1. Možnosti genskega inženiringa. 4
2. Zgodovina genskega inženiringa. 6
3. Genski inženiring kot znanost. Metode genskega inženiringa. 10
4. Področja uporabe genskega inženiringa. 12
5. Znanstvena dejstva o nevarnostih genskega inženiringa. 18
Zaključek. 22
Reference.. 23
Uvod
Tematika genskega inženiringa je v zadnjem času vse bolj priljubljena. Največ pozornosti je namenjeno negativnim posledicam, do katerih lahko privede razvoj te veje znanosti, zelo malo pa koristim, ki jih lahko prinese genski inženiring.
Najbolj obetavno področje uporabe je proizvodnja zdravil z uporabo tehnologij genskega inženiringa. Nedavno je postalo mogoče pridobiti uporabna cepiva na osnovi transgenih rastlin. Nič manj zanimiva je proizvodnja živilskih izdelkov po enakih tehnologijah.
Gensko inženirstvo je znanost prihodnosti. Trenutno je po vsem svetu na milijone hektarjev zemlje posejanih s transgenimi rastlinami, nastajajo edinstveni medicinski pripravki in novi proizvajalci koristnih snovi. Sčasoma bo genski inženiring omogočil nove napredke v medicini, kmetijstvu, živilski industriji in živinoreji.
Namen tega dela je preučiti značilnosti možnosti, zgodovino razvoja in področja uporabe genskega inženiringa.
1. Možnosti genskega inženiringa
Pomemben sestavni del biotehnologije je genski inženiring. Rojena v začetku 70. let prejšnjega stoletja je danes dosegla velik uspeh. Tehnike genskega inženiringa spreminjajo celice bakterij, kvasovk in sesalcev v »tovarne« za obsežno proizvodnjo katere koli beljakovine. To omogoča podrobno analizo strukture in delovanja beljakovin ter njihovo uporabo kot zdravila. Trenutno je Escherichia coli (E. coli) postala dobavitelj tako pomembnih hormonov, kot sta insulin in somatotropin. Prej je bil insulin pridobljen iz živalskih celic trebušne slinavke, zato je bil njegov strošek zelo visok. Za pridobitev 100 g kristalnega insulina je potrebnih 800-1000 kg trebušne slinavke, ena žleza krave pa tehta 200-250 gramov. Zaradi tega je bil insulin drag in težko dostopen. širok razpon diabetiki. Leta 1978 so raziskovalci iz Genentecha prvi proizvedli insulin v posebej proizvedenem sevu Escherichia coli. Insulin je sestavljen iz dveh polipeptidnih verig A in B, dolgih 20 in 30 aminokislin. Ko se povežejo z disulfidnimi vezmi, nastane nativni dvoverižni insulin. Dokazano je, da ne vsebuje proteinov E. coli, endotoksinov in drugih nečistoč, ne povzroča stranskih učinkov kot živalski inzulin in nima biološke aktivnosti.
drugačen. Nato je bil proinzulin sintetiziran v celicah E. coli, za katere je bila kopija DNA sintetizirana na predlogi RNA z uporabo reverzne transkriptaze. Po čiščenju nastalega proinsulina smo ga razdelili v nativni inzulin, pri čemer sta bili stopnji ekstrakcije in izolacije hormona minimizirani. Iz 1000 litrov kulturne tekočine lahko pridobimo do 200 gramov hormona, kar je enako količini inzulina, ki se izloči iz 1600 kg trebušne slinavke prašiča ali krave.
Somatotropin je človeški rastni hormon, ki ga izloča hipofiza. Pomanjkanje tega hormona vodi do hipofizne pritlikavosti. Če se somatotropin daje v odmerkih 10 mg na kg telesne teže trikrat na teden, lahko otrok, ki trpi zaradi njegovega pomanjkanja, v enem letu zraste za 6 cm mg somatotropina glede na končni farmacevtski izdelek. Tako so bile razpoložljive količine hormona omejene, poleg tega pa je bil s to metodo pridobljen hormon heterogen in je lahko vseboval počasi rastoče viruse. Leta 1980 je podjetje Genentec razvilo tehnologijo za proizvodnjo somatotropina z uporabo bakterij, ki je bila brez teh pomanjkljivosti. Leta 1982 so na Pasteurjevem inštitutu v Franciji pridobili človeški rastni hormon v kulturi E. coli in živalskih celic, leta 1984 pa se je v ZSSR začela industrijska proizvodnja insulina. Pri proizvodnji interferona uporabljamo E. coli, S. cerevisae (kvasovke) in kulturo fibroblastov ali transformiranih levkocitov. S podobnimi metodami se pridobivajo tudi varna in poceni cepiva.
Tehnologija rekombinantne DNK temelji na izdelavi visoko specifičnih DNK sond, ki se uporabljajo za preučevanje izražanja genov v tkivih, lokalizacijo genov na kromosomih in identifikacijo genov s sorodnimi funkcijami (na primer pri ljudeh in piščancih). DNK sonde se uporabljajo tudi pri diagnostiki različnih bolezni.
Tehnologija rekombinantne DNK je omogočila nekonvencionalen pristop protein-gen, imenovan reverzna genetika. Pri tem pristopu se protein izolira iz celice, gen za ta protein se klonira in se spremeni, tako da nastane mutantni gen, ki kodira spremenjeno obliko proteina. Nastali gen se vnese v celico. Če se izrazi, bodo celica, ki jo nosi, in njeni potomci sintetizirali spremenjeni protein. Na ta način lahko popravimo okvarjene gene in zdravimo dedne bolezni.
Če hibridno DNK vnesemo v oplojeno jajčece, lahko nastanejo transgeni organizmi, ki izražajo mutantni gen in ga prenašajo na svoje potomce. Genetska transformacija živali omogoča ugotavljanje vloge posameznih genov in njihovih beljakovinskih produktov tako pri uravnavanju delovanja drugih genov kot pri različnih patoloških procesih. S pomočjo genskega inženiringa so bile ustvarjene linije živali, odporne na virusne bolezni, in pasme živali z lastnostmi, koristnimi za človeka. Na primer mikroinjekcija rekombinantna DNA, ki je v zajčji zigoti vseboval gen za goveji somatotropin, je omogočil pridobitev transgene živali s hiperprodukcijo tega hormona. Nastale živali so imele izrazito akromegalijo.
Nosilci materialne osnove genov so kromosomi, ki vključujejo DNK in beljakovine. Toda geni nastajanja niso kemični, ampak funkcionalni. S funkcionalnega vidika je DNK sestavljena iz številnih blokov, ki hranijo določeno količino informacij – gene. Delovanje gena temelji na njegovi sposobnosti določanja sinteze beljakovin prek RNA. Molekula DNK tako rekoč vsebuje informacije, ki določajo kemično strukturo beljakovinskih molekul. Gene - stran Molekule DNK v ki vsebuje informacije o primarni strukturi kateregakoli proteina (en gen – en protein). Ker je v organizmih na desettisoče beljakovin, obstaja na desettisoče genov. Skupek vseh genov celice sestavlja njen genom. Vse celice v telesu vsebujejo enak niz genov, vendar vsaka od njih izvaja drugačen del shranjenih informacij. Zato je npr. živčne celice tako po strukturnih, funkcionalnih kot bioloških značilnostih se razlikujejo od jetrnih celic.
Zdaj je celo težko napovedati vse možnosti, ki se bodo uresničile v naslednjih nekaj desetletjih.
2. Zgodovina genskega inženiringa
Zgodovina visokih biomedicinskih tehnologij, genetskih raziskovalnih metod in samega genskega inženiringa je neposredno povezana z večno željo človeka po izboljšanju pasem domačih živali in gojenih rastlin, ki jih gojijo ljudje. Z izbiro določenih osebkov iz skupin živali in rastlin in njihovim križanjem med seboj je človek, ne da bi imel pravilno predstavo o notranjem bistvu procesov, ki se dogajajo v živih bitjih, kljub temu več sto in tisoč let ustvarjal izboljšane pasme živali in sorte rastlin, ki so imele določene koristne in potrebne lastnosti za ljudi.
V 18. in 19. stoletju so veliko poskušali ugotoviti, kako se lastnosti prenašajo iz roda v rod. Eno pomembno odkritje je leta 1760 naredil botanik Koelreuther, ki je križal dve vrsti tobaka, pri čemer je cvetni prah prenesel s prašnikov ene vrste na pestiče druge vrste. Rastline, pridobljene iz hibridnih semen, so imele vmesne lastnosti med značilnostmi obeh staršev. Koelreuter je iz tega potegnil logičen sklep, da se lastnosti staršev prenašajo tako s cvetnim prahom (semenske celice) kot z jajčnimi celicami (jajčne celice). Vendar niti on niti njegovi sodobniki, ki so se ukvarjali s hibridizacijo rastlin in živali, niso mogli razkriti narave mehanizma prenosa dednosti. To je deloma posledica dejstva, da takrat še niso bili znani citološke osnove tega mehanizma, predvsem pa zato, ker so znanstveniki poskušali preučiti dedovanje vseh rastlinskih lastnosti hkrati.
Znanstveni pristop k preučevanju dedovanja določenih lastnosti in lastnosti je razvil avstrijski katoliški menih Gregor Mendel, ki je poleti 1865 na ozemlju svojega samostana začel s poskusi hibridizacije rastlin (križanje različnih sort graha). Bil je prvi, ki je odkril osnovne zakone genetike. Gregor Mendel je dosegel uspeh, ker je preučeval dedovanje posameznih, jasno ločenih (kontrastnih) lastnosti, štel število potomcev vsake vrste in skrbno vodil podrobne zapise vseh svojih poskusov križanj. Poznavanje osnov matematike mu je omogočilo, da je pravilno interpretiral pridobljene podatke in postavil predpostavko, da vsako lastnost določata dva dedna dejavnika. Nadarjeni menih-raziskovalec je kasneje lahko jasno pokazal, da se dedne lastnosti ne mešajo, ampak se prenašajo na potomce v obliki določenih enot. Ta sijajni zaključek je bil kasneje v celoti potrjen, ko je bilo mogoče videti kromosome in ugotoviti značilnosti različne vrste delitev celic: mitoza (somatske celice – telesne celice), mejoza (reproduktivna, reprodukcijska, zarodna) in oploditev.
Mendel je poročal o rezultatih svojega dela na srečanju Brunnskega društva naravoslovcev in jih objavil v zborniku tega društva. Njegovi sodobniki niso razumeli pomena njegovih rezultatov in te študije skoraj 35 let niso pritegnile pozornosti žlahtniteljev in naravoslovcev.
Leta 1900, potem ko so postale znane podrobnosti celične delitve po vrsti mitoze, mejoze in same oploditve, so trije raziskovalci - de Vries na Nizozemskem, Correns v Nemčiji in Chermak v Avstriji - izvedli vrsto poskusov in neodvisno odkrili zakone dednosti za drugič, ki ga je prej opisal Mendel. Pozneje, ko so odkrili Mendelov članek, v katerem so bili ti zakoni jasno formulirani 35 let prej, so se ti znanstveniki soglasno poklonili menihu znanstveniku in poimenovali dva osnovna zakona dednosti po njem.
V prvem desetletju 20. stoletja so bili izvedeni poskusi z najrazličnejšimi rastlinami in živalmi ter številna opažanja o dedovanju lastnosti pri ljudeh, ki so jasno pokazala, da se pri vseh teh organizmih dednost podreja istim osnovnim zakonitostim. Ugotovljeno je bilo, da se dejavniki, ki jih je opisal Mendel in določajo posamezno lastnost, nahajajo v kromosomih celičnega jedra. Pozneje, leta 1909, je danski botanik Johansen te enote poimenoval geni (od grška beseda“ge-nos” - rod, izvor), ameriški znanstvenik William Sutton pa je opazil presenetljivo podobnost med obnašanjem kromosomov med nastajanjem gamet (spolnih celic), njihovo oploditvijo in prenosom mendelskih dednih dejavnikov - genov. Na podlagi teh genialnih odkritij je nastala tako imenovana kromosomska teorija dednosti.
Pravzaprav je sama genetika kot veda o dednosti in variabilnosti živih organizmov ter načinih njihovega obvladovanja nastala v začetku 20. stoletja. Ameriški genetik T. Morgan je skupaj s sodelavci izvedel številne poskuse, ki so omogočili razkritje genetske osnove določanja spola in pojasnili številne nenavadne oblike dedovanja, pri katerih je prenos lastnosti odvisen od spola posameznika. (tako imenovane spolno povezane lastnosti). Naslednji večji korak naprej je bil narejen leta 1927, ko je G. Möller ugotovil, da je mogoče z obsevanjem vinske mušice Drosophila in drugih organizmov z rentgenskimi žarki pri njih umetno povzročiti genske spremembe, to je mutacije. To je omogočilo pridobitev številnih novih mutiranih genov - dodatni material za preučevanje dednosti. Podatki o naravi mutacij so služili kot eden od ključev do razumevanja in strukture samih genov.
