Генетическая модификация. «Редакторы геномов»
НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Генная модификация
Генная модификация
Генетики и селекционеры обсуждают сложнейшие проблемы селекции растений и животных, применения генетических технологий в медицине, безопасности генетически модифицированных продуктов.
1. Генная инженерия
Генная инженерия - это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Основа прикладной генной инженерии - теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.
Генная инженерия возникла в 1972 году, в Станфордском университете, в США. Тогда лаборатория П. Берга получила первую рекомбинатную (гибридную) ДНК или (рекДНК). Она соединяла в себе фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса SV40.
Строение рекомбинантной ДНК. Гибридная ДНК имеет вид кольца. Она содержит ген (или гены) и вектор. Вектор - это фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение гибридной ДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетической системы - белков. Большая часть векторов получена на основе фага лямбда, из плазмид, вирусов SV40, полиомы, дрожжей и др. бактерий.
Синтез белков происходит в клетке-хозяине. Наиболее часто в качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку, однако применяют и др. бактерии, дрожжи, животные или растительные клетки. Система вектор-хозяин не может быть произвольной: вектор подгоняется к клетке-хозяину. Выбор вектора зависит от видовой специфичности и целей исследования.
Ключевое значение в конструировании гибридной ДНК несут два фермента. Первый - рестриктаза - рассекает молекулу ДНК на фрагменты по строго определенным местам. И второй - ДНК-лигазы - сшивают фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких ферментов создание искусственных генетических структур стало технически выполнимой задачей.
Этапы генного синтеза . Гены, подлежащие клонированию, могут быть получены в составе фрагментов путем механического или рестриктазного дробления тотальной ДНК. Но структурные гены, как правило, приходится либо синтезировать химико-биологическим путем, либо получать в виде ДНК-копии информационных РНК, соответствующих избранному гену. Структурные гены содержат только кодированную запись конечного продукта (белка, РНК), и полностью лишены регуляторных участков. И поэтому эти гены не способны функционировать в клетке-хозяине.
При получении рекДНК образуется чаще всего несколько структур, из которых только одна является нужной. Поэтому обязательный этап составляет селекция и молекулярное клонирование рекДНК, введенной путем трансформации в клетку-хозяина.
Существует 3 пути селекции рекДНК: генетический, иммунохимический и гибризационный с мечеными ДНК и РНК.
В результате интенсивного развития методов генной инженерии получены клоны множества генов: рибосомальной, транспортной и 5S РНК, гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.
На основе генной инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная "индустрией ДНК". Это одна из современных ветвей биотехнологии .
Нет сомнений, что поиски генетиков сулят человеку избавление от многих недугов . Уже сейчас генная инженерия начинает активно применяться в онкологии, создаются препараты, прицельно направленные против конкретной опухоли. Ученым удалось идентифицировать гены, предрасполагающие к развитию сахарного диабета, - значит, появились новые перспективы в лечении и этого тяжкого недуга. Для лечебного применения допущен инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекДНК. Кроме того, на основе многочисленных мутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданы высокоэффективные тест-системы для выявления генетической активности факторов среды, в том числе для выявления канцерогенных соединений.
За короткий срок генная инженерия оказала огромное влияние на развитие молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться по пути познания строения и функционирования генетического аппарата. Генная инженерия имеет большие перспективы в лечении наследственных болезней, которых на сегодняшний день зарегистрировано около 2000. Генная инженерия призвана помогать исправлять ошибки природы.
С другой стороны, генетические технологии породили совершенно новые проблемы, связанные с возможностью клонирования живых существ, в том числе и человека. Мировое научное сообщество признает, что технически клонирование идентичной человеческой особи становится возможным. Но вопрос о том, нужны ли человечеству подобные попытки, остается открытым. Доказано, что в 99 процентах случаев есть риск врожденных уродств - а значит, такие опыты над человеком недопустимы.
Однако, новые генетические технологии на основе трансгенеза и клонирования играют важнейшую роль в создании высокопродуктивных сортов растений и пород животных. При этом на первый план выходят проблемы, как генетической безопасности, так и морально-правовые .
В России все исследования по клонированию проводятся только на животных. Яростные дискуссии ведутся во всем мире - в том числе и в России - вокруг другого порождения современной науки: генетически модифицированных продуктов .
