Основные концепции и перспективы биотехнологии

Концепции современного естествознания
Лекция 22. Основные концепции и перспективы биотехнологии

1. Микробиология 2. Инженерная энзимология 3. Перспективы биотехнологии и проблемы биологической безопасности. Биоэтика. 3.1. Генная и клеточная инженерия 3.2. Евгеника 3.3. Клонирование 3.4. Расшифровка генома человека 3.5. Биоэтика Контрольные вопросы Литература

1. Микробиология

Микробиология - это наука, изучающая микроорганизмы (бактерии, микроскопические грибы, водоросли) - х систематику, морфологию, физиологию, биохимию, наследственность и изменчивость, распространение и роль в круговороте веществ в природе, практическое значение.
Возникновение и развитие микробиологии. Начало микробиологии связывают с именем голландского исследователя А. Левенгука (16321723), который впервые увидел бактерии и дрожжи, рассматривая с помощью изготовленных им микроскопов зубной налёт, растительные настои, пиво и т.д. Однако, подлинным творцом микробиологии как науки был Л. Пастер, выяснивший роль микроорганизмов в брожении (виноделие, пивоварение) и в возникновении болезней животных и человека. Исключительное значение для борьбы с заразными болезнями имел предложенный Пастером метод предохранительных прививок, основанный на введении в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов. Задолго до открытия вирусов Пастер предложил прививки против вирусной болезни - бешенства. Работы Пастера послужили научной основой стерилизации хирургических инструментов и перевязочных материалов, приготовления консервов, пастеризации пищевых продуктов и т.д. Идеи Пастера о роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе были развиты основоположником общей микробиологии в России С. Н. Виноградским, открывшим хемоавтотрофные микроорганизмы, которые усваивают углекислый газ атмосферы за счёт энергии окисления неорганических веществ и бактерии, разлагающие целлюлозу в аэробных условиях. В развитии медицинской микробиологии важная роль принадлежит Р. Коху, открывшему возбудителей туберкулёза и холеры и предложившему плотные питательные среды для выращивания микроорганизмов. Существенный вклад в развитие медицинской микробиологии и иммунологии внесли Э. Беринг (Германия), Э. Ру (Франция), С. Китазато (Япония), а в России и СССР - И. И. Мечников, Л. А. Тарасевич, Д. К. Заболотный, Н. Ф. Гамалея.

Развитие микробиологии и потребности практики привели к обособлению ряда разделов микробиологии в самостоятельные научные дисциплины, в частности, такие как:

1. Общая микробиология изучает фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов.

2. Техническая, или промышленная микробиология, задачей которой является изучение и осуществление микробиологических процессов, применяемых для получения дрожжей, кормового белка, липидов, бактериальных удобрений, а также получение путём микробиологического синтеза антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот, нуклеотидов, органических кислот и т.п.

3. Сельскохозяйственная микробиология, которая выясняет состав почвенной микрофлоры, её роль в круговороте веществ в почве, а также её значение для структуры и плодородия почвы, влияние обработки на микробиологические процессы в ней, действие бактериальных препаратов на урожайность растений. В ее задачу входят также изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, и борьба с ними, разработка микробиологических способов борьбы с насекомыми - вредителями, методов консервирования кормов, мочки льна, предохранения урожая от порчи, вызываемой микроорганизмами.

4. Геологическая микробиология, объектом изучения которой является роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых. Результатом прикладных исследований в этой области являются методы получения (выщелачивания) из руд металлов (медь, германий, уран, олово) и др. ископаемых с помощью бактерий.

5. Водная микробиология изучает количественный и качественный состав мик- офлоры солёных и пресных вод и её роль в биохимических процессах, протекающих в водоёмах, осуществляет контроль за качеством питьевой воды, совершенствует микробиологические методы очистки сточных вод.

6. Медицинская микробиология исследует микроорганизмы, вызывающие заболевания человека, и разрабатывает эффективные методы борьбы с ними.

наверх

Следует отметить, что если ранее к объектам изучения микробиологии относили также и вирусы, то в настоящее время своеобразие строения и размножения вирусов, а также применение специальных методов их исследования привели к возникновению вирусологии как самостоятельной науки, не относящейся к микробиологии.
В наши дни микробиология бурно развивается. Существуют три основных причины такого развития:
· благодаря успехам физики, химии и техники микробиология получила большое число новых методов исследования
· начиная с 40х гг. 20 в. резко возросло практическое применение микроорганизмов.
· микроорганизмы стали использовать для решения важнейших биологических проблем, таких, как наследственность и изменчивость, биосинтез органических соединений, регуляция обмена веществ и др.

Успешное развитие современной микробиологии невозможно без гармонического сочетания исследований, проводимых на популяционном, клеточном, органном и молекулярном уровнях. Для исследования морфологии и цитологии микроорганизмов разработаны новые виды микроскопической техники. Так, в СССР был изобретён метод капиллярной микроскопии, позволивший открыть новый, ранее не доступный для наблюдения мир микроорганизмов, обладающих своеобразной морфологией и физиологией.

Для изучения обмена веществ и химического состава микроорганизмов получили распространение различные методы физикохимической биологии: хроматографии, массспектрометрия, метод изотопных индикаторов, электрофорез. С помощью электронного микроскопа стало возможным изучение тонких особенностей строения цитоплазматических мембран и рибосом, их состава и функций (например, роль цитоплазматических мембран в процессах транспорта различных веществ или участие рибосом в биосинтезе белка).

