Cell engineering

Cell engineering- rast ćelija izvan tijela na posebnim hranjivim podlogama, gdje rastu i razmnožavaju se, formirajući kulturu tkiva. Ovo je metoda izgradnje novog tipa ćelija na osnovu njihovog uzgoja, hibridizacije i rekonstrukcije. Ćelijska rekonstrukcija povezan sa stvaranjem sposobne ćelije iz odvojenih fragmenata različitih ćelija (jezgra, citoplazma, hromozomi, itd.). Uz pomoć ćelijskog inženjeringa moguće je povezati genome veoma udaljenih vrsta. Prikazana je glavna mogućnost fuzije somatskih životinjskih ćelija sa biljnim ćelijama. Proučavanje hibridnih ćelija omogućava rješavanje mnogih teorijskih problema biologije i medicine: otkrivanje međusobnih utjecaja jezgra i citoplazme; mehanizmi diferencijacije ćelija i regulacije ćelijske reprodukcije, transformacije normalnih ćelija u ćelije raka itd.

At hibridizacija umjetno kombinuju cijele stanice (ćelijske protoplaste) kako bi se formirale hibridni genom. Uz pomoć enzima ili ultrazvuka uklanjaju se stanične stijenke biljnih stanica i povezuju "goli" protoplasti stanica. Nakon toga, ćelijski zidovi se obnavljaju i formiraju kalus- neorganizovana ćelijska masa, koja uzrokuje ćelijsku diferencijaciju od koje se dobija cela hibridna biljka.

Ćelijski inženjering se široko koristi u biotehnologiji, na primjer, upotreba hibridi(hibridne ćelije) za dobijanje monoklonskih antitela. Na osnovu genetski modifikovanih ćelija moguće je stvoriti nove oblike biljaka koje imaju korisne osobine i otporne su na povoljne uslove sredine i bolesti.

Genetski inženjering - umjetno preuređenje genoma. Grana molekularne genetike povezana sa svrsishodnim stvaranjem in vito (in vitro) novih kombinacija genetskog materijala sposobnog za reprodukciju u ćeliji domaćinu i sintetiziranje metaboličkih proizvoda. Praćeno umjetnim prijenosom potrebnih gena s jedne vrste živih organizama (bakterije, biljke, životinje) u drugu, često udaljenog porijekla. Za gensku terapiju koriste se moderne genske tehnologije, tj. liječenje nasljednih bolesti uvođenjem “zdravih” gena u osobu.

Najveće dostignuće moderne biotehnologije je genetska transformacija, prijenos stranih gena i drugih materijalnih nosilaca naslijeđa u ćelije biljaka, životinja i mikroorganizama, proizvodnja transgenih organizama sa novim ili poboljšanim svojstvima i osobinama. Po svojim ciljevima i mogućnostima u budućnosti, ovaj pravac je strateški. Omogućava rješavanje temeljnih problema odabira bioloških objekata za stabilnost, visoku produktivnost i kvalitet proizvoda uz poboljšanje ekološke situacije u svim vrstama industrije. Međutim, za postizanje ovih ciljeva potrebno je prevazići ogromne poteškoće u povećanju efikasnosti genetske transformacije i, prije svega, u identifikaciji gena, stvaranju njihovih klonirajućih banaka, dešifriranju mehanizama poligenskog određivanja svojstava i svojstava bioloških objekata, osiguravanju visoka ekspresija gena i stvaranje pouzdanih vektorskih sistema. Već danas, u mnogim laboratorijama širom svijeta, uključujući i Rusiju, stvorene su fundamentalno nove transgene biljke, životinje i mikroorganizmi korištenjem metoda genetskog inženjeringa, koji su dobili komercijalno priznanje.

Moderna biotehnologija

Moderna biotehnologija blisko se uklapa u niz naučnih disciplina, obavljajući njihovu praktičnu primenu ili je njihovo glavno oruđe (Sl. 1).

Rice. 1. Komunikacija biotehnologije sa drugim naukama (prema V.I. Kefeli, 1989.)

U molekularnoj biologiji korištenje biotehnoloških metoda omogućava određivanje strukture genoma, razumijevanje mehanizma ekspresije gena, modeliranje staničnih membrana radi proučavanja njihovih funkcija itd. Izgradnja neophodnih gena metodama genetskog i staničnog inženjeringa omogućava kontrolu naslijeđa i vitalne aktivnosti životinja, biljaka i mikroorganizama i stvaranje organizama s novim osobinama korisnim za ljude, a koje ranije nisu opažene u prirodi.

Mikrobiološka industrija trenutno koristi hiljade sojeva različitih mikroorganizama. U većini slučajeva, oni se poboljšavaju indukovanom mutagenezom i naknadnom selekcijom. To omogućava veliku sintezu različitih supstanci.

