Генная инженерия: возможности и перспективы

Генная инженерия бросила человечеству уникальный вызов. Что несет нам генная инженерия, счастье или беду? О возможной опасности генетически измененных продуктов для здоровья человека трубит уже весь мир. Однозначного и единого мнения ученых по этому поводу нет. Одни считают, что генная инженерия спасет человечество от голодной смерти, другие – что генетически измененные продукты погубят все живое на земле вместе с человеком. Ученые, занимающиеся этим, утверждают, что генетически измененные растения более урожайны, более устойчивы к ядохимикатам, экономически выгоднее обычных. Поэтому за ними будущее. Однако специалисты, не связанные с производителями данного товара, далеки от оптимизма.

Предугадать отдаленные последствия, которые могут наступить в результате потребления генетически измененной продукции, на данный момент вообще невозможно. Относительно спокойно относятся к ГМ – продуктам (генетически модифицированным) – в США, где выращивается сегодня около 80 процентов всех генетических культур. Европа же относится к этому крайней негативно. Под натиском общественности и организаций потребителей, которые хотят знать, что они едят, в некоторых странах введен мораторий на ввоз таких продуктов (Австрия, Франция, Греция, Великобритания, Люксембург).

В других принято жесткое требование маркировать генетически измененное продовольствие, что, естественно, очень не понравилось поставщикам. 1 июля 2000 года в России была запрещена продажа генетически измененных продуктов без специальной предупредительной надписи на упаковке. Одним из первых ученых, забивших тревогу о потенциальной опасности ГМ – продуктов, был британский профессор Арпад Пуштай. Он назвал их “пищей для зомби”. Такие выводы позволили сделать результаты опытов на крысах, которых кормили генетически модифицированной пищей. У животных возник целый набор серьезных изменений желудочно-кишечного тракта, печени, зоба, селезенки. Наибольшее беспокойство вызвал тот факт, что у крыс уменьшился объем мозга.

Ученые полагают, что с помощью генетически измененных растений можно сократить потери урожая. Сегодня в России завершаются испытания американского картофеля, устойчивого к колорадскому жуку. Возможно, уже в этом году будет получено разрешение на его промышленное производство. Есть у подобных сортов одно существенное “но”. Когда получают растение с резко повышенной устойчивостью к какому-либо вредителю, через два-три поколения этот вредитель приспособится к растению, и будет пожирать его еще сильнее. Следовательно, устойчивый картофель может породить таких агрессивных вредителей, с которыми мир еще не сталкивался.

 

Перспективы генной инженерии

 

Настоящей находкой для генетиков стал янтарь, ископаемая древесная смола. В доисторические времена в ней часто застывали насекомые, цветочная пыльца, споры грибов, остатки растений. Текучая смола герметично обволакивала своих пленников, и биологический материал в целости и сохранности поджидал современных исследователей. И вот в 1990 году Джордж О. Пойнар из Калифорнийского университета сделал сенсационное открытие. Изучая термитов, попавших в янтарь 40 миллионов лет назад, он нашел хорошо сохранившуюся генетическую информацию. Позднее Пойнару удалось выделить из янтаря ДНК долгоносика, жившего 120 миллионов лет назад! Сейчас многие ученые работают над тем, чтобы воскресить динозавров, древних ящеров, мамонтов. И это уже не кажется фантастикой, как было всего лишь несколько лет назад. Однако ученые не намерены останавливаться на воскрешении животных. Если можно воскресить их, следовательно, то же самое можно проделать и с людьми.

Развитие науки дает нам потенциал как для плохого, так и для хорошего. Поэтому важно, что бы мы сделали правильный выбор. Основная трудность носит политический характер, – это решение вопроса кто есть «мы» в этом предложении. Если оставить этот вопрос на произвол рыночной стихии, скорее всего, пострадают долгосрочные интересы окружающей среды. Но это можно сказать и про многие другие аспекты жизни.

Одним из основных направлений, в котором применяются технологии генной инженерии, является сельское хозяйство. Классическим уже методом улучшения качества продуктов сельского хозяйства является селекция – процесс, в котором путем искусственного отбора выделяются и скрещиваются отдельные растения или животные, обладающие определенными свойствами, для наследственной передачи этих свойств и их усиления. Этот процесс достаточно продолжительный и не всегда действительно результативный. Генная инженерия обладает способностью наделить какой-то живой организм свойствами, ему нехарактерными, усилить проявление каких-то существующих свойств или исключить их. Это происходит за счет внедрения новых или исключения старых генов из ДНК организма.

