Генетика по праву может считаться одной
из самых важных областей биологии. На
протяжении тысячелетий человек пользовался
генетическими методами для улучшения
полезных свойств возделываемых растений
и выведения высокопродуктивных пород
домашних животных, не имея представления
о механизмах, лежащих в основе этих методов.
Судя по разнообразным археологическим
данным, уже 6000 лет назад люди понимали,
что некоторые физические признаки могут
передаваться от одного поколения к другому.
Отбирая определенные организмы из природных
популяций и скрещивая их между собой,
человек создавал улучшенные сорта растений
и породы животных, обладавшие нужными
ему свойствами . .
Однако лишь в начале CC века ученые стали
осознавать в полной мере важность законов
наследственности и ее механизмов. Хотя
успехи микроскопии позволили установить,
что наследственные признаки передаются
из поколения в поколение через сперматозоиды
и яйцеклетки, оставалось неясным, каким
образом мельчайшие частицы протоплазмы
могут нести в себе “задатки” того огромного
множества признаков, из которых слагается
каждый отдельный организм . .
Актуальность
темы, исследуемой в рамках данной работы,
подтверждается также тем, что очевидно
- человек на пороге раскрытия одной из
сокровенных тайны природы - тайны живой
материи. Клонирование человека - это первый
шаг к прямому вмешательству в отлаженные
природой процессы воспроизводства жизни.
Последствия этого вмешательства невозможно
прогнозировать . .
Сейчас ведутся
поиски генов старения, которые якобы
эволюция сформировала как полезный для
вида механизм. Гены, вредные для организма
человека, могут существовать, и причины,
по которым они могли сформироваться,
могут быть разные. Начнется удаление
«вредных» генов. Через некоторое время
обнаружиться, что вследствие недостаточного
количества опытов и наблюдений удаляли
и полезные гены.
Другая теория объявит, что никаких специальных
механизмов старения эволюция не придумывала,
просто она не стала «дорабатывать», поскольку
ей уже было достаточно того, что особи
успевали дать потомство и поднять его
на ноги. Начнется «доработка» и изобретения
новых генов. .
Сколько будет
существовать школ, столько будет и вариантов
новой усовершенствованной модели человека.
Эволюция без сожаления исправляет свои
ошибки. Сможет ли человек проявить такую
же решительность?
Научная новизна настоящего исследования
заключается в комплексном исследовании
соотношения генетики и самовоспроизводства
жизни. Практическое же значение заключается
в том, что на основе проведенного исследования
делаются выводы и прогнозы современных
возможностей и задач генетики и генной
инженерии.
Предметом настоящей
работы являются практические результаты
достижений современной науки в области
генетики и достижения философии, естествознания
и других наук в области понятия и сущности
воспроизводства жизни. Поэтому объектом
исследования является современное понимания
сущности жизни, самовоспроизводства
жизни в отечественной и зарубежной литературе
. .
Цель данной работы
– рассмотреть и всесторонне изучить
понятие и сущность генетика и основы
самовоспроизводства жизни. Для достижения
поставленной цели представляется необходимым
решение в рамках данной работы следующих
задач:
1. определить
и дать характеристику сущности жизни
и самовоспроизводства жизни;
2. изучить
основы информации в мире Живого;
3. рассмотреть
и изучить основные методы и сущность
генетики;
4. дать обзор современным возможностям
и спрогнозировать задачи генетики и генной
инженерии. .
1. Понятие жизни и самовоспроизводства
жизни . .
Сакраментальный
вопрос о коренном отличии живой материи
от неживой, в некотором смысле является
главным вопросом естествознания, потому
что для разумных существ исключительно
важно выяснить, что именно отделяет их
мир живой материи от остальной Вселенной,
узнать, где проходит принципиальная граница
между этими мирами?
Жизнь является формой
существования материи, отличающейся
информационным способом формирования
сходных структур, с передачей им на молекулярном
уровне информации для дальнейшего воспроизведения.
С изложенных позиций, Жизнь неразрывно
связана с существованием наследственной
информации. Моментом возникновения Жизни
во Вселенной является момент возникновения
кодирования - появления генетического
кода.
Молекулярное воспроизведение
есть … средство активного переноса информации,
обеспечивающее сохранение отличительных
черт отдельных организмов и видов. Именно
воспроизведение как механизм, ответственный
за продолжение и преемственность нормальных
жизненных процессов, и является тем, что
отличает живое от неживого.
Постепенно стало ясно,
что в проблеме возникновения жизни главное
- именно это точное воспроизведение молекулярных
структур, основанное на сохранении соответствующей
информации в самовоспроизводящихся последовательностях
нуклеотидов в нуклеиновых кислотах."
