Возможности и проблемы генной инженерии

Содержание.

1. Введение. 2

2. Возможности генной инженерии.

2.1. Медицина. 3

2.2. Генотерапия. 5

2.3. Сельское хозяйство. 6

3. Клонирование. 7

4. Проблемы генной инженерии. 8

5. Заключение. 13

Список используемой литературы. 15

1. Введение.

Генная инженерия — это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.

Носителями материальных основ генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. Но гены образования не химические, а функциональные. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков, хранящих определенный объем информации — генов. Ген — участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка (один ген — один белок). Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляет ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации. Поэтому, например, нервные клетки и по структурно-функциональным, и по биологическим особенностям отличаются от клеток печени.

Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов не связанные с видимыми в микроскопе изменениями строения хромосом. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала.

Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Весь этот процесс называется клонированием. С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого организма. Кроме того, клонированный фрагмент ДНК одного организма можно ввести в клетки другого организма. Этим можно добиться, например, высокие и устойчивые урожаи благодаря введенному гену, обеспечивающему устойчивость к ряду болезней. При дальнейшем развитии науки станет возможным введение в зародыш человека недостающих генов, и тем самым позволит избежать генетических болезней.

Еще с 80-х годов появились программы по изучению генома человека. В процессе выполнения этих программ уже прочитано около 5 тысяч генов (полный геном человека содержит 50-100 тысяч). Обнаружен ряд новых генов человека. Генная инженерия приобретает все большее значение в генотерапии. Потому, что многие болезни заложены на генетическом уровне. Именно в геноме заложена предрасположенность ко многим болезням или стойкость к ним

2. Возможности генной инженерии.

2.1. Медицина.

Значительный прогресс достигнут в практической области создания новых продуктов для медицинской промышленности и лечения болезней человека.

Использование генно-инженерных продуктов в медицине:

· Антикоагуляторы - Активатор тканевого плазминогена (АТП), активирует плазмин. Фермент, вовлечённый в рассасывание тромбов; эффективен при лечении больных инфарктом миокарда;

· Факторы крови-Фактор VIII ускоряет образование сгустков; дефицитен у гемофиликов. Использование фактора VIII, полученного генно-инженерными методами, устраняет риск, связанный с переливанием крови.

· Факторы, стимулирующие образование колоний-Ростовые факторы иммунной системы, которые стимулируют образование лейкоцитов. Применяют для лечения иммунодефицита и борьбе с инфекциями.

· эритропоэтин-Стимулирует образование эритроцитов. Применяют для лечения анемии у больных с почечной недостаточностью.

· Ростовые факторы-Стимулируют дифференциацию и рост различных типов клеток. Применяют для ускорения лечения ран.

· Гормон роста человека-Применяют при лечении карликовости.

· Человеческий инсулин-Используется для лечения диабета

· Интерферон-Препятствует размножению вирусов. Также используется для лечения некоторых форм раковых заболеваний.

· Лейксины -Активируют и стимулируют работу различных типов лейкоцитов. Возможно применение при залечивании ран, при заражении ВИЧ, раковых заболеваний, иммунодефиците.

· Моноклональные антитела-Высочайшая специфичность, связанная с антителами используется в диагностических целях. Применяют также для адресной доставки лекарств, токсинов, радиоактивных и изотопных соединений к раковым опухолям при терапии раков, имеется много других сфер применения.

· Супероксид дисмутаз-Предотвращает поражение тканей реактивными оксипроизводными в условиях кратковременной нехватки кислорода, особенно в ходе хирургических операций, когда нужно внезапно восстановить ток крови.

· Вакцины -Искусственно полученные вакцины (первой была получена вакцина против гепатита В) по многим показателям лучше обычных вакцин. Принцип применения ДНК-вакцин заключается в том, что в организм пациента вводят молекулу ДНК, содержащую гены, кодирующие иммуногенные белки патогенного микроорганизма. ДНК-вакцины называют еще генными, генетическими, полинуклеотидными вакцинами, вакцинами из нуклеиновых кислот.

В настоящее время фармацевтическая промышленность завоевала лидирующие позиции в мире. Уже несколько сот тысяч высококвалифицированных специалистов заняты в исследовательских и промышленных секторах фарминдустрии, и именно в этих областях интерес к геномным и генно-инженерным исследованиям исключительно высок.

2.2.Генотерапия

Технологии генодиагностики и генотерапии базируются на мировых достижениях в расшифровке генома человека. Технологии генодиагностики включают разработку приемов точной локализации генов в геноме человека, ответственных за наследственные и соматические заболевания. Их важной составляющей является сравнительный анализ структуры генома в норме и патологии.

