Генная инженерия в быту и на службе у человека

Воронежская область
Новоусманский район
МОУ «Орловская СОШ»
Реферат по биологии
«Генная инженерия в быту и
на службе у человека».
Выполнила: уч-ца 10-го класса
Катаева Ирина
Учитель: Лунева Е.В.
Орлово, 2011 год.
2
СОДЕРЖАНИЕ
1. Цели реферата . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 - 4
3. Генная инженерия – ее история развития . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 - 6
4. Процесс клонирования. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 - 10
5. Продукты питания, модифицированные генной инженерией. . . . 10 - 18
А) генетически модифицированные культуры . . . . . . . . . . . . . . . . 10 – 15
1.А) Положительные аргументы сторонников генетической пищи
2.А) Отрицательное влияние ГМ – продуктов на живые организмы
Б) Устойчивость к антибиотикам. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 - 16
В) тестирование на безопасность ГМ – продуктов . . . . . . . . . . . . 16 - 18
6. Возможности генной инженерии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 - 21
А) В микробиологической промышленности.
Б) В сельском хозяйстве.
В) В медицине.
7. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 – 25
Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25
3
ЦЕЛИ РЕФЕРАТА:
1. Ознакомиться с понятием – генная инженерия.
2. Изучить различные направления генной инженерии.
3. Изучить продукты питания, модифицированные генной инженерией.
4. Сделать выводы о влиянии ГМО на человека и о проделанной работе.
Введение.
Генная инженерия - направление исследований в молекулярной биологии и
генетике, конечной целью которых является получение с помощью
лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не
встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. В
основе генной инженерии лежит обусловленная последними достижениями
молекулярной биологии и генетики возможность целенаправленного
манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. К этим достижениям
следует отнести установление универсальности генетического кода, то есть
факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот
в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями
нуклеотидов в цепи ДНК; успехи генетической энзимологии,
предоставившей в распоряжение исследователя набор ферментов,
позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или
фрагменты нуклеиновой кислоты, осуществлять in vitro синтез фрагментов
нуклеиновых кислот, объединить в единое целое полученные фрагменты.
Таким образом, изменение наследственных свойств организма с помощью
генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов
нового генетического материала, введение этого материала в рецепиентный
организм, создания условий для его функционирования и стабильного
наследования.
3
На сегодняшний день генная инженерия достигла больших успехов в разных
областях деятельности, меня это заинтересовало. Я решила подробнее узнать
историю развития и отрасли генной инженерии.
Генная инженерия – ее история развития.
Генетическая, или генная, инженерия - это раздел молекулярной генетики,
связанный с созданием искусственных генетических программ, способных
работать в живой клетке и производить различные продукты. Эти
программы можно создавать, комбинируя имеющийся генетический материал или синтезируя новые гены.
Фактически история генной инженерии начинается с 1953 г., когда
Уотсон и Крик открыли двухцепочечную структуру ДНК, а Сэнгер
установил полную структуру белка инсулина. Уже через три года Сирс
успешно переносит кусочек хромосомы дикого злака в хромосому пшеницы
и получает в результате форму пшеницы, устойчивую к листовой ржавчине.
В 1963 г. был расшифрован код ДНК, и в общих чертах стал ясен
молекулярный
механизм
наследования
признаков.
Сразу
же
была
сформулирована новая проблема: а нельзя ли вмешаться в этот механизм,
исправить или дополнить его или вообще создать искусственные гены путем
химического синтеза? Ученые с энтузиазмом берутся за дело, и к началу
1970-х гг. уже активно ведутся работы по двум направлениям: создание
новых генов химическим путем и получение комбинантных генетических
программ из природных материалов.
Официальной датой рождения генной инженерии считается 1972 г., так
как в этом году в лаборатории Берга (США) была получена in vitro
гибридная, или рекомбинантная, ДНК, состоящая из фрагментов ДНК
вируса, бактерии и фага. С этого момента начинается бурное развитие
генной инженерии не только как чисто научного направления, но и как важнейшей практической производственной отрасли. Сотни ученых в разных
4
странах начали работы по расшифровке структуры белков и созданию новых
генов и их продуктов.
Уже в 1978 г. составлен первый компьютерный атлас белков, а к 1985 г.
