnologii. Jednak przez długi czas brak własnych danych nie pozwalał biologii na wywieranie bardzo dużego wpływu na biotechnologię. Sytuacja zmieniła się radykalnie wraz z powstaniem w drugiej połowie XX wieku. metodologii inżynierii genetycznej, rozumianej jako manipulacja genetyczna w celu „konstruowania nowych i rekonstrukcji istniejących genotypów, będąc ze swej natury osiągnięciem metodologicznym, inżynieria genetyczna nie doprowadziła do przełomu w dotychczasowych wyobrażeniach o zjawiskach biologicznych, nie wpłynęła na podstawowych zasad biologii, tak jak radioastronomia nie naruszyła podstawowych zasad astrofizyki, tak ustalenie „mechanicznego odpowiednika ciepła” nie doprowadziło do zmiany praw przewodnictwa cieplnego i dowodu atomowej teorii materii nie zmieniło zależności pomiędzy termodynamiką, hydrodynamiką i teorią sprężystości.

Inżynieria genetyczna otworzyła nową erę w biologii, ponieważ pojawiły się nowe możliwości wniknięcia w głąb zjawisk biologicznych w celu dalszego scharakteryzowania form istnienia żywej materii, w celu skuteczniejszego badania struktury i funkcji genów na poziomie molekularnym i zrozumieć subtelne mechanizmy funkcjonowania aparatu genetycznego. Sukcesy inżynierii genetycznej oznaczają rewolucję we współczesnych naukach przyrodniczych. Określają kryteria wartości współczesnych pomysłów na temat strukturalnych i funkcjonalnych cech molekularnego i komórkowego poziomu żywej materii. Współczesne dane o organizmach żywych mają ogromne znaczenie edukacyjne, gdyż pozwalają zrozumieć jeden z najważniejszych aspektów świata organicznego i tym samym wnoszą nieoceniony wkład w tworzenie naukowego obrazu świata. Zatem radykalnie poszerzając swoją bazę poznawczą, biologia poprzez inżynierię genetyczną wywarła również wiodący wpływ na rozwój biotechnologii.

Inżynieria genetyczna tworzy podstawy na drodze do zrozumienia sposobów i środków „konstruowania” nowych organizmów lub ulepszania organizmów istniejących, nadając im większą wartość ekonomiczną i większą zdolność do gwałtownego zwiększania produktywności procesów biotechnologicznych.

W ramach inżynierii genetycznej rozróżnia się inżynierię genetyczną i inżynierię komórkową. Inżynieria genetyczna odnosi się do manipulacji mających na celu utworzenie rekombinowanych cząsteczek DNA. Metodologię tę często określa się jako klonowanie molekularne, klonowanie genów, technologię rekombinacji DNA lub po prostu manipulację genetyczną. Należy podkreślić, że przedmiotem inżynierii genetycznej są cząsteczki DNA i poszczególne geny. Natomiast inżynieria komórkowa odnosi się do manipulacji genetycznej izolowanych pojedynczych komórek lub grup komórek roślin i zwierząt.

Rozdział XIX

INŻYNIERIA GENETYCZNA

Inżynieria genetyczna to zespół różnych technik (technik) eksperymentalnych zapewniających projektowanie (rekonstrukcję) i klonowanie cząsteczek DNA (genów) dla określonych celów.

Metody inżynierii genetycznej stosuje się w określonej kolejności (ryc. 221), przy czym w przeprowadzaniu typowego eksperymentu inżynierii genetycznej mającego na celu klonowanie genu wyróżnia się kilka etapów, a mianowicie:

1. Izolacja DNA z komórek badanego organizmu (wstępna) i izolacja wektora DNA.

2. Cięcie (restrykcja) DNA pierwotnego organizmu na fragmenty zawierające interesujące geny przy użyciu jednego z enzymów restrykcyjnych i izolowanie tych genów z powstałej mieszaniny restrykcyjnej. Jednocześnie wycina się (ogranicza) wektor DNA, przekształcając go ze struktury kołowej w liniową.

3. Łączenie interesującego odcinka DNA (genu) z wektorem DNA w celu uzyskania hybrydowych cząsteczek DNA.

4. Wprowadzenie hybrydowych cząsteczek DNA poprzez transformację do innego organizmu, np. do E. coli lub do komórek somatycznych.

5. Wysiew bakterii, do których wprowadzono hybrydowe cząsteczki DNA na pożywki umożliwiające wzrost wyłącznie komórek zawierających hybrydowe cząsteczki DNA.

6. Identyfikacja kolonii składających się z bakterii zawierających hybrydowe cząsteczki DNA.

7. Izolacja sklonowanego DNA (sklonowanych genów) i jego charakterystyka, w tym sekwencjonowanie zasad azotowych w sklonowanym fragmencie DNA.

DNA (źródło i wektor), enzymy, komórki, w których klonuje się DNA – wszystko to nazywane jest „narzędziami” inżynierii genetycznej.

Ekstrakcja DNA

Rozważmy metodę izolacji DNA na przykładzie plazmidów DNA. DNA z komórek bakteryjnych zawierających plazmid izoluje się tradycyjną techniką, która polega na uzyskaniu ekstraktów komórkowych w obecności detergentów, a następnie usunięciu białek z ekstraktów poprzez ekstrakcję fenolem (ryc. 222). Całkowite oczyszczenie plazmidowego DNA z białek, RNA i innych związków przeprowadza się w kilku etapach. Po zniszczeniu komórek np. lizozymem (rozpuszczenie ich ścianek) do ekstraktu dodaje się detergent, który rozpuszcza błony i inaktywuje niektóre białka. Większość chromosomalnego DNA usuwa się z powstałych preparatów poprzez konwencjonalne wirowanie.