Генотерапия и генодиагностика - это перспективные технологии фундаментальной и прикладной биомедицины, направленные на лечение и профилактику наследственных (генетических) и приобретенных заболеваний, в том числе онкологических.

В основе генотерапии, развивающейся на базе и в комплексе с генодиагностикой, лежит контролируемое изменение генетического материала клеток, приводящее к "исправлению" не только наследственных, но и, как стало ясно в последнее время, приобретенных генетических дефектов живого организма.

Важнейшей технологической задачей генотерапии является разработка системы переноса или адресной доставки корректирующего генетического материала к клеткам-мишеням в организме больного, несущего в своем геноме дефектный ген. Предлагаемые технологии характеризуются точностью выявления гена, ответственного за генетический дефект и выбора системы переноса корректирующих генов, адресностью доставки в организм больного генетического материала, исправляющего генетический дефект.

2.3. Сельское хозяйство.

Поэтому любой прогресс биотехнологий растений будет зависеть от разработки генетических систем и инструментов, которые позволят более эффективно управлять трансгенами. Будущее, очевидно, будет за управляемым переносом генов от сорта к сорту, основанного на применении предварительно подготовленного растительного материала, который уже содержит в нужных хромосомах участки гомологии, необходимого для гомологичного встраивания трансгена. Кроме этого учёные занимаются поиском генов, кодирующих новые полезные признаки.

Еще 10 лет тому назад биотехнология растений заметно отставала в своем развитии, но за последние годы наблюдается быстрый выброс на рынок трансгенных растений с новыми полезными признаками. Генетические изменённые растения с устойчивостью к различным классам гербицидов в настоящее время являются наиболее успешным биотехнологическим продуктом.

Современная биотехнология в состоянии манипулировать многими важнейшими признаками, которые можно разделить на три группы:

· Сельскохозяйственные производства. К ним можно отнести общей продуктивности растений за счет регулирования синтеза фитогормонов или дополнительного снабжения кислородом растительных клеток, а также признаки, обеспечивающие устойчивость к разного рода вредителям, кроме этого в создании форм растений с мужской стерильностью и возможностью дольше сберегать урожай.

· К признакам, которые влияют на качество продукции, относится возможность манипулировать молекулярным весом жирных кислот. Растения будут производить биодеградирующий пластик, по цене сопоставимой с полиэтиленом, получаемым из нефти. Открылась возможность получения крахмала с заданными физико-химическими свойствами. Аминокислотный состав у растений запасных белков становится более сбалансированным и легко усвояем для млекопитающих. Растения становятся продуцентами вакцин, фармакологических белков и антител, что позволяет удешевить увеличение разных заболеваний, в том числе и онкологических. Получены и испытываются трансгенные растения хлопка с уже окрашенным волокном, более высоким качеством.

3. Клонирование

Клонирование органов и тканей - это задача номер один в области трансплантологии, травматологии и в других областях медицины и биологии. При пересадке клонированного органа не надо думать о подавлении реакции отторжения и возможных последствиях в виде рака, развившегося на фоне иммунодефицита. Клонированные органы станут спасением для людей, попавших в автомобильные аварии или какие-нибудь иные катастрофы, или для людей, которым нужна радикальная помощь из-за заболеваний пожилого возраста (изношенное сердце, больная печень и т.д.).

Самый наглядный эффект клонирования - дать возможность бездетным людям иметь своих собственных детей. Миллионы семейных пар во всем мире сегодня страдают, будучи обреченными, оставаться без потомков. Клонирование поможет людям, страдающим тяжелыми генетическими болезнями. Если гены, определяющие какую-либо подобную болезнь, содержатся в хромосомах отца, то в яйцеклетку матери пересаживается ядро ее собственной соматической клетки, - и тогда появится ребенок, лишенный опасных генов, точная копия матери. Если эти гены содержатся в хромосомах матери, то в ее яйцеклетку будет перемещено ядро соматической клетки отца, - появится здоровый ребенок, копия отца.

Вспомним, что клонирование постоянно происходит в естественных условиях, когда рождаются однояйцовые, или идентичные близнецы. Идентичны они в своем генном наборе, что легко доказывается возможностью пересадок органов и тканей между ними. Просто развитие нескольких зародышей из одного оплодотворенного яйца происходит редко и непредсказуемо.

