Теоретичнi основи генно-модифiкованих продуктiв

Змiст

Вступ: Стан i перспективи розвитку генноi iнженерii в Украiнi та за кордоном.

1. Теоретичнi основи генно-модифiкованих продуктiв.

1.1. Ген як елементарна одиниця спадковостi

1.2. Генетичний код

1.3. Структурна органiзацiя генному

1.4. Кланування генiв

2. Генно-iнженернi пiдходи до створення iнтенсивних технологiй в харчовiй галузi

2.1. Використання генноi iнженерii у мтАЩяснiй i молочнiй промисловостi

2.2. Використання генноi iнженерii у рослинництвi

2.3. Методи генноi iнженерii мiкроорганiзмiв

2.4. Позитивнi i негативнi наслiдки використання ГМП

3. Методи застосування генноi iнженерii в медицинi

3.1. Бiоматерiали

3.2. Генна iнженерiя в епiдемiологii

4. Вплив генно-модифiкованих продуктiв на стан здоровтАЩя людини

5. Висновки

Список лiтератури

Вступ

За прогнозами демографiв, в 2000 р. населення Землi становило 6,2 млрд. чол., а до 2025 р. повинне досягти 8,3 млрд. Вченi зайнятi розвтАЩязанням проблеми пошуку нових сiльгосппродуктiв, яких буде багато i якi вирощувати й захищати вiд шкiдливих впливiв навколишнього середовища полегшаi легенi.

Як усунути навислу над свiтом i ще не цiлком усвiдомлену нами погрозу голоду? Розширювати посiвнi площi, будувати новi ферми? Але адже Земля й так забудована й розорана уздовж i поперек. Пiдвищувати врожайнiсть зернових i виробництво м'яса традицiйними способами? Нi, так теж проблему не вирiшити. Адже врожайнiсть основних свiтових культур - пшеницi й рису досягла межi. А нескiнченнi "м'яснi скандали" - те з коров'ячим сказом, то з малайзiйськими свинями, то з бельгiйськими курми - показують, що робити якiсну яловичину, свинину й птаха стаi усе сутужнiше.

"Ми завалимо мир нашою iжею й урятуiмо його вiд голоду", - упевнено говорять представники американськоi компанii "Монсанто" i iнших свiтових лiдерiв у виробництвi генетично модифiкованоi iжi. Що ж насправдi являi собою ця загадкова iжа й наскiльки обгрунтованi викликуванi нею побоювання? Що ж таке генна iнженерiя i який механiзм ii дii? У загальному поданнi генна iнженерiя - це нова, революцiйна технологiя, за допомогою якоi вченi можуть витягати гени з одного органiзму й впроваджувати iх у будь-який iншiй. Пересадження генiв змiнюi програму органiзму-одержувача, i його клiтини починають робити рiзнi речовини, якi, у свою чергу, створюють новi характеристики усерединi цього органiзму. За допомогою цього методу дослiдники можуть мiняти особливi властивостi й характеристики в потрiбному iм напрямку: наприклад, вони можуть вивести сорт соiвих бобiв, стiйких до впливу гербiцидiв.

Дослiдники з дуже бiльшою наснагою узялися використати генну iнженерiю для створення бiльше живильних продуктiв харчування лiквiдацii певних хвороб, у тому числi й у свiйських тварин, сподiваючись у такий спосiб полiпшити життя людини на Землi. Але в дiйсностi, незважаючи на те що гени можуть бути витягнутi й правильно схрещенi, у життi дуже важко прогнозувати наслiдку вживляння генiв у чужий органiзм. Такi операцii можуть стати причиною мутацiй, у результатi яких придушуiться дiяльнiсть природних генiв органiзму. Впровадженi гени можуть також викликати несподiванi побiчнi ефекти: генетично модифiкована iжа може, примiром, мiстити токсини й алергени або мати знижену поживнiсть, i в результатi споживачi занедужують або навiть, як уже траплялося, умирають. Крiм того, органiзми, виведенi за допомогою генноi iнженерii, здатнi самостiйно розмножуватися й схрещуватися iз природними, що не перетерпiли генне втручання популяцiями, викликаючи при цьому необоротнi бiологiчнi змiни у всiii екосистеми Землi. Так уважають багато вчених, i зокрема д-р наук, проф. молекулярноi бiологii в Унiверситетi Менеджменту Махариши (Фэарфилд, Айова) Джон Фейган, що одержав понад 2,5 млн. дол. державних субсидiй на проведення дослiджень в областi генноi регуляцii й вивчення молекулярного механiзму виникнення ракових новотворiв.