Для сравнения напомним
и энциклопедическое определение Жизни:
жизнь - одна из форм существования материи,
закономерно возникающая при определенных
условиях в процессе ее развития. Организмы
отличаются от неживых объектов обменом
веществ, раздражимостью, способностью
к размножению, росту, развитию, активной
регуляции своего состава и функций, к
различным формам движений, приспособляемостью
к среде и т.п.
В этом определении
наворочено столько, что замечание Барбараш:
"когда громоздкое многофакторное определение
обнаруживается в мире с малым числом
качественно отличающихся групп объектов,
это – верный признак их недостаточной
изученности... Привычка к многофакторным
определениям сыграла с биологами злую
шутку. Они не избежали многофакторности
даже в пространстве признаков, где нужно
разделить всего две группы объектов –
живые и неживые", вполне обосновано.
Трудно сказать, почему Анатолий Никифорович
считает вопрос сакраментальным. Ответ
на него далеко не очевиден и не общеизвестен,
наглядное тому свидетельство - приведенный
выше ответ самого Барбараш, да и энциклопедическое
определение не блещет прозрачной чистотой
научности. Лично я не знаю ответа на столь
широко поставленный вопрос: "Что есть
Жизнь?", поэтому предпочту поискать
ответы на ряд более конкретных, взаимосвязанных,
но разных вопросов:
- в чем отличие "живой материи
от неживой" ? ?
- в чем отличие "живого организма от
неживого" ? ?
- условия возникновения (существования)
Жизни ? ?
- условия воспроизведения Жизни ?
Прямой
лобовой ответ на вопрос "отличия живой
материи от неживой" достаточно долго
не давался науке, но оказался до смешного
прост: - нет никакого отличия живой материи
от неживой . .
И, хотя до сих существуют оппоненты, пытающиеся
доказать обратное, но научные факты вполне
однозначны - и живая, и неживая материя
- суть одна и та же материя. Любой живой
организм, это не раз экспериментально
доказывалось, состоит из тех же атомов
водорода, кислорода, углерода и прочих
элементов, что и неживые объекты. Выдыхаемый,
к примеру, живым организмом углекислый
газ ничем не отличается от углекислого
газа сгораемого графита. "Строительным
материалом" для таких живых организмов,
как растения - основа любой пищевой цепочки,
являются только неорганические соединения.
Отличия нет и быть не может, это экспериментальный
факт.
Однако, и вопрос,
и ответ на него содержат и ряд нюансов,
связанных с далеко не простым химическим
составом живых организмов, огромным разнообразием
высокомолекулярных структур в их составе.
На этом многие и пытаются "делать погоду",
даже в вопросе отличия живой материи
от неживой . .
Тот же Барбараш опирается на определение
Бернала: "в проблеме возникновения
жизни главное - именно это точное воспроизведение
молекулярных структур". Так ли это?
Экспериментальные факты
говорят - нет, не так.
1. Нет на Земле двух организмов,
даже среди искусственных клонов, с точными
дублями всех молекулярных структур. Фундаментальным
фактом такой науки, как генетика, является
утверждение о неповторимости индивидуального
генокода любого организма. Сам этот принцип
уникальности является принципиальной
основой биологической защиты любого
организма. Более того, идея точного воспроизведения
автоматически ставила бы крест не только
на понятии биологической эволюции, на
даже на понятии полового размножения.
Тезис о точном воспроизведении молекулярных
структур должен быть отвергнут, как противоречащий
фактам. Даже функциональные принципы
жизни разные - фотосинтез, хищничество,
хемиосинтез ...
Другими словами, живые организмы - не
точные копии кем-то разработанной конструкции
с некой конвейерной линии, это - штучные,
индивидуальные объекты.
Наверное речь должна идти не о точном
воспроизведении структур, не это главное
в понятии Жизни. Другими словами, главное
отличие живого организма от придорожного
камня состоит не в том, что организм состоит
из некоторого точно определенного набора
высокомолекулярных белковых структур.
Точно таким же набором белковых структур
обладает и свежий труп, но, почему-то,
мы предпочитаем быть именно живыми, а
не трупами, пусть и свежими.
2. Если взять живой
организм и его же свежий труп, то есть
жизнь и нежизнь в самом прямом смысле,
то налицо следующие факты:
- "сложность окружающего мира" для
обоих одинакова - это один и тот же Мир;
- "кирпичный состав" обоих одинаков
и на атомарном, и на молекулярном уровне,
даже на макроподсистемном;
- оба - открытые системы, изменяются, тем
самым изменяя и окружение.
Стоит задуматься,
чем живой организм, реальная Жизнь, отличается
от своего же трупа, от Смерти, не жизни.
