Қазіргі гендік инженерия және тағам өндірісі

Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі.

Әл Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті.

 

 

 

 

Қазіргі гендік инженерия  және тағам өндірісі.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

Жоспар: 

І. Кіріспе 
 ІІ. Негізгі бөлім

                     а)Гендік инженерия

                     ә) Гендік инженерияның мақсаты мен міндеттері

                     б) Генетикалық модификациялық  тағамдар және олардың қолданылу  аясы

                    в) ГМО-ның пайдасы мен зияны

                    г) Трансгенді организмді алу  әдістері

                    д) Тағам өндірісінде гендік инженерияның мүмкіндіктері мен жетістіктері

ІІІ. Қорытынды бөлім 
Қолданылған әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Генетика –кез келген тірі организмдердердің қасиеттерін тұқым қуалаушылық пен өзгергіштікті зерттейтін ғылым. Тұқым қуалау жөніндегі ғылым 1865 жылы пайда болды.

Жалпы микроорганизмдер мен  вирустар генетикасы жалпы генетиканың  ерекше саласы ретінде өткен ғасырдың 40 жылдары қалыптасты. Бұл саланың  пайда болуына үлкен әсерін тигізген Р.Муреи мен М.Дельбрюктың 1943 жылы шыққан вирусқа сезімді бактериялардан вирусқа төзімді бактериялар  пайда болады деген мақаласы болды. Сонымен қатар 1952 жылдары бактериялардың генетикалық рекомбинация жолдары  ашылды. Генетикалық рекомбинация арқылы бактериялардың ДНҚ лары гендер мен  алмасатындығы, нәтижесінде хромосомада  гендердің жаңа қисындасулары пайда  болатындығы анықталды.

Гендік инженерия - биотехнологияның негізгі құрамдас бөлігі болып табылады.  Гендік инженерия 70 –ші жылдары қалыптасты, бүгінгі таңда үлкен жетістіктерге жетті. Гендік инженерия әдістері бактериялардың, ашытқылардың және сүтқоректілердің клеткаларын өзгертіп кез келген белокты синтездейтің масштабты "фабрикаларын" құрайды.

          Гендік инженерияның мақсаты мен міндеттеріне өсімдіктерде бар қасиеттерін жақсартумен қатар, өсімдікте жоқ қасиеттерді, мәселен медицинада,микробиологияда  химиялық және т.б. өндіріс салаларында қолданылатын жаңа қосылыстарды синтездейтін трансгенді өсімдіктерді алу көзделген.