Чи вiдрiзняються генетично модифiкованi культури по смаку й зовнiшньому виглядi вiд звичайних? Анiтрошки. РЗхня вiдмiннiсть розпiзнаiться лише на рiвнi ДНК. Принцип генно-iнженерного методу полягаi в тiм, що iз клiтини-донора видiляють гени, вiдповiдальнi за те або iнша властивiсть, i вводять у клiтини сiльськогосподарських культур або тварин. Модифiкована клiтина потiм стаi основою для створення нового виду Рослини або тварини, що володii бажаними властивостями.

Так, наприклад, генетично змiнена соя маi iмунiтет до хiмiчних гербiцидiв. Вражаючи бур'яни, вони не заподiюють нiякоi шкоди самiй кориснiй рослинi. В Азii, наприклад, виростаi мутованой рис, що добре переносить посуху й засоленi ТСрунти. Швейцарський концерн ВлНовартисВ» почав вирощувати кукурудзу, що видiляi власна отрута проти польових шкiдникiв. В Америцi виведений картопля, що при прожарюваннi усмоктуi менше жиру. А голландська картопля з ВлдосадженимВ» геном дуже стiйка до вiрусних захворювань. У цей час створений ряд трансгенних культур: соя, кукурудза, бавовна, рапс, томати, картопля. Свiтовий товарообiг цих культур за перiод з 1995 по 1998 р. зрiс в 20 разiв i в 1998 р. склав 1,2-1,5 млрд. дол. За експертними оцiнками, уже в 2000 р. ця сума досягла 3 млрд. дол. Список сортiв трансгенних рослин, що пройшли польовi випробування й уже оброблюваних у РДвропi й Америцi, росте так само стрiмко, як i пов'язанi iз цiiю галуззю науки слухи, страхи й надii людства.

Правда, уряди й громадськiсть у рiзних краiнах ставляться до проблеми трансгенеза по-рiзному. Якщо, наприклад, у США розширюються рамки законопроектiв, що допускають включення продуктiв трансгенного сiльського господарства в комерцiйний оборот, а самi вирощують такi рослини на бiльших площах, то в краiнах РДвропейського союзу поки тiльки визнають необхiднiсть науково обТСрунтованоi оцiнки безпеки рослин i тварин, одержуваних у результатi трансгенеза.

Уже сьогоднi трансгеннi продукти в значнiй мiрi становлять харчування американцiв (сир, м'ясо, тi ж гамбургери, не говорячи про сою, кукурудзу, томати, картоплi). Поля трансгенних кукурудзи й картоплi займають у США й чи Канадi не 30 % посiвних площ.

Бiльше того, у тих же Сполучених Штатах дозволено не вказувати на етикетцi походження харчовоi сировини, оскiльки творцi глибоко впевненi (i змогли це довести своiму Мiнiстерству охорони здоров'я) у безпецi трансгенноi iжi.

Трохи iнший - бiльше критичний - пiдхiд у iвропейцiв. Вiн викликаний поруч факторiв. Перший - чисто економiчний, пов'язаний з конкуренцiiю й захистом ринку вiд американцiв, що лiдирують у бiотехнологiях. РЖншi фактори пов'язанi з так званими протестами рiзних громадських органiзацiй проти виробництва трансгенних продуктiв.

