Міністерство охорони здоровя України
Вінницький національний медичний університет ім.М І Пирогова
Кафедра загальної гігієни та екології
«Біоетичні, правові і соціальні проблеми і біобезпека медичної генетики, генної інженерії і генної терапії, генетичних технологій модифікацій природи людини і тварин»
Підготував студент 3 курсу 3а гр О В Овдієнко
Викладач Л І Григорчук
Вінниця 2016
План
правові і соціальні проблеми і біобезпека медичної генетики
генної інженерії і генної терапії
генетичних технологій модифікацій природи людини і тварин
Генна інженерія — напрям молекулярної біології та генетики, який розробляє лабораторні методи цілеспрямованого утворення організмів з новими комбінаціями спадкових властивостей.
Проекціювання — введення у хромосоми генів, результати дії яких відомі, за допомогою різних стратегій – від клітинної гібридизації до специфічних "зондів", які здатні виявляти сегменти ДНК, що відповідають певному гену.
Ізоляція — використання біологічних "ланцетів", тобто специфічних органічних ензимів (ендонуклеаз), які "розрізають" на чітко визначені частини ланцюг ДНК, внаслідок чого ізолюються гени, розташовані між двома зрізами основної послідовності молекулярного ланцюга.
Клонування — своєрідне біологічне дублювання окремих генів у кількостях, потрібних для вивчення або використання з різною метою. К. здійснюють уведенням певного гена в геном мікроорганізму за допомогою так званих векторів (плазмід, бактеріофагів, вірусів) з використанням технологій рекомбінації ДНК, внаслідок чого разом з мікроорганізмом множиться ген, введений у його геном.
Послідовність — точний порядок чергування основ молекулярної структури генів, за яким вивчають механізми їх діяльності та змін.
Перенесення — введення генів у клітини і тканини, відмінні від тих, у яких вони зазвичай функціонують. Ця технологія дає змогу вирішувати такі завдання:
ідентифікація патологічних генів для діагностики генетичного захворювання, яке розвивається, або для виявлення такого захворювання перш ніж з'являться його симптоми при теоретичній можливості запобігання його появі та (чи) успадкуванню потомством;
синтез речовин, корисних для людини, із можливістю використання їх у широкому діпазоні (інсулін, людський хоріонічний гонадотропін, гормони росту, вакцини і т. ін.);
створення рослин і тварин з особливими характеристиками, за допомогою введення певних генів у соматичні чи зародкові клітини або одноклітинні ембріони для збільшення виробництва молока, м'яса кращої якості тощо і виведення нових сортів рослин, наприклад пристосованих до менш родючих земель і т. ін.;
вивчення структур і природи генів, яке можна широко застосовувати у біології та медицині.
Відкриття методу ланцюгової реакції полімеризації, ще більше прискорило вирішення цих завдань. Метод полягає у розщепленні ДНК, що дає змогу протягом декількох годин синтезувати більш ніж мільйон копій специфічної послідовності ДНК, завдяки чому можлива ідентифікація навіть надзвичайно малих сегментів.
Біобезпеку генно-інженерної діяльності як нову область людських знань можна розділити на два основних напрямки. Перше з них пов'язано з розробкою і застосуванням різних методів оцінки та попередження ризику можливих несприятливих ефектів ГІО, друге - з системою державного регулювання безпеки генно-інженерної діяльності.
До теперішнього часу розроблена ефективна система оцінки безпеки ГІО для здоров'я людини і навколишнього середовища. Вона містить цілий ряд підходів і методів, застосовуваних, починаючи з етапу планування передбачуваної генетичної модифікації і закінчуючи отриманням свідоцтва про державну реєстрацію трансгенного сорту, дає право використовувати ГІО в господарській діяльності. У більшості розвинених країн світу прийнято і ефективно функціонує спеціальне законодавство, що стосується біобезпеки, а також створені відповідні компетентні органи, які втілюють його в життя.
Існує багато визначень генетичної інженерії. Суть нової технології можна виразити таким чином. Генетична інженерія - це технологія отримання нових комбінацій генетичного матеріалу шляхом проведених поза клітини маніпуляцій з молекулами нуклеїнових кислот і перенесення, створених конструкцій генів вживий організм, в результаті якого досягається їх включення і активність в даному організмі і у його потомства.
