Генная инженерия

Генная  инженерия

Под генной (генетической) инженерией подразумевают целый комплекс технологий, методов, процессов, посредством которых  получают рекомбинантные (созданные благодаря биотехнологии на основе ДНК) РНК и ДНК, а также гены из клеток организмов, осуществляют различные манипуляции с генами и вводят их в другие организмы. Генная инженерия не является наукой – это только набор инструментов, использующий современные достижения клеточной и молекулярной биологии, генетики, микробиологии и вирусологии.

Работы по изменению существующих органических форм стали возможны только после того, как в 1953 году была расшифрована молекула ДНК. Человек наконец понял сущность гена, его значение для белков, прочитал код геномов живых организмов и естественно не стал останавливаться на достигнутом. В душах людей возникло сильное желание «творить» животный и растительный мир планеты по своему усмотрению.

С поразительной настойчивостью и  упорством человек стал добиваться поставленной цели и к концу первого  десятилетия XXI века достиг очень многого. Он научился выделять ген из организма  и синтезировать его в лабораторных условиях; освоил технологии видоизменения  гена для придания ему нужной структуры; нашёл способы введения в ядро клетки преобразованного гена и присоединения  его к существующим генетическим образованиям.

Это сложнейшие технологии: они не имеют аналогов в окружающем мире. Ведь ген, молекула ДНК, ядро клетки представляют из себя микроскопические объекты, к которым невозможно подступиться со скальпелем, пинцетом или каким либо другим инструментом. Даже подковать блоху в тысячу раз легче, чем произвести определённые манипуляции, скажем, с тем же самым геномом.

Всё это стало возможно благодаря ферментам – образованиям на основе белка, отвечающим за организацию работы клетки. В частности можно назвать такие ферменты, как рестриктазы. Одна из их функций – защита клетки от инородных генов. Чужая ДНК разрезается этим надёжным стражем на отдельные части, причём существует множество различных рестриктаз, каждая из которых наносит удар в строго определённом месте.

Подобрав набор таких ферментов, можно без труда расчленять молекулу на требуемые участки. Затем необходимо их соединить, но уже по новому. Тут помогает природное свойство генетического материала воссоединяться друг с другом. Помощь в этом оказывают также ферменты лигазы, задача которых заключается именно в соединении двух молекул с образованием новой химической связи.

Непохожий ни на что гибрид создан. Представляет он собой молекулу ДНК, несущую новую генетическую информации. Такое образование в генной инженерии  называют вектором. Его главная задача – передача новой программы воспроизводства  намеченному для этой цели живому организму. Но ведь последний может её проигнорировать, отторгнуть и руководствоваться только родными генетическими программами.

Такое невозможно, благодаря явлению, которое носит названиетрансформация у бактерий и трансфекция у человека и животных. Суть его заключается в том, что если клетка организма поглотила свободную молекулу ДНК из окружающей среды, то она всегда встраивает её в геном. Это влечёт за собой появление у такой клетки новых наследственных признаков, запрограммированных в поглощённую ДНК.

Поэтому, чтобы новая генетическая программа начала работать, необходимо только одно, – чтобы она оказалась  в нужной клетке. Это сделать не просто, так как такое сложное  образование, как клетка, имеет множество  защитных механизмов, препятствующих проникновению в неё чужеродных объектов.

Любые преграды можно обойти. Для  начала маленькие – к примеру, введение чужеродных генов в бактерии. Здесь, в качестве вектора, вполне можно  использовать плазмиду – кольцевую молекула ДНК малых размеров, располагающуюся в клетках вне хромосом и несущую дополнительные половые признаки. Бактерии постоянно обмениваются плазмидами, поэтому не составляет никакого труда перепрограммировать указанную молекулу и направить в клетку.

Значительно более трудно ввести готовый ген в наследственный аппарат клеток растений и животных. Здесь на помощь приходят вирусы – генетические элементы, одетые в белковую оболочку и способные переходить из одной клетки в другую. Для такой работы прекрасно подходят молекулы ДНК вирусов – фаги. Их «переделывают» под нужные параметры и включают в генетический аппарат животного или растительного организма.

Всё, дело сделано. Внедрённый генетический код начинает работать. Иногда бывают сбои, если часть генов новой ДНК  окажутся «молчащими». Таких много  в каждом организме. У одних живых  существ они прекрасно функционируют, у других же не проявляют себя никак. Видимо прекращают свою деятельность при утере той или иной особью каких-то качеств в процессе эволюции.