Неформальним свiтовим лiдером у боротьбi з генетично змiненою продукцiiю стала Великобританiя, що пiсля iсторii з Влкоров'ячим сказомВ» проявляi особливу розбiрливiсть у вiдношеннi того, що надходить на ii обiднiй стiл. Сам принц Чарльз, вiдомий своiю пристрастю до фермерства, написав бiльшу статтю в лондонську газету ВлДейли мейлВ», у якiй обрушився на генетично модифiкованi продукти i iхнiх виробникiв. ВлЛюдство вторгаiться в заборонну зону, що належить Богу й одному тiльки Богу, - уважаi принц Чарльз, - i може бути за це жорстоко покарано.. Чи потрiбна нам у цiй краiнi генетично модифiкована iжа? На пiдставi того, що ми про неi знаiмо й що ми дотепер бачили, можна iз упевненiстю сказати - не потрiбна зовсiм!В» - викликуi принц.

Здавалося б, пiсля такоi потужноi антиреклами навряд чи в когось iз англiйцiв повинне виникнути бажання споживати Влтрансгеннi культуриВ». Проте британський уряд, що пiдтримуi тiснi зв'язки з бiотехнологiчними компанiями, робить все можливе, щоб перекласти негативне вiдношення до Влдиявольськоi iжiВ». У ситуацiю втрутився прем'iр-мiнiстр Тонi Блер, що кинув свiй авторитет на чашу ваг у суперечцi прихильникiв i супротивникiв Влтрансгенних культурВ». ВлГенетично модифiкована iжа може бути дешевше й здоровiше, - заявив Блер у звертаннi до нацiй. Прем'iр-мiнiстр повiдомив, що вiн сам i його родина iз задоволенням iдять такi продукти.

У цiлому супротивники генетично модифiкованих продуктiв в Beликобритании поки беруть гору над ii прихильниками. Компанii ВлНестлеВ», ВлМакс енд СпенсерВ», ВлУайтроузВ» заявили, що починають шукати постачальникiв ВлчистихВ» продуктiв. А найбiльшi мережi супермаркетiв ВлТескоВ», ВлЮнiлеверВ», ВлДж.Сайнсбери ПлсВ» оголосили про те, що забирають зi своiх полиць будь-яку продукцiю, де i хоч один компонент, створений генною iнженерiiю.

Тим часом на Заходi найбiльш затятi супротивники бiотехнологii активно пручаються вторгненню генетики в сферу споживання: по ночах, проникнувши на експериментальнi поля, рiжуть пiд корiнь урожай або топчуть посiви. А захiднi союзи споживачiв домагаються того, щоб продавцi постачали iстiвних мутантiв спецiальними етикетками: "нехай покупець сам вирiшуi, якi продукти купувати - звичайнi або генетичнi". Росii прийде самоi потурбуватися про власну безпеку.

15 травня 1999 р. 36 американських сенаторiв - бiльше третини Сенату США - направили президентовi Клiнтону лист, у якому в рiзкiй формi зажадали, щоб вiн устав на захист американських виробникiв генетично модифiкованих продуктiв. Президент повинен запобiгти Вл торговельну вiйну, що насуваiться, з РДвропи i пiдняти питання на майбутнiй зустрiчi краiн Влвеликоi вiсiмкиВ» у Боннi, заявили сенатори. Вони зажадали вiд Клiнтона також зайняти тверду позицiю на всiх iнших мiжнародних форумах.