Нет бессметных организмов даже среди
простейших. И с точки зрения любого конкретного
организма важнейшим содержанием его
жизни является не его создание по какому-то
"чертежу", поскольку до этого создания
самого именно этого организма, как такового,
не было. С этой точки зрения не является
содержанием именно его жизни появление
его потомков, его копий. Это - похожие
организмы, но не он конкретно и их жизнь
- не его Жизнь. Другими словами, воспроизводство
Жизни не есть сама Жизнь. Жизнь с большой
буквы, будь то Жизнь конкретного организма,
Жизнь популяции организмов, Жизнь планетного
биоценоза когда-то начинается и когда-то
заканчивется и Жизнью с большой буквы
как раз и называется именно этот промежуток
между возникновением Живого и его кончиной
и ничего более.
С точки зрения Барбараш,
живая материя принципиально отличается
от неживой использованием кодирования,
"что неразрывно связано с удивительным
фактом обозначения. Каждая из 20-ти используемых
в биохимии аминокислот (из сотен известных!)
обозначается триплетом нуклеотидов.
При этом во всех организмах использован
один и тот же код, одна и та же система
соответствий между триплетом и кодируемой
им аминокислотой - одна из 64! (факториал
64-х) возможных".
Но, труп - уже не живой организм, уже не
Жизнь. Однако, он также, как и живой организм
имеет и "сходную" структуру, и "сходный
один и тот же код, одна и та же система
соответствий между триплетом и кодируемой
им аминокислотой - одна из 64! (факториал
64-х) возможных", чем плотоядное живое
множество с удовольствием пользуется.
Одного факта существования
и живых организмов, и их трупов вполне
достаточно, чтобы поставить крест на
идее обозначения Жизни через код. И живой
организм, и его труп имеют практически
один и тот же кодовый набор, более того,
из весьма скромных останков когда-то
вымершего животного, к примеру сибирского
мамонта, ученые с обоснованным оптимизмом
пытаются получить тот самый кодовый набор
и вырастить давно вымершее животное.
Другими словами, труп может быть источником
"информации" для размножения - тоже
научный факт. Тогда по "информационно-кодовому"
определению Жизни получается, что труп
все равно тоже есть Жизнь. С таким пониманием
вопроса можно далеко уйти . .
Не менее парадоксально
утверждение Барбараш, что: "живая материя
принципиально отличается от неживой
использованием кодирования". Тогда
придется доказывать, что атомы водорода,
кислорода, углерода живого организма
имею "бирки" из "триплетов нуклеотидов",
а труп их не имеет. Дополнительно придется
доказать, что сами "триплеты нуклеотидов"
не состоят из "тех же атомов водорода,
кислорода, углерода и прочее, что и неживые
объекты". Понятно, что доказать такой
абсурд невозможно. Понятно, что атомы
водорода, кислорода, углерода живого
организма никаких "особых бирок",
особых систем кодирования, не имеют. И
живой организм, и его труп, и придорожный
камень состоят из тождественных атомов.
В этом парадокс Жизни . .
У живого и не живого
при исходном тождественном составе разное
системное функционирование. Причем, что
самое важное, исходно живое и неживое
взаимно обратимы, то есть, живой организм
может умереть, а умерший организм в течении
некоторого времени (клиническая смерть),
пока объем необратимых реакций не стал
критическим, можно реанимировать. Другими
словами, одна и та же система может функционировать
по-разному, как живая и как неживая.
Последнее принципиально
важно для понимания. Значит, дело не в
"кирпичном" составе, не в заложенной
информации. Дело только в функционировании
системы. Живая система себя самовосстанавливает,
компенсирует разрушающее внешнее воздействие.
Неживая система этого не делает. Это -
фундаментально.
Таким образом автоматически снимаются
все вопросы о среде, о химическом составе,
об информационно-структурном составе.
Для обоих объектов все это тождественно.
Жизнь - понятие системное, значит, уровневое.
На элементном уровне, на уровне атомов
понятие Жизни не существует, не бывает
живых и неживых атомов, все неживые. Мы,
живые, состоим из мертвых атомов, нет
других. Идея "живой материи" противоречит
фактам.
Итак, жизнь
является формой существования материи,
отличающейся информационным способом
формирования сходных структур, с передачей
им на молекулярном уровне информации
для дальнейшего воспроизведения.
Заметим, что задание структуры часто
оказывается, вместе с тем, и заданием
определённых процессов. Например, структурой
белка-фермента задаётся как само протекание
катализируемой им реакции (или группы
реакций), так и её (их) интенсивность.
С изложенных
позиций, чуждый информационному аспекту
абиогенез (при котором информация не
столько создаётся, сколько разрушается
электрическими разрядами и ультрафиолетовым
излучением) не может быть исходной гипотезой
теории возникновения жизни. Эксперименты
по абиогенезу, приводящие к образованию
белковоподобных и других органических
молекул, не могут рассматриваться как
возникновение живого из неживого уже
потому, что при этом отсутствует „передача
на молекулярном уровне (закодированной!)
информации для последующего воспроизведения”.
