Отрасли применения генной инженерии

Отрасли применения генной инженерии

Содержание

Введение

1. Генно-модифицированные продукты

2. Исследование генома человека и клонирование

3. Другие применения генной инженерии

Заключение

Использованные источники

Приложение

Введение

Сегодня наука являет собой огромную систему представлений об окружающем мире. Каждый раз ученые со всего мира удивляют и шокируют общество своими открытиями в совершенно разных отраслях. Неизвестность и желание узнать, как можно больше об окружающем мире подталкивают нас к разного рода наблюдениям и побуждают тем самым к развитию науки.

Еще совсем недавно, казалось бы, мир был поражен такими достижениями, как открытие электричества или изобретение двигателя, а сейчас уже практически для каждого человека становится нормой общаться посредством сотового телефона, работать на компьютере и использовать другие современные приспособления.

На протяжении последних лет удалось изучить останки древнего человека, и это косвенно стало подтверждать теорию о появлении человека в Африке и его последующем расселении по другим континентам. Кроме того, ученые получили уникальные данные о процессах, происходивших при формировании Солнечной системы; произошли новые открытия в квантовой механике, нарушившие границу между квантовой и классической физикой.

Ожидалось, что уже к 2005 году будут установлены изменения химического баланса океанических вод под влиянием глобального загрязнения. Повышающаяся кислотность влияет на кораллы, моллюски, планктон, что будет иметь катастрофические последствия для снабжения морских животных пищей. Профессор Ричард Салливан, директор клинических программ британского института рака, заявил, что будет открыта Интерференция РНК, встречающаяся в природе защитная система, которую приводит в действие введение в клетку двойной спирали РНК, типичной для многих вирусов. Интерференция блокирует определенные гены и не дает им работать. Интерференцию РНК преподносят как величайшее медицинское достижение, поскольку это дает надежду на излечение от ВИЧ-инфекции, “чумы ХХ века”, а также рака. Произошло и создание пузырьковых биореакторов, которые представляют собой искусственные клетки с жировыми оболочками. В них добавляются гены, которые, как и в нормальных клетках, начинают вырабатывать белки. Это изобретение сделал Альберт Личлейбер из Университета Рокфеллера. Оно может положить начало новой области, синтетической биологии, где с нуля создаются целые организмы.

Главным научным достижением уходящего года признано решение российским ученым Григорием Перельманом гипотезы французского математика Жюля Анри Пуанкаре. В издании приводится мнение ведущих европейских ученых, согласно которому Перельману не только удалось сделать то, чего не могли добиться более 100 лет лучшие умы планеты, но и, решив задачу Пуанкаре, российский математик одновременно заложил основы нового направления геометрии.

На втором месте в рейтинге научных открытий - расшифровка кода ДНК неандертальца. В результате были получены научные подтверждения гипотезы, согласно которой неандертальцы являлись тупиковой ветвью биологического развития человека.

Третью позицию заняли новейшие лазерные измерения, благодаря которым удалось установить скорость таяния льдов в Гренландии и Антарктике. Тем самым внесен значительный вклад в понимание процесса динамики изменения климата Земли.

На четвертом месте по научному значению - сенсационная находка останков рыбы, которая имела ноги. Ученые считают, что она является тем недостающим звеном эволюции, которое в течение последних 150 лет усиленно ищут биологи. Обнаруженная рыба-амфибия существовала на земле 375 миллионов лет назад и обладала способностью плавать в воде и передвигаться по суше.

Первую пятерку завершает созданный физиками плащ-невидимка. Он создан из материалов, способных изменять направление движения электромагнитных волн. Предмет, помещенный в зону действия устройства, становится практически невидимым.

В десятку наиболее значительных открытий года также входят: новое лекарство, восстанавливающее зрение; открытие новых видов животных; проникновение ученых во внутренний механизм работы клетки; обнаружение в головном мозге молекул памяти. Десятку замыкает открытие того факта, что в биологическом организме молекулы РНК контролируют гены.

Особое место в современной науке занимает развитие генетики. И главным толчком к этому развитию стала расшифровка генома человека.

Тему для своего реферата я выбрала отнюдь не случайно. С развитием генной инженерии появляется все больше вопросов, связанных с возможной опасностью генно-модифицированных продуктов или организмов. Я заинтересовалась вопросом, правомерно ли внедрение в повседневную жизнь результатов исследования в этой области. В начале работы я поставила перед собой определенные задачи:

- узнать, что представляет собой генно-модифицированные вещества;

- какие выгоды обнаруживаются при их использовании;

- чего стоит опасаться при столкновении с ними;

- каково мнение общественности на этот счет;

- нужно ли дальше развивать эту отрасль науки.