 

К примеру, таким образом был выведен особый сорт картофеля, устойчивого к колорадскому жуку. Для этого в геном картофеля был введен ген почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, которая вырабатывает особый белок, губительный для колорадского жука, но безвредный для человека. Применение генной инженерии для изменения свойств растений, как правило, делается как раз для повышения их устойчивости перед вредителями, неблагоприятными условиями среды, улучшения их вкусовых и ростовых качеств. Вмешательство в геном животных используется для ускорения их роста и повышения продуктивности. В продуктах сельского хозяйства таким образом также искусственно повышается количество незаменимых аминокислот и витаминов, а также их питательная ценность. 
Существует мнение, что в контексте постоянного роста населения планеты, только генетически модифицированные продукты смогут в будущем спасти мир от голода, позволяя на ограниченной территории выращивать продукты высокого качества, с повышенным содержанием витаминов и т.д. Однако существует и обратное мнение, выступающее за то, что генно-модифицированные продукты могут быть небезопасными для здоровья человека. Для выяснения вопросов безопасности таких продуктов созданы специальные международные комиссии, которые в настоящее время сходятся во мнении, что генетически модифицированные продукты не представляют опасности для здоровья человека. В подавляющем большинстве стран мира использование генетически модифицированных продуктов разрешено или не урегулировано законодательно. 
Количество аргументов за использование ГМП значительно превосходит возможные аргументы против. Так, сторонники ГМП ссылаются в частности на высокий уровень контроля качества всех генетически модифицированных продуктов (ГМП). За двадцатилетнюю историю использования этих продуктов в разных странах мира не было выявлено ни одного факта их отрицательного воздействия на здоровье человека, что нельзя сказать о продуктах традиционного сельского хозяйства, в котором неизбежно применение разного рода удобрений, многие из которых признаны вредными для человека. Более того, селекция, которая используется в сельском хозяйстве на протяжении веков, по сути, преследует целью ту же генную модификацию организмов, только осуществляет это за значительно больший период времени. Генная инженерия просто способна привнести необходимые изменения в организм за короткий срок, а потому использование ГМП не опаснее, чем использование любых других продуктов, выведенных методом классической селекции. 
Горизонтальный перенос генов (такой, при котором организм передает свой генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком), достаточно распространен в природе. Это говорит о том, что генная модификация организмов не является чем-то противоестественным. Последним аргументом в пользу генной модификации организмов в сельском хозяйстве относят технические приемы защиты от гибридизации организмов, т.е. от объединения генетического материала разных клеток в одной. 
Противники использования генной инженерии в сельском хозяйстве апеллируют к недостаточности исследований безопасности ГМП (однако этот вопрос постоянно продолжает исследоваться), а также к тому факту, что ГМО иногда становятся причиной исчезновения отдельных видов. К примеру, одичавшие генетически модифицированные организмы могут вытеснить популяции диких видов за счет большей приспособленности к неблагоприятным условиям окружающей среды. Также ГМО могут образовывать гибриды с дикими организмами, распространяя искусственно привнесенные гены в природе. В настоящее время существует ряд проектов, направленных на разработку способов ограничения распространения трансгенов в диких популяциях. 
Генетически модифицированные организмы также используются в науке при проведении различного рода исследований. Таким образом исследуются закономерности развития некоторых заболеваний, процессы старения и регенерации, изучается функционирование нервной системы, решается ряд других актуальных проблем биологии и медицины. 
Одним из достижений использования ГМО в медицине можно считать получение человеческого инсулина. Как известно, инсулин, получаемый ранее только из крови животных, оказывал негативное влияние на здоровье, хотя многие люди, страдающие сахарным диабетом, обходиться без него просто не могут. Человеческий инсулин, получаемый с помощью генетически модифицированных бактерий, является более безопасным. Также на основе молока генно-модифицированных коз изготавливают лекарственный препарат для профилактики и лечения тромбозов. Учеными постоянно ведутся разработки препаратов для борьбы с другими сложными и неизлечимыми заболеваниям, в частности с ВИЧ-инфекцией. Сейчас ученые проводят исследования, направленные на получение особого вида белка из генно-модифицированных растений, который способен лишить вирус иммунодефицита человека вирулентности, т.е. предотвратить его распространение, а впоследствии вести профилактику СПИД. 
В современной медицине для лечения различных заболеваний используется генотерапия – процесс внесения изменений в генетический аппарат клеток человека. Эта новая область в медицине в настоящее время бурно развивается и направлена на лечение заболеваний, вызванных мутациями в ДНК человека, а также придания клеткам новых функций. Этот метод используется для лечения меланомы, гемофилии, врожденного амавроза Лебера и других заболеваний. Гемотерапия используется для улучшения состояния больных ВИЧ. 
Другим направлением генной инженерии является клонирование – метод получения нескольких генетически идентичных организмов путем бесполого размножения. Изначально этот термин означал получение потомков организма путем бесполого размножения и к нему относили в частности все способы вегетативного (не семенного) размножения растений. В настоящее время этот термин также включает в себя идею получения генетически идентичных индивидов. 
Хотя клонирование как таковое в принципе достаточно распространено в природе у бактерий и некоторых сложных организмов (бесполое размножения, партеногенез), именно к вопросам генной инженерии относится молекулярное клонирование и клонирование многоклеточных организмов. 
Молекулярное клонирование представляет собой клонирование молекул ДНК, их частей и даже отдельных генов. Этот вид клонирования является первым шагом к клонированию тканей. 
 