Neki proteini i sekundarni metaboliti mogu se dobiti samo uzgojem eukariotskih stanica. Biljne ćelije mogu poslužiti kao izvor brojnih jedinjenja - atropina, nikotina, alkaloida, saponina itd. Životinjske i ljudske ćelije takođe proizvode niz biološki aktivnih jedinjenja. Na primjer, ćelije hipofize - lipotropin, stimulans za razgradnju masti, i somatotropin, hormon koji reguliše rast.

Stvorene su kontinuirane kulture životinjskih ćelija koje proizvode monoklonska antitijela koja se široko koriste za dijagnosticiranje bolesti. U biohemiji, mikrobiologiji i citologiji metode imobilizacije kako enzima tako i cijelih stanica mikroorganizama, biljaka i životinja su od nesumnjivog interesa. U veterini se široko koriste biotehnološke metode kao što su kultura ćelija i embriona, in vitro oogeneza i umjetna oplodnja. Sve to ukazuje da će biotehnologija postati izvor ne samo novih namirnica i lijekova, već i dobijanja energije i novih hemikalija, kao i organizama sa željenim svojstvima.

Tradicionalna selekcija mikroorganizama (uglavnom bakterija i gljivica) zasniva se na eksperimentalnoj mutagenezi i odabiru najproduktivnijih sojeva. Ali čak i ovdje postoje neke posebnosti. Genom bakterije je haploid, sve mutacije se pojavljuju već u prvoj generaciji. Iako je vjerovatnoća prirodne pojave mutacije u mikroorganizmima ista kao i kod svih drugih organizama (1 mutacija na milion jedinki za svaki gen), vrlo visoka stopa reprodukcije omogućava pronalaženje korisne mutacije za gen od interesa. istraživaču.

Kao rezultat umjetne mutageneze i selekcije, produktivnost sojeva penicilij gljive povećana je za više od 1000 puta. Proizvodi mikrobiološke industrije koriste se u pekarstvu, pivarstvu, proizvodnji vina i pripremi mnogih mliječnih proizvoda. Uz pomoć mikrobiološke industrije dobijaju se antibiotici, aminokiseline, proteini, hormoni, razni enzimi, vitamini i još mnogo toga.

Mikroorganizmi se koriste za biološki tretman otpadnih voda, poboljšavajući kvalitet zemljišta. Trenutno su razvijene metode za dobivanje mangana, bakra i kroma u razvoju deponija starih rudnika uz pomoć bakterija, gdje su konvencionalne metode rudarenja ekonomski neisplative.

Biotehnologija- korištenje živih organizama i njihovih bioloških procesa u proizvodnji tvari neophodnih čovjeku. Predmeti biotehnologije su bakterije, gljive, ćelije biljnih i životinjskih tkiva. Uzgajaju se na hranjivim podlogama u posebnim bioreaktorima.

Najnovije metode uzgoja mikroorganizmi, biljke i životinje su stanični, hromozomski i genetski inženjering.

Genetski inženjering

Genetski inženjering- skup tehnika koje vam omogućavaju da izolirate željeni gen iz genoma jednog organizma i uvedete ga u genom drugog organizma. Biljke i životinje kod kojih su "vanzemaljski" geni uvedeni u genom nazivaju se transgenic, bakterije i gljivice transformisan. Tradicionalni predmet genetskog inženjeringa je Escherichia coli, bakterija koja živi u ljudskom crijevu. Uz njegovu pomoć dobiva se hormon rasta - somatotropin, hormon inzulin, koji se ranije dobivao iz gušterače krava i svinja, protein interferon, koji pomaže u suočavanju s virusnom infekcijom.

Proces stvaranja transformiranih bakterija uključuje sljedeće korake.

1. Ograničenje- "isecanje" potrebnih gena. Izvodi se uz pomoć posebnih "genetskih makaza", enzima - restriktaza.
2. Kreirajte vektor- poseban genetski konstrukt, u kojem će se željeni gen uvesti u genom druge ćelije. Osnova za stvaranje vektora su plazmidi. Gen je ušiven u plazmid pomoću druge grupe enzima - ligaza. Vektor mora sadržavati sve što je potrebno za kontrolu rada ovog gena - promotor, terminator, gen operatora i gen regulatora, kao i gene markere koji daju ćeliji primaocu nova svojstva koja omogućavaju razlikovanje ove stanice od originalne ćelije.
3. Transformacija- unošenje vektora u bakteriju.
4. Screening- odabir onih bakterija u kojima uspješno rade uneseni geni.
5. Kloniranje transformisane bakterije.