Информационный
способ формирования биологических структур
в том виде, в каком мы его знаем, можно
также назвать генетическим способом,
и связать его с существованием генетической
системы. При создании множества структур,
похожих друг на друга, генетическая система
запоминает и навязывает среде процессы,
хорошо зарекомендовавшие себя в прошлом,
делает их при прочих равных условиях
более вероятными, чем сходные процессы
в неживой материи. Благодаря этому, генетическая
система выступает как инициирующий фактор,
как первопричина вереницы событий.
Генетический способ формирования структур
и, соответственно, передачи информации,
не следует понимать слишком узко, как
передачу её только в виде ДНК или РНК.
На базе процессов синтеза, зафиксированных
генетической системой, часть информации
о клеточных структурах передаётся дочерним
клеткам напрямую (самосборкой, опосредованной
или направляемой сборкой), что в одноклеточных
организмах составляет существенную долю
наследственной информации . .
Принципиально
важно, что информационный способ формирования
живых структур органически связан с использованием
памяти. Живая материя инициирует протекание
не любых, а лишь тщательно отобранных
и сохранённых в генетической памяти процессов,
а, следовательно, инициирует формирование
лишь достаточно приспособленных к данным
условиям структур. Такое свойство даёт
живой материи неоценимое преимущество
перед неживой материей, при чём выигрыш
становится всё весомее по мере накопления
в генах опыта прошедших поколений.
С изложенных
позиций, Жизнь неразрывно связана с существованием
наследственной информации. Информация
же, в её новом понимании, неразрывно связана
с процессами кодирования и декодирования.
Отсюда можно сделать следующий обобщающий
вывод.
.
Моментом возникновения
Жизни во Вселенной является момент возникновения
кодирования – появления генетического
кода .
.
Сознание принципиальной
важности процесса воспроизведения с
использованием генетической памяти,
генетического кодирования, можно обнаружить
и в работах других авторов, анализировавших
отличие живого от неживого. Например,
Алексей Андреевич Ляпунов (Биология и
информация, Москва, 1984.) предложил такое
определение: "....жизнь можно охарактеризовать
как высокоустойчивое состояние вещества,
использующее для выработки сохраняющих
реакций информацию, кодируемую состояниями
отдельных молекул".
.
Джон Десмонд
Бернал писал: „Молекулярное воспроизведение
есть … средство активного переноса информации,
обеспечивающее сохранение отличительных
черт отдельных организмов и видов.” «Именно
воспроизведение как механизм, ответственный
за продолжение и преемственность нормальных
жизненных процессов, и является тем, что
отличает живое от неживого.» .”
„Постепенно стало
ясно, что в проблеме возникновения жизни
главное – именно это точное воспроизведение
молекулярных структур, основанное на
сохранении соответствующей информации
в самовоспроизводящихся последовательностях
нуклеотидов в нуклеиновых кислотах.”
Однако,
только новое определение сущности информации,
изложенное выше, позволило довести подобные
мысли до логического завершения. .
2. Информация в мире Живого. Сущность генетики
. .
Основная научная интрига ХХ столетия
разыгралась вокруг одной из информационных
дисциплин – генетики. Эта дисциплина
испытала на себе наибольшее противодействие,
запреты, но в итоге именно они ознаменовали
наиболее впечатляющие достижения науки
на данном этапе и определили пути дальнейшего
прогресса.
ХХ век привёл к невиданному расцвету
информационных систем. Мир наводнили
радиотехнические устройства, компьютеры,
телевизионные системы, полиграфия, кинематограф
и пр. Возникли разветвлённые и быстродействующие
сети связи, спутники-ретрансляторы, процессорные
системы, выполняющие миллиарды вычислений
в секунду, мощные запоминающие устройства
.
.
Но рядом с миром электроники осталась
недостаточно осознанной, скрытой в тени
неизмеримо более мощная информационная
сфера, по сравнению с которой вся индустрия
информации выглядит не более, чем детским
мячиком возле земного шара. Речь идёт
об информации внутри нас .
.
Гаплоидный
(одинарный) набор хромосом человека содержит
около 3•109 пар нуклеотидов [Сингер, Берг,
1998], что эквивалентно 0,006 терабитам информации.
Ядро клетки имеет два таких набора, а
в 1 мм3 нашего тела (если принять клетку
за куб с ребром 21 мкм) содержится около
100&000 клеток. Поэтому
даже без остальных носителей информации
(РНК, генов митохондрий и др.), плотность
информации в нашем организме составляет
около 1&200 терабит/мм3.
.
Для
сравнения – основная память современных
персональных компьютеров (жёстких дисков
или „винчестеров”) в среднем не более
1 терабита. Иначе говоря, для обеспечения
нашей жизни Природе пришлось в каждом
кубическом миллиметре тела создать только
генетическую память, превышающую память
1&200 компьютеров. А во
всём организме человека – память около
1011 компьютеров (т.е. в сотни раз больше,
чем существует компьютеров на Земле)!