Широкое распространение получило непрерывное культивирование микроорганизмов, основанное на постоянном притоке свежей питательной среды и оттоке жидкой культуры. Установлено, что наряду с размножением клеток (ростом культуры) происходит развитие культуры, т. е. возрастные изменения у клеток, составляющих культуру, сопровождающиеся изменением их физиологии. Примером может служить тот факт, молодые клетки, даже интенсивно размножаясь, не способны синтезировать многие продукты жизнедеятельности, например ацетон, бутанол, антибиотики, образуемые более старыми культурами. Современные методы изучения физиологии и биохимии микроорганизмов дали возможность расшифровать особенности их энергетического обмена, пути биосинтеза аминокислот, многих белков, антибиотиков, некоторых липидов, гормонов и др. соединений, а также установить принципы регуляции обмена веществ у микроорганизмов.

Практическое значение микробиологии. В настоящее время весьма велика роль прикладных исследований в области микробиологии. Еще в глубокой древности, за несколько тыс. лет до возникновения микробиологии как науки человек, не зная о существовании микроорганизмов, широко применял их для приготовления кумыса и др. кисломолочных продуктов, получения вина, пива, уксуса, при силосовании кормов, мочке льна.
Микроорганизмы играют важнейшую роль в плодородии почв, в продуктивности водоёмов, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых. Особенно важна способность микроорганизмов минерализовать органические остатки животных и растений. Всё возрастающее применение микроорганизмов в практике привело к возникновению микробиологической промышленности и к значительному расширению микробиологических исследований в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. С середины 19 в. до 40х гг. 20 в. техническая микробиология в основном изучала различные брожения, а микроорганизмы использовались преимущественно в пищевой промышленности. С 40х гг. быстро развиваются новые направления технической микробиологии, которые связаны с появлением нового поколения оборудования и аппаратуры. Выращивание микроорганизмов стали проводить в закрытых ферментёрах большой ёмкости, совершенствовались методы отделения клеток микроорганизмов от культуральной жидкости, выделения из последней и химической очистки их продуктов обмена.

наверх

Одним из первых возникло и развилось производство антибиотиков. В широких масштабах микробиологическим путём получают аминокислоты (лизин, глутаминовая кислота, триптофан и др.), ферменты, витамины, а также кормовые дрожжи на непищевом сырье (сульфитные щелока, гидролизаты древесины, торфа и сельскохозяйственные растительные отходы, углеводороды нефти и природного газа, фенольные или крахмалсодержащие сточные воды и т.д.). Осуществляется получение микробиологическим путём полисахаридов и осваивается промышленный биосинтез липидов.
Резко возросло применение микроорганизмов в сельском хозяйстве. Увеличилось производство бактериальных удобрений, в частности нитрагина, приготовляемого из культур клубеньковых бактерий, фиксирующих азот в условиях симбиоза с бобовыми растениями, и применяемого для заражения семян бобовых культур. Новое направление сельскохозяйственной микробиологии связано с микробиологическими методами борьбы с насекомыми и их личинками - вредителями сельскохозяйственных растений и лесов. Найдены бактерии и грибы, убивающие своими токсинами этих вредителей, освоено производство соответствующих препаратов.
Высушенные клетки молочнокислых бактерий используют для лечения кишечных заболеваний человека и сельскохозяйственных животных.
Известно, что деление микроорганизмов на полезных и вредных условно, т.к. оценка результатов их деятельности зависит от условий, в которых она проявляется. Так, разложение целлюлозы микроорганизмами важно и полезно в растительных остатках или при переваривании пищи в пищеварительном тракте (животные и человек не способны усваивать целлюлозу без её предварительного гидролиза микробным ферментом целлюлазой). В то же время эти же микроорганизмы разрушают рыболовные сети, канаты, картон, бумагу, книги, хлопчатобумажные ткани и т.д. Даже болезнетворные микроорганизмы не могут быть отнесены к абсолютно вредным, т.к. из них приготовляют вакцины, предохраняющие животных или человека от заболеваний.
Микроорганизмы используются, когда возникает необходимость ускорить разложение определённых химических веществ, например пестицидов, в почве. Велика роль мик- оорганизмов при очистке сточных вод (минерализация веществ, содержащихся в сточных водах).

наверх

2. Инженерная энзимология

Инженерная энзимология - это новое научнотехническое направление, появление которого связано с необходимостью интенсификации биотехнологических процессов.
Задачи инженерной энзимологии - конструирование органических катализаторов (энзимов) с заданными свойствами на основе ферментов и полиферментных систем, выделенных из клеток или находящихся в них.
Термин "заданные свойства" имеет в виду, что эти свойства задаются практическими потребностями в данном катализаторе, условиями проведения ферментативного процесса, специфичностью, необходимой производительностью и т.д.
Инженерная энзимология основана на принципах органического и ферментативного катализа, химической технологии, биотехнологии и биохимии и со времени своего зарождения целиком обращена к практике.
Хотя основная направленность современной инженерной энзимологии - спользование каталитической активности иммобилизованных (см. ниже) ферментов и клеток, ее рамки гораздо шире. Цель этой дисциплины - ботка научных основ применения ферментных катализаторов для создания новых биотехнологических производств, новых методов в диагностике и терапии, органическом синтезе и др., а также решение фундаментальных проблем энзимологии при помощи иммобилизованных ферментов.

Практические разработки в области инженерной энзимологии связаны с решением следующих задач:
· получением нового продукта;
· улучшением качества известного продукта;
· повышением экономичности биотехнологического процесса.

Иммобилизованные ферменты.

Ферменты в качестве биологических катализаторов применяются в различных отраслях промышленности - щевой, текстильной, фармацевтической, кожевенной, в медицине, сельском хозяйстве, в тонком органическом синтезе и т.д. Более широкое использование ферментов в биотехнологии до последнего времени сдерживалось вследствие ряда причин, а именно:
· трудоемкости отделения ферментов от исходных реагентов и продуктов реакции;
· нестабильности ферментов при хранении и при действии различных факторов;
· высокой стоимости чистых ферментных препаратов.

