Гендік инженерия қаупі және оның ғылыми фактілері.Гендік инженерияның перспективасы. Қоғам дамуын болжамдау.

Қазақстан Республикасы Білім және Ғылым Министірлігі

Қазақ Гуманитарлық-Заң Университеті

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Тақырыбы: Гендік инженерия қаупі және оның ғылыми фактілері.Гендік инженерияның перспективасы. Қоғам дамуын болжамдау.

 

 

Орындаған: Алтынбекова.Л;Аударма ісі, М111к тобы           

Тексерген: Жалмағанбетова Р.Е

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Астана.қ

2015 ж

      Гендік инженерия, генетикалық инженерия — генетикалық және биохимиялық әдістердің көмегімен түраралық кедергілері жоқ, тұқым қуалайтын қасиеттері өзгеше, табиғатта кездеспейтін жаңа гендер алу; молек. биологияның бір саласы. Гендік инженерия әр түрлі организмдер геномының бөлігінен рекомбинатты ДНҚ құрастырумен қатар, ол рекомбинатты молекулаларды басқа ағза геномына енгізіп, жұмыс істеуін (экспрессиясын) қамтамасыз етеді. Гендік инженериядағы тұңғыш тәжірибені 1972 ж. американ биохимигі Т. Берг (Нобель сыйл. лауреаты) іске асырды. Ол маймылдың онноген вирусы SV-40-тың толық геномын, бактериофаг — L геномының бір бөлігін және Е. Colі бактериясының галактоза генін біріктіру арқылы рекомбинантты (гибридті) ДНҚ алды. 1973 — 74 ж. Америка биохимиктері С. Коэн, Г. Бойер, т.б. түрлі ағзалардан бөліп алынған генді бактерия плазмидасының құрамына енгізді. Бұл тәжірибе басқа организмдер гендерінің жаңа ағза ішінде жұмыс істей алатынын дәлелдеді. Жануарлар клеткаларымен жүргізілген тәжірибелерде бір клетканың ядросын екіншісімен алмастыруға, екі немесе бірнеше эмбриондарды қосып біріктіруге, оларды бірнеше бөлікке бөлшектеуге болатыны анықталды. Мыс., генотиптері әр түрлі тіндердің клеткаларын біріктіру арқылы тышқанның аллофенді особьтары (фенотипі әр түрлі дарабастар) алынды. Гендік инженерия-ның теориялық негізіне генетикалық кодтың әмбебаптылығы жатады. Бір ғана кодтың (триплиттің) әр түрлі ағзадағы белок молекулаларының құрамына енетін амин қышқылдарын бақылай алатындығына байланысты, ДНҚ молекуласының кез келген бөлігін басқа бөтен клеткаға апарып салу, яғни молек. деңгейде будандастырылу теориялық тұрғыдан алғанда мүмкін екені анықталды. Жануарлар, өсімдіктер және микроорганизмдер гендерінің қызметін қолдан басқаруға болатындығы дәлелденді. Ауыл шаруашылығында өсімдіктің атмосфералық азотты өзіне жинақтап алуы — үлкен мәселе. Осыған байланысты 1970 жылдары азотты фиксациялауға қабілеті жоқ пішен таяқшасына азотты жинақтай алатын, басқа бір бактерияның гені салынып, азотты жинақтау қасиетіне ие болды. Мед. саласында жаңа гендерді енгізу арқылы тұқым қуалайтын ауруларды емдеуге болады. Қазіргі кезде ауру адамдардан зат алмасудың 1000-нан аса әр түрлі тұқым қуалайтын өзгерістері табылған.

      Генетика инженерлігі Гендік (генетикалық) инженерияны – молекулалық және клеткалық инженерия белгілі бір мақсатпен жасанды айқын қасиеттері бар генетикалық материалдарды алдын ала құрастырып, оларды басқа клеткаға енгізіп, көбейтіп, зат алмасу процесін өзгеше жүргізу. Бұл әдіспен организмдердегі тұқым қуалайтын информацияны көздеген мақсатқа сай өзгертіп, олардың геномдарын белгілеген жоспармен қайта құруға болады.