Қазіргі уақытта  гендік инженерия ұшқыр дамып  келе жатыр және дүкен сөрелері мен  дастарханымыздағы тамақ өнімдерінің  көпшілігі генетикалық модификацияланған  құрамдас бөліктерді пайдалану арқылы дайындалады. Солай бола тұрса да, генетикалық модификацияланған өнімдердің адам ағзасына тигізер әсері соңына дейін зерттеліп біткен жоқ және тиісінше, оны қолдану-қолданбауды әр ел өзінше шешу үстінде. Бүкіл әлем бойынша ГМО( генетикалық модификацияланған организмдер) туралы әртүрлі пікірлер айтылып, олардан алынған өнімдердің (ГМӨ– генетикалық модификацияланған өнімдер) адам денсаулығы мен сыртқы ортаға зиянды-зиянсыздығы туралы қызу айтыс жүріп жатыр. АҚШ-да мұндай өнімдер толық еркін түрде өндіріліп, пайдаланылса да, Еуропа бұл мәселеге аса сақтықпен қарайды. Ресей Федерациясында соңғы жылдары бұл мәселеге өте мұқият қарауда. Ресей ғалымдары тәжірибелердің бірінде егеуқұйрықтардың бірін кәдімгі, екеншісін трансгенді соямен қоректендірген. Нәтижесінде трансгенді соямен қоректенген егеуқұйрық ары қарай ұрпақ жалғастыра алмайтын әлсіз ұрпақты дүниеге әкелген.  
        Қазіргі уақытта біздің базарларымыз шетел тауарларына толы. Түріне қарасаңыз айтарлықтай тартымды. Алайда, олардың адам денсаулығына қалай әсер ететіні жөнінде еш нәрсе белгісіз. Оның үстіне өндірушілер жемістері бұзылмауы үшін алдын ала парафинмен және өзге де химикаттармен қаптайды. Генетикалық модификацияланған азық-түліктерді арнайы лабораториялық тексерусіз анықтау қиын. Түр түсі әдемі , кемшілігі жоқ жеміс пен көкөністерге мұқият болғандарыңыз жөн. Табиғи дүниелердің кемшіліктері болғаны заңдылық..  
        Өсімдіктерді генетикалық модификациялау өткен ғасырдың 80-і жылдарында АҚШ та басталды. 90-жылдардың басында американың егістік алқаптарында алғашқы трансгенді дақылдар пайда болып, өзінің бағасының арзан болуына, әртүрлі ауруларға төзімділігі және мол өнімділігіне байланысты ауыл шаруашылық өндірушілердің арасында кең өріс ашты. Соңғы 9 жыл ішінде трансгенді өсімдіктердің егістігі 40 есе көбейіп, қазір әлемде 70 миллион гектардан астам алқапқа себілуде. Жыл сайын ГМО дақылдарының егістік көлемі 8-10% -ға артып келеді. Оның басым бөлігі АҚШ пен Канадада өсіріледі. АҚШ, Канада, Румыния, Болгария, Испания, Аргентина, Бразилия, Уругвай, Индия, Австралия, Филиппин, Оңтүстік Африка, Жапония елдерінде 7 миллион фермер ГМО пайдаланады екен. Қытай трансгенді өсімдіктерді өсіру ауыл шаруашылығының басым бағыттарының бірі деп танып отыр. 2015 жылға таман Құрама Штаттарда өндірілетін барлық тағамдық өнімдер генетикалық модификацияланған компоненттерден тұрады деп болжанылуда. Сонымен, трансгенді өсімдіктерді жасау селекция мен өсімдік шаруашылығы саласындағы төңкеріс деп танылып отыр. Осы технологияны қолдану арқылы патогенді вирустарға, саңырауқұлақ және бактериялық инфекцияларға, зиянкес насекомдарға, суық пен құрғақшылыққа, сортаң топыраққа төзімді, А витамині көп және белогы сапалы болатын өсімдік сорттарын шығару мүмкін болып отыр. Осындай әдіспен қызанақтың пісіп жетілу мерзімін реттеуге болады, бұл жағдайда EFE (ethylene-forming enzyme) генімен жұмыс жасалады. EFE –гені этиленнің биосинтезіне қатысады.  Этилен – газ тәрізді гормон, ол жемістің пісіп жетілуін реттейді.

