Inginerie genetică. Inginerie genetică

Tehnologie și Internet 11.12.2023

Inginerie genetică

Material de pe Wikipedia - enciclopedia liberă

Ingineria genetică este un set de tehnici, metode și tehnologii pentru obținerea de ARN și ADN recombinant, izolarea genelor dintr-un organism (celule), manipularea genelor și introducerea acestora în alte organisme.

Ingineria genetică nu este o știință în sens larg, ci este un instrument al biotehnologiei, folosind cercetări din științe biologice precum biologia moleculară și celulară, citologie, genetică, microbiologie, virologie.

1 Importanța economică

2 Istoricul dezvoltării și nivelul atins de tehnologie

3 Aplicații în cercetarea științifică

4 Inginerie genetică umană

5 Note

7 Literatură

Semnificație economică

Ingineria genetică servește la obținerea calităților dorite ale unui organism modificat sau modificat genetic. Spre deosebire de selecția tradițională, în timpul căreia genotipul este supus modificărilor doar indirect, ingineria genetică permite intervenția directă în aparatul genetic folosind tehnica clonării moleculare. Exemple de aplicații ale ingineriei genetice includ producția de noi soiuri modificate genetic de culturi de cereale, producția de insulină umană folosind bacterii modificate genetic, producerea de eritropoietine în cultura celulară sau noi rase de șoareci experimentali pentru cercetarea științifică.

Baza industriei microbiologice, biosintetice este celula bacteriană. Celulele necesare producției industriale sunt selectate în funcție de anumite caracteristici, dintre care cea mai importantă este capacitatea de a produce, sintetiza, în cantități maxime posibile, un anumit compus - un aminoacid sau un antibiotic, un hormon steroidian sau un acid organic. . Uneori trebuie să aveți un microorganism care poate, de exemplu, să folosească uleiul sau apa uzată ca „hrană” și să le proceseze în biomasă sau chiar proteine destul de potrivite pentru aditivii furajelor. Uneori avem nevoie de organisme care se pot dezvolta la temperaturi ridicate sau în prezența unor substanțe care sunt cu siguranță letale pentru alte tipuri de microorganisme.

Sarcina de a obține astfel de tulpini industriale este foarte importantă pentru modificarea și selecția acestora, de la tratamentul cu otrăvuri puternice până la iradierea radioactivă; Scopul acestor tehnici este unul - de a realiza modificări în aparatul ereditar, genetic al celulei. Rezultatul lor este producerea a numeroși microbi mutanți, din sute și mii dintre care oamenii de știință încearcă apoi să aleagă cei mai potriviți pentru un anumit scop. Crearea de metode de mutageneză chimică sau de radiații a fost o realizare remarcabilă a biologiei și este utilizată pe scară largă în biotehnologia modernă.

Dar capacitățile lor sunt limitate de natura microorganismelor în sine. Nu sunt capabili să sintetizeze o serie de substanțe valoroase care se acumulează în plante, în primul rând în plante medicinale și uleiuri esențiale. Ei nu pot sintetiza substanțe care sunt foarte importante pentru viața animalelor și a oamenilor, o serie de enzime, hormoni peptidici, proteine imunitare, interferoni și mulți compuși mai simpli care sunt sintetizați în corpul animalelor și al oamenilor. Desigur, posibilitățile microorganismelor sunt departe de a fi epuizate. Din întreaga abundență de microorganisme, doar o mică parte a fost folosită de știință și în special de industrie. În scopul selecției microorganismelor, de mare interes sunt, de exemplu, bacteriile anaerobe care pot trăi în absența oxigenului, fototrofele care folosesc energia luminoasă precum plantele, chimioautotrofele, bacteriile termofile care pot trăi la temperaturi, după cum sa dovedit recent, aproximativ 110 ° C, etc.

Și totuși limitările „materialului natural” sunt evidente. Ei au încercat și încearcă să ocolească restricțiile cu ajutorul culturilor de celule și țesuturi de plante și animale. Aceasta este o cale foarte importantă și promițătoare, care este implementată și în biotehnologie. În ultimele decenii, oamenii de știință au dezvoltat metode prin care celulele tisulare individuale ale unei plante sau animale pot fi făcute să crească și să se reproducă separat de organism, cum ar fi celulele bacteriene. Aceasta a fost o realizare importantă - culturile de celule rezultate sunt folosite pentru experimente și pentru producția industrială a anumitor substanțe care nu pot fi obținute cu ajutorul culturilor bacteriene.

[edita]

Istoricul dezvoltării și nivelul atins de tehnologie

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, au fost făcute câteva descoperiri și invenții importante care stau la baza ingineriei genetice. Mulți ani de încercări de a „citi” informațiile biologice care sunt „scrise” în gene au fost finalizate cu succes. Această lucrare a fost începută de omul de știință englez F. Sanger și savantul american W. Gilbert (Premiul Nobel pentru Chimie 1980). După cum se știe, genele conțin informații-instrucțiuni pentru sinteza moleculelor de ARN și proteinelor, inclusiv enzimele, în organism. Pentru a forța o celulă să sintetizeze noi substanțe care sunt neobișnuite pentru ea, este necesar ca seturile corespunzătoare de enzime să fie sintetizate în ea. Și pentru aceasta este necesar fie să se schimbe intenționat genele situate în el, fie să se introducă în el gene noi, care anterior absente. Modificările genelor din celulele vii sunt mutații. Ele apar sub influența, de exemplu, a agenților mutageni - otrăvuri chimice sau radiații. Dar astfel de schimbări nu pot fi controlate sau dirijate. Prin urmare, oamenii de știință și-au concentrat eforturile pe încercarea de a dezvolta metode pentru introducerea unor gene noi, foarte specifice, necesare oamenilor în celule.

Principalele etape ale rezolvării unei probleme de inginerie genetică sunt următoarele:

1. Obținerea unei gene izolate.

2. Introducerea genei într-un vector pentru transferul în organism.

3. Transferul vectorului cu gena în organismul modificat.

4. Transformarea celulelor corpului.

5. Selectarea organismelor modificate genetic (OMG) și eliminarea celor care nu au fost modificate cu succes.

Procesul de sinteză a genelor este acum foarte bine dezvoltat și chiar în mare măsură automatizat. Există dispozitive speciale echipate cu calculatoare, în memoria cărora sunt stocate programe pentru sinteza diferitelor secvențe de nucleotide. Acest aparat sintetizează segmente de ADN cu o lungime de până la 100-120 de baze azotate (oligonucleotide). S-a răspândit o tehnică care face posibilă utilizarea reacției în lanț a polimerazei pentru a sintetiza ADN-ul, inclusiv ADN-ul mutant. O enzimă termostabilă, ADN polimeraza, este utilizată în ea pentru sinteza ADN șablon, pentru care bucăți de acid nucleic sintetizate artificial - oligonucleotide - sunt folosite ca semințe. Enzima transcriptaza inversă permite, folosind astfel de primeri, sintetizarea ADN-ului pe o matrice de ARN derivat din celule. ADN-ul sintetizat în acest fel se numește ADN complementar (ARN) sau ADNc. O genă izolată, „pură din punct de vedere chimic” poate fi, de asemenea, obținută dintr-o bibliotecă de fagi. Acesta este numele unui preparat de bacteriofag, în genomul căruia sunt încorporate fragmente aleatorii din genom sau ADNc, reproduse de fag împreună cu tot ADN-ul său.

Pentru a introduce o genă într-un vector, se folosesc enzime - enzime de restricție și ligaze, care sunt, de asemenea, instrumente utile pentru inginerie genetică. Folosind enzime de restricție, gena și vectorul pot fi tăiate în bucăți. Cu ajutorul ligazelor, astfel de bucăți pot fi „lipite” împreună, combinate într-o combinație diferită, construind o nouă genă sau înglobând-o într-un vector. Pentru descoperirea enzimelor de restricție, Werner Arber, Daniel Nathans și Hamilton Smith au primit și premiul Nobel (1978).

Tehnica de introducere a genelor în bacterii a fost dezvoltată după ce Frederick Griffith a descoperit fenomenul de transformare bacteriană. Acest fenomen se bazează pe un proces sexual primitiv, care în bacterii este însoțit de schimbul de mici fragmente de ADN non-cromozomial, plasmide. Tehnologiile plasmide au stat la baza introducerii genelor artificiale în celulele bacteriene.