созданы приборы для автоматического анализа генов и для автоматического
синтеза генов. Причем если в 1979г. Для синтеза гена длиной в 120
нуклеотидов требовалось два года, то в 1981 г. эту задачу можно было
решить за три дня.
Однако такое бурное вмешательство человека в святая святых природы
вызвало опасения у многих осторожных людей, которые справедливо
указывали на то, что последствия такого вмешательства непредсказуемы и
могут оказаться малоприятными для человека и для природы.
В 1974 г. было предложено ввести мораторий на работы с рекомбинантной
ДНК. Однако уже через год, в 1975 г., на Асиломарской конференции в
Калифорнии этот мораторий был прерван, и с тех пор ведутся интенсивные
научно-исследовательские работы по всем направлениям генной инженерии
и одновременно публикуются статьи о потенциальной опасности таких
работ. Несомненно, что правы обе стороны, но на настоящий момент реальные достижения генной инженерии гораздо весомее связанных с ней
предполагаемых опасностей.
Теория генной инженерии основывается на данных молекулярной
биологии о структуре ДНК и РНК, процессах трансляции и транскрипции.
Решить задачу создания, или рекомбинации, генов помогли следующие
открытия.
В 1950-х гг. Дж. Ледерберг в бактериальных клетках обнаружил плазмиды
- внехромосомные маленькие кольцевые молекулы ДНК, которыми бактерии
могут обмениваться.
Были выделены рестриктазы - ферменты, ускоряющие гидролиз, т.е.
"разрезание", ДНК в определенных местах с образованием фрагментов с так
называемыми "липкими концами". С помощью этих "липких концов" разные
кусочки ДНК, полученные с помощью рестриктаз, могут соединяться.
Процесс создания рекомбинантных ДНК, или генетических гибридов,
сложен и имеет много стадий. В общих чертах он сводится к следующему:
5
-
с помощью рестриктаз различные молекулы ДНК разрезаются с
образованием фрагментов с "липкими концами";
-
выбираются нужные фрагменты ДНК, которые после смешивания
склеиваются "липкими концами" с образованием гибридных фрагментов
ДНК;
-
полученные фрагменты ДНК вводятся в бактериальную плазмиду,
которую называют вектором. В результате получается гибридная структура:
плазмида, содержащая участок чужеродной ДНК;
-
гибридную плазмиду добавляют в культуру бактериальных клеток, и она
встраивается в геномы бактерий;
-
бактериальные клетки-хозяева начинают производить кроме своих
обычных продуктов еще и новый белок, закодированный в чужеродном
гене, или осуществлять какую-либо новую функцию.
Работы в области генной инженерии привели к значительным открытиям в
молекулярной биологии, например к открытию сложной структуры генов
эукариот (существование интронов и экзонов), к открытию транспозонов
(независимых элементов ДНК - генов, меняющих свое положение на
хромосоме) и др.
Методы генной инженерии могут найти применение в следующих
областях практической деятельности:
-
при
получении
лечебных,
диагностических
и
профилактических
препаратов в фармакологии;
-
в производстве биоматериалов для трансплантации и протезирования;
-
в производстве продуктов и добавок для пищевой и химической
промышленности;
-
в производстве инсектицидов, гербицидов, ферментов для сельского
хозяйства и других отраслей промышленности;
-
при создании новых сортов растений и пород животных;
-
при создании новых штаммов микроорганизмов, пригодных для очистки
окружающей среды от нефтепродуктов и других загрязнений, для
обогащения руд и т.д.
6
Процесс клонирования.
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. В
основе действия гена лежат его способность через посредство РНК
определять синтез белков. В молекуле ДНК как бы записана информация,
определяющая химическую структуру белковых молекул. 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. Изменения генов, прежде
всего, связано с преобразованием химической структуры ДНК. Информация
о структуре белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов,
реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой
молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной
7
ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав
образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает
новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке
начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у
организма новых свойств. 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. Этот процесс состоит из
нескольких этапов:
1. Рестрикция — разрезание ДНК, например, человека на фрагменты.
2. Лигирование — фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и
сшивают их.
3. Трансформация — введение рекомбинантных плазмид в бактериальные
клетки. (См. Приложение 1.)
Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные
свойства.
Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию
из многих тысяч потомков — клон.
4. Скрининг — отбор среди клонов, трансформированных бактерий тех,
которые плазмиды, несущие нужный ген человека. (См. Приложение 2.)