Do całkowitego oczyszczenia często stosuje się chromatografię. Jeżeli wymagane jest bardzo dokładne oczyszczenie, stosuje się szybkie wirowanie w gradiencie gęstości CsCI przy użyciu bromku etydyny. Pozostały chromosomalny DNA zostanie podzielony na liniowy DNA, podczas gdy plazmidowy DNA pozostanie kowalencyjnie zamknięty. Ponieważ bromek etydyny jest mniej gęsty niż DNA, podczas ultrawirowania w probówce wirówkowej „odkręcą się” dwa pierścienie - DNA plazmidowy i DNA chromosomalny (ryc. 223). Do dalszych prac wybiera się plazmidowy DNA, chromosomalny DNA odrzuca się.

Znaczenie gospodarcze

Inżynieria genetyczna służy uzyskaniu pożądanych cech organizmu zmiennego lub genetycznie zmodyfikowanego. W przeciwieństwie do tradycyjnej selekcji, podczas której genotyp podlega zmianom jedynie pośrednio, inżynieria genetyczna pozwala na bezpośrednią ingerencję w aparat genetyczny z wykorzystaniem techniki klonowania molekularnego. Przykładami zastosowania inżynierii genetycznej jest produkcja nowych genetycznie zmodyfikowanych odmian zbóż, produkcja insuliny ludzkiej przy użyciu genetycznie zmodyfikowanych bakterii, produkcja erytropoetyny w hodowli komórkowej czy nowe rasy myszy doświadczalnych do badań naukowych.

Podstawą przemysłu mikrobiologicznego i biosyntetycznego jest komórka bakteryjna. Komórki niezbędne do produkcji przemysłowej selekcjonuje się według określonych cech, z których najważniejsza to zdolność do wytwarzania, syntetyzowania w maksymalnych możliwych ilościach określonego związku - aminokwasu lub antybiotyku, hormonu steroidowego lub kwasu organicznego . Czasami potrzebny jest mikroorganizm, który może na przykład wykorzystać olej lub ścieki jako „pożywienie” i przetworzyć je na biomasę, a nawet białko w miarę nadające się na dodatki paszowe. Czasami potrzebujemy organizmów, które mogą rozwijać się w podwyższonych temperaturach lub w obecności substancji, które z pewnością są zabójcze dla innych typów mikroorganizmów.

Zadanie pozyskania takich szczepów przemysłowych jest bardzo ważne, dla ich modyfikacji i selekcji opracowano wiele metod aktywnego oddziaływania na komórkę – od leczenia silnymi truciznami po napromienianie radioaktywne. Cel tych technik jest jeden – osiągnięcie zmian w dziedzicznym, genetycznym aparacie komórki. Ich efektem jest produkcja licznych zmutowanych drobnoustrojów, z których setki i tysiące naukowcy następnie starają się wybrać te najbardziej odpowiednie do określonego celu. Stworzenie metod mutagenezy chemicznej lub radiacyjnej było wybitnym osiągnięciem biologii i jest szeroko stosowane we współczesnym świecie biotechnologia.

Jednak ich możliwości są ograniczone naturą samych mikroorganizmów. Nie są w stanie syntetyzować szeregu cennych substancji, które kumulują się w roślinach, przede wszystkim w roślinach leczniczych i oleistych. Nie potrafią syntetyzować substancji bardzo ważnych dla życia zwierząt i ludzi, szeregu enzymów, hormonów peptydowych, białek odpornościowych, interferonów i wielu prostszych związków, które syntetyzowane są w organizmach zwierząt i ludzi. Oczywiście możliwości mikroorganizmów nie są jeszcze wyczerpane. Z całej obfitości mikroorganizmów tylko niewielka część została wykorzystana przez naukę, a zwłaszcza przez przemysł. Do selekcji mikroorganizmów dużym zainteresowaniem cieszą się np. bakterie beztlenowe zdolne do życia w nieobecności tlenu, fototrofy wykorzystujące energię świetlną jak rośliny, chemoautotrofy, bakterie termofilne zdolne do życia w temperaturach, jak niedawno odkryto, ok. 110 ° C itp.

A jednak ograniczenia „naturalnego materiału” są oczywiste. Próbowali i nadal próbują obejść te ograniczenia za pomocą kultur komórkowych i tkankowych roślin i zwierząt. To bardzo ważna i obiecująca ścieżka, która jest również realizowana w biotechnologia. W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci naukowcy opracowali metody, dzięki którym poszczególne komórki tkanki rośliny lub zwierzęcia mogą rosnąć i rozmnażać się oddzielnie od organizmu, podobnie jak komórki bakteryjne. Było to ważne osiągnięcie – powstałe hodowle komórkowe wykorzystywane są do eksperymentów i do przemysłowej produkcji pewnych substancji, których nie można uzyskać przy użyciu kultur bakteryjnych.

Historia rozwoju i osiągnięty poziom technologii

W drugiej połowie XX wieku dokonano kilku ważnych odkryć i wynalazków, które leżą u podstaw tego zjawiska Inżynieria genetyczna. Wieloletnie próby „odczytania” informacji biologicznej „zapisanej” w genach zakończyły się sukcesem. Prace te zapoczątkowali angielski naukowiec F. Sanger i amerykański naukowiec W. Gilbert (Nagroda Nobla w dziedzinie chemii). Jak wiadomo, geny zawierają informację-instrukcję dotyczącą syntezy cząsteczek RNA i białek, w tym enzymów, w organizmie. Aby zmusić komórkę do syntezy nowych, nietypowych dla niej substancji, konieczne jest zsyntetyzowanie w niej odpowiednich zestawów enzymów. W tym celu należy albo celowo zmienić znajdujące się w nim geny, albo wprowadzić do niego nowe, wcześniej nieobecne geny. Zmiany w genach w żywych komórkach to mutacje. Występują pod wpływem np. mutagenów – trucizn chemicznych czy promieniowania. Ale takich zmian nie można kontrolować ani kierować. Dlatego naukowcy skupili swoje wysiłki na opracowaniu metod wprowadzania do komórek nowych, bardzo specyficznych genów potrzebnych człowiekowi.