1 - ćelija sa originalnim plazmidom; 2 - izolovani plazmid; 3 - kreiranje vektora; 4 — rekombinantni plazmid (vektor); 5 — ćelija sa rekombinantnim plazmidom.

Eukariotski geni, za razliku od prokariotskih, imaju mozaičnu strukturu (egzoni, introni). U bakterijskim ćelijama nema procesiranja, a prevod u vremenu i prostoru nije odvojen od transkripcije. U tom smislu, efikasnije je koristiti umjetno sintetizirane gene za transplantaciju. Obrazac za takvu sintezu je mRNA. Uz pomoć enzima reverzne transkriptaze, lanac DNK se prvo sintetiše na ovoj mRNA. Zatim se na njemu kompletira drugi lanac uz pomoć DNK polimeraze.

Hromozomski inženjering

Hromozomski inženjering- skup tehnika koje omogućavaju manipulacije hromozomima. Jedna grupa metoda zasniva se na uvođenju u genotip biljnog organizma para stranih homolognih hromozoma koji kontrolišu razvoj željenih osobina ( dopunjene linije), ili zamjena jednog para homolognih hromozoma drugim ( zamenjene linije). U tako dobijenim supstituisanim i dopunjenim linijama prikupljaju se osobine koje biljke približavaju „idealnoj sorti“.

haploidna metoda baziran na uzgoju haploidnih biljaka sa naknadnim udvostručavanjem hromozoma. Na primjer, haploidne biljke koje sadrže 10 hromozoma uzgajaju se iz zrna polena kukuruza ( n= 10), tada se hromozomi udvostručuju i postaju diploidni ( n= 20), potpuno homozigotne biljke za samo 2-3 godine umjesto 6-8 godina inbreedinga.

Ovo također može uključivati metoda za dobijanje poliploidnih biljaka(vidjeti predavanje 23 Oplemenjivanje biljaka).

Cell engineering

Cell engineering— izgradnja novog tipa ćelija na osnovu njihovog uzgoja, hibridizacije i rekonstrukcije.

Ćelije biljaka i životinja, smeštene u hranljive podloge koje sadrže sve supstance neophodne za život, sposobne su da se dele, formirajući ćelijske kulture. Biljne ćelije takođe imaju svojstvo totipotencija, odnosno, pod određenim uslovima, oni su u stanju da formiraju punopravnu biljku. Stoga je moguće razmnožavanje biljaka u epruvetama postavljanjem ćelija u određene hranljive podloge. To se posebno odnosi na rijetke ili vrijedne biljke.

Uz pomoć ćelijskih kultura moguće je dobiti vrijedne biološki aktivne tvari (ćelijska kultura ginsenga). Dobijanje i proučavanje hibridnih ćelija omogućava rešavanje mnogih problema teorijske biologije (mehanizmi ćelijske diferencijacije, ćelijske reprodukcije itd.). Stanice dobijene kao rezultat fuzije protoplasta somatskih ćelija koje pripadaju različitim vrstama (krompir i paradajz, jabuka i trešnja itd.) osnova su za stvaranje novih oblika biljaka. U biotehnologiji se koriste monoklonska antitijela hibridomi- hibrid limfocita sa ćelijama raka. Hibridomi proizvode antitijela, poput limfocita, i imaju sposobnost neograničenog razmnožavanja u kulturi, poput stanica raka.

Metoda presađivanja jezgri somatskih stanica u jajašca omogućava vam da dobijete genetsku kopiju životinje, odnosno omogućava kloniranježivotinje. Trenutno su dobijene klonirane žabe i prvi rezultati kloniranja sisara.

Metoda fuzije embrija u ranim fazama omogućava stvaranje himerniživotinje. Na ovaj način su dobijeni himerni miševi (fuzija embriona bijelog i crnog miša), himerna životinja ovca-koza.

17.06.2010

1.21. Ćelijski i genetski inženjering. Biotehnologija

Cell engineering - ovo je pravac u nauci i oplemenjivačkoj praksi koji proučava metode hibridizacije somatskih ćelija koje pripadaju različitim vrstama, mogućnost kloniranja tkiva ili celih organizama iz pojedinačnih ćelija.

Jedna od uobičajenih metoda uzgoja biljaka je haploidna metoda - dobivanje punopravnih haploidnih biljaka iz sperme ili jaja.

Dobivene su hibridne ćelije koje kombinuju svojstva limfocita krvi i tumora, aktivno proliferišući ćelije. To vam omogućava da brzo i u pravim količinama dobijete antitijela.

kultura tkiva- koristi se za dobijanje u laboratoriji biljnih ili životinjskih tkiva, a ponekad i celih organizama. U biljnoj proizvodnji koristi se za ubrzavanje proizvodnje čistih diploidnih linija nakon tretiranja originalnih oblika kolhicinom.

