Метрика

Генетически модифицированные организмы

Человек всегда стремился к невозможному и старался обрести контроль над механизмами природы. Ученые считают, что уже более 30 тысяч лет назад люди знали: сильные и здоровые животные дают лучшее потомство. Они стали использовать этот инструмент контроля. В Спарте такому отбору подверглись люди. Опыт был неуспешным, но это не остановило светлые умы. Как появилась генная инженерия и ждут ли нас в будущем ГМО-монстры?

История генной инженерии

Древние исследователи заметили, что некоторые нежелательные признаки у растений и животных проявляются в третьем и четвертом поколении, даже если первичные результаты были превосходными. Чистая кровь правящих династий приводила к вырождению. Однако были достигнуты и положительные результаты, например породы собак и лошадей.

Первые двухлинзовые микроскопы изобрели в XVI веке, так началось путешествие в микромир. ДНК как химическое вещество впервые выделил Иоганн Фридрих Мишер. В 1969 он вел исследование лейкоцитов. Эти бойцы против микробов в большом количестве присутствовали в гнойных выделениях. Ученый даже заключил договор с больницей и ежедневно ему поставляли использованные перевязочные материалы. Он заметил, что кроме белков существует таинственное соединение кислотной природы, и после многочисленных опытов понял, что оно содержится в клеточных ядрах. Так были открыты нуклеиновые кислоты: nucleus – ядро.

В начале XX века еще несколько ученых предположили, что хранителем генов является белок, содержащийся в хромосомах. С этого момента началось изучение нуклеиновых кислот. Первая половина столетия запомнилась в основном исследованиями. Специалисты того времени впервые наблюдали как при делении клеток бактерий передается наследственный материал, обнаруживали ДНК у растений. В 1953 году Дж.Уотсон и Ф.Крик создали двуспиральную модель молекулы ДНК.

В 1956 Артур Корберг открыл ДНК-полимеразу в клетке бактерии. Этот фермент занимается считыванием и копированием молекулы ДНК. С его помощью он смог самостоятельно синтезировать цепочки генов. После этого в научной среде постепенно установилось понимание, что молекулы копируются не точно и постоянно воссоздаются. В этом участвуют различные ферменты, ремонтирующие поврежденные участки, синтезирующие основу для новых ДНК. Одновременно происходит и распад белковых соединений, часть материала утрачивается.

В 70-е годы появились первые молекулы, полученные в лабораторных условиях, их назвали рекомбинантными. На первых этапах для этого использовалась Тi-плазмида, представляющая собой ДНК почвенной бактерии, которая могла встраиваться в гены растений. Позже применили Ri-плазимиду. Оба вида вызывали заболевания, связанные с образованием клубней или разрастанием корней.

 

Методы генной инженерии

Возможность управления процессами воспроизведения молекулы ДНК стала захватывающей мечтой. Первопроходцы рисовали картины идеального мира, остальные ожидали создания химер и конца света. Способы, которые использует генная инженерия, на первый взгляд выглядят как конструктор:

  • Слияние неполовых клеток разных организмов;

 

  • Перенос из одной клетки в другую ядра, хромосомы или ее части;

 

  • Введение конкретных генов.

 

Но такие простые действия производятся сложным путем, а результаты не всегда положительные. Нужные ферменты начинают работать только при определенной температуре и прочих условиях, кроме этого в разных концентрациях должны присутствовать активные протеины: гормоны роста, инсулин, интерферон.

Когда обеспечены все внешние факторы, выбирают метод, который предположительно даст нужный результат:

  • Составляющие ДНК-молекулы объединяют в определенной последовательности;

 

  • Используют ферменты для обратной транскриптазы. В живых организмах процессы идут в другом направлении: с молекулы ДНК считывается РНК-транскрипт. Если задать противоположное действие при считывании начнут появляться ошибки. Например, вирус иммунодефицита, попадая в организм, занимается тем же самым;

 

  • Создаются векторные молекулы – основания, к которым присоединяются любые фрагменты ДНК, они способны проникать в клетку автономно или их интегрируют.

 

Для клонирования векторную молекулу с генетическим материалом сначала помещают внутрь бактерии, для большей эффективности добавляя ген устойчивости к антибиотику. Микроорганизмы размножаются в благоприятной среде, создавая идентичные копии ДНК. Когда материала достаточно, его очищают от других микроорганизмов, чаще всего ампициллином.