Астық тұқымдастарының қор  белоктарында  - лизин, треонин, триптофан, ал бұршақ тұқымдастарының қор белоктарында - метионин мен цистеин жеткіліксіз болады.  Белоктардың құрамын жеткіліксіз амин қышқылдарымен байыту амин қышқылдық дисбалансты жоюға мүмкіндік береді. Дәстүрлі әдістер арқылы астық тұқымдастардағы белоктарды лизинмен байыту жүзеге асырылған. Бұл жағдайда проламиндерді (астық тұқымдастардың спиртте еритін белоктары)   құрамы лизинге бай басқа белоктармен алмастырылған.  Әйтсе де ондай өсімдіктердің дәндері майдаланып, түсімі төмендеген. Осыған орай, ғалымдар проламиндер дәннің дұрыс қалыптасуына қажет және оларды басқа белоктармен алмастыру, өсімдік түсіміне кері әсер ететді деген тұжырым жасаған және де Жүгерідегі қор ретінде жинақталатын белок зеиннің генін  Т-ДНҚ арқылы күнбағыс геномына ендірілген. Ол үшін агробактерия штамын қолданған, оның Ti-плазмидасына зеин геномын ендіріп, күнбағыстың сабағына енгізіп ісік тудырған. Түзілген бірқатар ісікте  жүгері генінен синтезделетін мРНҚ табылған, бұл дара жарнақты өсімдіктердің генінің транскрипциясы қос жарнақтыларда жүзеге асатындағын дәледейді.   Әйтсе де зеин белогы күнбағыс өсімдігінің ұлпаларында түзілмейтіні байқалған. Осыған байланысты гендік инженерияда белок құрамына кіретін амин қышқылдарының құрамын жақсарту мақсаты алға қойылған. Сондықтан,осы мәселелермен айналысатын ғалымдар қор ретінде жинақталатын белоктардың сапасын арттыру үшін құрамнда лизин мен треониннің жоғары  мөлшерімен ерекшеленбейтін, бірақ дәндердің қалыптасуы кезінде проламиндерді жартылай алмастыра алатын белоктарды іздестіру көзделген. Сондай-ақ, белгілі бір бактериялардың  гормоналды гендерін өсімдіктерге ендіру арқылы трансгенді өсімдіктер алу мәселесі де алға қойылаған. Мысалы,  . бактериялық iaaM гені ендірілген трансгенді (қарбыз, цитрус т.б.)  өсімдіктер партенокарпты өсімдіктер тәрізді,  жемістері дәнсіз немесе аз дәнді қасиетке ие болады.  Сондай-ақ, трансгенді өсімдіктер көптеген биологиялық активті өнімдерді, соның ішінде дәрі-дәрмектерді (мысалы, интерферон, инсулин), ауыр кеселдерге (мысалы В, С, А гепатиті және СПИД) қарсы жеуге жарайтын вакциндерді жасауға пайдаланылады деп күтілуде. Жоғарыда айтылған жұмыстардың нәтижесінде өсімдіктерден тіс жегін тудыратын Streptococcus mutans – бактериясына қарсы моноклоналды антиденелер алынған.  Келешекте осындай трансгенді өсімдіктер түзетін моноклоналды антиденелерді қолдану арқылы  тіс жегісіне қарсы тіс пасталарын алу өндірісі дамиды деген болжам бар.  Медицинада қолданылатын басқа да жануарлардың белоктарын, мәселен β-интерферонды да трансгенді өсімдіктерден алу мүмкіндігі бар. Сондай-ақ, трансгенді өсімдіктер арқылы алынған бактериалық антигендерді вакциналар алуға қолдану жолы алға қойылған. Мәселен, тырысқақтың (холера) уыдты емес β-токсин суббөлігінің олигомерін синтездейтін картоп алынған.  Оны тырысқақ ауруына қарсы арзан вакцина алуға қолдану мүмкіндігі зор.