V dvajsetih letih našega stoletja so sovjetski znanstveniki šole A.S. Serebrovsky je izvedel prve poskuse, ki so pokazali, kako kompleksen je gen. Te ideje sta uporabila J. Watson in F. Crick, ki sta leta 1953 v Angliji uspela ustvariti model DNK in dešifrirati genetsko kodo. Kasnejše raziskovalno delo, povezano s ciljnim ustvarjanjem novih kombinacij genskega materiala, je privedlo do nastanka samega genskega inženiringa.
Hkrati se je v 40. letih začelo eksperimentalno raziskovanje odnosov med geni in encimi. V ta namen je bil široko uporabljen še en predmet - plesen Neurospora, iz katere je bilo mogoče umetno pridobiti in preučiti številne biokemične mutacije, povezane z izgubo enega ali drugega posebnega encima (beljakovine). V zadnjih dveh desetletjih so bile najpogostejše tarče genetskih raziskav Escherichia coli in nekateri bakteriofagi, ki okužijo to bakterijo.
Od samega začetka 20. stoletja je bilo nezmanjšano zanimanje za preučevanje dedovanja nekaterih (specifičnih) lastnosti pri ljudeh in v dedni prenos zaželene in nezaželene lastnosti domačih živali in kulturnih rastlin. Na podlagi vedno večjega poznavanja genetskih vzorcev so se genetiki in rejci skoraj po naročilu naučili vzrejati pasme živine, ki lahko preživijo v vročih podnebjih, krave, ki dajejo veliko mleka z visoko vsebnostjo maščob, kokoši, ki znesejo velika jajca. s tanko lupino ter sorte koruze in pšenice, ki so zelo odporne na nekatere bolezni.
Leta 1972 je bila v ZDA v laboratoriju P. Berga pridobljena prva hibridna (rekombinantna) DNK. Vznemirljivi vpogled v človeško genetiko in genetske metode raziskave so se začele široko razvijati in uporabljati v sami medicini. V 70. letih se je začelo dekodiranje človeškega genoma. Več kot desetletja obstaja projekt, imenovan Človeški genom. Od 3 milijard nukleotidnih parov, urejenih v neprekinjenih neprekinjenih prehodih, je bilo doslej prebranih le okoli 10 milijonov znakov. Hkrati nastajajo nove genetske tehnike, ki povečujejo hitrost branja DNK. Direktor Centra za medicinsko genetiko Ruske akademije medicinske vede V.I. Ivanov vsekakor verjame, da bo "celoten genom prebran okoli leta 2020."
3. Genski inženiring kot znanost. Metode genskega inženiringa
Genetski inženiring je in vitro gradnja funkcionalno aktivnih genetskih struktur (rekombinantne DNK) ali z drugimi besedami ustvarjanje umetnih genetskih programov (Baev A.A.). Po mnenju E.S. Piruzyanov genski inženiring je sistem eksperimentalnih tehnik, ki omogočajo izdelavo umetnih genetskih struktur v laboratoriju (in vitro) v obliki tako imenovanih rekombinantnih ali hibridnih molekul DNA.
Govorimo o usmerjeni, po vnaprej določenem programu, izgradnji molekularnih genetskih sistemov izven telesa z njihovim kasnejšim vnašanjem v živi organizem. V tem primeru rekombinantna DNA postane sestavni del genetskega aparata prejemnega organizma in mu daje nove edinstvene genetske, biokemične in nato fiziološke lastnosti.
Cilj uporabnega genskega inženiringa je oblikovati takšne rekombinantne molekule DNA, ki bi ob vnosu v genetski aparat dale telesu uporabne lastnosti za človeka.
Tehnologija rekombinantne DNK uporablja naslednje metode:
Specifično cepitev DNK z restrikcijskimi nukleazami, pospeševanje izolacije in manipulacije posameznih genov;
Hitro sekvenciranje vseh nukleotidov očiščenega fragmenta DNA, ki vam omogoča, da določite meje gena in aminokislinskega zaporedja, ki ga kodira;
Konstrukcija rekombinantne DNA;
Hibridizacija nukleinskih kislin, ki omogoča detekcijo specifičnih zaporedij RNA ali DNA z večjo natančnostjo in občutljivostjo na podlagi njihove sposobnosti vezave komplementarnih zaporedij nukleinskih kislin;
Kloniranje DNA: pomnoževanje in vitro z verižno reakcijo s polimerazo ali vnos fragmenta DNA v bakterijsko celico, ki po takšni transformaciji ta fragment razmnoži v milijonih kopij;
Vnos rekombinantne DNK v celice ali organizme.
4. Področja uporabe genskega inženiringa
Trenutno je predan znanstvena odkritja področju človeške genetike pravzaprav revolucionarnega pomena, saj govorimo o o možnosti izdelave »zemljevida človeškega genoma« oziroma »patološke anatomije človeškega genoma«. Ta genetski zemljevid bo omogočil določitev lokacije genov na dolgi vijačnici DNK, ki so odgovorni za nekatere dedne bolezni. Te neomejene možnosti so po mnenju genetikov predstavljale osnovo za idejo o uporabi tako imenovane genske terapije v klinični praksi, ki je smer zdravljenja bolnikov, ki vključuje nadomeščanje prizadetih genov z uporabo visokih biomedicinskih tehnologij in genskega inženiringa. Vdor v sestavo človeških genskih sistemov in zagotavljanje njihove življenjske aktivnosti je možen tako na ravni somatskih (vseh telesnih celic z določenimi strukturnimi in funkcionalnimi razlikami) celic telesa kot na ravni reproduktivnih, reproduktivnih (zarodnih) in zarodnih celic. (embrionalne) celice.
Genski inženiring kot vrsta terapije - zdravljenje določene genetsko pogojene bolezni - je povezan z dobavo ustrezne nepokvarjene molekule DNK z namenom, da jo nadomestimo s pomočjo gena - odseka kromosoma, ki vsebuje okvaro, ali za integracijo v človeški genetski material s spojitvijo s tako imenovanimi somatskimi celicami človeškega telesa, ki imajo genetsko okvaro. Naloga genskega inženiringa v odnosu do človeka je zagotoviti ustrezen ciljni učinek na določen gen, da ga popravi v smeri pravilnega delovanja in osebi z dedno boleznijo zagotovi normalno, nespremenjeno različico gena. V nasprotju z zdravljenjem z zdravili bo ta terapija, imenovana genski inženiring, očitno lahko bolniku zagotovila dolgotrajno, dolgotrajno, zelo učinkovito zdravljenje, ki prinaša veliko olajšanje in koristi.
Vendar pa vse sodobne metode vnos DNK v žive organizme ne more usmeriti in dostaviti do določene populacije celic, ki vsebujejo spremenjen in zato nedelujoč gen. Z drugimi besedami, tako imenovani usmerjeni prenos, transport genov v telesu (v modelu »in vivo«) trenutno ni mogoč.
Drug metodološki pristop, ki temelji na ekstrakciji določene populacije celic, ki vsebujejo prizadeti gen, iz pacientovega telesa in manipulaciji z genetskim materialom tako, da se okvarjeni geni v celicah zamenjajo z genskim inženiringom (v modelu »in vitro«) in jih vrnejo v mestu v telesu, kjer so jih bolniku odvzeli, je trenutno možno v medicinsko genetskih centrih. Ta metoda genske terapije z genskim inženiringom je bila že uporabljena v eksperimentalnem poskusu zdravljenja dveh bolnikov z redko genetsko boleznijo, imenovano beta talasemija, ki jo, tako kot anemijo srpastih celic, prav tako povzroča prisotnost nepravilno oblikovanega in zato nepravilno delujočega beljakovine v rdečih krvničkah. Bistvo manipulacije je bilo v tem, da so iz kostnega mozga teh bolnikov izolirali tako imenovane matične celice, v kromosome katerih so vnesli del DNK, ki je odgovoren za proizvodnjo normalne beljakovine hemoglobulina - gen. Potem ko so bile nedelujoče izvorne celice, ki so ostale v pacientovem kostnem mozgu, skoraj popolnoma uničene, so bolnikom vbrizgali gensko spremenjene matične celice. Žal sta bila ta dva poskusa klinično neuspešna, saj sta bolnika umrla. Ta prvi primer genskega inženiringa v bolnišničnem okolju ni bil odobren ali odobren s strani pristojnih revizijskih komisij, njegovi udeleženci pa so bili ostro obsojeni zaradi hudega kršenja pravil raziskav na področju človeške genetike.
Genetski inženiring reproduktivnih (reproduktivnih) celic lahko vodi do popolnoma drugačnih posledic, saj se vnos DNK v te celice razlikuje od popravljanja genetske napake v somatskih (telesnih, nereproduktivnih) celicah. Znano je, da vnos drugih genov v kromosome zarodnih celic vodi do njihovega prenosa na naslednje generacije. Načeloma si je mogoče predstavljati dodajanje določenih odsekov DNK, ki nadomestijo defektne dele genetskega materiala vsake celice, ki se razmnožuje. določena oseba, ki ga prizadene ena ali druga genetsko vnaprej določena bolezen.
Dejansko je bilo to doseženo pri miših. Tako so iz jajčnika samice pridobili jajčece, ki so ga nato oplodili in vitro (in vitro), nato pa so v kromosom oplojenega jajčeca vnesli tuj del DNK. Samo oplojeno jajčece s spremenjenim genomom je bilo implantirano (vneseno) v materino maternico mišje samice. Vir tuje DNK v enem poskusu je bil zajčji genetski material, v drugem pa človeški genski material.
Da bi v obdobju fetalnega razvoja odkrili verjetnost rojstva otroka z določenimi genetskimi nepravilnostmi, kot sta Downov sindrom ali Tay-Sachsova bolezen, se uporablja raziskovalna tehnika, imenovana amniocenteza - prenatalna analiza, med katero se vzame vzorec biološke tekočine. ki vsebuje zarodne celice, vzete iz amnijske vrečke zgodaj v drugem trimesečju nosečnosti. Poleg tega je bila nadalje razvita tehnika ekstrakcije različnih fetalnih celic iz vzorca materine placentne krvi. Tako pridobljene maternične celice se trenutno lahko uporabljajo le za identifikacijo omejenega števila genetsko pogojenih bolezni, pri katerih pride do izrazitih hudih motenj v strukturi DNK in jih določimo z biokemijske preiskave spremembe. Genetski inženiring z uporabo rekombinantne DNK med prenatalnimi raziskavami odpira možnost pravilnega diagnosticiranja različnih in številnih dednih bolezni.
V tem primeru se razvijajo tehnike za ustvarjanje tako imenovanih genskih "sond", s pomočjo katerih je mogoče ugotoviti, ali kromosom vsebuje normalen, nespremenjen gen ali nenormalen, okvarjen gen. Poleg tega bo genski inženiring, povezan z uporabo rekombinantne DNK, ki je v eni od stopenj nastajanja, v prihodnosti omogočil tako imenovano "načrtovanje" človeških genov, tako da bo določen gen ki nosi popačene, patološke informacije in je zato zanimiv za genetike, bi lahko pravočasno in dovolj hitro prepoznali po analogiji z metodo uporabe drugega »označenega« gena. Ta zapletena medicinska in biološka tehnika naj bi pomagala pri določanju lokacije katerega koli gena v materničnih celicah, ne le v tistih, v katerih je verjetno, da bodo s tehniko amniocenteze odkrite različne motnje.
V zvezi s tem v zadnja leta pojavila so se nova področja medicinskih in bioloških ved, kot so na primer tehnologije visoke DNK, embrionalna terapija in celična terapija (citoterapija), to je intrauterina diagnostika in zdravljenje genetsko pogojene bolezni tako v fazi nastajanja kot razvoja. zarodek (embrio) in v fazi zorenja ploda. Invazija in manipulacija embrionalnega materiala neposredno vplivata na dedovanje genetske spremembe, ker imajo sposobnost prenašanja iz roda v rod. Še več, sama genetska diagnoza se začne razvijati v genetsko napovedovanje, to je v določanje prihodnje usode človeka, ki utrjuje glavne revolucionarne spremembe v sami medicini, ki je zaradi kompleksnih medicinsko-genetskih poskusov in tehnik dobila priložnost dolgo pred prihodom " klinična slika bolezni,« včasih celo pred rojstvom človeka, da bi ugotovili, katere dedne bolezni mu grozijo. Tako se je zahvaljujoč prizadevanjem genetikov in strokovnjakov na področju genskega inženiringa v globinah biomedicinskih znanosti rodila tako imenovana "prediktivna medicina", to je medicina, ki "napoveduje prihodnost".
Hkrati pa različne tehnologije in metode genskega inženiringa omogočajo napovedovanje v prenatalnem obdobju otrokovega razvoja, pred njegovim rojstvom, ne le prisotnosti določene dedne bolezni, ampak tudi podrobno opisujejo medicinsko in genetsko lastnosti rastočega zarodka in ploda.
Z nabiranjem novih podatkov o genetskem kartiranju človeškega genoma in opisovanju (sekvenciranju) njegove DNK ter tudi zato, ker sodobne metode proučevanja polimorfizmov DNK, ki se razvijajo, omogočajo dostop do genetskih informacij o nekaterih strukturnih in funkcionalnih ( vključno s patološkimi) značilnostmi človeškega telesa, ki se bodo očitno pojavile v prihodnosti, vendar zdaj še niso opazne, postane mogoče s pomočjo medicinske genetske diagnostike pridobiti vse genetske informacije o otroku ne samo predklinično, torej pred manifestacijo določene dedne bolezni in prenatalno, torej pred njegovim rojstvom, pa tudi preventivno, torej že pred spočetjem.
