ĢMO vēsture. Kopsavilkums: Ģenētiski modificētu organismu radīšana un pielietošana Īsa ĢMO vēsture

Kas ir ĢMO? ģenētiski modificēts organisms ĢMO) - dzīvs organisms, kura ģenētiskā sastāvdaļa ir mākslīgi pārveidota, izmantojot gēnu inženierijas metodes. Parasti šādas izmaiņas tiek izmantotas zinātniskiem vai lauksaimniecības mērķiem. ģenētiskā modifikācija ( GM) atšķiras no dabiskā, raksturīgs mākslīgai un dabiskai mutaģenēzei, ar mērķtiecīgu iejaukšanos dzīvā organismā.

Galvenais ražošanas veids šobrīd ir transgēnu ieviešana.

No vēstures.

Izskats ĢMO Tas bija saistīts ar pirmo rekombinanto baktēriju atklāšanu un radīšanu 1973. gadā. Tas izraisīja domstarpības zinātnieku aprindās, iespējamo risku rašanos, ko rada gēnu inženierija, kas 1975. gadā Asilomar konferencē tika detalizēti apspriesti. Viens no galvenajiem šīs sanāksmes ieteikumiem bija izveidot valdības pārraudzību pār rekombinanto pētniecību. DNS lai šo tehnoloģiju varētu uzskatīt par drošu. Pēc tam Herberts Boiers nodibināja pirmo rekombinanto tehnoloģiju uzņēmumu. DNS(Genentech) un 1978. gadā uzņēmums paziņoja par produkta izveidi, kas ražo cilvēka insulīnu.

1986. gadā biotehnoloģiju pretinieki vairākkārt aizkavēja ģenētiski modificētu baktēriju lauka testus, kas varētu aizsargāt augus no sala, ko izstrādāja neliela biotehnoloģiju kompānija Advanced Genetic Sciences Oklendā, Kalifornijā.

Astoņdesmito gadu beigās un 90. gadu sākumā FAO un PVO izstrādāja vadlīnijas ģenētiski modificētu augu un pārtikas produktu drošuma novērtēšanai.

Astoņdesmito gadu beigās Kanādā un ASV sākās neliela eksperimentāla ģenētiski modificēto (ĢMO) ražošana. GM) augi. Pirmie apstiprinājumi liela mēroga komerciālai audzēšanai tika doti 90. gadu vidū. Kopš tā laika lauksaimnieku skaits visā pasaulē izmanto katru gadu.

Problēmas, ko atrisināja ĢMO parādīšanās.

Izskats ĢMO zinātnieki uzskata par vienu no augu un dzīvnieku audzēšanas veidiem. Citi zinātnieki uzskata, ka Gēnu inženierija- klasiskās selekcijas strupceļa nozare, jo ĢMO nav mākslīgas selekcijas produkts, proti, sistemātiska un ilgstoša dzīva organisma jaunas šķirnes (sugas) kultivēšana dabiskās pavairošanas ceļā, un faktiski ir jaunums. mākslīgi radīts laboratorijas apstākļos organisms.

Vairumā gadījumu lietošana ĢMO ievērojami palielina produktivitāti. Pastāv viedoklis, ka pie pašreizējiem iedzīvotāju skaita pieauguma tempiem tikai ĢMO var tikt galā ar bada draudiem, jo ​​tādā veidā iespējams būtiski paaugstināt produkcijas ražu un kvalitāti. Citi zinātnieki - ĢMO pretinieki uzskata, ka esošās izstrādātās tehnoloģijas jaunu augu un dzīvnieku šķirņu audzēšanai, zemes kopšanai spēj pabarot strauji pieaugošo planētas iedzīvotāju skaitu.

ĢMO iegūšanas metodes.
ĢM paraugu izveides secība:
1. Nepieciešamā gēna audzēšana.
2. Šī gēna ievadīšana donora organisma DNS.
3. Pārsūtīšana DNS ar gēnu projicētajā organisms.
4. Šūnu transplantācija organismā.
5. Modificēto organismu likvidēšana, kuri nav veiksmīgi modificēti.

Tagad gēnu ražošanas process ir labi izveidots un vairumā gadījumu automatizēts. Ir izstrādātas speciālas laboratorijas, kurās ar datorvadāmu ierīču palīdzību tiek kontrolēti nepieciešamo nukleotīdu secību sintēzes procesi. Šādas ierīces atveido segmentus DNS līdz 100-120 slāpekļa bāzēm garumā (oligonukleotīdi).

Lai ievietotu saņemto gēns vektorā (donororganismā), tiek izmantoti fermenti - ligāzes un restrikcijas enzīmi. Ar restriktāzes vektora palīdzību un gēns var sagriezt atsevišķos gabalos. Ar ligāžu palīdzību līdzīgus gabalus var “savienot”, apvienot pavisam citā kombinācijā, tādējādi radot pilnīgi jaunu gēns vai ievadot to donoram organisms.

Gēnu ievadīšanas paņēmiens baktērijās tika pieņemts gēnu inženierijā pēc tam, kad kāds Frederiks Grifits atklāja baktēriju transformāciju. Šīs parādības pamatā ir parastais seksuālais process, ko baktērijās pavada neliela fragmentu apmaiņa starp plazmīdām un nehromosomu. DNS. Plazmīdu tehnoloģija veidoja pamatu mākslīgo gēnu ievadīšanai baktēriju šūnās.

Lai ievadītu iegūto gēnu dzīvnieku un augu šūnu genomā, tiek izmantots transfekcijas process. Pēc vienšūnu vai daudzšūnu organismu šūnu modifikācijas sākas klonēšanas stadija, tas ir, organismu un to pēcnācēju atlases process, kas ir veiksmīgi ģenētiski modificēti. Ja nepieciešams iegūt daudzšūnu organismus, tad ģenētiskās modifikācijas rezultātā izmainītās šūnas izmanto augos kā veģetatīvo pavairošanu, dzīvniekiem tās ievada surogātmātes blastocistās. Rezultātā dzimst pēcnācēji ar modificētu gēnu fonu vai ne, tos, kuriem ir gaidītās īpašības, atkal atlasa un atkal krusto savā starpā, līdz parādās stabili pēcnācēji.

ĢMO pielietošana.

ĢMO izmantošana zinātnē.

Tagad ģenētiski modificētos organismus plaši izmanto lietišķajos un fundamentālajos zinātniskajos pētījumos. Ar to palīdzību tiek pētītas slimību rašanās un attīstības likumsakarības, piemēram, vēzis, Alcheimera slimība, reģenerācijas un novecošanās procesi, pētīti nervu sistēmā notiekošie procesi un citas medicīnā aktuālas problēmas. un bioloģija ir atrisināta.

ĢMO izmantošana medicīnā.

Kopš 1982. gada lietišķajā medicīnā tiek izmantoti ģenētiski modificētie organismi. Šogad kā medikaments reģistrēts cilvēka insulīns, kas iegūts ar β-baktēriju palīdzību.

Pašlaik notiek pētījumiem saņemot ar GM- augu zāles un vakcīnas pret tādām slimībām kā mēris un HIV. No ĢM saflora iegūtais proinsulīns tiek testēts. Preparāts trombozes ārstēšanai, kas iegūts no ģenētiski modificētu kazu piena, ir veiksmīgi pārbaudīts un apstiprināts lietošanai. Tāda medicīnas nozare kā gēnu terapija ir saņēmusi ļoti strauju attīstību. Šī medicīnas joma ir balstīta uz cilvēka somatisko šūnu genoma modifikāciju. Tagad gēnu terapija ir galvenā metode cīņā pret vairākām slimībām. Tā, piemēram, 1999. gadā katrs 4. bērns, kurš saslima (smags kombinēts imūndeficīts), tika veiksmīgi ārstēts ar gēnu terapiju. Tāpat kā vienu no novecošanas procesu apkarošanas veidiem plānots izmantot gēnu terapiju.

ĢMO izmantošana lauksaimniecībā.

Lauksaimniecībā Gēnu inženierija To izmanto kā jaunu augu šķirņu radīšanu, kas iztur sausumu, zemu temperatūru, ir izturīgi pret kaitēkļiem, ar labākām garšas un augšanas īpašībām. Rezultātā iegūtajām jaunajām dzīvnieku šķirnēm ir raksturīga paaugstināta produktivitāte un paātrināta izaugsme. Šobrīd jau ir radītas jaunas augu šķirnes, kuras izceļas ar augstāko kaloriju saturu un cilvēka organismam nepieciešamā mikroelementu daudzuma saturu. Tiek testētas jaunas ģenētiski modificēto koku šķirnes, kurām ir augsts celulozes saturs un ātra augšana.

Citas ĢMO pielietošanas jomas.

Jau tiek izstrādātas rūpnīcas, kuras varētu izmantot kā biodegvielu.

2003. gada sākumā pirmais ģenētiski modificēts organisms- GloFish, radīts estētiskiem nolūkiem. Pateicoties tikai gēnu inženierijai, ļoti populārā akvārija zivs Danio rerio uz vēdera ir ieguvusi vairākas fluorescējošas spilgtas krāsas svītras.