Лист сенаторiв збiгся за часом з оприлюдненим у Лондонi висновком британських лiкарiв, якi заявили, що генетично змiненi продукти повиннi мати спецiальне маркування й перероблятися харчовою промисловiстю окремо, не змiшуючись iз ВлнормальнимиВ» харчовими iнгредiiнтами. Якщо США вiдмовляться виконати цi умови, Великобританiя, на думку лiкарiв, повинна повнiстю заборонити ввiз американських генетично модифiкованих продуктiв. Страстi навколо генетично змiненоi iжi сьогоднi киплять не тiльки в РДвропi, причому вони стосуються не тiльки зернових, овочiв, але й м'яса.

Саме тому в iвропейському пiдходi до трансгенезу велике значення надаiться роз'яснювальнiй роботi. Стурбованому населенню втолковуiтся, зокрема, що в трансгеннi рослини нiколи не вводили й не збираються вводити ген людини або тварин. При цьому основнi страхи самих медикiв i бiологiв iз приводу трансгенеза зв'язанi, по-перше, з непередбаченими ефектами прояву гена - iншими словами, з можливостями змiни хiмiчного складу, зниження харчовоi цiнностi продукту й iнших його споживчих властивостей.

Крiм того, у результатi генноi модифiкацii можуть синтезуватися якiсь компоненти, що викликають алергiйнi реакцii або з'являться небезпечнi з'iднання, що володiють мутагенним, канцерогенним або токсичним ефектом,

Росiя теж не поспiшаi налагоджувати масовi вирощування й продаж трансгенних рослин - чи те з розсудливого консерватизму, чи те через вiдсутнiсть засобiв i на науку, i на сiльське господарство.

Для того щоб упорядкувати й взяти пiд державний контроль ввiз у Росiю генетично модифiкованих продуктiв, з 1 липня 1999 р. Мiнздрав РФ вирiшив реiструвати iмпортнi продукти харчування, виготовленi iз сировини з генетично змiненою структурою. РЖмпортери, що ввозять таку продукцiю в Росiю, зобов'язанi сертифiкувати ii в НДРЖ харчування РАМН або в державному центрi ВлБiоинженерiяВ» РАН. Саме в цих двох органiзацiях проводиться медико-генетична експертиза. Якщо експерти порахують тi або iншi продукти безпечними, iмпортер одержить документ, що дозволяi ввозити iх у Росiю.

ВлРеiстрацiя генетично модифiкованих продуктiв - мiра, покликана попередити появу на прилавках iжi, що несе погрозу здоров'ю людиниВ», - заявив журналiстам головний санiтарний лiкар Росiйськоi Федерацii Г.Г. Онищенко. За його словами, дотепер лiкарi в нас не зiштовхувалися iз захворюваннями, викликаними вживанням цих продуктiв. Проте Влце не виходить, що вони нешкiдливi, просто люди не завжди звертаються до лiкарiвВ».

ВлМи буде цiкавити та сама Влгенна вставкаВ», завдяки якiй рослина або тварина одержали нову властивiсть. Наша мета - неi охарактеризуватиВ», - уважаi директор центра ВлБiоинженерiяВ» РАН К.Г. Скрябiн.

За словами К.Г. Скрябiна, в очолюваному iм центрi i база даних з iнформацiiю про всiх зареiстрованi у свiтi трансгенних культурах.

Вiтчизняних трансгенних культур, дозволених для комерцiйного використання, поки немаi. На даному етапi в Росii проводяться випробування восьми сортiв таких рослин - соi, кукурудзи, цукрового буряка, картоплi, причому iз трьох сортiв картоплi всього один - вiтчизняний.

ВлНа початку XXI столiття в краiнi складаiться важка економiчна ситуацiя, а пiдвищити врожай ми можемо тiльки за допомогою трансгенних культур. Завдання вчених - зробити так, щоб вони були економiчно ефективнi й безпечнiВ», - вiдзначаi акад. РАСХН К.Г. Скрябiн.

У цей час у багатьох закордонних i вiтчизняних лабораторiях отриманий ряд трансгенних тварин з новими бiологiчними й технологiчними властивостями. При цьому вивчаiться вплив генноi модифiкацii на безпеку таких тварин i iхня можлива комерцiалiзацiя. Цi широкi дослiдження активно ведуться на вiвцях i великiй рогатiй худобi в Австралii, США, Англii.