Такая
насыщенность информацией характерна
не только для тела человека, но и для любой
травинки или мушки. Какие же невообразимые
объёмы информации наполняют живой мир
вокруг нас! Горько сознавать, но древние
китайцы, развивавшие учение об активных
точках, меридианах и других информационных
аспектах организмов, были ближе к пониманию
этой особенности, чем большинство современных
биологов.
Бесчисленное повторение в организме
(например, у человека – триллионы раз)
одинаковой генетической информации способно
вызвать немалое удивление. Зачем живая
Природа, славящаяся целесообразностью,
допускает такое расточительство? Но оказывается,
генетическая информация разных клеток
организма одинакова лишь по последовательности
нуклеотидов ДНК, и одинакова до перехода
зародыша к стадии асинхронного деления.
Дальше, по мере дифференцировки клеток,
одинаковые последовательности нуклеотидов
формируют в каждом новом типе клеток
другую информационную систему, отличающуюся
по пространственной конфигурации генома
и, соответственно, по перечню работающих
генов, по информационным связям генома
с другими клетками . .
Мало
того, при одинаковом пространственном
расположении генов в ядрах клеток одного
типа происходит неодинаковое, индивидуализированное
управление биохимическими процессами
каждой клетки, потому что клетки находятся
в разных точках организма, а это влияет
на уровень активности конкретных генов.
Таким образом, на базе одинаковой исходной
информации живая материя создаёт, в виде
клеточных ядер, множество локальных,
по-разному действующих центров управления
биохимическими процессами, которые и
формируют сложную пространственную биохимическую
картину особи. .
В
генетической информации, как и вообще
в закодированной информации, можно заметить
явную предназначенность для какого-то
использования. И, наоборот, в сведениях,
существующих вне всяких кодов, никакой
изначальной предназначенности увидеть
не удаётся . .
Действительно, информация, функционирующая
в мире живой материи, разительно отличается
от того, что сегодня называют информацией,
скажем, в луче от далёкой звезды. Принятый
телескопом луч принципиально не содержит
никаких условных обозначений. Он не претерпел
никакого специального кодирования. Луч
света лишь непосредственно передаёт,
несёт в себе характеристики далёкого
небесного тела и пронизанного лучом космического
пространства . .
Таким
образом, перед нами как бы два типа информации.
Одна – сплошь заполняющая весь мир живой
и неживой материи, неопределённая по
объёму, не имеющая предназначения, не
связанная с кодированием. Другая – существующая
только в мире живой материи или возникшая
благодаря живой материи, легко оцениваемая
в количественном отношении, имеющая в
каждом случае чёткое предназначение
и, главное – всегда использующая ту или
иную систему кодирования.
Напрашивается
вывод, что мир живой материи выработал
для себя и использует в пределах своей
досягаемости особый тип информации, резко
отличающийся от всего, существующего
в девственном мире неживой Природы. Главным
отличием информации живого мира является
использование кодирования . .
3.
Основные методы генетики. .
Представители любого биологического
вида воспроизводят подобные себе существа.
Это свойство потомков быть похожими на
своих предков называется наследственностью.
Несмотря
на огромное влияние наследственности
в формировании фенотипа живого организма,
родственные особи в большей или меньшей
степени отличаются от своих родителей.
Это свойство потомков называется изменчивостью.
Изучением явлений наследственности и
изменчивости занимается наука генетика.
Таким образом, генетика - наука о закономерностях
наследственности и изменчивости. По современным
представлениям, наследственность - это
свойство живых организмов передавать
из поколения в поколение особенности
морфологии, физиологии, биохимии и индивидуального
развития в определенных условиях среды.
Изменчивость - свойство, противоположное
наследственности, - это способность дочерних
организмов отличаться от родителей морфологическими,
физиологическими, биологическими особенностями
и отклонениями в индивидуальном развитии.
Наследственность и изменчивость реализуются
в процессе наследования, т.е. при передаче
генетической информации от родителей
к потомкам через половые клетки (при половом
размножении) либо через соматические
клетки (при бесполом размножении).
Генетика
как наука решает следующие основные задачи:
• изучает способы хранения
генетической информации у разных организмов
(вирусов, бактерий, растений, животных
и человека) и ее материальные носители;
• анализирует способы
передачи наследственной информации от
одного поколения организмов к другому;
• выявляет механизмы
и закономерности реализации генетической
информации в процессе индивидуального
развития и влияние на их условий среды
обитания;
• изучает закономерности
и механизмы изменчивости и ее роль в приспособительных
реакциях и в эволюционном процессе
; ;
• изыскивает способы
исправления поврежденной генетической
информации.
Для решения этих задач используются разные
методы исследования.
Метод гибридологического
анализа был разработан Грегором Менделем.
Этот метод позволяет выявить закономерности
наследования отдельных признаков при
половом размножении организмов. Сущность
его заключается в следующем: анализ наследования
проводится по отдельным независимым
признака; прослеживается передача этих
признаков в ряду поколений; проводится
точный количественный учет наследования
каждого альтернативного признака и характер
потомства каждого гибрида в отдельности.