Vegetativno razmnožavanje - koristi se za očuvanje sorti ukrasnog i kultiviranog, povrtnog i voćnog bilja.

Genetski inženjering- umjetna, svrsishodna promjena genotipa mikroorganizama kako bi se dobile kulture sa unaprijed određenim svojstvima.

Glavna metoda genetskog inženjeringa je odabir potrebnih gena, njihovo kloniranje i uvođenje u novu genetsku sredinu. Metoda uključuje sljedeće radne korake:

1. izolacija gena;
2. njegova kombinacija s molekulom DNK stanice koja može reproducirati donorski gen u drugoj ćeliji (uključivanje u plazmid) - kružna DNK;
3. uvođenje plazmida u genom bakterijske ćelije - primaoca;
4. odabir potrebnih bakterijskih stanica za praktičnu upotrebu;
5. istraživanja u oblasti genetskog inženjeringa ne protežu se samo na mikroorganizme, već i na ljude. Posebno su relevantni u liječenju bolesti povezanih s poremećajima u imunološkom sistemu, u sistemu koagulacije krvi, u onkologiji.

Biotehnologija- proces upotrebe živih organizama i biološki procesi u proizvodnji lijekova, đubriva, bioloških sredstava za zaštitu bilja; za biološki tretman otpadnih voda, za biološku ekstrakciju vrijednih metala iz morske vode itd.

Uključivanje u genom Escherichia coli gena odgovornog za stvaranje inzulina kod ljudi omogućilo je uspostavljanje industrijske proizvodnje ovog hormona.

Izgledi za genetski inženjering i biotehnologiju:

• stvaranje organizama korisnih za ljude;
• nabavka novih lijekova;
• korekcija i korekcija genetskih patologija.

Evolucija

organska evolucija - ovo je istorijski proces adaptivnih transformacija žive prirode na svim nivoima organizacije živih bića, koji karakteriše nepovratnost i opšta progresivna orijentacija. Evolucijski proces se zasniva na odabiru nasumičnih nasljednih promjena u genetskim informacijama koje organizmima pružaju preferencijalne mogućnosti za preživljavanje i reprodukciju u određenim uvjetima okoline. Ove promjene, manifestirane fenotipski, pokupi se prirodnom selekcijom, sačuva se i pojača u procesu filogeneze. Eliminiraju se promjene koje smanjuju vitalnost organizama i vrsta.

Tvorac prve evolucijske teorije bio je Jean-Baptiste Lamarck, koji je branio ideju o varijabilnosti vrsta i njihovom svrhovitom razvoju od jednostavnih do složenih oblika. Međutim, pripisivanje organizmima unutrašnje želje za napretkom (ciljem), kao i tvrdnje o nasljeđivanju osobina stečenih tokom života pojedinca, nisu potvrđene kasnijim istraživanjima. Ideja o direktnom, uvijek adekvatnom, utjecaju vanjskog okruženja na organizam i njegova svrsishodna reakcija na taj utjecaj pokazala se pogrešnom. Zasluge za razvoj evolucionih ideja i stvaranje holističke teorije evolucije pripadaju C. Darwinu i A. Wallaceu, koji su utemeljili princip prirodne selekcije, otkrili mehanizme i uzroke evolucije.

Ćelijsko inženjerstvo je pravac u nauci i oplemenjivačkoj praksi koji proučava metode hibridizacije somatskih ćelija koje pripadaju različitim vrstama, mogućnost kloniranja tkiva ili čitavih organizama iz pojedinačnih ćelija.

Jedna od uobičajenih metoda uzgoja biljaka je haploidna metoda - dobivanje punopravnih haploidnih biljaka iz sperme ili jaja.

Dobivene su hibridne ćelije koje kombinuju svojstva limfocita krvi i tumora, aktivno proliferišući ćelije. To vam omogućava da brzo i u pravim količinama dobijete antitijela.

kultura tkiva- koristi se za dobijanje u laboratoriji biljnih ili životinjskih tkiva, a ponekad i celih organizama. U biljnoj proizvodnji koristi se za ubrzavanje proizvodnje čistih diploidnih linija nakon tretiranja originalnih oblika kolhicinom.

Genetski inženjering- umjetna, svrsishodna promjena genotipa mikroorganizama kako bi se dobile kulture sa unaprijed određenim svojstvima.

Glavna metoda- izolacija potrebnih gena, njihovo kloniranje i uvođenje u novu genetsku sredinu. Metoda uključuje sljedeće radne korake:

- izolacija gena, njegova kombinacija sa molekulom DNK ćelije, koja može reproducirati donor gen u drugoj ćeliji (uključivanje u plazmid);

– uvođenje plazmida u genom bakterijske ćelije – primaoca;

– odabir potrebnih bakterijskih ćelija za praktičnu upotrebu;

– istraživanja u oblasti genetskog inženjeringa ne protežu se samo na mikroorganizme, već i na ljude. Posebno su relevantni u liječenju bolesti povezanih s poremećajima u imunološkom sistemu, u sistemu koagulacije krvi, u onkologiji.