2009. gadā pārdošanā parādās jauna rožu šķirne "Aplausi" ar zilām ziedlapiņām. Līdz ar šo rožu parādīšanos ir piepildījies daudzu selekcionāru sapnis, kuri neveiksmīgi mēģina izaudzēt rozes ar zilām ziedlapiņām.

Zinātne ne tikai risina problēmas, ko šodien sev izvirza, bet arī sagatavo rītdienu tehnoloģijām, medicīnai, lauksaimniecībai, starpzvaigžņu lidojumiem un dabas iekarošanai.

Ievads

Viena no perspektīvākajām zinātnēm ir ģenētika, kas pēta organismu iedzimtības un mainīguma parādības. Iedzimtība ir viena no dzīvības pamatīpašībām, kas nosaka formu vairošanos katrā nākamajā paaudzē. Un, ja vēlamies iemācīties vadīt dzīvības formu attīstību, mums noderīgo veidošanos un kaitīgo likvidēšanu, mums ir jāsaprot iedzimtības būtība un jaunu iedzimtības īpašību parādīšanās organismos cēloņi.

Šajā kopsavilkumā ir aplūkotas gēnu inženierijas galvenās īpašības, problēmas un perspektīvas. Šobrīd šī tēma ir ļoti aktuāla. 21. gadsimta sākumā pasaulē dzīvo aptuveni 5 miljardi cilvēku. Pēc zinātnieku domām, līdz 21. gadsimta beigām pasaules iedzīvotāju skaits var pieaugt līdz 10 miljardiem. Kā pabarot tik daudz cilvēku ar kvalitatīvu pārtiku, ja pat ar 5 miljardiem dažos reģionos iedzīvotāji mirst badā? Taču, pat ja šādas problēmas nebūtu, tad cilvēce, lai atrisinātu citas savas problēmas, censtos lauksaimniecībā ieviest produktīvākās biotehnoloģijas. Viena no šādām tehnoloģijām ir gēnu inženierija.

Lai uzrakstītu abstraktu, tika savākts, vispārināts un sistematizēts materiāls, kas bija ļoti grūti, jo avotos ir daudz domstarpību, daudz viedokļu. Tā kā gēnu inženierija mūsdienās ir guvusi lielu attīstību, joprojām ir ļoti maz grāmatu par šo tēmu, tāpēc darbā tika izmantoti internetā atrodamie raksti.

Ģenētiskās modifikācijas vēsture

Ģenētiskās modifikācijas vēsture aizsākās 1972. gadā, kad amerikāņu zinātnieks Pols Bergs pirmo reizi mēģenē apvienoja vienā veselumā divus no dažādiem organismiem (baktērijām un onkogēnā pērtiķa vīrusa) izolētus gēnus. Viņš ieguva DNS rekombināciju, kas nevarēja veidoties dabā. Šāda DNS tika ievadīta baktēriju šūnās - tika izveidots pirmais transgēnais organisms.

Tam sekoja baktēriju radīšana, kas satur Drosophila mušu, trušu un cilvēku gēnus.

Transgēnie organismi ir saņēmuši dažādus nosaukumus: rekombinantie, dzīvie modificētie, ģenētiski modificētie, ģenētiski modificētie, himēriskie.

Jaunu organismu parādīšanās ir satraukusi daudzus zinātniekus. Viņi, tostarp Bergs, publicēja vēstuli žurnālā "Science", aicinot apturēt darbu pie gēnu inženierijas, līdz tiks noteikta transgēno organismu drošība un izstrādāti noteikumi par drošību darbā ar tiem. Ir izteikts pieņēmums, ka cilvēka radītie organismi var būt bīstami esošajiem organismiem. To parādīšanās dabā var izraisīt to nekontrolētu vairošanos, dabisko iemītnieku pārvietošanos. Iespējams, ka transgēnie organismi var izraisīt iepriekš nezināmu augu, dzīvnieku un cilvēku slimību epidēmijas, izjaukt līdzsvaru dabā un nejauši pārnest gēnus. Bija diskusijas: morāles, reliģiskās, ētiskās, politiskās.

Britu žurnālisti ģenētiski modificēto pārtiku (kas iegūta no transgēniem organismiem) nodēvējuši par "Frankenšteina pārtiku".

Tika noteikts īss moratorijs gēnu inženierijas darbam. Pēc drošības noteikumu izveides darbam ar ģenētiski modificētiem organismiem, kopš 1976.g. aizliegums tika atcelts. Sākotnējie darbi tika veikti stingros drošības apstākļos īpašos objektos. Taču 30 darba gados nekas bīstams netika radīts, tāpēc pamazām piesardzības pasākumi tika samazināti.

Radās jauna nozare – transgēnās tehnoloģijas. Tas ir balstīts uz transgēnu organismu izstrādi un izmantošanu. ASV vien ir vairāk nekā 2500 uzņēmumu, kas izmanto transgēnās tehnoloģijas. Tajos strādā augsti kvalificēti speciālisti, kas konstruē organismus uz vīrusu, sēnīšu, augu un dzīvnieku bāzes.

Transgēno tehnoloģiju izstrādātāji gēnu inženierijas metodi kultūraugu veidošanai uzskata par uzlabotu krustojumu, kas ievērojami samazina laiku uzlaboto augu šķirņu izveidei. Transgēno tehnoloģiju pretinieki uzskata, ka tradicionālā selekcija tiek veikta starp vienas vai vairāku cieši radniecīgu sugu šķirnēm, un ar transgēnu metodēm gēni tiek pārvietoti no vienas sugas uz otru, pārkāpjot visas ilgākā laika periodā nodibinātās robežas starp dzīviem organismiem. Tas noved pie fundamentāli jaunu organismu rašanās ar modificētu iedzimtības programmu. To ziedputekšņi un sēklas neizbēgami iekļūs dabiskajā vidē un izraisīs neatgriezeniskas izmaiņas, kuru sekas ir neparedzamas. Turklāt transgēnās tehnoloģijas nav pietiekami perfektas. Jauna gēna ievietošanas process nav pietiekami precīzs, t.i., nav iespējams paredzēt jaunā gēna vietu genomā. Ievadītais gēns var mainīt saimniekšūnu gēnu funkcijas, izraisīt jaunu vielu sintēzi, blaknes, kas saistītas ar gēnu pleiotropo (daudzkārtējo) darbību u.c.

Tiek pieņemts, ka transgēnie augi ir videi droši. Pēdējo 15 gadu laikā uz lauka ir pārbaudīti 25 000 transgēnu kultūru. Pirmais komerciālais transgēns bija Calgen izstrādātā tomātu šķirne "Flavr Savr" (1. pielikums). Tie parādījās 1994. gadā ASV lielveikalos. Tomēr problēmas ar to ražošanu un transportēšanu noveda pie tā, ka šķirne tika izņemta no pārdošanas. Tad tika iegūtas daudzas dažādu lauksaimniecības kultūru šķirnes. Visizplatītākā kultūra ir sojas pupas. Tā transgēnu komerciālā audzēšana uzsākta kopš 1995. gada. Otrajā vietā ir kukurūza, trešajā – kokvilna, pēc tam eļļas rapsis, tabaka, kartupeļi u.c.

Transgēno augu priekšrocība ir tā, ka tos audzē, neizmantojot ķīmiskas vielas. Plaši tiek izmantots insekticīdu transgēnu augu veids, kas satur baktērijas Bacillus thuringienesis gēnu, kas veicina kukurūzas, kartupeļu un kokvilnas kaitēkļu sakāvi. Auga sintezētais insekticīds baktēriju toksīns ir nekaitīgs cilvēkiem un dzīvniekiem. Tāpēc insekticīdu transgēnu augu izmantošana var palielināt neto ienākumus par 35%, salīdzinot ar nemodificētiem augiem. No pārbaudītajiem modificētajiem augiem 40% ir izturīgi pret vīrusiem, 25% ir izturīgi pret herbicīdiem, bet 25% ir izturīgi pret kaitīgajiem kukaiņiem.

Ģenētiski modificētiem augiem ir vairākas priekšrocības. Tie ir mazāk dīvaini, izturīgāki pret slimībām, kaitēkļiem, pesticīdiem, un tiem ir lielāka raža. No tiem iegūtie produkti tiek uzglabāti ilgāk, tiem ir labāks noformējums, tiem ir paaugstināta uzturvērtība. Piemēram, augu eļļā no transgēnās kukurūzas, sojas rapšu sēklām ir samazināts piesātināto tauku daudzums. Transgēnie kartupeļi un kukurūza satur mazāk ūdens un vairāk cietes. No šādiem kartupeļiem iegūst gaisa čipsus, frī kartupeļus. Tas prasa mazāk eļļas cepšanai. Šos pārtikas produktus ķermenim ir vieglāk sagremot.