Весь этот процесс называется клонированием. С помощью клонирования
можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или
другого организма. Если клонированный фрагмент кодирует белок, то
экспериментально можно изучить механизм, регулирующий транскрипцию
этого гена, а также наработать этот белок в нужном количестве. Кроме того,
8
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.
Если ввести в генотип почвенных бактерий гены других бактерий,
обладающих способностью связывать атмосферный азот, то почвенные
бактерии смогут переводить этот азот в связанный азот почвы. Введя в
генотип бактерии кишечной палочки ген из генотипа человека,
контролирующий синтез инсулина, ученые добились получения инсулина
при посредстве такой кишечной палочки.
При дальнейшем развитии науки станет возможным введение в зародыш
человека недостающих генов, и тем самым позволит избежать генетических
болезней.
Эксперименты по клонированию животных ведутся давно. Достаточно
убрать из яйцеклетки ядро, имплантировать в нее ядро другой клетки, взятой
из эмбриональной ткани, и вырастить ее — либо в пробирке, либо в чреве
приемной матери. Клонированная овечка Доли была создана
нетрадиционным путем. Ядро из клетки вымени 6-летней взрослой овцы
одной породы пересадили в безъядерное яйцо овцы другой породы.
Развивающийся зародыш поместили в овцу третей породы. Так как
родившаяся овечка получила все гены от первой овцы — донора, то является
ее точной генетической копией. Этот эксперимент открывает массу новых
возможностей для клонирования элитных пород, взамен многолетней
селекции.
Ученые Техасского университета смогли продлить жизнь нескольких типов
человеческих клеток. Обычно клетка умирает, пережив около 7-10 процессов
деления, а они добились сто делений клетки. Старение, по мнению ученых,
происходит из-за того, что клетки при каждом делении теряют теломеры,
молекулярные структуры, которые располагаются на концах всех хромосом.
9
Ученые имплантировали в клетки открытый ими ген, отвечающий за
выработку теломеразы и тем самым сделали их бессмертными. Возможно это
будущий путь к бессмертию.
ПРОДУКТЫ ПИТАНИЯ, МОДИФИЦИРОВАННЫЕ МЕТОДАМИ
ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ.
Одна из важнейших проблем современности — повышение качества и увеличение количества продуктов питания. В последние годы все чаще их
получают, используя генетически модифицированные организмы: бактерии,
растения и животных.
Первыми коммерческими трансгенами были помидоры сорта «Flavr Savr»,
созданные компанией «Calgene» и появившиеся в супермаркетах США в
1994 г. Однако некоторые проблемы, связанные с их производством и
транспортировкой, привели к тому, что компания-производитель была
вынуждена уже через три года снять сорт с продажи. В дальнейшем были
получены многие сорта различных сельскохозяйственных культур с
искусственно измененным генетическим кодом. Среди них наиболее
распространена соя (коммерческое выращивание начато с 1995 г.), она
составляет свыше половины от общего урожая; на втором месте — кукуруза,
а за ними — хлопок, масличный рапс, табак и картофель.
Мировые лидеры в выращивании трансгенных растений — США,
Аргентина, Канада и Китай. В России уже существуют несколько
экспериментальных «закрытых» полей с генетически модифицированными
(ГМ) культурами.
Генетически модифицированные культуры используется для
производства, как продуктов питания, так и пищевых добавок. Например, из
сои получают соевое молоко, которое заменяет натуральное для многих
грудных детей. ГМ - сырье обеспечивает большую часть потребности в
растительном масле и пищевом белке. Соевый лецитин (Е322) используется
как эмульгатор и стабилизатор в кондитерской промышленности, а шкурки
10
соевых бобов — при производстве отрубей, хлопьев и закусок. Помимо
этого, ГМ - соя широко применяется в пищевой промышленности и в
качестве дешевого наполнителя. Она в значительном количестве входит в
состав таких продуктов, как хлеб, колбаса, шоколад и др.
Модифицированные картофель и кукурузу используют для приготовления
чипсов, а также перерабатывают на крахмал, который применяют в качестве
загустителей, студнеобразователей и желирующих веществ в кондитерской
и хлебопекарной промышленности, а также при производстве многих
соусов, кетчупов, майонезов. Кукурузное и рапсовое масло используют в
виде добавок в маргарин, выпечку, бисквиты и т.д.
