Глава 1. Генная Инженерия, почему да.

Производство продуктов питания

Здоровье населения и сохранение генофонда в значительной степени определяются безопасностью продовольственного сырья и продуктов питания.

Сейчас жители многих развитых стран весьма озабочены возможной опасностью употребления продуктов питания, полученных с помощью генной инженерии: генномодифицированных (ГМ) продуктов, по другой терминологии - "трансгенных" продуктов.

Генная инженерия сегодня - самое быстро развивающееся направление биотехнологии. В 2000 году этими культурами в мире было засеяно 40 млн. га, что составляет примерно 10% всех площадей.

С помощью генной инженерии получены сельскохозяйственные культуры, устойчивые к гербицидам, вредителям, болезням, недостатку влаги, жаре или холоду. Уже получено более 120 ГМ-видов растений: от плодово-ягодных и злаковых до декоративных и древесных. Это ГМ-сорта сои, кукурузы, рапса, хлопчатника. Получены сорта растений, обладающих более высокими питательными качествами или характеристиками, влияющими на здоровье человека. Например, получен сорт табака, не содержащий никотина, сорт тополей; растущих на солончаковых почвах, картофель, сигнализирующий о недостатке влаги в почве. Усилия специалистов направлены на получение ГМ-растений, обогащенных витаминами, в частности, сортов масличных культур (рапса, горчицы) с повышенным содержанием бета-каротина, что очень важно для развивающихся стран (более 250 млн. людей страдает от дефицита этого провитамина А). Получен сорт ГМ-пшеницы, внедряется в производство "золотой рис".

Вокруг ГМ-продуктов идет ожесточенная полемика. Многие специалисты являются убежденными сторонниками таких продуктов и считают, что за ними будущее. Новые сорта растений обладают необычайно полезными свойствами, такими как устойчивость к болезням, вредителям, к заморозкам. Удается получить сорта с заданными свойствами, например, получена соя с повышенным содержанием кальция. Употребление такой сои дает возможность лечить нарушения кальциевого обмена, в частности, остеопороз, который часто имеет место у людей пожилого возраста. В рекламах соевых продуктов часто рассказывают о необычайной молодости корейских женщин, которые питаются соевыми продуктами.

В современном мире мы все чаще склонны при малейшем недомогании хвататься за таблетки. Недомогание быстро проходит, а мы не успеваем задуматься над тем, какое негативное влияние, особенно в долгосрочной перспективе, оказывают на нас многие медикаменты. Недаром, народная медицина до сих пор пользуется огромной популярностью среди тех, кто стремиться сохранить здоровье, по возможности не прибегая к официальной медицине. Но сохранять здоровье можно и нужно не только специальным лечением, но и банальным правильным питанием и вниманием к себе.

Оптимальным решением, конечно, было бы иметь свой собственный огород и питаться только натуральными продуктами, без добавления пестицидов и вредных синтетических удобрений. Но, к сожалению, такой возможностью сейчас не обладает, ни один горожанин. Мы вынуждены питаться теми продуктами, которые покупаем на рынке и в супермаркетах и далеко не всегда они полезны для нашего здоровья

Развитие сельскохозяйственной биотехнологии

Получены формы растений с ускоренным ростом, большей массой плодов, увеличенной продолжительностью хранения плодов; устойчивые к гербицидам, к патогенным вирусам и грибам, к вредным насекомым, а также к засухе и засоленности почв. Растения продуцируют для человека вакцины, фармакологические белки и антитела.

В природе существует бактерия Bacillus thuringiensis, вырабатывающая эндотоксин белковой природы, действующий на насекомых. Ген, кодирующий этот токсин, был выделен и встроен в ДНК картофеля. Такой картофель личинки колорадского жука в пищу употреблять не могут. Аналогичным образом удалось получить устойчивые к сельскохозяйственным вредителям трансгенные формы хлопка, кукурузы, томатов и рапса. После внедрения в геном винограда гена морозоустойчивости от дикорастущей капусты брокколи трансгенный виноград стал морозоустойчивым. Эта процедура заняла всего год. Обычно на выведение новых сортов винограда уходит 25—35 лет.

Существенные посевные площади заняты под трансгенные растения в США (68 % мировых посевов трансгенных культур), Аргентине (22 %), Канаде (6 %) и Китае (3 %). В основном выращивают трансгенную сою (62 %), кукурузу (24 %), хлопок (9 %) и рапс (4 %).