V doglednem času bo zaradi uspeha in napredka na področju medicinske genetske diagnostike mogoče na podlagi diagnostičnih podatkov DNK precej zanesljivo soditi o tem, na primer, kakšna je višina osebe, njegova mentalne sposobnosti, nagnjenost k določenim boleznim (zlasti onkološkim ali duševnim), obsojenim na manifestacijo in razvoj kakršnih koli dednih bolezni.
Sodobne medicinske in biološke tehnologije omogočajo odkrivanje različnih motenj v genih, ki se lahko manifestirajo in povzročijo določena obolenja, ne samo v fazi klinično izražene bolezni, ampak tudi takrat, ko še ni znakov patologije in se bolezen sama ne bo pojavila. se pokaže tako kmalu. Primeri tega so Alzheimerjeva bolezen in Huntingtonova horea, ki prizadeneta osebe, starejše od 40 let ali celo 70 let. Vendar je tudi v teh primerih mogoče odkriti gene, ki lahko povzročijo podobne bolezni pri ljudeh, še pred spočetjem bolnice. Znano je tudi, da lahko diabetes mellitus uvrstimo med te bolezni. Nagnjenost k tej bolezni in sama genetsko določena patologija sta podedovana in se lahko manifestirata v primeru neupoštevanja določenega načina življenja v odrasli dobi ali starosti. Z dokaj gotovostjo lahko trdimo, da če imata oba starša ali eden od njiju sladkorno bolezen, potem se verjetnost dedovanja gena za sladkorno bolezen ali kombinacije teh genov prenese na otroke.
V tem primeru se izkaže, da je mogoče izvesti ustrezne medicinske in biološke študije ter postaviti pravilno diagnozo v prisotnosti mikroskopsko majhnih količin. biološki material. Včasih je za to dovolj nekaj posameznih celic, ki jih bomo v kulturi in vitro namnožili in iz njih dobili »genetski portret« testirane osebe, seveda ne za vse gene njenega genoma (teh je na desetine). na tisoče!), ampak za tiste med njimi, pri katerih obstajajo utemeljeni razlogi za sum prisotnosti določenih napak. Hkratni razvoj metod celičnega in genskega inženiringa bo omogočil, da se na kasnejših stopnjah poznavanja genoma odprejo praktične možnosti poljubnega, predvsem pa v terapevtske namene spreminjanja zaporedja in vrstnega reda genov, njihova sestava in struktura.
Medicina ni edino področje uporabe genskega inženiringa. Obstajata genski inženiring rastlin in genski inženiring bakterioloških celic.
V zadnjem času so se pojavile nove možnosti pridobivanja »užitnih« cepiv na osnovi transgenih rastlin.
V svetu je bil dosežen velik napredek pri transgenih rastlinah. V veliki meri so posledica dejstva, da problem pridobivanja organizma iz celice, skupine celic ali nezrelega zarodka v rastlinah zdaj ni zelo težaven. Celične tehnologije, tkivne kulture in ustvarjanje regenerantov se pogosto uporabljajo v sodobni znanosti.
Razmislimo o dosežkih na področju rastlinstva, ki so bili doseženi na Sibirskem inštitutu za fiziologijo in biokemijo rastlin SB RAS.
Tako je bilo v zadnjih letih pridobljenih več transgenih rastlin s prenosom genov ugt, acp, acb, accc in drugih, izoliranih iz različnih rastlinskih objektov, v njihov genom.
Kot rezultat vnosa teh genov so se pojavile transgene rastline pšenice, krompirja, paradižnika, kumar, soje, graha, oljne ogrščice, jagod, trepetlike in nekaterih drugih.
Vnos genov je potekal bodisi z »tarčanjem« tkiv iz »genske pištole« (katere zasnova je bila razvita na našem inštitutu) bodisi z genetskim vektorjem na osnovi agrobakterijskega plazmida z vgrajenimi tarčnimi geni in pripadajočimi promotorji. .
Posledično so nastale številne nove transgene oblike. Tukaj je nekaj izmed njih.
Transgena pšenica (2 sorti), ki ima bistveno intenzivnejšo rast in vrtenje, je predvidoma bolj odporna na sušo in druge neugodne okoljske dejavnike. Proučuje se njegova produktivnost in dedovanje pridobljenih lastnosti.
Transgenski krompir, ki smo ga spremljali tri leta. Konstantno daje 50-90 odstotkov večji pridelek od kontrole, pridobil je skoraj popolno odpornost proti avksinskim herbicidom, poleg tega pa njegovi gomolji bistveno manj "črnijo" na rezih zaradi zmanjšanja aktivnosti polifenol oksidaze.
Transgenski paradižnik (več sort), za katerega je značilna večja grmičastost in donos. V rastlinjaku je njen pridelek do 46 kg na kvadratni meter (več kot dvakrat večji od kontrole).
Transgene kumare (več sort) daje več rodnih cvetov in posledično plodov s pridelkom do 21 kg na kvadratni meter proti 13,7 v kontroli.
Obstajajo transgene oblike drugih rastlin, od katerih imajo mnoge tudi številne uporabne gospodarske lastnosti.
Genetski inženiring je znanost danes in jutri. V svetu je že na desetine milijonov hektarjev posejanih s transgenimi rastlinami, nastajajo nova zdravila in novi proizvajalci koristnih snovi. Sčasoma bo genski inženiring postajal vse večji močno orodje za nove dosežke v medicini, veterini, farmakologiji, živilski industriji in kmetijstvu.
5. Znanstvena dejstva o nevarnostih genskega inženiringa
Opozoriti je treba, da poleg napredka, ki ga prinaša razvoj genskega inženiringa, obstaja tudi nekaj dejstev o nevarnostih genskega inženiringa, katerih glavne so predstavljene v nadaljevanju.
1. Genski inženiring se bistveno razlikuje od razvoja novih sort in pasem. Umetno dodajanje tujih genov močno moti natančno regulirano genetsko kontrolo normalne celice. Manipulacija genov se bistveno razlikuje od kombinacije materinih in očetovih kromosomov, do katere pride pri naravnih križanjih.
2. Trenutno je genski inženiring tehnično nepopoln, saj ne more nadzorovati procesa vstavljanja novega gena. Zato je nemogoče predvideti mesto vstavitve in učinke dodanega gena. Tudi če je lokacijo gena mogoče določiti, ko je bil vstavljen v genom, so razpoložljive informacije o DNK zelo nepopolne za napovedovanje rezultatov.
3. Kot posledica umetnega dodajanja tujega gena, nepričakovano nevarne snovi. V najslabšem primeru so to lahko strupene snovi, alergeni ali druge zdravju škodljive snovi. Informacije o tovrstnih možnostih so še zelo nepopolne.
4. Povsem zanesljivih metod za testiranje neškodljivosti ni. Več kot 10 % resnih stranskih učinkov novih zdravil kljub skrbno izvedenim varnostnim študijam ni mogoče odkriti. Stopnja tveganja, ki nevarne lastnosti nova gensko spremenjena živila bodo ostala neodkrita, verjetno veliko bolj kot v primeru zdravil.
5. Sedanje zahteve glede testiranja neškodljivosti so izjemno nezadostne. Jasno so oblikovani za poenostavitev postopka odobritve. Omogočajo uporabo izjemno neobčutljivih metod testiranja neškodljivosti. Zato obstaja veliko tveganje, da bodo nevarni živilski izdelki lahko prestali pregled neopaženi.
6. Dosedanji živilski izdelki, ustvarjeni z genskim inženiringom, nimajo pomembne vrednosti za človeštvo. Ti izdelki zadovoljujejo predvsem komercialne interese.
7. Poznavanje učinkov gensko spremenjenih organizmov, vnesenih v okolje, je popolnoma nezadostno. Ni še dokazano, da z genskim inženiringom spremenjeni organizmi ne bodo imeli škodljivih učinkov na okolje. Okoljevarstveniki so predlagali različne možne okoljske zaplete. Obstaja na primer veliko možnosti za nenadzorovano širjenje potencialno škodljivih genov, ki jih uporablja genski inženiring, vključno s prenosom genov z bakterijami in virusi. Zapleti, ki jih povzroča okolju, verjetno ne bo mogoče popraviti, saj sproščenih genov ni mogoče vzeti nazaj.
8. Lahko se pojavijo novi in nevarni virusi. Eksperimentalno je bilo dokazano, da se virusni geni, vgrajeni v genom, lahko združujejo z geni kužnih virusov (ti rekombinacija). Ti novi virusi so morda bolj agresivni od prvotnih. Virusi lahko tudi postanejo manj specifični za vrsto. Na primer, rastlinski virusi lahko postanejo škodljivi za koristne žuželke, živali in tudi ljudi.
9. Poznavanje dedne snovi, DNK, je zelo nepopolno. Znano je delovanje le treh odstotkov DNK. Tvegano je manipulirati s kompleksnimi sistemi, o katerih znanje ni popolno. Bogate izkušnje s področja biologije, ekologije in medicine kažejo, da lahko to povzroči resne nepredvidljive težave in motnje.
10. Genski inženiring ne bo pomagal rešiti problema svetovne lakote. Trditev, da lahko genski inženiring pomembno prispeva k rešitvi problema svetovne lakote, je znanstveno neutemeljen mit.
Zaključek
Gensko inženirstvo je metoda biotehnologije, ki se ukvarja z raziskovanjem prestrukturiranja genotipov. Genotip ni le mehanska vsota genov, temveč kompleksen sistem, ki se je razvil med evolucijo organizmov. Genetski inženiring omogoča prenos genetskih informacij iz enega organizma v drugega z in vitro operacijami. Prenos genov omogoča premagovanje medvrstnih ovir in prenos posameznih dednih lastnosti enega organizma na drugega.
Preureditev genotipov pri izvajanju nalog genskega inženiringa predstavlja kvalitativne spremembe v genih, ki niso povezane z mikroskopom vidnimi spremembami v strukturi kromosomov. Genske spremembe so povezane predvsem s transformacijo kemijske strukture DNK. Informacija o strukturi proteina, zapisana kot zaporedje nukleotidov, se implementira kot zaporedje aminokislin v sintetizirani proteinski molekuli. Sprememba zaporedja nukleotidov v kromosomski DNK, izguba nekaterih in vključitev drugih nukleotidov spremenijo sestavo molekul RNK, ki nastanejo na DNK, kar posledično določa novo zaporedje aminokislin med sintezo. Posledično se v celici začne sintetizirati nov protein, kar povzroči pojav novih lastnosti v telesu. Bistvo metod genskega inženiringa je v tem, da posamezne gene ali skupine genov vstavimo ali izločimo iz genotipa organizma. Zaradi vstavitve prej odsotnega gena v genotip je lahko celica prisiljena sintetizirati beljakovine, ki jih prej ni sintetizirala.
Reference
2. Lee A., Tinland B. Integracija t-DNA v rastlinski genom: prototip in resničnost // Fiziologija rastlin. 2000. - Letnik 47. - Št. 3.
3. Lutova L. A., Provorov N. A., Tihodeev O. N. et al. - Sankt Peterburg: Nauka, 2000. - 539 str.
4. Lyadskaya M. Genetski inženiring lahko stori karkoli - celo pridelati cepivo na vrtu // Farmacevtski bilten. - 2000. - št. 7.
5. Romanov G. A. Gensko inženirstvo rastlin in načini reševanja problema biološke varnosti // Fiziologija rastlin, 2000. - Zvezek 47. - št. 3.
6. Salyaev R. Miti in resničnost genskega inženiringa // Znanost v Sibiriji. - 2002. - št. 7.
7. Favorova O. O. Zdravljenje z geni - fikcija ali resničnost? // Farmacevtski glasnik. - 2002. - št. 5.
Kuzmina N.A. Osnove biotehnologije: učbenik. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 str.
Lutova L. A., Provorov N. A., Tihodeev O. N. et al. - Sankt Peterburg: Nauka, 2000. - 539 str.
Lyadskaya M. Genetski inženiring lahko stori karkoli - celo pridelati cepivo na vrtu // Farmacevtski bilten. - 2000. - št. 7.
Kuzmina N.A. Osnove biotehnologije: učbenik. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 str.
Favorova O. O. Zdravljenje z geni - fikcija ali resničnost? // Farmacevtski glasnik. - 2002. - št. 5.
Salyaev R. Miti in resničnost genskega inženiringa // Znanost v Sibiriji. - 2002. - št. 7.
Kuzmina N.A. Osnove biotehnologije: učbenik. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 str.
Enciklopedični YouTube
-
1 / 5
Genski inženiring služi pridobivanju želenih lastnosti spremenljivega ali gensko spremenjenega organizma. Za razliko od tradicionalne selekcije, pri kateri se genotip spreminja le posredno, genski inženiring omogoča neposreden poseg v genetski aparat s tehniko molekularnega kloniranja. Primeri uporabe genskega inženiringa so pridelava novih gensko spremenjenih sort žitaric, proizvodnja humanega insulina z uporabo gensko spremenjenih bakterij, proizvodnja eritropoetina v celični kulturi ali nove pasme poskusnih miši za znanstvene raziskave.
