Генная инженерия: возможности, перспективы и сложности

Генная инженерия: возможности, перспективы и сложности

       Генная инженерия является наиболее перспективной и ведущей разработкой в сфере современных биотехнологий. Биотехнология – это обширное понятие, которое включает в себя достаточно широкий комплекс различных процессов по модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека. К методам биотехнологии можно отнести, к примеру, эксперименты по гибридизации и науку о селекции, целями которых является изменение различных биологических организмов с целью улучшения их качеств. Генная инженерия являет собой революционно новый способ изменения организмов путем непосредственного вмешательства в их геном.

       Генная инженерия уже находится на достаточно высоком уровне развития, однако имеет большие перспективы, предоставляя возможность решения многих проблем человечества в сфере медицины, сельского хозяйства и других областях, которые на данный момент являются довольно животрепещущими. Однако прежде чем перейти к разговору о том, что может сделать генная инженерия, попробуем хотя бы номинально разобраться с тем, как она это делает.

       Общеизвестен факт, что все живые организмы на земле имеют клеточное строение. Клетка — элементарная единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов, обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. Благодаря цитологии современная наука знает достаточно много о строении клетки, а также и о том, что делает клетки и в принципе живые организмы отличными друг от друга.

       Одним из основных элементов клетки является ядро, которое содержит молекулы ДНК. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Собственно хранение наследственной информации в ДНК и синтез РНК – это основные функции ядра клетки.

       ДНК организма содержит в себе всю генетическую информацию организма, называемую геномом. Геном же представляет собой совокупность всех генов организма, каждый из которых отвечает за развитие определенного признака или свойства организма. Геном – вещь отнюдь не простая для расшифровки и понимания. Так, например, геном человека состоит примерно из 20 000 генов и каждый из них несет в себе какую-то генетическую информацию.

       Первым этапом развития генной инженерии как раз и стала попытка расшифровать геном живого организма, т.е. понять, за что конкретно отвечает каждый отдельный ген. В 1980 году Пол Берг, Уолтер Гилберт и Фредерик Сенгер получили Нобелевскую премию по химии «За фундаментальные исследования биохимических свойств нуклеиновых кислот, в особенности рекомбинантных ДНК». Если расшифровать это громоздкое биологическое название премии, то получили они ее за удачную попытку расшифровки генетической информации.

       Таким образом, сущность генной инженерии заключается в том, что, понимая признаки и свойства организма, определяемые тем или иным геном, их можно изменять, удалять или добавлять новые свойства и признаки через изменение, добавление или удаление отдельных генов. Организм, в который были привнесены какие-либо изменения методом генной инженерии называется генетически модифицированным (ГМО) и обладает функциями и свойствами, которые не были характерны ему ранее.

       Одним из основных направлений, в котором применяются технологии генной инженерии, является сельское хозяйство. Классическим уже методом улучшения качества продуктов сельского хозяйства является селекция – процесс, в котором путем искусственного отбора выделяются и скрещиваются отдельные растения или животные, обладающие определенными свойствами, для наследственной передачи этих свойств и их усиления. Этот процесс достаточно продолжительный и не всегда действительно результативный. Генная инженерия обладает способностью наделить какой-то живой организм свойствами, ему нехарактерными, усилить проявление каких-то существующих свойств или исключить их. Это происходит за счет внедрения новых или исключения старых генов из ДНК организма.

       К примеру, таким образом был выведен особый сорт картофеля, устойчивого к колорадскому жуку. Для этого в геном картофеля был введен ген почвенной тюрингской бациллы Bacillus thuringiensis, которая вырабатывает особый белок, губительный для колорадского жука, но безвредный для человека. Применение генной инженерии для изменения свойств растений, как правило, делается как раз для повышения их устойчивости перед вредителями, неблагоприятными условиями среды, улучшения их вкусовых и ростовых качеств. Вмешательство в геном животных используется для ускорения их роста и повышения продуктивности. В продуктах сельского хозяйства таким образом также искусственно повышается количество незаменимых аминокислот и витаминов, а также их питательная ценность.