Dificultăți semnificative au fost asociate cu introducerea unei gene gata făcute în aparatul ereditar al celulelor vegetale și animale. Cu toate acestea, în natură există cazuri în care ADN-ul străin (al unui virus sau bacteriofag) este inclus în aparatul genetic al unei celule și, cu ajutorul mecanismelor sale metabolice, începe să sintetizeze proteina „sa”. Oamenii de știință au studiat caracteristicile introducerii ADN-ului străin și l-au folosit ca principiu pentru introducerea materialului genetic într-o celulă. Acest proces se numește transfecție.

Dacă organismele unicelulare sau culturile de celule multicelulare suferă modificări, atunci clonarea începe în această etapă, adică. selectarea acelor organisme și a descendenților acestora (clone) care au suferit modificări. Când sarcina este de a obține organisme multicelulare, celulele cu un genotip alterat sunt folosite pentru propagarea vegetativă a plantelor sau introduse în blastocistele unei mame surogat atunci când vine vorba de animale. Ca urmare, puii se nasc cu un genotip modificat sau neschimbat, printre care doar cei care prezintă modificările așteptate sunt selectați și încrucișați între ei.

Aplicare în cercetarea științifică

Knockout genetic. Knockout genetic poate fi folosit pentru a studia funcția unei anumite gene. Acesta este numele tehnicii de îndepărtare a uneia sau mai multor gene, care permite studierea consecințelor unei astfel de mutații. Pentru knockout, aceeași genă sau fragmentul ei este sintetizată, modificată astfel încât produsul genic să-și piardă funcția. Pentru a produce șoareci knockout, constructul rezultat din inginerie genetică este introdus în celulele stem embrionare și înlocuiește gena normală cu ea, iar celulele modificate sunt implantate în blastocistele unei mame surogat. La musca de fructe Drosophila, mutațiile sunt inițiate într-o populație mare, din care apoi sunt căutați descendenții cu mutația dorită. În mod similar, knockout-urile sunt obținute la plante și microorganisme.

Expresie artificială. O adăugare logică la knockout este expresia artificială, adică. adăugarea unei gene în organism pe care nu o avea anterior. Această tehnică de inginerie genetică poate fi folosită și pentru a studia funcția genelor. În esență, procesul de introducere a genelor suplimentare este același ca și pentru knockout, dar genele existente nu sunt înlocuite sau deteriorate.

Etichetarea produselor genetice. Folosit atunci când sarcina este de a studia localizarea unui produs genetic. O modalitate de etichetare este înlocuirea genei normale cu una fuzionată cu un element reporter, de exemplu, gena proteinei fluorescente verde (GRF). Această proteină, care are fluorescență în lumină albastră, este folosită pentru a vizualiza produsul modificării genetice. Deși această tehnică este convenabilă și utilă, efectele sale secundare pot fi pierderea parțială sau completă a funcției proteinei de interes. O metodă mai sofisticată, deși nu atât de convenabilă, este adăugarea de oligopeptide mai mici la proteina studiată, care pot fi detectate folosind anticorpi specifici.

Studiul mecanismului de expresie. În astfel de experimente, scopul este de a studia condițiile expresiei genelor. Caracteristicile de expresie depind în primul rând de o mică bucată de ADN situată în fața regiunii de codificare, care se numește promotor și servește la legarea factorilor de transcripție. Această secțiune este introdusă în organism, urmată de o genă reporter, de exemplu, GFP sau o enzimă care catalizează o reacție bine detectabilă, în locul propriei sale gene. Pe lângă faptul că funcționarea promotorului în anumite țesuturi la un moment dat sau altul devine clar vizibilă, astfel de experimente fac posibilă studierea structurii promotorului prin îndepărtarea sau adăugarea de fragmente de ADN la acesta, precum și îmbunătățirea artificială a acestuia. funcții.

[edita]

Inginerie genetică umană

Când este aplicată la oameni, ingineria genetică ar putea fi folosită pentru a trata bolile moștenite. Cu toate acestea, există o diferență semnificativă între tratarea pacientului însuși și schimbarea genomului descendenților săi.

Deși la scară mică, ingineria genetică este deja folosită pentru a ajuta femeile cu anumite tipuri de infertilitate să rămână însărcinate. În acest scop, se folosesc ouă de la o femeie sănătoasă. În consecință, copilul moștenește genotipul de la un tată și două mame. Cu ajutorul ingineriei genetice, este posibil să se obțină descendenți cu aspect, abilități mentale și fizice, caracter și comportament alterate. În principiu, este posibil să se creeze schimbări mai serioase, dar pe calea unor astfel de transformări, omenirea trebuie să rezolve multe probleme etice.

Note

BBC News. news.bbc.co.uk. Consultat 2008-04-26

Literatură

Singer M., Berg P. Genes and genomes. - Moscova, 1998.

Stent G., Kalindar R. Genetica moleculară. - Moscova, 1981.

Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning. - 1989.

Ministerul Agriculturii al Federației Ruse

Instituția de învățământ de stat federal de învățământ profesional superior „Academia agricolă de stat din Ural”

la disciplina „Genetica veterinară”

pe tema: „Inginerie genetică – prezent și viitor”

Finalizat:

student FVM

Anul 2 Grupa 2 Grupa 3

Shmakova T.S.

Verificat:

Erofeeva L.F.

Ekaterinburg 2008

Introducere

1. Metode de inginerie genetică

2. Realizări ale ingineriei genetice

3. Inginerie genetică: argumente pro și contra

4. Perspective pentru inginerie genetică

Lista literaturii folosite

Introducere

Inginerie genetică– un set de tehnici, metode și tehnologii pentru obținerea de ARN și ADN recombinant, izolarea genelor dintr-un organism (celule), manipularea genelor și introducerea lor în alte organisme. Ingineria genetică servește la obținerea calităților dorite ale unui organism modificat.

Inginerie genetică nu este o știință în sens larg, ci este un instrument al biotehnologiei, folosind cercetări din științe biologice precum biologia moleculară, citologie, genetică, microbiologie. Cel mai frapant eveniment, care a atras cea mai mare atenție și a fost foarte important în consecințele sale, a fost o serie de descoperiri, al căror rezultat a fost crearea unor metode de control al eredității organismelor vii și de control prin pătrunderea în „sfântul sfinte” ale unei celule vii - aparatul ei genetic.

Nivelul actual al cunoștințelor noastre de biochimie, biologie moleculară și genetică ne permite să contam pe dezvoltarea cu succes a noii biotehnologii - inginerie genetică, adică un set de metode care permit, prin operatii in vitro, transferul informatiilor genetice de la un organism la altul. Transferul genelor face posibilă depășirea barierelor între specii și transferul caracteristicilor ereditare individuale ale unui organism la altul. Scopul ingineriei genetice nu este de a transforma miturile în realitate, ci de a obține celule (în primul rând bacteriene) capabile să producă unele proteine „umane” la scară industrială.

1. Metode de inginerie genetică

Cea mai comună metodă de inginerie genetică este metoda de obținere a recombinantului, adică. conţinând o genă străină, plasmidă. Plasmidele sunt molecule circulare de ADN dublu catenar formate din mai multe perechi de nucleotide. Plasmidele sunt elemente genetice autonome care se replic (adică se înmulțesc) în celula bacteriană la un moment diferit față de molecula principală de ADN. Deși plasmidele reprezintă doar o mică parte din ADN-ul celular, ele poartă gene vitale pentru bacterie, cum ar fi genele de rezistență la medicamente. Diferite plasmide conțin diferite gene de rezistență antibacteriană.

Majoritatea acestor medicamente, antibioticele, sunt folosite ca medicamente în tratamentul unui număr de boli la oameni și animale domestice. O bacterie care are plasmide diferite devine rezistentă la diferite antibiotice și săruri de metale grele. Când un anumit antibiotic acționează asupra celulelor bacteriene, plasmidele care îi conferă rezistență se răspândesc rapid printre bacterii, menținându-le în viață. Simplitatea designului plasmidelor și ușurința cu care acestea pătrund în bacterii sunt folosite de inginerii genetici pentru a introduce gene din organisme superioare în celulele bacteriene.

Enzimele - endonucleaze de restricție sau restrictaze - sunt instrumente puternice de inginerie genetică. Restricția înseamnă literal „limitare”. Celulele bacteriene produc enzime de restricție pentru a distruge ADN-ul străin, în principal fagi, care este necesar pentru a limita infecția virală. Enzimele de restricție recunosc anumite secvențe de nucleotide și introduc rupturi simetrice, distanțate oblic în catenele de ADN la distanțe egale de centrul locului de recunoaștere. Ca rezultat, la capetele fiecărui fragment de ADN restricționat se formează „cozi” scurte monocatenar (numite și capete „lipicioase”).

