Что такое генная инженерия и на что она способна

Психология

Генная инженерия – это современное направление биотехнологии, объединяющее знания, приемы и приемы из целого блока смежных наук – генетики, биологии, химии, вирусологии и так далее – с целью получения новых унаследованных свойств организмов.

Что такое генная инженерия и на что она способна

Фото: Национальный институт рака / Unsplash

Реструктуризация генотипов происходит путем внесения изменений в ДНК (макромолекула, которая обеспечивает хранение, передачу от поколения к поколению и реализацию генетической программы для развития и функционирования живых организмов) и РНК (одна из трех основных макромолекул, содержащихся в клетках) всех живых организмов).

Если вы вводите новые гены в растение, микроорганизм, организм животных или даже человека, вы можете наделить его новой желаемой чертой, которой он никогда раньше не обладал. С этой целью сейчас во многих отраслях используется генная инженерия. Например, на его основе сформировалась отдельная отрасль фармацевтической промышленности, которая является одной из современных отраслей биотехнологии.

История развития

Истоки

Основы классической генетики были заложены в середине 19 века благодаря экспериментам чешско-австрийского биолога Грегора Менделя. Принципы передачи наследственных признаков от родительских организмов к их потомкам, открытые им на примере растений в 1865 году, к сожалению, не получили должного внимания современников, и только в 1900 году Гуго де Фрис и другие европейские ученые самостоятельно «заново открыли» «законы о наследстве.

Параллельно с этим шел процесс формирования знаний о ДНК. Так, в 1869 году швейцарский биолог Фридрих Мишер открыл существование макромолекулы, а в 1910 году американский биолог Томас Хант Морган на основе наследования мутаций у дрозофилы обнаружил, что гены линейно обнаруживаются на хромосомах и образуют связывающие группы. В 1953 году было сделано важное открытие: американец Джон Ватсон и британец Фрэнсис Крик установили молекулярную структуру ДНК.

На подъеме

В конце 1960-х годов активно развивалась генетика, важнейшими объектами которой стали вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов интактных молекул ДНК, плазмид и вирусов, и в 1970-х годах были обнаружены многочисленные ферменты, катализирующие реакции трансформации ДНК.

Что такое генная инженерия и на что она способна

Фото: Национальный институт рака / Unsplash

Генная инженерия как отдельная область исследовательской работы зародилась в США в 1972 году, когда ученые Стэнфордского университета Пол Берг, Стэнли Норман Коэн, Герберт Бойер и их исследовательская группа ввели новый ген в бактерию E coli создал первую рекомбинантную ДНК.

Метод ПЦР был впервые разработан в 1980-х годах американским биохимиком Кэри Маллисом. Будущая Нобелевская премия по химии (1993) открыла специфический фермент: ДНК-полимеразу, которая участвует в репликации ДНК. Этот фермент буквально считывает длину нуклеотидной цепи молекулы и использует ее в качестве шаблона для следующей копии генетической информации.

Новая эра

В 1996 году в результате трансплантации ядра соматической клетки в цитоплазму яйца родилось первое клонированное млекопитающее, овечка Долли. Это событие стало революционным в истории развития генной инженерии, ведь впервые можно было всерьез говорить о создании клонов и выращивании живых организмов на основе молекул.

Читайте также:  Должны ли мы что-то своим родителям, и что именно мы должны?

Технологии генной инженерии

За короткий период времени генная инженерия оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила значительно продвинуться по пути понимания генетического аппарата.

так появилась технология CRISPR – инструмент редактирования генома. В 2014 году MIT Technology Review назвал его «величайшим открытием века в области биотехнологии». Он основан на системе защиты бактерий, которые вырабатывают специальные ферменты, которые позволяют им защищаться от вирусов.

Уникальное открытие произошло в 2011 году, когда биологи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье обнаружили, что белок Cas9 можно обмануть. Если дать ему искусственную ИНС, синтезированную в лаборатории, он, найдя совпадение в «архиве», атакует ее. Итак, с помощью этого белка вы можете разрезать геном в нужном месте – и не только разрезать его, но и заменить другими генами.

Что такое генная инженерия и на что она способна

Фото: Национальный институт рака / Unsplash

Теоретически технология CRISPR может изменить любую генетическую мутацию и вылечить вызываемое ею заболевание. Но практическое развитие CRISPR как терапии все еще находится в зачаточном состоянии, и многое еще предстоит понять.

Существуют и другие методы генной инженерии, такие как ZFN и TALEN.

  • ZFN разрезает ДНК и вставляет новый фрагмент, предварительно приготовленный с помощью белков с ионами цинка (отсюда и название – нуклеаза цинкового пальца).
  • TALEN делает то же самое, используя белки TAL. Для обеих технологий нужно создавать отдельные белки, а это очень долгая работа, пока эти два метода не нашли особого применения.

