Тема трансгенні організми

Біотехнологія - це сукупність промислових методів, в яких використовують живі організми або біологічні процеси. Людина здавна застосовує біотехнологічні процеси у виробництві різних речовин і харчових продуктів - сирів, молочних продуктів, тесту, пива і т.д. але сам термін «біотехнологія» був запропонований тільки в 70 роки ХХ століття.

В даний час різні види мікроскопічних грибів використовуються в мікробіологічної промисловості для виробництва антибіотиків, вітамінів, гормонів, ферментів, кормових білків і іншого. Удосконалюються біотехнологічні методики і в харчовій промисловості, де високопродуктивні штами мікроорганізмів дозволяють збільшити випуск харчових продуктів (кисломолочних, сирів, пива) і кормів для тварин (силос, кормові дріжджі) високої якості.

Біотехнологічні процеси застосовуються і для очищення навколишнього середовища, зокрема, стічних вод і грунту, від побутового та промислового забруднення. Методи біологічного очищення засновані на здатності певних видів бактерій як в аеробних, так і в анаеробних умовах, розкладати органічні сполуки, що потрапляють у воду і грунт. В результаті селекційної роботи виведені штами, здатні розкладати такі сполуки, які природні види не здатні утилізувати. Для очищення стічних вод і природних водойм використовують здатність деяких організмів накопичувати органічні і неорганічні сполуки або певні хімічні елементи в своїх клітинах (деякі види бактерій, водоростей, найпростіших).

Біотехнологічні процеси застосовують і при розробці біологічних методів боротьби з шкідниками сільського і лісового господарства, а також паразитичними і кровососущими видами. Використовуючи штами певних видів мікроорганізмів, виготовляють препарати, ефективно знижують чисельність шкідників, не забруднюючи при цьому довкілля токсичними сполуками. При цьому необхідною умовою застосування біологічних препаратів є їх безпеку для інших видів організмів.

Останнім часом в розробці біотехнологічних процесів все ширше використовують методи генетичної і клітинної інженерії, що дозволяють отримувати різноманітні сполуки і препарати.

Як переносників синтезованих або виділених генів, крім вірусів використовуються і плазміди, отримані головним чином з бактерій. Плазміди - позахромосомних фактори спадковості, найчастіше представляють собою кільцеві молекули ДНК (наприклад, генетичний апарат мітохондрій і хлоропластів).

Об'єктами дослідження генетичної інженерії є переважно прокаріоти, хоча вчені працюють і з генами еукаріот. Наприклад, в геном бактерій були введені гени щура та людини, що відповідають за синтез інсуліну, і бактерії стали синтезувати цей гормон, необхідний для лікування цукрового діабету. Методами генетичної інженерії отримані білки - інтерферони, які захищають організм людини і тварин від вірусних інфекцій, гормон росту та інші. Щорічно розширюється перелік медичних препаратів, отриманих за допомогою методів генетичної інженерії.

Перед генетичною інженерією, незважаючи на її молодість, відкриваються значні перспективи. Крім вирішення перерахованих вище питань, генетична інженерія буде здатна вирішувати в майбутньому і більш глобальні завдання. Серед них: видалення дефектних алелей на ранніх етапах онтогенезу і заміна їх нормальними, поєднання в одному геномі генів різних організмів. Наприклад, рішення задачі переносу з клітин бактерій генів, що відповідають за фіксацію атмосферного азоту, в клітини вищих рослин дозволило б значно скоротити кошти на виробництво і внесення нітратних добрив у грунт.

Результати дослідження генетичної інженерії мають виняткове значення і для теоретичної біології. Завдяки їм зроблені найважливіші відкриття щодо тонкого будови генів, їх функціонування, структури генома різних організмів.

Робота з геномами вищих організмів, крім технічних труднощів, пов'язана з етичними проблемами. Втручання в генотип хребетних тварин і особливо людини, навіть з найкращими намірами, може привести до непередбачуваних наслідків.