1999. gadā tika iegūti transgēni "zelta rīsi" ar augstu karotīna saturu. Tas kalpo, lai novērstu bērnu aklumu jaunattīstības valstīs, kur tas ir galvenais pārtikas produkts.

Pasaules līderi transgēno augu audzēšanā ir ASV, Argentīna, Kanāda un Ķīna. 12 gadus ASV tika audzēti 3,5 triljoni. tonnas transgēnu augu. Šādu augu masveida sēšana ES un Krievijā ir aizliegta. ES valstis pret produktiem, kas iegūti ģenētiskās modifikācijas ceļā. Krievijā un Ukrainā tiek ievesti daži modificēti produkti: sojas pupas, kukurūza, kartupeļi.

Ģenētiski modificētos augus plaši izmanto pārtikas un uztura bagātinātāju ražošanā. Piemēram, sojas lecitīns (E322) tiek izmantots kā emulgators un stabilizators konditorejas rūpniecībā, bet sojas pupu mizas tiek izmantotas graudaugu, uzkodu un kliju ražošanā. Modificēto soju plaši izmanto pārtikas rūpniecībā kā lētu pildvielu (iekļauta tādos produktos kā desa, maize, šokolāde utt.). Čipsu gatavošanai izmanto modificētos kartupeļus un kukurūzu, kā arī cieti, ko izmanto kā biezinātāju, želējošu vielu, želejvielas maizes un konditorejas rūpniecībā. Tos izmanto arī daudzu kečupu, mērču, majonēžu ražošanā. Modificētās kukurūzas un rapšu eļļas tiek izmantotas kā piedevas margarīnā, konditorejas izstrādājumos, cepumos.

Daudzsološs virziens ir transgēnu produktu izmantošana imūnprofilaktikai. Tātad jau ir iegūta tabaka, kuras ģenētiskajā kodā ir cilvēka gēns, kas atbild par antivielu veidošanos pret masalu vīrusu. Tuvākajā nākotnē tiks radīti augi ar pretvīrusu gēniem no dzīvniekiem un cilvēkiem.

Greenpeace speciālisti ir sagatavojuši sarakstu ar produktiem, kas var saturēt transgēnus produktus, norādot ražošanas uzņēmumus. Tajos ietilpst: Mars, Snickers, Twix šokolādes produkti, Coca-Cola, Sprite, Pepsi, Co-la bezalkoholiskie dzērieni, Nesquik šokolādes dzēriens, Knorr mērces, Lipton tēja, Stimorol košļājamā gumija utt. Sarakstu var redzēt jebkurš interneta lietotājs.

Galvenais diskusiju jautājums joprojām ir jautājums par transgēno produktu drošību ķermenim un videi.

Transgēnie produkti pēc to galvenajām īpašībām neatšķiras no dabīgiem produktiem. Transgēno produktu toksicitāte un alerģenitāte ir pārbaudīta. Tomēr nav pilnīgi uzticamu metožu nekaitīguma pārbaudei. Pēdējos gados ir bijuši pierādījumi par to negatīvo ietekmi uz dzīviem organismiem.

1998. gada aprīlī britu profesors Arpads Puštajs, kurš strādāja Rovetas štata institūtā Aberdīnā, televīzijas intervijā paziņoja, ka ar transgēniem kartupeļiem baroto žurku organismā notikušas neatgriezeniskas izmaiņas. Dzīvnieki sāka ciest no imūnsistēmas nomākšanas, tika novēroti dažādi iekšējo orgānu darbības traucējumi. Zinātnieks esot atlaists par it kā nepatiesas informācijas izplatīšanu.

Neatkarīga 20 zinātnieku grupa pētīja A. Pusztai darbus. 1999. gada februārī viņa publicēja secinājumu, kurā apstiprināja savu rezultātu ticamību. Pēc tam Apvienotās Karalistes Lauksaimniecības ministrija izskatīja jautājumu par ģenētiski modificētu produktu tirdzniecības aizliegumu bez visaptverošas izpētes un licencēšanas.

Aptuveni tajā pašā laikā York Nutrition Laboratory atklāja, ka modificētas sojas ēšana pēdējo divu gadu laikā ir pasliktinājusi alerģijas un gremošanas problēmas. Turklāt viena no sojas šķirnēm ir bīstama cilvēkiem, kuriem ir alerģija pret riekstiem. Sēklu uzņēmums Pioneer Hybrid International ieviesa Brazīlijas riekstu gēnu sojas DNS. tā uzglabāšanas proteīns ir bagāts ar aminoskābēm cisteīnu un metionīnu. Cietušie saņēma kompensāciju no uzņēmuma, un modifikācijas projekts tika ierobežots.

Transgēnie produkti var radīt arī toksiskas vielas. Piemēram, pēc vairāku gadu ilgas pārtikas piedevas aspartāma (E951) lietošanas, kas apstiprināta lietošanai pārtikas un farmācijas rūpniecībā vairāk nekā 100 valstīs, ir saņemti ziņojumi par nopietnām blakusparādībām. Aspartāms ir 200 reizes saldāks par cukuru, tāpēc to izmantoja kā saldinātāju (bet ne saldinātāju, kas pēc savas būtības ir ogļhidrāti un kam ir augsts kaloriju saturs) vienu pašu vai kā daļu no saldinātāju maisījumiem ("Sladex", " Asparvit", "Slamix" utt.). Pēc ķīmiskās struktūras tas ir metilēts dipeptīds, kas sastāv no divu aminoskābju (asparagīnskābes un fenilalanīna) atlikumiem. Aspartāms tika ieteikts pacientiem ar cukura diabētu, kariesa profilaksei, tika izmantots vairāk nekā 5000 produktu ražošanā (piena deserti, jogurti, košļājamā gumija u.c.), īpaši tādu, kuriem nav nepieciešama termiskā apstrāde.

Ilgstoši pakļaujoties temperatūrai, aspartāma sastāvdaļas tiek atdalītas. Metanols pārvēršas formaldehīdā (indīgs, izraisa olbaltumvielu koagulāciju) un pēc tam skudrskābē. Metanola toksicitāte izraisa simptomus, kas līdzīgi multiplās sklerozes simptomiem, taču atšķirībā no pēdējās slimības tā ir letāla.

Fenilalanīnu, kas ir daļa no aspartāma, saskaņā ar jaunākajiem sasniegumiem medicīnā var efektīvi absorbēt pat ne visi veselie cilvēki. Fenilalanīna papildu ievadīšana ievērojami palielina tā līmeni asinīs un nopietni apdraud smadzeņu darbību. Aspartāms ir kontrindicēts pacientiem ar fenilketonūriju (iedzimta slimība). Populāri ASV laikraksti aspartāmu sauca par "saldo indi".

Gēnu kustība caur transgēniem produktiem ir reāls drauds. Par to liecina eksperimenti ar gēnu pārnešanu, kas nodrošina rezistenci pret antibiotikām, ko veica Harijs Gilberts un kolēģi no Ņūkāslas universitātes un publicēja Apvienotās Karalistes Pārtikas drošības standartu aģentūra. Eksperiments tika veikts ar brīvprātīgajiem (12 veseliem un 7 ar ķirurģiski izņemtu resnās zarnas). Viņi tika baroti ar hamburgeriem un piena kokteiļiem, kas satur modificētu soju. Eksperimentu analīze parādīja, ka veseliem cilvēkiem baktērijas nesatur modificētu DNS, savukārt brīvprātīgo baktērijām ar izņemtu resnās zarnas bija šāda DNS. Zinātnieki ir ierosinājuši, ka DNS saglabājas tievajās zarnās, bet tiek pilnībā iznīcināta resnajā zarnā.

Gēnu, kas nodrošina rezistenci pret antibiotikām (tomāti izturīgi pret kanamicīnu, kukurūza pret ampicilīnu), izmantošana modificētajos produktos var izraisīt to iekļūšanu cilvēku un dzīvnieku zarnās dzīvojošo baktēriju genomā. Ar izkārnījumiem baktērijas tiks izvadītas ārā, un no turienes gēni tiks pārnesti uz patogēniem. Tas novedīs pie jaunu mikroorganismu rašanās, kas ir izturīgi pret visām pieejamajām zālēm.

Saskaņā ar ANO Konvencijas par bioloģisko daudzveidību Bioloģiskās drošības protokolu ir jāpierāda ģenētiski modificēto organismu drošums un tikai tad jāatzīst to piemērotība. Daudzās valstīs ir noteikumi, kas pieļauj tikai noteiktu nelielu transgēna materiāla saturu produktos (piemēram, ES valstīs - līdz 1%). Neskatoties uz aizliegumiem, tirgū pastāvīgi nonāk pareizi marķēti un nemarķēti ģenētiski modificēti produkti. Šādu produktu iespējamā bīstamība nav galīgi apzināta, taču tā var parādīties nākotnē.

