Понятие генных технологий
Генные технологии основываются на методах генетики и молекулярной биологии, объединенных целенаправленным созданием новых комбинаций генов, не существующих в природе. Генные технологии часто называют генной инженерией.
Генная инженерия зародилась в начале 70-х годов ХХ века. Тогда генные технологии носили название технологии рекомбинантных ДНК.
Основная операция генной технологии состоит в извлечении гена или группы генов из клеток организма и соединение их с молекулами ДНК, которые имеют способность проникать в клетки другого организма и размножаться.
Начальная стадия развития генных технологий принесла ряд биологически активных соединений, таких как интерферон, инсулин и т.д.
Современная генная инженерия объединяет микробиологию, генетику, биохимию, химию нуклеиновых кислот и белков и дает новые возможности для решения большого количества проблем медицины, сельского хозяйства и биотехнологии.
Основной целью генной инженерии является видоизменение ДНК. Для этого она кодируется для производства белка с заданными свойствами.
Современные методы дают возможность анализа и идентификации фрагмента ДНК и клетки, в которую ввели необходимую ДНК. С помощью этих методов целенаправленно производятся операции над биологическими объектами. Это является основой генных технологий.
Отличие генной инженерии от селекции
В чем состоит отличие генной инженерии от селекции? Чтобы получить ответ на этот вопрос, необходимо перечислить ограничения, с которыми сталкиваются селекционеры:
- нельзя предсказать, какое получится потомство
- нельзя скрестить неродственные виды
- нельзя управлять процессом рекомбинации.
В природе возможно скрещивание только близкородственных генов. Иначе неизвестно, какие организмы бы получились в результате скрещивания. Возник вопрос, что если попытаться провести рекомбинацию вне организма. Подобные эксперименты были проведены в 1972 году, а в дальнейшем был создан арсенал методов, которые позволяли производить рекомбинацию в пробирке, а затем вводить полученный материал в клетку.
Таким образом, отличие генной инженерии от селекции заключается в том, что процесс рекомбинации производится вне организма, что позволяет преодолеть все ограничения классической селекции. В генной инженерии возможно скрещивание генов разных видом, возможно предсказать результат, а также можно управлять процессом.
Достижения генных технологий
Генные инженерия привела к разработке методов анализа генов и геномов, которые, в свою очередь, привели к синтезу новых организмов, модифицированных генетически.
В 1996 году были установлены нуклеотидные последовательности 11 микроорганизмов. Знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов, по мнению биологов, даст возможность программирования их на то, чтобы они приносили большой доход.
Принципиальный метод, который привел к активному развитию микробиологии – клонирование эукариотных генов. Фрагменты геномов растений и животных клонируют именно в микроорганизмах, для чего используются созданные искусственным путем плазмиды и другие молекулярные образования.
При помощи молекулярных проб определяют, например, заражена ли кровь вирусом СПИДа.
Технологии генной инженерии, позволяющие идентифицировать конкретных микробов, дают возможность следить за их распространением при эпидемиях либо внутри какого-либо помещения.
Генные технологии производства вакцин имеют два основных направления:
- улучшение существующих вакцин. В идеале – это комбинированная вакцина, то есть несколько вакцин в одной дозе.
- получение вакцин против болезней, для которых метод вакцинации еще не был использован. Например, СПИД, язвенная болезнь желудка, малярия и т.д.
Среди важнейших достижений генных технологий выделяется получение инсулина в промышленных масштабах.
Еще одним важным медицинским препаратом является интерферон, который эффективен при злокачественных и вирусных заболеваниях.
В Японии и США производится эффективный противораковый препарат интерлейкин.
Американский рынок медицинских препаратов, которые были получены методами генной инженерии, сравним с массовыми лекарствами.
В медицинскую практику введены около 200 новых препаратов, и еще более 100 находится на стадии клинических испытаний. Среди таких препаратов лекарства, излечивающие сердечно-сосудистые заболевания, артрозы, некоторые опухолевые процессы, а возможно, даже СПИД. 60 % генно-инженерных фирм работают над производством лекарств.
Генные технологии на протяжении последних лет не только повысили эффективность природных штаммов, но и создали совершенно новые.
Активно проводится работа по генетической модификации микробов, которые используются при производстве хлеба, сыра, молочной продукции, а также в пивоварении и виноделии. Целью этой работы является увеличение устойчивости штаммов по отношению к вредным бактериям, а также улучшение качества продукта.
Генетически модифицированные микробы способны принести огромную пользу при взаимодействии с сельскохозяйственными растениями и животными. Модификация растений способна сделать их более устойчивыми к инфекционным болезням. Для этого в них вносится ген, блокирующий развитие грибковых или вирусных заболеваний. Таким образом в Китае были получены табак, сладкий перец, томаты, устойчивые к вирусам. На данный момент их выращивают на больших площадях. Существуют сорта томатов, устойчивых к бактериальной инфекции. Есть сорта картофеля и кукурузы, устойчивые к грибкам. На данный момент количество трансгенных растений составляет около 45 тысяч.
Однако существует большое опасение по поводу того, не приведет ли внедрение генных технологий к возникновению новых неизвестных заболеваний либо каких-либо других негативных последствий.
Практика генной инженерии, насчитывающая уже около 30 лет, до сих пор не дала ни одного примера негативных последствий. А новые рекомбинантные микроорганизмы менее болезнетворны, чем их исходные формы.
Однако особенность биологических феноменов заключается в том, что нельзя уверенно утверждать, что этого не случится. И в этом случае необходимо отметить, что все работы с микроорганизмами строго регламентированы для снижения вероятности распространения инфекционных агентов. Не допускается содержание в трансгенных штаммах генов, которые после переноса способны дать опасный эффект.