Более скромная, но не менее важная задача клонирования - регулирование пола сельскохозяйственных животных и клонирование в них сугубо человеческих генов, "терапевтических белков", которые используются для лечения людей. Например, гемофиликов, которые страдают от мутаций в гене, кодирующем кровеостанавливающий белок ("фактор IX"). Сегодня эти белки добывают из крови доноров, а те бывают разные, в том числе и инфицированные вирусом СПИДа. Вот почему гемофилики считаются "группой риска" по СПИДу.

4.Проблемы генной инженерии

В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как 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 ДНК очень неполны для того, чтобы предсказать результаты.

В середине 1998 года английский ученый Арпад Пустаи на основании проведенных опытов впервые заявил о том, что употребление подопытными крысами генетически модифицированного картофеля привело к серьезным повреждениям их внутренних органов и иммунной системы. У животных возник целый набор серьезных изменений желудочно-кишечного тракта, печени, зоба, селезенки. Но самое зловещее - уменьшился объем мозга.

Дополнительным подтверждением того, что воздействие генетически измененных продуктов на организм человека и окружающую среду является мало изучено, стало заявление года ученого Джона Лузи.

Так, в мае 1999 года он сообщил о том, что пыльца генетически модифицированной пшеницы, изначально содержащая небольшую долю пестицидов, способна убивать личинок бабочки-данаиды.

В ноябре 1999 года для обсуждения результатов исследований Пустаи и Лузи была организована специальная научная конференция, однако ее участникам не удалось выработать общего подхода к этому вопросу.

При этом само существование подобных противоречий свидетельствует, что выведение генетически модифицированных видов растений и животных представляет определенную опасность, обусловленную непредсказуемостью их развития и поведения в естественной среде.

Риски, связанные с применением генной инженерии к продуктам питания, можно разделить на три категории: экологические, медицинские и социально-экономические:

1. Экологические.

· Появление супервредителей.

В сущности, такие уже появились. Наивно думать, что вредители на ухищрения ученых не ответят своим контрударом. Как известно, в экстремальных условиях, а процесс вытеснения вредителей устойчивыми к ним растениями иначе как экстремальным не назовешь, скорость мутаций растет, и неизвестно, сколько понадобится насекомым времени для того, чтобы приспособиться к новым условиям окружающей среды. И все пойдет по новой, только на более высоком уровне.

· Нарушение природного баланса.

Уже доказано, что многие ГМ-растения, такие, как ГМ-табак или технический рис, применяемый для производства пластика и лекарственных веществ, смертельно опасны для живущих на поле или рядом с ним грызунов. Пока эти растения произрастают лишь на опытных полях, а что произойдет после полного вымирания грызунов в районах их массовых засевов - не берется предсказать никто.

Нечто подобное случилось с озером Виктория в 60-х годах прошлого века, когда в него поселили нильского окуня. Попав в благоприятную среду и обладая несомненным преимуществом в силе, выносливости и плодовитости, этот водный житель в считанные годы сократил численность конкурирующих видов в несколько десятков раз, а более двухсот видов уничтожил полностью. А спустя десятилетие выяснилось, что в результате этого «переселения» в прибрежной зоне исчезли леса, берега были размыты, а эрозия почвы достигла невиданных доселе размеров.

· Выход трансгенов из-под контроля.

Если генетически модифицированный хлопок опылит своего родственника-сорняка, то в результате получится устойчивый к действию пестицидов и гербицидов, не боящийся ни жары, ни холода, не угрызаемый жуками и паразитами и страшно плодовитый суперсорняк. Примерно то же может случиться и со многими другими видами культурных растений. У всех них есть и весьма широко распространены дикие сородичи, являющиеся зачастую одними из главных в силу сходства условий жизни сорняками основной культуры.

Выход один: следует прикрывать прозрачным колпаком всякие посадки генетически модифицированных растений, чтобы ни одно семечко, ни одна пылинка не вырвались наружу.

2. Медицинские.

· Аллергенность.

В марте 1996 года ведущий генный инженер, исследователь Университета штата Небраска, подтвердил: при попытке повысить содержание белка в ГМ-сое, в нее вместе с геном бразильского ореха был перенесен аллерген. Причем тестирование животных не выявило опасности. Нет никаких известных способов предсказать аллергию на ГМ-пищу. Аллергическая реакция обычно возникает спустя некоторое время после появления и развития чувствительности к аллергену.

· Возможная токсичность и опасность для здоровья.

ГМ-продукты наносят колоссальный вред здоровью. Хорошо известно, что проявлений токсичного действия белка можно ждать более тридцати лет, достаточно вспомнить нашумевшее «коровье бешенство», вызванное именно белком, прионом. Белки, из которых состоят ГМ-продукты, принципиально новые, так как являются гибридами белков растительного и бактериального происхождения.