Накладки и недоработки учитываются  и тщательно анализируются. Непрерывно идут работы, изучающие различные  комбинации генов: удаление части их из молекулы или наоборот – добавление составляющих, совсем не свойственных данному живому организму.

Рассматриваются вопросы корректировки  механизмов, отвечающих за процесс  преобразования наследственной информации ДНК в такой функциональный продукт, как РНК или белок. Всё это  обеспечивает высокую эффективность  и качество конечных результатов  по генетической модернизации окружающего  мира.

Достиженияы генной инженерии

В наши дни успехи и достижения видны невооружённым глазом. Если рассмотреть такую сферу человеческой деятельности, как сельское хозяйство, то здесь генная инженерия добилась самых впечатляющих результатов.

С начала 80-х годов получено множество геномодифицированных сортов зерновых культур. На конец первого десятилетия XXI века ими засеяно 120 млн. га. земельных угодий по всему миру. Отмечен высочайший уровень урожайности, его потрясающая устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям и полное отсутствие паразитов, пожирающих необходимые для людей злаки.

Выведены невиданные раньше сорта  картофеля, кукурузы, сои, риса, рапса, огурцов. Количество видов растений, к которым успешно применены  методы генной инженерии, превышает  цифру 50. Трансгенные плоды имеют более длительный срок созревания, чем обычные культуры. Этот фактор прекрасно сказывается при транспортировке, когда не надо бояться, что продукт перезреет.

Отпадает надобность в селекции, с её ограниченными возможностями  получения гибридов только от одних  и тех же организмов. Генная инженерия  может скрещивать помидоры с картошкой, огурцы с луком, виноград с арбузами – возможности здесь просто потрясающие. Размеры и аппетитный свежий вид полученного продукта могут приятно удивить любого.

Скоро прикажут долго жить химические средства борьбы с вредными насекомыми. Слова инсектициды, акарициды, пестициды будут надёжно забыты, так как внедрённые в растительную клетку овоща, фрукта или зерновой культуры молекулы ДНК, определённых видов бактерий, уничтожат и колорадского жука, и хлопковую совку, и листовёртку, и многих-многих других вредителей сельскохозяйственных угодий. Это сэкономит огромные средства на опыление полей, резко снизит другие затраты и соответственно понизит себестоимость конечного продукта.

 
Достижения генной инженерии

Животноводство также  находится в зоне интересов генной инженерии. Исследования по созданию трансгенных овец, свиней, коров, кроликов, уток, гусей, кур считаются в наши дни приоритетными. Здесь большое внимание уделяется именно животным, которые вполне могли бы синтезировать различные лекарственные препараты: инсулин, гормоны, интерферон, аминокислоты.

Так генетически модифицированные коровы и козы могли бы давать молоко, в котором содержались бы необходимые  составляющие для лечения такого страшного заболевания, как гемофилия. Инсулин, антитрипсин тоже можно получать из питательной белой жидкости. Не надо забывать и о стоимости. Создание такого типа биологических лекарств обойдётся раз в 20 дешевле, чем производство соответствующих медикаментов при помощи традиционной химии.

Успешно ведутся работы по регулированию  обмена веществ, от которого напрямую зависит продуктивность. В овцеводстве  вполне реально создать животных, предрасположенных к быстрому росту  шерсти. Массовое выведение более  крупных пород свиней – дело ближайших  лет. То же касается и домашней птицы.

Не надо сбрасывать со счетов и  борьбу с опасными вирусами. Генетически  устойчивая к различным заразным заболеваниям живность уже существует и очень комфортно чувствует  себя в окружающей среде. К таковым  можно отнести кроликов, которые  стали забывать, что такое лейкозом.

Но самое наверное перспективное в генной инженерии – это клонирование животных. Под этим термином понимается (в узком смысле этого слова) копирование клеток, генов, антител и многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Такие экземпляры генетически одинаковы. Наследственная изменчивость возможна только в случае случайных мутаций или, если создана искусственно.