Создание биокатализаторов нового поколения - ммобилизованных, т.е. связанных ферментов открыло перед прикладной энзимологией новые перспективы.
Иммобилизация фермента - это методический прием, при котором молекулу биокатализатора включают в какуюлибо фазу, отделенную от фазы свободного раствора, но способную обмениваться с ней молекулами субстрата, эффектора или ингибитора. В качестве такой фазы может применяться, например, уголь (это установлено еще в 1916 г. Дж. Нельсоном и Е. Гриффином). В 1959 г. был применен принципиально новый методический прием - ковалентное связывание. С этого времени и ведется целенаправленная разработка гетерогенных катализаторов на основе ферментов.
Иммобилизованные ферменты имеют существенные преимущества. Так, например, они легко отделимы от реакционной среды. Это дает возможность остановить реакцию в любой момент, получить продукт, незагрязненный катализатором, и использовать ферментный препарат многократно. Иммобилизованные ферменты технологичны, что определяется возможностью вести биотехнологический процесс непрерывно и регулировать скорость катализируемой реакции и выход продукта путем изменения скорости протока. Подбором соответствующих носителей и методов иммобилизации можно целенаправленно модифицировать такие свойства ферментов, как специфичность, рН- температурозависимость, а также стабильность фермента при денатурирующих воздействиях.
Успешное использование иммобилизованных ферментов в значительной мере определяется выбором подходящего сочетания носителя и метода иммобилизации, а также знанием кинетики реакций с участием таких катализаторов.

наверх

Применение иммобилизованных ферментов.

Иммобилизованные ферменты можно использовать, главным образом, в трех направлениях:

1. Анализ различных веществ, в качестве лечебных средств и биокатализато- ов для использования в биотехнологических производствах.

2. Лечебные средства. Такие средства применяются либо в том случае, когда необходимый фермент отсутствует в тканях, вследствие генетических или других нару- ений, либо в качестве агентов, разрушающих нежелательные компоненты, например, мочевину. Использование чужеродных (бактериальных) ферментов зачастую нежелательно, вследствие того, что они могут стать причиной аллергических реакций и, кроме того, они крайне неустойчивы. Иммобилизация позволяет обойти эти барьеры, так как она повышает стабильность фермента и препятствует его взаимодействию с иммунной системой макроорганизма. Например, в аппарате "искусственная почка", предназначенном для освобождения крови от различных шлаков, в том числе и мочевины, путем ультрафильтрации, используется колонка с иммобилизованной уреазой. Ферменты применяют в лечебных целях и тогда, когда они необходимы, но по причине различных патологических процессов отсутствуют, например, для растворения кровяных тромбов.

3. Применение в различных производствах. Иммобилизованные ферменты широко используются в бумажной, текстильной, химической и фармацевтической промышленности, а также для обработки сточных вод.

