Генная инженерия — интересные факты

Генная инженерия возникла в 70-х годах ХХ века. Она основана на создании рекомбинантной ДНК, содержащей внедрённые в неё новые гены. Для этого из одного организма выделяют ДНК фрагмент, несущий определенный ген, и с помощью различных инструментов и способов встраивают в генный год другого организма. Представляем интересные факты о генной инженерии.

Общие понятия

1. Имеющиеся в распоряжении инструменты генной инженерии не позволяют обеспечить управляемое встраивание в четко определенный участок хромосомы, равно как и гарантировано выделить строго необходимый ген, без дополнительных фрагментов генетического материала. Это ограничивает возможности генетиков и вносит элемент случайности и непредсказуемости в результаты работы.
2. Для получения генномодифицированного организма применяются методы клонирования. ГМ ядра помещают в лишенную ядра яйцеклетку, которая далее развивается как обычная оплодотворённая яйцеклетка.
3. Генная инженерия позволяет более досконально изучить природу животных и человека. Одно из направлений т.н. нокаутные животные, у которых удалён один или несколько генов влияющий на обмен веществ или формирование других признаков. В некоторых случаях получают животных у которых отсутствуют конечности или другие органы. Их используют в качестве подопытного материала для разнообразнейших клинических, фармакологических и биохимических исследований.
4. Ранее считалось, что целенаправленно изменить ДНК уже сформировавшегося организма невозможно. Но современные технологии позволяют внедрить в уже живущий организм один или несколько генов, так. Чтобы они функционировали. Это используется для лечения людей с тяжелыми наследственными заболеваниями. Однако, эффект от такой операции угасает со временем и требуется новая инъекция генетического материала.

Сельское хозяйство и пищевая промышленность

1. Ген устойчивости к гербициду глифосату, известному как «Раундап», внедряется во многие культуры, такие как соя, кукуруза, хлопок и др. Решает извечную проблему применения гербицидов, уничтожающих не только сорняки, но и культурные растения. Это позволяет фермерам вместо осторожных периодических обработок умеренными количествами единократно обрабатывать поля ударными дозами Раундапа, полностью уничтожающими все сорняки. Порой, в зависимости от конкретной агротехнологии, это даже снижает расходы гербицида на единицу урожая. С другой стороны, фермеры начинают применять Раундап повсеместно и в высоких концентрациях, что не лучшим образом отражается на окружающей среде.
2. Защита растений от вредителей, делая их токсичными или непривлекательными для насекомых. Ген, отвечающий за синтез BТ-токсина, выделенного из бактерии, внедряется в картофель, кукурузу, хлопок и др. Растения стают ядовитыми для поедающих их насекомых, при этом не опасны для человека и других теплокровных животных. Аналогично работает и ген токсина скорпиона в ГМ-капусте, ядовитой для гусениц. Подобные культуры помогают избежать постоянных дорогостоящих и вредных для окружающей среды и конечного потребителя обработок полей ядохимикатами. К сожалению, некоторые вредители способны вырабатывать устойчивость к этому токсину.
3. Устойчивость к сложным погодным условиям. Проблема обретает всё большую актуальность в свете изменений климата, когда сильные засухи поражают обширные территории на разных континентах. Для улучшения засухоустойчивости в кукурузу, сою и сахарный тростник внедряют ген засухоустойчивого сорта сорго, в пшеницу внедрили ген скорпиона, в помидоры – ген медузы. В помидоры также внедрили ген рыбы камбалы, повышающий морозоустойчивость.
4. Повышение питательной ценности. Например, «Золотой рис» – ГМ рис с увеличенным содержанием бета-каротина, помогающий решить проблему дефицита витамина А у жителей стран третьего мира. Ведутся исследования для создания культур с повышенным содержанием других витаминов и железа.
5. Растения-вакцины. Это направление биотехнологии, ставящее пред собой целью вакцинации населения с помощью специальных культур, содержащих белки патогенов, к которым должен выработаться иммунитет у людей. Растения содержат белки, аналогичные белкам патогенных микроорганизмов, но при этом, сами по себе, заболеваний не вызывают. Одной из таких культур являются, например, бананы, прививающие людей против гепатита В. Сложность данной отрасли состоит в том, чтобы правильно задать концентрацию патогенных белков и не навредить людям, вызвав аллергические реакции.

Генно модифицированные бактерии

1. Один из излюбленных объектов генной инженерии – бактерии. Они способны работать с эффективностью, недоступной современной химической промышленности. Бактерии способны проводить реакции синтеза и разложения веществ при относительно низких температурах, с высокой степенью избирательности и минимум отходов. Кроме того, их генетический материал достаточно легко подвергается изменению, они очень быстро размножаются, воспроизводя свои копии.
2. Любимый объект биотехнологии – кишечная палочка E. Coli. Её геном полностью исследован, в него легко встраиваются необходимые гены, отвечающие за синтез новых белков и других веществ. Бактерии синтезируют инсулин, ферменты, витамины и лекарственные препараты, в частности, антибиотики. Получать таким образов вещества намного дешевле и быстрее, чем синтезировать их в даже самых совершенных химических реакторах.
3. ГМ бактерии способны расщеплять и нейтрализовать пластик и промышленные отходы. Бактерий фиксируются в полимерные плёнки, гранулы и губчатые материалы и используются в качестве фильтров, бесследно убирающие химическое загрязнение из воды. Это позволяет решить проблему загрязнения окружающей среды с относительно небольшими затратами.

