Этапы развития биотехнологии

В результате создаются две  двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из которых имеет одну нить, полученную из материнской молекулы, и одну нить, синтезированную по комплементарному принципу.  
Реализация генетической информации происходит в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех РНК: информационной (иРНК), транспортной (тРНК) и рибосомальной (рРНК). Процесс передачи информации идет двумя путями: - по каналу прямой связи (ДНК - РНК - белок); и по каналу обратной связи (среда - белок - ДНК).  
Синтез белка происходит в рибосомах клетки. К ним из ядра поступает информационная (или матричная) РНК ( иРНК), которая может проникать через порог ядерной мембраны.

 РНК это а) одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити ДНК;б) копия ДНК ;в) копия не всей молекулы ДНК, а лишь ее части (по длине). Эта часть соответствует одному или группе рядом лежащих генов; 
г) молекула, образованная под действием специального фермента - РНК-полимеразы, которая, продвигаясь по нити ДНК, ведет синтез иРНК; данный процесс называется транскрипцией.

Весь процесс репликации, осуществляемый разными белками-ферментами, очень согласован, поэтому часто  употребляют термин - работа "репликационной машины". Репликация идет с очень  высокой точностью. ДНК млекопитающего состоит из 3 млрд. пар нуклеотидов, а в процессе воспроизведения  допускается не более 3 ошибок.  При этом надо помнить, что синтез идет с большой скоростью - от 50 до 500 нуклеотидов/сек, поэтому в клетке существуют специальные корректирующие механизмы: ДНК-полимеразы дважды проверяют соответствие нуклеотидов исходной матрице.  
Итак, в процессе синтеза белка иРНК, пройдя через ядерную мембрану, поступает в цитоплазму к рибосомам, где осуществляется: 

а) расшифровка генетической информации,

б) синтез из аминокислот  биополимерной макромолекулы белка. 
Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК (тРНК). В клетке имеется столько аминокислот, сколько типов кодонов, шифрующих аминокислоты.

Генетический  код

Генетическая информация заключена в последовательности нуклеотидов. Это значит, что строго определенная последовательность нуклеотидов  соответствует определенной аминокислоте, а определенный порядок расположения и количество аминокислот соответствует, в свою очередь, определенной структуре  белка.  
Таким образом, иРНК несет генетическую информацию в виде генетического кода, который с помощью четырех символов (четыре нуклеотида А, Г, Ц, У) задает любую из 20 аминокислот.  Свойства генетического кода: 
          а) Код триплетен Каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3-х нуклеотидов. Эта последовательность называется кодоном. 

б) Код вырожден. Каждая аминокислота кодируется более, чем одним кодоном (от 2 до 6 кодонов на одну аминокислоту). 
           в) Код однозначен. Каждый кодон соответствует только одной аминокислоте. 
           г) Генетический код универсален, т.е. един для всех живых организмов планеты.

Таким образом, ген представляет собой чередование "слов из трех букв" - кодонов, образованных из четырехбуквенного  алфавита.

Необходимо особо подчеркнуть  универсальность генетического  кода - с его помощью закодирована вся информация и о простейшем одноклеточном организме, и о  человеке. Но в первом случае можно  было обойтись и более простым  кодом, а во-втором - лучше было бы использовать более совершенный (сложный) код. Поэтому единство генетического  кода служит очень весомым аргументом в пользу единого эволюционного  пути всего живого на Земле.

Число генов в составе  ДНК человека - около 50-60 тысяч, что  составляет только 3% общей длины  ДНК; роль остальных 97% пока неясна. В  каждой клетке человека содержится 46 молекул  ДНК, которые распределены в 23 парах  хромосом. Хромосомы - это структуры, по которым распределена полная молекула ДНК. Суммарная длина всех 46 молекул  ДНК в одной клетке человека равна  около 2 метров. Полная же длина всех молекул ДНК в теле взрослого  человека, состоящего из 5х1013 клеток, составляет 1011 км, что в тысячу раз превышает расстояние от Солнца до Земли. 

К настоящему времени практически  полностью расшифрована полная последовательность ДНК человека. 