Główne etapy rozwiązywania problemu inżynierii genetycznej są następujące:

1. Uzyskanie wyizolowanego genu. 2. Wprowadzenie genu do wektora w celu przeniesienia do organizmu. 3. Przeniesienie wektora z genem do zmodyfikowanego organizmu. 4. Transformacja komórek organizmu. 5. Selekcja organizmów genetycznie zmodyfikowanych ( GMO) i wyeliminowanie tych, które nie zostały pomyślnie zmodyfikowane.

Proces syntezy genów jest obecnie bardzo dobrze rozwinięty, a nawet w dużym stopniu zautomatyzowany. Istnieją specjalne urządzenia wyposażone w komputery, w pamięci których przechowywane są programy do syntezy różnych sekwencji nukleotydów. Urządzenie to syntetyzuje segmenty DNA o długości do 100-120 zasad azotowych (oligonukleotydy). Rozpowszechniła się technika umożliwiająca wykorzystanie reakcji łańcuchowej polimerazy do syntezy DNA, w tym zmutowanego DNA. Do syntezy matrycowego DNA wykorzystywany jest w nim termostabilny enzym, polimeraza DNA, dla którego jako nasiona wykorzystuje się sztucznie syntetyzowane fragmenty kwasów nukleinowych – oligonukleotydy. Enzym odwrotna transkryptaza pozwala przy użyciu takich starterów syntetyzować DNA na matrycy RNA wyizolowanego z komórek. DNA syntetyzowany w ten sposób nazywany jest DNA komplementarnym (RNA) lub cDNA. Wyizolowany, „chemicznie czysty” gen można także uzyskać z biblioteki fagowej. Tak nazywa się preparat bakteriofaga, w którego genom wbudowane są losowe fragmenty genomu lub cDNA, reprodukowane przez faga wraz z całym jego DNA.

Technika wprowadzania genów do bakterii rozwinęła się po odkryciu przez Fredericka Griffitha zjawiska transformacji bakteryjnej. Zjawisko to opiera się na prymitywnym procesie seksualnym, któremu u bakterii towarzyszy wymiana małych fragmentów niechromosomalnego DNA, plazmidów. Technologie plazmidowe stały się podstawą do wprowadzenia sztucznych genów do komórek bakteryjnych.

Znaczne trudności wiązały się z wprowadzeniem gotowego genu do dziedzicznego aparatu komórek roślinnych i zwierzęcych. Jednak w przyrodzie zdarzają się przypadki, gdy obcy DNA (wirusa lub bakteriofaga) zostaje włączony do aparatu genetycznego komórki i za pomocą mechanizmów metabolicznych zaczyna syntetyzować „swoje” białko. Naukowcy zbadali cechy wprowadzania obcego DNA i wykorzystali je jako zasadę wprowadzania materiału genetycznego do komórki. Proces ten nazywa się transfekcją.

Jeżeli modyfikacji poddawane są organizmy jednokomórkowe lub hodowle komórek wielokomórkowych, to na tym etapie rozpoczyna się klonowanie, czyli selekcja tych organizmów i ich potomków (klonów), które przeszły modyfikację. Gdy zadaniem jest uzyskanie organizmów wielokomórkowych, komórki o zmienionym genotypie wykorzystuje się do wegetatywnego rozmnażania roślin lub wprowadza do blastocyst matki zastępczej w przypadku zwierząt. W efekcie rodzą się młode ze zmienionym lub niezmienionym genotypem, spośród których selekcjonuje się i krzyżuje tylko te, które wykazują oczekiwane zmiany.

Zastosowanie w badaniach naukowych

Chociaż na małą skalę, inżynieria genetyczna jest już wykorzystywana, aby dać kobietom z niektórymi rodzajami niepłodności szansę na zajście w ciążę. W tym celu wykorzystuje się jaja zdrowej kobiety. W rezultacie dziecko dziedziczy genotyp od jednego ojca i dwóch matek.

Możliwość wprowadzenia bardziej znaczących zmian w genomie człowieka napotyka jednak szereg poważnych problemów etycznych.

Co to jest inżynieria genetyczna?

Inżynieria genetyczna to nowa, rewolucyjna technologia, dzięki której naukowcy mogą wyodrębnić geny z jednego organizmu i wprowadzić je do dowolnego innego. Geny są programem życia - są to konstrukty biologiczne tworzące DNA i określające specyficzne cechy właściwe temu lub innemu żywemu organizmowi. Przeszczep genu zmienia program organizmu biorcy, a jego komórki zaczynają wytwarzać różne substancje, które z kolei tworzą w organizmie nowe cechy.
Korzystając z tej metody, badacze mogą zmieniać określone właściwości i cechy w pożądanym kierunku, na przykład mogą opracować odmianę pomidora o dłuższym okresie przydatności do spożycia lub odmianę soi odporną na herbicydy. Inżynieria genetyczna to metoda biotechnologii zajmująca się badaniami nad restrukturyzacją genotypów. Genotyp to nie tylko mechaniczna suma genów, ale złożony system, który rozwinął się podczas ewolucji organizmów. Inżynieria genetyczna umożliwia przeniesienie informacji genetycznej z jednego organizmu do drugiego poprzez operacje in vitro. Transfer genów umożliwia przełamanie barier międzygatunkowych i przeniesienie indywidualnych cech dziedzicznych jednego organizmu na drugi. Nośnikami materialnej podstawy genów są chromosomy, do których zalicza się DNA i białka. Ale geny formacyjne nie są chemiczne, ale funkcjonalne.
Z funkcjonalnego punktu widzenia DNA składa się z wielu bloków przechowujących pewną ilość informacji - genów. Działanie genu opiera się na jego zdolności do określania syntezy białek poprzez RNA. Cząsteczka DNA zawiera niejako informację określającą strukturę chemiczną cząsteczek białka. Gen to odcinek cząsteczki DNA, który zawiera informację o strukturze pierwszorzędowej dowolnego białka (jeden gen – jedno białko). Ponieważ w organizmach znajdują się dziesiątki tysięcy białek, istnieją dziesiątki tysięcy genów.