       Существует мнение, что в контексте постоянного роста населения планеты, только генетически модифицированные продукты смогут в будущем спасти мир от голода, позволяя на ограниченной территории выращивать продукты высокого качества, с повышенным содержанием витаминов и т.д. Однако существует и обратное мнение, выступающее за то, что генно-модифицированные продукты могут быть небезопасными для здоровья человека. Для выяснения вопросов безопасности таких продуктов созданы специальные международные комиссии, которые в настоящее время сходятся во мнении, что генетически модифицированные продукты не представляют опасности для здоровья человека. В подавляющем большинстве стран мира использование генетически модифицированных продуктов разрешено или не урегулировано законодательно.

       Количество аргументов за использование ГМП значительно превосходит возможные аргументы  против. Так, сторонники ГМП ссылаются в частности на высокий уровень контроля качества всех генетически модифицированных продуктов (ГМП). За двадцатилетнюю историю использования этих продуктов в разных странах мира не было выявлено ни одного факта их отрицательного воздействия на здоровье человека, что нельзя сказать о продуктах традиционного сельского хозяйства, в котором неизбежно применение разного рода удобрений, многие из которых признаны вредными для человека. Более того, селекция, которая используется в сельском хозяйстве на протяжении веков, по сути, преследует целью ту же генную модификацию организмов, только осуществляет это за значительно больший период времени. Генная инженерия просто способна привнести необходимые изменения в организм за короткий срок, а потому использование ГМП не опаснее, чем использование любых других продуктов, выведенных методом классической селекции.

       Горизонтальный перенос генов (такой, при котором организм передает свой генетический материал другому организму, не являющемуся его потомком), достаточно распространен в природе. Это говорит о том, что генная модификация организмов не является чем-то противоестественным. Последним аргументом в пользу генной модификации организмов в сельском хозяйстве относят технические приемы защиты от гибридизации организмов, т.е. от объединения генетического материала разных клеток в одной.

       Противники использования генной инженерии в сельском хозяйстве апеллируют к недостаточности исследований безопасности ГМП (однако этот вопрос постоянно продолжает исследоваться), а также к тому факту, что ГМО иногда становятся причиной исчезновения отдельных видов. К примеру, одичавшие генетически модифицированные организмы могут вытеснить  популяции диких видов за счет большей приспособленности к неблагоприятным условиям окружающей среды. Также ГМО могут образовывать гибриды с дикими организмами, распространяя искусственно привнесенные гены в природе. В настоящее время существует ряд проектов, направленных на разработку способов ограничения распространения трансгенов в диких популяциях.

       Генетически модифицированные организмы также используются в науке при проведении различного рода исследований. Таким образом исследуются закономерности развития некоторых заболеваний, процессы старения и регенерации, изучается функционирование нервной системы, решается ряд других актуальных проблем биологии и медицины.

       Одним из достижений использования ГМО в медицине можно считать получение человеческого инсулина. Как известно, инсулин, получаемый ранее только из крови животных, оказывал негативное влияние на здоровье, хотя многие люди, страдающие сахарным диабетом, обходиться без него просто не могут. Человеческий инсулин, получаемый с помощью генетически модифицированных бактерий, является более безопасным. Также на основе молока генно-модифицированных коз изготавливают лекарственный препарат для профилактики и лечения тромбозов. Учеными постоянно ведутся разработки препаратов для борьбы с другими сложными и неизлечимыми заболеваниям, в частности с ВИЧ-инфекцией. Сейчас ученые проводят исследования, направленные на получение особого вида белка из генно-модифицированных растений, который способен лишить вирус иммунодефицита человека вирулентности, т.е. предотвратить его распространение, а впоследствии  вести профилактику СПИД.

В современной медицине для  лечения различных заболеваний  используется генотерапия – процесс  внесения изменений в генетический аппарат клеток человека. Эта новая  область в медицине в настоящее  время бурно развивается и направлена на лечение заболеваний, вызванных мутациями в ДНК человека, а также придания клеткам новых функций. Этот метод используется для лечения меланомы, гемофилии, врожденного амавроза Лебера и других заболеваний. Гемотерапия используется для улучшения состояния больных ВИЧ.

Другим направлением генной инженерии является клонирование –  метод получения нескольких генетически идентичных организмов путем бесполого размножения. Изначально этот термин означал получение потомков организма путем бесполого размножения и к нему относили в частности все способы вегетативного (не семенного) размножения растений. В настоящее время этот термин также включает в себя идею получения генетически идентичных индивидов.

