dllvse.ru

§ 53. Успехи и достижения генетической инженерии

Биология, 10 класс (Лисов, 2014)

[ Содержание ]

Генодиагностика и генная терапия. Методы генной инженерии уже сегодня успешно используются для диагностики и лечения наследственных заболеваний человека.

Генодиагностика — это совокупность методов, позволяющих обнаруживать и распознавать генетические изменения (дефекты) в клетках, а также выявлять по специфическим генам возбудителей болезней на ранних этапах заболевания.

Генную терапию можно определить как лечение наследственных заболеваний путем введения нормальных генов в клетки пациентов с целью направленного изменения генных дефектов или придания клеткам новых функций.

Быстрому развитию генной терапии способствовали результаты, полученные в ходе выполнения международного проекта «Геном человека». Ожидается, что в ближайшем будущем исследователи окончательно установят функции всех генов и будут успешно использовать полученные данные для лечения и предупреждения наследственных болезней.

Первым наследственным заболеванием, в отношении которого были применены методы генной терапии, оказался врояаденный иммунодефицит, обусловленный мутацией в гене фермента аденозиндезаминазы. 14 сентября 1990 г. четырехлетней американской девочке Ашанти Де-Сильва, страдающей этим заболеванием, были пересажены ее собственные Т-лимфоциты, предварительно трансформированные вне организма соответствующим геном при помощи вектора. После лечения Ашанти в 25 — 30 % ее Т-лимфоцитов уровень фермента аденозиндезаминазы стал нормальным и сейчас она совершенно здорова. В настоящее время генная терапия этого заболевания проводится в США, Италии, Франции, Великобритании и Японии.

Решающим условием успешной генотерапии является эффективность доставки чужеродного гена в клетки-мишени, обеспечение его длительного функционирования в этих клетках и создание условий для полноценной работы гена (его экспрессии). В качестве клеток - мишеней чаще всего используются лимфоциты, клетки красного костного мозга, опухолей, печени и др.

В настоящее время успешно осуществляется введение векторной конструкции, несущей ген фактора свертывания крови, больным гемофилией. Результаты клинических исследований свидетельствуют, что такое «генное лечение» предупреждает возникновение кровотечений и пациенты более года не испытывают необходимости в инъекциях фактора свертывания.

С точки зрения генной терапии самыми простыми (в плане лечения) являются наследственные болезни, определяемые одной парой аллельных генов, например серповидноклеточная анемия, гемофилия, фенилкетону-рия. Уже имеются данные о разработке экспериментальных подходов и об испытаниях методов генной терапии в отношении почти трех десятков заболеваний такого рода.

Более сложными являются исследования в области болезней, развитие которых обусловлено комплексным взаимодействием генов с факторами окружающей среды—сахарного диабета, онкологических заболеваний и т. д. Однако результаты первых клинических испытаний в отношении таких заболеваний в высшей степени обнадеживающие.

Успехи и достижения генетической инженерии в улучшении хозяйственных свойств животных и растений. Одна из важнейших задач генной инженерии — выведение трансгенных (генетически модифицированных) животных с повышенной продуктивностью, более высоким качеством продукции и устойчивостью к болезням. Не менее важно создание так называемых животных-биореакторов — производителей ценных биологически актив -ных веществ. Особый интерес представляет ген, кодирующий гормон роста.

Первые трансгенные мыши со встроенным геном гормона роста крысы были получены в 1982 г. У них отмечалось повышение скорости роста и быстрое увеличение массы тела (рис. 125).

Впечатляющие результаты были получены на европейском лососе. Особи лосося со встроенным геном гормона роста значительно крупнее обычных и в 2 раза быстрее достигают товарной массы (рис. 126).

Довольно часто для производства генно-инженерных медицинских препаратов используют трансгенные культуры клеток животных. На этой основе, например, разработано производство человеческого эритр о по этина — гормона, стимулирующего образование эритроцитов. Это позволило успешно проводить лечение больных различными формами анемии (малокровия).

Перспективы создания трансгенных сельскохозяйственных растений связаны с повышением их устойчивости к болезням и неблагоприятным условиям среды, а также с расширением круга культурных растений, способных к симбиотической фиксации азота и т. д. Для этого в растительные клетки вводятся нужные гены, полученные не только от других растений, но и от животных или микроорганизмов.

Сегодня генная инженерия осваивает новые рубежи. В настоящее время уже получены трансгенные формы томата (более 260), сои (более 200), хлопчатника (более 150), тыквенных растений (более 80), а также пшеницы, подсолнечника, яблони, земляники (рис. 127) и др.