Całość wszystkich genów komórki tworzy jej genom. Wszystkie komórki ciała zawierają ten sam zestaw genów, ale każda z nich realizuje inną część przechowywanej informacji. Dlatego na przykład komórki nerwowe różnią się od komórek wątroby zarówno cechami strukturalnymi, funkcjonalnymi, jak i biologicznymi. Rearanżacja genotypów podczas wykonywania zadań inżynierii genetycznej oznacza zmiany jakościowe w genach, niezwiązane ze zmianami w strukturze chromosomów widocznymi pod mikroskopem. Zmiany genowe związane są przede wszystkim ze zmianą struktury chemicznej DNA.
Informacja o strukturze białka zapisana jako sekwencja nukleotydów jest implementowana jako sekwencja aminokwasów w syntetyzowanej cząsteczce białka. Zmiana sekwencji nukleotydów w chromosomalnym DNA, utrata niektórych i włączenie innych nukleotydów, zmienia skład cząsteczek RNA powstających na DNA, a to z kolei determinuje nową sekwencję aminokwasów podczas syntezy. W rezultacie w komórce rozpoczyna się synteza nowego białka, co prowadzi do pojawienia się nowych właściwości w organizmie. Istota metod inżynierii genetycznej polega na tym, że pojedyncze geny lub grupy genów są wstawiane lub wykluczane z genotypu organizmu. W wyniku wstawienia do genotypu wcześniej nieobecnego genu, komórka może zostać zmuszona do syntezy białek, których wcześniej nie syntetyzowała.

Problemy inżynierii genetycznej

Możliwości jednego z najważniejszych dzieł nauki XX wieku - inżynierii genetycznej - od dawna pobudzają wyobraźnię ludzkości, ponieważ zbliżyła się ona do najważniejszej rzeczy w ludzkim ciele, praw życia jego ciała. Ale jeśli piętnaście lat temu wyniki pracy biotechnologów wiązały się przede wszystkim z rozwojem nowych odmian marchwi lub nowej rasy krów mlecznych, to kilka lat temu okazało się, że można porozumieć się z małą owcą Dolly , sklonowany przez szkockich biologów, a w zeszłym roku ogłoszono o stworzeniu pierwszej, mniej lub bardziej ogólnej mapy ludzkiego genomu. Na tle osiągnięć z zakresu biologii, hity poprzednich sezonów – nowe technologie informacyjne – schodzą na dalszy plan. Niewiele osób interesuje się teraz kwestią, kiedy człowiek będzie mógł swobodnie chodzić po Marsie, debata na temat tego, kiedy będzie można sklonować osobę i, w związku z tym, jak temu zapobiec, jest znacznie pilniejsza – rodzaj ukłonu; do moralności i etyki.

Inżynieria genetyczna – wróg czy przyjaciel? Perspektywa historyczna...

Perspektywa historyczna

Jak wiadomo, życie powstało na Ziemi około 4,6 miliarda lat temu i niezależnie od formy, jaką przybierało, za przejawy życia każdego organizmu odpowiadała ta sama substancja – kwas dezoksyrybonukleinowy (inaczej DNA). DNA zapisane w genach determinowało i nadal determinuje (i w przyszłości najwyraźniej pod ścisłym kierownictwem człowieka) aktywność metaboliczną komórek niezbędną do ich przetrwania i to jest życie w najprostszej definicji. Właściwie terminu „geny” zaczęto używać dopiero na początku ubiegłego wieku, chociaż badania nad ich funkcjonowaniem rozpoczęły się już w XIX wieku. Austriacki mnich Gregor Mendel przez wiele lat obserwował potomstwo grochu, które hodował w klasztornym ogrodzie. Rejestrując cechy zewnętrzne – wysokość łodygi, kolor płatków, kształt grochu, był w stanie teoretycznie zasugerować istnienie pewnych „czynników”, które potomstwo dziedziczy od roślin rodzicielskich. Podobnie jak Kolumb, Mendel zmarł, nie wiedząc, co odkrył. Od początku XX wieku nastąpił rozkwit badań nad strukturą komórkową. Biologom udało się ustalić, jakie funkcje pełni jądro komórkowe i rozwiązać zagadkę natury chromosomów. Najważniejsze było to, że wyjaśniła się natura translacji cząsteczek DNA: podczas meozy, która poprzedza pojawienie się komórek jajowych i plemników, liczba chromosomów zawierających DNA zmniejsza się o połowę, co następnie, wraz z fuzją komórki rozrodcze, pozwolą na połączenie ich jąder w jedną całość - dając początek nowemu organizmowi z całkowicie unikalnym zestawem genów. W 1953 roku w końcu udało się wyizolować podwójną helikalną strukturę DNA, którą obecnie zna każdy uczeń z widzenia. DNA jest obecnie uznawane za uniwersalny język biologiczny, który zjednoczy wszystkie organizmy żyjące na Ziemi: ludzi i bakterie, grzyby i rośliny. Jednak wiek XX to nie tylko wiek fundamentalnych odkryć, ale także wiek inżynierii – praktycznego zastosowania tych samych odkryć. Dlatego wraz z ciągłymi badaniami nad tym, jak „to wszystko w ogóle działa”, różne gałęzie inżynierii genetycznej i różne biotechnologie rozwinęły się skokowo. Od samego początku tego rodzaju myśl inżynierska dotyczyła przede wszystkim tego, w jaki sposób można wykorzystać niektóre żywe organizmy posiadające określony gen w celu ulepszenia innych – rozmawialiśmy o roślinach lub zwierzętach. W latach siedemdziesiątych naukowcy nauczyli się wycinać fragmenty DNA jednego organizmu i przeszczepiać je do innego, co spowodowało małą rewolucję w produkcji różnych leków - insuliny, ludzkiego hormonu wzrostu itp. Od wielu lat podejmowane są próby wdrożenia tzw. terapii genowej człowieka – osobom, którym brakuje pewnych składników w zestawie genowym lub są w pewnym stopniu wadliwe, przeszczepia się geny innych osób. Wiedza zdobyta dzięki genetyce jest dość szeroko wykorzystywana w dziedzinie reprodukcji człowieka. Wiele osób wie, że pod pewnymi warunkami całkiem możliwe jest wychowanie dzieci „z probówki”, a w niektórych sytuacjach niepłodności kobiecej - zwrócenie się o pomoc do matek zastępczych. Rośliny modyfikowane genetycznie (mrozoodporne zboża, ziemniaki transgeniczne, szybko dojrzewające pomidory itp.) już pojawiają się na stołach obiadowych, choć na razie nie budzą większego entuzjazmu.