2. Безопасна ли генная модификация?
Создатели генетически измененных продуктов утверждают, что они совершенно безопасны. Сторонники их широкого использования уверены, что многолетние исследования доказали безвредность такой продукции. Противники убеждены в обратном.
До сих пор не доказано, что эти продукты безопасны для человека. Многие виды генетически модифицированных продуктов запрещаются к использованию на последних стадиях эксперимента как сильные аллергены.
Правы ли скептики, утверждающие, что трансгенные продукты опасны? А может, они станут нашей пищей в 21 веке?
Около 30 лет назад были произведены первые опыты по генетической модификации растений. Например, можно взять один ген от одного животного или растения и вживить его в другое животное или растение. Таким способом, например, можно получить картофель, устойчивый к пестицидам .
Генетически модифицированные продукты не только созданы, но их активно употребляют в пищу.
В традиционной селекции происходит скрещивание внутри одного вида. Даже помидор был улучшен селекцией. Но, при селекции происходит обмен между особями одного вида. А генная инженерия позволяет составить новую ДНК и манипулировать ею. Например, если ген светлячка вставить в ДНК табака, то цветок табака начинает светиться, если нуждается в поливе. Селекционными методами этого не возможно добиться!
Протестующие больше всего обращают внимание на негативные процессы этой методики. Но ведь, никто не спорит с тем, что генетически модифицированные продукты нуждается в тестировании!
Защитники индустрии биотехнологий утверждают, что все процессы, касающиеся генно-модифицированных продуктов, находятся под жестким контролем.
Проводится анализ обыкновенного и трансгенного растения. Ученые должны доказать инспекторам, что пищевые продукты не отличаются по качеству.
Проверка продукта проходит следующие этапы:
1. Сравнение структуры и химического состава обыкновенного и траснсгенного растения.
2. Требуются доказательства того, что употребление нового продукта в пищу не вредит здоровью человека.
Трансгенная соя (обладает устойчивостью к гербицидам) входит в продукты, которые мы употребляем в пищу последние годы.
Токсичен ли новый белок? Несколько лет проводили тестирование белка на токсичность. Кормили мышей дозами в 1000 раз, превышающие дозы, которые потребляет человек. Ученые утверждают, что ничего вредного для организма человека не было выявлено.
Как новые белки перевариваются? Белки, созданные искусственно погружают в раствор, который имеет среду сходную по составу с кишечником. Чем быстрее переваривается продукт, тем лучше.
Эксперименты показали, что новый белок не является аллергеном. Есть и другие способы проверить созданный белок. Если он не проходит проверку, то его уничтожают. Однако, белок трансгенной сои успешно выдержал испытания! Было проведено 1800 анализов, которые показали, что с соевыми бобами все в порядке.
Система тестов работает. Нужно только следовать методике, считают ученые.
Но скептики полагают, что наука знает еще слишком мало, чтобы утверждать, что “все под контролем”. Живые организмы настолько сложны, что предвидеть их поведение практически невозможно.
Однако, традиционные методы селекции не всегда безопасны . Напротив, в генной инженерии точно известны пути внедрения гена. Опять же, скептики уверены, в том, что генная инженерия, использующая новые методы, рискует нанести непоправимый вред природе. Их противники, говорят, что и селекция опасна, т.к. она имеет дело не с одним, а с несколькими генами! А потому результат селекции еще более непредсказуем!
Страшнее всего, то, что лет 30 тому назад экспериментировали с генами, не понимая, что делают!
Сопротивление генно-модифицированной продукции в Европе сильнее, чем где-либо еще в мире. Последнее время внедрение трансгенных продуктов очень затруднено: в Англии таковых продуктов было внедрено около 2000, а теперь осталось меньше 100!
3. Примеры генной модификации
Общественные организации в Европе призывают уничтожать трансгенные растения. Странные растения получают, вживляя в них гены животных. Экологи против этих технологий, общественность высокомерно и презрительно относится к генетически модифицированным продуктам.
3.1 Увеличение початка кукурузы
В Мексике - бедные почвы, а потому очень плохие урожаи кукурузы. Ученым поставлена задача, по увеличению размера початка кукурузы . В результате проведенных исследований, вживили в кукурузу ген, который нейтрализует соли алюминия и растворяет фосфаты, это позволило растению полноценно развиваться на предлагаемых почвах.