В ходе своих исследований я попытаюсь ответить на эти вопросы.

1. Генно-модифицированные продукты

Благодаря развитию генной инженерии, изучающей возможности изменения генотипа организмов, люди стали способны производить новые продукты, полученные в ходе использования особых технологий, наделенные свойствами, отвечающими потребностям современности.

На сегодняшний день существует несколько сотен генетически изменённых продуктов. Уже на протяжении нескольких лет их употребляют миллионы людей в большинстве стран мира. Появлением на мировых рынках генетически модифицированных продуктов мы обязаны американской компании Monsanto. В конце 80-х она стала производить трансгенные продукты и продавать их сначала в Соединённых Штатах, а затем и в других странах.

По официальной версии Минздрава, сельхозпродукты с ГМ - компонентами появились в России пять лет назад. Закон о генной инженерии принят в 1996 году. Согласно ему, прежде чем пустить трансгенные продукты в продажу, импортёры должны получить сертификат НИИ питания РАМН. После этого им выдают разрешение департамента государственного санитарно-эпидемиологического надзора Минздрава РФ на торговлю ГМ - продукцией.

Есть данные, что подобными технологиями пользуются для получения продуктов, реализуемых через сеть McDonalds. Многие крупные концерны, типа Unilever, Nestle, Danon и другие используют для производства своих товаров генно-инженерные продукты и экспортируют их во многие страны мира. Но в некоторых государствах такие продукты обязательно должны содержать на упаковке надпись "Сделано из генетически модифицированного продукта".

Чаще всего культурные растения наделяют устойчивостью к гербицидам, насекомым или вирусам. Устойчивость к гербицидам позволяет «избранному» растению быть невосприимчивым к смертельным для других дозам химикатов. В результате поле очищается от всех лишних растений, то есть сорняков, а культуры, устойчивые или толерантные (терпимые) к гербицидам, выживают. Чаще всего компания, продающая семена подобных растений, предлагает в наборе и соответствующие гербициды.

Устойчивая к насекомым флора становится поистине бесстрашной: например, непобедимый колорадский жук, съедая листик картофеля, погибает. Почти все такие растения содержат встроенный ген природного токсина - земляной бактерии Bacillus thuringiensis. Устойчивость к вирусу растение приобретает благодаря встроенному гену, взятому из этого же самого вируса.

А получают их так. Созданному природой овощу, фрукту или злаку "прививают" ген другого растения, животного или бактерии. В процессе развития растения чужеродный ген изменяет структуру и наделяет новыми свойствами. Трансгенными могут называться те виды растений, в которых успешно функционирует ген (или гены), пересаженный из других видов растений или животных. Делается это для того, чтобы растение-реципиент получило новые, удобные для человека свойства.

Основная масса трансгенов культивируется в США, в Канаде, Аргентине, Китае, меньше - в других странах.

Большое количество стран сильно озабочены проблемой потребления генно-модифицированных продуктов. В некоторых из них введен мораторий на ввоз таких продуктов под натиском общественности и организаций потребителей, которые хотят знать, что они едят. В других принято жесткое требование маркировать генетически измененное продовольствие.

Австрия и Люксембург запретили производство генных мутантов, а греческие фермеры под черными знаменами и с плакатами в руках ворвались на поля в Беотии, в Центральной Греции, и уничтожили плантации, на которых британская фирма "Зенека" экспериментировала с помидорами. 1300 английских школ исключили из своих меню пищу, содержащую трансгенные растения, а Франция очень неохотно и медленно дает одобрение на продажу любых новых продуктов с чужими генами. В ЕС разрешены только три вида генетически измененных растений, а если точнее - три сорта кукурузы.

Соя - пока единственная трансгенная культура, разрешенная к применению в России. На подходе - трансгенный картофель, кукуруза и сахарная свекла.

Подсчитано, что в 1996 году в мире посевами генетически измененных растений было занято около 1.8 миллионов гектаров, а уже через 3 года это число достигло 40 миллионов. Кроме того, в это число не входит производительность Китая, где примерно миллион фермеров выращивают трансгенный хлопок приблизительно на 35 миллионах гектаров.

Первым искусственно изменённым продуктом стал помидор. Его новым свойством стала способность месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12 градусов. Но как только такой помидор помещают в тепло, он за несколько часов становится спелым.

Американцы добились изменения клубники, тюльпанов. Вывели сорт картофеля, который при жарке впитывает меньше жира. Швейцарцы начали выращивать кукурузу, которая выделяет собственный яд против вредителей.