Kloniranje. S biološke tačke gledišta, kloniranje je vegetativna reprodukcija biljaka i životinja, čije potomstvo nosi nasljedne informacije identične roditelju. U prirodi su biljke, gljive i protozoe klonirane; organizmi koji se razmnožavaju vegetativno. Poslednjih decenija ovaj termin se koristi kada se jezgra jednog organizma presađuju u jaje drugog organizma. Primjer takvog kloniranja bila je poznata ovca Dolly, nabavljena u Engleskoj 1997. godine.

Biotehnologija- proces upotrebe živih organizama i biološki procesi u proizvodnji lijekova, đubriva, bioloških sredstava za zaštitu bilja; za biološki tretman otpadnih voda, za biološku ekstrakciju vrijednih metala iz morske vode itd.

Uključivanje u genom Escherichia coli gena odgovornog za stvaranje inzulina kod ljudi omogućilo je uspostavljanje industrijske proizvodnje ovog hormona.

Poljoprivreda je uspjela genetski modificirati desetine prehrambenih i krmnih kultura. U stočarstvu, upotreba biotehnološki proizvedenog hormona rasta povećala je prinose mlijeka;

koristeći genetski modificirani virus za stvaranje cjepiva protiv herpesa kod svinja. Uz pomoć novosintetiziranih gena unesenih u bakterije, dobiva se niz najvažnijih biološki aktivnih supstanci, posebno hormoni i interferon. Njihova proizvodnja činila je važnu granu biotehnologije.

S razvojem genetskog i ćelijskog inženjeringa, u društvu je sve veća zabrinutost zbog moguće manipulacije genetskim materijalom. Neke zabrinutosti su teoretski opravdane. Na primjer, nemoguće je isključiti transplantaciju gena koji povećavaju otpornost nekih bakterija na antibiotike, stvaranje novih oblika prehrambenih proizvoda, ali te radove kontrolišu vlade i društvo. U svakom slučaju, opasnost od bolesti, pothranjenosti i drugih šokova mnogo je veća nego od genetskih istraživanja.

Izgledi za genetski inženjering i biotehnologiju:

- stvaranje organizama korisnih za ljude;

– nabavka novih lijekova;

– korekcija i korekcija genetskih patologija.

