Генно-инженерные организмы на службе медицин

Содержание

 

Введение 3

1. ГМО и методы их получения 5

1.1. Генетически модифицированные организмы 5

1.2. Основные этапы генной революции 5

1.3. Этапы получения ГМО 7

2. Генно-модифицированные продукты и здоровье человека 8

3. Генно-инженерные организмы на службе медицин 10

Заключение 12

Список литературы 14

 

 

Введение

 

Всё чаще на страницах  газет и других популярных изданий  можно встретить термины: «современная биотехнология» и «генетическая  инженерия», «генетически модифицированный организм» (ГМО) или «генетически измененный (генно-инженерный, трансгенный) организм», «генетически модифицированные продукты» (ГМП). Во всех этих публикациях речь идет, по сути, об одном – последних достижениях генетики. Причём эти достижения не ограничиваются просто познанием механизмов наследственности, а позволяют активно в них вмешиваться, изменять в желаемом направлении и в результате создавать новые сорта растений, обладающие полезными признаками, которые невозможно отобрать с помощью традиционной селекции, получать новые более эффективные лекарственные препараты (человеческий инсулин, лекарство против тромбоза, вакцины от опасных инфекций и др.). Все это стало реальностью благодаря разработке технологий, позволяющих выделять и изучать наследственный материал (ДНК), создавать его новые комбинации с помощью манипуляций, осуществляемых вне клетки, и переносить эти новые генетические конструкции в живые организмы. Появилась возможность использовать в селекции гены любых, совершенно неродственных видов, например, вводить в сорта растений определённые гены животных, бактерий, вирусов и даже человека. Еще одно направление использования ГМО – биологическая трансформация загрязнений в окружающей среде, включая очистку почв от тяжелых металлов или пестицидов, которые оказывают более явное воздействие на человеческий организм. Важна роль ГМО в получении ветеринарных препаратов, в частности некоторых видов вакцин, диагностике патогенов животных, а также создании пищевых и кормовых добавок с защитно-профилактическими свойствами.

В настоящее время  трансгенные сорта сельскохозяйственных культур, устойчивые к гербицидам, вирусам, насекомым-вредителям, с улучшенными  качественными характеристиками занимают огромные посевные площади в Америке. Многие страны ныне просто не могут обойтись без ГМП, особенно Китай и Индия.

Однако, как известно, любое новшество имеет своих  сторонников и противников. Демонстрации, пикеты, шумная пропагандистская кампания в прессе, уничтожение «приверженцами органического земледелия» посадок  трансгенных культур и даже национальные референдумы о запрете генетической инженерии стали обычным делом  во многих странах Европы.

В России, как и во всем мире, не утихают споры вокруг генетически модифицированных продуктов. В последние годы ГМО получили достаточно широкое распространение, а после вступления России в ВТО и вовсе могут быть устранены ограничения для их продажи, опасаются эксперты. Одна часть научного мира уверена, что ГМО абсолютно безопасны, и продукты на их основе можно употреблять в пищу. Сторонники прогресса отмечают, что ГМ-

технологии помогут  справиться человечеству с нарастающей проблемой голода, однако, по мнению других ученых, употребление продуктов с ГМО может вызывать мутации на генном уровне, новые виды аллергии, патологии внутренних органов, бесплодие. Причем последствия их употребления могут проявиться не в первом поколении, а гораздо позже, отразившись на детях. Многие настаивают и на других побочных эффектах ГМО, однако пока они не имеют исчерпывающих доказательств.

 

1. ГМО и методы их получения

 

1. Генетически модифицированные организмы

 

Генетически модифицированные организмы (ГМО) – это организмы, генотип которых изменен с использованием методов генной инженерии с целью придания им желаемых свойств.

Основной целью  получения ГМО является улучшение полезных характеристик организма-реципиента для снижения себестоимости конечного продукта.

Генетическая  инженерия – это технология получения новых комбинаций генетического материала с помощью манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот, проводимых вне клетки, и переноса созданных конструкций генов в живой организм. Технология получения генно-инженерных организмов расширяет возможности традиционной селекции.