\Наибольший интерес представляет клонирование многоклеточных организмов. Так, создавая особые условия и вмешиваясь в структуру ядра клетки, специалисты заставляют её развиваться в нужную ткань или даже в целый организм. 
 
Если организм не клонируется полностью, это называется терапевтическим клонированием. В этом случае развитие организма целенаправленно останавливают заранее, а образовавшиеся стволовые клетки используют для получения отдельных тканей. Такое клонирование применяется уже сейчас в некоторых странах мира, а в будущем оно может открыть широкие возможности для лечения различных заболеваний, которые в настоящий момент являются неизлечимыми. 
По сути, при терапевтическом клонировании на определенном этапе останавливают развитие эмбриона, хотя в ученой среде в настоящее время ведутся споры, верно ли применение слова «эмбрион» в данном случае, ведь он не был создан при помощи оплодотворения. Однако если не препятствовать его развитию, то при определенных условиях он может развиться в ребенка, а потому употребление этого термина вполне оправдано. 
В связи с этим, терапевтическое клонирование человека рождает огромное количество этических споров и конфликтов, а потому оно запрещено в большинстве стран мира. Разрешено оно в США, Великобритании, Бельгии и Швеции; в некоторых странах разрешены только исследования в этой области. В 2003 году страны ООН проголосовали против запрета на репродуктивное и терапевтическое клонирование. Во многих странах терапевтическое клонирование запрещено из-за опасений его перехода в репродуктивное. 
Клонирование целого организма называется репродуктивным. В этом направлении до сих пор ведутся исследования, однако есть и определенные успехи. 
Широко известен случай клонирования в Великобритании овцы Долли. Этот эксперимент по клонированию млекопитающего был поставлен группой ученых, возглавляемой Яном Вилмутом. Тогда в 277 яйцеклеток были перенесены ядра, взятые из вымени животного-донора. Из них образовалось 29 эмбрионов, один из которых выжил. Долли родилась 5 июля 1996 года и стала первым млекопитающим, чье клонирование прошло успешно. Клонированное животное прожило 6,5 лет и умерло 14 февраля 2003 от прогрессирующего заболевания лёгких, вызванного ретровирусом. Сообщается, что это распространенное заболевание у овец, которые содержатся в закрытом помещении, а Долли из соображений безопасности практически не выводили пастись. 
Существуют некоторые заблуждения в представлениях о клонировании. Так клонирование человека или животного однозначно не способно повторить сознание. Клонированный индивид не будет наделен разумом исходного организма, он будет нуждаться в воспитании, образовании и т.д. Более того, спорным является и вопрос полной внешней идентичности клона. Как правило, клон не является полной копией оригинала, т.к. при клонировании копируется только генотип, что не означает однозначное повторение фенотипа организма. Фенотип формируется на основе определенных генетических данных, однако условия, в которых будет выращиваться клон, способны некоторым образом повлиять на его развитие: рост, вес, телосложение, некоторые особенности умственного развития.