Цитогенетический
метод позволяет изучать кариотип (набор
хромосом) клеток организма и выявлять
геномные и хромосомные мутации . .
Генеалогический
метод предполагает изучение родословных
животных и человека и позволяет устанавливать
тип наследования (например, доминантный,
рецессивный) того или иного признака,
зиготность организмов и вероятность
проявления признаков в будущих поколениях.
Этот метод широко используется в селекции
и работе медико-генетических консультаций
. .
Близнецовый
метод основан на изучении проявления
признаков у однояйцевых и двуяйцевых
близнецов. Он позволяет выявить роль
наследственности и внешней среды в формировании
конкретных признаков . .
Биохимические
методы исследования основаны на изучении
активности ферментов и химического состава
клеток, которые определяются наследственностью.
С помощью этих методов можно выявить
генные мутации и гетерозиготных носителей
рецессивных генов.
Популяционно-статистический
метод позволяет рассчитывать частоту
встречаемости генов и генотипов в популяциях
. .
4.
Современные возможности и задачи генетики
и генной инженерии.
Широкие возможности глубже понять роль
генов в дифференцировке клеток и в регуляции
взаимодействий между клетками в процессе
развития дают химерные и трансгенные
животные. Развитие экспериментальных
методов в последнее время сделало возможным
получать совершенно необычных животных,
которые несут гены не только одного отца
и одной матери, но и большего количества
предков.
Химерные
животные – это генетические мозаики,
образующиеся в результате объединения
бластомеров от эмбрионов с разными генотипами.
Получение таких эмбрионов осуществляется
во многих лабораториях. Принцип получения
химер сводится главным образом к выделению
двух или большего числа ранних зародышей
и их слиянию.
В том случае, когда в генотипе зародышей,
использованных для создания химеры есть
отличия по ряду характеристик, удается
проследить судьбу клеток обоих видов.
С помощью химерных мышей был, например,
решен вопрос о способе возникновения
в ходе развития многоядерных клеток попречнополосатых
мышц. Изучение химерных животных позволило
решить немало трудных вопросов, и в будущем
благодаря применению этого метода появится
возможность решать сложные вопросы генетики
и эмбриологии.
Развитие
генной инженерии создало принципиально
новую основу для конструирования последовательностей
ДНК, нужную исследователям. Успехи в области
экспериментальной биологии позволили
создать методы введения таких искусственно
созданных генов в ядра яйцеклеток или
сперматозоидов. В результате возникла
возможность получения трансгенных животных,
т.е. животных, несущих в своем организме
чужеродные гены. .
Одним
из первых примеров успешного создания
трансгенных животных было получение
мышей, в геном которых был встроен гормон
гена роста крысы. Некоторые из таких трансгенных
мышей росли быстро и достигали размеров,
существенно превышавших контрольных
животных . .
Первая
в мире обезьяна с измененным генетическим
кодом появилась на свет в Америке. Самец
по кличке Энди родился после того, как
в яйцеклетку его матери был внедрен ген
медузы. Опыт проводился с макакой-резусом,
которая гораздо ближе по своим биологическим
признакам к человеку, чем любые другие
животные, до сих пор подвергавшиеся экспериментам
по генетической модификации. Ученые говорят,
что применение этого метода поможет им
при разработке новых способов лечения
таких болезней, как рак груди и диабет.
Однако, как сообщает ВВС, этот эксперимент
уже вызвал критику со стороны организаций
по защите животных, которые опасаются,
что эти исследования приведут к страданиям
множества приматов в лабораториях.
Создание гибрида человека и свиньи. Из
человеческой клетки извлекается ядро
и имплантируется в ядро яйцеклетки свиньи,
которую предварительно освободили от
генетического материала животного. В
результате получился эмбрион, который
прожил 32 дня, пока ученые не решили его
уничтожить. Исследования проводятся
как всегда ради благородной цели: поиска
лекарств от заболеваний человека. Несмотря
на то, что попытки клонировать человеческие
существа не одобряются многими учеными
и даже теми, кто создал овечку Долли, подобные
эксперименты будет трудно остановить,
так как принцип техники клонирования
уже известен многим лабораториям .
В
настоящее время интерес к трансгенным
животным очень велик. Это объясняется
двумя причинами. Во-первых, возникли широкие
возможности для изучения работы чужеродного
гена в геноме организма-хозяина, в зависимости
от места его встраивания в ту или иную
хромосому, а также строения регуляторной
зоны гена. Во-вторых, трансгенные сельскохозяйственные
животные могут представлять в будущем
интерес для практики.