Список продуктов, которые могут содержать или содержат ГМ компоненты с указанием компании-производителя, подготовлен
специалистами «Greenpeace». В него вошли шоколадные изделия компаний
Hershey's, Cadbury (Fruit&Nut), Mars (M&M, Snickers, Twix, Milky Way),
безалкогольные напитки от Coca-Cola, Pepsi, шоколадный напиток Nesquik
компании Nestle, йогурты Dan- one, чипсы, супы Campbell, соусы Knorr, чай
Lipton,жевательные резинки Stimorol, детское питание от компаний Nestle и
др.
Несмотря на то, что на мировом рынке все больше появляется продуктов,
полученных с использованием генетически модифицированных
источников, потребители все-таки настороженно относятся к ним и не
торопятся переходить на ГМ - продукты. Проблема продуктов питания,
модифицированных на основе генной инженерии, вызвала бурную
полемику в обществе. Главный аргумент сторонников генетической пищи
— характеристики самих сельскохозяйственных культур, которым
биоинженеры прибавили немало полезных для потребителя свойств. Они
менее прихотливы и более устойчивы к болезням, насекомым- вредителям,
а главное — к пестицидам, которыми обрабатываются поля и чей вред на
человеческий организм давно доказан. Продукты из них лучшего качества и
товарного вида, обладают повышенной пищевой ценностью и дольше
хранятся.
11
Так, из «улучшенных» генными инженерами кукурузы, соевых бобов и
рапса получается растительное масло, в котором снижено количество
насыщенных жиров. В «новых» картофеле и кукурузе больше крахмала и
меньше воды. Такой картофель при жарке требует немного масла, из него
получаются воздушные чипсы и картофель фри, который сравнительно с
модифицированными продуктами легче усваивается. «Золотой» рис,
полученный в 1999 г., обогащен каротином для профилактики слепоты у
детей развивающихся стран, где рис — основной продукт питания.
Генетически модифицированные культуры отличаются повышенной
урожайностью (на 15—25%) и способны спасти увеличивающееся население планеты от неминуемого голода. Генно-инженерный способ
создания сельскохозяйственных культур рассматривается его
разработчиками как усовершенствованное скрещивание, которое
значительно сокращает сроки создания улучшенных растений.
Несмотря на все положительные аргументы у новой технологии нашлось
немало противников, считающих, что ее нельзя уподоблять ни одному из
предыдущих вмешательств в природное устройство живых организмов, в
том числе и скрещиванию. Основная причина в том, что в рамках
традиционной селекции оно проводилось между сортами одного или
нескольких близких видов, а генно-инженерные манипуляции перемещают
гены от одних видов в другие и нарушают все установленные природой
границы между живыми организмами.
Такая пересадка генов приводит к появлению принципиально новых форм
растений с измененной программой наследственности, в клетках которых
непредсказуемо могут начать синтезироваться какие-либо опасные для
здоровья человека вещества (токсины, аллергены и др.). Это изменит как
свойства самих сельскохозяйственных растений, так и качество продуктов
питания, которые из них получают.
Основной вопрос: безопасны ли для человека продукты питания,
полученные на основе генетически модифицированных источников, —
остается без однозначного ответа. Хотя в последние годы стали известными
12
результаты некоторых исследований, которые свидетельствуют о том, что
ГМ - продукты отрицательно влияют на живые организмы.
Так, британский профессор Ар п а д П уштай (Arpad Pusztai), работавший
в Государственном Институте Роветт (Rowett) города Абердин, в апреле
1998 г. заявил в телевизионном интервью, что проведенные им
эксперименты выявили необратимые изменения в организме крыс, питавшихся ГМ - картофелем. Они страдали угнетением иммунной системы и
различными нарушениями деятельности внутренних органов. В феврале
1999 г. независимая группа из 20 известных уч е н ы х после тщательного
изучения опубликовала заключение о работе А. Пуштая, в котором
полностью подтверждалась достоверность полученных им результатов. В
связи с этим министр сельского хозяйства Великобритании был вынужден
признать эксперименты заслуживающими внимания и рассмотреть вопрос о
запрещении продаж ГМ - продуктов без всестороннего исследования и
предварительного лицензирования.
Компоненты, содержащиеся в ГМ - продуктах, могут быть не только
аллергенами, но и высокотоксичными, т.е. наносящими вред живому
организму химическими веществами. Так, через несколько лет применения
появились сообщения о серьезных побочных эффектах от использования
пищевой добавки, известной как аспартам (Е 951).