       Алайда, осындай нәтижелерге қарамастан ГМО-ның емін-еркін таралуы бұқара халықты алаңдатып отыр. Әсіресе, Еуропа елдерінде мазасыздану күшті. Кейбір мамандардың пікірінше ГМО– дан төнетін қауіп өте көп, оны алдын-ала болжап айту мүмкін емес, сондықтан осындай жұмыстарға тиым салу керек дейді. Оған себеп ауыл шаруашылық және тағамдық өнімдерді шығару ДНК-ға әсер ету деңгейінде жүзеге асады. Кейбір ғалымдар трансгенозды кеңінен қолдану эволюциялық жағдайды күрт өзгертіп, соның нәтижесінде биосферада жүзеге асатын эволюциялық процесстердің жылдамдығы мен бағыттары айтарлықтай өзгеруі мүмкін дегенді айтады. 
Әзірге Қазақстанда бұл мәселе әлі жеткілікті көтеріле қойған жоқ. Оның себебі биотехнологияның бір саласы болып саналатын генетикалық инженерия ғылымының біздің елде әлі кенже қалуында болып отыр.  
«Гендік өзгеріске ұшыраған өнім тұтынушыларға пайдалануға берердің алдында көптеген лабараториялық тексерістен өткізіледі. Адам денсаулығына зияны бар ма ,жоқ па? Барлығы да қаралады. Ондай тексерістер жүргізілмей генетикалық модификацияланған азық-түліктер тұтынушыларға жіберілмейді. Үлкен айналымға шығарылмайды. Ал құрамында генетикалық инженерияның көмегімен алынған ингредиенттері бар өнімдерді міндетті түрде таңбалау талап етіледі. Онда трансгенді заттардың бар екені немесе жоқ екені көрсетілуі тиіс. Осылайша, азаматтарға таңдау құқығы беріледі. Егер сіз базарға немесе дүкенге барсаңыз, ондай таңбаланған бірде-бір өнім таппайсыз..» дейді Алматы облыстық санитарлық эпидемиялогиялық мемлекеттік қадағалау департаменті азық түлік обектілеріне жауапты бөлімі. 
          Азық-түлік өнімдерінің сапасы мен қауіпсіздігі туралы заңның елімізде 2004-жылы қабылданған Қазақстанда модификацияланған өнімдерді айқындайтын стандарттар жасалмаған. Ал қарапайым тұтынушылар не істеу керек. Генетикалық модификацияланған тамақ өнімдерін сатып алу керек па, жоқ па? 
         Әлемдік статистикаға сүйенсек соңғы 10 жылда асқазаны ауыратын адамдар саны Ресейде 5-6 есе , АҚШ пен Швецияда 3-5 есе күрт өскен. Ғалымдар бұны ГМӨ- ні пайдаланумен байланыстырады. Сонымен бірге ГМ азық-түліктерден аллергия да пайда болады.  
         Азық-түлiк аллергиясын әртүрлi өнiмдер шақыра алады, «бразилиялық жаңғақ» гені бар сояларды жасайды. Нәтижесінде пайда болған өсімдіктің құрамындағы белок күштi аллерген болып шықты. 
        Соя туралы.... 
        Ғалымдар жасаған тәжірибелер нәтижесі генетикалық модификацияланған сояның сүтқоректілерге аса зиян екені дәлелденіп көрсетілді. Ядролық жарылыстан кейін де аман қалатын тышқан мен егеуқұйрықтарды генетикалық модификациланған азық пен қоректіндіру нәтежиеснде олардың дене пішіні мен мидың көлемі кішірейген, ұрғашылардың дүниеге ұрпақ әкелу мүмкіндігі азайған. Соя ұны әрбір нан өнімдерінің , шоколад пен кәмпиттердің кейбір түрлерінң құрамында кездеседі. Ірімшік , айран өнімдері соя майысыз жасалмайды. Тіпті соя майы балалар тамағында бар болып шықты. Қазақстанның тұтынушылары лигасының тұтынушылар тобының атынан дүниежүзіне танымал «Нестле» компаниясы Қазақстан аумағында заңмен тыйым салынған дүние - құрамында генетикалық модификацияланған организмдері бар балаларға арналған және емдеу-профилактикалық мақсаттағы азық-түлік өнімін сатып отыр деп сотқа шағым түсірген кездері де болған. Балаларға арналған тағамдардың кері әсерін көргендер көп. Мысалы, Израильде 3 сәби өліп, 17 адамның жүйке жүйесі сыр берген. Олар қолданған балалар тамағының құрамында ГМ соя болған. Евроодақта сәбилерге арналған тамаққа бұрыннан тыйым салынған. Ал трансгендік сояның Отаны АҚШ та бұндай батыл қадамға әлі бара қойған жоқ. 
Әр адамның ағзасы әр түрлі. Генетикалық модификацияланған азық-түлік біреуде аллергия тудырып,немесе өзгеде аурулар пайда болса, енді біреулерге мүлдем әсер етпеуі мүмкін. ГМӨ ні пайдалану пайдаланбау әркімнің өз еркі. Бірақ ең басты принципті ұмытпаған жөн болар. Біз өзімізді ғана емес, ертеңгі ұрпақты ойлайық!!! 
         Дерек пен дәйек 
        1998 жылы британдық ғалым Арпад Пустаи атақты телебағдарламалардың бірінде айтқан сөздері көпшілік арасында үлкен шу шығарған. Арпад Пустаи картопты түрлі зиянды жәндіктерден сақтау үшін жұмыс істеген. Осы мақсатта ол картоптың құрамына бәйшешек гені енгізіледі. Арпад Пустаи телебағдарламада осы картоппен қоректендірген тышқандардың организмінде түрлі ауытқулар байқалады, ағзасындағы кейбір функциялардың жұмысы мен иммунитет жұмысы нашарлайды. Пустаи трансгендік азық түліктің денсаулыққа пайдасынан қарағанда зияны көп екенін шешімге келеді. Арпад Пустаиді теледидарға берген сұхбатынан 2 күн өткен онын істеген ісі нағыз ғалымға сай емес деген желеумен жұмыстан босатады. Оған тәжірибені дұрыс жүргізбеді және статистикалық мәліметіз жұмыс жасады деген айып тақты.