З 1996 р. у Росii дii закон ВлПро державне регулювання в областi генноi iнженерiiВ», у якому визначенi стандарти безпеки генетично модифiкованих продуктiв. Наприклад, посадити трансгенние рослини для випробувань можна тiльки з дозволу Мiжвiдомчоi комiсii iз проблем генно-iнженерноi дiяльностi на iспитових полях, оточених забором, з охороною.

Введення системи контролю й всебiчноi експертизи харчовоi продукцii з генетично модифiкованих джерел викликано в першу чергу турботою про безпеку людей, - уважаi заступник директора Медико-генетичного наукового центра РАМН, д-р наук, проф. С.А. Шишкiн. Убудованi в генетичний код мiкроорганiзмiв, рослин i тварин генно-iнженернi конструкцii теоретично можуть бути небезпечними. Важко сказати, у яких саме формах це може виявитися. Примiром, людина, що вживала продукти або лiки на основi такоi сировини, може перестати адекватно реагувати на певнi лiки, тобто придбати лiкарську стiйкiсть. Тому всi подiбнi продукти повиннi проходити всебiчну експертизу. Дуже важливо, що проблема поставлена саме зараз, поки суспiльство ще не зiштовхнулося на практицi з теоретично можливими труднощами. Нашi вченi давно стурбованi можливими наслiдками генноi iнженерii.

Тiльки пiсля перевiрки на мутагеннiсть i канцерогеннiсть, а також надання матерiалiв дослiджень на тваринах i людях-добровольцях, пiдприiмства-виробники й iмпортери такоi продукцii можуть розраховувати на одержання офiцiйного реiстрацiйного посвiдчення. Воно буде видаватися компетентними органами на 3 роки, а пiсля благополучноi перереiстрацii - на 5 рокiв. Пiсля того як новий порядок почне дiяти, споживачi зможуть жадати вiд продавця генетично модифiкованоi продукцii офiцiйне свiдчення безпеки його товару.

Варто пiдтримувати декларацiю Громадськоi органiзацii "лiкарi й ученi проти модифiкованих за допомогою генноi iнженерii продуктiв харчування", у якiй звернене увага громадськостi на наступне:

В· НЕПРАВИЛЬНО експлуатувати технологiю, що може непередбачено викликати поява небезпечних для здоров'я речовин, перш нiж не буде ретельно вивчена можливiсть такого ризику.

В· НЕПРАВИЛЬНО експлуатувати технологiю, що може зробити необоротний вплив на навколишнi середовище, перш нiж не буде доведено, що дана технологiя не заподii серйозного збитку навколишньому середовищу.

В· НЕПРАВИЛЬНО пiддавати людей i навколишнi середовище навiть найменшоi небезпеки, зважаючи на те, що в цей час наявнi продукти харчування, модифiкованi за допомогою генноi iнженерii, не представляють цiнностi або вона незначна.

В· НЕПРАВИЛЬНО сьогоднi виправдувати експлуатацiю потенцiйно небезпечноi технологii, приводячи в обТСрунтування науково недоведена думка, що ця технологiя може дати кориснi продукти в майбутньому.

Однак це не означаi, що дослiдження в цiй областi й дослiднiй перевiрцi iхнiх результатiв повиннi бути припиненi. Звiсно нi. Особливоi уваги заслуговують наступнi аспекти. Перший - медико-генетичноi, оцiнюючоi змiни в генотипi даноi рослини або тварину й можливiсть iхнiй наступного впливу на людину. Другий - технологiчний, що встановлюi, що отриманий цим методом продукт не мiняi своi технологiчнi властивостi.