Урожай обещал быть в 2 раза больше, но правительство под давлением экологических организаций запретило заниматься этими исследованиями. Экологи игнорируют результаты эксперимента. Противники генной инженерии считают, что такие опыты наносят вред экологии, опасны для здоровья и в конечном итоге приводят к экологической катастрофе. Ведь, никто не даст гарантии, что эти методики не приведут к появлению новых насекомых и сорняков!
3.2 Защита хлопчатника
Университет Аризоны. Ученые работают над увеличением урожайности хлопка. Растение страдает от нашествия розового коробчатого червя. Если популяция вредителя большая, то урожаи хлопка стремительно падают!
Требуется внедрить в хлопчатник такой ген, который будет убивать коробчатого червя. Последние 40 лет для уничтожения насекомых применяли опрыскивание растений химикатами. Страдали и люди, и животные. Попробовали вживить в хлопок ген бактерии. В листьях растения появился белок, который ядовит для червя. Таким образом, необходимость защиты растения химикатами отпадает!
В результате получили сотни гектаров ядовитых растений, которые сами защищаются от вредных насекомых. Опять же, пройдет время, и вредители привыкнут, выработают иммунитет!
Но не только жуки - вредители внушают опасения! Экологи боятся, что появятся особо устойчивые сорняки, и, значит, не будет спасения от сорняков устойчивых к химикатам. Ведь пчелы могут разнести пыльцу на несколько километров, и эти растения заполнят всю округу. Однако, есть данные, что на расстоянии 15 м опыление уже не происходит. Но если даже пыльца модифицированного растения преодолеет расстояние, то она должна скрестится со своим видом. Сверхживучесть сохранить не так просто…
3.3 Рис с витамином “А”
Азия. 100 млн. детей не получают витамин “А”, который необходим для полноценного зрения. Дело в том, что основная пища беднейших слоев населения – рис. Дети слепнут от недостатка витамина “А”!
Благородная задача - вырастить рис сразу с витамином “А” и засеять им поля в отсталых странах. Как это возможно? Нарцисс – ядовитое растение. Из него необходимо взять 2 гена и внедрить в рис, который в таком случае будет содержать витамин “А”!
4. Ужасы генной модификации
Ген человеческой печени добавляют в рис! Ученые начали добавлять человеческие гены в рис в попытке поднять генно-модифицированные продукты на новый уровень.
Исследователи ввели в рис ген, полученный из печени человека, производящий энзим, способствующий распаду вредных химических элементов в организме человека. Они надеются, что энзим – CYP2B6 – сделает то же самое с гербицидами и загрязняющими веществами, будучи смешанным с рисом.
Однако противники генно-модифицированных продуктов говорят, что использование человеческих генов отпугнет потребителей, которым претит идея каннибализма и того, что ученые берут на себя функции бога. Сью Майер из британской организации GeneWatch говорит: "Я не думаю, что кто-то захочет купить этот рис". "Люди уже выразили свое отвращение по поводу использования человеческих генов и беспокойство в связи с ощущением, что индустрия биотехнологий не прислушивается к ним. Это еще больше пошатнет их уверенность".
Обычно при генной модификации зерновых культур используются гены, полученные из бактерий. Они устойчивы только к одному виду гербицидов, что означает, что фермеры могут обрабатывать свои поля как угодно часто для борьбы с вредителями, но только одним видом химикатов. Цель добавления в рис человеческого гена – создать растение, устойчивое к нескольким видам гербицидов.
Исследователи в Национальном институте агробиологических наук в Цукубе в Японии обнаружили, что новый вид риса может быть устойчивым к 14 различным видам гербицидов. Профессор Ричард Мейлан, проводивший подобные исследования в Институте Пердью в Индиане говорит, что такой рис можно выращивать на почве, пропитанной промышленными загрязнениями. Он применял в своих исследованиях гены кроликов, но говорит, что не видит причин, по которым нельзя использовать человеческие гены. Он говорит, что разговоры о "пище Франкенштейна" – это чепуха, и добавляет: "Я не думаю, что этические соображения имеют какое-то отношение к использованию человеческих генов в генной инженерии при выращивании продуктов".
Производство риса во всем мире падает, и идет гонка в поисках путей повышения сборов риса, а также новых разновидностей риса, устойчивых к вирусам, с низким содержанием аллергенов и белка.