            Бүгінде әлемдегі елдердің көбісі гендік модификацияланған азық-түлік өнімдерін өндіреді. Қытай, Жапония, Корея, ал АҚШ мұндай гендік модификацияланған өнімдерді тіптен көп өндіруде. Жасыратыны жоқ, гендік модификацияланған тағам өнімдері жылдан-жылға еселеп өсіп келеді. Бұған қарсы адамдар да шығып жатыр. Кезінде селекция деген шығып, одан да жұрт ат-тонын ала қашып үріккен болатын. Бүкіл дүниежүзі бұған қарсылық танытқан. Дегенмен де, гендік модификация тағамның жаңа қасиетін жасап шығаруға мүмкіндік береді. Мәселен, тағамның кейбір түрлерінен инсулин жасап шығаруға болады. Сондай-ақ кейбір көкөністерде С дәрумені жасалынбайды. Қазір осы гендік модификацияның себебінен С дәрумені жасалынатын болды. Бұған қоса, гендік модификация қауіпті көрсеткіштерді азайтатын болды. Соңғы уақыттарда қызанақтың қадір-қасиеті жарты есеге дейін төмендеп кетті, құнары қаша бастады. Ал гендік модификация қызанақтың құнарын біршама жоғарылатып берді. Мәселен, қызанақ тоңазытқыштың өзінде екі-үш күнге дейін шыдай алмайды, ал гендік модификацияланған қызанақ қаншама уақыт бойы бөлменің температурасында-ақ сақтала береді. Гендік модификацияланған өнімдерден адам ағзасына қауіп жоқ.Өйткені адамның да, жануарлардың да ағзаларында сырттан келетін зиянды заттардан сақтайтын төрт дәрежелі қорғаныс бар. Адам ағзасына қауіпті әрі зиянды деген заттар осы төрт "сүзгіден" өте алмайды. Гендік модификацияланған тағамдардан үркетіндер "бұл тағамдар біздің генімізге әсер етеді" деп ойлайды. Генге әсер ету үшін оған үлкен гендік инженерия қажет. Әйтпесе генді радиациямен не химиялық жолмен ғана зақымдай аламыз. Генді зақымдау оңай шаруа емес. Сондықтан да ондай тағамдардан қауіптенуге болмайды.

           Енді жалпылама трансгендік организм туралы айтатын болсақ. Трансгендік организм-геномына басқа организмнің гені жасанды түрде енгізілген  тірі организм. Ген қожайын геномына генетикалық конструкция  түрінде,яғни белокты кодтайтын аймағы, реттеуші элементтері (энхансер,промотор) бар ДНҚ тізбегі түрінде енгізіледі. Генетикалық конструкцияда бірнеше ген болады, көбінесе ол бактериалды плазмида болып табылады.

Трансгенді организмдерді  жасаудағы мақсат-жаңа қасиеттері бар организм түрлерін алу.

     Трансгенді организмдердің қолданылу салалары:

-Ғылыми эксперименттерде трансгенді организмдер жасау технологиясын дамыту үшін, арнайы гендер мен белоктардың маңызын анықтау үшін

-Ауыл шаруашылығында өсімдіктердің жаңа сорттары мен жануарлардың жаңа түрлерін алу үшін

-Биотехнологияда белоктар мен плазмидалар өндірісінде қолданады.

-Қазіргі кезде трансгендік бактерия штаммдарының көп мөлшері,трансгендік жануарлар мен өсімдік линиялары алынуда.

Барлық тірі организмде өзіне  тән ген жиынтығы болады,сол генде  оның қасиеттері жазылады.Бір организмнің геномын басқа бір организмнің геномына салсақ ол мүлдем жаңа қасиеттерге ие болады,мысалы:помидорға арктикалық камбаланың генін салғанда ол суыққа төзімді болады.