наверх

3. Перспективы биотехнологии и проблемы биологической безопасности. Биоэтика

3.1. Генная и клеточная инженерия

Двадцать первый век часто называют веком биологии, имея в виду, что прикладное значение открытий, сделанных за последние десятилетия в биологии, и, в первую очередь, в таких науках как генетика и молекулярная биология. Последние, в свою очередь, являются теоретической основой для таких прикладных дисциплин как генная и клеточная инженерия.
Генная инженерия, или технология рекомбинантных ДНК - это изменение с помощью биохимических и генетических методик хромосомного материала - основного наследственного вещества клеток. Известно, что хромосомный материал состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Биологи изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть. Фактически генная инженерия занимается тем, что берет гены и части ДНК одного вида, например, рыбы, и пересаживает их в клетки другого, на- мер, помидора. Для этого генная инженерия располагает набором различных технологий для того, чтобы разрезать ДНК произвольно или в определенных участках гена. Выделив сегмент ДНК, можно его изучать, размножать или склеивать с ДНК других клеток и организмов. Генная инженерия позволяет преодолеть межвидовые барьеры и перемешивать информацию между абсолютно не связанными между собой видами.
В настоящее время научились уже переносить гены от одного животного к другому и от животного к растениям. Получены "трансгенные" мыши, свиньи, овцы, коровы и рыбы. ДНК можно прямо инъецировать в оплодотворенное яйцо вида- еципиента, или можно использовать в качестве переносчика вирус, который, проникнув в клетку, внесет с собой и нужный ген. Третий метод связан с использованием неспециализированных стволовых (т.е. родоначальных) клеток эмбриона. Гены вводят в стволовые клетки путем инъекции или с помощью вируса, и полученные в результате трансгенные клетки инъецируют другому зародышу, который включает эти чужие клетки в свои ткани. Гены человека вводили и в растения, например в табак, в надежде получить таким способом большие количества нужных белков, в частности антител и ферментов. В этих экспериментах перенос генов оказался довольно простым делом. Была придумана специальная "генная пушка", выстреливающая ДНК прямо в листья растений.
Практическое применение генной инженерии. Современные технологии позволяют синтезировать гены, и с помощью таких синтезированных генов, введенных в бакте- , получают ряд весьма важных биологических веществ. Их производство составило важную отрасль биотехнологии.
Методом генной инженерии уже получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон. И хотя эта технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине, например, это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомымвредителям и гербицидам.
Интерферон - белок, синтезируемый организмом в ответ на вирусную инфекцию, изучают сейчас как возможное средство лечения рака и СПИДа. Понадобились бы тысячи литров крови человека, чтобы получить такое количество интерферона, какое дает всего один литр бактериальной культуры. Ясно, что выигрыш от массового производства этого вещества очень велик. Очень важную роль играет также получаемый на основе микробиологического синтеза инсулин, необходимый для лечения диабета. Методами генной инженерии удалось создать и ряд вакцин, которые испытываются сейчас для проверки их эффективности против вызывающего СПИД вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). С помощью рекомбинантной ДНК получают в достаточных количествах и человеческий гормон роста, единственное средство лечения редкой детской болезни - гипофизарной карликовости.
Еще одно перспективное направление в медицине, связанное с рекомбинантной ДНК, - т.н. генная терапия. В этих работах, которые пока еще не вышли из экспериментальной стадии, в организм для борьбы с опухолью вводится сконструированная по методу генной инженерии копия гена, кодирующего мощный противоопухолевый фермент. Генную терапию начали применять также для борьбы с наследственными нарушениями в иммунной системе.
В сельском хозяйстве удалось генетически изменить десятки продовольственных и кормовых культур. В животноводстве использование гормона роста, полученного биотехнологическим путем, позволило повысить удои молока; с помощью генетически измененного вируса создана вакцина против герпеса у свиней.
Генная терапия. В последнее десятилетие в биомедицинскую практику вошло понятие генной терапии. Под генной терапией понимается комплекс методов, позволяющих вводить "лечебные" гены в клетки живого организма для компенсации существующих и профилактики возможных патологических процессов.
В настоящее время проводятся широкие клинические испытания генотерапевтических подходов в лечении таких заболеваний, как рак, иммунодефицит и др. Эту деятельность следует приветствовать и поддерживать, чтобы, если вы, к несчастью, не имеете "хороших" генов от рождения, в один прекрасный день смогли бы купить их в ближайшей аптеке [6].
Но есть и оборотная сторона медали. Несмотря на явную пользу от генетических исследований и экспериментов, само понятие "генная инженерия" породило различные подозрения и страхи, стало предметом озабоченности и даже политических споров. Мно- гие опасаются, например, что какойнибудь вирус, вызывающий рак у человека, будет введен в бактерию, обычно живущую в теле или на коже человека, и тогда эта бактерия будет вызывать рак. Возможно также, что фрагмент ДНК, несущий ген устойчивости к лекарственным препаратам, введут в пневмококк, в результате чего пневмококк станет устойчивым к антибиотикам и пневмония не будет поддаваться лечению. Такого рода опасности, несомненно, существуют.
В современной генной терапии в ряде случаев в качестве векторов для доставки генов используются модифицированные вирусы, которые в естественных условиях в ходе инфекции используют клетки организма для саморепликации, что в итоге приводит к раз- ушению зараженных клеток и высвобождению миллионов копий исходного вируса.

наверх

В естественных условиях борьбу с вирусами осуществляет система иммунитета, которая узнает зараженные клетки и уничтожает их еще до образования вирусного потомства. В генной терапии вирусы модифицируются таким образом, что они теряют способность к размножению в клетках организма. В их геноме исключается некоторый участок, существенный для репликации вируса. Вместо него вставляется "лечебный" ген. Такой вирус способен проникать в клетки и обеспечивать экспрессию гена, ответственно- го за терапевтический эффект, при этом не происходит размножения вируса и, следовательно, разрушения клетки. Тем не менее, иммунная система воспринимает такие клетки как чужеродные и уничтожает их. С этим связана одна из основных проблем современной генотерапии, так как для устойчивого терапевтического действия введенного гена необходима его длительная экспрессия. Поэтому усилия многих научных лабораторий направлены на преодоление этого иммунного барьера. С этой целью в геном вируса вводятся дополнительные гены, продукты которых обладают иммуносупрессивным, т.е. подавляющим иммунитет действием. Придание иммуносупрессивных свойств вирусным векторам также важно в генной терапии аутоиммунных заболеваний, в частности такого, как ревматоидный артрит.
Опасности генной терапии связаны с попаданием таких модифицированных вирусов в природную среду. При этом существует вероятность обмена генетической информации с вирусом дикого типа, что приведет к образованию нового вируса, способного разрушать клетки организма - вируса, который остается "невидимым" для иммунной системы. Если представить, что такой вирус будет передаваться воздушнокапельным путем, а симптомы будут проявляться только через период времени, в течение которого невозможно осуществлять тотальный карантин (например, один месяц), то последствия для человечества и биосферы могут стать катастрофическими.
Генетические исследования ведутся серьезными и ответственными учеными, а методы, позволяющие свести к минимуму возможность случайного распространения потенциально опасных микробов, все время совершенствуются. Оценивая возможные опасности, которые эти исследования в себе таят, следует сопоставлять их с подлинными трагедиями, вызванными недоеданием и болезнями, губящими и калечащими людей.