Где и как применяется генная инженерия

Медицина

Человеческий инсулин (гумулин), полученный с помощью рекомбинантной ДНК, уже активно используется. Клонированные гены человеческого инсулина были введены в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные штаммы микробов никогда не синтезировали. С 1982 года компании в США, Японии, Великобритании и других странах производят генетически модифицированный инсулин.

Кроме того, в медицинскую практику уже внедрено несколько сотен новых диагностических препаратов. Исследуемые препараты включают препараты, потенциально способствующие лечению остеоартрита, сердечно-сосудистых заболеваний, рака и СПИДа. Из нескольких сотен генно-инженерных компаний 60% занимаются разработкой и производством лекарств и средств диагностики.

Сельское хозяйство

В сельском хозяйстве одной из важнейших задач генной инженерии является получение устойчивых к вирусам растений и животных. В настоящее время уже существуют виды, способные противостоять воздействию более десятка различных вирусных инфекций.

Еще одна проблема связана с защитой растений от вредных насекомых. Путем генетической модификации растений можно снизить интенсивность обработки полей пестицидами. Например, трансгенные растения картофеля и томата приобрели устойчивость к колорадскому жуку, хлопчатнику и различным насекомым, включая хлопкового червя.

Что такое генная инженерия и на что она способна

Фото: Национальный институт рака / Unsplash

Благодаря генной инженерии зерновые культуры стали более устойчивыми к климатическим условиям, кроме того, появилась возможность увеличить количество витаминов и питательных веществ в продукте. Например, вы можете обогатить рис витамином «А» и выращивать его в тех регионах, где людям очень не хватает этого элемента.

Они также пытаются решить экологические проблемы с помощью генной инженерии. Поэтому уже созданы особые сорта растений с функцией очистки почвы. Они поглощают цинк, никель, кобальт и другие опасные вещества из почв, загрязненных промышленными отходами.

Скотоводство

В Кемеровской области работа генетиков позволила получить селекцию высокопродуктивных животных, устойчивых к вирусу лейкемии. Для эксперимента кузбасские ученые выбрали здоровых коров черно-пестрой породы весом до 500 кг. Животным пересаживали модифицированные эмбрионы, устойчивые к вирусу лейкемии. В середине сентября 2020 года родилось 19 телят с измененными генами.

Читайте также:  Без курсов и репетиторов: как научить ребенка английскому

По словам Зубовой, лейкоз крупного рогатого скота – это хронически неизлечимое вирусное заболевание, при котором возникают поражения кроветворной системы и новообразования. Это заболевание наносит значительный ущерб генетическому составу пород и мясной промышленности в целом, так как мясо инфицированных животных в пищу запрещено. Раньше единственным доступным методом борьбы с лейкемией было уничтожение зараженного скота.

Этот успех предполагает, что в будущем можно будет модифицировать гены крупного рогатого скота от других болезней.

С прицелом на человека

В 2009 году группе ученых под руководством молодого исследователя Джея Нейтца из Вашингтонского университета удалось с помощью генной терапии восстановить у обезьян способность различать оттенки зеленого и красного, которой они были лишены с рождения.

Что такое генная инженерия и на что она способна

Фото: Национальный институт рака / Unsplash

Безобидный вирус, несущий отсутствующий ген светочувствительного рецептора, был введен в сетчатку двух экспериментальных обезьян. Сразу после процедуры обе обезьяны стали различать оттенки красного и зеленого на сером фоне. Двухлетнее наблюдение не выявило в них никаких нарушений, поэтому ученые не исключают, что эта методика в скором времени может быть применена у людей с дальтонизмом.

Ученые пошли еще дальше и уже пытаются выращивать органы в телах животных для трансплантации людям. Чтобы свести к минимуму риск отторжения тканей, животным вводят специальные гены. Эти эксперименты проводятся научной лабораторией Института Росслина в Великобритании, которая представила миру овцу Долли.

В 2019 году британские ученые вырастили цыплят, яйца которых содержат два типа человеческих белков, которые могут бороться с артритом и некоторыми видами рака. Яйца содержат человеческий белок под названием IFNalpha2a, который обладает мощными противовирусными и противораковыми свойствами, а также человеческий и свиной вариант белка под названием макрофаг-CSF, который они намерены использовать для создания лекарства, стимулирующего спонтанное заживление поврежденной ткани.

Изменение ДНК человека

Первые клинические испытания методов генной терапии были начаты 22 мая 1989 г с целью генетической маркировки инфильтрирующих опухоль лимфоцитов в случае прогрессирующей меланомы.