В 1996 на свет появилась овечка Долли. При этом были использованы неполовые клетки прототипа, помещенные в яйцеклетки другого животного. Это было большой удачей, так как из 277 яйцеклеток, получилось 29 эмбрионов, а выжил лишь один.

Долли дала почву мечтам о воссоздании вымирающих видов животных и даже совсем исчезнувших. Но последующие эксперименты показали, что пол клона может быть только женским. При копировании неполовых клеток, в процессе не участвуют мужские хромосомы, поэтому стадо мамонтов возродить пока нельзя.

 

Генная инженерия в наши дни

В 1987 Ёсидзуми Исино пришло в голову изучить кишечную палочку Escherichia coli. Оказалось, что ее геном состоит из повторяющихся фрагментов, разделенных участками с неповторяющимися (спейсерами). Затем это было обнаружено у некоторых других микроорганизмов. В 2002 году открыли белок Cas, кодирующий цепи именно таким способом.

Cas сегодня используется для надрезов ДНК, причем сам ген, воспроизводящий его, не должен участвовать, применяют только фермент. В теории из ДНК можно вырезать наследственное заболевание. Но ученые постоянно сталкивались с непредвиденными мутациями. Чтобы уменьшить число неудачных опытов, они придумали вводить гидовую РНК. Эта молекула представляет собой удлиненную цепь, отвечающую за сохранение точности. Сейчас вероятность удачных опытов составляет 20-50%.

Генно-модифицированные растения

Земледелие – одна из наиболее уязвимых экономических отраслей. Многое зависит от погоды, почвы, условий сбора и хранения. Человечество, наученное горьким опытом нашествий саранчи, корневой гнили из-за внезапного роста микроорганизмов в почве, действовало доступными способами: химические удобрения, пестициды, инсектициды. Но оказалось, что это вредит растениям, а плоды становятся ядовитыми для человека, кроме этого, чтобы прокормить большую страну нужно тратить огромные средства на химикаты.

Первым генетически-закодированным творением стал табак, который больше не интересует вредных насекомых. Открытие вселило надежду в спасение здоровья людей, которые постоянно работают с пестицидами, и потребителей, которые теперь получат более экологичную продукцию. Затем появились кукуруза, соя, злаки, арахис и картофель.

Существовали и другие проблемы. Заказчики исследований хотели, чтобы бананы не чернели, арбузы были без семян, все выглядело красивым и долго не портилось. Были созданы тысячи культур, из которых в промышленное производство допущены меньше сотни.

Большим прорывом стал «золотой рис» содержащий каротин. В некоторых районах недостаток витамина А становится причиной недугов у населения. Лидером рынка сегодня можно назвать хлопчатник: генно-модифицированные культуры занимают 98% производимого объема.

Оказалось, что ГМО существует и в природе. Геном некоторых представителей табака, вьюнковых и льнянки содержат участки ДНК почвенных бактерий. Когда-то они закрепили эту информацию и продолжают передавать из поколения в поколение.

Photo: Harry Parvin

Генно-модифицированные животные

В животноводстве все тоже началось с вредителей. В США мясные мухи были настоящим бедствием для фермеров, они переносили многочисленные инфекции, из-за которых повально гибли сельскохозяйственные животные. В 1950-х ученые занялись отлавливанием насекомых и стерилизовали их с помощью ультрафиолета.

Следующим стал один из видов комаров-переносчиков желтой лихорадки. Здесь применили методы генной инженерии. Специалисты оставили особей в живых, но привили им зависимость от антибиотика, без которой наступала ранняя смерть. Когда насекомых выпустили на волю, они смогли передать ген потомкам.

Компания Aqua Bounty внедрила геном лосося чавыча в ДНК атлантического собрата. В результате рыба стала расти в три раза быстрее. Компании пришлось много лет обивать пороги контролирующих организаций, чтобы выпустить товар на рынок. В 2012 году, когда закончились исследования, тысячи граждан США подписали петицию, что не станут это есть. Защитники животных беспокоились, что рыба сбежит с фермы и даст ГМО потомство в природе, но большинство животных созданных генным методом стерильны.

Генно-модифицированные свиньи пока обитают лишь на исследовательских фермах и служат источником органов и клеток. Но постоянно находят законспирированные лаборатории, где в ужасных условиях содержатся настоящие уродцы, а СМИ внушают что наступила эра зла. Мускулистые хрюшки, похожие на Халка – результат гормонов и стероидов. Бельгийская голубая корова, вес которой превышает тонну, выведена в XIX веке.