наверх

3.2. Евгеника

Развитие генетики привело к рождению "евгеники" - учения о средствах, путях и условиях изменения наследственности человека и создания более совершенных его ка- еств.
Понятие "евгеника" ввел в 1883 г. пионер математической статистики Фрэнсис Гальтон (18221911), применив идею отбора своего кузена Чарльза Дарвина к человеку. "Евгеника есть наука, которая занимается всеми влияниями, улучшающими качества расы", - сал он в книге "Исследования человеческой способности и ее развития", - говорил о расах животных, растений, особенно человека. Надо оговориться, что наукой евгеника все же не стала: она была движением, в том смысле, как мы говорим о зеленом или феминистическом движении, - ногда с сильным и качественным научным моментом В Британии евгеника дала основу математической генетике популяций, в России - основу генетике человека и медицинской генетике и косвенно экспериментальной генетике популяций. На основе положений евгеники в ряде стран, например, во Франции, проводились мероприятия, направленные на охрану материнства и детства. В то же время, именно "евгенисты" дали рациональное обоснование "акту Джонсона" - систскому закону США 1924 г. об ограничении иммиграции из Европы "низших рас", особенно цыган и ев- еев.
Следует отметить русское евгеническое движения, существовавшего в 19201930 гг. Обсуждение возможностей евгеники, совпавшее по времени со стартом и быст- ым развитием генетических исследований в России, шло в рамках мощных традиций русской медицины и биологии. Возглавлявшие движение видные российские биологи Ю.А. Филипченко (18821930) и Н.К. Кольцов (18721940) обладали достаточным влиянием для поддержания в этом движении высоких научных стандартов и этических норм. Ев- геническая программа Филипченко, включавшая изучение наследственности человека путем анкетных обследований, генетическое и евгеническое просвещение, подачу советов евгенического характера. В контексте сегодняшних представлений она должна быть определена как медико- генетическая программа.
Н.К.Кольцов широко понимал евгенику и включал в нее составление генеалогий, географию болезней, витальную статистику, социальную гигиену и ряд социологических тем, но прежде всего - нициированные и руководимые им исследования генетики психи- еских особенностей человека, типов наследования цвета глаз и волос, биохимических показателей крови и групп крови, роли наследственности в развитии эндемического зоба, обследование монозиготных близнецов. В евгенических докладах и статьях Кольцов постоянно подчеркивал роль биологического разнообразия и желательность разветвленных открытых полииерархических систем, биологических и социальных. Поэтому то, чем он занимался, говоря о евгенике, нельзя назвать собственно евгеникой (в указанном вы- е смысле). Напротив, у нас есть все основания утверждать, что Кольцов выдвинул программу исследований в области генетики человека.
В наши дни, в контексте проекта изучения генома человека и техники генной инженерии, позитивная евгеника получила иной смысл: предполагаемая (в будущем) пересадка генов ради повышения физических и умственных способностей, теперь уже любого человека. Отношение к перспективам новой позитивной евгеники стало одной из трех основных тем обсуждения на генетической части Симпозиума по социальным и этическим последствиям проекта "Геном человека" в Национальном институте здоровья США в 1991 г. Следует помнить о том, что осуществление подобных технологий пока весьма проблематично, так как механизмы включения генов у человека остаются загадкой. Известно, что сдвиг по одному наследственному признаку влечет за собой изменение широкого спектра коррелированных, т.е. связанных с ним признаков [7].
Таким образом, следует различать естественнонаучную основу евгеники, т.е. законы генетики и философскосоциологическую надстройку. Эта надстройка может быть как гуманистической, так и реакционной, антигуманной, обслуживающей идеи фашизма, расизма.

наверх

3.3. Клонирование

Проблема клонирования животных по своей сенсационности и социальной значимости стоит в настоящее время в центре внимания не только специалистов в области биологии, но и широкой общественности и постоянно освещается в средствах массовой информации. При этом чаще всего приходится встречаться как с неоправданным оптимизмом, так и с крайним пессимизмом и неприятием исследований в этой области. Как отмечает ряд авторов, и то и другое, в первую очередь обусловлено некомпетентностью лиц, представляющих в СМИ соответствующую информацию.
Прежде всего надо определить, что следует понимать под клонированием животных и что такое клон. По принятому в науке определению клонирование является точным воспроизведением того или иного живого объекта в какомто количестве копий. Эти копии и называются клоном. Вполне естественно, что все эти "копии" должны обладать идентичной наследственной информацией, т.е. нести идентичный набор генов. В ряде случаев получение клона животных не вызывает особого удивления и является рутинной процедурой, хотя и не такой уж простой. Генетики получают подобные клоны, когда используемые ими объекты размножаются посредством партеногенеза, т.е. бесполым путем, без предшествующего оплодотворения. Естественно, те особи, которые будут развиваться из потомков той или иной исходной половой клетки, будут в генетическом отношении одинаковыми и могут составить клон. У нас в стране, например, блестящие работы по клонированию такого рода выполняет на шелкопряде с помощью разработанной им специальной методики академик В.А. Струнников. Выведенные им клоны шелкопряда славятся на весь мир. В то же время ему удалось установить, что отдельные особи в пределах определенного клона не идентичны, но отличаются друг от друга, и порою весьма существенно. В ряде клонов это разнообразие бывает большим, чем в генетически разнообразных популяциях.
В эмбриологии тоже известны методы получения клонов. Если зародыша морского ежа на стадии раннего дробления искусственно разделить на составляющие его клетки - бластомеры, то из каждого разовьется целый организм. В ходе последующего развития зародышевые клетки теряют эту замечательную способность и становятся все более и более специализированными. Можно также использовать ядра так называемых стволовых эмбриональных клеток от какогонибудь конкретного раннего эмбриона, которые еще не являются очень специализированными (таковым будет их потомство). Эти ядра пересаживают в яйцеклетки, из которых удалено собственное ядро, и такие яйцеклетки, развиваясь в новые организмы, опятьтаки могут образовать клон генетически идентичных животных.
У человека известны случаи своеобразного "естественного" клонирования - это так называемые однояйцевые близнецы, которые возникают благодаря редко встречающемуся естественному разделению оплодотворенной яйцеклетки на два отделяющихся друг от друга и в последующем самостоятельно развивающихся бластомера. Такие близнецы (их принято называть монозиготными) очень похожи друг на друга, но не идентичны, т.е. точными копиями друг друга не являются!