14 сентября 1990 года в Бетесде, США, четырехлетней девочке с наследственным иммунодефицитом, вызванным мутацией в гене аденозиндезаминазы (ADA), трансплантировали собственные лимфоциты.

Рабочая копия гена ADA была введена в клетки крови с использованием модифицированного вируса, что позволило клеткам самим производить необходимый белок. Через шесть месяцев количество лейкоцитов в организме девочки нормализовалось.

Впоследствии область генной терапии получила импульс для дальнейшего развития. С 1990-х годов сотни лабораторий изучали использование генной терапии для лечения различных заболеваний. Уже сегодня генную терапию можно использовать для лечения диабета, анемии и некоторых видов онкологии.

Что такое генная инженерия и на что она способна

Фото: Национальный институт рака / Unsplash

Генная терапия

Генная терапия – это введение, удаление или модификация генетического материала, в частности ДНК или РНК, в клетку пациента для лечения определенного заболевания.

Существует три основных стратегии использования генной терапии:

  1. Замена мутировавшего гена, вызывающего заболевание, на здоровую копию.
  2. Инактивация или «устранение» мутировавших генов, которые не функционируют должным образом.
  3. Введение в организм нового гена, который поможет бороться с болезнью.

Наиболее часто используемый метод включает вставку «терапевтического» гена для замены «аномального» или «вызывающего заболевание» гена».

Читайте также:  Лавбомбинг и груминг от нарцисса

В 2015 году впервые была проведена процедура модификации ДНК человека с целью продления молодости клеток, когда 44-летней американке Элизабет Пэрриш ввели в организм лекарство, влияющее на ДНК, а в 2018 году – Китайский ученый Хэ Цзянькуй утверждал, что с его помощью гены детей-близнецов будут изменены, чтобы развить иммунитет к вирусу ВИЧ, который был перенесен их отцом.

Все это, с одной стороны, звучит здорово и обнадеживающе, но, с другой стороны, вызывает опасения, потому что генетические манипуляции теоретически могут использоваться не только в добрых и мирных целях.

После эксперимента с ДНК близнецов в Китае ЮНЕСКО выступила с инициативой запретить генетические изменения у новорожденных до тех пор, пока безопасность таких манипуляций не будет надежно продемонстрирована.

Этическая сторона вопроса

В 1997 году ЮНЕСКО опубликовала Всеобщую декларацию о геноме человека и его правах, рекомендуя мораторий на генетическое вмешательство в зародышевую линию человека, а в декабре 2015 года на Международном саммите по редактированию генома человека внесла изменения в гаметоциты и эмбрионы, чтобы вызвать наследственные изменения в геноме человека человека объявили безответственным.

Большая часть российского генетического сообщества считает, что такие эксперименты в настоящее время преждевременны и требуют более глубокого исследования и обсуждения.

Что такое генная инженерия и на что она способна

Фото: Национальный институт рака / Unsplash

Страх неизвестности

Существует множество вариантов развития событий в области генной инженерии, и далеко не все они изучены и в принципе известны. Поэтому их необходимо постоянно регистрировать и регулировать.

Конечно, больше всего опасений вызывают негативные сценарии развития событий. Как правило, все начинается с помощи людям и изобретением новых лекарств. Но тогда у человека может прийти к желанию сделать своего ребенка белокурым и зеленоглазым или создать армию универсальных солдат, не боящихся боли и не знающих страха.

Олег Долгицкий, социальный философ, отмечает, что современное общество настолько культурно и экономически неоднородно, что любой метод, способный существенно изменить геном, может создать условия не только для класса, но и для расслоения видов, в котором представители ” Первый мир »позволяет значительно продлить жизнь и не бояться никаких болезней, в отличие от менее богатых людей. Это самая серьезная арена конфликта и противостояния.

Специалисты уверены, что генная инженерия – это будущее медицины. Возможность спасти ребенка от бремени болезней на всю жизнь, вылечить людей от рака, найти лекарство от ВИЧ – за всем этим стоит генная инженерия. При этом желание человека изменить, например, цвет глаз или предотвратить наследственное заболевание, несмотря на все риски, будет только расти. И кажется, что остановить этот процесс уже невозможно.

Читайте также:

Цифровые генетические паспорта введут в Россию с 2021 года

Можно ли доверять тестам на семейную историю?

Что такое крионика и может ли она победить смерть

Если вам понравился материал, подпишитесь на канал РБК Тренды в Яндекс.Дзен — это поможет нам развиваться!

Валерия Кузнецова
Главный редактор , psyban.ru
Психолог с многолетним стажем. Использую различные лайфхаки в личной жизни. Друзья постоянно говорят, чтобы я размещала свои советы в интернете. Будьте любимыми вместо со мной!
contact me
Оцените статью
psyban.ru
Добавить комментарий