Трансгенді организм алу технологиясы

          Рестрикциялаушы нуклеазалармен ДНҚ спецификалық ыдырату негізінде жеке гендерді бөліп алу мен манипуляцияларды жасауды жеңілдетеді; Тазартылған ДНҚ фрагментінде барлық нуклеотидтерді жылдам секвенирлеу, бұл гендердің шекалраларын және амин қышқылдардың тізбектелу ретін анықтауға мүмкіндік береді;

           Рекомбинантты ДНҚ құрастыру

           Нуклеин қышқылдарын бұдандастыру, РНҚ мен - ДНҚ спецификалық тізбектелуін үлкен дәлдікпен анықтау, бұл олардың нуклеин қышқлыдардың комплементарлы тізбектелуін байланыстыра алатын қабілетіне негізділген;ДНҚ клондау: in vitro жағдайында амплификациялау, бұл  полимеразалық тізбектік реакция немесе ДНҚ фрагментін бактериялық клеткаға ендіру нәтижесінде оның көбейіп, миллиондаған көшірмелерінің пайда болуы;

            Рекомбинантты ДНҚ ны клеткаға немесе организмге ендіру

            Белгілі бір қасиеттерге жауап беретін ген осы қасиеттерді қажет ететін организмге салынады. Рестриктаза ферменті ДНҚ-ны кеседі де,қажетті генді бөліп алады. Бұл гендерді өзінің ДНҚ-сын өсімдік геномына енгізуге қабілетті agrobacterium tumefaciens бактериясының сақиналы ДНҚ-сына саламыз.

Трансгенді өсімдіктерді алудың бірінші толқыны өсімдіктердің әр түрлі  ауруларға, гербицидтерге, түрлі стрестік факторларға төзімді және сақталу уақытын ұзарту т.б. қасиеттерін арттыру мақсатта жасалған. Гербицидке төзімді өсімдіктер. Гербицидтер арам шөптердің өсуін тежеумен қатар мәденилендірілген өсімдіктердің өсуін тежейтіні белгілі. Бүгінгі таңда қолданылатын жоғары эффективті гербицидтерге – глифосат және атразиндер  жатады.  Бүгінгі күні кеңінен қолданылатын атразинге төзімді өсімдіктердің биотиптері табылған.  Олардың гербицидтерге төзімділік механизмдерін зерттеу арқылы гендік инженерия әдісінің негізінде мәденидендірілген өсімдіктердің  гербицидтерге төзімді түрлерін шығару көзделіп отыр. Бұл зерттеулерге төмендегідей сатылар кіреді: өсімдік клеткасындағы гербицидтердің биологиялық нысандарын айқындау: гербецидтерге төзімді орагнизмдерді сұрыптап алу және оларды гендер көзі ретінде пайдалану, гендерді клондау,  оларды өсімдіктерге ендіру және олардың функционалдық қасиеттерін зерттеу.  Өсімдіктердің гербицидтерге төзімділігін арттыратын 4 механизмі бар. Олар:  транспорттық, элиминациялық, регуляциялық және байланыстық. Транспорттық - гербицидттің клеткаға ене алмау механизмі; Элиминациялық – клеткаға енген гербицид клетканың ішінде түзілетін факторлармен, яғни, деградациялаушы ферменттермен бұзылуы, сондай-ақ,  клеткада гербицидтер модификацияланып қауіпсіз қосылысқа айналуы. Регуляциялық – клетканың резистентті белогы немесе ферменті гербицидтің әсерімен ырықтанып, көп мөлшерде синтезделіп, клеткадағы дефицитті метаболитты синтездеу. Байланыстылық механизмі гербицид нысанмен (белок или фермент), әрекеттескенде, соңғылардың құрылыстарының өзгеруі. Гербицидке төзімділік қасиеті моногенді болып табылады, яғни бір генмен ғана орындалады.  Бұл гендік инженерия әдістері арқылы гербицидке төзімді өсімдіктерді алуға көптеген жеңілдіктер тудырады.  Дәстүрлі селекциялық әдістермен гербицидтерге төзімді сорттарды алу өте ұзақ және оң нәтижелі бола бермейді.