Большое значение в сельском хозяйстве имеет производство незаменимых аминокислот, не синтезирующихся в организмах животных. В традиционных кормах их недостаточно, поэтому приходится увеличивать количество пищи. Добавление в пищу 1 т синтезированной микробиологическим путем аминокислоты лизин экономит десятки тонн кормов.

Биотехнология животных.

Получение трансгенных животных начинают с создания генетических конструкций, в которых целевой ген находится под контролем промотора, активного в определенной ткани организма, например в клетках молочной железы. Такую конструкцию вводят в оплодотворенную яйцеклетку и помещают животным для вынашивания. Выход здоровых животных пока невелик (менее 1 % эмбрионов), но ученые продолжают исследования. Получены трансгенные коровы, овцы, козы, свиньи, птицы, рыбы.

От 20 трансгенных коров можно получить до 100 кг целевого белка в год. Именно столько белка, применяемого для предотвращения тромбов в кровеносных сосудах, требуется человечеству ежегодно. Для получения необходимого людям белка-фактора свертывания крови (его применяют для повышения свертываемости крови у больных гемофилией) достаточно одной трансгенной коровы.

Актуально создание пород домашних животных, устойчивых к паразитам, бактериальным и вирусным инфекциям. Встраивая гены устойчивости к наиболее распространенным заболеваниям, можно значительно сэкономить на вакцинах и сыворотках (до 20 % от стоимости конечного продукта).

Трансгенных млекопитающих используют в качестве модельных систем для поиска способов лечения наследственных заболеваний человека. На мышах отрабатывают методы борьбы со СПИДом, муковисцидозом, болезнью Альтцгеймера, на кроликах — с онкологическими заболеваниями.

Микробные инсектициды. В последнее время все чаще появляются данные о мутагенном и канцерогенном действии химических пестицидов, которые плохо разрушаются и накапливаются в окружающей среде.

Для получения микробных инсектицидов используются вирусы, грибы, простейшие, наиболее удобны - спорообразующие бактерии. Микробные инсектициды высоко специфичны и действуют только на определенные вредные насекомые, оставляя невредимыми полезные. Патогенность микроорганизмов вызвана действием определенных токсинов, поэтому выработки устойчивости к биопрепаратам у насекомых не происходит. Микробные пестициды (энтомопатогенные препараты на основе бактерий, грибов или вирусов) подвержены биодеградации.

Микроорганизмы могут регулировать рост растений и животных, подавлять заболевания. Некоторые бактерии изменяют кислотность и соленость почвы, другие продуцируют соединения, связывающие железо, третьи - вырабатывают регуляторы роста. Как правило, микроорганизмами инокулируют семена и или растения перед посадкой.

В животноводстве биотехнология также находит применение. Это диагностика, профилактика, лечение заболеваний с использованием техники моноклональных антител, генетическое улучшение пород животных. Широко используются биотехнологические методы для искусственного осеменения. Биотехнология применяется для силосования кормов, позволяя повышать усвоение растительной биомассы, для утилизации отходов животноводческих ферм и получения экологически чистых органических удобрения на основе переработки отходов растениеводства и животноводства.

Некоторые вещества, полученные с помощью микроорганизмов могут использоваться в виде кормовых добавок, другие - подавляют вредную микрофлору в желудочно-кишечном тракте или стимулируют образование специфических микробных метаболитов (кормовые антибиотки, которые используются все шире).

 