Генно-інженерний (трансгенний) організм (ГІО) - живий організм, який містить нову комбінацію генетичного матеріалу, отриману за допомогою генетичної інженерії. Як видно з цього визначення, процес створення ГІО можна розділити на кілька етапів. Перший етап включає виділення та ідентифікацію окремих генів (Відповідних фрагментів ДНК або РНК), які збираються перенести іншим організмам, а також відповідних регуляторних елементів (без них ніякої ген функціонувати не буде). Іноді гени або їх частини синтезують штучно. Потім ці гени та регуляторні елементи з'єднують між собою в певному порядку за допомогою чисто хімічних методів (технологія рекомбінантних ДНК, або генна інженерія). Тобто всі названі маніпуляції проводять поза організмом, in vitro (у пробірці). В результаті виходить генетична конструкція, яка містить один або кілька генів (Точніше, фрагментів ДНК, які кодують послідовність амінокислот протеїнів - продуктів генів), а також всі необхідні регуляторні елементи, що забезпечують активність цих генів (трансгенів) після їх перенесення в організми. Такі генетичні конструкції далі з'єднують з ДНК так званого вектора для клонування. В якості вектора найчастіше використовують плазміди - невеликі кільцеві молекули ДНК, наявні у більшості бактерій. Створення конструкції «клонуючий вектор - вбудована ДНК» необхідно для ефективного переносу та активності трансгенів (реплікації і трансляції) в живих організмах.
Наступний етап - перенесення трансгенів в окремі живі клітини (процес трансформації, або, як прийнято його називати останнім часом, «генетичної модифікації »), де вони можуть реплікуватись і передаватися дочірнім клітинам, утворився при розподілі трансформованих клітин. У разі якщо всі описані процедури пройшли нормально, з однієї трансформованої клітини при культивуванні виникає безліч клітин, які містять привнесену штучну генетичну конструкцію, і при цьому утворюються протеїни - продукти трансгенів. Біосинтез нових для організму протеїнів є основою для прояву у нього нового селекційного ознаки, наприклад толерантності до гербіцидів, антибіотиків, стійкості до комах-шкідників і т.д.
Для одноклітинних організмів процес генетичної модифікації закінчується, як правило, впровадженням в них рекомбінантної плазміди і наступним відбором трансформованих клітин. Лише в окремих випадках для більш високої стабільності трансформантів домагаються включення трансгенів в бактеріальну хромосому. У випадку ж вищих багатоклітинних організмів вбудовування трансгенів в генетичний матеріал клітки (ДНК хромосом або клітинних органел - хлоропластів, мітохондрій) є обов'язковим. Більше того, необхідно з однієї або декількох трансформованих клітин відновити цілий організм. А це дуже непросте завдання, яка була вирішена (правда, не для всіх видів організмів в повній мірі) порівняно недавно. Зокрема, перші рослини, регенеровані з окремих клітин, були отримані на початку 60-х років минулого століття, що стало можливим завдяки розробці ефективних методів культивування ізольованих рослинних клітин на спеціальних поживних середовищах. Добавка в поживні середовища певних регуляторів росту (фітогормонів) дозволяє управляти процесами розподілу клітин у культурі in vitro, a також, що найголовніше, індукувати у них морфогенез, тобто «змушувати» їх утворювати окремі органи (стебла, корені) або навіть цілі зародки (Процес ембріогенезу), з яких в подальшому можна отримати цілу рослину.
Генно-інженерні організми на службі у медицини
Виробництво штучного інсуліну
В даний час в світі, за даними ВООЗ (Всесвітньої організації охорони здоров'я), налічується близько 110 млн. людей, що страждають діабетом. І ця цифра в найближчі 25 років може подвоїтися. Діабет - страшне захворювання, яке викликається порушенням роботи підшлункової залози, що виробляє гормон інсулін, необхідний для нормальної утилізації містяться в їжі вуглеводів. На початкових стадіях розвитку хвороби досить використовувати заходи профілактики, регулярно стежити за рівнем цукру в крові, просто споживати менше солодкого. Однак для приблизно 10 млн. пацієнтів показана інсулінова терапія: вони змушені щодня вводити в кров препарати цього гормону. Починаючи з двадцятих років минулого століття, для цих цілей використовували інсулін, виділений з підшлункових залоз свиней і телят. Тваринний інсулін в значній мірі аналогічний людському, проте між ними є й певні відмінності. Так, в молекулі інсуліну свині на противагу людському в одній з ланцюгів амінокислота треонін заміщена аланіном. Вважається, що ці невеликі відмінності можуть викликати у окремих пацієнтів серйозні ускладнення (порушення роботи нирок, розлад зору, алергію). Крім того, незважаючи на високий ступінь очищення, не виключена ймовірність перенесення вірусіввід тварин до людей. І, нарешті, число хворих діабетом зростає так швидко, що забезпечити всіх потребуючих тваринним інсуліном вже не представляється можливим. Зауважимо також, що це дуже дорогі ліки.