Однако в Институте Науки в обществе противников генной модификации говорят, что энзим CYP2B6 может ударить по человеку, приведя к созданию новых вирусов или разновидностей рака.
Они добавляют: "Сторонники генной модификации и страны, являющиеся основными производителями риса, исследуют и продвигают генно-модифицированный рис, совершенно не задумываясь о безопасности и долговременной перспективе" .
Заключение
Скептики не уверены, что генные технологии решат социальные проблемы. Мечты о равном распределении продуктов питания по всему миру – утопия.
Сопротивление генно-модифицированной продукции в Европе сильнее, чем где-либо еще в мире. Создатели генетически измененных продуктов утверждают, что они совершенно безопасны. В свою очередь, противники генной модификации считают ее "ящиком Пандоры" с непредсказуемыми последствиями.
Очевидно, что в ближайшие десятилетия генетика еще преподнесет человечеству немало сюрпризов, породит множество сенсаций - мнимых и реальных, вокруг нее будут бушевать споры и даже скандалы. Общество легко слышит тех людей, которые боятся всего нового, но опасность от мобильных телефонов не меньше!
Главное, чтобы вся эта суета не слишком мешала серьезной работе ученых на одном из самых интересных и перспективных научных направлений.
Терминологический словарь
Генная инженерия - практика целенаправленного изменения генетических программ половых клеток с целью придания исходным формам организмов новых свойств или создания принципиально новых форм организмов. Основной метод генной инженерии состоит в извлечении из клеток организма гена или группы генов, соединение их с определенными молекулами нуклеиновых кислот и внедрение полученных гибридных молекул в клетки другого организма.
Биологическая защита - в генной инженерии - создание и использование безопасной для человека и объектов окружающей среды комбинации биологического материала, свойства которого исключают нежелательное выживание генно-инженерно-модифицированных организмов в окружающей среде и/или передачу им генетической информации
Биотехнология Biotechnology - в широком смысле - пограничная между биологией и техникой научная дисциплина и сфера практики, изучающая пути и методы изменения окружающей человека природной среды в соответствии с его потребностями.
Биотехнология - в узком смысле - совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью биологических агентов. В состав биотехнологии входят генная, клеточная и экологическая инженерии
Выпуск генно-инженерно-модифицированных организмов в окружающую среду - действие или бездействие, в результате которых произошло внесение генно-инженерно-модифицированных организмов в окружающую среду.
Генно-инженерная деятельность - деятельность, осуществляемая с использованием методов генной инженерии и генно-инженерно-модифицированных организмов.
Генно-инженерно-модифицированный организм - организм или несколько организмов, любое неклеточное, одноклеточное или многоклеточное образование: - способное к воспроизводству или передаче наследственного генетического материала; - отличное от природных организмов; - полученное с применением методов генной инженерии; и - содержащее генноинженерный материал.
Генодиагностика - в генной инженерии - совокупность методов по выявлению изменений в структуре генома.
Замкнутая система - в генной инженерии - система осуществления генно-инженерной деятельности, при которой генетические модификации вносятся в организм или генно-инженерно-модифицированные организмы, обрабатываются, культивируются, хранятся, используются, подвергаются транспортировке, уничтожению или захоронению в условиях существования физических, химических и биологических барьеров или их комбинаций, предотвращающих контакт генно-инженерно-модифицированных организмов с населением и окружающей средой.
Открытая система - в генной инженерии - система осуществления генно-инженерной деятельности, предполагающая контакт генно-инженерно-модифицированных организмов с населением и окружающей средой при их намеренном выпуске в окружающую среду, применении в медицинских целях, при экспорте и импорте, при передаче технологий.
Трансгенные организмы - животные, растения, микроорганизмы, вирусы, генетическая программа которых изменена с использованием методов генной инженерии.
Физическая защита - в генной инженерии - создание и использование специальных технических средств и приемов, предотвращающих выпуск генно-инженерно-модифицированных организмов в окружающую среду и/или передачу им генетической информации.
Литература
1.Маниатис Т., Методы генетической инженерии, М., 1984;
2.Генная инженерия Источник #"#">#"#">Рубрикон
Генно-инженерно-модифицированный организм - организм или несколько организмов, любое неклеточное, одноклеточное или многоклеточное образование: - способное к воспроизводству или передаче наследственного генетического материала; - отличное от природных организмов; - полученное с применением методов генной инженерии; и - содержащее генно-инженерный материал.