Клітинна (тканинна) інженерія - область біотехнології, що використовує методи, за допомогою яких з організму виділяють клітини і переносять їх на поживні середовища, де ці клітини продовжують жити і розмножуватися. Крім того, клітинна інженерія займається гібридизацією нестатевих клітин особин різних видів, пологів, сімейств, здійснюючи тим самим схрещування організмів, яке неможливо здійснити іншим способом (людини і миші, людини і моркви, курки і дріжджів ...) Гібридизація нестатевих клітин надає можливість створювати препарати, підвищують стійкість організмів до різноманітних інфекційних захворювань, а також лікують ракові захворювання. Завдяки вирощуванню нестатевих клітин організму на живильному середовищі створюють культуру клітин (тканин) для отримання цінних речовин, що значно здешевлює вартість лікарських препаратів (наприклад, препаратів рослини женьшень). Оскільки нестатеві клітини багатоклітинних організмів, як правило, містять всю спадкову інформацію, властиву особини, то існує можливість отримати з однієї клітини значна кількість організмів з однаковими спадковими якостями.

Перспективним напрямком клітинної інженерії є клонування організмів. Клон - сукупність клітин або особин, отриманих від загального предка нестатевим шляхом. Таким чином, клон складається з однорідних в генетичному відношенні клітин або організмів.

При клонуванні з незаплідненої яйцеклітини видаляють ядро ​​і пересаджують в неї ядро ​​нестатевий клітини іншої особини. Таку штучну зиготу пересаджують в матку самки, де зародок розвивається. Ця методика дозволяє отримувати від цінних за своїми якостями виробників необмежену кількість нащадків, що є їх точною генетичною копією. Методом клонування вирощують і організми рослин.

Трансгенний організм - живий організм, в геном якого штучно введений ген іншого організму.

Ген вводиться в геном господаря в формі так званої «генетичної конструкції» - послідовності ДНК, що несе ділянку, що кодує білок, і регуляторні елементи (промотор, енхансер та ін.), А також в деяких випадках елементи, що забезпечують специфічне вбудовування в геном (наприклад, т. н. «липкі кінці»). Генетична конструкція може нести кілька генів, часто вона являє собою бактеріальну плазміду або її фрагмент.

Метою створення трансгенних організмів є отримання організму з новими властивостями. Клітини трансгенного організму виробляють білок, ген якого був впроваджений в геном. Новий білок можуть виробляти всі клітини організму (неспецифічна експресія нового гена), або певні клітинні типи (специфічна експресія нового гена).

Створення трансгенних організмів використовують:

в науковому експерименті для розвитку технології створення трансгенних організмів, для вивчення ролі певних генів і білків, для вивчення багатьох біологічних процесів; величезне значення в науковому експерименті одержали трансгенні організми з маркерними генами (продукти цих генів з легкістю визначаються приладами, наприклад зелений флуоресцентний білок, візуалізують за допомогою мікроскопа, так легко можна визначити походження клітин, їх долю в організмі і т. д.);

в сільському господарстві для отримання нових сортів рослин і порід тварин;

в біотехнологічному виробництві плазмід і білків.

В даний час отримано велику кількість штамів трансгенних бактерій, ліній трансгенних тварин і рослин. Близько за змістом та значенням до трансгенних організмів знаходяться трансгенні клітинні культури. Ключовим етапом в технології створення трансгенних організмів є трансфекція - впровадження ДНК в клітини майбутнього трансгенного організму. В даний час розроблено велику кількість методів трансфекції. У російській науковій літературі існували спроби ввести терміни «трансгенезу», «трансгеноз» і «трансгенологія» для технології створення трансгенних організмів і відповідної галузі знання, але ці терміни використовуються рідко.

Близьке за значенням до терміна «трансгенний організм» коштує термін «трансфіковані організм» - організм, в клітини якого було здійснено перенесення гена іншого організму. Цей термін іноді використовують, коли акт трансфекції здійснений, але експресія нового гена відсутній. Також цей термін використовується для опису організму, в частину клітин якого введена генетична конструкція (наприклад, введення ДНК в один з органів дорослої тварини, в цьому випадку новий ген не буде переданий потомству, а його експресія часто носить тимчасовий характер).

Близьке за значенням до терміна «трансгенний організм» коштує термін «Генетично модифікований організм», але це поняття ширше і включає в себе не тільки трансгенні організми, але і організми з будь-якими іншими змінами генома.