Dvadeset prvi vijek se često naziva stoljećem biologije, što znači da je primijenjena vrijednost otkrića ostvarenih tokom proteklih decenija u biologiji, a prije svega u naukama kao što su genetika i molekularna biologija. Potonji su, pak, teorijska osnova za takve primijenjene discipline kao što su genetski i ćelijski inženjering.
Genetski inženjering, ili tehnologija rekombinantne DNK, je promjena korištenjem biohemijskih i genetskih metoda kromosomskog materijala - glavne nasljedne supstance ćelija. Poznato je da se hromozomski materijal sastoji od deoksiribonukleinske kiseline (DNK). Biolozi izoluju određene dijelove DNK, povezuju ih u nove kombinacije i prenose iz jedne ćelije u drugu. Kao rezultat toga, moguće je izvršiti takve promjene u genomu koje bi se teško mogle dogoditi prirodnim putem. U stvari, genetski inženjering je čin uzimanja gena i dijelova DNK iz jedne vrste, kao što je riba, i njihovo presađivanje u ćelije druge, kao što je paradajz. Da bi se to postiglo, genetski inženjering ima skup različitih tehnologija kako bi nasumično ili u određenim područjima gena izrezao DNK. Izolacijom segmenta DNK možete ga proučavati, umnožiti ili zalijepiti sa DNK drugih ćelija i organizama. Genetski inženjering omogućava prevladavanje međuvrstnih barijera i miješanje informacija između potpuno nepovezanih vrsta.
Trenutno su već naučili kako prenijeti gene s jedne životinje na drugu i sa životinje na biljku. Primljeni "transgeni" miševi, svinje, ovce, krave i ribe. DNK se može direktno ubrizgati u oplođeno jaje vrste primaoca ili se kao nosač može koristiti virus, koji će, ušavši u ćeliju, donijeti sa sobom željeni gen. Treća metoda je povezana s korištenjem nespecijaliziranih matičnih (tj. predak) stanica embrija. Geni se unose u matične ćelije injekcijom ili virusom, a nastale transgene ćelije se ubrizgavaju u drugi embrion koji inkorporira ove strane ćelije u svoja tkiva. Ljudski geni su također uvedeni u biljke, kao što je duhan, u nadi da će se na taj način dobiti velike količine željenih proteina, posebno antitijela i enzima. U ovim eksperimentima se pokazalo da je prijenos gena prilično jednostavan. Izumljen je poseban "genski pištolj" koji gađa DNK direktno u listove biljaka.
Praktična primjena genetskog inženjeringa. Savremene tehnologije omogućavaju sintezu gena, a uz pomoć tako sintetiziranih gena unesenih u bakterije dobija se niz vrlo važnih bioloških supstanci. Njihova proizvodnja činila je važnu granu biotehnologije.
Genetskim inženjeringom već je dobiven niz lijekova, uključujući humani inzulin i antivirusni lijek interferon. I iako se ova tehnologija još uvijek razvija, obećava velike uspjehe i u medicini i u poljoprivredi. U medicini, na primjer, ovo je vrlo obećavajući način stvaranja i proizvodnje vakcina. U poljoprivredi se rekombinantna DNK može koristiti za proizvodnju sorti usjeva otpornih na sušu, hladnoću, bolesti, štetočine insekata i herbicide.
Interferon, protein koji tijelo sintetizira kao odgovor na virusnu infekciju, sada se proučava kao mogući lijek za rak i AIDS. Bilo bi potrebno hiljade litara ljudske krvi da se proizvede količina interferona koju proizvodi samo jedna litra bakterijske kulture. Jasno je da je dobit od masovne proizvodnje ove supstance vrlo velika. Vrlo važnu ulogu ima i inzulin, dobijen mikrobiološkom sintezom, a koji je neophodan za liječenje dijabetesa. Brojne vakcine su takođe genetski modifikovane i testiraju se kako bi se ispitala njihova efikasnost protiv virusa humane imunodeficijencije (HIV), koji izaziva AIDS. Uz pomoć rekombinantne DNK u dovoljnim količinama se dobija i ljudski hormon rasta, jedini lijek za rijetku dječju bolest - hipofizni patuljastost.
Još jedno obećavajuće područje u medicini povezano s rekombinantnom DNK je tzv. genska terapija. U ovim radovima, koji još nisu napustili eksperimentalnu fazu, genetski modificirana kopija gena koji kodira moćni antitumorski enzim uvodi se u tijelo za borbu protiv tumora. Genska terapija je također počela da se koristi za borbu protiv nasljednih poremećaja u imunološkom sistemu.
Poljoprivreda je uspjela genetski modificirati desetine prehrambenih i krmnih kultura. U stočarstvu, upotreba biotehnološki proizvedenog hormona rasta povećala je prinose mlijeka; korištenjem genetski modificiranog virusa stvorena je vakcina protiv herpesa kod svinja.
Genska terapija. U posljednjoj deceniji koncept genske terapije ušao je u biomedicinsku praksu. Pod genskom terapijom podrazumijeva se skup metoda koje omogućavaju uvođenje "iscjeliteljskih" gena u ćelije živog organizma kako bi se nadoknadili postojeći i spriječili mogući patološki procesi.
Trenutno su u toku opsežna klinička ispitivanja pristupa genskoj terapiji u liječenju bolesti kao što su rak, imunodeficijencija itd. Ovu aktivnost treba pozdraviti i podržati tako da, ako nažalost nemate "dobre" gene od rođenja, jednog dana možete kupiti ih u najbližoj ljekarni.
Ali postoji i naličja medalje. Uprkos jasnim prednostima genetskog istraživanja i eksperimentisanja, sam koncept "genetičkog inženjeringa" izazvao je razne sumnje i strahove, postao je predmet zabrinutosti, pa čak i političkih sporova. Mnogi strahuju, na primjer, da će neki virus koji uzrokuje rak kod ljudi biti unesen u bakteriju koja inače živi u tijelu ili na koži osobe, a zatim će ta bakterija izazvati rak. Također je moguće da će se fragment DNK koji nosi gen rezistencije na lijekove uvesti u pneumokok, uzrokujući da pneumokok postane otporan na antibiotike i da se upala pluća ne može liječiti. Takve opasnosti svakako postoje.
U savremenoj genskoj terapiji u nekim slučajevima se kao vektori za isporuku gena koriste modificirani virusi, koji, u prirodnim uvjetima, tokom infekcije koriste tjelesne stanice za samoreplikaciju, što u konačnici dovodi do uništenja inficiranih stanica i oslobađanja miliona kopije originalnog virusa.