 
Овечка Долли

Благодаря клонированию можно воспроизводить очень ценные с той или иной точки зрения особи. Это могут  быть и представители пород крупного рогатого скота, и овец, и свиней, и скаковых лошадей, и редких пород  собак. Примером такого процесса может  служить овечка Долли, успешно клонированная  из клетки другого взрослого существа. Она появилась на свет в Великобритании 5 июля 1996 года, прожила шесть с  половиной лет и умерла 14 февраля 2003 года.

В целом можно считать опыт с  овцой успешным. А раз так, то пора наверное уже задуматься и о клонировании человека. Тут пока нет позитивных сдвигов, так как технология до конца не отработана. За основу пока берётся метод «переноса ядра». Именно он и был проверен экспериментально при воспроизводстве клона овцы.

Суть данного метода заключается в пересадке ядра яйцеклетки. Новое ядро содержит ДНК именно того организма, который необходимо клонировать. После митотических (деление с сохранением числа хромосом) делений, образуется бластоциста (ранняя стадия эмбриона – состоит из 100 клеток) с ДНК почти идентичной запрограмированному организму. Именно её дальнейшее развитие и обеспечивает появление на свет клонированного существа.

Этот метод имеет ряд недостатков, поэтому поиски более совершенных  способов создания абсолютно идентичных биологических образований идут полным ходом во многих странах мира. Люди науки надеются, что уже в  недалёком будущем процесс клонирования станет обычным, рядовым явлением, каковым  сейчас является операция аппендицита.

Судя по тому, каких успехов добилась генная инженерия за сравнительно небольшой  период времени – это не вызывает никакого сомнения. Наоборот, возникает  непреклонная убеждённость, что в  ближайшие двадцать лет мир изменится  до неузнаваемости. Уже сейчас созданы  совершеннейшие сложнейшие технологии, кардинально преобразующие жизнь человеческой цивилизации. Гордость, восхищение, восторг – только такими синонимами можно выразить всю гамму чувств. Но…

Минусы  и проблемы генной инженерии

У этой медали есть и оборотная  сторона. Эта сторона разительно отличается от блестящего фасада, созданного поклонниками генетической революции. Здесь нет победных реляций и  аплодисментов, а лица людей отнюдь не светятся счастьем. Суровая проза  жизни уже сейчас показывает во всей красе неприглядные последствия  воздействия трансгенных организмов на сбалансированный природой органический мир голубой планеты.

Начать можно с того самого колорадского жука, который, в своё время, так любил  лакомиться картошкой. Введённый в  её клубни модифицированный ген навсегда отбил охоту у бедного насекомого зариться на чужое добро. Жук просто стал вымирать в массовых масштабах, а урожайность полезного корнеплода расти.

И что же, если кому-то это и принесло счастье, то только тем, кто эту картошку выращивает и продаёт, и то при  условии, что они её сами не едят. А дело всё в том, что таким  способом защищённые клубни дали попробовать  лабораторным мышам. Через небольшой  период времени у них развился рак пищевода. Несчастные грызуны  стали умирать ничуть не хуже, чем  колорадский жук.

Есть вполне обоснованное подозрение, что эту картошку едят и люди. У них конечно организм побольше, покрепче, они не какие-то там лабораторные мыши, но чем чёрт не шутит. Последствия могут отразиться не обязательно на тех, кто эти клубни ест, а скажем, на только что родившемся ребёнке.

Разве мало сейчас случаев, когда рождаются  дети с шестью пальцами, со сросшимися ногами, с полным отсутствием гениталий  или без глаз и ушей. Это говорит  о том, что надёжный генетический аппарат, созданный природой, по каким-то непонятным причинам дал сбой. Винить во всём картошку естественно нельзя, хотя бы потому, что эта сельскохозяйственная культура только вершина айсберга.

Никогда не надо забывать, что генная инженерия – абсолютно  новая технология. Необдуманное и неумелое использование этого инструмента не просто разрушает, а вносит хаос в созданные природой генетические барьеры между людьми, животными, растениями и бактериями. Сейчас все кому не лень объединяют гены, не состоящие даже отдалённо в родстве, навсегда и окончательно изменяя их генетический код.

Впервые в истории цивилизации  человек стал конструктором и  архитектором органической жизни. Биоинженеры уже в ближайшие годы могут создать десятки тысяч новых организмов. Только представив такое, волосы на голове встают от ужаса. Последствия могут быть страшными, так как никто не имеет даже элементарного представления к чему приведут подобные трансформации.