Gēnu inženierija (ģenētiskā inženierija) - paņēmienu, metožu un tehnoloģiju kopums rekombinantās RNS un DNS iegūšanai, gēnu izolēšanai no organisma (šūnām), manipulēšanai ar gēniem un to ievadīšanai citos organismos.
Gēnu inženierija nav zinātne plašākā nozīmē, bet gan biotehnoloģijas instruments, izmantojot tādu bioloģijas zinātņu metodes kā molekulārā un šūnu bioloģija, citoloģija, ģenētika, mikrobioloģija, virusoloģija.

Ekonomiskā nozīme

Gēnu inženierija kalpo, lai iegūtu vēlamās modificēta vai ģenētiski modificēta organisma īpašības. Atšķirībā no tradicionālās audzēšanas, kuras laikā genotips tiek mainīts tikai netieši, gēnu inženierija ļauj tieši iejaukties ģenētiskajā aparātā, izmantojot molekulārās klonēšanas tehniku. Gēnu inženierijas pielietojuma piemēri ir jaunu ģenētiski modificētu kultūraugu šķirņu ražošana, cilvēka insulīna ražošana, izmantojot ģenētiski modificētas baktērijas, eritropoetīna ražošana šūnu kultūrā vai jaunas eksperimentālo peļu šķirnes zinātniskiem pētījumiem.

Mikrobioloģiskās, biosintētiskās rūpniecības pamats ir baktēriju šūna. Rūpnieciskai ražošanai nepieciešamās šūnas tiek atlasītas pēc noteiktiem kritērijiem, no kuriem svarīgākais ir spēja maksimāli iespējamajos daudzumos ražot, sintezēt noteiktu savienojumu - aminoskābi vai antibiotiku, steroīdu hormonu vai organisko skābi. . Dažkārt ir vajadzīgs kāds mikroorganisms, kas, piemēram, var izmantot eļļu vai notekūdeņus kā "pārtiku" un pārstrādāt tos barības piedevām diezgan piemērotā biomasā vai pat olbaltumvielās. Dažreiz ir nepieciešami organismi, kas var augt paaugstinātā temperatūrā vai tādu vielu klātbūtnē, kas neapšaubāmi ir letālas cita veida mikroorganismiem.

Šādu rūpniecisko celmu iegūšanas uzdevums ir ļoti svarīgs, to modificēšanai un selekcijai ir izstrādātas daudzas metodes aktīvai šūnu iedarbībai - no apstrādes ar ļoti efektīvām indēm līdz radioaktīvajai apstarošanai. Šo paņēmienu mērķis ir viens – panākt izmaiņas šūnas iedzimtajā, ģenētiskajā aparātā. To rezultāts ir daudzu mutantu mikrobu veidošanās, no kuriem simtiem un tūkstošiem zinātnieki pēc tam mēģina atlasīt konkrētam mērķim piemērotākos. Ķīmiskās vai radiācijas mutaģenēzes metožu izstrāde bija izcils sasniegums bioloģijā, un to plaši izmanto mūsdienu biotehnoloģijā.

Bet to iespējas ierobežo pašu mikroorganismu raksturs. Viņi nespēj sintezēt vairākas vērtīgas vielas, kas uzkrājas augos, galvenokārt ārstnieciskās un ēteriskās eļļas. Viņi nevar sintezēt dzīvnieku un cilvēku dzīvībai ļoti svarīgas vielas, virkni enzīmu, peptīdu hormonu, imūno proteīnu, interferonu un daudzus citus vienkārši sakārtotus savienojumus, kas tiek sintezēti dzīvniekos un cilvēkos. Protams, mikroorganismu iespējas nebūt nav izsmeltas. Zinātne un jo īpaši rūpniecība ir izmantojusi tikai nelielu daļu no mikroorganismu pārpilnības. Mikroorganismu selekcijas nolūkos lielu interesi rada, piemēram, anaerobās baktērijas, kas var dzīvot bez skābekļa, fototrofi, kas izmanto gaismas enerģiju, piemēram, augi, ķīmijautotrofi, termofīlās baktērijas, kas spēj dzīvot temperatūrā, kā izrādījās. nesen apmēram 110 ° C utt.

Un tomēr "dabiskā materiāla" ierobežojumi ir acīmredzami. Viņi mēģināja un cenšas apiet ierobežojumus, izmantojot šūnu kultūras un augu un dzīvnieku audus. Tas ir ļoti svarīgs un daudzsološs veids, kas tiek īstenots arī biotehnoloģijā. Pēdējo desmitgažu laikā zinātnieki ir izstrādājuši metodes, ar kurām atsevišķas augu vai dzīvnieku audu šūnas var likt augt un vairoties atsevišķi no ķermeņa, piemēram, baktēriju šūnas. Tas bija nozīmīgs sasniegums – iegūtās šūnu kultūras tiek izmantotas eksperimentiem un noteiktu vielu rūpnieciskai ražošanai, kuras nevar iegūt, izmantojot baktēriju kultūras.

Attīstības vēsture un sasniegtais tehnoloģiju līmenis

Divdesmitā gadsimta otrajā pusē tika veikti vairāki svarīgi atklājumi un izgudrojumi, kas ir gēnu inženierijas pamatā. Daudzu gadu mēģinājumi "nolasīt" gēnos "ierakstīto" bioloģisko informāciju ir veiksmīgi pabeigti. Šo darbu uzsāka angļu zinātnieks F. Sangers un amerikāņu zinātnieks V. Gilberts (Nobela prēmija ķīmijā 1980). Kā zināms, gēni satur informāciju-instrukciju RNS molekulu un olbaltumvielu sintēzei organismā, ieskaitot fermentus. Lai piespiestu šūnu sintezēt tai jaunas, neparastas vielas, ir nepieciešams, lai tajā tiktu sintezēti attiecīgie enzīmu komplekti. Un tam ir nepieciešams vai nu mērķtiecīgi mainīt tajā esošos gēnus, vai arī tajā ieviest jaunus, iepriekš neesošus gēnus. Gēnu izmaiņas dzīvās šūnās ir mutācijas. Tās rodas, piemēram, mutagēnu – ķīmisku indu vai starojuma ietekmē. Bet šādas izmaiņas nevar kontrolēt vai virzīt. Tāpēc zinātnieki ir koncentrējuši savus spēkus, lai mēģinātu izstrādāt metodes jaunu, ļoti specifisku, cilvēkam nepieciešamo gēnu ievadīšanai šūnā.

Gēnu inženierijas problēmas risināšanas galvenie posmi ir šādi:

1. Izolēta gēna iegūšana.

2. Gēna ievadīšana vektorā pārnešanai uz organismu.

3. Vektora ar gēnu pārnešana modificētā organismā.

4. Ķermeņa šūnu transformācija.

5. Ģenētiski modificēto organismu (ĢMO) atlase un sekmīgi nemodificēto likvidēšana.

Gēnu sintēzes process pašlaik ir ļoti labi attīstīts un pat lielā mērā automatizēts. Ir speciālas ar datoriem aprīkotas ierīces, kuru atmiņā glabājas dažādu nukleotīdu secību sintēzes programmas. Šāds aparāts sintezē DNS segmentus līdz 100-120 slāpekļa bāzēm garumā (oligonukleotīdus). Ir kļuvis plaši izplatīts paņēmiens, kas ļauj izmantot polimerāzes ķēdes reakciju DNS sintēzei, ieskaitot mutantu DNS. Tajā DNS šablonu sintēzei tiek izmantots termostabils enzīms DNS polimerāze, kas tiek izmantota kā sēkla mākslīgi sintezētiem nukleīnskābju gabaliņiem – oligonukleotīdiem. Reversās transkriptāzes enzīms ļauj sintezēt DNS, izmantojot šādus primerus (praimerus) uz RNS matricas, kas izolēta no šūnām. Šādā veidā sintezētu DNS sauc par komplementāru (RNS) vai cDNS. Izolētu, "ķīmiski tīru" gēnu var iegūt arī no fāgu bibliotēkas. Šis ir bakteriofāga preparāta nosaukums, kura genoms satur nejaušus fragmentus no genoma vai cDNS, ko fāgs reproducē kopā ar visu tā DNS.

Lai vektorā ievietotu gēnu, tiek izmantoti restrikcijas enzīmi un ligāzes, kas arī ir noderīgi gēnu inženierijas instrumenti. Ar restrikcijas enzīmu palīdzību gēnu un vektoru var sagriezt gabalos. Ar ligāžu palīdzību šādus gabalus var “salīmēt”, savienot citā kombinācijā, konstruējot jaunu gēnu vai iekļaujot to vektorā. Par ierobežojumu atklāšanu Verneram Ārberam, Danielam Neitanam un Hamiltonam Smitam tika piešķirta arī Nobela prēmija (1978).

Gēnu ievadīšanas paņēmiens baktērijās tika izstrādāts pēc tam, kad Frederiks Grifits atklāja baktēriju transformācijas fenomenu. Šīs parādības pamatā ir primitīvs dzimumprocess, ko baktērijās pavada nelielu nehromosomu DNS fragmentu, plazmīdu apmaiņa. Plazmīdu tehnoloģijas veidoja pamatu mākslīgo gēnu ievadīšanai baktēriju šūnās.