gore

U prirodnim uslovima, borbu protiv virusa vodi imuni sistem, koji prepoznaje zaražene ćelije i uništava ih i pre formiranja virusnog potomstva. U genskoj terapiji virusi se modificiraju na takav način da gube sposobnost reprodukcije u stanicama tijela. U njihovom genomu isključena je određena regija bitna za replikaciju virusa. Umjesto toga, ubacuje se "iscjeljujući" gen. Takav virus je sposoban da prodre u ćelije i obezbedi ekspresiju gena odgovornog za terapeutski efekat, a da se virus ne umnožava, a samim tim i uništava ćeliju. Međutim, imuni sistem takve ćelije doživljava kao strane i uništava ih. To je jedan od glavnih problema moderne genske terapije, jer je za stabilan terapijski učinak unesenog gena neophodna njegova dugotrajna ekspresija. Stoga su napori mnogih naučnih laboratorija usmjereni na prevazilaženje ove imunološke barijere. U tu svrhu se u genom virusa uvode dodatni geni, čiji su proizvodi imunosupresivni, tj. imunosupresivno djelovanje. Davanje imunosupresivnih svojstava virusnim vektorima je takođe važno u genskoj terapiji za autoimune bolesti kao što je reumatoidni artritis.
Opasnosti genske terapije povezane su sa unošenjem tako modificiranih virusa u prirodno okruženje. U tom slučaju postoji mogućnost razmjene genetskih informacija s virusom divljeg tipa, što će dovesti do stvaranja novog virusa sposobnog da uništi stanice tijela - virusa koji ostaje "nevidljiv" za imunitet. sistem. Ako zamislimo da će se takav virus prenositi kapljicama iz zraka, a simptomi će se pojaviti tek nakon perioda u kojem je nemoguće provesti potpuni karantin (npr. mjesec dana), onda bi posljedice po čovječanstvo i biosferu mogle postati katastrofalna.
Genetska istraživanja sprovode ozbiljni i odgovorni naučnici, a metode za minimiziranje mogućnosti slučajnog širenja potencijalno opasnih mikroba stalno se usavršavaju. Procjenjujući moguće opasnosti koje kriju ove studije, trebalo bi ih uporediti sa stvarnim tragedijama uzrokovanim neuhranjenošću i bolestima koje ubijaju i sakate ljude.

gore

Eugenika

Razvoj genetike doveo je do rađanja "eugenike" - doktrine o sredstvima, načinima i uslovima za promjenu naslijeđa osobe i stvaranje savršenijih kvaliteta.
Koncept "eugenike" uveo je 1883. pionir matematičke statistike, Francis Galton (1822-1911), primjenjujući ideju selekcije svog rođaka Charlesa Darwina na čovjeka. “Eugenika je nauka koja se bavi svim utjecajima koji poboljšavaju kvalitete rase”, rekao je u svojoj knjizi “Istraživanja ljudskih sposobnosti i njenog razvoja” govorio o rasama životinja, biljaka, posebno čovjeka. Treba napomenuti da eugenika još uvijek nije postala nauka: to je bio pokret, u smislu da govorimo o zelenom ili feminističkom pokretu, ponekad sa snažnim i kvalitetnim naučnim momentom. U Britaniji je eugenika bila osnova za matematička populaciona genetika, u Rusiji - osnova genetike ljudske i medicinske genetike i indirektno eksperimentalne genetike populacija. Na osnovu odredbi eugenike u nizu zemalja, na primjer, u Francuskoj, poduzete su mjere za zaštitu majčinstva i djetinjstva. Istovremeno, "eugeničari" su dali racionalno opravdanje "Johnsonovom zakonu" - zakonu SAD-a iz 1924. o ograničenju imigracije iz Evrope "nižih rasa", posebno Cigana i Jevreja.
Treba napomenuti ruski eugenički pokret koji je postojao 1920-1930. Rasprava o mogućnostima eugenike, koja se poklopila sa početkom i brzim razvojem genetskih istraživanja u Rusiji, odvijala se u okviru moćnih tradicija ruske medicine i biologije. Istaknuti ruski biolozi Yu.A. Filipčenko (18821930) i N.K. Kolcov (1872-1940) imao je dovoljan uticaj da održi visoke naučne standarde i etičke norme u ovom pokretu. Filipčenkov eugenički program, koji je uključivao proučavanje ljudskog naslijeđa putem upitnika, genetičko i eugeničko obrazovanje i davanje eugeničkih savjeta. U kontekstu današnjih ideja, trebalo bi ga definirati kao medicinski genetski program.
N.K. Koltsov je imao široko razumijevanje eugenike i u nju je uključio kompilaciju rodoslovlja, geografiju bolesti, vitalnu statistiku, socijalnu higijenu i niz socioloških tema, ali prije svega, istraživanje koje je pokrenuo i vodio o genetici ljudskog mentalnog sklopa. karakteristike, vrste nasljeđivanja boje očiju i kose, biohemijski parametri krvi i krvnih grupa, uloga nasljeđa u nastanku endemske strume, pregled monozigotnih blizanaca. Kolcov je u eugeničkim izvještajima i člancima stalno naglašavao ulogu biološke raznolikosti i poželjnost ekstenzivnih otvorenih polihijerarhijskih sistema, bioloških i društvenih. Dakle, ono što je on radio govoreći o eugenici ne može se nazvati eugenikom (u smislu koji ste naveli). Naprotiv, imamo sve razloge da tvrdimo da je Kolcov predložio program istraživanja u oblasti ljudske genetike.
Danas, u kontekstu projekta Ljudski genom i Tehnika genetskog inženjeringa, pozitivna eugenika je dobila drugačije značenje: navodna (buduća) transplantacija gena zarad povećanja fizičkih i mentalnih sposobnosti, sada bilo koje osobe. Stavovi prema izgledima nove pozitivne eugenike postali su jedna od tri glavne teme razgovora na genetskom dijelu Simpozija o društvenim i etičkim implikacijama projekta ljudskog genoma u Američkom nacionalnom institutu za zdravlje 1991. godine. implementacija ovakvih tehnologija je i dalje vrlo problematična, jer su mehanizmi kojima se geni uključuju kod ljudi ostaju misterija. Poznato je da promjena u jednoj nasljednoj osobini povlači promjenu u širokom rasponu koreliranih, tj. znakovi povezani s tim.
Dakle, treba razlikovati prirodno naučnu osnovu eugenike, tj. zakoni genetike i filozofska i sociološka nadgradnja. Ova nadgradnja može biti i humanistička i reakcionarna, nehumana, služeći idejama fašizma i rasizma.