Osnova mikrobiološke, biosintetske industrije je bakterijska celica. Celice, potrebne za industrijsko proizvodnjo, so izbrane po določenih lastnostih, med katerimi je najpomembnejša sposobnost, da v največjih možnih količinah proizvajajo, sintetizirajo določeno spojino - aminokislino ali antibiotik, steroidni hormon oz. organska kislina. Včasih je treba imeti mikroorganizem, ki lahko na primer uporabi nafto ali odpadno vodo kot »hrano« in jo predela v biomaso ali celo beljakovine, povsem primerne za krmne dodatke. Včasih potrebujemo organizme, ki se lahko razvijejo pri povišanih temperaturah ali v prisotnosti snovi, ki so gotovo smrtonosne za druge vrste mikroorganizmov.
Naloga pridobivanja takšnih industrijskih sevov je zelo pomembna, za njihovo modifikacijo in selekcijo so bile razvite številne metode aktivnega vpliva na celice - od zdravljenja z močnimi strupi do izpostavljenost sevanju. Namen teh tehnik je en - doseči spremembe v dednem, genetskem aparatu celice. Njihov rezultat je proizvodnja številnih mutiranih mikrobov, izmed stotin in tisočev katerih nato znanstveniki poskušajo izbrati najprimernejšega za določen namen. Ustvarjanje tehnik kemične ali radiacijske mutageneze je bil izjemen dosežek v biologiji in se pogosto uporablja v sodobni biotehnologiji.
Toda njihove zmogljivosti so omejene z naravo samih mikroorganizmov. Niso sposobni sintetizirati številnih dragocenih snovi, ki se kopičijo v rastlinah, predvsem v zdravilnih in eteričnih oljnicah. Ne morejo sintetizirati snovi, ki so zelo pomembne za življenje živali in ljudi, številnih encimov, peptidnih hormonov, imunskih proteinov, interferonov in mnogih enostavnejših spojin, ki se sintetizirajo v telesu živali in ljudi. Možnosti mikroorganizmov seveda še zdaleč niso izčrpane. Od vsega bogastva mikroorganizmov je znanost, predvsem pa industrija, uporabila le majhen delež. Za selekcijo mikroorganizmov so zelo zanimive na primer anaerobne bakterije, ki lahko živijo v odsotnosti kisika, fototrofi, ki izkoriščajo svetlobno energijo kot rastline, kemoavtotrofi, termofilne bakterije, ki lahko živijo pri temperaturah, kot so pred kratkim ugotovili, okoli 110 °C itd.
In vendar omejitve naravni material"je očitno. Omejitve so skušali in skušajo zaobiti s pomočjo celičnih in tkivnih kultur rastlin in živali. To je zelo pomembna in obetavna pot, ki se uveljavlja tudi v biotehnologiji. V zadnjih nekaj desetletjih so znanstveniki razvili metode, s katerimi lahko posamezne celice rastlinskega ali živalskega tkiva rastejo in se razmnožujejo ločeno od telesa, kot so bakterijske celice. To je bil pomemben dosežek – nastale celične kulture se uporabljajo za poskuse in industrijsko proizvodnjo nekaterih snovi, ki jih ni mogoče pridobiti z bakterijskimi kulturami.
Druga smer raziskovanja je odstranjevanje iz DNK genov, ki so nepotrebni za kodiranje proteinov in delovanje organizmov ter ustvarjanje umetnih organizmov z »okrnjenim naborom« genov na osnovi takšne DNK. To omogoča dramatično povečanje odpornosti spremenjenih organizmov na viruse.
Zgodovina razvoja in dosežena raven tehnologije
V drugi polovici 20. stoletja več pomembna odkritja in izumi, na katerih temelji genski inženiring. Večletni poskusi »branja« bioloških informacij, ki so »zapisane« v genih, so bili uspešno zaključeni. To delo sta začela angleški znanstvenik Frederick Sanger in ameriški znanstvenik Walter Gilbert (Nobelova nagrada za kemijo 1980). Kot je znano, geni vsebujejo informacije-navodila za sintezo molekul RNA in beljakovin, vključno z encimi, v telesu. Da bi celico prisilili, da sintetizira nove zanjo nenavadne snovi, je potrebno, da se v njej sintetizirajo ustrezni sklopi encimov. In za to je potrebno bodisi namensko spremeniti gene, ki se nahajajo v njem, bodisi vanj vnesti nove, prej odsotne gene. Spremembe genov v živih celicah so mutacije. Pojavijo se pod vplivom, na primer, mutagenov - kemičnih strupov ali sevanja. Toda takih sprememb ni mogoče nadzorovati ali usmerjati. Zato so znanstveniki svoja prizadevanja usmerili v poskuse razvoja metod za vnos novih, zelo specifičnih genov, ki jih potrebuje človek, v celice.
Glavne faze reševanja problema genskega inženiringa so naslednje:
- Pridobivanje izoliranega gena.
- Vnos gena v vektor za prenos v telo.
- Prenos vektorja z genom v spremenjeni organizem.
- Preoblikovanje telesnih celic.
- Selekcija gensko spremenjenih organizmov ( GSO) in odstranjevanje tistih, ki niso bili uspešno spremenjeni.
Proces sinteze genov je zdaj zelo dobro razvit in celo v veliki meri avtomatiziran. Obstajajo posebne naprave, opremljene z računalniki, v pomnilniku katerih so shranjeni programi za sintezo različnih nukleotidnih zaporedij. Takšna naprava sintetizira segmente DNK do 100-120 dušikove baze(oligonukleotidi). Razširjena je postala tehnika, ki omogoča uporabo verižne reakcije s polimerazo za sintezo DNK, vključno z mutirano DNK. V njem se za matrično sintezo DNK uporablja termostabilni encim DNK polimeraza, za katero se kot semena uporabljajo umetno sintetizirani delčki nukleinske kisline – oligonukleotidi. Encim reverzna transkriptaza omogoča, da z uporabo takšnih primerjev sintetiziramo DNA na matrici RNA, izolirane iz celic. Tako sintetizirana DNA se imenuje komplementarna DNA (RNA) ali cDNA. Izoliran, "kemično čist" gen lahko pridobimo tudi iz knjižnice fagov. Tako se imenuje pripravek bakteriofaga, v genom katerega so vgrajeni naključni delci iz genoma ali cDNA, ki jih fag razmnožuje skupaj z vso svojo DNA.
Tehnika vnosa genov v bakterije se je razvila po tem, ko je Frederick Griffith odkril pojav bakterijske transformacije. Ta pojav temelji na primitivnem spolnem procesu, ki ga pri bakterijah spremlja izmenjava majhnih fragmentov nekromosomske DNK, plazmidov. Plazmidne tehnologije so bile osnova za vnos umetnih genov v bakterijske celice.
Znatne težave so bile povezane z vnosom že pripravljenega gena v dedni aparat rastlinskih in živalskih celic. Vendar pa v naravi obstajajo primeri, ko se tuja DNK (virusa ali bakteriofaga) vključi v genetski aparat celice in s pomočjo svojih presnovnih mehanizmov začne sintetizirati "svoj" protein. Znanstveniki so preučevali značilnosti vnosa tuje DNK in jo uporabili kot princip za vnos genskega materiala v celico. Ta proces se imenuje transfekcija.
Če so narejene spremembe enocelični organizmi ali večcelične celične kulture, potem se na tej stopnji začne kloniranje, to je selekcija tistih organizmov in njihovih potomcev (klonov), ki so bili spremenjeni. Kdaj je naloga zastavljena za pridobitev večcelični organizmi, nato celice s spremenjenim genotipom uporabimo za vegetativno razmnoževanje rastlin ali vnesemo v blastociste nadomestne matere, ko gre za živali. Posledično se skotijo mladiči s spremenjenim ali nespremenjenim genotipom, med katerimi so izbrani in medsebojno križani le tisti, ki izkazujejo pričakovane spremembe.
Uporaba v znanstvenih raziskavah
Čeprav v majhnem obsegu, se genski inženiring že uporablja, da ženskam z nekaterimi vrstami neplodnosti omogoči zanositev. V ta namen se uporabljajo jajčeca zdrave ženske. Posledično otrok podeduje genotip enega očeta in dveh mater.
Vendar se možnost pomembnejših sprememb človeškega genoma sooča s številnimi resnimi etičnimi težavami. Leta 2016 je v Združenih državah Amerike skupina znanstvenikov prejela dovoljenje za klinična preskušanja metode zdravljenja raka z uporabo pacientovih lastnih imunskih celic, ki so bile podvržene genski spremembi s tehnologijo CRISPR / Cas9.
Celični inženiring
Celični inženiring temelji na gojenju rastlinskih in živalskih celic ter tkiv, ki so sposobna izven telesa proizvajati človeku potrebne snovi. Ta metoda se uporablja za klonsko (nespolno) razmnoževanje dragocenih rastlinskih oblik; za pridobivanje hibridnih celic, ki združujejo lastnosti na primer krvnih limfocitov in tumorskih celic, kar omogoča hitro pridobivanje protiteles.
Genski inženiring v Rusiji
Ugotovljeno je, da se je po uvedbi državne registracije GSO dejavnost nekaterih javne organizacije in posamezni poslanci Državna duma poskuša preprečiti uvedbo inovativnih biotehnologij v rusko kmetijstvo. Več kot 350 ruskih znanstvenikov je podpisalo odprto pismo Društva znanstvenih delavcev v podporo razvoju genskega inženiringa v Ruska federacija. V odprtem pismu je zapisano, da prepoved gensko spremenjenih organizmov v Rusiji ne bo le škodovala zdravi konkurenci na kmetijskem trgu, ampak bo povzročila znatno zaostajanje v tehnologijah pridelave hrane, povečano odvisnost od uvoza hrane in bo spodkopala ugled Rusije kot države. v kateri poteka tečaj za inovativni razvoj [pomen dejstva? ] .
Glej tudi
Opombe
- Aleksander Pančin Premagati Boga // Popularna mehanika. - 2017. - št. 3. - Str. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
- In vivo urejanje genoma z uporabo visoko učinkovitega sistema TALEN (angleščina) . Narava. Pridobljeno 10. januarja 2017.
- Elements - novice znanstva: opice ozdravljene barvne slepote z gensko terapijo (nedefinirano) (18. september 2009). Pridobljeno 10. januarja 2017.
Gensko inženirstvo je področje raziskovanja molekularna biologija in genetika, katere končni cilj je z uporabo laboratorijskih tehnik pridobiti organizme z novimi kombinacijami dednih lastnosti, vključno s tistimi, ki jih v naravi ne najdemo.
Za uradni datum rojstva genskega inženiringa se šteje leto 1972. Genski inženiring temelji na pogojenih najnovejši dosežki molekularna biologija in genetika možnost ciljne manipulacije fragmentov nukleinskih kislin. Ti dosežki vključujejo ugotovitev univerzalnosti genetske kode, to je dejstva, da je v vseh živih organizmih vključitev istih aminokislin v beljakovinsko molekulo kodirana z enakimi nukleotidnimi sekvencami v verigi DNA; uspehi genetske encimologije, ki je raziskovalcu dala nabor encimov, ki omogočajo pridobivanje posameznih genov ali encimov nukleinskih kislin v izolirani obliki, izvedbo in vitro sinteze fragmentov nukleinskih kislin in združevanje nastalih fragmentov v eno celoto. . Tako se spreminjanje dednih lastnosti organizma z uporabo genskega inženiringa zmanjša na konstruiranje novega genskega materiala iz različnih fragmentov, vnos tega materiala v prejemni organizem, ustvarjanje pogojev za njegovo delovanje in stabilno dedovanje.
Genetski inženiring bakterij
Leta 1972 je skupina raziskovalcev pod vodstvom ameriškega biokemika Paula Berga, ki dela na univerzi Stanford blizu San Francisca v Kaliforniji, poročala o ustvarjanju prve rekombinantne DNK zunaj telesa. Takšno molekulo pogosto imenujemo hibridna, saj je sestavljena iz fragmentov DNK različnih organizmov.
Prva rekombinantna molekula DNK je sestavljena iz fragmenta DNK iz bakteriofaga Escherichia coli (E. coli), skupine genov te bakterije, ki so odgovorni za fermentacijo sladkorne galaktoze, in celotne DNK virusa SV40, ki povzroča razvoj tumorjev pri opicah. Takšna rekombinantna struktura bi teoretično lahko imela funkcionalno aktivnost v celicah E. coli in opic, ker je vključevala del DNK faga, ki zagotavlja njegovo sposobnost podvajanja (samokopiranja) v E. coli, in vso DNK SV40. razmnoževanje v opičjih celicah.
Pravzaprav je bila to prva hibridna molekula DNK, ki se je lahko kot shuttle "sprehodila" med bakterijo in živaljo. A prav tega P. Berg in njegovi sodelavci niso preizkusili eksperimentalno.