В большинстве стран мира любые работы по репродуктивному клонированию человека запрещены. Такое клонирование человека встречается с еще большими этическими, религиозными и юридическими проблемами, чем терапевтическое. В принципе, определенного мнения общественности на этот счет не существует, ровно как и крупнейшие мировые религии не способны дать этому явлению однозначную оценку, ибо это выходит за рамки их классических учений, а потому требует аргументации. Появляются также некоторые юридические сложности, вроде вопросов отцовства, материнства, наследования, брака и некоторых других.

Развитие клонирования небезопасно также и из соображений контроля над ним, а также возможной утечки технологии в криминальные и террористические круги. Отдельную обеспокоенность вызывает высокий процент неудач при клонировании, что являет опасность появления людей-уродов. 
Генная инженерия является одной из наиболее активно развивающихся и перспективных технологий нашего времени, которая в будущем сможет решить многие вопросы медицины и не только. Мое личное мнение по большинству спорных вопросов генной инженерии склоняется в сторону разрешения исследований и применения этих технологий.

На мой взгляд, генетическая модификация организмов при разумном контроле над этим процессом, способна решить некоторые серьезные проблемы современности. В частности, применения генной модификации в медицине с целью лечения различных заболеваний мне кажется положительным явлением, не вызывающим никаких нареканий на данном этапе развития науки. 
Что касается применения генетической модификации в сельском хозяйстве и распространении генно-модифицированных продуктов, то, на мой взгляд, их гипотетическая опасность для здоровья человека фактически не подтверждается. Мне кажется, что если стандартные исследования по безопасности этих продуктов говорят о том, что их использование возможно, то они не нуждаются в каких-либо дополнительных исследованиях. ГМО в данном случае нужно рассматривать как некий новый вид растения или продукта и при условии, что он отвечает всем стандартным нормам безопасности продуктов питания, его использование следует однозначно разрешать. Также я разделяю ту точку зрения, что ГМП ввиду особого контроля к ним, улучшения их свойств на генном уровне и отсутствия необходимости применения различных вредных для человека удобрений при выращивании могут быть даже более безопасными, чем обычные продукты сельского хозяйства.

Вопросы клонирования представляют серьезные этические проблемы, когда вопрос заходит о клонировании человека. На данном этапе доводы о необходимости репродуктивного клонирования людей, на мой взгляд, недостаточно убедительны, а потому запрет на репродуктивное клонирование мне кажется обоснованным. Однако это не означает, что все исследования в данной области следует прекратить, ведь в том случае, если наука сможет дать большую вероятность выживания клонов, а общественность сможет решить другие спорные вопросы, репродуктивное клонирование вполне может быть разрешено.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интересные факты

 

Довольно странные опыты однажды проводились на коричневых коровах из Швейцарии. Оказалось, что у таких коров имеется один генетический недостаток, который способствует развитию у них особой болезни мозга. Однако здесь есть одна странность: как только у коров проявляется это заболевание, они начинают давать больше молока. После того как ученые обнаружили ген, который является причиной данной болезни, они не стали применять новую информацию для ее лечения. Ведь если корова страдает этим заболеванием, то животное будет давать намного больше молока.

А вот в Израиле специалисты обнаружили у курицы ген, который отвечает за отсутствие на шее перьев, и соответственно ген, который отвечает за их присутствие. Далее ученые начали проводить различные опыты и эксперименты с этими двумя генами и вывели птицу без перьев. Для чего птица без перьев и пуха, ведь это не будет защищать ее от кожу от негативных внешних воздействий? А все для того, чтобы можно было выращивать птиц, например, в пустыне, под лучами палящего солнца с температурой воздуха 45 °С. Некоторые проекты направлены на создании свиней без щетины, овощей с генами рыб, бескрылых инкубаторных кур (чтобы в клетку помещалось больше кур), крупного рогатого скота без пола.

Ученые утверждают, что подобного рода изменения в природе абсолютно безопасны. Но не стоит забывать, что в организме, например, свиньи есть миллионы генов, а ученые на сегодняшний день изучили всего около сотни из них. При изменении или вводе какого-то гена извне, неизвестно каким образом отреагируют другие гены. В этом случае можно выдвигать лишь гипотезы. Также никто не может точно сказать, когда появятся последствия таких экспериментов. Некоторые ученые утверждают, что генная инженерия рано или поздно создаст такие заболевания, против которых у нас не будет иммунитета.