Многие трансгенные растения содержат гены устойчивости к насекомым-вредителям, токсичным веществам и т. д. Например, выведены сорта картофеля, устойчивого к колорадскому жуку (листья вырабатывают белок, ядовитый для жуков), растения, способные защищать себя от тяжелых металлов, нефтепродуктов, радионуклидов и даже очищать от этих веществ почву и грунтовые воды.

В последнее время разрабатывается проект введения в зерновые культуры генов бактерий, способных усваивать атмосферный азот. Это позволит избавиться от необходимости вносить в почву азотные удобрения. Однако встраивать необходимо целый комплекс из 17 бактериальных генов. Кроме того, нужно заставить работать все эти гены в чужеродном для них геноме (например, пшеницы), что существенно усложняет задачу.

Одним из перспективных направлений генной инженерии является создание растений-биореакторов, способных продуцировать белки, необходимые в медицине, фармакологии и др. Их достоинствами является относительная простота создания и размножения, высокая продуктивность. Кроме того, чужеродные белки не вызывают иммунных реакций у растений, чего трудно добиться у животных.

Генетическая инженерия и биобезопасность. Одной из проблем, с которой столкнулась генетическая инженерия, является настороженное, а иногда и негативное отношение некоторой части населения к трансгенным (генетически модифицированным) организмам и продуктам из них. Этому способствовали публикации в средствах массовой информации, в которых утверждалось, что трансгенная продукция вредна для человека, а сами трансгенные организмы несут угрозу для экологической обстановки и т. п.

Следует подчеркнуть, что уже более 20 лет в развитых странах (США, Канаде и др.) используется значительное количество генно-инженерных продуктов. Однако каких-либо научно доказанных нежелательных эффектов от их применения установлено не было. Еще на стадии создания генетически модифицированных организмов (ГМО) осуществляется строгий контроль за тем, чтобы вносимый ген не синтезировал какой-либо токсичный или аллергенный компонент. После этого продукты, вырабатываемые трансгенным организмом, тщательно исследуются в лабораториях.

Кроме того, при выпуске на рынок генетически модифицированные продукты, так же как и любые другие, полученные химическим или иным способом (лекарственные препараты, стимуляторы роста растений, сахарозаменители, пищевые красители, консерванты, удобрения и т. д.), проверяются специальными службами. Их испытывают на токсичность, аллергенность, канцерогенность и т. п. Поэтому трансгенная продукция, прошедшая подобные испытания, является не более опасной, чем любая другая. Что же касается возможности негативного влияния генетически модифицированных организмов на окружающую среду, то здесь однозначного ответа пока нет, и теоретически такая проблема существует.

Результаты специальных исследований показывают, что экологический риск при выращивании трансгенных растений можно сравнить с риском испытания обычных новых селекционных сортов. Все соединения, которые появляются в трансгенных растениях, как правило, уже существуют в природе. Имеется определенный риск переноса генов, например, определяющих устойчивость к гербицидам, в сорные растения в результате их случайного скрещивания с гербицидоустойчивыми трансгенными растениями. Однако уже давно известно, что при длительном использовании гербицида такие сорняки появляются и в обычных условиях.

К тому же возможен обмен генов между генетически модифицированными растениями и родственными им культурными и дикими видами, что в отдаленном будущем может сказаться на стабильности сложившихся экосистем. Сегодня из-за сравнительно короткого срока использования трансгенных растений мы не можем абсолютно точно предсказать отдаленные последствия их влияния на окружающую среду. Поэтому, чтобы исключить неконтролируемое использование генетически измененных организмов, международные организации и отдельные страны разработали ряд законодательных документов, направленных на предупреждение возможных неблагоприятных экологических последствий для окружающей среды и здоровья человека от использования генно-инженерных технологий.

В Беларуси, как и в большинстве развитых стран, ведется работа по созданию нормативной базы по биобезопасности. В 2006 г. был принят Закон Республики Беларусь «О безопасности генно-инженерной деятельности». В нем сформулированы основные принципы безопасности в работе с генетически модифицированными организмами и продуктами, созданными на их основе. Определены организационно-правовые основы государственного регулирования, порядок государственной экспертизы безопасности генетически модифицированных организмов, их регистрации, высвобождения в окружающую среду и другие вопросы.

Все эти меры будут способствовать минимизации возможных вредных последствий от использования генно-инженерных технологий, без которых человечество в XXI в. уже никак не сможет обойтись.

1. Что представляет собой генодиагностика? Генная терапия?

2. Приведите примеры успешного использования методов генетической инженерии в животноводстве и растениеводстве.

3.  Какие перспективы открываются в селекции в связи с применением методов генной и клеточной инженерии?

4.  Какие меры принимаются для недопущения неконтролируемого использования генетически модифицированных организмов?

5.  Приведите доводы «за» и «против» использования трансгенных организмов. Как лично вы относитесь к данной проблеме? Почему?