Фаги, то же, что бактериофаги. …фаг (от греч. Phagos –пожиратель) часть сложных слов, соответствующая по значению словам ”поедающий’, ‘поглощающий” (например, бактериофаг).
Биотехнология- совокупность методов и приемов получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью биологических агентов. В состав биотехнологии входят генная, клеточная и экологическая инженерии.
Генетики вывели соевые бобы, предотвращающие потерю волос. В Японии выведен генетически измененный сорт соевых бобов, которые стимулируют рост волос и предотвращают их потерю от химиотерапии. Если подтвердится безопасность нового продукта, то, чтобы спастись от облысения, нужно будет просто периодически есть эти бобы, сообщил в среду глава исследовательской группы Университета Киото профессор Массаки Иосикава. Чудодейственное свойство зерновой культуре придал генетически внедренный компонент (новокинин), обладающий противогипертоническим эффектом. Он был получен из аминокислотного состава яичного белка. По словам ученых, этот компонент способствует росту волос тем, что расширяет сосуды и нормализует циркуляцию крови. Эффективность бобов подтверждена в ходе экспериментов над мышами, которых побрили, а затем кормили модифицированными бобами из расчета одна тысячная миллиграмма противогипертонического вещества на грамм массы тела. Как сообщается, восстановление шерстяного покрова шло ускоренными темпами, а после увеличения дозы мыши переставали терять шерсть даже в результате химиотерапии. Специалисты говорят, что их бобы также можно использовать в качестве обычного лекарства от высокого давления. 13 Апреля 2005
Полимерия - взаимодействие неаллельных множественных генов, однонаправленно влияющих на развитие одного и того же признака; степень проявления признака зависит от количества генов. Полимерные гены обозначаются одинаковыми буквами, а аллели одного локуса имеют одинаковый нижний индекс.
Полимерное взаимодействие неаллельных генов может быть кумулятивным и некумулятивным. При кумулятивной (накопительной) полимерии степень проявления признака зависит от суммарного действия нескольких генов. Чем больше доминантных алле¬лей генов, тем сильнее выражен тот или иной признак. Расщепле¬ние в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании происходит в соотношении 1:4:6:4:1, а в целом соответствует третьей, пятой (при дигибридном скрещивании), седьмой (при тригибридном скрещивании) и т.п. строчкам в треугольнике Паскаля.
При некумулятивной полимерии признак проявляется при наличии хотя бы одного из доминантных аллелей полимерных генов. Количество доминантных аллелей не влияет на степень выраженности признака. Расщепление в F2 по фенотипу при дигибридном скрещивании - 15:1.
Пример полимерии - наследование цвета кожи у людей, который зависит (в первом приближении) от четырёх генов с кумулятивным эффектом.
Ген-модификатор
Ген,
не имеющий собственного выражения в
фенотипе, но оказывающий усиливающее
или ослабляющее влияние на экспрессию
др. генов (соответственно, ген-интенсификатор
20.Хромосомная теория и история ее создания.
21.Механизмы наследования пола. Влияние факторов внутреней и внешней среды на развитие признаков пола.
22. Наследование признаков сцепленных с полом.
У всех двуполых организмов имеются два типа хромосом. Первый тип – аутосомы (неполовые хромосомы). Они одинаковы у организмов женского и мужского пола. Второй тип – половые хромосомы, по ним имеются различия организмов по полу: у женских особей 2 одинаковые хромосомы XX, у мужских XY. Такой тип пола называется гомогаметным. Характерен для млекопитающих, рыб, насекомых. Второй тип пола – гетерогаметный, самки XY, самцы XX. Половые хромосомы различаются по своим размерам. У большинства организмов в X – хромосоме находиться много генов, в Y – хромосоме локализованы единичные гены. Только у рыб Y – хромосома относительно богаче генами. Если гены локализованы в X – хромосоме, а Y – хромосома генетически интерна, то такой тип наследования признаков называется наследованием, сцепленным с полом. Если гены представлены только в одной хромосоме, а вторая генетически интерна, то такие организмы называются генизиготными.