По химическому строению аспартам — метилированный дипептид,
состоящий из остатков двух аминокислот — аспарагиновой кислоты и
фенилаланина. Добавленный в пищу в ничтожных количествах, он
полностью заменяет сахар (слаще сахара почти в 200 раз). В связи с этим
аспартам относят к классу подсластителей, т.е. низкокалорийных веществ
несахарной природы, придающих пищевым продуктам и готовой пище
сладкий вкус. Часто подсластители путают с сахарозаменителями, которые
по химической природе представляют собой углеводы и обладают
повышенной калорийностью.
Аспартам на российском рынке можно встретить в составе многокомпонентных смесей подсластителей, таких, как «аспасвит», «аспартин»,
«сламикс», «евросвит», «сладекс» и др.
13
Долгие годы, считаясь совершенно безвредным веществом, аспартам был
допущен к применению в пищевом и фармацевтическом производстве
более чем в 100 странах мира. Его рекомендовали больным сахарным
диабетом, а также тем, кто страдал ожирением или опасался кариеса. Он
применяется при производстве более 5 тыс. наименований продуктов:
безалкогольных напитков («Coca-cola light», «Pepsi-cola light»), йогуртов,
молочных десертов, мороженого, кремов, жевательной резинки и др.
Особенно удобен аспартам для подслащивания пищевых продуктов,
которые не требуют тепловой обработки. Кроме того, его можно
использовать при моментальной пастеризации и быстром охлаждении. Однако в продуктах, которые подвергаются нагреванию, его применение
нецелесообразно. Это связывают с тем, что при всех замечательных
свойствах у данного подсластителя есть два недостатка: он плохо
растворяется в воде и не выдерживает высокой температуры. Сказанное
усложняет процесс приготовления пищевых продуктов и ограничивает
использование аспартама в таких областях, как хлебопекарная и другие
виды пищевой промышленности, где технологически требуется повышение
температуры.
При продолжительном воздействии температуры выше 30°С компоненты
аспартама разделяются, причем сладость теряется, кроме того, метанол
превращается в формальдегид. Последнее вещество с резким запахом
вызывает свертываемость белковых веществ и относится к категории
ядовитых. В дальнейшем из формальдегида образуется муравьиная кислота,
вызывающая нарушение кислотно-щелочного равновесия. Метаноловая
токсичность по симптомам похожа на рассеянный склероз, поэтому
больным нередко ошибочно ставили этот диагноз. Однако если рассеянный
склероз не является смертельным диагнозом, то метаноловая токсичность
смертельна.
Образующийся фенилаланин способен оказывать чрезвычайно тяжелое
токсическое действие, особенно на нервную систему. Существует
наследственное заболевание, обусловленное его избыточностью и известное как фенилкетонурия. Дети, родившиеся с названным наследственным
14
недугом, подвержены судорогам и страдают умственной отсталостью.
Причина этой болезни во врожденном дефекте фермента
фенилаланингидроксилазы. Последние достижения медицинской генетики
установили, что эффективно усваивать фенилаланин могут даже не все здоровые люди. Поэтому дополнительное введение в организм данной
аминокислоты не просто значительно повышает ее уровень в крови, а
представляет серьезную опасность для работы мозга. В связи со сказанным
аспартам противопоказан больным гомозиготной фенилкетонурией, и о его
присутствии должно быть указано на этикетке пищевого продукта. Однако
обычно запись «содержит фенилаланин, противопоказан для больных
фенилкетонурией» делается таким мелким шрифтом, что ее редко кто
читает. Но, тем не менее, аспартам — пока единственный генетически
созданный химический препарат на американском рынке, имеющий четкую
маркировку.
Устойчивость к антибиотикам — еще
одна широко обсуждаемая проблема, связанная с ГМ - пищей. В
биоинженерной технологии гены устойчивости к этим лекарственным
препаратам много лет используются в качестве маркеров при подготовке
векторных систем, трансформирующих растительные клетки. Так, при
выведении томатов сорта «Flavr Savr» использовался ген устойчивости к
канамицину, а генетически модифицированной кукурузы - к ампициллину.