Вредное влияние пестицидов, а также их нерегулируемое применение вызывает серьезные экологические последствия для здоровья. Ежегодно приблизительно 0,5 млн. человек подвергаются воздействию пестицидов, а во всем мире насчитывается около 10 000 смертельных случаев. Согласно подтвержденным данным, в Китае многие люди постоянно работают в присутствии пестицидов. Такое явление наиболее часто наблюдается в развивающихся странах. Хлорорганические инсектициды, запрещенные в развитых странах, широко применяются в развивающихся странах по причине их дешевизны и доступности. Приведем некоторые факты, говорящие о вреде применения различных пестицидов: 1. Многие домашние животные отравляются из-за употребления в пищу пестицидов, и поэтому мясо и молоко, полученные от них, также загрязнены пестицидами. 2. При обработке пестицидами зерновых культур зачастую погибают естественные враги вредителей. Это приводит к вспышкам размножения вредителей, которые приходится подавлять дополнительным применением пестицидов. 3. Развитие устойчивости к пестицидам у вредителей является огромной проблемой. Там, где это происходит, требуется дополнительная обработка пестицидами, и применение более сильных пестицидов для уничтожения вредителей. 4. Мед домашних и диких пчел загрязняется пестицидами, что приводит к потерям меда и уменьшению количества опыляемых растений. Вредное влияние пестицидов на организм человека 1. Некоторые пестициды, например разбрызгиваемые в виде аэрозолей с самолетов, при сильном ветре попадают на соседние пахотные земли и загрязняют зерновые культуры. 2. В результате применения пестицидов происходят существенные потери в рыбоводстве и звероводстве. 3. Пестициды вызывают разрушение плодородного слоя почвы, уничтожение беспозвоночных животных (например, земляной червь), микрофлоры и микрофауны. 4. Пестициды вызывают хронические заболевания, например аллергии или рак. 5. Пестициды загрязняют грунтовые воды. Обнаружено, что от 4 до 10% водоемов содержат различные уровни пестицидов.

ГМ- соевые растения.

Сегодня в мире выращиваются в производственных масштабах более 100 линий трансгенных растений, в том числе и технических сортов вроде табака и хлопка. Среди наиболее распространенных пищевых культур —соя, кукуруза, рапс, свекла и картофель. Но безусловный лидер — соя, доля которой составляет 98% от всего количества генно-модифицированных растений. ГМ-соя устойчива к насекомым-вредителям и выдерживает обработку химикатами, убивающими все виды сорняков. Появление на полях ГМ-сои позволило в несколько раз увеличить объемы ее производства (традиционно растение очень сильно страдает от сорняков), поэтому именно она стала абсолютным лидером в мире трансгенов. Основные поставщики этой культуры — США и Канада, практически вся выращенная на их территории соя — генно-модифицированная. На данный момент 34% сои в мире — ГМО.

Трансгенная соя — соя, полученная с применением генной инженерии (см. генетически модифицированный организм). На сегодня на рынке присутствует только один вид трансгенной сои, устойчивой к гербициду Раунда́п. Она продаётся под торговой маркой «Раунда́п Рэ́ди» (Roundup Ready, или сокращённо RR, что означает «Готовая к раундапу»). В своей рекламе компании-производители ГМ-сои утверждают, что устойчивость к раундапу повышает урожайность и снижает себестоимость. Однако эти сведения не подтверждаются большинством независимых испытаний. На самом деле устойчивость к глифосатсодержащим гербицидам позволяет всего лишь поддерживать поля чистыми от сорной растительности. Преимуществом раундапа, в отличие от других гербицидов, является высокая эффективность при уничтожении широкого спектра сорняков. В то же время сам признак урожайности представляет собой результат совместного взаимодействия целого комплекса неаллельных генов и поэтому не может быть передан растительному организму (сое) методами генной инженерии. Не оправдываются и прогнозы снижения себестоимости ГМ-продукции сои, поскольку в зависимости от температурных режимов и засоренности полей гербициды семейства раундап могут вноситься через каждые 1-1,5 месяца, а суммарная доза раундапа может достигать 15 л/га. По химическому составу и питательным свойствам не отличается от обычной. ГМ-соя входит в состав всё большего числа продуктов. Однако в случае позднего (июль-сентябрь) применения раундапа на посевах сои в семенах сои наблюдается повышенное остаточное количество раундапа и его продуктов распада.

В трансгенную сою внедрен ген фермента из агробактерий, обладающего устойчивостью к гербициду глифосату, который убивает большинство растений, но является малоопасным для человека и животных.

В настоящее время (на 2007 г.) ГМ-соя выращивается на 92 % всех посевных площадей США, засеянных этой культурой. Привлекательность RR-сои для фермеров состоит в первую очередь в том, что её легче и дешевле выращивать, так как можно намного эффективнее бороться с сорняками. Ген устойчивости к гербициду позволяет обрабатывать растения после прорастания вплоть до стадии цветения. Это позволяет фермерам сократить общее количество обработок различными гербицидами и таким образом существенно экономить время и деньги. Это привело к быстрому распространению трансгенной сои во всём мире. Технология «Раундап Рэди» защищена в Северной Америке рядом патентов, так что при покупке трансгенной сои американские и канадские фермеры подписывают контракт, запрещающий им оставлять себе семена или продавать их другим фермерам для выращивания в следующем году. В Аргентине и Бразилии, других основных мировых поставщиках сои, защита интеллектуальной собственности не так развита, что привело к ситуации массового пиратства технологии «Раундап Рэди».