Животные

Эксперименты над животными могут быть бесчеловечными, а экспрерименты над людьми – недопустыми.

1. Микросвиньи. Свиньи стают объектами фармакологических испытаний потому что их обмен веществ очень близок к человеческом. Чем меньше животное, тем выгоднее использовать его для лабораторных исследований, поскольку тогда снижаются расходы на его выращивание, а также количества вводимых им экспериментальных препаратов. Для этого одну из разновидностей карликовой свиньи Бама методами генной инженерии уменьшили еще больше. Масса взрослых особей не превышает 15 кг.
2. Козы, дающие молоко с паучьей нитью. Паутина паука обладает прочностью на разрыв много большей, чем аналогичная по весу стальная нить. Кроме всевозможных тканных материалов, применение таких нитей актуально для хирургии и военной промышленности. Сверхпрочная и одновременно лёгкая и компактная нить может использоваться для создания пуленепробиваемой брони и парашютных строп, материал на её основе получил название «Биосталь». Однако разводить пауков сложно, эти маленькие хищники паутину плетут в незначительном количестве. Нестандартное решение было предложено компанией «Nexia Biotechnologies» – внедрить в коз ген паука, отвечающий за продуцирование белков каркасных нитей его паутины. Далее достаточно отфильтровать паучью нить из козьего молока.
3. Супер-лосось «AquaAdvantage» от компании «AquaBounty». В геном исходного атлантического лосося внедрили 2 гена от других рыб. Первый ген чавычи, позволяющий лососю расти в два раза быстрее в молодом, второй – ген бельдюги, благодаря которому ГМ-лосось растёт круглый год, не только в определённый сезон как неизмененный. Таким образом, полученная рыба вдвое больше исходного лосося, и набирает массу вдвое быстрее. Именно этот супер-лосось вызвал серьёзную обеспокоенность насчет угрозы, представляемой ГМ организмами для естественных популяций.
4. Эко-свиньи или Envipigs. В норме, свиной навоз богат фосфором, что делает его ценным удобрением. Однако массовое выращивание свиней для пищевой индустрии несет и угрозу окружающей среде. Фосфаты, попадая вместе со стоками с удобренных полей и свиноферм в водоёмы, вызывают бурное цветение водорослей, особенно группы сине-зелёных. Это отравляет водоём, убивая в нём жизнь. Улучшенные генетически свиньи эффективнее усваивают органический фосфор, снижая его содержание в отходах.
5. Светящиеся аквариумные рыбки. На данный момент это один из первых видов генномодифицированных животных, доступных для широкой продажи в декоративных целях, хотя первоначально их создавали как индикаторы загрязнения водоёмов. Люминесцирующие в ультрафиолете аквариумные рыбки бренда «GloFish» появились на свет путем введения популярным видам аквариумных рыб генов медузы и красного коралла. Ген медузы создает зеленое свечение, красного коралла – красное, а если они присутствуют в геноме одновременно, то рыбка светится оранжевым.
6. Флуоресцентные кошки. Южнокорейские исследователи внедрили кошкам породы турецкая ангола гены синтеза флуоресцентных белков. Животные светятся красным в ультрафиолетовом свете.

Опасность

1. «Парк Юрского периода» Майкла Крайтона на самом деле посвящен не динозаврам (динозавры есть, но главная идея – не в возможности увидеть доисторических животных). В своей книге американский писатель открыто предупреждает, чем могут закончится игры с генной инженерией, где динозавры выступают лишь как яркий образ, воплощающий силы природы. Задуманные и созданные как безобидные и управляемые игрушки и аттракционы для развлечения и получения прибыли, ящеры выходят из-под контроля и начинают сеять смерть и разрушение.
2. У исследователей есть опасение, что живые существа, которые имеют модифицированные гены, могут передавать свой генетический материал живущим в дикой природе формам. Предсказать все последствия сложно, но изменение природного баланса в таком случае неизбежно. Например, в Северной и Южной Америке ГМ кукуруза передает гены устойчивости к гербициду дикорастущим, неокультуренным формам растений. В результате получаются устойчивые к глифосату сорняки.
3. Каждый из внедряемых генов объявляется интеллектуальной собственностью соответствующей компании и тщательно патентуется. Компании, производящие ГМ семена, запрещают или требуют уплаты так называемого роялти (платы за пользование запатентованным средством) за воспроизводство семен. Если в образцах культур, продаваемых фермерами, обнаруживаются запатентованные гены, компания имеет право потребовать от него уплаты роялти, даже в том случае если этот ген появился в его культуре за счёт переопыления традиционных культур с ГМ культурами с соседнего поля. Это ставит фермеров в зависимость от фирм-производителей ГМ-семян.
4. Риск для здоровья человека ГМО культуры могут нести за счёт увеличения количества пестицидов, которыми щедро обрабатывают их урожай. Внедрение генов устойчивости к гербициду Раудап способствовало многократному роста объёмов распыления этого пестицида на полях.