23. Сцепленное наследование и кроссинговер
Поскольку у большинства организмов имеется много (несколько тысяч) генов, а хромосом - ограниченное число, то в одной хромосоме располагается одновременно несколько генов. Гены, входящие в состав одной хромосомы, называются сцепленными и образуют группу сцепления. Наследуются они как единое целое, т. к. это определяется поведением хромосомы в мейозе. В таком случае расщепление по сцепленным признакам не подчиняется закону независимого наследования. Если гены расположены близко друг к другу, то они всегда сохраняются в исходных сочетаниях.
Например, АВ/аb х аb/аb -> 1 Аb/аb: 1 аb/аb.
Это случай так называемого полного сцепления, которое наблюдается нечасто. Гораздо более распространенными являются ситуации, когда гены располагаются на некотором удалении друг от друга. В таком случае частичного сцепления они могут разделяться в результате процесса, называющегося кроссинговером. Это еще один вид генетической рекомбинации. Кроссинговер осуществляется в профазе первого мейотического деления в момент конъюгации хромосом. В это время хроматиды гомологичных хромосом обмениваются фрагментами наследственного материала, в результате чего появляются новые комбинации генов.
К примеру, АВ/аb х аb/аb → АВ/аb: аb/аb: Аb/аb: аВ
Численность рекомбинантных (или кроссоверных) классов всегда меньше, чем нерекомбинантных, и соотношение двух классов внутри каждой группы всегда равно 1:1. Величина кроссинговера, вычисляемая как процентное отношение рекомбинантов к общей численности потомства, является показателем расстояния между генами и используется для картирования хромосом - расположения генов на карте хромосомы в строго определенном порядке и на фиксированных расстояниях. Эти расстояния обладают свойством аддитивности, которое заключается в следующем. Если имеется три гена, расположенных в порядке А-В-С, то АС = АВ + ВС. Такая аддитивность однозначно свидетельствует о линейности расположения генов в хромосомах.
Если рассматривается кроссинговер между большим числом генов, то получается картина гораздо более сложная - отдельные акты кроссинговера взаимодействуют друг с другом. Такое взаимное влияние актов кроссинговера называется интерференцией.
Во вселенной стратегической компьютерной игры StarCraft внеземная раса зергов примечательна тем, что научилась усваивать генетический материал других организмов и преобразовывать собственные гены, меняясь и адаптируясь к новым условиям. Эта, на первый взгляд, фантастическая идея намного ближе к реальным возможностям живых организмов, чем кажется.
Сегодня мы очень много знаем про ДНК: этой двухцепочечной молекуле посвящено более двух миллионов научных публикаций. Молекулу ДНК можно рассмотреть как текст, написанный с использованием алфавита из четырех букв (нуклеотидов). Совокупность всех нуклеотидов, составляющих хромосомы любого организма, называется геномом. Геном человека насчитывает примерно три миллиарда «букв».
Отдельные участки генома представляют собой обособленные гены - функциональные элементы, которые чаще всего отвечают за синтез конкретных белков. У человека около 20 000 кодирующих белки генов. Белки, как и молекулы ДНК, являются полимерами, но состоят не из нуклеотидов, а из аминокислот. «Алфавит» аминокислот, входящих в состав белков, насчитывает 20 молекул. Зная нуклеотидную последовательность гена, можно точно определить аминокислотную последовательность белка, который он кодирует. Дело в том, что все организмы используют один и тот же (с небольшими вариациями) хорошо изученный генетический код - правила соответствия кодонов (троек нуклеотидов) определенным аминокислотам. Подобная универсальность позволяет генам из одного организма работать в другом организме и при этом производить тот же самый белок.
Естественная инженерия
Один из основных методов генной инженерии растений использует агробактерии и разработанный ими механизм модификации растительных геномов (см. «ПМ» № 10"2005). Гены обитающих в почве агробактерий кодируют специальные белки, способные «протащить» определенную молекулу ДНК в растительную клетку, встроить ее в растительный геном и тем самым заставить растение производить нужные для бактерии питательные вещества. Ученые позаимствовали эту идею и нашли ей применение, заменив нужные бактериям гены на те, которые кодируют белки, необходимые в сельском хозяйстве. Например, Bt-токсины, которые производят почвенные бактерии Bacillus thuringiensis , абсолютно безопасные для млекопитающих и ядовитые для некоторых насекомых, или белки, придающие растению устойчивость к конкретному гербициду.