Острые же споры и дискуссии вызывает клонирование другого рода, а именно получение ряда точных копий того или иного взрослого животного, "прославившегося" какимито своими выдающимися качествами (например, рекордные надои молока, высокий настриг шерсти и т.д.), а также ученого мужа или политика или артиста, особо ценного для человечества в силу его, скажем, гениальности. Вот тутто и возникают весьма и весьма большие сложности, включая этические и социальные проблемы, в которых следует разобраться.
Специалисты отмечают невозможность получения таких абсолютных копий по ряду причин. Дело в том, что В ходе индивидуального развития организма происходят изменения в его ядрах - одни гены активно работают, другие - не активны и "молчат". И чем организм более специализирован, чем выше ступенька эволюционной лестницы, на которой он стоит, тем эти изменения глубже и тем труднее обратимы. У некоторых организмов, например у известного кишечного паразита аскариды, генетический материал в будущих зародышевых клетках остается неизменным в ходе развития, а в других, соматических, клетках выбрасываются целые большие фрагменты ДНК - носителя наследственной информации. В красных кровяных шариках (эритроцитах крови) птиц ядра "сморщиваются" в маленький комочек и не "работают", а потому из эритроцитов млекопитающих, стоящих эволюционно выше птиц, вообще выбрасываются за ненадобностью. И, следовательно, встает вопрос: способны ли ядра соматических клеток полностью и эквивалентно заменить ядра зародышевых клеток в их функции обеспечения нормального развития зародыша?
Кроме того, условия развития зародыша в матке разных приемных матерей будут существенно различаться, а значит, и точных копий уже не будет получено! Но даже если все проблемы удастся решить и все трудности преодолены, клонирование человека абсолютно исключается.
Для того, чтобы получить положительный результат при клонировании человека (как и другого высшего животного) необходимо трансплантировать развивающиеся яйцеклетки с чужеродными ядрами нескольким тысячам приемных матерей, поскольку процент положительных исходов крайне низок и, скорее всего, его не удастся повысить. Что же будет с остальными зародышами? Большая часть погибнет в утробе матери или разовьется в уродов. Такая технология представляется преступной, а потому вполне естественно ожидать принятия закона, запрещающего такого рода исследования как в высшей степени аморальные.
Вместе с тем существует и другая точка зрения, которая была высказана в Декла- ции в защиту клонирования и неприкосновенности научных исследований, подписанной рядом крупнейших ученых, общественных деятелей и писателей, среди которых Френсис Крик, лауреат Нобелевской премии по физиологии, США, Хосе Дельгадо, директор Центра нейробиологических исследований, Испания, Херберт Хауптман, лауреат Нобелевской премии, профессор биофизических наук, США, Сергей Капица, заведующий кафедрой, МФТИ, Россия, Таслима Насрин, писатель, врач, социальный критик, Бангладеш, Симона Вейль, бывший президент Европейского парламента, Франция, Курт Воннегут, писатель, США и др. в 1998 г.
В Декларации признается, что клонирование высших животных действительно ставит этические проблемы. Поэтому необходимо разработать соответствующие директивы, которые позволят предотвратить злоупотребления, в то же время сделав максимально доступными выгоды клонирования. Эти директивы должны как можно больше учитывать автономию и выбор каждого отдельного человека. Необходимо также предпринять все меры, чтобы сохранить свободу и неприкосновенность научных исследований.
В Декларации говорится также и о том, что моральные проблемы, порождаемые клонированием, не крупнее и не глубже тех, с которыми люди уже сталкивались по поводу таких технологий, как ядерная энергия, рекомбинантная ДНК или компьютерное моделирование. Они просто новые. Какие же моральные проблемы может породить клонирование человека? Некоторые религии учат, что человеческие существа фундаментально отличны от других млекопитающих - то божество наделило людей бессмертными душами, придав им ценность, не сравнимую с ценностью других живых существ. Утверждается, что природа человека уникальна и священна. Научные достижения, которые могут изменить эту "природу", встречают гневный протест.
Вместе с тем, насколько может судить научная мысль, вид Homo sapiens принадлежит к царству животных. Богатство мыслей, чувств, упований и надежд человечества возникает, по всей видимости, из электрохимических процессов в мозге, а не из нематериальной души, способы действия которой не может обнаружить ни один прибор. Теперь же существует вполне реальная опасность приостановки исследований, несущих огромные потенциальные блага, исключительно из- х конфликта с религиозными верованиями некоторых людей. Важно понять, что подобные религиозные возражения уже возникали по поводу вскрытия людей, анестезии, искусственного оплодотворения и всей генетической революции наших дней - , тем не менее, каждое из этих достижений принесло огромные блага. Тот взгляд на природу человека, который коренится в мифическом прошлом человечества, не должен быть нашим главным критерием при принятии моральных решений о клонировании.
В Декларации подчеркивается, что в клонировании высших животных, исключая человека, не содержится какихлибо неразрешимых этических дилемм. Не является очевидным и также и то, что будущие достижения в клонировании человеческих тканей и даже человеческих существ создадут моральные затруднения, которые не сможет разрешить человеческий разум.
Российское законодательство также устанавливает весьма жесткие ограничения на использование человеческого материала. Так, в предлагаемой медиками поправке к проекту "Закона о репродуктивных правах граждан и гарантиях их осуществления" содержится такай пункт: "Человеческий эмбрион не может быть целенаправленно получен или клонирован в научных, фармакологических или лечебных целях".
Всемирная организация здравоохранения /ВОЗ/ также негативно относится к клонированию собственно человека. Генеральный директор ВОЗ Хироси Накадзима считает, что "использование клонирования для производства человека неприемлемо с этической точки зрения". Специалисты ВОЗ исходят из того, что применение метода клонирования к людям нарушило бы такие фундаментальные принципы медицинской науки и права, как уважение человеческого достоинства и безопасность человеческого генетического потенциала.
Вместе с тем ВОЗ не против исследований в области клонирования клеток, поскольку это могло бы принести пользу, в частности, для диагностики и изучения рака. Не возражают медики и против клонирования животных, которое может содействовать изу- ению болезней, поражающих людей. При этом ВОЗ считает, что хотя клонирование животных способно принести существенные выгоды медицине, нужно быть все время на- еку, помня о возможных негативных последствиях - таких, например, как перенос заразных болезней от животных человеку.