Būtiskas grūtības bija saistītas ar gatavā gēna ievadīšanu augu un dzīvnieku šūnu iedzimtajā aparātā. Taču dabā ir gadījumi, kad svešā (vīrusa vai bakteriofāga) DNS tiek iekļauta šūnas ģenētiskajā aparātā un ar vielmaiņas mehānismu palīdzību sāk sintezēt savu proteīnu. Zinātnieki pētīja svešas DNS ievadīšanas iezīmes un izmantoja to kā principu ģenētiskā materiāla ievadīšanai šūnā. Šo procesu sauc par transfekciju.

Ja vienšūnu organismi vai daudzšūnu šūnu kultūras tiek modificēti, tad šajā posmā sākas klonēšana, tas ir, to organismu un to pēcnācēju (klonu) atlase, kas ir modificēti. Kad uzdevums ir iegūt daudzšūnu organismus, tad šūnas ar izmainītu genotipu izmanto augu veģetatīvā pavairošanā vai ievada surogātmātes blastocistās, kad runa ir par dzīvniekiem. Rezultātā piedzimst mazuļi ar izmainītu vai nemainīgu genotipu, starp kuriem atlasa un savā starpā krusto tikai tos, kas uzrāda gaidāmās izmaiņas.

Pielietojums zinātniskajos pētījumos

Gēnu nokauts. Gēnu nokautu var izmantot, lai pētītu konkrēta gēna darbību. Tā tiek nosaukta viena vai vairāku gēnu dzēšanas tehnika, kas ļauj izpētīt šādas mutācijas sekas. Nokautam tiek sintezēts viens un tas pats gēns vai tā fragments, modificēts tā, ka gēna produkts zaudē savu funkciju. Lai iegūtu nokautas peles, iegūto ģenētiski modificēto konstrukciju ievada embrionālās cilmes šūnās, kur konstrukcijā notiek somatiskā rekombinācija un tiek aizstāts normāls gēns, un izmainītās šūnas tiek implantētas surogātmātes blastocistā. Augļu mušā Drosophila ierosina mutācijas lielā populācijā, kurai pēc tam tiek meklēti pēcnācēji ar vēlamo mutāciju. Līdzīgi tiek izsisti augi un mikroorganismi.

mākslīga izteiksme. Loģisks papildinājums nokautam ir mākslīga izpausme, tas ir, gēna pievienošana ķermenim, kura tam agrāk nebija. Šo gēnu inženierijas metodi var izmantot arī gēnu funkciju pētīšanai. Būtībā papildu gēnu ievadīšanas process ir tāds pats kā nokautā, taču esošie gēni netiek aizstāti vai bojāti.

Gēnu produktu vizualizācija. Izmanto, ja uzdevums ir izpētīt gēnu produkta lokalizāciju. Viens no marķēšanas veidiem ir aizstāt parasto gēnu ar saplūšanu ar reportiera elementu, piemēram, ar zaļā fluorescējošā proteīna (GFP) gēnu. Šis proteīns, kas fluorescē zilā gaismā, tiek izmantots, lai vizualizētu ģenētiskās modifikācijas produktu. Lai gan šī metode ir ērta un noderīga, tās blakusparādības var būt daļējs vai pilnīgs pētāmā proteīna funkcijas zudums. Sarežģītāka, lai gan ne tik ērta metode ir mazāku oligopeptīdu pievienošana pētāmajam proteīnam, ko var noteikt, izmantojot specifiskas antivielas.

Izteiksmes mehānisma izpēte. Šādos eksperimentos uzdevums ir izpētīt gēnu ekspresijas apstākļus. Ekspresijas pazīmes galvenokārt ir atkarīgas no neliela DNS posma, kas atrodas kodējošā reģiona priekšā, ko sauc par promotoru un kalpo transkripcijas faktoru saistīšanai. Šī vieta tiek ievadīta organismā pēc tam, kad tā ir aizstāta ar reportiera gēnu, piemēram, GFP vai fermentu, kas katalizē viegli nosakāmu reakciju. Papildus tam, ka promotora darbība dažādos audos vienā vai otrā reizē kļūst skaidri redzama, šādi eksperimenti ļauj izpētīt promotora struktūru, noņemot vai pievienojot tam DNS fragmentus, kā arī mākslīgi uzlabot. tās funkcijas.

Cilvēka gēnu inženierija

Lietojot cilvēkiem, gēnu inženieriju varētu izmantot iedzimtu slimību ārstēšanai. Tomēr tehniski ir būtiska atšķirība starp paša pacienta ārstēšanu un viņa pēcnācēju genoma maiņu.

Pieauguša cilvēka genoma maiņa ir nedaudz grūtāka nekā jaunu ģenētiski modificētu dzīvnieku šķirņu audzēšana, jo. šajā gadījumā ir jāmaina daudzu jau izveidota organisma šūnu genoms, nevis tikai viena olšūna embrijs. Šim nolūkam tiek ierosināts izmantot vīrusu daļiņas kā vektoru. Vīrusu daļiņas spēj iekļūt ievērojamā daļā pieaugušo šūnu, iekļaujot tajās savu iedzimto informāciju; iespējama kontrolēta vīrusu daļiņu reprodukcija organismā. Tajā pašā laikā, lai mazinātu blakusparādības, zinātnieki cenšas izvairīties no ģenētiski modificētas DNS ievadīšanas dzimumorgānu šūnās un tādējādi izvairīties no pacienta vēl nedzimušo pēcnācēju ietekmēšanas. Vērts atzīmēt arī nozīmīgo šīs tehnoloģijas kritiku medijos: ģenētiski modificētu vīrusu attīstību daži sabiedrības segmenti uztver kā draudus visai cilvēcei.

Pašlaik tiek izstrādātas un pārbaudītas efektīvas metodes cilvēka genoma modificēšanai primātiem. Ilgu laiku pērtiķu gēnu inženierija saskārās ar nopietnām grūtībām, taču 2009. gadā eksperimenti vainagojās panākumiem: izdevumā Nature parādījās publikācija par ģenētiski modificētu vīrusu vektoru veiksmīgu izmantošanu, lai izārstētu pieaugušu pērtiķu tēviņu no daltonisma. Tajā pašā gadā pirmais ģenētiski modificētais primāts (izaudzis no modificētas olas) deva pēcnācējus - parasto marmozeti.

Lai arī nelielā mērogā, gēnu inženierija jau tiek izmantota, lai sievietēm ar dažiem neauglības veidiem dotu iespēju palikt stāvoklī. Lai to izdarītu, izmantojiet veselīgas sievietes olas. Rezultātā bērns manto genotipu no viena tēva un divām mātēm.

Ar gēnu inženierijas palīdzību iespējams iegūt pēcnācējus ar uzlabotu izskatu, garīgajām un fiziskajām spējām, raksturu un uzvedību. Ar gēnu terapijas palīdzību nākotnē iespējams uzlabot genomu un esošos cilvēkus. Principā var radīt nopietnākas pārmaiņas, taču ceļā uz šādām pārvērtībām cilvēcei ir jāatrisina daudzas ētiskas problēmas.

ģenētiski modificēts organisms

Ģenētiski modificēts organisms (ĢMO) ir dzīvs organisms, kura genotips ir mākslīgi mainīts, izmantojot gēnu inženierijas metodes. Šādas izmaiņas parasti tiek veiktas zinātniskiem vai ekonomiskiem mērķiem. Ģenētiskajai modifikācijai ir raksturīga mērķtiecīga organisma genotipa maiņa, atšķirībā no nejaušības, kas raksturīga dabiskai un mākslīgai mutaģenēzei.

ĢMO izveides mērķi

ĢMO attīstību daži zinātnieki uzskata par dabisku dzīvnieku un augu selekcijas attīstību. Citi, gluži pretēji, uzskata, ka gēnu inženierija ir pilnīga atkāpe no klasiskās audzēšanas, jo ĢMO nav mākslīgas selekcijas produkts, tas ir, pakāpeniska jaunas organismu šķirnes (šķirnes) vairošanās dabiskās vairošanās ceļā, bet gan faktiski jauns. sugas, kas mākslīgi sintezētas laboratorijā. Daudzos gadījumos transgēnu augu izmantošana ievērojami palielina ražu. Tiek uzskatīts, ka ar pašreizējo pasaules iedzīvotāju skaitu tikai ĢMO var glābt pasauli no bada draudiem, jo ​​ar ģenētiskās modifikācijas palīdzību ir iespējams palielināt pārtikas ražu un kvalitāti. Šī viedokļa pretinieki uzskata, ka ar pašreizējo lauksaimniecības tehnoloģiju un lauksaimnieciskās ražošanas mehanizācijas līmeni jau esošās augu šķirnes un dzīvnieku šķirnes, kas iegūtas klasiskā veidā, spēj pilnībā nodrošināt planētas iedzīvotājus ar kvalitatīvu pārtiku (problēma iespējamo pasaules badu izraisa tikai sociāli politiski iemesli, un tāpēc to var atrisināt nevis ģenētiķi, bet gan valstu politiskā elite.)