Inżynieria genetyczna – wróg czy przyjaciel? Możliwości inżynierii genetycznej...

Możliwości inżynierii genetycznej, Projekt Human Genome

Naturalnie udane manipulacje genami roślin i zwierząt nie mogły nie prowadzić do dość śliskiego pytania: co z ludźmi? Jeśli można ulepszyć zwierzęta, to dlaczego nie ulepszyć ludzi. Najpierw jednak musisz zrozumieć zestaw genów człowieka. I tak w 1990 roku pojawiła się inicjatywa mapowania ludzkich chromosomów, składających się z 26–30 tysięcy genów. Projekt nazwano po prostu Human Genome i oczekiwano, że w 2005 roku powstanie pełna mapa genomu. W projekcie biorą udział grupy badawcze z różnych krajów, a od końca lat 90-tych. powstają specjalne spółki, których głównym zadaniem jest ułatwianie i przyspieszanie komunikacji pomiędzy takimi grupami. Na początku 2001 roku całkowicie zmapowano już 2 chromosomy: 21 i 22.

Jednak główną sensacją ubiegłego roku było odkrycie przez grupę Craiga Ventera ogólnej mapy ludzkiego genomu. Naukowcy twierdzą, że jeśli porównamy tę mapę ze zwykłymi, raczej nie da się nią dotrzeć do sklepu na sąsiedniej ulicy, ale w każdym razie sam fakt jej istnienia mówi o początku ery genów patentowania, a to z kolei rodzi wiele pytań już nie biologicznych, ale etycznych i prawnych. Choć naukowcy twierdzą, że głównym celem mapowania genomu jest potrzeba zrozumienia, jak funkcjonuje organizm ludzki, aby skuteczniej przeciwstawiać się różnym chorobom, a wiedza taka może znacznie ułatwić tworzenie nowych leków, to wciąż istnieje potrzeba prawnego uregulowania tego zagadnienia staje się oczywiste: jak i co można zrobić z ludzkim ciałem oraz odpowiedź na pytanie: gdzie się zatrzymać? Czy człowiek może stać się podobny do Stwórcy i sam zacząć stwarzać nowe stworzenia? Mapowanie ludzkiego genomu często porównywane jest do takich rewolucyjnych wydarzeń, jak na przykład lądowanie człowieka na Księżycu. Jednak teraz jest jedna istotna różnica: jeśli programy kosmiczne są jednym z zadań państwa, to grupy uczestniczące w projekcie z reguły mają fundusze prywatne, dlatego prawa autorskie do swoich opracowań będą miały firmy niepaństwowe . Co z nimi zrobią?

Wyobraźmy sobie, że w niedalekiej przyszłości mapa zostanie sporządzona dość dokładnie i w ten sposób będzie można opisać każdą osobę. Powstaje pytanie – kto będzie miał dostęp do tych informacji? W jakim stopniu dana osoba może zachować w nienaruszonym stanie najbardziej „intymne” informacje o sobie? Czy pracodawca odmówi zatrudnienia osoby, która ma genetyczną predyspozycję do zachorowania na jakikolwiek rodzaj nowotworu? Czy ubezpieczenie zdrowotne będzie możliwe w sytuacji, gdy genom każdego człowieka będzie dostarczał informacji o wszystkich potencjalnych chorobach? Tony Blair mówił o konieczności tworzenia portretów genetycznych przestępców. I wygląda na to, że naukowcy są gotowi pracować nad odkryciem specjalnych genów odpowiedzialnych za dewiacyjne zachowania u ludzi. Jednak wielu ekspertów jest już przerażonych perspektywą, że w najbliższej przyszłości społeczeństwo przesunie rozwiązanie różnych problemów - przestępczości, biedy, rasizmu itp. - o genetykach i inżynierii genetycznej: „mówią, że wszystko zależy od genów, jeśli coś jest nie tak, to nie jest to sprawa społeczeństwa, ale genetycznych predyspozycji jednostek”. Przecież na ogół wiele osób zapomina, że ​​tylko niektóre rzadkie choroby są spowodowane wyłącznie przez zestaw genów, a te choroby, które zwykle nazywamy genetycznymi - nowotwory, choroby układu krążenia - mają tylko częściowo charakter genetyczny, pod wieloma względami prawdopodobieństwo Kolejność ich wystąpienia zależy przede wszystkim od kroków podjętych przez samą osobę i społeczeństwo, dlatego nie ma nic gorszego niż społeczeństwo umywające ręce od takiej sytuacji. Najpowszechniejszą metodą inżynierii genetycznej jest metoda otrzymywania rekombinowanych, tj. zawierający obcy gen, plazmid. Plazmidy to okrągłe, dwuniciowe cząsteczki DNA składające się z kilku tysięcy par nukleotydów.