Немного о клонировании . ррррррррррррррррррррррррррррррррррррррр
Термин
"клон" происходит от греческого
слова "klon", что означает - веточка,
побег, черенок, и имеет отношение прежде
всего к вегетативному размножению. Клонирование
растений черенками, почками или клубнями
в сельском хозяйстве, в частности в садоводстве,
известно уже более 4-х тыс. лет. При вегетативном
размножении и при клонировании гены не
распределяются по потомкам, как в случае
полового размножения, а сохраняются в
полном составе в течение многих поколений.
Однако у животных есть препятствие. По
мере роста их клеток, они в ходе клеточной
специализации - дифференцировки - теряют
способность реализовывать всю генетическую
информацию, заложенную в ядре. Возможность
клонирования эмбрионов позвоночных впервые
была показана в начале 50-х годов в опытах
на амфибиях. Опыты с ними показали, что
серийные пересадки ядер и культивирование
клеток in vitro в какой-то степени увеличивает
эту способность. Уже в начале 90-х была
решена и проблема клонирования эмбриональных
клеток млекопитающих. Реконструированные
яйцеклетки крупных домашних животных,
коров или овец сначала культивируют не
in vitro, а in vivo - в перевязанном яйцеводе
овцы - промежуточного (первого) реципиента.
Затем их оттуда вымывают и трансплантируют
в матку окончательного (второго) реципиента
- коровы или овцы соответственно, где
их развитие происходит до рождения детеныша.
Впервые
клонированное животное (овца по кличке
Долли) появилось в результате использования
донорского ядра клетки молочной железы
взрослой овцы. У этого первого успешного
эксперимента есть существенный недостаток
- очень низкий коэффициент выхода живых
особей (0,36 %). Однако он доказывает возможность
полноценного клонирования, (или получения
копии взрослого человека). Остаётся лишь
разрешить технические и этические вопросы
. .
Но вернёмся
к клонированию человека. Существует и
достаточно изящный способ обойти этические
проблемы. Вспомним, что наиболее близки
к человеку по строению внутренних органов,
как ни странно, свиньи . .
В марте
2000 г. PPL Therapeutics объявила о том, что в их
исследовательском центре родились пять
клонированных поросят. Клонирование
свиньи более сложная операция, чем клонирование
овец или коров, так как для того, чтобы
поддерживать одну беременность необходимо
несколько здоровых плодов. Органы свиньи
наиболее подходят к человеку по размерам.
Свиньи легко размножаются и известны
своей неприхотливостью. Но самой большой
проблемой остается отторжение органа
животного, который человеческий организм
не принимает за свой. Именно в этом направлении
будут развиваться дальнейшие исследования
ученых. Ученые видят один из возможных
путей решения этой проблемы в том, чтобы
генетически "замаскировать" органы
животного, для того, чтобы человеческий
организм не мог распознать их как чужие.
Еще одной темой для исследования является
попытка "очеловечить" генетическим
путем органы свиньи, для того чтобы значительно
снизить риск отторжения. Для этого предполагается
вводить человеческие гены в хромосомы
клонируемых свиней. .
Той
же задачей, но без применения клонирования,
занимаются и другие институты.
Например, компания "Imutran", расположенная
в Кембридже, смогла получить целое стадо
свиней, в генетическом наборе которых
уже отсутствует одна из ключевых характеристик,
ответственная за отторжение чужеродных
тканей. Как только будет получена пара
мужской и женской особи, они будут готовы
производить на свет "генетически чистое
потомство", с органами, которые можно
будет использовать для трансплантации.
Ещё
один шаг к бессмертию - искусственное
изменение ДНК. В июне 2000 года и случилось
то, чего так долго ждали и чего некоторые
так боялись. Появилось сообщение, что
ученым из уже знаменитой своей овцой
Долли шотландской фирмы PPL Therapeutics удалось
получить успешные клоны овечек с измененной
ДНК. Шотландские ученые смогли осуществить
клонирование, при котором генетический
материал клона был "подправлен"
с лучшую сторону. Существует и уже узаконенный
путь обхода запрета на клонирование человека,
который называется "терапевтическое"
клонирование человеческих существ. Речь
идет о создании ранних эмбрионов - своего
рода банка донорских тканей для конкретных
индивидуумов .
.
Для
этого используются стволовые клетки
(упрощенно - клетки ранних человеческих
зародышей). Потенциал роста стволовых
клеток просто фантастический - достаточно
вспомнить, что триллионноклеточный организм
новорожденного человека образуется из
одной-единственной клетки всего лишь
за 9 месяцев! Но еще больше впечатляет
потенциал дифференцировки - одна и та
же стволовая клетка может трансформироваться
в любую(!) клетку человека, будь то нейрон
головного мозга, клетка печени или сердечный
миоцит. "Взрослым" клеткам такая
трансформация не по силам.