Директор Института сельскохозяйственной биологии Владимир Патыка вместе с коллегами из Всероссийского института сельскохозяйственной микробиологии (Санкт-Петербург) и чешскими микробиологами после двадцатилетних исследований пришел к выводу, что «при определенных условиях белок-токсин, если его ввести в ГМ-картофель, может выступить весьма сильным канцерогенным фактором».

· Устойчивость к действиям антибиотиков.

Для того чтобы понять, «встроился» ли нужный ген в цепочку ДНК, специалисты-генетики снабжают его специальным «флажком». Чаще всего в роли этого «флажка» выступает ген устойчивости к антибиотикам. Если целевая клетка после «опыления» новым геном выдерживает действие этого антибиотика, значит, цель достигнута, и ген успешно внедрен. Проблема состоит в том, что, единожды внедрив этот ген в ДНК, вывести его уже нельзя. В результате возникает двойная опасность. Во-первых, употребление в пищу устойчивых к антибиотикам продуктов неизбежно нейтрализует действие антибиотиков, принимаемых в качестве лекарства. А во-вторых, появление большого количества антибиотикоустойчивых растений может повлечь за собой появление антибиотикоустойчивых бактерий.

· Могут возникнуть новые и опасные вирусы.

Экспериментально показано, что встроенные в геном гены вирусов могут соединяться с генами инфекционных вирусов. Такие новые вирусы могут быть более агрессивными, чем исходные. Они могут стать также менее видоспецифичными. Например, вирусы растений могут стать вредными для полезных насекомых, животных, а также людей.

3. Социально- экономические риски

Большинство социальных и экономических угроз, которые несет в себе развитие генной инженерии, подпадают под широкое определение «продовольственной безопасности», то есть способности людей обеспечить свои продовольственные потребности в здоровых, разнообразных и доступных по цене продуктах питания.

Ученые пришли к выводу, что эффективность новых культур зависит от многих частных факторов, в том числе распространения сорняковых растений и насекомых-паразитов, погодных условий и типа почвы.

При этом лишь незначительная часть продуктов питания из генетически модифицированных сельскохозяйственных культур имеют более высокие питательные свойства. А иногда они оказывают даже отрицательное воздействие, что ставит под сомнение перспективу их распространения.

Одно из самых опасных свойств модифицированных семян - это их "конечная технология". Ученые добились того, что растения, идущие на продажу, стали бесплодными, не способными производить семена. Это означает, что фермеры не могут собрать семена на следующий год, и должны покупать их снова. Понятно, что основная цель "конечной технологии" - повысить доходы компании, производящей семена.

Несколько социально-экономических причин, по которым генетически измененные растения считаются опасными:

· они представляют угрозу для выживания миллионов мелких фермеров.

· они сосредоточат контроль над мировыми пищевыми ресурсами в руках небольшой группы людей-

· они лишат потребителей свободы выбора в приобретении продуктов.

5. Заключение.

Некоторые особенности новых технологий 21 века могут привести к большим опасностям, чем существующие средства массового уничтожения.

Успех в этой отрасли науки сможет радикально поднять производительность труда и способствовать решению многих существующих проблем, прежде всего, подъему уровня жизни каждого человека, но, в то же время, и создать новые разрушительные средства.

Человеку свойствен страх перед новым и неизведанным. При клонировании человека каждая "неудачная копия" окажется уродом, но при этом полноправным человеком и за его уродство ответственность будет нести фактически все человечество. Будет нести как сообщество людей, которые не сумели остановить безнравственные посягательства науки.

Создание еще одного человека с тем же самым генетическим кодом нарушило бы человеческое достоинство и уникальность.

Клонирование человека - это не то же самое, что и генная инженерия человека. При клонировании ДНК копируется, в результате чего появляется еще один человек, точный близнец существующего индивида и, следовательно - не монстр или урод. Генная же инженерия подразумевала бы модификациючеловеческой ДНК, в результате чего может появиться человек, непохожий ни на одного другого, ранее существовавшего. Это предположительно могло бы привести к созданию очень необычных людей, даже монстров. Генная инженерия человека, имея большой позитивный потенциал, действительно очень рискованное предприятие, и должна была бы проводиться только с величайшей осторожностью и под надзором.

Список литературы

1. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор, Биология, Москва, «Мир», 1993 г.

2. Ф. Киберштерн, Гены и генетика, Москва, «Параграф», 1995 г.

3. Научно-популярный журнал «Знание-сила», №4, 1998 г.