Znanstveniki iz različnih držav, ki so razvijali ideje P. Berga, so in vitro ustvarili funkcionalno aktivno hibridno DNK. Prva sta to težavo rešila Američana Stanley Cohen z univerze Stanford in njegov kolega Herbert Boyer s kalifornijske univerze v San Franciscu. Pri njihovem delu se je pojavilo novo in zelo pomembno "orodje" v vseh kasnejših gensko inženirskih delih - vektor.
Glavne metode genskega inženiringa bakterij so bile razvite v zgodnjih 70. letih prejšnjega stoletja. Njihovo bistvo je vnos novega gena v telo. Najpogostejši med njimi je izdelava in prenos rekombinantne DNA.
Genetski inženiring rastlin
Pri vnašanju novih genov v evkariontske celice, kot so rastlinske celice, se pojavijo številne težave. Eden od njih je, da je genetska struktura rastlin veliko bolj kompleksna in manj raziskana kot zgradba bakterij, ki je do nedavnega ostala glavni predmet raziskovanja. genetski inženirji. Poleg tega je nemogoče spremeniti genotip vseh celic večceličnega organizma. Prenos vektorskih sistemov močno ovira trpežna celulozna membrana, ki prekriva rastlinske celice.
Kljub navedenemu se genski inženiring rastlin uporablja v kmetijstvu, predvsem v rastlinski pridelavi. To je postalo mogoče, prvič, ker lahko rastlinske celice, izolirane iz večceličnega organizma, rastejo in se razmnožujejo na umetnih hranilnih medijih, torej in vitro ali zunaj telesa. Drugič, ugotovljeno je bilo, da jedra zrelih rastlinskih celic vsebujejo vse informacije, potrebne za kodiranje celotnega organizma. Torej, če celice rastline označimo v primerni rastlinski raztopini, jih lahko ponovno prisilimo v delitev in oblikovanje novih rastlin. Ta lastnost rastlinskih celic, povezana s sposobnostjo regeneracije, potem ko so dosegle zrelost in specializacijo, se imenuje totipotenca.
Uporaba talnih agrobakterij
Eden od učinkovitih načinov za prenos genov v rastline je uporaba talnih bakterij kot vektorja, predvsem Agrobacterium tumefaciens (»poljska bakterija, ki povzroča rastlinskega raka«). Ta bakterija je bila izolirana leta 1897. iz tumorja grozdja. Okuži številne dvodomne rastline in povzroči nastanek velikih izrastkov – kronskih žolčk.
Patogeni sevi te agrobakterije za razliko od nepatogenih vsebujejo velik plazmid, posebej zasnovan za prenos genov iz bakterijske celice v rastlinsko celico. Plazmid so poimenovali Ti, kar pomeni povzročitelj tumorja. Vanj se običajno vstavi gen, pripravljen za prenos.
Poleg A. tumefaciens se za vnašanje novih genov v rastline uporablja tudi bakterija A. Rhizogenes. Pri dvokaličnicah povzročajo zelo majhne tumorje, iz katerih poženejo številne korenine. Bolezen, ki jo povzročajo te rizogene agrobakterije, se imenuje "bradata" ali "dlakava" korenina. V njih so našli plazmide, podobne Ti. Imenujejo se Ri ali povzročajo korenine.
V zadnjih letih se Ri plazmidi v rastlinskem genskem inženirstvu uporabljajo nič manj kot Ti plazmidi. To je razloženo predvsem z dejstvom, da celice kronskih žolčk slabo rastejo na umetnih hranilnih medijih in iz njih ni mogoče gojiti celih rastlin. Nasprotno, celice bradate korenine so dobro gojene in regenerirane.
Uporaba virusov
Virusi se pogosto uporabljajo tudi za konstruiranje vektorjev, ki prenašajo nove gene v rastline. V ta namen največkrat izoliramo virus mozaika cvetače. V naravi okuži le križnice, znano pa je, da lahko v poskusnih pogojih okuži tudi druge rastlinske vrste.
Genom virusa mozaika je majhna dvoverižna krožna DNA. Nekatere njegove gene je mogoče nadomestiti z drugimi, ki so zanimivi za raziskovalca. Ko virus prodre v rastlinsko celico, vanjo vnese ne le svojo DNK, temveč tudi tuj gen, vgrajen vanjo.
Tudi virusi, katerih genetski material predstavlja RNA, so lahko vektorski sistem, ki je sposoben prenašati nove gene v rastline. Virusi te skupine lahko z visoko frekvenco prodrejo v rastlinske celice, se v njih aktivno razmnožujejo in s tem zagotavljajo visoko stopnjo izražanja vnesenih genov zaradi povečanja njihovega števila.
Konstrukcija rekombinantne DNA
Tehnika vstavljanja genov v vektorje, namenjene rastlinam, je podobna tisti, ki se uporablja za bakterijske celice. Plazmidno DNA in virusno DNA režejo restrikcijski encimi, da nastanejo "lepljivi" konci. Če uporabimo encim, ki proizvaja tope konce, uporabimo kratke fragmente DNA. Z vstavitvijo novega gena v pripravljen plazmid ali virusni vektor s pomočjo DNA ligaze dobimo rekombinantno DNA.
Področja rastlinskega genskega inženiringa
Glavne smeri rastlinskega genskega inženiringa so povezane z ustvarjanjem pridelkov, ki so odporni na škodljivce žuželk, herbicide in viruse, sposobni fiksacije dušika, pa tudi z izboljšanjem kakovosti in količine proizvodov.
Rastline, odporne na škodljivce
Škodljivci lahko povzročijo znatno zmanjšanje pridelka različnih poljščin. Za boj proti njim se uporabljajo kemikalije.
imenovani insekticidi. Prvi insekticid, ki ga je osvojil svetovno priznanje, izkazalo se je, da gre za bordojsko mešanico.
Poleg kemično sintetiziranih zdravil so znani insekticidi, ki temeljijo na naravnih sovražnikih žuželk - bakterijah in glivah. V svetu se že vrsto let uporabljajo insekticidi bakterijskega izvora - pripravki iz trosov, ki jih proizvaja talna bakterija Bacillus thuringiensis (»turinški bacil« ali krajše Bt). Insekticidno delovanje teh spor je povezano s strupenimi kristali proteina endotoksina, ki jih vsebujejo. Po zaužitju takšne spore gosenica kmalu umre zaradi črevesne paralize.
Prednost tovrstnega insekticida je, da ni strupen za ljudi in živali ter ga je enostavno oprati in inaktivirati. Pomanjkljivost takšnih insekticidov je relativno kratko obdobje delovanja v terenskih razmerah. Njihova učinkovitost pri škropljenju rastlin je različna in jo je težko napovedati. Vse to zahteva ponavljajoča se zdravljenja.
Nova smer v boju proti škodljivcem žuželk je ustvarjanje transgenih rastlin, odpornih na njih, na podlagi tehnologije genskega inženiringa. Uspešna je bila raziskava Marka van Montaguja in njegovih kolegov z Univerze v Gentu, katere rezultate so objavili v delu “Transgene rastline zaščitene pred napadom insektov” (1987).
Gen, ki kodira sintezo proteina endotoksina, so izolirali iz DNK turingijskega bacila in ga vstavili v vektor Ti plazmid bakterije A. tumefaciens. S to agrobakterijo so okuženi diski, izrezani iz kosov tobačnih listov. Transformirano rastlinsko tkivo smo gojili na hranilnem mediju določene kemijske sestave, ki je zagotavljal rast in razvoj transgenih rastlin z listi, ki vsebujejo protein endotoksin. Ko endotoksin vstopi v črevesje nekaterih vrst žuželk, se veže na njihovo notranjo površino in poškoduje epitelij, zaradi česar se prebavljena hrana ne absorbira in žuželka pogine zaradi lakote.
V zadnjih letih so gen za bakterijski toksin vnesli v celice številnih rastlin. Zlasti strokovnjaki Monsanta so ustvarili krompir New Leaf, odporen na koloradskega hrošča, Bt koruzo in Bt bombaž, Roundup Ready sojo, itd. Vendar pa uporaba Bt pridelkov vzbuja dvome zaradi - za zdravje ljudi in varnost okolja. Zato se mnogi sprašujejo: če koloradski hrošč ne poje vrhov, ali je tak krompir zdrav? Ni gotovosti, da rastlinski proizvodi z "genskimi dodatki" ne bodo negativno vplivali na prihodnje generacije.
Hkrati bo prenos cvetnega prahu z gensko spremenjenih poljščin na rastline na sosednjih poljih povzročil njihovo gensko kontaminacijo, katere posledice je težko napovedati. Na biotsko raznovrstnost lahko vpliva smrt koristnih žuželk, za katere so se pridelki Bt izkazali za nevarne. Poleg tega je možno, da se bodo pojavili superškodljivci, saj lahko prvotne vrste žuželk hitro pridobijo odpornost na bakterijski endotoksin.
Rastline, odporne na viruse
Ustvarjanje sort, odpornih proti virusom, je še eno področje rastlinskega genskega inženiringa.
Za ustvarjanje takšnih kmetijskih rastlin se uporablja tako imenovana navzkrižna zaščita. Bistvo tega je, da rastline, okužene z enim tipom virusa, postanejo odporne na drugega, sorodnega virusa, saj pride do vrste cepljenja. V rastlino vnesemo gen oslabljenega seva virusa, ki preprečuje, da bi jo poškodoval bolj virulenten (povzročitelj bolezni) sev istega ali sorodnega virusa.
Tak zaščitni gen je lahko gen, ki kodira virus za sintezo beljakovine ovojnice, ki obdaja nukleinsko kislino. Ta gen se uporablja za ustvarjanje kopije DNK in vitro z uporabo reverzne transkriptaze. Nanj se pritrdijo potrebni regulatorni elementi in s posebej pripravljenim Ti-plazmidom se agrobakterije prenesejo v rastline. Transformirane rastlinske celice sintetizirajo beljakovino ovojnice virusa in transgene rastline, vzgojene iz njih, se sploh ne okužijo z bolj virulentnimi sevi ali pa se na virusno okužbo odzovejo šibko in zapoznelo.
To je eden od mehanizmov zaščitno delovanje virusnega gena, kar še ni povsem jasno in ga lahko spremljajo neželene posledice.
Genska modifikacija - nova različica kmetijstva
Genetska modifikacija kmetijstva temelji na uporabi visokoproduktivnih rastlinskih sort ali pasem živali, pridobljenih na podlagi genske selekcije. S tem plemenitim namenom se že desetletja ukvarjajo genetski rejci. Toda njihove zmožnosti so omejene z obsegom križanj - le posamezniki, ki praviloma pripadajo isti vrsti, lahko prečkajo in ustvarijo plodne potomce. Krompir in koruza nimata sposobnosti, da bi okužila koloradskega hrošča in koruzne vešče, človeku in živalim nenevarna bakterija Bacillus thuringinesis pa ju lahko ubije. Genetiki ne morejo križati bacila s krompirjem, genetski inženirji pa lahko. Genetska selekcija se izboljša kvantitativne značilnosti sorte ali pasme (donos, odpornost na bolezni, mlečnost itd.); Genetski inženiring lahko ustvari novo kakovost - prenese gen, ki ga kodira, iz ene biološke vrste v drugo, zlasti inzulinski gen iz človeka na kvas. In gensko spremenjeni kvas bo postal tovarna insulina.
Menijo, da je edina temeljna ovira, s katero se soočajo genetski inženirji, njihova omejena domišljija ali omejeno financiranje. Zdi se, da v genskem inženirstvu ni nepremostljivih naravnih omejitev.
Genetski inženiring: od analize do sinteze
Kot že vemo, je bilo leta 1972. Paul Berg je prvi v epruveti združil dva gena, izolirana iz različnih organizmov, v eno celoto. In prejel je "molekularni" hibrid ali rekombinantno DNK, ki naravne razmere nikakor ni mogel oblikovati. Nato so takšno rekombinantno DNK vnesli v bakterijske celice in tako ustvarili prve transgene organizme, ki so nosili gene iz bakterij in opic, natančneje iz onkogenega opičjega virusa.
Nato so bili konstruirani mikrobi, ki so prenašali gene muh Drosophila, zajcev in ljudi. To je povzročilo alarm.
Več vodilnih ameriških znanstvenikov, vključno s samim Paulom Bergom, je v reviji Science objavilo pismo, v katerem je pozvalo k prekinitvi dela na področju genskega inženiringa, dokler se ne razvijejo varnostni predpisi za ravnanje s transgenimi organizmi. Domnevalo se je, da imajo lahko organizmi, ki nosijo tuje gene, lastnosti, ki so nevarne za ljudi in njihovo okolje. Povsem špekulativno je bilo izraženo mnenje, da so transgeni organizmi nastali brez upoštevanja njihove verjetne okoljske značilnosti in tisti, ki niso bili podvrženi soevoluciji z naravnimi organizmi, se bodo »osvobodili iz epruvete«, se bodo lahko nenadzorovano in neomejeno razmnoževali. To bo povzročilo izrinjanje naravnih organizmov iz njihovih naravnih habitatov; poznejša verižna reakcija ekoloških neravnovesij; zmanjšanje biotske raznovrstnosti; aktivacija mirujočih, prej neznanih patogenih mikroorganizmov; pojav epidemij prej neznanih bolezni ljudi, živali in rastlin; »pobeg« tujih genov iz transgenih organizmov; kaotičen prenos genov v biosferi; pojav pošasti, ki uničijo vse.