gore

Kloniranje

Problem kloniranja životinja, zbog svog senzacionalizma i društvenog značaja, trenutno je u centru pažnje ne samo specijalista iz oblasti biologije, već i šire javnosti i stalno se prati u medijima. Istovremeno, često se susrećemo kako sa neopravdanim optimizmom, tako i sa ekstremnim pesimizmom i odbacivanjem istraživanja u ovoj oblasti. Kako napominju veći broj autora, i jedno i drugo je prvenstveno zbog nekompetentnosti osoba koje iznose relevantne informacije u medijima.
Prije svega, potrebno je definirati što se podrazumijeva pod kloniranjem životinja, a šta je klon. Prema definiciji prihvaćenoj u nauci, kloniranje je tačna reprodukcija jednog ili drugog živog objekta u određenom broju kopija. Ove kopije se nazivaju klonovima. Sasvim je prirodno da sve te "kopije" imaju identične nasljedne podatke, tj. nose isti skup gena. U nekim slučajevima, dobivanje klona životinje ne izaziva veliko iznenađenje i rutinski je postupak, iako ne tako jednostavan. Genetičari dobijaju takve klonove kada se objekti koje koriste razmnožavaju partenogenezom, tj. aseksualno, bez prethodne oplodnje. Naravno, one osobe koje će se razviti iz potomaka jedne ili druge izvorne zametne stanice bit će genetski iste i mogu formirati klon. U našoj zemlji, na primjer, akademik V.A. Strunnikov. Klonovi svilene bube koje je uzgajao poznati su u cijelom svijetu. Istovremeno je uspio ustanoviti da pojedine jedinke unutar određenog klona nisu identične, već se međusobno razlikuju, a ponekad i prilično značajno. U određenom broju klonova ova raznolikost je veća nego u genetski raznolikim populacijama.
U embriologiji su takođe poznate metode za dobijanje klonova. Ako se embrion morskog ježa u fazi ranog drobljenja umjetno podijeli na njegove sastavne ćelije - blastomere, tada će se iz svake razviti cijeli organizam. U toku kasnijeg razvoja, zametne ćelije gube ovu izuzetnu sposobnost i postaju sve više i više specijalizovane. Također je moguće koristiti jezgra takozvanih embrionalnih matičnih stanica iz nekog određenog ranog embrija, koji još nisu baš specijalizirani (kao što će biti njihovo potomstvo). Ove jezgre se presađuju u jaja iz kojih je uklonjena njihova vlastita jezgra, a takva jaja, razvijajući se u nove organizme, opet mogu formirati klon genetski identičnih životinja.
Kod ljudi su poznati slučajevi svojevrsnog "prirodnog" kloniranja - to su takozvani identični blizanci, koji nastaju zbog rijetke prirodne podjele oplođenog jajašca na dva blastomera koji se odvajaju jedan od drugog i kasnije razvijaju samostalno. Takvi blizanci (obično se zovu monozigotni) su veoma slični jedni drugima, ali nisu identični, tj. nisu tačne kopije jedne druge!