Proces ten składa się z kilku etapów:
1. Ograniczenie - cięcie DNA, np. ludzkiego DNA na fragmenty.
2. Ligacja – fragment z pożądanym genem włącza się do plazmidów i zszywa.
3. Transformacja polega na wprowadzeniu rekombinowanych plazmidów do komórek bakteryjnych. Transformowane bakterie uzyskują określone właściwości. Każda z transformowanych bakterii rozmnaża się i tworzy wielotysięczną kolonię – klon.
4. Badanie przesiewowe polega na selekcji spośród klonów transformowanych bakterii tych, które posiadają plazmidy niosące pożądany ludzki gen.

Cały ten proces nazywa się klonowaniem. Dzięki klonowaniu możliwe jest uzyskanie ponad miliona kopii dowolnego fragmentu DNA od osoby lub innego organizmu. Jeżeli sklonowany fragment koduje białko, wówczas możliwe jest eksperymentalne zbadanie mechanizmu regulującego transkrypcję tego genu, a także wyprodukowanie tego białka w wymaganej ilości. Ponadto sklonowany fragment DNA z jednego organizmu można wprowadzić do komórek innego organizmu. Można to osiągnąć m.in. wysokimi i stabilnymi plonami dzięki wprowadzonemu genowi zapewniającemu odporność na szereg chorób. Jeśli do genotypu bakterii glebowych wprowadzimy geny innych bakterii, które mają zdolność wiązania azotu atmosferycznego, wówczas bakterie glebowe będą w stanie przekształcić ten azot w azot związany w glebie. Wprowadzając do genotypu bakterii E. coli gen z genotypu ludzkiego kontrolujący syntezę insuliny, naukowcom udało się uzyskać produkcję insuliny za pośrednictwem takich bakterii. Wraz z dalszym rozwojem nauki możliwe stanie się wprowadzenie do ludzkiego zarodka brakujących genów, a tym samym uniknięcie chorób genetycznych.

Eksperymenty z klonowaniem zwierząt trwają już od dawna. Wystarczy usunąć jądro z komórki jajowej, wszczepić do niej jądro innej komórki pobranej z tkanki embrionalnej i hodować je – albo w probówce, albo w łonie matki adopcyjnej. Sklonowana owca Doli została stworzona w niekonwencjonalny sposób. Jądro z komórki wymienia 6-letniej dorosłej owcy jednej rasy przeszczepiono do pozbawionego jądra jaja owcy innej rasy. Rozwijający się zarodek umieszczono u owcy trzeciej rasy. Ponieważ urodzona owca otrzymała wszystkie geny od owcy pierwszego dawcy, jest to jej dokładna kopia genetyczna. Eksperyment ten otwiera wiele nowych możliwości klonowania elitarnych ras zamiast wieloletniej selekcji. Naukowcom z Uniwersytetu w Teksasie udało się przedłużyć życie kilku typów ludzkich komórek. Zwykle komórka umiera po przejściu około 7-10 procesów podziałów, ale udało im się osiągnąć sto podziałów komórkowych. Według naukowców starzenie się następuje w wyniku utraty telomerów, czyli struktur molekularnych znajdujących się na końcach wszystkich chromosomów, podczas każdego podziału.

Naukowcy wszczepili odkryty przez siebie gen odpowiedzialny za produkcję telomerazy do komórek, dzięki czemu stały się nieśmiertelne. Być może jest to przyszła droga do nieśmiertelności. Od lat 80. pojawiły się programy do badania ludzkiego genomu. W trakcie realizacji tych programów odczytano już około 5 tysięcy genów (cały genom człowieka zawiera 50-100 tysięcy). Odkryto wiele nowych genów człowieka. Inżynieria genetyczna staje się coraz ważniejsza w terapii genowej. Ponieważ wiele chorób jest determinowanych na poziomie genetycznym. To właśnie w genomie zawarta jest predyspozycja lub odporność na wiele chorób. Wielu naukowców wierzy, że medycyna genomowa i inżynieria genetyczna będą funkcjonować w XXI wieku. Żaden naukowiec prawdziwie stojący na stanowisku naukowego obiektywizmu nie powie nigdy, że za pomocą czegoś można wyleczyć absolutnie wszystko lub że coś jest „całkowicie bezpieczne”, szczególnie jeśli dotyczy to inżynierii genetycznej manipulującej indywidualnymi poziomami Prawa Natury, podczas gdy ignorując jego integralność. Jak już widzieliśmy w przypadku badań jądrowych, energia uwolniona w wyniku takich manipulacji może być ogromna, ale możliwe niebezpieczeństwo jest również ogromne. Kiedy technologia nuklearna była w fazie rozwoju, nikt nie mógł sobie wyobrazić, że za kilka lat ludzkości grozić będzie wielokrotne zniszczenie, które w równym stopniu mogły zapewnić obie przeciwstawne siły. A kiedy zaczęto wykorzystywać energię jądrową do produkcji energii elektrycznej, nikt nie wiedział, że w rezultacie otrzymamy miliony ton odpadów radioaktywnych, które pozostaną toksyczne przez dziesiątki tysięcy lat. Nikt nic o tym nie wiedział, a mimo to zrobiliśmy krok na ślepo, stwarzając w ten sposób poważne problemy dla nas samych i dla przyszłych pokoleń. Dlatego musimy być bardzo ostrożni w stosowaniu inżynierii genetycznej, która działa na poziomie, na którym zawarta jest pełna informacja o najgłębszej strukturze życia.