Dve različici prihodnosti: transgeni raj ali transgena apokalipsa
Poleg bioloških in okoljskih skrbi so se začela izražati moralna, etična, filozofska in verska vprašanja.
V letih 1973-1974. Razpravi so se pridružili ameriški politiki. Posledično je bil uveden začasni moratorij na delo z genskim inženiringom - "prepoved, dokler se okoliščine ne razjasnijo." Med prepovedjo naj bi podlagi vseh razpoložljivih spoznanj ocenili vse potencialne nevarnosti genskega inženiringa in oblikujejo varnostne predpise. Leta 1976 Ustvarjena so bila pravila in prepoved je bila odpravljena. Z vedno hitrejšim razvojem se je strogost varnostnih predpisov ves čas zmanjševala. Začetni strahovi so se izkazali za močno pretirane.
Kot rezultat 30-letnih svetovnih izkušenj z genskim inženiringom je postalo jasno, da v procesu »miroljubnega« genskega inženiringa ne more nastati nič mirnega. Začetni varnostni ukrepi pri delu s transgenimi organizmi so temeljili na dejstvu, da so ustvarjene himere lahko nevarne, kot so kuga, črne koze, kolera ali antraks. Zato so v posebnih inženirskih strukturah delali s transgenimi mikrobi, kot da bi bili patogeni. Toda sčasoma je postalo vse bolj očitno: tveganje je bilo močno pretirano.
Na splošno v vseh 30 letih intenzivne in vse večje uporabe genskega inženiringa ni bil zabeležen niti en primer nevarnosti, povezane s transgenimi organizmi.
Pojavila se je nova industrija - transgena biotehnologija, ki temelji na snovanju in uporabi transgenih organizmov. Trenutno je v ZDA okoli 2500 podjetij za genski inženiring. Vsak od njih zaposluje visoko usposobljene strokovnjake, ki gradijo organizme na osnovi virusov, bakterij, gliv, živali, vključno z žuželkami.
Ko gre za nevarnost ali varnost transgenih organizmov in izdelkov, pridobljenih iz njih, najpogostejša stališča temeljijo predvsem na »splošnih preudarkih in zdravi pameti«. Takole običajno pravijo tisti, ki so proti:
- narava je urejena inteligentno, vsak poseg vanjo bo vse samo poslabšal;
- saj znanstveniki sami ne morejo predvideti vsega s 100% garancijo, še posebej
- dolgoročnih posledic uporabe transgenih organizmov, tega sploh ni treba storiti.
Tukaj so argumenti tistih, ki so za:
- v milijardah let evolucije je narava vse uspešno »poskusila«.
- možne možnosti za ustvarjanje živih organizmov, zakaj je človeška dejavnost
- bi moralo biti načrtovanje spremenjenih organizmov zaskrbljujoče?
- V naravi nenehno poteka prenos genov med različnimi organizmi (v
- značilnosti med mikrobi in virusi), torej nič bistveno novega
- transgeni organizmi ne bodo dodani naravi.
Razprave o koristih in nevarnostih uporabe transgenih organizmov se običajno vrtijo okoli glavnih vprašanj, ali so izdelki, pridobljeni iz transgenih organizmov, nevarni in ali so transgeni organizmi sami nevarni okolju?
Varovanje zdravja in okolja ali nepošten boj za ekonomske interese?
Ali je potrebno mednarodna organizacija, ki bi na podlagi preliminarnega pregleda urejal uporabo transgenih organizmov? Ali naj dovoli ali prepove dajanje na trg proizvodov, pridobljenih iz takih organizmov? Navsezadnje semena, zlasti cvetni prah, ne poznajo meja.
In če mednarodna regulacija biotehnologije ni potrebna, ali bo splet nacionalnih pravil, ki urejajo ravnanje s transgenimi organizmi, povzročil beg transgenih rastlin iz držav, kjer so takšna pravila "liberalna", v države, kjer so pravila "konservativna"?
Tudi če se večina držav strinja z uskladitvijo pravil za ocenjevanje tveganja transgenih organizmov, kaj pa strokovne in moralne kvalitete uradnikov in strokovnjakov? Bodo tako tudi na primer v ZDA, Nemčiji, na Kitajskem, v Rusiji in na Papui Novi Gvineji?
Če države v razvoju podpišejo na primer Svetovno konvencijo o pravilih za vnos transgenih organizmov, kdo jim bo plačal ustanovitev in vzdrževanje ustreznih nacionalnih agencij, posvetovanja, ekspertize in spremljanje?
Približno polovica vseh programov, ki so jih razvili ZN, UNIDO, UNEP, je namenjena reševanju problemov, povezanih s transgenimi organizmi. Obstajata dva glavna dokumenta: »Kodeks prostovoljnih pravil, ki se jih je treba držati za vnos (izpust) organizmov v okolje«, ki ga je pripravil sekretariat UNIDO, in »Protokol o biološki varnosti v skladu s Konvencijo o biološki raznovrstnosti« (UNEP).
Evropsko stališče: pomanjkanje mednarodno dogovorjenih pravil za uporabo transgenih organizmov bo vodilo do obsežnih poskusov v odprtem okolju, škodljivi učinki ki je lahko nepovratna.
Kje je torej resnica? Ali je možno narediti racionalno izbiro med določeno koristjo in negotovim tveganjem? Pravilen odgovor je: ali so transgene rastline in izdelki na njihovi osnovi nevarni ali varni, katerih nevarnost oziroma varnost še ni prepričljivo dokazana na podlagi sodoben nivo znanja, se je njihovi uporabi pametneje izogniti.
Živilski izdelki, spremenjeni z metodami genskega inženiringa
Prvo poskusno rastlino so pridobili leta 1983 na Inštitutu za rastlinstvo v Kölnu. Devet let kasneje so na Kitajskem začeli gojiti transgeni tobak, ki ga niso pokvarili škodljivci žuželk. Prvi komercialni transgeni so bili sorta paradižnika Flavr Savr, ki jo je ustvaril Calgene in leta 1994 uvedel v ameriške supermarkete. Vendar pa so nekatere težave, povezane z njihovo proizvodnjo in prevozom, pripeljale do dejstva, da je bilo podjetje po treh letih prisiljeno umakniti sorto iz proizvodnje. Kasneje so bile pridobljene številne sorte različnih poljščin z umetno spremenjeno genetsko kodo. Med njimi je najpogostejša soja (komercialna pridelava se je začela leta 1995), predstavlja več kot polovico celotnega pridelka; na drugem mestu je koruza, sledijo bombaž, oljna ogrščica, tobak in krompir.
Svetovni voditelji v gojenju transgenih rastlin so ZDA, Argentina, Kanada in Kitajska. V Rusiji je že nekaj poskusnih "zaprtih" polj z gensko spremenjenimi (GS) pridelki. Po besedah direktorja Centra za bioinženiring Ruske akademije znanosti, akademika K. Skrjabina, se nekateri od njih ukvarjajo s krompirjem, ki je odporen na koloradskega hrošča in pridobljen na podlagi treh najpogostejših ruskih sort - " Lugovsky", "Nevsky" in "Elizaveta".
Gensko spremenjene rastline se uporabljajo za proizvodnjo hrane in prehranskih dopolnil. Iz soje se na primer proizvaja sojino mleko, ki mnogim dojenčkom nadomešča naravno mleko. GS surovine zagotavljajo večino potreb po rastlinskem olju in živilskih beljakovinah. Sojin lecitin (E322) se uporablja kot emulgator in stabilizator v slaščičarski industriji, sojine lupine pa pri proizvodnji otrobov, kosmičev in prigrizkov. Poleg tega se gensko spremenjena soja pogosto uporablja v prehrambeni industriji in kot poceni polnilo. Najdemo ga v znatnih količinah v izdelkih, kot so kruh, klobase, čokolada itd.
Iz modificiranega krompirja in koruze izdelujejo čips, predelujejo pa ga tudi v škrob, ki se uporablja kot zgoščevalci, želirna sredstva in želirna sredstva v slaščičarski in pekarski industriji ter pri izdelavi številnih omak, kečapov in majonez. Koruza in repično olje uporabljajo se kot dodatki v margarini, pekovskih izdelkih, piškotih itd.
Kljub dejstvu, da se na svetovnem trgu pojavlja vedno več izdelkov, pridobljenih z uporabo gensko spremenjenih virov, so potrošniki do njih še vedno previdni in se jim ne mudi, da bi prešli na "Frankenstein hrano".
Vprašanje živil, spremenjenih z genskim inženiringom, je v družbi sprožilo vroče polemike. Glavni argument zagovornikov genske hrane so lastnosti samih pridelkov, ki so jim bioinženirji dodali številne za potrošnika koristne lastnosti. So manj muhasti in bolj odporni na bolezni, škodljivce in, kar je najpomembneje, na pesticide, ki se uporabljajo za obdelavo polj in katerih škodljivost za človeško telo je že dolgo dokazana. Izdelki iz njih so bolj kakovostni in predstavitveni, imajo povečano hranilno vrednost in se dlje skladiščijo.
Tako se iz koruze, soje in ogrščice, ki so jih "izboljšali" genetski inženirji, izkaže rastlinsko olje, v katerem je zmanjšana količina nasičenih maščob. »Novi« krompir in koruza imata več škroba in manj vode. Pri cvrtju takšen krompir zahteva malo olja, iz njega nastane zračen čips in pomfrit, ki sta lažje prebavljiva v primerjavi z nespremenjenimi izdelki. "Zlati" riž, pridobljen leta 1999, je obogaten s karotenom za preprečevanje slepote pri otrocih. države v razvoju, Ged riž je osnovna hrana.
Do nedavnega so bile napovedi genetskih inženirjev o "užitnih cepivih" videti kot popolna fantazija. Pridelujejo pa že tobak, v genetsko kodo katerega je »vgrajen« človeški gen, odgovoren za tvorbo protiteles proti virusu ošpic. V bližnji prihodnosti bodo po mnenju znanstvenikov ustvarjene druge podobne rastline z protivirusnim polnilom. V prihodnosti lahko to postane eden glavnih načinov bodoče imunoprofilakse.
Glavno vprašanje, ali so živila, pridobljena iz gensko spremenjenih virov, varna za človeka, ostaja brez jasnega odgovora, čeprav so v zadnjih letih postali znani rezultati nekaterih raziskav, ki kažejo, da gensko spremenjeni izdelki negativno vplivajo na žive organizme.
Tako je britanski profesor Arpad Pusztai, ki je delal na Državnem inštitutu Rowett v Aberdeenu, aprila 1998. je v televizijskem intervjuju izjavil, da so njegovi poskusi razkrili nepopravljive spremembe v telesih podgan, hranjenih z gensko spremenjenim krompirjem. Trpeli so zaradi oslabljenega imunskega sistema in razne motnje aktivnost notranjih organov. Izjava znanstvenika je postala razlog za njegovo odpustitev z dela zaradi "razširjanja namerno lažnih psevdoznanstvenih informacij".
Vendar pa je februarja 1999 Neodvisna skupina 20 priznanih znanstvenikov je po natančni študiji objavila sklep o delu Arpada Pusztaija, ki je v celoti potrdil zanesljivost njegovih rezultatov. V zvezi s tem je bil britanski minister za kmetijstvo prisiljen priznati poskuse kot vredne pozornosti in razmisliti o prepovedi prodaje gensko spremenjenih izdelkov brez celovitih raziskav in predhodnega dovoljenja.
Poleg tega je bilo ugotovljeno, da je ena od sort gensko spremenjene soje nevarna za ljudi, saj je povzročila alergijo na oreščke. Ta gensko spremenjen izdelek je pridobilo eno največjih semenskih podjetij, Pioneer Hybrid International, po uvedbi gena brazilskega oreha v DNK soje, shranjevalne beljakovine, ki je bogata z aminokislinami, kot sta cistein in metionin. Podjetje je bilo prisiljeno plačati odškodnino oškodovancem in preklicati projekt.
Sestavine, ki jih vsebujejo gensko spremenjeni izdelki, so lahko ne le alergeni, ampak tudi zelo strupene, torej kemikalije, ki škodujejo živim organizmom. Tako so se po več letih uporabe pojavila poročila o resnih stranskih učinkih uporabe aditiva za živila, znanega kot aspartam (E 951).
Po kemijski strukturi je aspartam metiliran dipeptid, sestavljen iz ostankov dveh aminokislin - asparaginske kisline in fenilalanina. Dodan hrani v majhnih količinah popolnoma nadomesti sladkor (skoraj 200-krat slajši od sladkorja). V zvezi s tem spada aspartam v razred sladil, to je nizkokaloričnih snovi brez sladkorja, ki dajejo živilom in pripravljeni hrani sladek okus. Sladila pogosto zamenjujemo s sladili, ki so kemično ogljikovi hidrati in imajo visoko vsebnost kalorij.
Aspartam je na voljo pod različnimi imeni blagovne znamke: "NutraSweet", "Sucrelle", "Equal", "Spoonful", "Canderel", "Holy Line" itd. Na ruskem trgu ga je mogoče najti tudi kot del večkomponentnih mešanic sladil, kot je "aspasvit" , "aspartin", "slamix", "eurosvit", "sladex" itd.