Для человека Bt-токсины совершенно безопасны, а в кишечнике насекомых превращаются в смертельный для них яд, причем разные модификации этого белка, выделенные из разных штаммов бактерии, могут быть ядовитыми только для бабочек, или только для жуков, или только для двукрылых - комаров и мух. Зачем бактериям этот белок, остается загадкой: никакой пользы от того, что в их спорах образуются кристаллики Bt-токсина, микробы не получают. А люди уже более полувека пользуются инсектицидами, полученными из этих бактерий (из расчета несколько миллиардов спор на квадратный метр). И уже десять лет сажают кукурузу, хлопок, рапс, сою, картошку и десятки других растений, в хромосомы которых встроен один из генов семейства Cry.

Свечение некоторых бактерий и светлячков обеспечивает система из нескольких белков, закодированных в связанных между собой генах. Два из этих белков, объединившись, образуют сигнальную молекулу - автоиндуктор. Он присоединяется к промотору - участку в начале гена, который запускает процесс синтеза матричной РНК, что приводит к синтезу и самих вспомогательных белков, и фермента люциферазы. Молекула люциферина под действием люциферазы меняет свою конфигурацию, испуская фотон. Комплекс таких lux- или luc-генов, выделенных соответственно из бактерий или светлячков, используют в качестве маркеров - присоединяют к целевым генам, кодирующим нужные признаки, и для дальнейшей работы отбирают клетки, которые светятся в питательной среде с добавкой люциферина. Чтобы вырастить новогоднюю елку, которая сама себе служит гирляндой, осталось только научить ее синтезировать люциферин, чтобы свечение было заметно не только с помощью сцинтилляционного счетчика, но и невооруженным глазом.

ü 2007 год - один ученый из Южной Кореи меняет ДНК своего кота и заставляет его таким образом светиться в темноте. А затем взял и создал целую группу подобных особей. Такие животные помогают изучать генетические болезни человека.

ü Свинья, которая имеет модифицированное ДНК. Ее изменили для более лучшего переваривания и переработки фосфора, так как навоз свиней имеет немало фосфора фитата, который несколько мешает использовать данный навоз для удобрения.

ü Ученые из Вашингтонского университета сейчас ведут работу над созданием тополей, которые смогли бы очищать загрязненные места. Это происходило бы через впитывание корневой системой веществ, которые загрязняют окружающую среду. После того, как это все впиталось в тополь, в дереве начинается процесс переработки в результате которого уже безвредные побочные продукты, впитанные растением через листья и стебель, выходят вместе с кислородом наружу.

ü Капуста, в которую внедрен ген скорпиона очень помогает фермерам справиться с проблемой вредителей и защитить урожай. Самое главное заключено в том, что сам яд не вреден для человека.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Хотя генетика и генная инженерия уже играют огромную роль в медицине и сельском хозяйстве, основные результаты ещё впереди. Нам ещё очень многое предстоит узнать о том, как работает сложная генетическая система в нашем организме и у других видов живых существ. 
Необходимо определить функции и назначение каждого гена, определить, каковы условия его активации, в какие периоды жизни, в каких частях тела и при каких обстоятельствах он включается и приводит к синтезу соответствующего белка. Далее, необходимо понять, какую роль играет в организме этот белок, какие гены активирует. Эти проблемы требуют новых теоретических знаний и более мощных суперкомпьютеров.

 
Но учёные не пасуют перед масштабом этой задачи. Расшифровка генома человека потребовала более десяти лет, решение проблемы сворачивания белков может занять чуть дольше, но когда она будет решена, человек сможет полностью контролировать жизненные процессы в любых организмах на всех уровнях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы:

 

1. Генная инженерия: учебное пособие / А.Ю. Просеков, О.О. Бабич. – М.: ООО «Редакция журнала «Достижения науки и техники АПК», 2010.
2. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия: учебное пособие для вузов. – 2-е изд., исправ. и доп. – Новосибирск: Сибирское университетское издательство, 2004.
3. Рыбчин В.Н. Основы генетической инженерии: 2-е изд., переработ. и доп. – СПб.: Изд-во СПбГТУ,2002.
4. http://ru.wikipedia.org - Генетическая_инженерия
5. http://www.BioFile.ru - Биофайл. Научно-информационный журнал.
6. http://www.genengineer.ru «Получение человеческого инсулина из ГМО»