Întregul proces de obținere a bacteriilor, numit clonare, constă în etape succesive:

1. Restricție - tăierea ADN-ului uman cu o enzimă de restricție în multe fragmente diferite, dar cu aceleași capete „lipicioase”. Aceleași capete sunt obținute prin tăierea ADN-ului plasmidic cu aceeași enzimă de restricție.

2. Ligare – includerea fragmentelor de ADN uman în plasmide datorită „legăturii capetelor lipicioase” cu enzima ligaza.

3. Transformare - introducerea plasmidelor recombinante în celule bacteriene tratate în mod special astfel încât acestea să devină permeabile la macromolecule pentru o perioadă scurtă de timp. Cu toate acestea, plasmidele penetrează doar o parte din bacteriile tratate. Bacteriile transformate, împreună cu plasmida, capătă rezistență la un anumit antibiotic. Acest lucru le permite să fie separate de bacteriile netransformate care mor pe un mediu care conține acest antibiotic. Pentru a face acest lucru, bacteriile sunt semănate pe un mediu nutritiv, diluate în prealabil, astfel încât celulele să fie la o distanță considerabilă una de cealaltă la însămânțare. Fiecare dintre bacteriile transformate se înmulțește și formează o colonie de multe mii de descendenți - o clonă.

4. Screening – selecția dintre clonele acelor bacterii care poartă gena umană dorită. Pentru a face acest lucru, toate coloniile bacteriene sunt acoperite cu un filtru special. Când este îndepărtat, lasă o amprentă a coloniilor, deoarece unele dintre celulele din fiecare clonă aderă la filtru. Se efectuează apoi hibridizarea moleculară. Filtrele sunt scufundate într-o soluție care conține o sondă marcată radioactiv. O sondă este o polinucleotidă complementară părții din gena dorită. Se hibridizează numai cu acele plasmide recombinante care conţin gena dorită. După hibridizare, filmul fotografic cu raze X este plasat pe filtru în întuneric și dezvoltat după câteva ore. Poziția zonelor iluminate pe film face posibilă găsirea printre numeroasele clone de bacterii transformate pe cele care au plasmide cu gena dorită.

Nu este întotdeauna posibil să tăiați gena dorită folosind enzime de restricție. Prin urmare, în unele cazuri, procesul de clonare începe cu achiziția țintită a genei dorite. Pentru a face acest lucru, ARNm, care este o copie de transcripție a acestei gene, este izolat din celulele umane și, cu ajutorul enzimei transcriptazei inverse, este sintetizată o catenă de ADN complementară acesteia. Apoi ARNm, care a servit ca matriță pentru sinteza ADN-ului, este distrus de o enzimă specială care poate hidroliza catena de ARN asociată cu catena de ADN. Catena de ADN rămasă servește ca matriță pentru sinteza prin revers transcriptază, care este complementară celei de-a doua catene de ADN.

Helixul dublu ADN rezultat se numește c-ADN (ADN complementar). Corespunde genei de la care ARNm a fost citit și lansat în sistem cu transcriptază inversă. Acest c-ADN este inserat într-o plasmidă, care transformă bacteriile și produce clone care conțin doar gene umane selectate.

Pentru a efectua transferul de gene, trebuie să efectuați următoarele operații:

· Izolarea din celulele bacteriene, animale sau vegetale a acelor gene care sunt destinate transferului.

·Crearea de constructe genetice speciale, în care genele dorite vor fi introduse în genomul altei specii.

·Introducerea de constructe genetice mai întâi într-o celulă și apoi în genomul altei specii și creșterea celulelor modificate în organisme întregi.

2. Realizări ale ingineriei genetice

inginerie genetică biotehnologie ereditate

Acum sunt capabili să sintetizeze gene, iar cu ajutorul unor astfel de gene sintetizate introduse în bacterii se obțin o serie de substanțe, în special hormoni și interferon. Producția lor a constituit o ramură importantă a biotehnologiei.

Deci, în 1980, hormonul de creștere - somatotropina - a fost obținut din bacteria Escherichia coli. Înainte de dezvoltarea ingineriei genetice, a fost izolat din glandele pituitare ale cadavrelor. Somatotropina, sintetizată în celule bacteriene special concepute, are avantaje evidente: este disponibilă în cantități mari, preparatele sale sunt pure biochimic și lipsite de contaminanți virali.

În 1982, hormonul insulina a început să fie produs la scară industrială din bacterii care conțin gena insulinei umane. Până în acest moment, insulina a fost izolată din pancreasul vacilor și porcilor sacrificați, ceea ce este dificil și costisitor.

Interferonul, o proteină sintetizată de organism ca răspuns la o infecție virală, este acum studiat ca un posibil tratament pentru cancer și SIDA. Ar fi nevoie de mii de litri de sânge uman pentru a produce cantitatea de interferon pe care o oferă doar un litru de cultură bacteriană. Este clar că beneficiile producției în masă a acestei substanțe sunt foarte mari. Un rol foarte important joacă, de asemenea, insulina, obținută pe baza sintezei microbiologice, care este necesară pentru tratamentul diabetului zaharat. Ingineria genetică a fost folosită și pentru a crea un număr de vaccinuri care sunt acum testate pentru a le testa eficacitatea împotriva virusului imunodeficienței umane (HIV), care provoacă SIDA.

Un alt domeniu promițător al medicinei asociat cu ADN-ul recombinant este terapia genică. În aceste lucrări, care nu au părăsit încă stadiul experimental, o copie modificată genetic a unei gene care codifică o enzimă antitumorală puternică este introdusă în organism pentru a lupta împotriva unei tumori. Terapia genică a început să fie folosită și pentru combaterea tulburărilor moștenite ale sistemului imunitar.

În agricultură, zeci de culturi alimentare și furajere au fost modificate genetic. În creșterea animalelor, utilizarea hormonului de creștere produs biotehnologic a crescut producția de lapte; Un vaccin împotriva herpesului la porci a fost creat folosind un virus modificat genetic.

3. Inginerie genetică: argumente pro și contra

În ciuda beneficiilor evidente ale cercetării și experimentării genetice, însuși conceptul de „inginerie genetică” a dat naștere la diverse suspiciuni și temeri și a devenit un subiect de îngrijorare și chiar controversă politică. Mulți se tem, de exemplu, că un virus care provoacă cancer la oameni va fi introdus într-o bacterie care trăiește în mod normal în corpul sau pe pielea unei persoane, iar apoi această bacterie va provoca cancer. De asemenea, este posibil ca o plasmidă care poartă o genă de rezistență la medicamente să fie introdusă într-un pneumococ, determinând pneumococul să devină rezistent la antibiotice și determinând pneumonia să devină netratabilă. Aceste tipuri de pericole există, fără îndoială.

Ingineria genetică este o modalitate puternică de a schimba vieți, dar are potențialul de a prezenta riscuri, cu efecte de mediu complexe și greu de anticipat în prim-plan. Imaginați-vă o otravă care este mai ieftin de produs decât erbicidele selective complexe, dar care nu poate fi folosită în tehnologia agricolă, deoarece ucide plantele benefice împreună cu buruienile. Acum imaginați-vă că, să zicem, a fost introdusă în grâu o genă care îl face rezistent la această otravă. Fermierii care își seamănă câmpurile cu grâu transgenic îi pot poleniza în mod impunător cu o otravă mortală, crescându-le veniturile, dar provocând daune ireparabile mediului. Pe de altă parte, geneticienii pot obține efectul opus dacă dezvoltă o cultură care nu necesită erbicide.

Ingineria genetică a prezentat omenirii o provocare unică. Ce ne aduce ingineria genetică, fericire sau nenorocire? Întreaga lume trâmbițează deja despre posibilul pericol al produselor modificate genetic pentru sănătatea umană. Nu există o opinie clară și unanimă în rândul oamenilor de știință cu privire la această chestiune. Unii cred că ingineria genetică va salva omenirea de la foame, alții cred că alimentele modificate genetic vor distruge toată viața de pe pământ împreună cu oamenii. Oamenii de știință implicați în această afirmație susțin că plantele modificate genetic sunt mai productive, mai rezistente la pesticide și mai profitabile din punct de vedere economic decât cele convenționale. Prin urmare, ei sunt viitorul. Cu toate acestea, experții care nu sunt asociați cu producătorii acestui produs sunt departe de a fi optimiști.