ĢMO izmantošana zinātniskiem nolūkiem

Pašlaik ģenētiski modificētie organismi tiek plaši izmantoti fundamentālajos un lietišķajos zinātniskajos pētījumos. Ar ĢMO palīdzību tiek pētīti noteiktu slimību (Alcheimera slimība, vēzis) attīstības modeļi, novecošanās un atjaunošanās procesi, nervu sistēmas darbība un vairākas citas aktuālas bioloģijas un medicīnas problēmas. atrisināts.

ĢMO izmantošana medicīniskiem nolūkiem

Ģenētiski modificēti organismi lietišķajā medicīnā tiek izmantoti kopš 1982. gada. Šogad kā medikaments reģistrēts cilvēka insulīns, kas ražots, izmantojot ģenētiski modificētas baktērijas.

Notiek darbs pie ģenētiski modificētu augu radīšanas, kas ražo vakcīnu sastāvdaļas un medikamentus pret bīstamām infekcijām (mēri, HIV). Proinsulīns, kas iegūts no ģenētiski modificētas saflora, ir klīnisko pētījumu stadijā. Pret trombozes zāles, kuru pamatā ir olbaltumvielas no transgēnu kazu piena, ir veiksmīgi pārbaudītas un apstiprinātas lietošanai.

Strauji attīstās jauna medicīnas nozare – gēnu terapija. Tas ir balstīts uz ĢMO veidošanas principiem, bet cilvēka somatisko šūnu genoms darbojas kā modifikācijas objekts. Pašlaik gēnu terapija ir viena no galvenajām noteiktu slimību ārstēšanas metodēm. Tātad jau 1999. gadā katrs ceturtais bērns, kurš cieš no SCID (smags kombinēts imūndeficīts), tika ārstēts ar gēnu terapiju. Gēnu terapiju papildus izmantošanai ārstēšanā ierosina izmantot arī novecošanās procesa palēnināšanai.

ĢMO izmantošana lauksaimniecībā

Gēnu inženieriju izmanto, lai radītu jaunas augu šķirnes, kas ir izturīgas pret nelabvēlīgiem vides apstākļiem un kaitēkļiem, ar labākām augšanas un garšas īpašībām. Izveidotās jaunas dzīvnieku šķirnes īpaši izceļas ar paātrinātu augšanu un produktivitāti. Ir izveidotas šķirnes un šķirnes, kuru produktiem ir augsta uzturvērtība un tie satur palielinātu neaizvietojamo aminoskābju un vitamīnu daudzumu.

Tiek pārbaudītas ģenētiski modificētas meža sugu šķirnes ar ievērojamu celulozes saturu koksnē un strauju augšanu.

Citi lietojumi

Tiek izstrādātas ģenētiski modificētas baktērijas, kas spēj ražot videi draudzīgu degvielu.

2003. gadā tirgū tika laists GloFish, pirmais estētiskiem nolūkiem radīts ģenētiski modificēts organisms un pirmais šāda veida mājdzīvnieks. Pateicoties gēnu inženierijai, populārā akvārija zivs Danio rerio ir ieguvusi vairākas spilgtas fluorescējošas krāsas.

2009. gadā pārdošanā nonāk ģenētiski modificēta rožu šķirne "Aplausi" ar ziliem ziediem. Tādējādi piepildījās gadsimtiem senais selekcionāru sapnis, kuri neveiksmīgi mēģināja audzēt "zilās rozes".

Secinājums

Manā darbā aplūkota selekcijas vēsture jauno tehnoloģiju kontekstā. Šodien ir nepieciešams ieviest šīs metodes mūsdienu lauksaimniecībā. Bet mēs saskaramies ar lielu problēmu, kas saistīta ar šo tehnoloģiju zemo attīstību Krievijas Federācijā. Vairumā gadījumu mūsu valstī prosai trūkst finansējuma, lai organizētu savu ražošanu. Tāpat viena no būtiskākajām problēmām šajā jomā ir nepilnīgi izstrādāta likumdošana.

Es pievērsu lielu uzmanību produktiem, kas iegūti ar gēnu inženieriju, jo uzskatu, ka šī problēma šodien ir aktuāla. Zinātniskā pasaule, kas šobrīd strādā šajā jomā, ir sadalīta divās pretējās pusēs - ĢM produktu atbalstītājos un viņu pretiniekos. Tāpēc kursa darbā ir norādīti šo metožu "plusi" un "mīnusi".

Es vēlos atzīmēt manu neviennozīmīgo attieksmi pret produktiem, kas iegūti ar modernām selekcijas metodēm un jo īpaši ar gēnu inženieriju. Tā kā oponentu un atbalstītāju argumentu pamati, manuprāt, nav pietiekami pētīti, tāpēc nākotnē ir vērts pievērst lielu uzmanību transgēno produktu izpētei uz cilvēka ķermeņa.

Tādējādi abstrakti tika aplūkotas galvenās gēnu inženierijas īpašības: tās priekšrocības, kādas īpašības tiek "potētas" augiem, kur galvenokārt tiek audzēti ģenētiski modificētie augi, gēnu inženierijas trūkumi, kā arī tās perspektīvas.

Bibliogrāfija

1. E. Aspizs "Jaunā biologa enciklopēdiskā vārdnīca"

2. Iļjašenko O.N. "Zelta abstraktu kolekcija" 2008

3. N.P. Dubinins "Esejas par ģenētiku"

4. N.P. Dubinins "Ģenētikas horizonti"

5. Čirkovs Yu.G. "Atdzīvinātās himeras". 1991, 239 s

ģenētiskā modifikācija

Un tas viss sākās 1972. gadā. Amerikāņu inženieris zinātnieks Pols Bergs spēja apvienot divus svešzemju gēnus vienā, kas dabā nevarēja veidoties neatkarīgi. Tas deva "zaļo gaismu" eksperimentiem ar dažādiem dzīviem organismiem. Iegūtajiem transģenētiskajiem organismiem sāka dot dažādus nosaukumus: jau pazīstamus - "ĢMO", "rekombinants", "ģenētiski modificēts", "dzīvi modificēts" un pat "himērisks".

Tomēr šis atklājums nesagādāja lielu prieku zinātnieku aprindām. Eksperimentētāji sāka domāt par sekām. Un pilnīgi pareizi. Līdz galam nav noskaidrots radīto organismu bīstamības līmenis. Kā viņi izturēsies tālāk dabā, apmainoties ar "himēriskajiem" gēniem? Pie kā tas var novest? Šaubas bija tik nopietnas, ka zinātnieki, tostarp uzņēmīgais P. Bergs, sastādīja kolektīvu dokumentu, aicinot apturēt transgēnu attīstību. Plašsaziņas līdzekļos nodrukātā petīcija darīja savu, un projekts uz laiku tika iesaldēts. Bet ar to ĢMO radīšanas vēsture nebeidzās. 3 gadus zinātnieki ir izstrādājuši noteikumus drošam darbam ar transgēniem organismiem.

1976. gadā projekts tika atsaldēts un pētnieku komanda turpināja savu zinātnisko darbību. Ir pagājušas trīs desmitgades, eksperimenti nav nodarījuši nekādu ļaunumu, un daži piesardzības pasākumi ir atcelti.

Pēc 2 gadiem Herbert Boyer atver uzņēmumu, kas rada transgēnu produktu, kas ražo cilvēka insulīnu. 14 gadus vēlāk, 1992. gadā, Ķīna sāka audzēt pret kukaiņiem izturīgu tabaku. Pagāja vēl 2 gadi un 1994. gadā, pateicoties Monsanto kompānijai no ASV, parādījās pirmais transgēnais tomāts, kas tika laists masveida ražošanā. Dārzenis nebaidījās no transportēšanas, varēja saglabāt reprezentatīvu izskatu 6 mēnešus un nogatavoties telpās, kad gaisa temperatūra paaugstinās līdz + 23-25 ​​° C. Tas ir 1994. gads, kas tiek uzskatīts par transgēno pārtikas produktu masveida ražošanas sākumu.

Gadu vēlāk, 1995. gadā, tas pats Monsanto sāka nopietni audzēt ģenētiski modificētas sojas pupas, kas nebaidās no nezālēm. Tad pienāca kārta kukurūzai, kokvilnai, tabakai, rapsim, kartupeļiem un citām kultūrām. Tagad šim uzņēmumam pieder 50% no transgēno sēklu tirgus pasaulē.

Vēl pēc 4 gadiem parādījās “himēriskie” rīsi. Eksponenciāli ir pieaudzis to lauksaimnieku skaits, kuri vēlas iegūt "nograužamus" dārzeņus.