Был создан "помидор с жабрами" - помидор, в который для увеличения морозоустойчивости вживили ген североамериканской плоской рыбы. Этот гибрид овоща и рыбы получил кличку "завтрак Франкенштейна". Появились и помидоры с привитыми генами глубоководных акул, которые хранятся при комнатной температуре более полугода и не портятся. Можно вырастить, например, "кубические" помидоры. Это делают в Израиле. "Кубики" легче укладывать в ящики и транспортировать. Обычная спелая дыня быстро становится мягкой и портится всего за пару дней. "Модифицированная" дыня остаётся вкусной и может храниться месяцами. Да и бананы после вмешательства генетиков можно собирать зрелыми, а не зелёными, как это обычно делается. К тому же ГМ - бананы долго сохраняют вкус и не темнеют, когда с них снимают кожуру. В Московском институте картофелеводства выводится картофель с человеческим интерфероном крови, который повышает иммунитет.

Сегодня ученые работают над созданием "умных растений", которые могут посылать фермерам сигнал SOS, светиться, когда им не хватает воды или при первых признаках заболевания. Полным ходом идут работы по созданию пластмассы, которая бы разрушалась, попадая в окружающую среду - в масличные культуры вводят гены бактерий, позволяющие выращивать эту биоразлагаемую пластмассу прямо на полях. Недавно американцы заявили, что им удалось добавить в генную структуру обычного хлопка гены растений, цветущих голубым цветом. Появилась реальная возможность революционизировать рынок джинсовой ткани - красильное производство прекратит сброс в окружающую среду ядовитых сточных вод.

Генная инженерия занимается и животными. Американские компании Origen Therapeutics и Embrex планируют наладить массовое производство клонированных цыплят. Исследования, которые проводятся при поддержке Национального института науки и технологий, выделившего на проект 4,7 миллиона долларов, уже дали конкретные результаты. Технология клонирования в своем обычном виде, предполагающая перенос ядра клетки-донора в яйцеклетку с последующей ее имплантацией суррогатной матери, к птицам неприменима, поскольку, как известно, их эмбрионы развиваются не в матке, а в скорлупе. Генетические копии цыплят создаются иным образом. Ученые выделяют и размножают эмбриональные стволовые клетки донора, из которых с ростом эмбриона развиваются все ткани. Затем эти клетки имплантируются в обычное яйцо. Для массового производства таких цыплят планируется использовать специальные машины, способные за час ввести инъекции в 50 тысяч яиц.

Синтез гормона роста способствует увеличению веса животных. В их организме можно увеличить синтез некоторых других веществ, содержащихся, например, в молоке. В Великобритании существует стадо специально выведенных коров, молоко которых идеально подходит для приготовления сыра чеддер.

В России также есть экспериментальные стада трансгенных животных. Например, в подмосковных Горках живет стадо овец, которым был "подсажен" ген от быка, и теперь в их молоке есть фермент, необходимый для производства твердого сыра. Сейчас полным ходом идут работы по пересадке коровам гена, кодирующего белок лактоферин, который присутствует только в человеческом молоке. Возможно, в скором времени производство лактоферина из молока трансгенных животных снимет проблему искусственного кормления детей.

Вероятно, в недалеком будущем ученые начнут работать и над производством искусственного мяса в биореакторах. Выращивать мясо предполагается в виде клеток мускулатуры тела - полный аналог мяса, которое используется в нашем обычном рационе, но пока только в виде фарша.

В животноводстве использование гормона роста, полученного биотехнологическим путем, позволило повысить удои молока.

Создаются трансгенные животные, в молоке которых содержится человеческий альбумин, способствующий снижению кровяного давления. В год требуется 440 тонн такого альбумина, сейчас затрачивается на это 1,5 миллиарда долларов, а одна трансгенная корова будет производить 80 килограммов альбумина в год.

Идет последняя фаза испытаний нового американского препарата - антитромбина, полученного из молока трансгенных животных. Считается, что он произведет революцию в предупреждении инфарктов.

Американские добровольцы успешно испытали на себе вакцину, полученную из геноинженерного картофеля. Вакцина повышает иммунитет к заболеваниям желудочно-кишечного тракта, а возможно, и к холере.

Методами генной инженерии получен картофель с полным набором белков человеческого материнского молока. В частности, в одном клубне содержится 7 граммов В-казеина, в 30 раз больше, чем в чашке материнского молока. Такой картофель должен поднимать иммунитет у людей любого возраста.

Эксперименты ведутся и в другой области - области запахов. Теперь появилась возможность создавать продукты с любым ароматом.