наверх

3.4. Расшифровка генома человека

Программа "Геном человека" существует и финансируется в России с 1989 года. Несмотря на серьезные экономические трудности, работы в этой области продолжаются и поныне. В США, которые осуществляют большую часть проводимых исследований по проекту "Геном Человека", финансирование началось с 1990 года. Помимо США и России в реализации проекта участвуют научные центры Западной Европы, Японии и некоторых других стран. Задача проекта заключается в том, чтобы установить последовательность около 80000 генов и трех миллиардов нуклеотидов, из которых состоит ДНК человека.
Реализация проекта имеет серьезное значение для фундаментальной науки, поскольку значительно углубит знания об организации и функционировании генетического аппарата человека. Зная сходство и различие в строении ДНК человека и приматов, можно будет более точно реконструировать процесс антропогенеза. Трудно переоценить его значение для медицинской практики. Уже сейчас разработаны десятки и еще больше на подходе новых тестов для ДНКдиагностики наследственных болезней человека. Отмечу, что, например, внедрение тестов, выявляющих болезнь Тей Сакса, снизило рождаемость детей с этой патологией в США более чем на 90%.
Определение локализации и физической структуры генов, ответственных за возникновение тех или иных генетических нарушений человека, открывает возможности для исправления наследственного материала методами генетической терапии.
Следует также отметить, что осуществление проекта "Геном человека" сопряжено с революционным преобразованием молекулярнобиологических технологий, которые впоследствии могут найти применение в диагностике и коррекции генетически детерминированных заболеваний, а также в промышленных биотехнологиях. Уже сейчас растет число частных фирм, которые вкладывают значительные ресурсы в развитие геномных исследований, предполагая получить грандиозные прибыли.
Академик А.А.Баев писал: "...геном человека - это уже не только фундаментальная научная проблема, но и крупное социальное явление, как финансовое, так и производственное. Изучение генома достигло такого состояния, что и гуманитарии, занимающиеся вопросами философии, социологии, права, и религиозные деятели, и вообще общественность должны, наконец, вплотную заняться вопросами биоэтики (см. ниже)".

наверх

3.5. Биоэтика

Формирование биоэтики обусловлено прежде всего теми грандиозными изменениями, которые произошли в технологическом перевооружении современной медицины, кардинальными сдвигами в медикоклинической практике, которые нашли свое выражение в успехах генной - нженерии, трансплантации органов, биотехнологии, поддержании жизни пациента. Все эти процессы невиданным образом обострили моральные проблемы, встающие перед врачом, перед родственниками больных, перед медицинским персоналом. Существуют ли пределы и каковы они в поддержании жизни смертельно больного человека? Допустима ли эвтаназия? С какого момента следует считать наступление смерти? С какого момента зародыш можно считать живым существом? Допустимы ли аборты? Или аборты есть убийство живых существ? Таковы лишь некоторые из тех вопросов, которые встают перед врачом, да и перед широкой общественностью в условиях невиданного технологического оснащения современной медицины в развитых странах
Биоэтика как исследовательское направление междисциплинарного характера сформировалось в конце 60х - начале 70х гг. Термин "биоэтика" предложен В. Р. Поттером в 1969 г. Трактовка ее весьма разнородна. Прежде всего биоэтику пытаются отождествить с биомедицинской этикой, ограничив ее содержание этическими проблемами отношений "врач - циент". Существует и более широкое понимание биоэтики, включающее в себя. ряд аксиологических (ценностных)проблем профессиональной деятельности, смежной с врачебной, ряд социальных проблем, связанных с системами здравоохранения и, наконец, проблем, относящихся к отношению человека к животным и растениям. Кроме того, термин "биоэтика" указывает на то, что она ориентируется на исследования живых существ. Иными словами, биоэтика ориентируется на достижения современной биологии при обосновании или решении моральных проблем, возникающих в ходе научных исследований.
Несмотря на то, что биоэтика, как было сказано выше, оформилась как научное направление во второй половине 20 века, проблемы, которые она рассматривает, изначально составляли основу русской философской мысли.
Так начале 20- го века известный русский революционер П. А. Кропоткин разрабатывает этику альтруизма. Этику, по его мнению, необходимо обосновать научно, т. е. построить на базе естествознания, в частности, теории эволюции Дарвина. Высоко оценивая значение теории Дарвина, П. А. Кропоткин решительно критикует ее основной принцип - нцип борьбы за существование. Его необходимо дополнить принципом взаимной помощи как одним из важнейших факторов эволюционного процесса. Это означает, что корни нравственности - в инстинкте общительности, уже изначально существующем в органической природе. Природа называется Кропоткиным первым учителем этики, нравственным началом этики. Поэтому в работах Кропоткина - "Взаимная помощь как фактор эволюции", "Этика" много внимания уделено описанию различных форм взаимопомощи в животном мире, для того чтобы показать, как этические нормы укоренены в природном мире, истоки альтруизма - в инстинкте общительности и взаимопомощи, присущих уже животным. Позднее эти идеи нашли свои подтверждение в работах этологов К. Лоренца, Д.П. Филатова и др.
В сороковых годах 20- го столетия выдающийся советский биолог Д. П. Филатов начинает писать работу "Норма поведения, или мораль с естественно- сторической точки зрения". Увязывая этику с теорией эволюции и этологией, Филатов проводил мысль, что человек на первых фазах эволюции унаследовал от животного мира норму оборонительного поведения, эгоистическо- нстинктивное начало в поведении. Эгоизм первичен в жизни животных. Эта фаза в эволюции человека подчинена законам естественного отбора, действие которых в последующем ослабляется. В соответствии с этим уменьшается и жизненное значение эгоизма и увеличивается роль людей, для которых характерны любовь к жизни и природе в целом. Для морали будущего, по мнению Филатова, как раз и будет характерно повышение антиэгоистических норм морали и поведения людей, которые "поступают так, как поступил бы заботливый хозяин жизни: ничего для себя и все - для окружающего. И так как они поступают так не в силу взятого на себя принципа, а в силу своего всеобъемлющего интереса к жизни, их удовлетворение постоянно". Они - "носители объединенной, спаянной в одно целое любви ко всему и живому и неживому". Обращает на себя внимание то, что Д. П. Филатов, сохраняя ориентацию на науку, пытается построить этику, выходящую за границы и натуралистической, и христианской этики. Свою этику он называет этикой любви к жизни.
Биоэтика, как и любое другое изобретение человеческого духа, не является некоей моральной панацеей. Нельзя думать, что она сможет дать решение всех рассматриваемых ею проблем. Поскольку ситуации, анализируемые биоэтикой, рождаются в сфере современных и перспективных биологических и медицинских научных исследований, в будущем ей, повидимому, должно уделяться все большее внимание. Одной из главных задач биоэтики должна стать попытка пробудить чувство ответственности за те социальные формы, в которой эти ситуации возникают и разворачиваются в современном обществе. Только в этом случае появится возможность движения к осуществлению оптимистическую концепции Вернадского о переходе биосферы в сферу разума, где решающую роль играет не только наука, но и этический разум объединенного человечества.