       Хотя клонирование как таковое в принципе достаточно распространено в природе у бактерий и некоторых сложных организмов (бесполое размножения, партеногенез), именно к вопросам генной инженерии относится молекулярное клонирование и клонирование многоклеточных организмов.

       Молекулярное клонирование представляет собой клонирование молекул ДНК, их частей и даже отдельных генов. Этот вид клонирования является первым шагом к клонированию тканей.

       Наибольший интерес представляет клонирование многоклеточных организмов. Так, создавая особые условия и вмешиваясь в структуру ядра клетки, специалисты заставляют её развиваться в нужную ткань или даже в целый организм.

       Если организм не клонируется полностью, это называется терапевтическим клонированием. В этом случае развитие организма целенаправленно останавливают заранее, а образовавшиеся стволовые клетки используют для получения отдельных тканей. Такое клонирование применяется уже сейчас в некоторых странах мира, а в будущем оно может открыть широкие возможности для лечения различных заболеваний, которые в настоящий момент являются неизлечимыми.

       По сути, при терапевтическом клонировании на определенном этапе останавливают развитие эмбриона, хотя в ученой среде в настоящее время ведутся споры, верно ли применение слова «эмбрион» в данном случае, ведь он не был создан при помощи оплодотворения. Однако если не препятствовать его развитию, то при определенных условиях он может развиться в ребенка, а потому употребление этого термина вполне оправдано.

       В связи с этим, терапевтическое клонирование человека рождает огромное количество этических споров и конфликтов, а потому оно запрещено в большинстве стран мира. Разрешено оно в США, Великобритании, Бельгии и Швеции; в некоторых странах разрешены только исследования в этой области. В 2003 году страны ООН проголосовали против запрета на репродуктивное и терапевтическое клонирование. Во многих странах терапевтическое клонирование запрещено из-за опасений его перехода в репродуктивное.

       Клонирование целого организма называется репродуктивным. В этом направлении до сих пор ведутся исследования, однако есть и определенные успехи.

       Широко известен случай клонирования в Великобритании овцы Долли. Этот эксперимент по клонированию млекопитающего был поставлен группой ученых, возглавляемой Яном Вилмутом. Тогда в 277 яйцеклеток были перенесены ядра, взятые из вымени животного-донора. Из них образовалось 29 эмбрионов, один из которых выжил. Долли родилась 5 июля 1996 года и стала первым млекопитающим, чье клонирование прошло успешно. Клонированное животное прожило 6,5 лет и умерло 14 февраля 2003 от прогрессирующего заболевания лёгких, вызванного ретровирусом. Сообщается, что это распространенное заболевание у овец, которые содержатся в закрытом помещении, а Долли из соображений безопасности практически не выводили пастись.

       Существуют некоторые заблуждения в представлениях о клонировании. Так клонирование человека или животного однозначно не способно повторить сознание. Клонированный индивид не будет наделен разумом исходного организма, он будет нуждаться в воспитании, образовании и т.д. Более того, спорным является и вопрос полной внешней идентичности клона. Как правило, клон не является полной копией оригинала, т.к. при клонировании копируется только генотип, что не означает однозначное повторение фенотипа организма. Фенотип формируется на основе определенных генетических данных, однако условия, в которых будет выращиваться клон, способны некоторым образом повлиять на его развитие: рост, вес, телосложение, некоторые особенности умственного развития.

       В большинстве стран мира любые работы по репродуктивному клонированию человека запрещены. Такое клонирование человека встречается с еще большими этическими, религиозными и юридическими проблемами, чем терапевтическое. В принципе, определенного мнения общественности на этот счет не существует, ровно как и крупнейшие мировые религии не способны дать этому явлению однозначную оценку, ибо это выходит за рамки их классических учений, а потому требует аргументации. Появляются также некоторые юридические сложности, вроде вопросов отцовства, материнства, наследования, брака и некоторых других. Развитие клонирования небезопасно также и из соображений контроля над ним, а также возможной утечки технологии в криминальные и террористические круги. Отдельную обеспокоенность вызывает высокий процент неудач при клонировании, что являет опасность появления людей-уродов.

       Генная инженерия является одной из наиболее активно развивающихся и перспективных технологий нашего времени, которая в будущем сможет решить многие вопросы медицины и не только. Мое личное мнение по большинству спорных вопросов генной инженерии склоняется в сторону разрешения исследований и применения этих технологий.