Pirmās negatīvās sekas 1998. gadā publicēja angļu zinātnieks A. Pusztai. Televīzijas raidījumā viņš atrada drosmi pateikt, ka žurkām, kas barotas ar ģenētiski modificētiem kartupeļiem, tika novērotas neatgriezeniskas izmaiņas organismā ar iekšējo orgānu pārkāpumiem. Viņš tika atlaists. Un gadu vēlāk neatkarīga zinātnieku grupa, izpētījusi viņa darbu, publiski apstiprināja A. Pusztai sniegto datu precizitāti. Tas lika Lielbritānijas varas iestādēm aizliegt ĢMO tirdzniecību bez licences, ko nevar teikt par ASV.

2014. gadā vairāk nekā 15% no visas pasaulē atvēlētās platības kultūraugiem aizņem transgēnu produktu audzēšana. Protams, saraksta augšgalā ir ASV, kam seko Argentīna, Kanāda, Brazīlija, Ķīna un Indija.

Paldies

Vietne sniedz atsauces informāciju tikai informatīviem nolūkiem. Slimību diagnostika un ārstēšana jāveic speciālista uzraudzībā. Visām zālēm ir kontrindikācijas. Nepieciešams speciālistu padoms!

Kas ir ĢMO un kāpēc tie tiek ražoti?

Labākais atklājums šīs problēmas risināšanā bija plaši izplatītā gēnu inženierijas izmantošana, kas nodrošināja ģenētiski modificētu pārtikas avotu (GMI) izveidi. Līdz šim ir zināmas daudzas augu šķirnes, kurām veikta ģenētiskā modifikācija, lai palielinātu izturību pret herbicīdiem un kukaiņiem, palielinātu taukainību, cukura saturu, dzelzs un kalcija saturu, palielinātu nepastāvību un samazinātu nogatavošanās ātrumu.
ĢMO ir transgēni organismi, kuru iedzimtais materiāls tiek modificēts gēnu inženierijas ceļā, lai piešķirtu tiem vēlamās īpašības.

Konflikts starp ĢMO atbalstītājiem un pretiniekiem

Ir divas pretējās puses. Vienu no tām pārstāv vairāki zinātnieki un transnacionālās korporācijas (TNC) - GMF ražotāji, kuriem ir biroji daudzās valstīs un kuri sponsorē dārgas laboratorijas, kas saņem komerciālu superpeļņu un darbojas cilvēka dzīves svarīgākajās jomās: pārtikā, farmakoloģija un lauksaimniecība. GMP ir liels un daudzsološs bizness. Pasaulē vairāk nekā 60 miljonus hektāru aizņem transgēnās kultūras: 66% no tiem ASV, 22% Argentīnā. Mūsdienās 63% sojas pupiņu, 24% kukurūzas un 64% kokvilnas ir transgēnas. Laboratorijas testi liecina, ka aptuveni 60-75% no visiem Krievijas Federācijas importētajiem pārtikas produktiem satur ĢMO sastāvdaļas. Prognozes 2005. gadam pasaules transgēno produktu tirgus sasniegs 8 miljardus ASV dolāru, bet līdz 2010. gadam - 25 miljardus ASV dolāru.

Taču bioinženierijas piekritēji dod priekšroku cēliem stimuliem savai darbībai. Līdz šim ĢMO ir lētākais un ekonomiski drošākais (pēc viņu domām) pārtikas ražošanas veids.. Jaunās tehnoloģijas atrisinās pārtikas trūkuma problēmu, pretējā gadījumā Zemes iedzīvotāji neizdzīvos. Šodien mēs jau esam 6 miljardi, un 2020. gadā. PVO lēš, ka to būs 7 miljardi.Pasaulē ir 800 miljoni bada cilvēku un katru dienu 20 000 cilvēku mirst no bada. Pēdējo 20 gadu laikā esam zaudējuši vairāk nekā 15% no augsnes slāņa, un lielākā daļa apstrādājamo augsņu jau ir iesaistītas lauksaimnieciskajā ražošanā. Tajā pašā laikā cilvēcei trūkst olbaltumvielu, tās globālais deficīts ir 35–40 miljoni tonnu gadā un katru gadu palielinās par 2–3%.

Viens no jaunās globālās problēmas risinājumiem ir gēnu inženierija, kuras panākumi paver principiāli jaunas iespējas ražošanas produktivitātes palielināšanai un ekonomisko zaudējumu samazināšanai.

No otras puses, daudzas vides organizācijas iebilst pret ĢMO., Biedrība "Ārsti un zinātnieki pret GMF", vairākas reliģiskas organizācijas, lauksaimniecības mēslošanas līdzekļu un kaitēkļu apkarošanas līdzekļu ražotāji.

Biotehnoloģijas un gēnu inženierijas attīstība

Vēsturiski biotehnoloģija radās uz tradicionālo biomedicīnas nozaru bāzes (maizes cepšana, vīna darīšana, alus darīšana, raudzētu piena produktu iegūšana, pārtikas etiķis). Īpaši strauja biotehnoloģijas attīstība saistās ar antibiotiku ēru, kas aizsākās 20. gadsimta 40. un 50. gados. Nākamais attīstības pavērsiens ir datēts ar 60. gadiem. – lopbarības rauga un aminoskābju ražošana. 70. gadu sākumā biotehnoloģija saņēma jaunu impulsu. pateicoties tādas nozares kā gēnu inženierija rašanās. Sasniegumi šajā jomā ir ne tikai paplašinājuši mikrobioloģiskās nozares spektru, bet būtiski mainījuši pašu mikrobu ražotāju meklēšanas un atlases metodiku. Pirmais gēnu inženierijas produkts bija cilvēka insulīns, ko ražo E. coli baktērijas, kā arī zāļu, vitamīnu, fermentu un vakcīnu ražošana. Tajā pašā laikā šūnu inženierija enerģiski attīstās. Mikrobu ražotājs tiek papildināts ar jaunu noderīgu vielu avotu - izolētu augu un dzīvnieku šūnu un audu kultūru. Pamatojoties uz to, tiek izstrādātas principiāli jaunas eikariotu selekcijas metodes. Sevišķi lieli panākumi gūti augu mikropavairošanas jomā un augu ar jaunām īpašībām iegūšanai.

Faktiski mutāciju izmantošana, t.i. atlase, cilvēki sāka iesaistīties ilgi pirms Darvina un Mendela. 20. gadsimta otrajā pusē materiālu atlasei sāka gatavot mākslīgi, tīši ģenerējot mutācijas, pakļaujot starojumam vai kolhicīnam un atlasot nejauši parādījušās pozitīvas pazīmes.

XX gadsimta 60.-70. gados tika izstrādātas galvenās gēnu inženierijas metodes - molekulārās bioloģijas nozare, kuras galvenais uzdevums ir in vitro (ārpus dzīva organisma) konstruēt jaunas funkcionāli aktīvas ģenētiskās struktūras (rekombinantā DNS) un radīt organismus ar jaunām īpašībām.

Gēnu inženierija papildus teorētiskajām problēmām - dažādu organismu genoma strukturālās un funkcionālās organizācijas izpētei - atrisina daudzas praktiskas problēmas. Tādējādi tika iegūti baktēriju rauga celmi, dzīvnieku šūnu kultūras, kas ražo bioloģiski aktīvas cilvēka olbaltumvielas. Un transgēni dzīvnieki un augi, kas satur un ražo svešzemju ģenētisko informāciju.

1983. gadā zinātnieki, pētot augsnes baktēriju, kas veido izaugumus uz koku un krūmu stumbriem, atklāja, ka tā pārnes savas DNS fragmentu uz augu šūnas kodolu, kur tā tiek integrēta hromosomā un tiek atpazīta par savējo. No šī atklājuma brīža sākās augu gēnu inženierijas vēsture. Pirmā, mākslīgu manipulāciju ar gēniem rezultātā, izrādījās tabaka, pret kaitēkļiem neievainojama, tad ģenētiski modificēts tomāts (1994. gadā Monsanto), tad kukurūza, sojas pupas, rapsis, gurķis, kartupeļi, bietes, āboli un daudz kas cits. vairāk.

Tagad gēnu izolēšana un salikšana vienā konstrukcijā, to pārnešana uz vēlamo organismu ir ikdienišķs darbs. Šī ir tā pati izlase, tikai progresīvākas un vairāk rotaslietas. Zinātnieki ir iemācījušies, kā panākt, lai gēns darbotos pareizajos orgānos un audos (saknēs, bumbuļos, lapās, graudos) un īstajā laikā (dienasgaismā); un jaunu transgēnu šķirni var iegūt 4-5 gadu laikā, audzējot jaunu augu šķirni ar klasisko metodi (mainot plašu gēnu grupu, izmantojot krustošanu, starojumu vai ķīmiskas vielas, cerot uz nejaušām pazīmju kombinācijām pēcnācējos un selekcionējot augus ar pareizajām īpašībām) aizņem vairāk nekā 10 gadus.

Kopumā visā pasaulē transgēno produktu problēma joprojām ir ļoti aktuāla un diskusijas par ĢMO nerimsies vēl ilgi, jo to izmantošanas priekšrocības ir acīmredzamas, un to darbības ilgtermiņa sekas gan uz vidi, gan uz cilvēku veselību nav tik skaidras.