Проблема безопасности трансгенной сои является частью обширной дискуссии о безопасности генно-инженерных организмов в целом. Все трансгенные сорта растений перед выходом на рынок проходят тщательную проверку на безопасность для человека и экологии. Это приводит к тому, что стоимость разработки и вывода на рынок нового трансгенного растения чрезвычайно высока (от 50 до 200 млн долларов). Им уделяется намного больше времени учёных, чем сортам, полученным методами обычной селекции, что и отражено в их лучшей частичной изученности, однако, например, морфогенез обоих остаётся загадкой природы. Пока что, нет ни одного досконально-изученного и научно подтверждённого случая отрицательного влияния трансгенной сои на здоровье человека, несмотря на более чем 10-летнюю историю её потребления в США и других развитых странах. Тем не менее, основной аргумент противников ГМ-организмов заключается в том, что прошло ещё недостаточно времени для того, чтобы можно было сделать окончательные выводы о их безопасности, и не исключено, что негативные последствия скажутся на будущих поколениях.

Заключение

Человек считается совершенным, т.е. «завершённым» видом. Всякая мутация в генетическом аппарате совершенного вида вредна для данного вида, поэтому он (и человек и любой совершенный вид) не может приспосабливаться ни к малым дозам загрязнителей, ни к изменению окружающей среды, ни, тем более, к замене натуральных продуктов питания искусственными. Любая мутация в генетическом аппарате совершенного вида вредна для него. Мутации вызываются не только загрязнением окружающей среды радиоактивными веществами, диоксинами, пестицидами и пр., но и пищевыми консервантами и просто некачественной (несбалансированной) пищей.

Практически сразу после появления ГМ-продуктов на прилавках магазинов началась международная кампания, требующая их запрещения.
Опасности реальные
Многие ученые отмечают многочисленные риски, связанные с продуктами генной инженерии. Негативные факторы применения ГМ-продуктов можно объединить в 2 группы: пищевые и экологические.
Пищевые риски
Ослабление иммунитета, возможность возникновения аллергических реакций в результате непосредственного действия трансгенных белков. Влияние новых белков, которые продуцируют встроенные гены, неизвестно. Человек их ранее никогда не употреблял и поэтому неясно, являются ли они аллергенами.
Появление устойчивости человека к антибиотикам, что сделает невозможным процесс лечения многих заболеваний.
Нарушение здоровья, связанные с накоплениями в организме человека гербицидов, так как ГМ-растения имеют свойство их аккумулировать.
Возможность отдаленных канцерогенных эффектов.
Экологические риски
Использование ГМ-продуктов, то есть выращивание генетически модифицированных растений, приводит к сильному падению сортового разнообразия. Для генных модификаций берут один-два сорта, с ними и работают. Существует опасность вымирания многих видов растений.

 

Глава 1. Генная Инженерия, почему да?

1.1 Генная терапия. Помощь страдающим наследственными заболеваниями.

Концепция генной терапии существует уже на протяжении последних десятилетий. Она заключатся в том, что наиболее радикальным способом борьбы с разного рода заболеваниями, вызываемыми изменениями генетического содержания клеток, должна быть обработка, направленныая непосредственно на исправление или уничтожение самой генетической причины заболевания, а не ее следствий. Причиной может быть мутация в зародышевой линии клеток, которая передается по наследству при наследственных заболеваниях, это может быть соматическая мутация, которая вызывает, например, рак, или это может быть изменение вследствие появления в клетке чужеродного генетического материала, например, в результате вирусной инфекции. Способ же борьбы с этими генетическими изменениями заключается в искуственном введению в пострадавшую клетку новой генетической информации, призванной поправить ту, с которой связана болезнь. Эта концепция, по-видимому, появилась сразу после осознания механизмов трансформации клеток опухолеродными вирусами. Они, эти вирусы, осуществляли стабильное внедрение генетического материала в геном клетки хозяина, и поэтому тогда же было предложено использовать их, как векторы для доставки желаемой генетической информациии в геном клеток, чтобы в случае необходимости поправлять клеточные дефекты и лечить болезни генома. Однако это были только общие идеи. Предстояло решить массу технических и этических проблем, прежде чем достичь сегодняшних успехов и надежд. Серьезным уроком и предостережением послужила крайне неудачная попытка вылечить талассемию с помощью введения гена (-глобина. Это было сделано в 1980 году. Исторически генная терапия нацеливалась на лечение наследственных генетических заболеваний, но впоследствии поле ее применения, по-крайней мере теоретически, расширилось таким образом, что она стала рассматриваться, как потенциально универсальный подход к лечению практически всего спектра болезней, начиная от инфекционных, включая так называемые болезни современного общества такие как рак, атеросклероз, диабет и кончая классически генетическими, наследственными заболеваниями.

Существует несколько способов введения новой генетической информации в клетки млекопитающих. Это позволяет разрабатывать прямые методы лечения наследственных болезней - методы генотерапии.

Используют два основных подхода, различающиеся природой клеток- мишеней:

- фетальную генотерапию, при которой чужеродную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введенный материал попадет во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению), и

- соматическую генотерапию, при которой генетический материал вводят только в соматические клетки и он не передается половым клеткам.

Есть и третий подход - активация собственных генов организма с целью полного или частичного преодоления действия мутантного гена. Яркий пример такого подхода - использование гидроксимочевины для активации синтеза гемоглобина F у больных с серповидноклеточной анемией и талассемиями.

Особым видом помощи при наследственной патологии является скрининг новорожденных с помощью специальных биохимических тестов для своевременного досимптоматического выявления новорожденных с некоторыми наследственными болезнями обмена веществ, такими как фенилкетонурия, гипотиреоз и галактоземия с целью их последующего эффективного лечения. Во многих странах скрининг всех новорожденных для выявления фенилкетонурии был введен более 40 лет назад, а для гипотиреоза — несколько позже. С его помощью были выявлены многие тысячи потенциально больных новорожденных, которые получили соответствующее лечение (специальная диета без фенилаланина при фенилкетонурии, без галактозы при галактоземии и гормонотерапия при гипотиреозе), обеспечивающее их практическое выздоровление. Задачей скрининга новорожденных и других методов генетического скрининга является выявление носителей мутантных генов и последующее предупреждение рождения детей, больных наследственными болезнями.
Генная терапия, т. е. исправление дефекта на генном уровне с помощью введения чужеродной ДНК, содержащей нормальный ген, уже начала применяться для лечения наследственных болезней, но она еще далека от широкого практического применения.

Основным способом профилактики наследственных болезней является медико-генетическое консультирование. Оно направлено, как правило, на предупреждение появления новых случаев наследственных болезней в семьях и поэтому существенно не влияет на частоту наследственных болезней в популяции. Более эффективным методом профилактики наследственных болезней среди населения является выявление в популяции всех супружеских пар — носителей некоторых рецессивных генов с последующим осуществлением пренатальной диагностики заболевания у плода (проводится при серповидноклеточной гемоглобинопатии, -талассемии в ряде стран, болезни Тея-Сакса среди евреев-ашкенази в США) либо массовое обследование беременных женщин с целью пренатальной диагностики различных врожденных пороков развития.

Кроме этого расшифрованы геномы возбудителей самых опасных болезней: туберкулеза, менингита, сыпного тифа, пневмонии и других. Зная их гены и гены человека, можно будет создавать лекарства, действующие точечными ударами. А не "ковровыми бомбардировками" на весь организм, как сейчас.
Наследственные болезни можно будет лечить, заменяя "неправильный" ген "правильным". Достаточно будет взять в организме, страдающем от такого заболевания, всего одну клетку, ввести в нее корректирующие эту патологию гены, после чего клетку имплантировать обратно. Ткани, органы при такой пересадке не будут отторгаться - это же собственные клетки. И станут ненужными дорогие лекарства. Это будут своеобразные генные процессы. И, наконец, проанализировав наследственную информацию родителей, можно выяснить, какие заболевания они несут, и проводить соответствующую терапию.

 

В соответствии с результатами современных исследований установлено, что наследственных заболеваний гораздо больше, чем было принято считать ранее (артериальная гипертензия, сахарный диабет, психические расстройства, некоторые виды рака). Даже предрасположенность к некоторым инфекционным заболеваниям обусловлена генетически.

Несмотря на сравнительно молодой «возраст» генной терапии, имеются уже конкретные практические результаты. Например, достигнута высокая клиническая эффективность лечения наследственного иммунодефицита (недостаточности аденозиндезаминазы), при котором обычные методы лечения были не эффективны, а больные – обречены.