Обмен генами для бактерий, даже не родственных, - очень распространенное явление. Именно из-за этого микробы, устойчивые к пенициллину, появились уже через несколько лет после начала его массового применения, а в наши дни проблема устойчивости к антибиотикам стала одной из самых тревожных в медицине.
От вирусов к организмам
Естественной «генной инженерией» занимаются не только бактерии, но и вирусы. В геномах многих организмов, включая человека, есть транспозоны - бывшие вирусы, которые давно встроились в ДНК хозяина и, как правило, не принося ему вреда, могут «перескакивать» с одного места в геноме на другое.
Ретровирусы (такие как ВИЧ) умеют встраивать свой генетический материал прямо в геном эукариотических клеток (например, клеток человека). Аденовирусы не встраивают свою генетическую информацию в геномы животных и растений: их гены могут включаться и работать без этого. Эти и другие вирусы активно используются в генной терапии для лечения целого спектра наследственных заболеваний.
Таким образом, естественная генная инженерия очень широко используется в природе и играет огромную роль в адаптации организмов к окружающей среде. Еще важнее то, что все живые организмы постоянно подвергаются генетическим изменениям в результате случайных мутаций. Из этого следует важный вывод: по сути, каждый организм (если не считать клонов) является уникальным и генетически модифицированным по сравнению со своими предками. У него есть как новые мутации, так и новые комбинации существовавших ранее вариантов генов - в геноме любого ребенка обнаруживаются десятки генетических вариантов, которых не было ни у одного из родителей. Кроме возникновения новых мутаций, в ходе полового размножения в каждом поколении возникает новая комбинация уже существующих у родителей генетических вариантов.
Проверено в опытах
Сегодня активно обсуждается безопасность пищевых продуктов, содержащих генетически модифицированные организмы (ГМО). Для продуктов генной инженерии, осуществляемой человеком, намного лучше подходит термин «генетически модернизированные организмы», так как генная инженерия позволяет ускорить те процессы генетических изменений, которые самостоятельно происходят в природе, и направить их в нужное человеку русло. Однако между механизмами генетической модернизации и природными процессами генетической модификации нет никаких существенных различий, поэтому вполне обоснованно можно считать, что производство ГМ-продуктов питания не несет дополнительных рисков.
Однако, как и любая научная гипотеза, безопасность ГМО нуждалась в экспериментальной проверке. Вопреки многочисленным утверждениям противников ГМО, этот вопрос очень и очень тщательно исследуется не первый десяток лет. В этом году в журнале Critical reviews in biotechnology был опубликован обзор почти 1800 научных работ, посвященных изучению безопасности ГМО за последние десять лет. Лишь в трех исследованиях возникли подозрения о негативном влиянии трех конкретных ГМ-сортов, но эти подозрения не оправдались, еще в двух случаях была установлена потенциальная аллергенность ГМ-сортов. Единственный подтвержденный случай касался гена бразильского ореха, встраиваемого в ГМ-сорт сои. Стандартная в таких случаях проверка реакции сыворотки крови людей, страдающих аллергией, на белок нового ГМ-сорта, показала существование опасности, и разработчики отказались от продвижения сорта на рынок.
Кроме того, стоит отдельно упомянуть обзор 2012 года, опубликованный в журнале Food and Chemical Toxicology , в который вошло 12 исследований безопасности употребления ГМО в пищу на нескольких (от двух до пяти) поколениях животных и еще 12 исследований на животных долгосрочного (от трех месяцев до двух лет) потребления ГМО в пищу. Авторы обзора пришли к выводу об отсутствии каких-либо негативных эффектов ГМО (по сравнению с немодернизированными аналогами).
Скандальные разоблачения
Вокруг некоторых работ, якобы показывающих вред отдельных ГМ-сортов растений, возникают курьезы. Типичный пример, который очень любят приводить противники ГМО, - это нашумевшая публикация французского исследователя Сералини в журнале Food and Chemical Toxicology , который утверждал, что ГМ-кукуруза вызывает рак и увеличение смертности крыс. В научной среде работа Сералини вызвала бурные дискуссии, но не потому, что исследователь получил и опубликовал какие-то уникальные данные. Причиной было то, что с научной точки зрения работа была выполнена крайне небрежно и содержала грубые ошибки, заметные с первого взгляда.