 

Гендік инженерия ол функциональдық активті генетикалық құрылымдарды рекомбинаттық (ата-ана екі ДНК молекулалары арасынан пайда болған будан) ДНК молекулалары түрінде қолдан құрастыру. Гендік инженерияның мәні жеке гендерді бір организмнен алып, басқа организмге көшіріп орналастыру. Бұл рестриктаза деген фермент пен лигаза ферментінің ашылуы негізінде мүмкін болды. Рестриктаза ферменті ДНК молекуласын нақты белгіленген жерлерін кесіп алады да, осылай фрагменттерді (рестрикция сайттарын) түзеді. Ал лигаза ферменті гетерогендік ДНК-ның фрагменттерін бүтін тігеді. Құрамында шығу тегі әр түрлі ДНК-лары бар молекуланы рекомбинаттық молекула деп атайды. 2.Рекомбинаттық ДНК= прокариоттардың және/немесе вирустардың ДНК-ы (вектор) + эукариоттардың ДНК-ы (бөтен ДНК). Вектордың көмегімен эукариоттардың бөтен ДНК-ы клеткаға еніп, геномға интеграциялана алады. Сонымен, прокариоттар мен вирустардың зерттелетін ДНК молекулалары нақты белгіленген жерден кесіліп, одан кейін бұл жерге эукариоттардың қажетті бөтен гені енгізіледі, осылайша рекомбинаттық (гибридтік) ДНК түзіледі. Түзілген рекомбинаттық ДНК тірі клеткаға енгізіледі, жаңа геннің экспрессиясы (көріну күші) басталғаннан соң, клетка сол ген белгілеген белокты синтездей бастайды. Сонымен, клеткаға рекомбинаттық ДНК молекуласы түрінде жаңа генетикалық информацияны енгізіп, соңында жаңа белгісі бар организмді алуға болады. Мұндай организмді трансгендік немесе трансформацияланған организм дейді. Осылайша, гендік инженерияның дамуына негіз болған молекулалық биология мен молекулалық генетиканың мынадай жетістіктері бар: 1. Рестриктазалар мен лигаза ферменттерінің ашылуы; 2. Гендерді химиялық заттарды және ферменттерді қолдану арқылы синтездеу; 3. Бөтен генді клеткаға тасымалдаушы-векторларды пайдалану; 4. Бөтен генге ие болған клеткаларды таңдап, бөліп алу жолдарының ашылуы. Алғашқы рет рекомбинаттық ДНК 1972 жылы АҚШ-та П.Бергтің лабораториясында жасалды.

Гендік инженерия - молекулалық және клеткалық генетиканың қолданбалы саласы. Белгілі қасиеттері бар генетикалық материалдарды In vitro жағдайында алдын-ала құрастырып, оларды тірі клеткаға енгізіп, көбейтіп, зат алмасу процесін өзгеше жүргізу. Бұл әдіспен организмдердегі генетикалық информацияны көздеген мақсатқа сай өзгертіп, олардың геномдарын белгіленген жоспармен қайта құруға болады.

      Гендік инженерия ол функционалдық активті генетикалық құрылымдарды рекомбинаттық ДНҚ молекулалары түрінде қолдан құрастыру. Гендік иженерияның мәні жеке гендерді бір организмнен алып басқа организмге көшіру. Бұған рестриктаза мен лигаза ферменттерінің ашылуы мүмкіндік туғызады. Рестриктазалар ДНҚ молекуласын белгілі жерлерден жеке үзінділерге қиып бөлшектейтін ыдыратушы фермент. Қазір ДНҚ молекуласын бір-бірінен өзгеше 120 жерінен үзетін 500-ден астам рестриктазалар анықталған. Алынған полинуклеотид бөлшектерінінің комплементарлық немесе жабысқыш ұштарны ДНҚ лигазасы – бір-біріне желімдеп реттеп жалғасытырып қосады. Осы ферменттердің көмегімен бір ДНҚ молекуласынан қажетті ген бөлініп алынып, басқа ДНҚ молекуласын үзінділерімен құрастырылып рекомбинанттық, яғни жаңа будан ДНҚ жасалады.

       Биологиялық қауіпсіздік – адамзаттың ең басты міндеттерінің бірі.

1975 жылы биоқауіпсіздік  туралы Халықаралық конференцияда (Асиломар, Колифорния) рекомбинантты  ДНҚ молекуласы экспериментінің  негізгі қағидасы қабылданды.

      1985 жылы Биоқауіпсіздік ақпараттық жұмыс тобы құрылды, оған БҰҰ индустриалды даму Ұйымының елдер-мүшелері кірді, және қоршаған ортаны қорғау Бағдарламасы БҰҰ, сонымен қатар Бүкіл әлемдік денсаулық сақтау ұйымы.