Розробка технології виробництва штучного інсуліну є справді тріумфом генетики. Спочатку Ф. Сенгер у 1955 році за допомогою спеціальних методів визначив будову молекули цього гормону, склад і послідовність амінокислот у ній. У 1963 році молекулу інсуліну синтезували за допомогою біохімічних методів. Проте здійснити в промисловому масштабі настільки дорогий і складний синтез, що включає 170 хімічних реакцій, виявилося складно. Тому упор в подальшихдослідженнях був зроблений на розробку технології біологічного синтезу гормону в клітинах мікроорганізмів, для чого використовували весь арсенал методів генетичної інженерії.
Знаючи послідовність амінокислот в молекулі інсуліну, вчені розрахували, якою має бути послідовність нуклеотидів в гені, що кодує цей білок, щоб вийшла потрібна послідовність амінокислот. «Зібрали» молекулу ДНК з окремих нуклеотидів у відповідності з певною послідовністю, «додали» до неї регуляторні елементи, необхідні для експресії гена в прокаріотів організмі E.coli, і вбудували дану конструкцію в генетичний матеріал цього мікроба. В результаті бактерія змогла виробляти два ланцюги молекули інсуліну, які можна було в подальшому з'єднати за допомогою хімічної реакції і отримати повну молекулу інсуліну.
Нарешті, вченим вдалося здійснити в клітинах E.coli біосинтез молекули проінсуліна, а не тільки її окремих ланцюгів. Молекула проінсуліна після біосинтезу здатна відповідним чином перетворюватися (формуються дисульфідні зв'язку між ланцюгами А і В), перетворюючись на молекулу інсуліну. Ця технологія має серйозні переваги, оскільки різні етапи екстракції та виділення гормону зведені до мінімуму. При розробці такої технології була виділена інформаційна РНК проінсуліна. Потім, використовуючи її в якості матриці, за допомогою ферменту зворотної транскриптази синтезували компліментарну їй молекулу ДНК, яка представляла собою практично точну копію натурального гена інсуліну. Після пришивання до гену необхідних регуляторних елементів і перенесення конструкції в генетичний матеріал E.coli стало можливим виробляти інсулін на мікробіологічної фабриці, по суті, в необмежених кількостях.
Виробництво трансгенних медичних препаратів
Для виробництва «трансгенних» медичних препаратів в даний час використовують не тільки спеціальним чином модифіковані мікроорганізми, а й культури клітин тварин. Так, біосинтез рекомбінантного фактора VIII людської крові дозволяє ефективно вирішувати проблему лікування хворих на гемофілію (знижена згортання крові). До цього фактор VIII виділяли з крові донорів, що пов'язано з ризиком зараження пацієнтів вірусними інфекціями типу гепатиту. Виробництво транс генного еритропоетину (гормону, що стимулює утворення червоних кров'яних клітин людини) допомагає боротися з різними анеміями. Раніше найбільш ефективним методом лікування анемії вважалося часте переливання донорської крові, обходиться дуже дорого і також пов'язане з ризиками.
Промисловий біотехнологічний синтез. Мікроорганізми широко використовуються для промислового виробництва органічних розчинників (ацетону й бутанолу), амінокислот, кормових білків, ферментів, антибіотиків, вакцин і інших препаратів, широко використовуваних у промисловості, виробництві кормів, сільському господарстві, медицині та ветеринарії.
Промислове виробництво антибіотиків. У другій половині ХХ сторіччя було відкрито низку терапевтично цінних антибіотиків з широким спектром антимікробної дії. Їхнє використання дало можливість ефективно боротися з мікроорганізмами — збудниками черевного тифу, дизентерії, холери, бруцельозу, туляремії, а також рикетсіями (збудниками черевного тифу) й великими вірусами (збудниками Psyttakoza, лімфогранулематозу, трахоми та ін.). На сьогодні кількість відомих антибіотиків перевищує 2000, але на практиці використовують близько 50 найменувань.
Біологічні методи боротьби із забрудненням навколишнього середовища
У 50-60-ті роки минулого століття, живі організми (мікроорганізми, водорості, вищі рослини тощо) почали широко використовувати в технологіях очищеннястічних вод і знезараження промислових відходів.
Нові форми маніпуляцій, що загрожують життю людей, виникли на основі генної інженерії, яка швидко розвивається. Генна інженерія – напрям молекулярної біології й генетики, який, розробляє лабораторні методи цілеспрямованого утворення організмів з новими комбінаціями спадкових властивостей, створення нових генетичних структур. Опанування сучасних біологічних і медичних технологій стало можливим через пізнання біохімічної структури носія спадкової інформації – ДНК, декодування її та опрацювання методів її модифікації із застосуванням технік біоінженерії. Ці відкриття дали змогу здійснювати біотехнологічні процеси спершу на окремо взятих клітинах, відтак на рівні тканин і органів.