Tam visam sākumu lika 1926. gada 30. jūnijā dzimis vīrietis. Tātad, iepazīstieties: Pauls Bergs.

Pauls Naims Bergs. Dzimis 1926. gada 30. jūnijā Bruklinā (Ņujorka), ASV. Nobela prēmijas ieguvējs ķīmijā 1980. gadā (1/2 no balvas, katrs 1/4 tika piešķirta Valteram Gilbertam un Frederikam Sangeram par DNS sekvencēšanas metodes izveidi).

1926. gadā bioloģijas un bioķīmijas vēsturē notika divi nozīmīgi notikumi. Otrs, mazāk svarīgs (varbūt!) ir mūsu varoņa, viena no trim apģērbu ražotāja Harija Berga un mājsaimnieces Sāras Brodskas dēliem, piedzimšana. Pirmais notikums, iespējams, bija vēl svarīgāks par gēnu inženierijas tēva dzimšanu. 36 gadus vecais amerikāņu mikrobiologs no Mičiganas Pols Henrijs de Krujs (dažreiz mēs viņu saucām par "de Cruyff" un pat "de Kruyf") uzrakstīja grāmatu, kas, iespējams, kļuva par pirmo populārzinātnisko bestselleru.

Pat PSRS/Krievijā šī grāmata, iespējams, izgājusi vismaz duci izdevumu (1. att.). Un tas joprojām ir populārs šodien. No 20. gadsimta 20. gadiem līdz pat mūsdienām Krūza "mikrobu mednieki" ieved zinātnē arvien jaunus cilvēkus: vismaz es zinu par mani jaunākus bioķīmiķus, kuri bērnībā ar aizrautību lasīja šo grāmatu un tagad izdevumā Nature publicē brīnišķīgus rakstus.

Mūsu varonis bērnībā lasīja arī salīdzinoši nesenu bestselleru. Tātad viņa liktenis bija jau iepriekš noteikts - mikrobi, vīrusi, to bioķīmija.

Bet vispirms bija jāiziet standarta ceļš – skola un augstskola. Bergs 1943. gada janvārī pabeidza Ābrahama Linkolna skolu. Līdz tam laikam ASV jau bija piedalījušās Otrajā pasaules karā, un, tiklīdz viņam bija 17 gadi (1943. gada jūnijā), Bergs pievienojās jūras kara flotei. Viņam bija jākļūst par pārvadātāju pilotu, un tas bija jāiemācās. Lai netērētu laiku vienkāršās gaidīšanas laikā, Bergs iestājās Pensilvānijas štata universitātē. Tiesa, Pols nekad nekļuva par pilotu: programma tika samazināta, un viņam nācās dienēt tieši pretējā specialitātē – uz zemūdenes. 1946. gadā Bergs tika izrakstīts un jau 1948. gadā kļuva par bakalaura grādu savā universitātē, bet 1952. gadā gaidīja doktora grādu bioķīmijā Case Western Reserve University. Savā disertācijā viņš parādīja folijskābes un B12 vitamīna lomu metionīna sintēzē.

Kopš tā laika (kā tas notika) Bergs ir strādājis tikai ar labākajiem. Piemēram, 1954. gadā Bergs pārcēlās uz Vašingtonas Universitātes Medicīnas skolas (WUSM) mikrobioloģijas nodaļu, kur sāka strādāt ar Arturu Kornbergu, pirmo DNS sintezētāju un 1959. gada Nobela prēmijas laureātu par šo sasniegumu (att. 2).

Kornberga laboratorijā (jau Stenfordā, kur Kornbergs un viņa komanda aizgāja 1959. gadā) Bergs pēta mehānismu, kā aminoskābes tiek saliktas olbaltumvielās. Faktiski Bergs noteica, kā ribonukleīnskābes (tRNS) transportē aminoskābes uz olbaltumvielu sintēzes vietu.

Apmēram 60. gadu vidum kļūst skaidrāks veids, kā gēni darbojas šūnās. Pirmkārt, pateicoties bakteriofāgiem, kas spēj integrēt savu DNS baktēriju genomā. Kā vienmēr, galvenie atklājumi tika veikti uz mikrobiologu "laboratorijas peli" - Escherichia coli E. coli - un lambda bakteriofāgu, kas to inficē. Gēnu darba analīzei tika izmantoti vīrusi, tajā pašā laikā bioķīmiķi un ģenētiķi mācījās manipulēt ar gēniem ar vīrusu palīdzību. Bergs ļoti vēlējās darīt to pašu ar daudzšūnu organismu gēniem.

1967. gadā Bergs paņēma brīvu gadu no Stenfordas. Tomēr "atvaļinājums" viņa gadījumā nenozīmēja darba neesamību. Viņš devās uz Solkovska (nejaukt ar Skolkovo!!!) institūtu pie cita topošā Nobela prēmijas laureāta - Renato Dulbeko (3. att.). Dulbecco nesen atklāja poliomas vīrusu, kas izraisa audzējus pelēm. Berga galvenais mērķis bija apgūt darbu ar šūnu kultūrām, bet viņu interesēja DNS vīruss.

Kad Bergs atgriezās Stenfordā, viņš turpināja eksperimentus ar poliomas vīrusiem, izmantojot poliomas vīrusu SV40 (4. attēls). Bergs saprata, ka SV40 var izmantot kā vektoru, lai normālā šūnā ievadītu citu ģenētisko informāciju. Un viņš labā nozīmē plānoja ļoti elegantu eksperimentu, kas kļuva par visas gēnu inženierijas sākumu.

Normālos apstākļos SV40 nesadarbojas ar E. coli. Tāpēc Bergs izmantoja Kornberga izolētu enzīmu komplektu, lai sagrieztu SV40 un bakteriofāga lambda DNS un pēc tam "saliktu" himērisko jeb, kā saka, rekombinanto DNS no gabaliņiem. Rezultātā tika iegūta plazmīda - apļveida molekula, kas sastāv no SV40 vīrusa DNS un bakteriofāga lambda DNS ar galaktozes operonu, kas “aizņemts” no E. coli (galaktozes metabolismu kodējošo gēnu secība) (att. 5).

Kāpēc ir labi rakstīt par pēdējo 30 gadu Nobela prēmijas laureātiem? Pirmkārt, daudzi no viņiem joprojām ir dzīvi. Un, otrkārt, jūs varat viegli atrast videoklipu, kurā viņi paši stāsta par savu darbu.

Paklausīsimies pašu Bergu:

1972. gadā nāca panākumi, un līdz ar to arī bailes. Nu, nebaidieties - normāls un pareizs piesardzības pasākums: toreiz bija zināms par vīrusu onkogenitāti (jo īpaši no Dulbecco darbiem), un poliomas vīruss SV40 spēja izraisīt vēzi dažiem dzīvniekiem. Tāpēc Bergs domāja – ja nu mākslīgie vīrusi radīs jaunas, onkogēnas baktērijas?

1974. gadā viņš uzrakstīja vēstuli lielākajiem zinātniskajiem žurnāliem (Nature, Science un citiem), kurā aicināja uz vienu gadu moratoriju operācijām ar rekombinanto DNS. Un viņš sāka gatavot konferenci, lai apspriestu iespējamās briesmas. 1975. gadā Kalifornijā notika slavenā Asilomar Rekombinantās DNS konference. Tomēr ātri kļuva skaidrs, ka briesmas ir pārspīlētas – un darbs ar rekombinanto DNS tika turpināts.

Sākās gēnu inženierijas laikmets, un piecus gadus vēlāk, 1980. gadā, Bergam tika piešķirta Nobela prēmija ķīmijā. Mūsu varonis saņēma pusi no balvas, otro daļu savā starpā sadalīja ne mazāk leģendāras personības - Valters Gilberts (kurš vispār sācis elementārdaļiņu fizikā un strādāja Abdusa Salama labā) un Frederiks Sangers (jau saņēma ķīmisko vielu "Nobel" 1958. insulīna struktūras atšifrēšanai). Šie divi radīja metodi DNS primārās struktūras noteikšanai - sekvencēšanai. Bergs saņēma tiesības uzstāties Nobela banketā no visiem trim. Bergs savā runā citēja klasisku cita Nobela prēmijas laureāta Pītera Braiena Medavara metaforu: “Ja mēs iedomājamies dzīvo organismu attīstību, kas saspiesta kosmiskā laika gadā, tad cilvēka attīstība prasīja tikai vienu dienu. Tikai pēdējo 10-15 minūšu laikā mūsu dzīvība ilgst, nemaz nav apšaubāma. Mēs joprojām esam iesācēji un varam cerēt, ka kļūsim labāk. Izsmiet cerību uz progresu ir vislielākais stulbums, gara nabadzības un prāta zemiskuma pēdējais vārds.

Intervijā Nobela komitejas mājaslapā Bergs saka: “Nav gluži pareizi mani saukt par gēnu inženierijas tēvu. Mēs esam spēruši tikai pirmo soli uz to.