În prezent, este imposibil de prezis consecințele pe termen lung care pot apărea ca urmare a consumului de produse modificate genetic. Există o atitudine relativ calmă față de produsele modificate genetic (modificate genetic) în SUA, unde aproximativ 80 la sută din toate culturile genetice sunt cultivate astăzi. Europa are o atitudine extrem de negativă față de acest lucru. Sub presiunea publicului și a organizațiilor de consumatori care vor să știe ce mănâncă, unele țări au introdus un moratoriu asupra importului de astfel de produse (Austria, Franța, Grecia, Marea Britanie, Luxemburg).

Alții au adoptat o cerință strictă de etichetare a alimentelor modificate genetic, ceea ce, firește, furnizorilor nu le-a plăcut foarte mult. La 1 iulie 2000, Rusia a interzis vânzarea produselor modificate genetic fără o etichetă specială de avertizare pe ambalaj. Unul dintre primii oameni de știință care a tras un semnal de alarmă cu privire la potențialele pericole ale produselor modificate genetic a fost profesorul britanic Arpad Pusztai. El le-a numit „mâncare pentru zombi”. Astfel de concluzii au fost trase din rezultatele experimentelor pe șobolani hrăniți cu alimente modificate genetic. Animalele au experimentat un set întreg de modificări grave în tractul gastrointestinal, ficat, gușă și splina. Cea mai mare îngrijorare a fost faptul că volumul creierului șobolanilor a scăzut.

Oamenii de știință cred că cu ajutorul plantelor modificate genetic este posibilă reducerea pierderilor de recolte. Astăzi, în Rusia, sunt finalizate testele cu cartofi americani rezistenți la gândacul de Colorado. Poate că anul acesta va fi primită permisiunea pentru producția sa industrială. Astfel de soiuri au un „dar” semnificativ. Când se obține o plantă cu o rezistență puternic crescută la orice dăunător, după două-trei generații acest dăunător se va adapta la plantă și o va devora și mai mult. În consecință, cartofii rezistenți pot da naștere unor dăunători agresivi pe care lumea nu i-a mai întâlnit până acum.

4. Perspective pentru inginerie genetică

O adevărată descoperire pentru geneticieni a fost chihlimbarul, o rășină de copac fosil. În timpurile preistorice, insectele, polenul, sporii fungici și rămășițele de plante au înghețat adesea în el. Rășina curgătoare și-a învăluit ermetic captivii, iar materialul biologic îi aștepta pe cercetătorii moderni în siguranță. Și în 1990, George O. Poinar de la Universitatea din California a făcut o descoperire senzațională. Studiind termitele prinse în chihlimbar acum 40 de milioane de ani, el a găsit informații genetice bine conservate. Mai târziu, Poinar a reușit să izoleze din chihlimbar ADN-ul unei gărgărițe care a trăit acum 120 de milioane de ani! Acum mulți oameni de știință lucrează pentru a resuscita dinozauri, șopârle antice și mamuți. Și acest lucru nu mai pare fantastic, așa cum a fost acum câțiva ani. Cu toate acestea, oamenii de știință nu intenționează să se oprească la învierea animalelor. Dacă îi poți învia, atunci același lucru se poate face cu oamenii.

Dezvoltarea științei ne oferă potențial atât pentru rău, cât și pentru bine. Prin urmare, este important să facem alegerea corectă. Principala dificultate este de natură politică - rezolvarea întrebării cine suntem „noi” în această propoziție. Dacă această problemă este lăsată în seama elementelor pieței, interesele pe termen lung ale mediului vor avea probabil de suferit. Dar acest lucru se poate spune despre multe alte aspecte ale vieții.

Lista literaturii folosite

1. Neiman B.Ya. Industria microbiană. – Cunoașterea, 1983.

2. Ruvinsky A.O. Biologie generală. – Iluminismul, 1994.

3. Cebyshev N.V. Biologie. − New Wave, 2005.

Ingineria genetică și biotehnologia modernă au apărut ca urmare a dezvoltării microbiologiei, geneticii și biochimiei. Progresele în biologia moleculară, genetica moleculară, biologia celulară, precum și metodele experimentale nou descoperite și echipamentele noi au oferit rate incredibile de dezvoltare în inginerie genetică și biotehnologie.

Scopul ingineriei genetice

Scopul ingineriei genetice este de a schimba structura genelor, locația lor pe cromozom și de a le regla activitatea în conformitate cu nevoile umane. Pentru a atinge acest scop, sunt utilizate diverse metode care să permită producerea de proteine la scară industrială, crearea de noi soiuri de plante și rase de animale care să îndeplinească cel mai bine cerințele, precum și diagnosticarea și tratamentul diferitelor boli infecțioase și ereditare ale omului.

Obiectele cercetării în inginerie genetică sunt virușii, bacteriile, ciupercile, animalele (inclusiv corpul uman) și celulele vegetale. După ce molecula de ADN a acestor ființe vii este purificată de alte substanțe din celulă, diferențele materiale dintre ele dispar. O moleculă de ADN purificată poate fi scindată folosind enzime în segmente specifice, care pot fi apoi unite împreună folosind enzime de reticulare, dacă este necesar. Metodele moderne de inginerie genetică fac posibilă reproducerea oricărui segment de ADN sau înlocuirea oricărei nucleotide dintr-un lanț de ADN cu alta. Desigur, aceste succese au fost obținute ca urmare a unui studiu consecvent al legilor eredității.

Ingineria genetică (ingineria genetică) a apărut ca urmare a descoperirii enzimelor care împart în mod specific baza materială a eredității - molecula de ADN în segmente și conectează aceste segmente cu capete între ele, precum și metoda electroforetică, care face posibilă pentru a separa cu precizie segmentele de ADN de-a lungul lungimii lor. Crearea de metode și echipamente pentru determinarea secvenței specifice de nucleotide care formează o moleculă de ADN, precum și pentru sinteza automată a oricărui segment de ADN dorit, a asigurat dezvoltarea ingineriei genetice într-un ritm rapid.

Dezvoltarea dorinței oamenilor de știință de a controla ereditatea a fost facilitată de dovezile care indică faptul că baza eredității tuturor plantelor și animalelor este molecula de ADN, că bacteriile și fagii respectă, de asemenea, legile eredității, că procesul de mutație este comun tuturor ființelor vii. și poate fi reglat prin metode experimentale.

Louis Paster

Marele om de știință francez Louis Pasteur, după ce a dezvoltat o metodă de obținere a clonelor, a fost primul care a arătat că bacteriile sunt diverse, au ereditate și proprietățile lor sunt strâns legate de acestea din urmă (Fig. 1, 2).

Twort și D'Herrel

În 1915, Twort și D'Herrel au demonstrat că fagii (fagii sunt viruși care se înmulțesc în bacterii), înmulțindu-se spontan în interiorul bacteriilor, îi pot distruge. Microbiologii și-au pus speranțele în utilizarea fagilor împotriva microbilor care provoacă boli infecțioase periculoase. Cu toate acestea, bacteriile sunt rezistente la fagi din cauza mutațiilor spontane. Moștenirea acestor mutații protejează bacteriile de distrugerea de către fagi.

Prin înmulțirea în interiorul unei celule, virușii și fagii o pot distruge sau, introducându-se în genomul celulei, pot modifica ereditatea acesteia. Pentru a schimba ereditatea unui organism, procesele de transformare și transducție sunt utilizate pe scară largă.

Joshua și Esther Lederberg

În 1952, Joshua și Esther Lederberg, folosind metoda copierii (replicarii) coloniilor bacteriene, au dovedit existența mutațiilor spontane la bacterii (Fig. 3). Ei au dezvoltat o metodă de a izola celulele mutante folosind replicarea. Sub influența mediului extern, frecvența mutațiilor crește. Metodele speciale fac posibilă observarea clonelor de noi tulpini formate ca urmare a mutațiilor cu ochiul liber.

Metoda de replicare colonii bacteriene se realizează după cum urmează. Țesătura de catifea sterilizată este întinsă pe suprafața unui dispozitiv din lemn și aplicată pe o colonie de bacterii care crește pe suprafața unei cutii Petri destinate transplantului de replici. Apoi coloniile sunt transferate într-un vas Petri curat cu un mediu nutritiv artificial. Material de pe site

Etapele ingineriei genetice

Ingineria genetică se realizează în mai multe etape.

Se identifică o genă de interes bazată pe funcția sa, apoi se izolează, se clonează și se studiază structura ei.
Gena izolată este combinată (recombinată) cu ADN-ul unui fag, transpozon sau plasmidă care are capacitatea de a se recombina cu un cromozom și în acest fel este creat un construct de vector.
Construcția vectorială este inserată în celulă (transformare) și se obține o celulă transgenică.
Organismele mature pot fi obținute dintr-o celulă transgenică în condiții artificiale.

Ce este ingineria genetică?

Ingineria genetică este o tehnologie nouă, revoluționară, cu ajutorul căreia oamenii de știință pot extrage gene dintr-un organism și le pot introduce în oricare altul. Genele sunt programul vieții - acestea sunt constructele biologice care alcătuiesc ADN-ul și care determină caracteristicile specifice inerente unuia sau altuia organism viu. Transplantul de gene modifică programul organismului primitor și celulele acestuia încep să producă diverse substanțe, care, la rândul lor, creează noi caracteristici în interiorul acelui organism.
Folosind această metodă, cercetătorii pot schimba proprietățile și caracteristicile specifice în direcția pe care o doresc, de exemplu, pot dezvolta un soi de roșii cu o durată de valabilitate mai lungă sau un soi de soia care este rezistent la erbicide. Ingineria genetică este o metodă de biotehnologie care se ocupă cu cercetarea în restructurarea genotipurilor. Genotipul nu este doar o sumă mecanică de gene, ci un sistem complex care s-a dezvoltat în timpul evoluției organismelor. Ingineria genetică face posibilă transferul informațiilor genetice de la un organism la altul prin operațiuni in vitro. Transferul genelor face posibilă depășirea barierelor între specii și transferul caracteristicilor ereditare individuale ale unui organism la altul. Purtătorii bazei materiale a genelor sunt cromozomii, care includ ADN și proteine. Dar genele formării nu sunt chimice, ci funcționale.
Din punct de vedere funcțional, ADN-ul este format din multe blocuri care stochează o anumită cantitate de informații - gene. Acțiunea genei se bazează pe capacitatea sa de a determina sinteza proteinelor prin ARN. Molecula de ADN conține, parcă, informații care determină structura chimică a moleculelor de proteine. O genă este o secțiune a unei molecule de ADN care conține informații despre structura primară a oricărei proteine (o genă - o proteină). Deoarece există zeci de mii de proteine în organisme, există zeci de mii de gene.

Totalitatea tuturor genelor unei celule formează genomul acesteia. Toate celulele corpului conțin același set de gene, dar fiecare dintre ele implementează o parte diferită a informațiilor stocate. Prin urmare, de exemplu, celulele nervoase diferă de celulele hepatice atât în ceea ce privește caracteristicile structurale, funcționale și biologice. Rearanjarea genotipurilor, atunci când se efectuează sarcini de inginerie genetică, reprezintă modificări calitative ale genelor care nu sunt asociate cu modificări ale structurii cromozomilor vizibile la microscop. Modificările genelor sunt asociate în primul rând cu modificări ale structurii chimice a ADN-ului.
Informațiile despre structura unei proteine, scrise ca o secvență de nucleotide, sunt implementate ca o secvență de aminoacizi în molecula de proteină sintetizată. O modificare a secvenței de nucleotide din ADN-ul cromozomial, pierderea unora și includerea altor nucleotide, modifică compoziția moleculelor de ARN formate pe ADN, iar aceasta, la rândul său, determină o nouă secvență de aminoacizi în timpul sintezei. Ca urmare, o nouă proteină începe să fie sintetizată în celulă, ceea ce duce la apariția de noi proprietăți în organism. Esența metodelor de inginerie genetică este aceea că genele individuale sau grupurile de gene sunt inserate sau excluse din genotipul unui organism. Ca rezultat al inserării unei gene absente anterior în genotip, celula poate fi forțată să sintetizeze proteine pe care nu le-a sintetizat anterior.

Probleme de inginerie genetică

Posibilitățile uneia dintre cele mai importante creații ale științei secolului al XX-lea - ingineria genetică - au entuziasmat de multă vreme imaginația omenirii, deoarece a abordat cel mai important lucru din corpul uman, legile vieții corpului său. Dar dacă în urmă cu cincisprezece ani rezultatele muncii biotehnologilor au fost asociate în primul rând cu dezvoltarea de noi soiuri de morcovi sau o nouă rasă de vaci de lapte, atunci acum câțiva ani s-a dovedit a fi posibilă comunicarea cu mica oaie Dolly. , clonat de biologi scoțieni, iar anul trecut s-a anunțat despre crearea primei hărți mai mult sau mai puțin generale a genomului uman. Pe fondul realizărilor în domeniul biologiei, hiturile din sezoanele anterioare - noile tehnologii informaționale - trec în plan secund. Puțini oameni sunt acum interesați de întrebarea când o persoană va putea merge liber pe Marte dezbaterea despre când va fi posibilă clonarea unei persoane și, în consecință, cum să preveniți acest lucru este mult mai presantă - un fel de încuviințare; la morală şi etică.

Ingineria genetică - inamic sau prieten? Perspectiva istorica...

Perspectivă istorică

După cum știți, viața și-a luat naștere pe Pământ în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani și, indiferent de formele pe care le-a luat, aceeași substanță a fost responsabilă pentru manifestările de viață ale fiecărui organism - acidul dezoxiribonucleic (aka ADN). ADN-ul, consacrat în gene, a determinat, și încă determină (și în viitor, aparent, sub îndrumarea strictă a omului) activitatea metabolică a celulelor necesare supraviețuirii lor, iar aceasta este viața în cea mai simplă definiție. De fapt, termenul „gene” nu a fost folosit până la începutul secolului trecut, deși cercetările asupra modului în care acestea funcționează au început în secolul al XIX-lea. Călugărul austriac Gregor Mendel a petrecut mulți ani observând urmașii plantelor de mazăre, pe care le-a crescut în grădina mănăstirii. Înregistrând caracteristici externe - înălțimea tulpinii, culoarea petalelor, forma mazărelor, el a putut sugera teoretic existența anumitor „factori” care sunt moșteniți de descendenți de la plantele părinte. La fel ca Columb, Mendel a murit fără să știe ce descoperise. De la începutul secolului al XX-lea, a avut loc un boom în cercetarea structurii celulare. Biologii au reușit să stabilească ce funcții îndeplinește nucleul celular și să rezolve misterul naturii cromozomilor. Cel mai important lucru a fost că natura translației moleculelor de ADN a devenit clară: în timpul meozei, care precede apariția ovulelor și a spermatozoizilor, numărul de cromozomi, care conțin ADN, este redus la jumătate, ceea ce ulterior, odată cu fuziunea dintre celulele germinale, vor permite nucleelor lor să fie combinate într-un singur întreg - pentru a da naștere unui nou organism cu un set complet unic de gene. În 1953, a fost în sfârșit posibilă izolarea structurii duble elicoidale a ADN-ului, pe care fiecare școlar o cunoaște acum din vedere. ADN-ul este acum recunoscut ca un limbaj biologic universal care va uni toate organismele care trăiesc pe Pământ: oameni și bacterii, ciuperci și plante. Cu toate acestea, secolul al XX-lea este un secol nu numai al descoperirilor fundamentale, ci și un secol al ingineriei - aplicarea practică a acestor descoperiri. Prin urmare, împreună cu cercetările în curs de desfășurare a modului în care „toate acestea funcționează în general”, diferite ramuri ale ingineriei genetice și diverse biotehnologii s-au dezvoltat treptat. De la bun început, acest tip de gândire inginerească s-a preocupat în primul rând de modul în care unele organisme vii cu o anumită genă ar putea fi folosite pentru a le îmbunătăți pe altele - vorbeam despre plante sau animale. În anii șaptezeci, oamenii de știință au învățat să decupeze secțiuni din ADN-ul unui organism și să-l transplanteze în altul, ceea ce a făcut o mică revoluție în producția de diferite medicamente - insulină, hormon de creștere uman etc. De mulți ani, s-au făcut încercări de implementare a așa-numitei terapii genetice umane - persoanele cărora le lipsesc anumite componente în setul lor de gene sau sunt într-o oarecare măsură defecte sunt transplantate cu genele altor persoane. Cunoștințele dobândite prin genetică sunt folosite destul de intens în domeniul reproducerii umane. Mulți oameni știu că în anumite condiții este foarte posibil să crească copiii „din eprubetă”, iar în unele situații de infertilitate feminină - să apeleze la mame surogat pentru ajutor. Plantele modificate genetic (cereale rezistente la îngheț, cartofi transgenici, roșii cu coacere rapidă etc.) apar deja pe mesele de masă, deși până acum nu provoacă prea multă emoție.

Ingineria genetică - inamic sau prieten? Posibilitățile ingineriei genetice...

Posibilități de inginerie genetică, Proiect Genomul Uman

Desigur, manipulările de succes cu genele plantelor și animalelor nu au putut decât să conducă la o întrebare destul de alunecoasă: ce rămâne cu oamenii? Dacă este posibil să îmbunătățim animalele, atunci de ce să nu îmbunătățim oamenii. Cu toate acestea, mai întâi trebuie să înțelegeți setul de gene umane. Astfel, în 1990, a apărut o inițiativă de cartografiere a cromozomilor umani, constând din 26-30 de mii de gene. Proiectul a fost numit pur și simplu Genomul Uman și era de așteptat să producă o hartă completă a genomului cândva în 2005. Proiectul include grupuri de cercetare din diferite țări, iar de la sfârșitul anilor 90. se creează firme speciale a căror sarcină principală este facilitarea și accelerarea comunicării între astfel de grupuri. Până la începutul anului 2001, 2 cromozomi fuseseră deja complet cartați: 21 și 22.

Cu toate acestea, principala senzație de anul trecut a fost descoperirea de către grupul lui Craig Venter a unei hărți generale a genomului uman. Oamenii de știință spun că, dacă comparăm această hartă cu cele obișnuite, cu greu ar fi posibil să o folosim pentru a ajunge la magazinul de pe strada următoare, dar, în orice caz, însuși faptul existenței ei vorbește despre începutul erei genelor. brevetarea, iar aceasta, la rândul său, ridică multe întrebări nu mai sunt biologice, ci etice și legale. Deși oamenii de știință spun că scopul principal al cartografierii genomului este necesitatea de a înțelege cum funcționează corpul uman pentru a rezista mai eficient diferitelor boli, iar astfel de cunoștințe pot facilita foarte mult crearea de noi medicamente, necesitatea reglementării legale a problemei încă. devine evident: cum și ce se poate face cu corpul uman și răspunsul la întrebarea: unde ar trebui să ne oprim? Poate o persoană să devină ca Creatorul și să înceapă să creeze el însuși noi creaturi? Cartografierea genomului uman este adesea comparată cu evenimente revoluționare precum aterizarea omului pe Lună, de exemplu. Cu toate acestea, acum există o diferență semnificativă: dacă programele spațiale sunt una dintre sarcinile statului, atunci grupurile care participă la proiect au, de regulă, finanțare privată, prin urmare, companiile nestatale vor avea dreptul de autor pentru dezvoltarea lor. . Ce vor face cu ei?

Să ne imaginăm că, în viitorul apropiat, harta va fi întocmită destul de exact, iar fiecare persoană poate fi descrisă în acest fel. Se pune întrebarea - cine va avea acces la aceste informații? În ce măsură poate o persoană să păstreze intacte cele mai „intime” informații despre sine? Vor refuza angajatorii să angajeze o persoană care are o predispoziție genetică la orice tip de cancer? Va fi posibilă asigurarea de sănătate într-o situație în care genomul fiecărei persoane va oferi informații despre toate bolile potențiale? Tony Blair a vorbit despre necesitatea de a compila portrete genetice ale criminalilor. Și se pare că oamenii de știință sunt gata să lucreze la descoperirea unor gene speciale responsabile de comportamentul deviant la oameni. Cu toate acestea, mulți experți sunt deja speriați de perspectiva că în viitorul apropiat societatea va schimba soluția la diferite probleme - criminalitate, sărăcie, rasism etc. - despre geneticieni și inginerie genetică: „ei spun, totul este despre gene, dacă ceva nu este în regulă, atunci aceasta nu este preocuparea societății, ci predispoziția genetică a indivizilor.” La urma urmei, în general, mulți oameni uită că doar unele boli rare sunt cauzate exclusiv de un set de gene, iar acele boli pe care de obicei le numim genetice - cancer, tulburări cardiovasculare - sunt doar parțial de natură genetică, în multe privințe probabilitatea de apariția lor, în primul rând, rândul său, depinde de pașii făcuți de persoana însuși și de societate și, prin urmare, nu poate exista nimic mai rău decât o societate care să se spele pe mâini de o astfel de situație. Cea mai comună metodă de inginerie genetică este metoda de obținere a recombinantului, adică. conţinând o genă străină, plasmidă. Plasmidele sunt molecule circulare de ADN dublu catenar constând din câteva mii de perechi de nucleotide.

Acest proces constă din mai multe etape:
1. Restricție - tăierea ADN-ului, de exemplu, ADN-ul uman în fragmente.
2. Ligare - un fragment cu gena dorită este inclus în plasmide și cusut împreună.
3. Transformarea este introducerea plasmidelor recombinante în celulele bacteriene. Bacteriile transformate capătă anumite proprietăți. Fiecare dintre bacteriile transformate se înmulțește și formează o colonie de multe mii de descendenți - o clonă.
4. Screening-ul este selecția dintre clonele bacteriilor transformate ale celor cu plasmide care poartă gena umană dorită.

Întregul proces se numește clonare. Folosind clonarea, este posibil să obțineți mai mult de un milion de copii ale oricărui fragment de ADN de la o persoană sau alt organism. Dacă fragmentul donat codifică o proteină, atunci este posibil să se studieze experimental mecanismul care reglează transcripția acestei gene, precum și să se producă această proteină în cantitatea necesară. În plus, un fragment de ADN clonat de la un organism poate fi introdus în celulele altui organism. Acest lucru poate obține, de exemplu, randamente ridicate și stabile datorită genei introduse care oferă rezistență la o serie de boli. Dacă introduceți în genotipul bacteriilor din sol genele altor bacterii care au capacitatea de a fixa azotul atmosferic, atunci bacteriile din sol vor putea transforma acest azot în azot fix al solului. Prin introducerea în genotipul bacteriei E. coli a unei gene din genotipul uman care controlează sinteza insulinei, oamenii de știință au reușit producerea de insulină prin astfel de E. coli. Odată cu dezvoltarea în continuare a științei, va deveni posibilă introducerea genelor lipsă în embrionul uman și, prin urmare, evitarea bolilor genetice.

Experimentele de clonare a animalelor au loc de mult timp. Este suficient să îndepărtați nucleul din ou, să implantați în el nucleul unei alte celule prelevate din țesutul embrionar și să o creșteți - fie într-o eprubetă, fie în pântecele unei mame adoptive. Oaia Doli clonată a fost creată într-un mod neconvențional. Un nucleu din celula ugerului unei oi adulte de 6 ani dintr-o rasă a fost transplantat într-un ou fără nucleu al unei oaie din altă rasă. Embrionul în curs de dezvoltare a fost plasat într-o oaie din a treia rasă. Deoarece mielul nou-născut a primit toate genele de la prima oaie donatoare, este copia sa genetică exactă. Acest experiment deschide o mulțime de noi oportunități pentru clonarea raselor de elită, în loc de mulți ani de selecție. Oamenii de știință de la Universitatea din Texas au reușit să prelungească durata de viață a mai multor tipuri de celule umane. De obicei, o celulă moare după ce a trecut prin aproximativ 7-10 procese de diviziune, dar au realizat o sută de diviziuni celulare. Îmbătrânirea, potrivit oamenilor de știință, are loc deoarece celulele pierd telomeri, structurile moleculare care se află la capetele tuturor cromozomilor, cu fiecare diviziune.

Oamenii de știință au implantat în celule gena pe care au descoperit-o, care este responsabilă de producerea telomerazei, făcându-le astfel nemuritoare. Poate că aceasta este calea viitoare către nemurire. Începând cu anii 80 au apărut programe de studiu a genomului uman. În procesul de executare a acestor programe, au fost deja citite aproximativ 5 mii de gene (genomul uman complet conține 50-100 mii). Au fost descoperite o serie de noi gene umane. Ingineria genetică devine din ce în ce mai importantă în terapia genică. Pentru că multe boli sunt determinate la nivel genetic. În genom există o predispoziție sau rezistență la multe boli. Mulți oameni de știință cred că medicina genomică și ingineria genetică vor funcționa în secolul XXI. Niciun om de știință care stă cu adevărat ferm pe platforma obiectivității științifice nu ar spune vreodată că orice poate vindeca absolut totul sau că ceva este „absolut sigur”, mai ales când vine vorba de inginerie genetică care manipulează nivelurile individuale ale Legii Naturii, ignorând în același timp integritatea acesteia. După cum am văzut deja în cercetarea nucleară, energia eliberată ca urmare a unor astfel de manipulări poate fi enormă, dar posibilul pericol este, de asemenea, enorm. Când tehnologia nucleară era în stadiul de dezvoltare, nimeni nu și-ar fi putut imagina că în doar câțiva ani omenirea va fi sub amenințarea distrugerii multiple, pe care ambele forțe opuse le-ar putea asigura în mod egal. Și când energia nucleară a început să fie folosită pentru a produce electricitate, nimeni nu știa că, ca urmare, vom ajunge cu milioane de tone de deșeuri radioactive care vor rămâne toxice timp de zeci de mii de ani. Nimeni nu știa nimic despre asta, dar tot am făcut un salt orb, creând astfel probleme serioase pentru noi înșine și pentru generațiile viitoare. Prin urmare, trebuie să fim foarte atenți la utilizarea ingineriei genetice, care operează la nivelul în care sunt conținute informații complete despre cea mai profundă structură a vieții.

Au fost nevoie de milioane de ani pentru ca viața de pe Pământ să evolueze în ecosistemul extrem de echilibrat și dinamic care este astăzi, cu toată diversitatea nenumărată de forme de viață cunoscute astăzi. Trăim acum într-o perioadă în care, într-o generație sau mai puțin, cele mai importante culturi vor suferi schimbări radicale ca urmare a intervenției ingineriei genetice și aceste schimbări vor afecta grav ecosistemul în ansamblu și vor pune în pericol întreaga umanitate. Până când siguranța produselor obținute ca urmare a ingineriei genetice nu va fi dovedită, această problemă va rămâne mereu în îndoială - și acesta este punctul de vedere pe care Partidul pentru Dreptul Natural îl apără. Este necesar ca utilizarea ingineriei genetice să fie însoțită de controale științifice stricte de siguranță. Se poate spune cu aproape deplină certitudine că ingineria genetică va duce la poluarea chimică a mediului. Creșterea soiurilor de cereale cu rezistență crescută la erbicide va duce la faptul că fermierii vor fi obligați să folosească de trei ori mai multe pesticide chimice pentru combaterea buruienilor decât înainte, iar acest lucru, la rândul său, va crește poluarea solului și a apelor subterane ale Americii. De exemplu, compania chimică Monsanto a dezvoltat deja soiuri de porumb, soia și sfeclă de zahăr care sunt rezistente la erbicidul Roundup, produs de aceeași companie. Oficialii din industrie au spus în mod repetat că Roundup este sigur pentru organismele vii și este rapid neutralizat de mediu. Cu toate acestea, cercetările preliminare efectuate în Danemarca au arătat că Roundup rămâne în sol timp de trei ani (și, prin urmare, poate fi absorbit de culturile ulterioare plantate în același loc) și au fost efectuate alte lucrări științifice care au relevat că utilizarea acestui The erbicidul provoacă reacții toxice la fermieri, perturbă funcția de reproducere a mamiferelor și dăunează peștilor, râmelor și insectelor benefice.

Susținătorii ingineriei genetice susțin adesea că tehnologia este pur și simplu o îmbunătățire a tipului de încrucișare care a fost folosit de milenii pentru a îmbunătăți rasa culturilor și a animalelor domestice. Dar, de fapt, intervenția ingineriei genetice pătrunde în barierele naturale de reproducere dintre specii care mențin echilibrul și integritatea vieții pe Pământ. Sistemul tradițional de creștere a noilor rase și soiuri poate încrucișa o rasă de porc cu alta, sau un cal cu un măgar sau două soiuri de roșii, dar nu poate încrucișa roșii cu pește - natura nu permite o astfel de amestecare a genelor. Și cu ajutorul ingineriei genetice, oamenii de știință au combinat deja genele de pește și roșii - iar aceste roșii, nemarcate în niciun fel, zac acum în liniște pe rafturile noastre. Mai mult decât atât, practic toate cerealele, leguminoasele, legumele și fructele au suferit deja intervenția ingineriei genetice, iar industria alimentară intenționează să introducă pe piață toate aceste produse în următorii 5-8 ani. Pioneer Hybrid International, cea mai mare companie de semințe din lume, a folosit ingineria genetică pentru a dezvolta o nouă varietate de soia care încorporează gena nucilor braziliene pentru a crește conținutul de proteine din boabele de soia. Dar componenta de nucă de Brazilia implantată în soia a provocat o reacție alergică la majoritatea consumatorilor, iar apoi Pioneer a anulat proiectul. Și când compania japoneză Showa Denko, prin inginerie genetică, a schimbat structura unei bacterii naturale pentru a produce mai eficient un supliment alimentar numit Triptofan, aceste manipulări genetice au dus la faptul că această bacterie, fiind parte a triptofanului, a început să producă un substanță toxică care a fost descoperită abia după ce produsul a fost lansat pe piață în 1989. Ca rezultat: 5.000 de oameni s-au îmbolnăvit, 1.500 au devenit invalidi definitiv și 37 au murit. Cercetătorii sunt foarte încântați de utilizarea ingineriei genetice pentru a dezvolta soiuri de grâu cu randament mai ridicat, pentru a crea alimente mai hrănitoare și pentru a elimina anumite boli, sperând astfel să îmbunătățească viața umană pe Pământ. Dar, în realitate, în ciuda faptului că genele pot fi extrase și încrucișate corect într-un balon experimental, în viața reală este foarte greu de prezis consecințele implantării genelor în corpul altcuiva.

Astfel de operații pot provoca mutații, în urma cărora activitatea genelor naturale ale corpului este suprimată. Genele introduse pot provoca, de asemenea, efecte secundare neașteptate: alimentele modificate genetic pot, de exemplu, să conțină toxine și alergeni sau să aibă o valoare nutritivă redusă, determinând consumatorii să se îmbolnăvească sau chiar, așa cum s-a întâmplat, să moară. În plus, organismele crescute prin inginerie genetică sunt capabile să se reproducă independent și să se încrucișeze cu populații naturale care nu au suferit intervenții genetice, provocând schimbări biologice ireversibile în întregul ecosistem al Pământului. Putem spune cu deplină încredere că ingineria genetică este cu siguranță un domeniu promițător, care la noi, din păcate, nu este finanțat și nu are propriul producător. Rusia, desigur, este angajată în evoluții în acest domeniu, dar este forțată să-și vândă invențiile în străinătate. Oamenii noștri de știință au inventat interferonul uman, aspartamul și pânza de păianjen. Important este că atunci când se creează un medicament, acesta nu intră în uz până când structura sa este aproape de genomul uman. În acest caz, medicamentul este absolut inofensiv. Când se produce aspartam, doi aminoacizi sunt amestecați, dar catalizatorul procesului sunt microorganismele. Sarcina geneticianului este să realizeze dezvoltarea, astfel încât purificarea medicamentului de microorganisme să treacă de verificarea 100%. Aceasta este calitatea lucrării. Suntem responsabili pentru calitate și din punct de vedere profesional este că ingineria genetică este, într-o măsură rezonabilă, benefică umanității.

Ingineria genetică - inamic sau prieten? Pericolele ingineriei genetice...

Fapte științifice despre pericolele ingineriei genetice

1. Ingineria genetică este fundamental diferită de dezvoltarea de noi soiuri și rase. Adăugarea artificială de gene străine perturbă foarte mult controlul genetic fin reglat al unei celule normale. Manipularea genelor este fundamental diferită de combinația de cromozomi materni și paterni care apare în încrucișările naturale.

2. În prezent, ingineria genetică este imperfectă din punct de vedere tehnic, deoarece nu este capabilă să controleze procesul de inserare a unei noi gene. Prin urmare, este imposibil de prezis locul de inserție și efectele genei adăugate. Chiar dacă locația unei gene poate fi determinată odată ce aceasta a fost introdusă în genom, informațiile disponibile despre ADN sunt foarte incomplete pentru a prezice rezultatele.