Главная задача исследований - изучить вариации ДНК в разных органах и клетках отдельных  индивидуумов и выявить генетические различия между ними. Анализ таких  различий позволит построить индивидуальные генные портреты людей, что даст возможность  лучше лечить болезни. Кроме того, такой анализ позволит выявить различия между популяциями и выявить  географические районы повышенного  риска поражения генома людей. Таким  образом, благодаря геномным исследованиям  стало ясно, что в ходе эволюции жизни на Земле сначала выделились представители архей, имеющих клетки без ядер, а позже - эукариот (состоящих  из клеток с ядрами), включая человека. Геномными исследованиями было выявлено также совпадение нуклеотидных последовательностей  у неродственных видов. Это дает основания предположить, что в  процессе эволюции происходил перенос  генов от одного вида к другому. Например, оказалось, что геномы человека и  мыши весьма близки - их нуклеотидные последовательности совпадают более чем на 90%.

   3  Генетическая инженерия, ее роль и создание продуктов питания

    1. По заверениям  ученых демографов, в ближайшие  двадцать лет  население земного   шара   удвоится.   Пользуясь   современными    агрокультурами    и агротехнологиями,   прокормить   такое   количество   людей   будет   просто невозможно.  Следовательно,  уже  сейчас  пора  подумать  о   том,   как   с наименьшими потерями поднять урожайность сельхозугодий вдвое. Поскольку  для обычной  селекции  срок  в  два  десятилетия   крайне   мал,   то   остается механическая  модификация  генетического  кода  растений.  Можно,  например, добавить ген устойчивости к насекомым-вредителям или сделать растение  более плодовитым. Это основной довод трансгенетиков.

    2. С помощью  генной инженерии можно увеличить  в генетически  измененной продукции содержание полезных веществ и витаминов по сравнению  с  «чистыми» сортами. Например, можно «вставить» витамин А в рис, с тем чтобы  выращивать его в регионах, где люди испытывают его нехватку.

    3.  Можно   существенно  расширить   ареалы   посева   сельхозпродуктов, приспособив их к экстремальным условиям, таким, как засуха и холод.

    4. Путем генетической  модификации растений можно существенно   уменьшить

интенсивность обработки  полей  пестицидами  и  гербицидами.  Ярким  примером здесь является уже состоявшееся внедрение в  геном  кукурузы  гена  земляной бактерии  Bacillus  thuringiensis,  уже  снабжающего  растение   собственной защитой, так  называемым  Bt-токсином,  и  делающего  по  замыслу  генетиков дополнительную обработку бессмысленной.

    5.  Генетически   измененным  продуктам  могут   быть  приданы   лечебные свойства. Ученым уже удалось создать банан с содержанием анальгина и  салат, вырабатывающий вакцину против гепатита B.

    6. Еда из генетически  измененных растений может быть  дешевле и вкуснее.

    7. Модифицированные  виды  помогут  решить  и   некоторые  экологические проблемы. Конструируются растения,  эффективно  поглощающие  цинк,  кобальт, кадмий, никель и  прочие  металлы  из  загрязненных  промышленными  отходами почв.

    8. Генная инженерия  позволит улучшить качество жизни,  очень вероятно  – существенно продлить её; есть  надежда  найти  гены,       ответственные  за старение организма и реконструировать их.

С момента появления первого  генетически модифицированного  продукта началась история противостояния их противников и сторонников. Четкого  перевеса нет ни на чьей стороне.

Главный аргумент сторонников  модифицированных продуктов – это  характеристики самих овощей, фруктов, зерновых культур, улучшенных инженерами. Генетически модифицированные продукты более устойчивы к всевозможным вирусам и бактериям. Они дольше хранятся. Ранее фермеры использовали тонны химикатов, чтобы сохранить  урожай, теперь они могут сэкономить деньги. К тому же данные продукты могут  быть устойчивыми и к холоду, и  к жаре, и соленые почвы им нипочем.

Цели генетической технологии, применяемой к животным, – это  обычно ускорение и увеличение их роста. Были получены коровы с увеличенным  содержанием жира в молоке и лососи, которые очень быстро растут и  которым не надо мигрировать из морской воды в пресную.

На сегодняшний день существует несколько сотен генетически  модифицированных продуктов. Уже на протяжении нескольких лет модифицированные продукты употребляют миллионы людей  в большинстве стран мира. Возможно и Вы, уважаемый читатель, не зная об этом, съели уже не один килограмм  генетически изменённых продуктов.

Трансгены обнаружены в продуктах, которые содержат соевый белок, в  тех же колбасах. Сою Россия импортирует  из стран, где выращивание генетически-модифицированной сои разрешено давно. В Америке  и Канаде, по сути, не осталось традиционных сортов, все они производятся на генном уровне. Ежегодно наша страна закупает около 400 тысяч тонн генетически  модифицированного соевого белка.