К сожалению, до сих пор не найден способ удаления этих маркерных
генов после трансформации. Их наличие в ГМ - продуктах и вызывает
беспокойство медиков. Причина в том, что маркерные гены устойчивости к
антибиотикам по каким-либо причинам могут быть не переварены вместе
со всей остальной ДНК и попадут в геном бактерий, обитающих в
кишечнике человека. После выведения бактерий из организма с фекалиями
такие гены распространятся в окружающей среде и передадутся другим болезнетворным бактериям, которые станут невосприимчивыми к действию
антибиотиков этой группы. Появление подобных супермикробов может
привести к возникновению болезней, которые невозможно будет вылечить
имеющимися лекарственными средствами.
15
Распространение синдрома устойчивости к антибиотикам с участием ГМ продуктов выглядит реально. Ученые впервые экспериментально доказали
существование механизма неконтролируемого переноса генов из пищи в
геном бактерий микрофлоры кишечника человека.
Для испытаний были отобраны двенадцать здоровых добровольцев и семь
— с хирургически удаленной толстой кишкой. Их кормили гамбургерами и
молочными коктейлями, содержащими ГМ – сою. Анализ экскрементов
показал, что у здоровых людей кишечные бактерии не содержали
генетически модифицированной ДНК, а у троих добровольцев из второй
группы такие бактерии были обнаружены.
Полученные результаты британские ученые объяснили тем, что ДНК
может сохраняться в тонком кишечнике, но полностью разрушается при
попадании в толстый кишечник. Возможно также и то, что в кишечнике
людей с удаленной толстой кишкой вырабатывается меньше ферментов,
разрушающих ДНК.
Несмотря на доказанность существования механизма переноса генов,
отсутствие бактерий с рекомбинантной ДНК в экскрементах добровольцев
из первой группы позволило исследователям сделать вывод о том, что пока
нет явных свидетельств угрозы со стороны ГМ - сои здоровью человека.
Тестирование на безопасность ГМ - продуктов. Таким образом,
аргументы и сторонников, и противников генетической пищи пока
неоднозначны, так как достоверно не доказана как опасность ГМ - пищи,
так и ее безопасность. Тем не менее, все большее число сторонников
предпочитают «принцип предосторожности», которым руководствуется
Протокол по биобезопасности к Конвенции о биологическом разнообразии
ООН. В соответствии с ним прежде должна быть доказана безопасность
созданных генетическим путем организмов, а затем признана их
пригодность.
Однако, не оспаривая в целом значимость вывода о том, что генные
эксперименты нуждаются в предельной осторожности, необходимо
учитывать некоторую опасность ситуации. Ведь если продукт опасен, это
вполне можно доказать, если же он безопасен, абсолютное доказательство
16
этого невозможно. Поэтому решением многих проблем, касающихся ГМ продуктов, были бы разработка и внедрение приемлемых как для общества,
так и для производителей системы их тестирования на безопасность. Но
пока не существует совершенно надежных методов проверки на
безвредность.
Более 10% серьезных побочных эффектов от использования новых
лекарств остаются невыявленными. В связи с этим не случайно все больше
государств мирового сообщества отказывается от коммерческого
выращивания, ввоза и потребления продуктов, содержащих
рекомбинантную ДНК. Во многих странах частично или полностью
наложен запрет на ГМ - продукцию вплоть до того времени, пока она не
пройдет соответствующие испытания на безопасность. Помимо этого,
приняты законодательные акты, которые регламентируют обязательную
маркировку пищевых продуктов из ГМ - источников с целью более полного
информирования покупателя о происхождении приобретаемого товара, что
позволяет ему самостоятельно сделать свой выбор. Согласно правилам,
принятым в Европейском союзе, в продуктах питания разрешено
содержание только до 1 % генетически измененных компонентов без указания на этикетке.
В соответствии с Российским законодательством обязательной
маркировке подлежит продукция, в которой их содержание более 5%.
Для контроля за незаконным распространением ГМ - продуктов питания
используются разные методы их «генетической маркировки». Наиболее
эффективный из них разработали английские специалисты Национального
института сельскохозяйственной ботаники («National Institute of
Agrocultural Botany»). Этот метод основан на так называемых ДНК-метках.
Сущность его в том, что в геном всех ГМ - культур должны вводиться не
только «целевые» гены, обеспечивающие появление необходимых
признаков, но и некоторое количество последовательностей нуклеотидов,
по которым можно будет выявить факт генно-инженерной модификации
продукта. Более того, английские ученые разработали специальную
17
систему нуклеотидных кодов, позволяющих «записать» в геном
модифицированного продукта информацию о компании-производителе.