     1991 жылы оларға БҰҰ Тағамдық ресурстар мен ауылшаруашылық ұйымы қосылды.

 Биотехнология аумағында  заңнама жасау әлі толық жөнге  келмеді.

 Бір жағынан үкімет  тарапынан биотехнологиялардың  легализациясы болып жатса, екінші  жағынан заңнамадағы өзгешеліктер  өнімді глобаоды нарыққа шығаруға  кедергі жасап отыр.

 

1.1. Гендік инженерия - молекулалық  және клеткалық генетиканың қолданбалы  саласы. Белгілі қасиеттері бар  генетикалық материалдарды In vitro жағдайында  алдын-ала құрастырып, оларды тірі  клеткаға енгізіп, көбейтіп, зат  алмасу процесін өзгеше жүргізу. Бұл әдіспен организмдердегі  генетикалық информацияны көздеген  мақсатқа сай өзгертіп, олардың  геномдарын белгіленген жоспармен  қайта құруға болады.

       Гендік инженерия ол функционалдық активті генетикалық құрылымдарды рекомбинаттық ДНҚ молекулалары түрінде қолдан құрастыру. Гендік иженерияның мәні жеке гендерді бір организмнен алып басқа организмге көшіру. Бұған рестриктаза мен лигаза ферменттерінің ашылуы мүмкіндік туғызады. Рестриктазалар ДНҚ молекуласын белгілі жерлерден жеке үзінділерге қиып бөлшектейтін ыдыратушы фермент. Қазір ДНҚ молекуласын бір-бірінен өзгеше 120 жерінен үзетін 500-ден астам рестриктазалар анықталған. Алынған полинуклеотид бөлшектерінінің комплементарлық немесе жабысқыш ұштарны ДНҚ лигазасы – бір-біріне желімдеп реттеп жалғасытырып қосады. Осы ферменттердің көмегімен бір ДНҚ молекуласынан қажетті ген бөлініп алынып, басқа ДНҚ молекуласын үзінділерімен құрастырылып рекомбинанттық, яғни жаңа будан ДНҚ жасалады.

       Одан кейін рекомбинанттық ДНҚ бірнеше әдістермен тірі клеткаға енгізіледі. Жаңа геннің экспрессиясы өтеді де клетка сол ген белгілейтін белокты синтездей бастайды. Сонымен, клеткаға рекомбинанттық ДНҚ молекуласы түрінде жаңа генетикалық информация енгізіп, ақырында жаңа белгісі жаңа белгісі бар организмді алуға болады. Бұндай организмді трансгендік немесе трансформацияланған организм деп атайды, себебі организмдер өзгеріп басқа қасиетке ие болуын трансформация дейді.

        Сөйтіп, гендік инженерияның дамуына негіз болған молекулалық биология мен молекулалық генетиканың мынадай жетістіктер:

 1. рестректазалармен лигазалардың ашылуы;

2. генді химиялық және  ферменттерді қолдану арқылы  синтездеу әдісі ;

3. бөтен генді клеткаға  тасымалдаушы векторларды пайдалану;

4. бөтен генге ие болған  клеткаларды таңдап бөліп алу  жолдарының ашылуы.

         Алғашқы рет рекомбинаттық ДНҚ 1972 жылы АҚШ та Стенфорд университетінде П. Бергтің лабораториясында жасалған. Онда проберка ішінде үш түрлі микроорганизмнің ДНҚ лары – лямбда фагтің және шек таяқшасы бактериясының ДНҚ фрагменттері мен маймылдың онкогендік вирусының толық геномы қосылған еді.

          Өсімдіктердің гендік инженериясы саласында бірінші жұмыстар In vitro өсірілетін клеткалармен 1980 жылы жүргізілген 1983 жылы алдымен күнбағыстың трансгендік каллусы, кейін сол каллустан табиғатта мүлдем болмаған санбин өсімдігі алынды.

         Санбин деген ол геномында бұршақтың белогі фазеолинді кодтайтын гендері бар күнбағыс өсімдігі еді.

         Гендік инженерия гендерді тасымалдау тәсілі ретінде болашақта екпе өсімдіктердің селекциясының тиімді аспабы бола алады. Қазіргі кезде гендік инженерия алғашқы қадамдарын басып, екпінді дамып келеді.