Если генетические манипуляции  ведутся под контролем официальных  органов, то такие продукты можно  считать полностью безопасными. Внося изменения в генный код  растения или животного, учёные делают то же самое, что делает сама природа. Абсолютно все живые организмы  от бактерии до человека - это результат  мутаций и естественного отбора. Но если природе для образования  новых видов требуются тысячелетия, то учёные производят этот процесс  за несколько лет. Принципиальной разницы  нет, вопрос во времени экспериментов.

Однако генетически модифицированных продуктов находится немало оппонентов. Существует даже организация «Врачи и ученые против генетически модифицированных продуктов питания». Если отбросить  этические моменты в производстве данных продуктов, которые некоторые  рассматривают как противоестественное  вмешательство в природу, созданную  Богом, то у противников модифицированных продуктов останется еще масса аргументов.

Они говорят о том, что  сейчас генная инженерия не совершенна. Она не в состоянии управлять  процессом встраивания нового гена. Поэтому невозможно предвидеть место  встраивания и эффекты добавленного гена. Даже в том случае, если местоположение гена окажется возможным установить после его встраивания в геном, имеющиеся сведения о функционировании ДНК еще очень неполны для  того, чтобы предсказать последствия. В результате искусственного добавления чужеродного гена непредвиденно  могут образоваться опасные вещества. В худшем случае это могут быть токсические вещества, аллергены  или другие вредные для здоровья элементы.

Не доказано ещё, что модифицированные с помощью генной инженерии организмы  не окажут вредного воздействия на окружающую среду. Экологами высказаны  предположения о различных потенциальных  экологических осложнениях. Например, имеется много возможностей для  неконтролируемого распространения  потенциально опасных генов, используемых генной инженерией, в том числе  передача генов бактериями и вирусами. Осложнения, вызванные в окружающей среде, вероятно, невозможно будет исправить, так как выпущенные гены невозможно взять обратно.

Разговоры о том, что данные разработки помогут накормить все  человечество, оппоненты опровергают  конкретными данными: сейчас подобные продукты, скорее, удовлетворяют чисто  коммерческие интересы. Никаких серьезных  результатов в борьбе с голодом  в развивающихся странах с  помощью модифицированных продуктов  достигнуто не было. Генетически-модифицированные продукты, призванные решить проблему голода во многих развивающихся странах, пока появились только на прилавках  стран развитых. Однако жители эти  стран предпочитают натуральные  продукты, так как еще не до конца  выяснены возможные негативные последствия  употребления в пищу искусственно улучшенных растений или животных.

Общественное мнение настроено  в целом против модифицированных продуктов. Под давлением общественных организаций некоторые государства  приняли законы о прекращении  исследований в данной области, многие ввели отдельную сертификацию для  данных продуктов, обязали производителей указывать на упаковках происхождение  продуктов. Естественно, спрос на модифицированные продукты резко упал. Как ни старалась, например, компания Monsanto, потратившая  около миллиона долларов на пропаганду своей продукции, результат был практически нулевой.

Тогда компании стали лоббировать  свои интересы в парламентах и  высших органах исполнительной власти своих стран. США никогда не вводили  ограничений, модифицированные продукты продаются там наравне с обыкновенными. Теперь то же происходит и в Новой  Зеландии, Австралии. В Европе всерьез  задумались об отмене обязательной маркировки.  
          С 1996 года в России существует закон, регулирующий деятельность в области генной инженерии. Согласно этому документу, импортные продукты, содержащие генетически измененные компоненты, должны проходить сертификацию и тесты на безопасность в российских научных институтах. После этого они могут быть введены в широкое потребление. Согласно закону, летом 1999 года Минздрав РФ выдал первую лицензию на импорт генетически модифицированных продуктов. Первой ласточкой стала соя от фирмы Monsanto. В сентябре 1999 года вышло постановление Правительства, согласно которому с июля 2000 года все продукты, содержащие ГМ-компоненты, должны иметь маркировку. Однако механизмов контроля по выполнению постановления пока не существует.  
          Скорее всего, после отмены законов и постановлений, обязывающих производителей извещать покупателей о происхождении продукта, модифицированные образцы сольются с традиционными, и никто не сможет с уверенностью сказать, что он ест. Людей просто вынудят покупать «улучшенные» продукты. Стоит надеяться, что исследования возможных вредных воздействий модифицированных продуктов на организм человека продолжатся. Они и будут призваны решить все споры.