Организация «Врачи и ученые против генетически модифицированных
продуктов питания» требует даже объявить всемирный мораторий на
выпуск и продажу генетической пищи. Тем не менее, она по-прежнему
проникает в продажу без должной оценки на безопасность и даже без
маркировки. В соответствии с результатами лабораторных исследований,
проведенных организацией «GreenPeace», многие продукты питания в
России - одни из самых генетически «загрязненных» в Европе.
Возможная опасность ГМ-продуктов может проявиться, а может
оказаться сильно преувеличенной. В любом случае каждому россиянину
следует подумать о возможных непредсказуемых последствиях и самому
принять решение: употреблять генетическую пищу или нет.
ВОЗМОЖНОСТИ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ.
Области применения генной инженерии:
В микробиологической промышленности:
-
методы генетической инженерии используются для производства
аминокислот, белков, витаминов, ферментов, липидов, органических
кислот, пигментов, полисахаридов и растворителей, гербицидов и
инсектицидов.
-
бактерии с рекомбинантной ДНК могут обогащать бедные руды, то есть
извлекать из них медь, молибден, германий и т.п.;
-
бактерии с рекомбинантной ДНК используются для производства
метана из отходов целлюлозной промышленности;
-
бактерии с рекомбинантной ДНК используются для очистки воды от
нефтяных загрязнений.
18
В сельском хозяйстве:
-
созданы генноинженерные гибриды актиномицетов, которые могут
поселяться на бросовых землях (после разработки полезных ископаемых) и
восстанавливать их;
-
созданы трансгенные (т.е. несущие чужой ген) растения, устойчивые к
вирусам и к насекомым-вредителям;
-
созданы трансгенные растения с удлиненным сроком созревания плодов
(чтобы не перезревали при перевозке);
-
получены клеточные культуры растений с увеличенной плоидностью
для производства эфирных масел, алколоидов, опиатов, витаминов и т.п.
-
разрабатывается проблема создания азотфиксирующих растений, а
также растений, несущих животные гены, для получения лекарственных
препаратов.
В медицине:
Уже создано около 200 диагностических и около 100 лекарственных
препаратов.
Кроме того, разрабатываются методы генотерапии. К настоящему
времени известно более 4 тыс. наследственных заболеваний, многие из
которых можно было бы диагностировать на ранних стадиях беременности
или лечить с использованием методов генной инженерии. Активно ведутся
работы
по
излечению
генетических
заболеваний
путем
введения
нормальных генов в поврежденную клетку, и на этом пути уже достигнуты
некоторые результаты.
Разрабатываются методы создания биоматериалов для протезирования,
трансплантации, а также пригодных для использования в качестве
заменителей крови.
19
Использование генно-инженерных продуктов в медицине.
( См. Приложение 1)
В настоящее время фармацевтическая промышленность завоевала
лидирующие позиции в мире, что нашло отражение не только в объёмах
промышленного производства, но и в финансовых средствах, вкладываемых
в эту промышленность (по оценкам экономистов, она вошла в лидирующую
группу по объёму купли-продажи акций на рынках ценных бумаг). Важной
новинкой стало и то, что фармацевтические компании включили в свою
сферу выведение новых сортов сельскохозяйственных растений и
животных, и тратят на это десятки миллионов долларов в год, они же
мобилизировали выпуск химических веществ для быта. Добавок к
продукции строительной индустрии и так далее. Уже не десятки тысяч, а
возможно, 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.
Учёные занимаются поиском генов, кодирующих новые полезные
признаки. Ситуация в этой области меняется радикальным образом, прежде
всего, существованию публичных баз данных, которые содержат
информацию о большинстве генов, бактерий, дрожжей, человека и
растений, а также вследствие разработки методов, позволяющих
одновременно анализировать экспрессию большого количества генов с
очень высокой пропускной способностью. Применяемые на практике
методы можно разделить на две категории:
1. Методы, позволяющие вести экспрессионное профилирование:
субстракционная гибридизация, электронное сравнение EST-библиотек,
«генные чипы» и так далее. Они позволяют устанавливать корреляцию
между тем или иным фенотипическим признаком и активностью
конкретных генов.