Aspartam, ki že vrsto let velja za popolnoma neškodljivo snov, je bil odobren za uporabo v prehrambeni in farmacevtski proizvodnji v več kot 100 državah po svetu. Priporočali so ga bolnikom s sladkorno boleznijo, pa tudi tistim, ki so bili debeli ali so se bali kariesa. Uporablja se pri proizvodnji več kot 5 tisoč vrst izdelkov: brezalkoholnih pijač, jogurtov, mlečnih sladic, sladoleda, krem, žvečilnih gumijev in drugih.
Aspartam je še posebej primeren za sladkanje živil, ki ne zahtevajo toplotne obdelave. Poleg tega se lahko uporablja za hitro pasterizacijo in hitro hlajenje. Pri izdelkih, ki so izpostavljeni toploti, pa je njegova uporaba nepraktična. To je posledica dejstva, da ima to sladilo kljub vsem čudovitim lastnostim dve pomanjkljivosti: slabo je topno v vodi in ne prenese visokih temperatur. Navedeno otežuje proces priprave živil in omejuje uporabo aspartama na področjih, kot je pekarstvo in druge vrste živilske industrije, kjer so potrebna tehnološka povišanja temperature.
pri dolgotrajna izpostavljenost temperaturah nad 30 C se sestavine aspartama ločijo, sladkost pa se izgubi, poleg tega se metanol spremeni v formaldehid. Slednja snov z ostrim vonjem povzroča koagulacijo beljakovinskih snovi in je razvrščena kot strupena. Nato se iz formaldehida tvori mravljinčna kislina, ki povzroči kršitev kislinsko-bazično ravnovesje. Zastrupitev z metanolom ima podobne simptome multipla skleroza, zato so bolnikom pogosto pomotoma postavili to diagnozo. Čeprav multipla skleroza ni smrtna diagnoza, je toksičnost metanola.
Nastali fenilalanin ima lahko izjemno toksičen učinek, predvsem na živčni sistem. Obstaja dedna bolezen, ki jo povzroča njegov presežek in je znana kot fenilketonurija. Otroci, rojeni s to dedno boleznijo, so dovzetni za napade in trpijo za duševno zaostalostjo. Vzrok te bolezni je prirojena okvara encima fenilalanin hidroksilaze.
Najnovejši dosežki medicinska genetika ugotovili, da vsi zdravi ljudje ne morejo učinkovito absorbirati fenilalanina. Zato dodatno vnašanje te aminokisline v telo ne le bistveno poveča njeno raven v krvi, ampak predstavlja resno nevarnost za delovanje možganov.
Zato je aspartam kontraindiciran pri bolnikih s homozigotno fenilketonurijo, njegova prisotnost pa mora biti navedena na etiketi živila. Običajno pa je zapis "vsebuje fenilalanin, kontraindiciran pri bolnikih s fenilketonurijo" napisan s tako majhnim tiskom, da ga redkokdo prebere. A kljub temu je aspartam doslej edina gensko ustvarjena kemikalija na ameriškem trgu, ki je jasno označena. To je bilo mogoče šele potem, ko je postalo znano relativno veliko jasnih dokazov o nevarni toksičnosti aspartama in ga najbolj priljubljeni časopisi in revije v ZDA niso imenovali "sladki strup".
Odpornost na antibiotike je še en problem, o katerem se pogosto razpravlja, povezan z gensko spremenjeno hrano. V bioinženirski tehnologiji se geni za odpornost na ta zdravila že vrsto let uporabljajo kot markerji pri pripravi vektorskih sistemov, ki transformirajo rastlinske celice. Tako je bil pri razvoju paradižnika sorte "Flavr Savr" uporabljen gen za odpornost proti kanalicinu in gensko spremenjena koruza - za ampicilin.
Na žalost način za odstranitev teh markerskih genov po transformaciji še ni bil najden. Njihova prisotnost v gensko spremenjenih izdelkih je tisto, kar skrbi zdravnike. Razlog je v tem, da se markerski geni za odpornost na antibiotike iz nekega razloga morda ne bodo prebavili z vso preostalo DNK in bodo končali v genomu bakterij, ki živijo v človeškem črevesju. Po izločitvi bakterij iz telesa z blatom se bodo takšni geni razširili v okolje in prenesli na druge patogene bakterije, ki bodo postale imune na delovanje antibiotikov te skupine. Pojav takih superbakterij lahko povzroči bolezni, ki jih z obstoječimi zdravili ni mogoče pozdraviti.
Ko bi ga uporabili za ljudi, bi lahko genski inženiring uporabili za zdravljenje dednih bolezni. Tehnično gledano pa obstaja bistvena razlika med zdravljenjem bolnika samega in spreminjanjem genoma njegovih potomcev.
Naloga spreminjanja genoma odrasle osebe je nekoliko bolj zapletena kot vzreja novih gensko spremenjenih pasem živali, saj je v tem primeru treba spremeniti genom številnih celic že oblikovanega organizma in ne le enega embrionalnega jajčeca. Za to se predlaga uporaba virusnih delcev kot vektorja. Virusni delci lahko prodrejo v pomemben odstotek celic odraslega človeka in vanje vgradijo svoje dedne informacije; možna je nadzorovana reprodukcija virusnih delcev v telesu. Hkrati se znanstveniki za zmanjšanje stranskih učinkov poskušajo izogniti vnašanju gensko spremenjene DNK v celice spolnih organov, s čimer se izognejo vplivu na bolnikove bodoče potomce. Omeniti velja tudi precejšnjo kritiko te tehnologije v medijih: razvoj gensko spremenjenih virusov mnogi dojemajo kot grožnjo celotnemu človeštvu.
S pomočjo genske terapije je mogoče v prihodnosti spremeniti človeški genom. Trenutno so učinkovite metode za spreminjanje človeškega genoma v fazi razvoja in testiranja na primatih. Dolgo časa genski inženiring opic se je soočil z resnimi težavami, vendar so bili poskusi leta 2009 okronani z uspehom: v reviji Nature se je pojavila objava o uspešni uporabi gensko spremenjenih virusnih vektorjev za zdravljenje barvne slepote pri odraslem opičjem samcu. Istega leta je prvi gensko spremenjeni primat (zgojen iz spremenjenega jajčeca) skotil potomce – navadno marmozetko.
Čeprav v majhnem obsegu, se genski inženiring že uporablja, da ženskam z nekaterimi vrstami neplodnosti omogoči zanositev. V ta namen se uporabljajo jajčeca zdrave ženske. Posledično otrok podeduje genotip enega očeta in dveh mater.
Vendar se možnost pomembnejših sprememb človeškega genoma sooča s številnimi resnimi etičnimi težavami.
_____________________________________________________________________________________________
Genetski inženiring (genski inženiring)
To je skupek tehnik, metod in tehnologij za pridobivanje rekombinantne RNK in DNK, izolacijo genov iz organizma (celice), manipulacijo genov in njihovo vnašanje v druge organizme.
Genski inženiring ni znanost v širšem smislu, ampak je orodje biotehnologija, z uporabo metod bioloških znanosti, kot so molekularna in celična biologija, citologija, genetika, mikrobiologija, virologija.
Pomemben del biotehnologije je genski inženiring. Rojena v začetku 70. let prejšnjega stoletja je danes dosegla velik uspeh. Tehnike genskega inženiringa spreminjajo celice bakterij, kvasovk in sesalcev v »tovarne« za obsežno proizvodnjo katere koli beljakovine. To omogoča podrobno analizo strukture in delovanja beljakovin ter njihovo uporabo kot zdravila.
Trenutno je Escherichia coli (E. coli) postala dobavitelj tako pomembnih hormonov, kot sta insulin in somatotropin. Prej je bil insulin pridobljen iz živalskih celic trebušne slinavke, zato je bil njegov strošek zelo visok. Za pridobitev 100 g kristalnega insulina je potrebnih 800-1000 kg trebušne slinavke, ena žleza krave pa tehta 200-250 gramov. Zaradi tega je bil insulin drag in težko dostopen širokemu krogu diabetikov. Leta 1978 so raziskovalci iz Genentecha prvi proizvedli insulin v posebej proizvedenem sevu Escherichia coli. Insulin je sestavljen iz dveh polipeptidnih verig A in B, dolgih 20 in 30 aminokislin. Ko se povežejo z disulfidnimi vezmi, nastane nativni dvoverižni insulin. Dokazano je, da ne vsebuje proteinov E. coli, endotoksinov in drugih nečistoč, ne povzroča stranskih učinkov kot živalski inzulin in se od njega ne razlikuje po biološkem delovanju. Nato je bil proinzulin sintetiziran v celicah E. coli, za katere je bila kopija DNA sintetizirana na predlogi RNA z uporabo reverzne transkriptaze. Po čiščenju nastalega proinsulina smo ga razdelili v nativni inzulin, pri čemer sta bili stopnji ekstrakcije in izolacije hormona minimizirani. Iz 1000 litrov kulturne tekočine lahko pridobimo do 200 gramov hormona, kar je enako količini inzulina, ki se izloči iz 1600 kg trebušne slinavke prašiča ali krave.
Somatotropin je človeški rastni hormon, ki ga izloča hipofiza. Pomanjkanje tega hormona vodi do hipofizne pritlikavosti. Če se somatotropin daje v odmerkih 10 mg na kg telesne teže trikrat na teden, lahko otrok, ki trpi zaradi njegovega pomanjkanja, v enem letu zraste za 6 cm mg somatotropina glede na končni farmacevtski izdelek. Tako so bile razpoložljive količine hormona omejene, poleg tega pa je bil s to metodo pridobljen hormon heterogen in je lahko vseboval počasi rastoče viruse. Leta 1980 je podjetje "Genentec" razvilo tehnologijo za proizvodnjo somatotropina z uporabo bakterij, ki je bila brez teh pomanjkljivosti. Leta 1982 so na Pasteurjevem inštitutu v Franciji pridobili človeški rastni hormon v kulturi E. coli in živalskih celic, leta 1984 pa se je v ZSSR začela industrijska proizvodnja insulina. Pri proizvodnji interferona uporabljamo E. coli, S. cerevisae (kvasovke) in kulturo fibroblastov ali transformiranih levkocitov. S podobnimi metodami se pridobivajo tudi varna in poceni cepiva.
Tehnologija rekombinantne DNK temelji na izdelavi visoko specifičnih DNK sond, ki se uporabljajo za preučevanje izražanja genov v tkivih, lokalizacijo genov na kromosomih in identifikacijo genov s sorodnimi funkcijami (na primer pri ljudeh in piščancih). DNK sonde se uporabljajo tudi pri diagnostiki različnih bolezni.
Tehnologija rekombinantne DNK je omogočila nekonvencionalen pristop protein-gen, imenovan reverzna genetika. Pri tem pristopu se protein izolira iz celice, gen za ta protein se klonira in se spremeni, tako da nastane mutantni gen, ki kodira spremenjeno obliko proteina. Nastali gen se vnese v celico. Če se izrazi, bodo celica, ki jo nosi, in njeni potomci sintetizirali spremenjeni protein. Na ta način lahko popravimo okvarjene gene in zdravimo dedne bolezni.Če hibridno DNK vnesemo v oplojeno jajčece, lahko nastanejo transgeni organizmi, ki izražajo mutantni gen in ga prenašajo na svoje potomce. Genetska transformacija živali omogoča ugotavljanje vloge posameznih genov in njihovih beljakovinskih produktov tako pri uravnavanju delovanja drugih genov kot pri različnih patoloških procesih. S pomočjo genskega inženiringa so bile ustvarjene linije živali, odporne na virusne bolezni, in pasme živali z lastnostmi, koristnimi za človeka. Na primer, mikroinjekcija rekombinantne DNA, ki vsebuje gen za goveji somatotropin, v kunčjo zigoto je omogočila pridobitev transgene živali s hiperprodukcijo tega hormona. Nastale živali so imele izrazito akromegalijo.
Zdaj je celo težko napovedati vse možnosti, ki se bodo uresničile v naslednjih nekaj desetletjih.Gensko inženirstvo je področje biotehnologije, ki vključuje dejavnosti preurejanja genotipov. Genski inženiring že danes omogoča vklapljanje in izklapljanje posameznih genov in s tem nadzor nad delovanjem organizmov ter prenašanje genetskih navodil iz enega organizma v drugega, tudi iz organizmov druge vrste. Ker se genetiki čedalje bolj učijo o delovanju genov in proteinov, zmožnosti poljubnega programiranja genotipa (predvsem človeškega) z lahkoto dosegajo vse rezultate: kot so odpornost na sevanje, sposobnost življenja pod vodo, sposobnost regeneracijo poškodovanih organov in celo nesmrtnost.
Genski inženiring služi pridobivanju želenih lastnosti spremenljivega ali gensko spremenjenega organizma. Za razliko od tradicionalne selekcije, pri kateri se genotip spreminja le posredno, genski inženiring omogoča neposreden poseg v genetski aparat s tehniko molekularnega kloniranja. Primeri uporabe genskega inženiringa so pridelava novih gensko spremenjenih sort žitaric, proizvodnja humanega insulina z uporabo gensko spremenjenih bakterij, proizvodnja eritropoetina v celični kulturi ali nove pasme poskusnih miši za znanstvene raziskave.