3. Ca urmare a adăugării artificiale a unei gene străine, se pot forma în mod neașteptat substanțe periculoase. În cel mai rău caz, ar putea fi vorba de substanțe toxice, alergeni sau alte substanțe dăunătoare sănătății. Informațiile despre astfel de posibilități sunt încă foarte incomplete.

4. Nu există metode complet fiabile de testare a inofensivității. Mai mult de 10% dintre efectele secundare grave ale noilor medicamente nu pot fi detectate în ciuda studiilor de siguranță efectuate cu atenție. Riscul ca proprietățile periculoase ale noilor alimente modificate genetic să rămână nedetectate este probabil mult mai mare decât în cazul medicamentelor.

5. Cerințele actuale de testare a siguranței sunt extrem de insuficiente. Acestea sunt în mod clar concepute pentru a simplifica procesul de aprobare. Ele permit utilizarea unor metode de testare a inofensivității extrem de insensibile. Prin urmare, există un risc semnificativ ca produsele alimentare periculoase să poată trece inspecția nedetectate.

6. Produsele alimentare create până în prezent folosind inginerie genetică nu au nicio valoare semnificativă pentru umanitate. Aceste produse satisfac în principal numai interese comerciale.

7. Cunoștințele despre efectele organismelor modificate genetic introduse în mediu sunt complet insuficiente. Nu a fost încă dovedit că organismele modificate prin inginerie genetică nu vor avea un efect dăunător asupra mediului. Ecologiștii au sugerat diferite complicații potențiale de mediu. De exemplu, există multe oportunități pentru răspândirea necontrolată a genelor potențial dăunătoare utilizate de inginerie genetică, inclusiv transferul de gene de către bacterii și viruși. Complicațiile cauzate de mediu sunt probabil imposibil de corectat, deoarece genele eliberate nu pot fi luate înapoi.

8. Pot apărea viruși noi și periculoși. S-a demonstrat experimental că genele virale încorporate în genom se pot combina cu genele virusurilor infecțioase (așa-numita recombinare). Acești viruși noi pot fi mai agresivi decât cei originali. Virusurile pot deveni, de asemenea, mai puțin specifice speciei. De exemplu, virusurile plantelor pot deveni dăunătoare insectelor benefice, animalelor și, de asemenea, oamenilor.

9. Cunoașterea substanței ereditare, ADN-ul, este foarte incompletă. Funcția a doar trei procente din ADN este cunoscută. Este riscant să manipulezi sisteme complexe despre care cunoștințele sunt incomplete. Experiența vastă în domeniile biologiei, ecologiei și medicinei arată că acest lucru poate cauza probleme și tulburări grave imprevizibile.

10. Ingineria genetică nu va rezolva problema foametei în lume. Afirmația că ingineria genetică poate aduce o contribuție semnificativă la rezolvarea problemei foametei în lume este un mit neîntemeiat științific.

Semnificație economică

Ingineria genetică servește la obținerea calităților dorite ale unui organism schimbător sau modificat genetic. Spre deosebire de selecția tradițională, în timpul căreia genotipul este supus modificărilor doar indirect, ingineria genetică permite intervenția directă în aparatul genetic folosind tehnica clonării moleculare. Exemple de aplicare a ingineriei genetice sunt producția de noi soiuri modificate genetic de culturi de cereale, producerea de insulină umană folosind bacterii modificate genetic, producerea de eritropoietine în cultura celulară sau noi rase de șoareci experimentali pentru cercetarea științifică.

Sarcina de a obține astfel de tulpini industriale este foarte importantă pentru modificarea și selecția lor, au fost dezvoltate numeroase metode de influențare activă a celulei - de la tratamentul cu otrăvuri puternice până la iradierea radioactivă. Scopul acestor tehnici este unul - de a realiza modificări în aparatul ereditar, genetic al celulei. Rezultatul lor este producerea a numeroși microbi mutanți, din sute și mii dintre care oamenii de știință încearcă apoi să aleagă cei mai potriviți pentru un anumit scop. Crearea de metode de mutageneză chimică sau radiație a fost o realizare remarcabilă a biologiei și este utilizată pe scară largă în biotehnologie.

Dar capacitățile lor sunt limitate de natura microorganismelor în sine. Nu sunt capabili să sintetizeze o serie de substanțe valoroase care se acumulează în plante, în primul rând în plante medicinale și uleiuri esențiale. Ei nu pot sintetiza substanțe care sunt foarte importante pentru viața animalelor și a oamenilor, o serie de enzime, hormoni peptidici, proteine imunitare, interferoni și mulți compuși mai simpli care sunt sintetizați în corpul animalelor și al oamenilor. Desigur, posibilitățile microorganismelor sunt departe de a fi epuizate. Din întreaga abundență de microorganisme, doar o mică parte a fost folosită de știință și în special de industrie. În scopul selecției microorganismelor, de mare interes sunt, de exemplu, bacteriile anaerobe capabile să trăiască în absența oxigenului, fototrofele care utilizează energia luminoasă precum plantele, chimioautotrofele, bacteriile termofile capabile să trăiască la temperaturi, după cum s-a descoperit recent, aproximativ 110 ° C etc.

Și totuși limitările „materialului natural” sunt evidente. Ei au încercat și încearcă să ocolească restricțiile cu ajutorul culturilor de celule și țesuturi de plante și animale. Aceasta este o cale foarte importantă și promițătoare, care este, de asemenea, implementată în biotehnologie. În ultimele decenii, oamenii de știință au dezvoltat metode prin care celulele tisulare individuale ale unei plante sau animale pot fi făcute să crească și să se reproducă separat de organism, cum ar fi celulele bacteriene. Aceasta a fost o realizare importantă - culturile de celule rezultate sunt folosite pentru experimente și pentru producția industrială a anumitor substanțe care nu pot fi obținute cu ajutorul culturilor bacteriene.

Istoricul dezvoltării și nivelul atins de tehnologie

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, au fost făcute câteva descoperiri și invenții importante care stau la baza inginerie genetică. Mulți ani de încercări de a „citi” informațiile biologice care sunt „scrise” în gene au fost finalizate cu succes. Această lucrare a fost începută de omul de știință englez F. Sanger și omul de știință american W. Gilbert (Premiul Nobel pentru Chimie). După cum se știe, genele conțin informații-instrucțiuni pentru sinteza moleculelor de ARN și proteinelor, inclusiv enzimele, în organism. Pentru a forța o celulă să sintetizeze noi substanțe care sunt neobișnuite pentru ea, este necesar ca seturile corespunzătoare de enzime să fie sintetizate în ea. Și pentru aceasta este necesar fie să se schimbe intenționat genele situate în el, fie să se introducă în el gene noi, care anterior absente. Modificările genelor din celulele vii sunt mutații. Ele apar sub influența, de exemplu, a agenților mutageni - otrăvuri chimice sau radiații. Dar astfel de schimbări nu pot fi controlate sau dirijate. Prin urmare, oamenii de știință și-au concentrat eforturile pe încercarea de a dezvolta metode pentru introducerea unor gene noi, foarte specifice, necesare oamenilor în celule.

Principalele etape ale rezolvării unei probleme de inginerie genetică sunt următoarele:

1. Obținerea unei gene izolate. 2. Introducerea genei într-un vector pentru transferul în organism. 3. Transferul vectorului cu gena în organismul modificat.

4. Transformarea celulelor corpului.

Dacă organismele unicelulare sau culturile de celule multicelulare sunt supuse modificării, atunci în această etapă începe clonarea, adică selecția acelor organisme și a descendenților lor (clone) care au suferit modificări. Când sarcina este de a obține organisme multicelulare, celulele cu un genotip alterat sunt folosite pentru propagarea vegetativă a plantelor sau introduse în blastocistele unei mame surogat atunci când vine vorba de animale. Ca urmare, puii se nasc cu un genotip modificat sau neschimbat, printre care doar cei care prezintă modificările așteptate sunt selectați și încrucișați între ei.

Aplicare în cercetarea științifică

Deși la scară mică, ingineria genetică este deja folosită pentru a oferi femeilor cu anumite tipuri de infertilitate șansa de a rămâne însărcinate. În acest scop, se folosesc ouă de la o femeie sănătoasă. Drept urmare, copilul moștenește genotipul de la un tată și două mame.

Cu toate acestea, posibilitatea de a face modificări mai semnificative în genomul uman se confruntă cu o serie de probleme etice grave.