Безопасность  генно-инженерной деятельности или биобезопасность предусматривает систему мероприятий, направленных на предотвращение или снижение до безопасного уровня неблагоприятных воздействий генно-инженерных организмов на здоровье человека и окружающую среду при осуществлении генно-инженерной деятельности. Биобезопасность как новая область знаний включает два направления: разработка, применение методов оценки и предупреждения риска неблагоприятных эффектов трансгенных организмов и систему государственного регулирования безопасности генно-инженерной деятельности.

Создание ГМО является результатом генной революции, связанной с разработкой методов выделения, размножения, переноса и экспрессии генов одного организма в клетках другого.

 

2. Основные этапы генной революции 

 

Основные  этапы генной революции, приведшей  к созданию ГМО:

• 1953 год. Учёные Дж Уотсон (США) и Ф. Крик (Англия) предложили модель строения ДНК, позволяющую дать химическое объяснение биологическим свойствам этого вещества как носителя генетической информации.
• 1963 год. Получены новые сорта пшеницы, увеличивающие урожайность на 70%, начало «зеленой революции» в сельском хозяйстве.
• 1970 год. Г. Корана (США) впервые синтезировал полную двуцепочечную молекулу ДНК, включающую последовательность из нуклеотидов и доказал, что она может служить матрицей для построения аланиновой транспортной РНК.
• 1970 год. Г. Смит (США) выделил из клеток ферменты – рестриктазы способные избирательно разрезать молекулы ДНК и РНК на отдельные фрагменты. Открытие рестриктаз являлось важным практическим шагом к созданию рекомбинантных молекул ДНК.
• 1972 год. В лаборатории П. Берга (США) была получена первая рекомбинантная молекула ДНК (рекДНК), в которой были соединены фрагменты фага лямбда, галактозный оперон бактерии Escherichia coli с кольцевой ДНК обезьяньего вируса SV 40.
• 1973 год. В лаборатории Г. Бойера и С. Коэна (США) была получена первая функционально активная молекула рекомбинантной ДНК, за счёт соединения плазмиды E. сoli и фрагмента ДНК плазмиды другой бактерии.

С появлением методов  создания рекомбинантных (химерных) ДНК

появилась возможность  изменять живые организмы в практических целях, внедряя в них гены других организмов. Для создания таких химер разработана целая система методических приёмов. В качестве «инструмента» для манипуляций с ДНК широко используются белки-ферменты: рестриктазы; лигазы; полимеразы. С их помощью молекулы ДНК разрезают, сшивают или получают их копии. Основным орудием генно-инженерных работ являются векторы.

Вектор – своеобразное транспортное средство для переноса чужеродной

ДНК в реципиентные клетки. В качестве векторов в генной инженерии используют небольшие по размерам молекулы ДНК плазмид, вирусов и фагов, а также митохондрий и пластид (клеточные органеллы).

 

3. Этапы получения ГМО

 

Процедура получения ГМО включает в себя несколько основных этапов:

1. Выделение и идентификация отдельных генов (соответствующих фрагментов ДНК и РНК), которые собираются перенести другим организмам.
2. Клонирование (размножение) переносимого гена.
3. Перенос гена (или трансгенной конструкции) внутрь клетки и встраивание его в ДНК реципиентного организма.

 

2. Генно-модифицированные продукты и здоровье человека

 

При оценке возможностей генной инженерии важно учитывать  те ограничения и опасности, которые  вытекают из законов генетической и  экологической изменчивости живых  организмов. Поскольку многие закономерности генной инженерии неизвестны и мы не знаем, сколько времени потребуется на их познание, то было бы весьма опасным пренебрегать традиционными методами селекции, которые сегодня кормят население земли.

Причины биологических рисков ГМО:

1. Полигенность признаков.
2. Непредсказуемость (случайность) встраивания чужеродного фрагмента ДНК в геном организма-реципиента.
3. Плейотропный эффект встроенного гена.
4. Нарушение стабильности генома и изменение его функционирования вследствие самого факта переноса чужеродной информации в виде фрагмента ДНК.
5. Нарушение стабильности встроенного в геном чужеродного фрагмента ДНК.
6. Наличие во встраиваемом фрагменте ДНК «технологического» мусора, например, генов устойчивости к антибиотикам.
7. Аллергические и токсические эффекты чужеродного белка.