Życie na Ziemi zajęło miliony lat, aby ewoluować w wysoce zrównoważony, dynamiczny ekosystem, jakim jest dzisiaj, z całą niezliczoną różnorodnością form życia znanych nam dzisiaj. Żyjemy w czasach, gdy w ciągu jednego lub mniej pokolenia najważniejsze uprawy ulegną radykalnym zmianom w wyniku interwencji inżynierii genetycznej, a zmiany te poważnie zniszczą ekosystem jako całość, a także zagrożą całej ludzkości. Dopóki nie zostanie udowodnione bezpieczeństwo produktów uzyskanych w wyniku inżynierii genetycznej, kwestia ta zawsze pozostanie wątpliwa – i takiego punktu widzenia broni Partia Prawa Naturalnego. Konieczne jest, aby stosowaniu inżynierii genetycznej towarzyszyły ścisłe naukowe kontrole bezpieczeństwa. Można z niemal całkowitą pewnością stwierdzić, że inżynieria genetyczna doprowadzi do chemicznego skażenia środowiska. Hodowla odmian zbóż o zwiększonej odporności na herbicydy doprowadzi do tego, że rolnicy będą zmuszeni do stosowania trzy razy więcej chemicznych pestycydów do zwalczania chwastów niż dotychczas, a to z kolei zwiększy zanieczyszczenie amerykańskiej gleby i wód gruntowych. Na przykład firma chemiczna Monsanto opracowała już odmiany kukurydzy, soi i buraków cukrowych odporne na herbicyd Roundup produkowany przez tę samą firmę. Przedstawiciele branży wielokrotnie powtarzali, że Roundup jest bezpieczny dla organizmów żywych i jest szybko neutralizowany przez środowisko. Wstępne badania przeprowadzone w Danii wykazały jednak, że Roundup pozostaje w glebie przez trzy lata (i w związku z tym może zostać wchłonięty przez kolejne rośliny zasadzone na tym obszarze), a inne prace naukowe wykazały, że jego zastosowanie. Herbicyd powoduje u rolników reakcje toksyczne, zakłóca funkcje rozrodcze ssaków i szkodzi rybom, dżdżownicom i pożytecznym owadom.

Zwolennicy inżynierii genetycznej często twierdzą, że technologia ta stanowi po prostu ulepszenie rodzaju krzyżowania stosowanego od tysiącleci w celu ulepszenia rasy roślin uprawnych i zwierząt domowych. Ale w rzeczywistości interwencja inżynierii genetycznej przenika naturalne bariery reprodukcyjne między gatunkami, które utrzymują równowagę i integralność życia na Ziemi. Tradycyjny system hodowli nowych ras i odmian może krzyżować jedną rasę świń z drugą, konia z osłem, czy dwie odmiany pomidorów, ale nie może krzyżować pomidorów z rybami – natura nie pozwala na takie mieszanie genów. A przy pomocy inżynierii genetycznej naukowcy połączyli już geny ryb i pomidorów – i te pomidory, w żaden sposób nieoznaczone, teraz spokojnie leżą na naszych półkach. Co więcej, praktycznie wszystkie zboża, rośliny strączkowe, warzywa i owoce zostały już poddane inżynierii genetycznej, a przemysł spożywczy zamierza wprowadzić wszystkie te produkty na rynek w ciągu najbliższych 5-8 lat. Pioneer Hybrid International, największa na świecie firma nasienna, wykorzystała inżynierię genetyczną do opracowania nowej odmiany soi zawierającej gen orzecha brazylijskiego w celu zwiększenia zawartości białka w soi. Jednak wszczepiony składnik orzecha brazylijskiego w soi spowodował reakcję alergiczną u większości konsumentów, a następnie Pioneer anulował projekt. A kiedy japońska firma Showa Denko poprzez inżynierię genetyczną zmieniła strukturę naturalnej bakterii, aby wydajniej produkować suplement diety o nazwie Tryptofan, te manipulacje genetyczne doprowadziły do ​​tego, że bakteria ta będąc częścią tryptofanu zaczęła wytwarzać wysoce substancja toksyczna, którą odkryto dopiero po wprowadzeniu produktu na rynek w 1989 roku. W rezultacie: 5000 osób zachorowało, 1500 zostało trwale inwalidami, a 37 zmarło. Naukowcy byli bardzo podekscytowani wykorzystaniem inżynierii genetycznej do opracowania odmian pszenicy o wyższych plonach, tworzenia bardziej odżywczej żywności i eliminowania niektórych chorób, mając w ten sposób nadzieję na poprawę życia ludzkiego na Ziemi. Ale w rzeczywistości, pomimo faktu, że geny można wyodrębnić i prawidłowo skrzyżować w kolbie doświadczalnej, w prawdziwym życiu bardzo trudno jest przewidzieć konsekwencje wszczepienia genów w czyjeś ciało.