У растений, которым привиты чужеродные гены, повышается жизнестойкость, сопротивляемость болезням и вредителям. Это, понятно, очень устраивает компании, производящие продовольствие. Именно им мы и обязаны быстрым распространением в мире продуктов с ГМ - компонентами. Наконец, генетически модифицированные растения дают гораздо больший урожай. "Все хотят есть сочные и сладкие овощи и фрукты круглый год. Население планеты настолько велико, что продуктов сейчас не хватает, - считает сотрудник департамента Госсанэпидемнадзора Минздрава РФ Виктор Аверченко. - Эту проблему может решить только генетика".

Есть еще одно направление трансгенных технологий - создание растительных вакцин. Сегодня идет разработка вакцин от туберкулеза и гепатита (в перспективе - от ВИЧ-инфекции). Предполагается встраивать в обычные для нас растительные продукты (свекла, огурцы, помидоры) определенные гены возбудителей этих заболеваний. Такое направление, возможно, со временем позволит получить безопасное и высокоэффективное средство профилактики.

Все эти новшества ученые объясняют исключительно заботой о человечестве, перед которым все еще стоит нерешенная проблема питания: сейчас нас на Земле шесть миллиардов, а через 50 лет будет уже одиннадцать, и к этому надо готовиться заранее.

Пищевые культуры, выведенные из таких генноизмененных культур, могут иметь повышенную урожайность, улучшенные вкусовые качества и дольше храниться.

Более того, такие продукты зачастую оказываются гораздо дешевле натуральных, а иногда и вкуснее. Кроме того, разводят такие организмы, которые осуществляют помощь в очистке от загрязнений в окружающей среде.

И все же, несмотря на столько очевидных плюсов, существуют малозаметные для простого потребителя минусы. И пока неизвестно, к чему может привести подобная арифметика. Главная на сегодняшний день претензия к генной инженерии заключается в том, что чужеродные гены могут покидать место своей принудительной локализации в растении и проникать в пыльцу, покидая, таким образом, материнскую особь и проникая в окружающую среду. Следовательно, есть опасность возникновения новых неконтролируемых мутаций, а если учесть фактор обширности трансгенных посевов, то это чревато настоящей экологической катастрофой. Одни ученые, с неохотой признавая, что пока это самая главная проблема в трансгенных технологиях, пытаются найти какой-то выход из положения. Некоторые другие - как, например, британский профессор Арпад Пуштай, утверждают, что генетически модифицированные продукты (или, как их называют, "пища для зомби") приводят к патологическим изменениям в организме человека: нарушению функций внутренних органов, потере иммунитета и даже уменьшению объема головного мозга. Это показали опыты над мышами, которых кормили продуктами генной инженерии.

На первый взгляд, перспективы выглядят весьма заманчиво, но далеко не всем так кажется. Участники недавно возникшего общественного движения "Врачи и ученые против генетически модифицированных продуктов питания" декларируют, что неправомерно использовать новые технологии прежде, чем будет доказана их полная безопасность для организма человека и окружающей среды. Такой жесткий подход понятен в первую очередь для американцев. Сегодня их рацион питания в значительной части состоит из трансгенных продуктов. Более того, в США законом разрешено не указывать на этикетке происхождение пищевого сырья, поскольку крупные производители смогли убедить Министерство здравоохранения в безопасности такого рода продуктов питания.

"Врачи и ученые против генетически модифицированных продуктов питания" требуют всю новомодную пищу в ближайшем будущем удалить с рынка, а до тех пор ввести обязательную маркировку всех подобных продуктов питания: "Наши знания о ДНК очень неполны. Известно о функции лишь трех процентов ДНК. Рискованно манипулировать сложными системами, знания о которых неполны".

Первым отреагровал на это предупреждение Старый Свет. В Англии, Франции, большинстве скандинавских стран и в Нидерландах уже принят или находится в стадии принятия закон, требующий специальных отличительных знаков на всей продукции, содержащей генные манипуляции. Австрия и Люксембург запретили ввоз генетически видоизмененного зерна.

И все же не так-то просто будет разобраться с проблемой питания на нашей планете: не только американские фермеры привыкли кормить свой мясной и молочный скот генетически модифицированной соей, это вошло в привычку еще шести миллионов животноводов в шестнадцати странах мира.

Правда, сами ученые по отношению к борцам за чистоту еды настроены весьма скептически: по их прогнозам, вся эта суета закончится через два-три года, когда Европа "сломается" и заявит о своей открытости для трансгенов. Ведь весьма очевидно, что одна из причин этой "пищевой войны" чисто экономическая - идет конкурентная борьба между продовольственными корпорациями, работающими "по старинке", и теми, кто на мировом рынке сельхозпродукции закрепился помощью новых технологий.

