6.6. Генная инженерия. Пути развития и проблемы

Генная инженерия – это новое направление биотехнологии, основанное на целенаправленном конструировании генов или их совокупности с целью создания организмов с новыми свойствами не существующими в природе.

Становление генной инженерии началось в конце прошлого столетия во многих странах мира: Японии, США, Европе, России, Индии, Китае, Бразилии. Этому способствовали научные достижения микробиологии, цитологии, генетики, эмбриологии, вирусологии и т.д. Особо важным фактором для развития генной инженерии стала расшифровка генома растений, животных и человека, а также разработка методов выделения отдельных генов и их конструирования и методов введения генов в ДНК клетки. Это позволило целенаправленно изменять гены или заменять их на новые и иногда даже от другого организма, а также вводить в хромосому дополнительные гены. Клетки с модифицированной таким способом ДНК получили название рекомбинантных. Именно такие клетки используют для создания генно-модифицированных организмов (ГМО).

Рекомбинантная клетка, как и всякая живая клетка – это сложная, саморегулируемая биологическая система, содержащая десятки тысяч генов и столько же синтезированных по их программам белков (один ген – один белок). Как показали исследования последних лет функционирование всех этих генов и белков происходит при их тесном взаимодействии друг с другом и взаимовлиянии. В связи с этим смоделировать поведение рекомбинантной клетки после введения новых генов и просчитать появление у нее заданного свойства не всегда оказывается возможным. Ученые возлагают большие надежды на привлечение суперкомпьютеров для решения этой задачи. Пока же приходится опытным путем отбирать модифицированные клетки и организмы с запрограммированными свойствами и использовать их для последующего размножения.

Несмотря на всю сложность и тонкость используемых методов, генная инженерия уже в наше время достигла уровня практического использования ее результатов, а в перспективе открывает неограниченные возможности по созданию новых видов растений и животных с заданными свойствами. Это позволяет надеяться на решение актуальных проблем человечества, таких как управление наследственностью и жизнедеятельностью организма; борьба с болезнями и продление жизни; обеспечение продовольствием стремительно возрастающее население планеты и т.д. В России с генной технологией связывают решение к 2020 году проблем продовольственной и лекарственной безопасности страны.

В связи с этими задачами генная инженерия развивается в следующих направлениях:

• целенаправленное конструирование генетического аппарата микроорганизмов на основе природного с целью синтеза белков, таких как инсулин – белок для лечения диабета; самототропин – белок, регулирующий гормон роста; интерферон – белок, поддерживающий иммунную систему организма и т.д.;

• широкомасштабное применение в микробиологии, с целью улучшения уже существующих вакцин и создания новых;

• генетическое совершенствование свойств микроорганизмов (дрожжей), традиционно используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении, виноделии и т.д.;

• создание трансгенных модифицированных сортов сельскохозяйственных растений и животных с целью повышения их продуктивности и устойчивости к инфекциям. Список растений, к которым уже успешно применены методы генной инженерии составляет более пятидесяти видов, включая яблоню, сливу, виноград, томаты, пшеницу, сою, рис, рожь, кукурузу и т.д.

• разработка методов соматической генной терапии, позволяющей выявить дефектный ген и заменить его на здоровый; синтезировать из соматической клетки тонкие мембраны и культуры клеток тканей, к примеру эпителия для лечения ожогов кожи и т.п.;

• клонирование как отдельных органов, так и организмов.

Клонирование – это генетически точное воспроизведение живого организма (донора) на основе соматических клеток, содержащих молекулу ДНК с полной наследственной информацией объекта. Первые сведения об успешном клонировании животных стали появляться в 80-х годах XX века. Обычно клоны жили не долго и погибали от различных болезней. В 1997 году весь мир облетела сенсация об успешном клонировании овечки Долли, которая была копией овцы-донора породы «финский дорсет». Однако часто умалчивают о том, что успешным оказался лишь один опыт из 268! Поэтому клонирование является пока весьма проблематичным занятием. Во многих странах законом запрещены опыты по клонированию человека. Эйфория, возникшая после первых удачных экспериментов с животными, когда считали, что от клонирования овцы до клонирования человека остался один лишь шаг, сегодня прошла. Как отмечают сами ученые, клонирование человека представляет весьма сложную проблему и работы по ее разрешению находятся лишь в начале пути. Впереди предстоят еще длительные теоретические и практические исследования, чтобы сделать данную методику безопасной, эффективной и максимально успешной и для человечества, и для прогресса науки в целом.

Генная инженерия сегодня – это стремительно развивающееся направление в науке и биотехнологии, достижения которой уже в наше время находят широкое применение в медицине, сельском хозяйстве, пищевой промышленности и т.д. Однако, ее развитие может быть связано с рядом потенциальных опасностей и рисков, масштабы которых пока трудно предвидеть. Например, есть вероятность создания организмов (вирусов, микроорганизмов и т.п.) с опасными, болезнетворными свойствами. Нет полной уверенности и в безвредности трансгенных продуктов питания, поскольку вместе с собственно продуктом (белки, углеводы и т.д.) в организм попадают и модифицированные нуклеиновые кислоты. Как поведет себя введенный в ДНК ген или группа генов, может показать только длительное время. Есть также опасность использования достижений генной инженерии для создания оружия массового поражения.

Мнения ученых по поводу потенциальных рисков генной инженерии неоднозначны, хотя эти вопросы неоднократно обсуждались на различных научных конференциях. В 1996 году Федерацией европейских микробиологических обществ (ФЕМО) был принят меморандум по использованию генных технологий. Общий вывод меморандума таков: «При осмотрительном использовании генных технологий польза от их применения значительно перевесит риск отрицательных последствий: технологии конструирования рекомбинантных ДНК внесут существенный вклад в медицину; в развитие устойчивого сельского хозяйства; в производство продуктов питания; в очистку окружающей среды…» В соответствии с рекомендациями ФЕМО в большинстве европейских стран разработаны и включены в свод национальных законов директивы, регламентирующие применение генных технологий. Эти директивы касаются правил безопасной работы в лабораториях и на производстве, а также правила внесения генетически модифицированных организмов в окружающую среду. В связи с этим для полномасштабного и безопасного использования всех возможностей генной инженерии необходимы дополнительные всесторонние научные исследования и тщательная экологическая экспертиза.

Контрольные вопросы

1. Структурная иерархия живой материи.

2. Молекулярно-генетические основы жизни.

3.Белки и нуклеиновые кислоты – вещественное основание жизни на Земле.

4. ДНК – носитель и хранитель наследственной информации организма.

5. Асимметрия аминокислот и сахаров – отличительный признак живой материи.

6. Содержание понятий ген, геном, генотип, фенотип, генофонд.

7. Расшифровка генома человека, его значение для научного прогресса и человечества.

8. Клеточная теория строения живых организмов.

9. Популяционно-видовая организация жизни на Земле.

10. Содержание понятия биогеоценоз (экосистема).

11. Биосфера Земли. Основы учения В. И. Вернадского о биосфере. Ноосфера.

12. Генная инженерия. Проблемы и достижения.