       Гендік инженерияның әдістемелік негізі жарықтың мезофилл клеткаларының немесе каллус ұлпасының протопластары болады. Жаңа генетиканың информацияға ие болған протоплаты өсіріп одан регенерант өсімдігін алуға болады. Генетикалық трансформация үшін сомалық клеткалардан басқа тозаң клеткалары, жұмыртқа клеткасы қолданылады. Сонымен, In vitro өсірілетін клеткаларға гендік инженерияның әдістерін қолданып, өсімдіктің бағалы белгілері бар негізінде жаңа формаларын құруға болады.

 

1.2. Гендік инженерияның  жұмысы мынадай кезеңдерден тұрады:

1. басқа организмге көшірілетін  құрылымдық генді алу;

2. оны вектордың құрамына  енгізу, яғни рекомбинанттық ДНҚ  жасау;

3. рекомбинанттық ДНҚ-ын  өсімдік клеткасына тасымалдау;

4. өсімдік клеткаларында  бөтен ДНҚ-ның экспрессиясын талдау;

 5. геномы өзгерген жеке клеткалардан регенерант өсімдігін алу.

 Гендерді тасымалдайтын  векторлар 

        Бөтен генді клетка ішіне тасымалдап алып баратын арнаулы ДНҚ молекуласын вектор деп атайды. Оған мынадай талаптар қойылады:

1. өз алдына репликациялану, яғни клетка ішіне бөтен генді  алып кірген соң клеткамен  бірге немесе өзалдына көбейе  алатын болуы керек; немесе вектор  клетка хромосомасының құрамына  еніп, онымен бірге ұрпақ клеткаларға  беріліп отыруы керек;

2. трансформацияланған клеткаларды  анықтау үшін оның ерекше генетикалық  белгілері болуы керек;

3. құрамында рестриктазалар  үзе алатын нуклеотидтер тізбегі  болуы керек және репликацияға  қабілетін жоғалтпауы керек;

4. векторға орналастырылған  бөтен ген оның атқаратын қызметін  бұзбауы керек, ал вектор болса, ол да енгізілген геннің ішінде  дұрыс реттеліп жұмыс істеуін  қамтамасыз ететін болуы керек;

5. вектордың көлемі кішігірім  болуы керек.

 

      2.2. Генетикалық инженерия туындау кезінен бастап ғалымдар қоғамда кейбір зерттеулердің қауіптілігіне назар аудартты. Мұндай қорқыныштын туындаған қауіпсіздік пікір 1974 жылы айтылған болатын. Кейін бірнеше сәтті эксперименттен соң in vitro әдісі арқылы рекомбинантты молекуланың ДНҚ алынды. П.Берг бастаған әйгілі молекулярлы биологтар тобы гендік инженерия эксперименттерін жүргізуді шектеуге шақырды. Айтылған пікір екі жақты болды. Алдымен рекомбинантты ДНҚ молекулаларының зертхана сыртында немесе өнеркәсіп орнында шынымен жасушалардың «жоғалып» кетуі ескертілсе, сонымен қатар адам және жануарлар ағзасына келтірілетін зиян бақылаусыз концентрацияда өте жоғары екендігі айтылды. Екіншіден клондалған ДНҚ фрагментіндегі құрылымы мен қызметі туралы білімнің жетіспеушілігі, оларды реципиентті жасушаға енгізгенде олар қалаған затымызды ғана емес, одан да басқа қауіпті (токсиндер, онкоген) өнімдерді синтездеу ықтимал.

      1975 жылы бұл мәселелер Халықаралық конференцияларда сөз болды, онда рекомбинантты ДНҚ молекулаларын алу сұрағына тоқталды. Онда биологиялық әр аумағын зерттейтін ғалымдар (медициналық микробиологтар, бактериальді генетиктер, эпидемиологтар, биохимикиер, ботаниктер, даму биологтар т.б.) жәнезаңгерлер, ақпарат көздерінің мүшелері, мемлекеттік және жеке өнеркәсіп иелері қатысты. Конференцияға қатысушылар гендік инженерия әдісімен жүретін эксперименттер жалғасуы керек деп шешті, бірақ белгігленген ережелер мен ұсыныстарды сақтауы қажет. Бұл ережелер келесі жылдары Англия, АҚШ, Франция мен басқа елдерде жасалынды. Олар бірнеше рет қайта қаралып, жеңілдіктер ұсынылды, себебі жинақталған мәліметтер олардың шектен тыс қаталдығын дәлеледеді, әсіресе дәстүрлі зертханалық штаммдармен жұмыс істеуге қатысты.