Опасность ГМП для здоровья людей:

1. Пищевая аллергия и отравления – более половины трансгенных белков, обеспечивающих устойчивость к насекомым, грибковым и бактериальным заболеваниям, являются токсичными и аллергенными. Многие трансгенные сорта, устойчивые к насекомым, вырабатывают белки, способные блокировать ферменты пищеварительного тракта не только у насекомых, но и у человека, а также влиять на поджелудочную железу. ГМ-сорта кукурузы, табака и томатов, устойчивые к насекомым-вредителям, способны вырабатывать вещества, разлагающиеся на токсичные и мутагенные соединения. Эти соединения в свою очередь могут представлять прямую опасность для человека.
2. Возрастание риска онкологических заболеваний и возникновения мутаций – некоторые ГМ-растения, устойчивые к насекомым-вредителям, могут быть мутагенными и оказывать сильное негативное влияние на человеческие эмбрионы. Также мутагенность и канцерогенность может проявляться и в результате накопления в ГМ-растениях гербицидов, пестицидов и продуктов их разложения. ГМ-сорта картофеля и табака, устойчивые к распространенному гербициду – атразину, также потенциально опасны, поскольку атразин известен своими канцерогенными, имуннотоксичными и эмбриотоксичными свойствами. Риск образования опухолей существует и при использовании трансгенных растений, отличающихся повышенной урожайностью за счет ряда ферментов. В результате внутриклеточных процессов в некоторых ГМ-сортах табака и риса накапливаются биологически активные продукты разложения этих ферментов, способные спровоцировать развитие рака.
3. Возникновение устойчивости к антибиотикам - некоторые чужеродные гены могут встраиваться в кишечную микрофлору человека. Большинство ГМ-растений содержит гены устойчивости к антибиотикам. Использование таких продуктов питания может привести к тому, что традиционные методы лечения с помощью антибиотиков будут малоэффективны. Есть факты, доказывающие, что чужеродная ДНК может проникать через кишечник и попадать во внутренние органы организма. Высока вероятность, что в случае, если беременные матери ежедневно будут получать трансгенную пищу, то чужеродные ДНК могут «встроиться» в геном ребенка. Это может привести к врожденным уродствам, патологиям, мутациям и гибели плода.

 

3. Генно-инженерные организмы на службе медицин

 

Производство  трансгенных медицинских препаратов – перспективное направление  генно-инженерной деятельности. Если раньше, например, эффективным методом лечения  анемии считалось частое переливание  донорской крови (рискованная и  дорогостоящая процедура), то сегодня  для производства трансгенных медицинских  препаратов используют модифицированные микроорганизмы и культуры животных клеток. Эффективность использования  трансгенных организмов на службе у  медицины можно рассмотреть на нескольких примерах решения проблем здоровья человека. По данным ВОЗ, в мире около 220 млн людей, страдающих диабетом. Для 10% пациентов показана инсулиновая терапия. Обеспечить всех нуждающихся животным инсулином невозможно (вероятность переноса вирусов от животных к людям; дорогостоящее лекарство). Именно поэтому разработка технологии биологического синтеза гормона в клетках микроорганизмов – оптимальное решение задачи. Инсулин, полученный на микробиологической фабрике, идентичен натуральному инсулину человека, дешевле препаратов животного инсулина, не вызывает осложнений.

Выраженное замедление роста детей, приводящее к появлению  лилипутов, карликов, – еще одна проблема здоровья человека, связанная  с нарушением работы желез внутренней секреции (недостаток гормона роста  соматотропина, который вырабатывается гипофизом). Раньше эту болезнь лечили путем введения в кровь пациентов  препаратов гормона роста, выделенных из гипофиза умерших людей. Однако здесь  возникало ряд технических, медицинских, финансовых и этических проблем. Сегодня эта проблема решена. Ген, кодирующий образование гормона  роста человека, синтезирован и встроен  в генетический материал E.coli.

 

 

Основные  направления медицинской биотехнологии:

1. Определение нуклеотидной последовательности геномов, включая геном человека.
2. Производство генно-инженерных препаратов (ферменты, гормоны, белки-регуляторы, антитела и др.).
3. Векторы для генотерапии.
4. Ингибиторы работы генов.
5. Стволовые клетки.
6. Разработка новых вакцин (против гепатита, полиомиелита) и иммуностимуляторов.
7. Разработка и внедрение новых диагностических систем (биосенсоры, биочипы и др.).
8. Генодиагностика наследственных заболеваний и «генетическая паспортизация» населения.