20
2. Позиционное клонирование, заключается в создании за счет
инсерционного мутагенеза мутантов с нарушениями в интересующем нас
признаке или свойстве, с последующим клонированием соответствующего
гена как такового, который заведомо содержит известную
последовательность (инсерция).
Вышеназванные методы не предполагают ни каких изначальных сведений о
генах, контролирующих тот или иной признак. Отсутствие рационального
компонента в данном случае является положительным обстоятельством,
поскольку неограничен нашими сегодняшними представлениями о природе
и генном контроле конкретного интересующего нас признака.
Заключение
Главная стратегическая задача будущего сформулирована следующим
образом: изучить однонуклеотидные вариации ДНК в разных органах и
клетках отдельных индивидуумов и выявить различия между
индивидуумами. Анализ таких вариаций даст возможность не только
подойти к созданию индивидуальных генных портретов людей, что в
частности даст возможность лечить болезни, но и определить различия
между популяциями. А также выявлять географические районы
повышенного риска, что поможет давать чёткие рекомендации о
необходимости очистке территории от загрязнения и выявить производства,
на которых есть большая опасность поражение геномов персонала. Думаю
уже из этого можно сделать выводы, что генная инженерия стала
неотъемлемой частью нашей жизни и в будущем поможет продвинуться
вперед.
Таким образом, в настоящее время генетическая инженерия - одна из
наиболее перспективных отраслей, как в науке, так и в производстве.
21
Приложения.
Приложение 1.
Схема конструирования и переноса рекомбинантной ДНК в клетку
бактерии.
22
Приложение 2.
Схема опыта по обнаружению с
помощью радиоктивного зонда колоний бактерий, несущих искомый
ген.
Приложение 3.
Использование генно-инженерных продуктов в медицине.
продукт
Вакцины.
сфера применения генно-инженерных продуктов.
Искусственно полученные вакцины (первой была
получена вакцина против гепатита В) по многим
показателям лучше обычных вакцин.
23
Антикоагуляторы.
Факторы крови.
Активатор тканевого плазминогена (АТП),
активирует плазмин. Фермент, вовлечённый в
рассасывание тромбов; эффективен при лечении
больных инфарктом миокарда.
Фактор VIII ускоряет образование сгустков;
дефицитен у гемофиликов. Использование фактора
VIII, полученного генно-инженерными методами,
устраняет риск, связанный с переливанием крови.
Ростовые факторы иммунной системы, которые
стимулируют образование лейкоцитов. Применяют
Факторы,
стимулирующие
для лечения иммунодефицита и борьбе с
образование колоний.
инфекциями.
Эритропоэтин.
Ростовые факторы.
Стимулирует образование эритроцитов.
Применяют для лечения анемии у больных с
почечной недостаточностью.
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.
Моноклональные
антитела.
Активируют и стимулируют работу различных
типов лейкоцитов. Возможно применение при
залечивании ран, при заражении ВИЧ, раковых
заболеваний, иммунодефиците.
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.
24
Предотвращает поражение тканей реактивными
оксипроизводными в условиях кратковременной
Супероксид дисмутаз. нехватки кислорода, особенно в ходе хирургических
операций, когда нужно внезапно восстановить ток
крови
Литература
1 . Бо г д а н о в А . А., М е д н и к о в Б .М . Властьнад геном. — М.:
Просвещение, 1989.
2. Бо г д а н о в В . Рыбопомидор от Франкенштейна // Российская аграрная
газета. — 2003. — №5(8).
3.В а к ул а В . Биотехнология: что это такое? — М.: Молодая гвардия,
1989.
4 . Г р и н Н. , С т а ут У., Т е й ло р Д . Биология. В З т. - М .: Мир, 2001.
Короли и капуста: что они никогда не расскажут о генной инженерии /
Под ред. Колесникова В.Б. и др. - М.: МсоЭС, 2000.
5.Общая биология / Под ред. Рувинского А.О. — М.: Просвещение, 1993.
6 . С к ла д н е е Д.А. Что может биотехнология? — М.: Знание, 1990.
7 . С к ур и х и н И. М . , Не ч а е в А .П . Всё о пище с точки зрения химика:
Справ, изд. — М.: Высш. шк. 1991.
8 . Ч е р н и н JI.C. Первые шаги в будущее: генная инженерия растений. —
М.: Агропромиздат, 1990.
25