Но одно уникальное свойство этих клеток
превращает их поистине в надежду человечества
– они отторгаются гораздо слабее, чем
пересаженные целые органы, состоящие
из уже дифференцированных клеток. Это
означает, что в принципе можно выращивать
в лабораторных условиях предшественники
самых разных клеток (сердечных, нервных,
печеночных, иммунных и др.), и затем трансплантировать
их тяжело больным людям вместо донорских
органов. .
А
в январе 2001 года появилась информация
об открытии, которое может сделать клонирование
просто не нужным. Удалось повернуть вспять
биологические часы внутри человеческой
клетки, заставив ее вернуться к состоянию,
в котором она находилась на момент образования
в эмбрионе. .
Повышенный
интерес медицинской генетики к наследственным
заболеваниям объясняется тем, что во
многих случаях знание биохимических
механизмов развития позволяет облегчить
страдания больного. Больному вводят не
синтезирующиеся в организме ферменты.
Так, например, заболевание сахарным диабетом
характеризуется повышением концентрации
сахара в крови вследствие недостаточной
(или полного отсутствия) выработки в организме
гормона инсулин поджелудочной железой.
Это заболевание вызывается рецессивным
геном. Еще в 19 веке это заболевание практически
неизбежно приводило к смерти больного.
Получение инсулина из поджелудочных
желез некоторых домашних животных спасло
жизни многим людям. Современные методы
генной инженерии позволили получать
инсулин гораздо более высокого качества,
абсолютно идентичный человеческому инсулину
в масштабах, достаточных для обеспечения
каждого больного инсулином и с намного
меньшими затратами.
Сейчас
известны сотни заболеваний, в которых
механизмы биохимических нарушений изучены
достаточно подробно. В некоторых случаях
современные методы микроанализов позволяют
обнаружить такие биохимические нарушения
даже в отдельных клетках, а это, в свою
очередь, позволяет ставить диагноз о
наличии подобных заболеваний у еще не
родившегося ребенка по отдельным клеткам
в околоплодной жидкости.
Знание
генетики человека позволяет прогнозировать
вероятность рождения детей, страдающих
наследственными недугами, когда один
или оба супругов больны или оба родителя
здоровы, но наследственное заболевание
встречалось у предков супругов. В ряде
случаев имеется возможность прогноза
вероятности рождения второго здорового
ребенка, если первый был поражен наследственным
заболеванием. .
По мере повышения
биологической и особенно генетической
образованности широких масс населения,
супружеские пары, еще не имеющие детей,
все чаще обращаются к врачам-генетикам
с вопросом о риске иметь ребенка, пораженного
наследственной аномалией. .
Медико-генетические
консультации сейчас открыты во многих
областях и краевых центрах нашей страны.
Широкое использование медико-генетических
консультаций сыграет немаловажную роль
в снижении частоты наследственных недугов
и избавит многие семьи от несчастья иметь
нездоровых детей . .
В настоящее время
во многих странах широко применяется
метод амниоцентеза, позволяющий анализировать
клетки эмбриона из околоплодной жидкости.
Благодаря этому методу женщина на раннем
этапе беременности может получить важную
информацию о возможных хромосомных или
генных мутациях плода и избежать рождения
больного ребенка . .
Заключение
Итак, в работе
были изложены ключевые понятия генетики,
ее методы и достижения последних лет,
а также сущность и особенности самовоспроизводства
жизни. Генетика – очень молодая наука,
но темпы ее развития столь высоки, что
в настоящий момент она занимает важнейшее
место в системе современных наук, и, пожалуй,
важнейшие достижения последнего десятилетия
ушедшего века связаны именно с генетикой.
Сейчас, в начале XXI века, перед человечеством
открываются перспективы, завораживающие
воображение. Смогут ли ученые в ближайшее
время реализовать гигантский потенциал,
заложенный в генетике? Получит ли человечество
долгожданное избавление от наследственных
болезней, сможет ли человек продлить
свою слишком короткую жизнь, обрести
бессмертие? В настоящее время у нас есть
все основания надеяться на это.
По прогнозам
генетиков, уже к концу первого десятилетия
XXI века на смену привычным прививкам придут
генетические вакцины, и медики получат
возможность навсегда покончить с такими
неизлечимыми болезнями, как рак, болезнь
Альцгеймера, диабет, астма. Это направление
уже имеет свое название - генотерапия.
Она родилась всего лишь пять лет назад.
Но вскоре может утратить актуальность
благодаря генодиагностике. По некоторым
прогнозам примерно в 2020 году на свет будут
появляться исключительно здоровые дети:
уже на эмбриональной стадии развития
плода генетики смогут исправлять наследственные
неполадки. Ученые прогнозируют, что в
2050 году будут попытки по усовершенствованию
человеческого вида. К этому времени они
научатся проектировать людей определенной
специализации: математиков, физиков,
художников, поэтов, а может быть, и гениев
. .
А уже ближе
к концу века, наконец, исполнится мечта
человека: процессом старения, несомненно,
можно будет управлять, а там недалеко
и до бессмертия. |