З позиції персоналістичної біоетики такі дії оцінюються як моральні, бо служать на благо людини.
Проте генна інженерія створює також технології, що є далекосяжними у негативних наслідках, такі як клонування, технологія отримання стовбурових клітин ембріона людини, штучне запліднення, програмування людини з визначеними характеристиками, зі здібностями лише для вузької спеціалізації.
Надзвичайно небезпечною є генна терапія статевих клітин, бо вона пов’язана зі зміною геному в ряді поколінь, що може викликати непередбачені нові мутації і порушення рівноваги між людським суспільством і довкіллям.
Унаслідок генної інженерії нові мікроорганізми можуть набути незвичної патогенності або резистентності до певних лікарських речовин. Нині вкрай важко боротися з локальними вогнищами віспи, холери, чуми. Наслідки прориву захисних біологічних, природних бар'єрів патогенними рекомбінантними мікроорганізмами годі й уявити.
Тіло, і передусім його генетична програма, його генетичний код, в єдності з духом творить єдність особистості. Отже, будь-яке втручання в тілесну природу людини, а тим паче і в його генетичний код є втручанням у цілісність людської особистості і може бути виправдане лише у разі терапевтичної необхідності, інакше воно є проявом панування однієї людини над іншою. Етичний критерій ґрунтується на тому, що генетичний код становить основну глибинну структуру кожної людської особи і кожне втручання, яке може привести до знищення фізичної індивідуальності людського суб’єкта, є замахом на головну цінність і недоторканість людської особистості, створеної за образом і подобою Божою.
Інструкція "Donum Vitae" ("Дар життя") застерігає: “Певні спроби вплинути на хромосомну і генетичну спадковість, які не є терапевтичними, а націлені на продукування людських істот, відібраних щодо статі та інших наперед визначених якостей - такі маніпуляції суперечать гідності людини, її цілісності та ідентичності. Тому вони жодним чином не можуть бути виправдані можливими корисними наслідками для майбутнього людства”.
З погляду персоналістичної біоетики не можна допускати такі експерименти, які лише дуже невеликою мірою зумовлюють розвиток медичних наук, не стосуються потреб конкретних хворих людей і безпосередньо зачіпають гідність осіб, що беруть у них участь, порушують їх цілісність, нищать їхнє життя або створюють непропорційно великий ризик у досягненні очікуваних позитивних результатів.
Втручання генної інженерії у соматичні клітини етично дозволене, якщо потрібно модифікувати їх дегенерацію або ваду. Нетерапевтичне експериментування зі стовбуровими клітинами людського ембріона етично неприпустиме незалежно від його мети. Втручання на стадії ембріона є великою етичною проблемою, оскільки завжди є ризик знищити його фізіологічну цілісність та спокуса створювати ембріони для експериментування, що морально неприпустиме.
Генна інженерія вирішує завдання, пов’язані з діагностикою, терапією, продукуванням ліків, пошуками альтернативи, експериментуванням. З метою терапії втручання допустиме лише стосовно тої особи, яка потребує допомоги — не можна жертвувати одною людиною задля користі іншої. Етично прийнятне використання генної інженерії для синтезу гормонів, наприклад, інсуліну. У цих випадках виникають технічні та етичні проблеми, які стосуються передусім екології довкілля.
У всіх випадках втручання генної інженерії необхідно аналізувати критерій етичної дозволеності ― "не все, що технічно і науково можливе, етично дозволене". Цей критерій має бути індивідуалізований через раціональне міркування. Згідно з терапевтичною засадою можна пожертвувати частиною тіла, якщо це на користь цілій особі. Однак тут слід зважати на те, що тіло і дух є суттєвою єдністю особи, тобто людська реальність не обмежується лише тілом. Тому людський розум повинен захистити цілісність людини у її інтегральності. З цього випливають такі етичні засади:
- забезпечувати охорону життя і генетичну ідентичність кожного людського індивіда. Кожне втручання, що веде до знищення людського індивіда, навіть якщо воно здійснене для блага інших людей, є зневагою фундаментальної цінності людської особи;
- втручання здійснювати лише для виправлення вади чи усунення хвороби, яка не піддається лікуванню жодним іншим способом;
- дбати про охорону екосистеми як середовища, що важливе для життя і для здоров'я людини, бо все, створене Богом, є благом і має бути збережене;
- розуміти відмінність між людиною та іншими живими істотами, яка полягає у здатності до самосвідомості, свободи, відповідальності; людина не повиннабути засобом;
- забезпечення компетентної участі світової спільноти. Проблема втручання генної інженерії не може бути розв'язана лише науковцями чи політиками, тому що стосується майбутнього усього людства і вимагає відповідальної участі цілого суспільства.