Takie operacje mogą powodować mutacje, w wyniku których następuje zahamowanie aktywności naturalnych genów organizmu. Wprowadzone geny mogą również powodować nieoczekiwane skutki uboczne: genetycznie modyfikowana żywność może na przykład zawierać toksyny i alergeny lub mieć obniżoną wartość odżywczą, co powoduje, że konsumenci chorują, a nawet – co się zdarza – umierają. Ponadto organizmy wyhodowane przy użyciu inżynierii genetycznej są zdolne do samodzielnego rozmnażania się i krzyżowania z naturalnymi populacjami, które nie zostały poddane interwencji genetycznej, powodując nieodwracalne zmiany biologiczne w całym ekosystemie Ziemi. Można z całą pewnością powiedzieć, że inżynieria genetyczna jest z pewnością obiecującą dziedziną, która w naszym kraju niestety nie jest finansowana i nie ma własnego producenta. Rosja oczywiście angażuje się w rozwój w tej dziedzinie, ale jest zmuszona sprzedawać swoje wynalazki za granicą. Nasi naukowcy wynaleźli ludzki interferon, aspartam i pajęczynę. Ważne jest, aby tworząc lek, nie trafił on do użytku, dopóki jego struktura nie będzie zbliżona do ludzkiego genomu. W tym przypadku lek jest całkowicie nieszkodliwy. Podczas produkcji aspartamu miesza się dwa aminokwasy, ale katalizatorem procesu są mikroorganizmy. Zadaniem genetyka jest takie opracowanie, aby oczyszczenie leku z mikroorganizmów przeszło 100% weryfikację. Taka jest jakość pracy. Jesteśmy odpowiedzialni za jakość, a z profesjonalnego punktu widzenia inżynieria genetyczna jest w rozsądnym stopniu korzystna dla ludzkości.

Inżynieria genetyczna – wróg czy przyjaciel? Niebezpieczeństwa inżynierii genetycznej...

Fakty naukowe o zagrożeniach związanych z inżynierią genetyczną

1. Inżynieria genetyczna zasadniczo różni się od opracowywania nowych odmian i ras. Sztuczne dodanie obcych genów znacznie zakłóca precyzyjnie regulowaną kontrolę genetyczną normalnej komórki. Manipulacja genami zasadniczo różni się od kombinacji chromosomów matki i ojca, która zachodzi w wyniku naturalnego krzyżowania.

2. Obecnie inżynieria genetyczna jest niedoskonała technicznie, gdyż nie jest w stanie kontrolować procesu wstawiania nowego genu. Dlatego niemożliwe jest przewidzenie miejsca insercji i skutków dodanego genu. Nawet jeśli lokalizację genu można określić po wstawieniu go do genomu, dostępne informacje o DNA są bardzo niekompletne, aby przewidzieć wyniki.

3. W wyniku sztucznego dodania obcego genu mogą nieoczekiwanie powstać niebezpieczne substancje. W najgorszym przypadku mogą to być substancje toksyczne, alergeny lub inne substancje szkodliwe dla zdrowia. Informacje o takich możliwościach są nadal bardzo niekompletne.

4. Nie ma całkowicie niezawodnych metod badania nieszkodliwości. Ponad 10% poważnych skutków ubocznych nowych leków nie może zostać wykrytych pomimo starannie przeprowadzonych badań bezpieczeństwa. Ryzyko, że niebezpieczne właściwości nowej genetycznie zmodyfikowanej żywności pozostaną niewykryte, będzie prawdopodobnie znacznie większe niż w przypadku narkotyków.

5. Obecne wymagania dotyczące testów bezpieczeństwa są skrajnie niewystarczające. Mają one wyraźnie na celu uproszczenie procesu zatwierdzania. Pozwalają na zastosowanie niezwykle nieczułych metod badania nieszkodliwości. Istnieje zatem znaczne ryzyko, że niebezpieczne produkty spożywcze przejdą kontrolę niezauważone.

6. Produkty spożywcze powstałe dotychczas przy użyciu inżynierii genetycznej nie mają istotnej wartości dla ludzkości. Produkty te służą wyłącznie celom komercyjnym.

7. Wiedza na temat skutków wprowadzenia do środowiska organizmów genetycznie zmodyfikowanych jest całkowicie niewystarczająca. Nie udowodniono dotychczas, że organizmy zmodyfikowane metodami inżynierii genetycznej nie będą miały szkodliwego wpływu na środowisko. Ekolodzy zasugerowali różne potencjalne komplikacje środowiskowe. Na przykład istnieje wiele możliwości niekontrolowanego rozprzestrzeniania się potencjalnie szkodliwych genów wykorzystywanych w inżynierii genetycznej, w tym przenoszenia genów przez bakterie i wirusy. Komplikacji spowodowanych przez środowisko prawdopodobnie nie da się naprawić, ponieważ uwolnionych genów nie można odzyskać.

8. Mogą pojawić się nowe i niebezpieczne wirusy. Wykazano eksperymentalnie, że geny wirusowe osadzone w genomie mogą łączyć się z genami wirusów zakaźnych (tzw. rekombinacja). Te nowe wirusy mogą być bardziej agresywne niż oryginalne. Wirusy mogą również stać się mniej specyficzne gatunkowo. Na przykład wirusy roślinne mogą stać się szkodliwe dla pożytecznych owadów, zwierząt, a także ludzi.

9. Wiedza na temat substancji dziedzicznej, DNA, jest bardzo niekompletna. Znana jest funkcja tylko trzech procent DNA. Manipulowanie złożonymi systemami, o których wiedza jest niekompletna, jest ryzykowne. Bogate doświadczenie z zakresu biologii, ekologii i medycyny pokazuje, że może to powodować poważne, nieprzewidywalne problemy i zaburzenia.

10. Inżynieria genetyczna nie rozwiąże problemu głodu na świecie. Twierdzenie, że inżynieria genetyczna może wnieść znaczący wkład w rozwiązanie problemu głodu na świecie, jest mitem bezpodstawnym naukowo.