Тем не менее представленные Сералини фотографии крыс с крупными опухолями произвели огромное впечатление на общественность. Несмотря на то что его статья не выдержала объективной критики и была отозвана из журнала, ее продолжают цитировать противники ГМО, которых научная сторона вопроса явно не интересует, а фотографии больных крыс до сих пор показывают с экранов.
Научный уровень обсуждения потенциальной опасности ГМО в СМИ и в обществе в целом поражает наивностью. На прилавках магазинов можно встретить крахмал, соль и даже воду «без ГМО». ГМО постоянно путают с консервантами, пестицидами, синтетическими удобрениями и пищевыми добавками, к которым генная инженерия не имеет прямого отношения. От реальных проблем безопасности питания подобные дискуссии уводят в область спекуляций и подмены понятий.
Опасности - настоящие и нет
Впрочем, ни эта статья, ни другие научные работы не пытаются доказать, что ГМО «абсолютно безопасны». На самом деле ни один продукт питания не является абсолютно безопасным, ведь еще Парацельс сказал знаменитую фразу: «Всё есть яд, и ничто не лишено ядовитости; одна лишь доза делает яд незаметным». Даже обычная картошка может вызывать аллергию, а позеленевшая содержит токсичные алкалоиды - соланины.
Может ли как-то измениться работа уже имеющихся генов растения в результате встраивания нового гена? Да, может, но от изменений в работе генов не застрахован ни один организм. Может ли в результате генной инженерии появиться новый сорт растения, который распространится за пределы сельскохозяйственных угодий и как-то повлияет на экосистему? Теоретически и такое возможно, но и это происходит в природе повсеместно: появляются новые виды, экосистемы меняются, одни виды вымирают, другие занимают их место. Однако нет оснований полагать, что генная инженерия несет в себе дополнительные риски для окружающей среды или для здоровья людей или животных. Но про эти риски постоянно трубят в СМИ. Почему?
Рынок ГМО в значительной степени монополизирован. Среди гигантов на первом месте стоит компания Monsanto. Разумеется, крупные производители ГМ-семян и технологий заинтересованы в прибыли, у них есть собственные интересы и собственное лобби. Но они зарабатывают деньги не «из воздуха», а предлагая человечеству прогрессивные сельскохозяйственные технологии, за которые производители голосуют самым убедительным образом - долларом, песо, юанем и т. д.
Основные производители и поставщики «органических» продуктов, выращенных с использованием устаревших технологий и, следовательно, более дорогих (но не более качественных) - тоже вовсе не мелкие фермеры, а такие же крупные компании с многомиллиардными оборотами. Только в США рынок органических продуктов составил в 2012 году $31 млрд. Это серьезный бизнес, и, поскольку органик-продукты не имеют каких-либо преимуществ перед ГМО, но обходятся дороже в производстве, рыночными методами конкурировать с ГМ-сортами они не могут. Вот и приходится посредством СМИ внушать доверчивым потребителям ничем не обоснованный страх перед мифическими «генами скорпиона», который и рождает спрос на дорогие и нетехнологичные «органик-продукты». Кроме того, противники ГМО, описывающие страшные опасности генно-модифицированных сортов, вырабатывающих белок B. thuringiensis , обычно забывают упомянуть о том, что препараты на основе таких культур или выделенных из них белков в «органическом земледелии» разрешены (и широко применяются). Как и натуральный навоз, который может оказаться источником кучи патогенных бактерий и прочей натуральной гадости.
Немного политики
Сегодня генная инженерия - одна из наиболее изученных с точки зрения безопасности технологий. Она позволяет создавать более качественные продукты питания, уменьшить количество используемых на полях пестицидов и защитить окружающую среду (да, именно защитить: на полях, засеянных Bt-сортами, живет больше насекомых и птиц, чем на «обычных», которые приходится регулярно обрабатывать инсектицидами).
Но существует и еще одна причина «борьбы» с ГМО - исключительно политическая. Страны, значительно отставшие в сфере биотехнологий, пытаются найти повод не допустить более дешевые продукты из других стран на свой рынок. Впрочем, такая защита отечественных производителей от иностранной продукции имеет смысл только в том случае, если помогает выиграть время, чтобы развить собственные технологии до конкурентоспособного состояния. Если же этого не делать, есть серьезный риск отстать от мирового научного и технологического уровня. Навсегда.