Локальные неэтичные превращения встречаются. Если с животными, мясо которых должно попасть на полки магазинов – все очень строго, то содержание ради шерсти и меха дает простор для манипуляций.

Сегодня генетически-модифицированных животных мало, так как даже внедрение одного гена производится намного сложнее, чем у растений и насекомых. Изменение генной цепи всего на одну единицу может быть вызвано как естественной мутацией, так и селекцией. Для получения одного организма методами генной инженерии требуется создание тысяч цепей ДНК, что сейчас связано с огромными расходами.

Генно-модицированные бактерии

Все началось с создания Синтии – первой искусственной бактерии. В микробиологии инженеры работают не покладая рук. Абсолютно весь инсулин, продающийся в аптеках, производится генно-модифицированными организмами.

Созданные в лаборатории одноклеточные умеют синтезировать родственные человеку ферменты. Например, они могут разжижать тромбы или способствовать свертываемости крови. Эти существа уже вырабатывают интерферон, бета-фолитрипин.

Учитывая, что генная инженерия использует микроорганизмы в качестве биоматериала для пересадки генов, именно в этой области и проводятся самые масштабные исследования.

Можно ли есть ГМО?

Потребители боятся, что красивые яблоки вызовут мутацию их потомков, против продуктов генной инженерии подписывают петиции и устраивают митинги. Здесь следует учесть тот факт, что человек ежедневно потребляет ДНК растений, животных, бактерий и вирусов. Это не привело к приобретению признаков животного мира, не существует людей, питающихся фотосинтезом.

Некоторые опасения все-таки есть. Новые растения синтезируют протеины, которые ранее не употреблялись в пищу. Так, например, был создан горох, устойчивый к насекомым, причем генный материал был взят у фасоли. Уже на этапе тестирования на мышах было выявлено, что новый протеин не идентичен растениям-донорам и вызывает аллергические реакции легких.

В России приняты самые жесткие условия тестирования генно-модифицированных организмов. Для выпуска на рынок даже яблок или помидор проводятся тесты на токсичность, аллергены, посевы ПЦР, которые выдают содержание ГМО-белков.

С 2015 года в России запрещено выращивание генно-модифицированных культур, исключение: экспертизы и исследования. Но это не мешает селекционерам растить картофель и томаты за 1,5 месяца северного лета.

Будущее

Вся правда о ГМО звучит не так ужасающе, как это показывают СМИ. Генно-модифицированные продукты не так опасны для организма как канцерогены или свободные сахара, так же вызывающие мутации. Природа поддерживает свои механизмы: большая часть мутаций устраняется под действием естественного отбора. Так  происходит и с разработками. Растения не могут давать семенной материал, созданные животные были бесплодны.

Опыты на человеке будут запрещены по этическим соображениям, поэтому наследственные заболевания не исчезнут из реальности. Сказки с мамонтами, единорогами и флуоресцентными клумбами – тоже не реализуются.

Существует опасность влияния ГМО на окружающую среду. Например, новые растения уменьшат популяцию вредителей, это разрушит пищевые цепи. Или цветение генно-модифицированных помидор приведет к тому, что насекомые отравятся пыльцой. Со временем могут появиться новые вредители, сорняки, которые выживут в борьбе за выживание. Кроме этого, неясно как будет мутировать геном спустя столетия.

Генная инженерия от истоков до настоящего времени прошла большой путь. Сегодня удалось сохранить тысячи жизней, благодаря частичному отказу от пестицидов, и продлить сотни тысяч в силу возможности создавать инсулин. В будущем планируется введение ДНК-паспортов, которые решат задачи предупреждающей медицины. Предстоит еще очень много исследований. Даже крошечный шаг требует тысяч опытов.

Эксперименты не ставят бесконтрольно. Сначала создается ДНК-библиотека, изучается сочетание генов. Не всегда находятся цели, ради которых можно применить тот или иной материал. Даже подготовка может занимать много лет.

Бактерии и вирусы по законам биологии имеют больше способностей к мутации. Появление новых организмов возможно каждую секунду в естественных условиях. По  сравнению с этим лабораторные открытия кажутся настоящей удачей.

Грядущие столетия в этой области представляются неясными. Изменение генома организмов вызывает многое: экология, питание, даже стрессы и время, которое тратиться на изучение языков. Неизвестно, что реализуется в мире быстрее, возможно мы стоим на пороге величайших открытий.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector