Тема: трансгенные организмы. Проблемы, связанные с генетически модифицированными организмами и использованием полученных от них продуктов

Биотехнология – это совокупность промышленных методов, в которых используют живые организмы или биологические процессы. Человек издавна применяет биотехнологические процессы в производстве различных веществ и пищевых продуктов – сыров, молочных продуктов, теста, пива и т.д., но сам термин «биотехнология» был предложен только в 70 годы ХХ столетия.

В настоящее время различные виды микроскопических грибов используются в микробиологической промышленности для производства антибиотиков, витаминов, гормонов, ферментов, кормовых белков и прочего. Совершенствуются биотехнологические методики и в пищевой промышленности, где высокопродуктивные штаммы микроорганизмов позволяют увеличить выпуск пищевых продуктов (кисломолочных, сыров, пива) и кормов для животных (силос, кормовые дрожжи) высокого качества.

Биотехнологические процессы применяются и для очистки окружающей среды, в частности, сточных вод и почвы, от бытового и промышленного загрязнения. Методы биологической очистки основаны на способности определенных видов бактерий как в аэробных, так и в анаэробных условиях, разлагать органические соединения, попадающие в воду и почву. В результате селекционной работы выведены штаммы, способные разлагать такие соединения, которые природные виды не способны утилизировать. Для очистки сточных вод и природных водоемов используют способность некоторых организмов накапливать органические и неорганические соединения или определенные химические элементы в своих клетках (некоторые виды бактерий, водорослей, простейших).

Биотехнологические процессы применяют и при разработке биологических методов борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, а также паразитическими и кровососущими видами. Используя штаммы определенных видов микроорганизмов, изготавливают препараты, эффективно снижающие численность вредителей, не загрязняя при этом окружающей среды токсичными соединениями. При этом необходимым условием применения биологических препаратов является их безопасность для других видов организмов.

В последнее время в разработке биотехнологических процессов все шире используют методы генетической и клеточной инженерии, позволяющие получать разнообразные соединения и препараты.

Генетическая инженерия – это прикладная отрасль молекулярной биологии, разрабатывающая методы перестройки геномов организмов путем удаления или введения отдельных генов или их групп. Генная инженерия осуществляет: синтез генов вне организма, выделение из клеток и перестройку генов или их частей; копирование и размножение выделенных или синтезированных генов; введение генов или их групп в геном других организмов, экспериментальное объединение различных генов в одной клетке.

В качестве переносчиков синтезированных или выделенных генов, кроме вирусов используются и плазмиды, полученные главным образом из бактерий. Плазмиды – внехромосомные факторы наследственности, чаще всего представляющие собой кольцевые молекулы ДНК (например, генетический аппарат митохондрий и хлоропластов).

Объектами исследования генетической инженерии являются преимущественно прокариоты, хотя ученые работают и с генами эукариот. Например, в геном бактерий были введены гены крысы и человека, отвечающие за синтез инсулина, и бактерии стали синтезировать этот гормон, необходимый для лечения сахарного диабета. Методами генетической инженерии получены белки – интерфероны, защищающие организм человека и животных от вирусных инфекций, гормон роста и другие. Ежегодно расширяется перечень медицинских препаратов, полученных с помощью методов генетической инженерии.

Перед генетической инженерией, несмотря на ее молодость, открываются значительные перспективы. Кроме решения перечисленных выше вопросов, генетическая инженерия будет способна решать в будущем и более глобальные задачи. Среди них: удаление дефектных аллелей на ранних этапах онтогенеза и замена их нормальными, соединение в одном геноме генов различных организмов. Например, решение задачи переноса из клеток бактерий генов, отвечающих за фиксацию атмосферного азота, в клетки высших растений позволило бы значительно сократить средства на производство и внесение нитратных удобрений в почву.

Результаты исследования генетической инженерии имеют исключительное значение и для теоретической биологии. Благодаря им сделаны важнейшие открытия относительно тонкого строения генов, их функционирования, структуры генома различных организмов.

Работа с геномами высших организмов, кроме технических трудностей, связана с этическими проблемами. Вмешательство в генотип позвоночных животных и особенно человека, даже с самыми благими намерениями, может привести к непредсказуемым последствиям.

Клеточная (тканевая) инженерия – область биотехнологии, использующая методы, с помощью которых из организма выделяют клетки и переносят их на питательные среды, где эти клетки продолжают жить и размножаться. Кроме того, клеточная инженерия занимается гибридизацией неполовых клеток особей различных видов, родов, семейств, осуществляя тем самым скрещивание организмов, которое невозможно осуществить другим способом (человека и мыши, человека и моркови, курицы и дрожжей…) Гибридизация неполовых клеток предоставляет возможность создавать препараты, повышающие устойчивость организмов к разнообразным инфекционным заболеваниям, а также лечащие раковые заболевания. Благодаря выращиванию неполовых клеток организма на питательной среде создают культуру клеток (тканей) для получения ценных веществ, что значительно удешевляет стоимость лекарственных препаратов (например, препаратов растения женьшень). Поскольку неполовые клетки многоклеточных организмов, как правило, содержат всю наследственную информацию, присущую особи, то существует возможность получить из одной клетки значительное количество организмов с одинаковыми наследственными качествами.

Перспективным направлением клеточной инженерии является клонирование организмов. Клон – совокупность клеток или особей, полученных от общего предка неполовым путем. Таким образом, клон состоит из однородных в генетическом отношении клеток или организмов.

При клонировании из неоплодотворенной яйцеклетки удаляют ядро и пересаживают в нее ядро неполовой клетки другой особи. Такую искусственную зиготу пересаживают в матку самки, где зародыш развивается. Эта методика позволяет получать от ценных по своим качествам производителей неограниченное количество потомков, являющихся их точной генетической копией. Методом клонирования выращивают и организмы растений.

Трансге́нный органи́зм - живой организм, в геном которого искусственно введен ген другого организма.

Ген вводится в геном хозяина в форме так называемой «генетической конструкции» — последовательности ДНК, несущей участок, кодирующий белок, и регуляторные элементы (промотор, энхансер и пр.), а также в некоторых случаях элементы, обеспечивающие специфическое встраивание в геном (например, т. н. «липкие концы»). Генетическая конструкция может нести несколько генов, часто она представляет собой бактериальную плазмиду или ее фрагмент.

Целью создания трансгенных организмов является получение организма с новыми свойствами. Клетки трансгенного организма производят белок, ген которого был внедрен в геном. Новый белок могут производить все клетки организма (неспецифическая экспрессия нового гена), либо определенные клеточные типы (специфическая экспрессия нового гена).

Создание трансгенных организмов используют:

в научном эксперименте для развития технологии создания трансгенных организмов, для изучения роли определенных генов и белков, для изучения многих биологических процессов; огромное значение в научном эксперименте получили трансгенные организмы с маркерными генами (продукты этих генов с легкостью определяются приборами, например зелёный флуоресцентный белок, визуализируют с помощью микроскопа, так легко можно определить происхождение клеток, их судьбу в организме и т. д.);

в сельском хозяйстве для получения новых сортов растений и пород животных;

в биотехнологическом производстве плазмид и белков.

В настоящее время получено большое количество штаммов трансгенных бактерий, линий трансгенных животных и растений. Близко по смыслу и значению к трансгенным организмам находятся трансгенные клеточные культуры. Ключевым этапом в технологии создания трансгенных организмов является трансфекция — внедрение ДНК в клетки будущего трансгенного организма. В настоящее время разработано большое количество методов трансфекции. В русской научной литературе существовали попытки ввести термины «трансгенез», «трансгеноз» и «трансгенология» для технологии создания трансгенных организмов и соответствующей области знания, но эти термины используются редко.

Близко по значению к термину «трансгенный организм» стоит термин «трансфицированный организм» — организм, в клетки которого был осуществлен перенос гена другого организма. Этот термин иногда используют, когда акт трансфекции осуществлен, но экспрессия нового гена отсутствует. Также этот термин используется для описания организма, в часть клеток которого введена генетическая конструкция (например, введение ДНК в один из органов взрослого животного, в этом случае новый ген не будет передан потомству, а его экспрессия зачастую носит временный характер).

Близко по значению к термину «трансгенный организм» стоит термин «Генетически модифицированный организм», но это понятие шире и включает в себя не только трансгенные организмы, но и организмы с любыми иными изменениями генома.