В любом случае, в ближайший год для России трансгенные технологии - не более чем пища для размышлений. По крупному счету, на наших прилавках пока нет никаких подобных продуктов. Но не стоит расслабляться, это ненадолго: такая задержка лишь временное явление. Она обусловлена лишь длительностью сроков лабораторных испытаний "трансгенов", что говорится, на мышах, ведь минимальный срок таких проверок составляет пять лет. Испытания эти уже подходят к концу.

Преимущества ГМ - продуктов очевидны. Неочевидны последствия их употребления: учёные-генетики пока не могут ответить на вопрос, безвредны ли генетически модифицированные продукты для человека. Более того, в июне этого года было найдено первое подтверждение того, что генетически изменённая пища ведёт к мутации живых организмов. Немецкий зоолог Ханс Хайнрик Каац на опытах доказал, что изменённый ген масленичного турнепса проникает в живущие в желудке пчелы бактерии, и они начинают мутировать. "Бактерии в организме человека также могут меняться под воздействием продуктов, содержащих модифицированные гены, - считает учёный. - Трудно сказать, к чему это приведёт. Может быть, к мутации". Защитники генетически модифицированных продуктов утверждают: открытие Кааца нельзя считать бесспорным доказательством того, что употребление в пищу трансгенных продуктов вызовет мутации и в человеческом организме. И ссылаются на то, что живущие в желудке бактерии постоянно изменяются и без влияния модифицированных генов. Но, с другой стороны, разрешение на применение медицинских препаратов выдаётся только после тщательного, многолетнего изучения их воздействия на животных и на человека. А трансгенные продукты свободно продаются во всём мире, хотя их начали производить всего лет 10 назад, и, по утверждению учёных, оценить их воздействие на человеческий организм можно будет только через полвека. Может быть, ГМ - картофель Monsanto действительно вреден лишь для колорадского жука, который, наевшись его листьев, мгновенно подыхает. Однако координатор российской программы "Гринпис" Иван Блоков утверждает: "Уже доказано, что, если есть картофель Monsanto в течение нескольких месяцев, желудок начинает вырабатывать ферменты, нейтрализующие лечебное действие антибиотиков группы канамицина". Пока учёные спорят, покупатели должны, по крайней мере, знать, какие продукты содержат ГМ - компоненты, чтобы иметь возможность самостоятельно решить: хотят они есть помидоры с генами акулы или нет. Однако получить такую информацию непросто.

Лидия Терешкова, начальник отдела гигиены питания департамента Госсанэпиднадзора Минздрава РФ: ”ГМ - продукты продаются во всём цивилизованном мире. Как правило, содержание ГМ - компонентов в них - 5%. Если бы Минздрав усмотрел в них что-то опасное, мы бы немедленно их запретили. Сейчас все постановления Минздрава в области ГМ - продуктов носят рекомендательный характер. Хотя в будущем мы планируем проводить рейды по выявлению торговцев немаркированными продуктами с ГМ - компонентами”.

Иван Блоков, координатор российской программы "Гринпис": ”Сторонники ГМ - продуктов настаивают на том, что они не оказывают отрицательного воздействия на человека, поскольку ГМ - продукция - огромный прибыльный бизнес. А производители стараются скрыть информацию о ГМ - продуктах. Постановление Минздрава о маркировке и лицензировании - абсолютная абстракция. Производители её игнорируют, а Минздрав не следит за выполнением своих же собственных решений. Нам пока не удалось найти ни одного продукта с надписью: "Содержит ГМ - компоненты" Илья Захаров, заместитель директора Института общей генетики им. Н.И. Вавилова, член корреспондент РАН, профессор: ”Зарубежная система контроля за трансгенными продуктами исключает чрезвычайные последствия. Опасность, в общем-то, минимальна. Она вряд ли сравнима с той, которую таили в себе поливаемые ядохимикатами растения советской эпохи борьбы за урожай. Однако в каждом конкретном случае экологические и генетические последствия употребления ГМ - продуктов надо рассматривать отдельно. А производители, вложившие огромные средства в разработки, пытаются скорее окупить их и пренебрегают необходимыми исследованиями. На мой взгляд, в Америке, Европе и России ситуация с продовольствием не настолько катастрофическая, чтобы трансгенные продукты были единственной возможностью накормить население. Массовое распространение ГМ - продуктов преждевременно”. Эти искусственно изменённые продукты питания представляют потенциально серьёзную опасность для здоровья потребителей и для окружающей среды.

Страницы: 1, 2