наверх

Контрольные вопросы

1. Что изучает микробиология?
2. Труды каких ученых лежат в основе микробиологии?
3. Назовите основные направления микробиологии.
4. Какие методы исследования используются в микробиологии?
5. В чем заключается практическое значение микробиологии?
6. Что такое инженерная энзимология?
7. Что такое иммобилизованный фермент?
8. Каково практическое значение инженерной энзимологии?
9. Что составляет объект исследований генной инженерии?
10. Объясните понятие "трансгенный".
11. Что такое стволовые клетки?
12. Каково практическое значение генной инженерии?
13. Что такое генная терапия?
14. В чем видится опасность генной инженерии и генной терапии?
15. Что такое евгеника? Когда она возникла?
16. Что составляет естественнонаучную основу евгеники?
17. Дайте характеристику российскому евгеническому движению.
18. Что такое позитивная евгеника?
19. Что составляет философскосоциологическую надстройку евгеники?
20. Приведите примеры реакционной, расистской трактовки положений евгеники.
21. Каково, на ваш взгляд, будущее евгеники?
22. Поясните термины: клон, клонирование.
23. Что является признаком клона?
24. Какие методы получения клонов известны в настоящее время?
25. Что такое "естественное клонирование"?
26. Можно ли получить абсолютные копии организмов при клонировании? Поясните ваш ответ.
27. Почему клонирование высших животных и человека расценивается многими как аморальное?
28. Каково мнение ВОЗ о клонировании?
29. Назовите аргументы защитников клонирования.
30. Что вы думаете о целесообразности исследований в области клонирования? Сформулируйте ваши аргументы.
31. В чем заключается суть программы "Геном человека"?
32. В чем заключается практическая ценность программы "Геном человека"?
33. Поясните термин "биоэтика".
34. Чем обусловлено возникновение биоэтики?
35. В чем суть биоэтических концепций П.А. Кропоткина? Д.П. Филатова?
36. В чем состоят задачи современной биоэтики как междисциплинарного научного направления?

наверх

Литература

1. Большая Российская энциклопедия. - Russ Portal Company Ltd. Проект Рубрикон.
2. Жубанова А.А., Савицкая И.С. Инженерная энзимология. /Учебнометодическое пособие. - Изд. Казахского национального унта им. альФараби, 2001.
3. Корочкин Л.И. Клонирование животных: естественнонаучные и социальные проблемы. /Высокие технологии и современная цивилизация. Материалы научной конференции. Инт философии РАН, 1998.
4. Мадоян И.А. Этический фактор как обязательный компонент современных технологий в биоинженерии. /Высокие технологии и современная цивилизация. Материалы научной конференции. Инт философии РАН, 1998.
5. Тищенко П.Д. Философские аспекты международного проекта "Геном человека". /Высокие технологии и современная цивилизация. Материалы научной конференции. Инт философии РАН, 1998.
6. Коваленко Д.В. Двуликий Янус генной терапии. /Высокие технологии и современная цивилизация. Материалы научной конференции. Инт философии РАН, 1998.
7. Бабков В.В. Эволюция и генетика человека в контексте эпохи. ВИЕТ, 1997, № 1, с.7694.
8. Биоэтика. Проблемы и перспективы. Вопросы философии.- 1994.- 3.
9. Тищенко П.Д. К началам биоэтики. Вопросы философии.- 1994.- 3.
10. Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. - .: Владос, 1998.

Права на распространение и использование курса принадлежат
Уфимскому Государственному Авиационному Техническому Университету

Обновлено 19.02.2002.
Webмастер О.В. Трушин

Основные концепции и перспективы биотехнологии