Izvajajo se prvi poskusi uporabe bakterij s preurejeno DNK za zdravljenje bolnikov.
Osnova mikrobiološke, biosintetske industrije je bakterijska celica. Celice, ki so potrebne za industrijsko proizvodnjo, so izbrane glede na določene značilnosti, med katerimi je najpomembnejša sposobnost, da proizvajajo, sintetizirajo v največjih možnih količinah določeno spojino - aminokislino ali antibiotik, steroidni hormon ali organsko kislino. . Včasih je treba imeti mikroorganizem, ki lahko na primer uporabi nafto ali odpadno vodo kot »hrano« in jo predela v biomaso ali celo beljakovine, povsem primerne za krmne dodatke. Včasih potrebujemo organizme, ki se lahko razvijejo pri povišanih temperaturah ali v prisotnosti snovi, ki so gotovo smrtonosne za druge vrste mikroorganizmov.
Naloga pridobivanja takšnih industrijskih sevov je zelo pomembna, za njihovo modifikacijo in selekcijo so bile razvite številne metode aktivnega vplivanja na celico - od zdravljenja z močnimi strupi do radioaktivnega obsevanja. Namen teh tehnik je en - doseči spremembe v dednem, genetskem aparatu celice. Njihov rezultat je proizvodnja številnih mutiranih mikrobov, izmed stotin in tisočev katerih nato znanstveniki poskušajo izbrati najprimernejšega za določen namen. Ustvarjanje tehnik kemične ali radiacijske mutageneze je bil izjemen dosežek v biologiji in se pogosto uporablja v sodobni biotehnologiji.
Toda njihove zmogljivosti so omejene z naravo samih mikroorganizmov. Niso sposobni sintetizirati številnih dragocenih snovi, ki se kopičijo v rastlinah, predvsem v zdravilnih in eteričnih oljnicah. Ne morejo sintetizirati snovi, ki so zelo pomembne za življenje živali in ljudi, številnih encimov, peptidnih hormonov, imunskih proteinov, interferonov in mnogih enostavnejših spojin, ki se sintetizirajo v telesu živali in ljudi. Možnosti mikroorganizmov seveda še zdaleč niso izčrpane. Od vsega bogastva mikroorganizmov je znanost, predvsem pa industrija, uporabila le majhen delež. Za selekcijo mikroorganizmov so zelo zanimive na primer anaerobne bakterije, ki lahko živijo v odsotnosti kisika, fototrofi, ki izkoriščajo svetlobno energijo kot rastline, kemoavtotrofi, termofilne bakterije, ki lahko živijo pri temperaturah, kot so pred kratkim ugotovili, okoli 110 °C itd.
In vendar so omejitve "naravnega materiala" očitne. Omejitve so skušali in skušajo zaobiti s pomočjo celičnih in tkivnih kultur rastlin in živali. To je zelo pomembna in obetavna pot, ki se uveljavlja tudi v biotehnologiji. V zadnjih nekaj desetletjih so znanstveniki razvili metode, s katerimi lahko posamezne celice rastlinskega ali živalskega tkiva rastejo in se razmnožujejo ločeno od telesa, kot so bakterijske celice. To je bil pomemben dosežek – nastale celične kulture se uporabljajo za poskuse in industrijsko proizvodnjo nekaterih snovi, ki jih ni mogoče pridobiti z bakterijskimi kulturami.
Druga smer raziskovanja je odstranjevanje iz DNK genov, ki so nepotrebni za kodiranje proteinov in delovanje organizmov ter ustvarjanje umetnih organizmov z »okrnjenim naborom« genov na osnovi takšne DNK. To omogoča dramatično povečanje odpornosti spremenjenih organizmov na viruse.
Zgodovina razvoja in metode
V drugi polovici 20. stoletja je prišlo do številnih pomembnih odkritij in izumov, ki so osnova genski inženiring. Večletni poskusi »branja« bioloških informacij, ki so »zapisane« v genih, so bili uspešno zaključeni. To delo sta začela angleški znanstvenik Frederick Sanger in ameriški znanstvenik Walter Gilbert (Nobelova nagrada za kemijo 1980). Kot je znano, geni vsebujejo informacije-navodila za sintezo molekul RNA in beljakovin, vključno z encimi, v telesu. Da bi celico prisilili, da sintetizira nove zanjo nenavadne snovi, je potrebno, da se v njej sintetizirajo ustrezni sklopi encimov. In za to je potrebno bodisi namensko spremeniti gene, ki se nahajajo v njem, bodisi vanj vnesti nove, prej odsotne gene. Spremembe genov v živih celicah so mutacije. Pojavijo se pod vplivom, na primer, mutagenov - kemičnih strupov ali sevanja. Toda takih sprememb ni mogoče nadzorovati ali usmerjati. Zato so znanstveniki svoja prizadevanja usmerili v poskuse razvoja metod za vnos novih, zelo specifičnih genov, ki jih potrebuje človek, v celice.
Vse metode genskega inženiringa Tehnike genskega inženiringa ) se uporabljajo za izvedbo ene od naslednjih stopenj reševanja problema genskega inženiringa:
- Pridobivanje izoliranega gena.
- Vnos gena v vektor za prenos v telo.
- Prenos vektorja z genom v spremenjeni organizem.
- Preoblikovanje telesnih celic.
- Selekcija gensko spremenjenih organizmov ( GSO) in odstranjevanje tistih, ki niso bili uspešno spremenjeni.
Proces sinteze genov je zdaj zelo dobro razvit in celo v veliki meri avtomatiziran. Obstajajo posebne naprave, opremljene z računalniki, v pomnilniku katerih so shranjeni programi za sintezo različnih nukleotidnih zaporedij. Ta aparat sintetizira segmente DNA do dolžine 100-120 dušikovih baz (oligonukleotidi). Razširjena je postala tehnika, ki omogoča uporabo verižne reakcije s polimerazo za sintezo DNK, vključno z mutirano DNK. V njem se za matrično sintezo DNK uporablja termostabilni encim DNK polimeraza, za katero se kot semena uporabljajo umetno sintetizirani delčki nukleinske kisline – oligonukleotidi. Encim reverzna transkriptaza omogoča, da z uporabo takšnih primerjev sintetiziramo DNA na matrici RNA, izolirane iz celic. Tako sintetizirana DNA se imenuje komplementarna DNA (RNA) ali cDNA. Izoliran, "kemično čist" gen lahko pridobimo tudi iz knjižnice fagov. Tako se imenuje pripravek bakteriofaga, v genom katerega so vgrajeni naključni delci iz genoma ali cDNA, ki jih fag razmnožuje skupaj z vso svojo DNA.
Tehnika vnosa genov v bakterije se je razvila po tem, ko je Frederick Griffith odkril pojav bakterijske transformacije. Ta pojav temelji na primitivnem spolnem procesu, ki ga pri bakterijah spremlja izmenjava majhnih fragmentov nekromosomske DNK, plazmidov. Plazmidne tehnologije so bile osnova za vnos umetnih genov v bakterijske celice.
Znatne težave so bile povezane z vnosom že pripravljenega gena v dedni aparat rastlinskih in živalskih celic. Vendar pa v naravi obstajajo primeri, ko se tuja DNK (virusa ali bakteriofaga) vključi v genetski aparat celice in s pomočjo svojih presnovnih mehanizmov začne sintetizirati "svoj" protein. Znanstveniki so preučevali značilnosti vnosa tuje DNK in jo uporabili kot princip za vnos genskega materiala v celico. Ta proces se imenuje transfekcija.
Če so enocelični organizmi ali večcelične celične kulture predmet modifikacije, se na tej stopnji začne kloniranje, to je selekcija tistih organizmov in njihovih potomcev (klonov), ki so bili spremenjeni. Kadar gre za pridobitev večceličnih organizmov, se celice s spremenjenim genotipom uporabijo za vegetativno razmnoževanje rastlin ali vnesejo v blastociste nadomestne matere, ko gre za živali. Posledično se skotijo mladiči s spremenjenim ali nespremenjenim genotipom, med katerimi so izbrani in medsebojno križani le tisti, ki izkazujejo pričakovane spremembe.
Uporaba v znanstvenih raziskavah
Čeprav v majhnem obsegu, se genski inženiring že uporablja, da ženskam z nekaterimi vrstami neplodnosti omogoči zanositev. V ta namen se uporabljajo jajčeca zdrave ženske. Posledično otrok podeduje genotip enega očeta in dveh mater.
Vendar se možnost pomembnejših sprememb človeškega genoma sooča s številnimi resnimi etičnimi težavami. Leta 2016 je v Združenih državah Amerike skupina znanstvenikov prejela dovoljenje za klinična preskušanja metode zdravljenja raka z uporabo pacientovih lastnih imunskih celic, ki so bile podvržene genski spremembi s tehnologijo CRISPR / Cas9.
Konec leta 2018 sta se na Kitajskem rodila dva otroka, ki jima je bil genom umetno spremenjen (izklopljen gen CCR5) v embrionalni fazi z metodo CRISPR/Cas9 v okviru raziskave, ki poteka od leta 2016 za boj proti virusu HIV starši (oče) so bili okuženi s HIV, otroci pa so se po izjavi rodili zdravi. Ker je bil poskus nedovoljen (prej so bili vsi tovrstni poskusi na človeških zarodkih dovoljeni samo v zgodnjih fazah razvoja z naknadnim uničenjem poskusnega materiala, to je brez implantacije zarodka v maternico in rojstva otrok), za to odgovorni znanstvenik ni predložil dokazov za svoje izjave, ki so bile izrečene na mednarodni konferenci o urejanju genoma. Konec januarja 2019 so kitajske oblasti uradno potrdile dejstva tega poskusa. Medtem so znanstveniku prepovedali znanstveno dejavnost in ga aretirali.
Celični inženiring
Celični inženiring temelji na gojenju rastlinskih in živalskih celic ter tkiv, ki so sposobna izven telesa proizvajati človeku potrebne snovi. Ta metoda se uporablja za klonsko (nespolno) razmnoževanje dragocenih rastlinskih oblik; za pridobivanje hibridnih celic, ki združujejo lastnosti na primer krvnih limfocitov in tumorskih celic, kar omogoča hitro pridobivanje protiteles.
Genski inženiring v Rusiji
Opozoriti je treba, da se je po uvedbi državne registracije GSO aktivnost nekaterih javnih organizacij in posameznih poslancev državne dume, ki poskušajo preprečiti uvedbo inovativnih biotehnologij v ruskem kmetijstvu, opazno povečala. Več kot 350 ruskih znanstvenikov je podpisalo odprto pismo Društva znanstvenih delavcev v podporo razvoju genskega inženiringa v Ruski federaciji. V odprtem pismu je zapisano, da prepoved gensko spremenjenih organizmov v Rusiji ne bo le škodovala zdravi konkurenci na kmetijskem trgu, ampak bo povzročila znatno zaostajanje v tehnologijah pridelave hrane, povečano odvisnost od uvoza hrane in bo spodkopala ugled Rusije kot države. v katerem je uradno napovedana usmeritev v inovativni razvoj [ pomen dejstva? ] .
Glej tudi
Opombe
- Aleksander Pančin Premagati Boga // Popular Mechanics. - 2017. - št. 3. - Str. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
- Olga Volkova. 12 metod v slikah: genski inženiring. I. del, zgodovinski (ruščina). Biomolekula. Pridobljeno dne 25. marec 2019.
- Michael Waldholz Transformatorji // V svetu znanosti. - 2017. - št. 5-6. - Str. 126 - 135.
- In vivo urejanje genoma z uporabo visoko učinkovitega sistema TALEN(angleščina) . Narava. Pridobljeno 10. januarja 2017.
- Elementi - novice o znanosti: Opice ozdravljene barvne slepote z gensko terapijo (nedefinirano) (18. september 2009). Pridobljeno 10. januarja 2017.
- Transgene opice skotijo prve potomce (nedefinirano) . membrana (29. maj 2009). Pridobljeno 10. januarja 2017.
- Rojeni gensko spremenjeni otroci (nedefinirano) . BBC. Pridobljeno 26. aprila 2008. Arhivirano 22. avgusta 2011.
- B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, 2008. »Molekularna biologija celice«, 5. izdaja, Garland Science, ZDA, str. 1302-1303
- Kimmelman J. (2009) "Etika kliničnih raziskav prenosa genov raka", Metode v molekularni biologiji 542, 423-445
- Wagner AM, Schoeberlein A, Surbek D. (2009) "Fetalna genska terapija: priložnosti in tveganja", Advanced Drug Delivery Reviews 61, 813-821
- Gatzidou E, Gatzidou G, Theocharis SE. (2009) »Gensko preoblikovani svetovni rekordi: realnost ali v sferi fantazije?«, Medical Science Monitor 15, RA41-47
- Lowenstein PR. (2008) »Klinična preskušanja genske terapije: etika informirane privolitve in prihodnost eksperimentalne medicine", Current Opinion in Molecular Therapy 10, 428-430