РЖ третiй - медико-бiологiчна оцiнка впливу трансгенних продуктiв на iмунний статус органiзму, систему ферментного захисту клiтини. Тiльки пiсля вивчення якiсних показникiв продуктiв генноi iнженерii, у тому числi на декiлькох поколiннях лабораторних тварин, почнеться процес державноi реiстрацii й дозволу до широкого використання при обов'язковому подальшому монiторингу. Таке думка академiка РАМН В.А. Тутельяна.

Застосування продуктiв харчування, отриманих за допомогою генноi iнженерii, настiльки серйозно, що навiть при наявностi всiх розв'язних документiв, необхiдна певна законодавча база, що дозволяi у випадках появи негативних наслiдкiв з юридичноi точки зору вирiшити проблему, що створилася.

1. Теоретичнi основи генно-модифiкованих продуктiв

Генетична iнженерiя - це нова галузь молекулярноi бiологii, яка розробляi методи перенесення генетичного матерiалу вiд одного живого органiзму до iншого з метою одержання новоi генетичноi iнформацii та управлiння спадковiстю.) Розвиток генетичноi iнженерii пов'язаний з досягненнями сучасноi генетики, мiкробiологii, бiохiмii та iнших наук. Початок генетичноi iнженерii покладений П.Бергом в 1972 р., який здержав першi гiбриднi (рекомбiнантнi) ДНК.

У нас використовують два термiни - генетична iнженерiя та генна iнженерiя. Слiд зазначити, що назву "генетична iнженерiя" використовують в бiльш широкому поняттi, тобто зона включаi i генну iнженерiю. При цьому до генноi iнженерii не вiдносять перебудову генома звичайними генетичними методами, тобто мутацiями, рекомбiнацiями.

Ранiш для переносу генiв використовували в основному метод статевоi гiбридизацii. Генетична iнженерiя дозволяi, на вiдмiну вiд статевоi гiбридизацii, вводити в геном органiзму тiльки конкретний ген будь-якого походження поза зв'язку зi статевою сумiснiстю донора та реципiiнта, виключаi необхiднiсть довгострокових беккросiв та вiдборiв для видалення непотрiбних ознак та, в кiнцевому рахунку, розширюi можливостi, прискорюi та значно полегшуi проблему покращення сортiв та порiд.

За останнi роки генетична iнженерiя досягла iстотного прогресу. Центр дослiджень перейшов з прокарiотичних на еукарiотичнi системи. РЖнтенсивно дослiджуються структура та функцiя генiв, якi визначають економiчно важливi ознаки сiльськогосподарських рослин та тварин.

Зараз вже видiлено та детально охарактеризовано бiля сотнi рiзних структурних генiв. Методами молекулярноi бiологii, в основному шляхом синтезу кДНК на РЗРНК, отриманi копii геномних генiв (клони), дослiжуються оптимальнi шляхи перенесення в органiзм чужорiдноi генетичноi iнформацii, ii експресiя в новому генетичному середовищi, а також засоби виявлення та вiдбору трансформованих генотипiв.

Перенесення генiв здiйснюiться у багатьох видiв рослин шляхом використання як технологii рекомбiнантноi ДНК, так i соматичноi гiбридизацii.

Сформувалися два альтернативних напрямки у використаннi технологii рекомбiнантноi ДНК: введення генiв шляхом векторних систем та пряме введення ДНК до рослинних клiтин. Цi технологii знаходяться на стадii модельних експериментiв, однак ряд розробок вже мають практичне використання в селекцii. Найбiльш трiумфальнi успiхи генетичноi iнженерii пов'язанi з мiкробiологiчним синтезом просто органiзованих бiлкiв тваринного (людського) походження (гормони, ферменти, iнтерферон та iн.).

З точки зору операцiйноi технологii рекомбiнантнi ДНК можна подiлити на декiлька головних компонентiв: iндивiдуальнi гени, регуляторнi елементи, векторнi та селекцiйнi системи.

Таблиця 1 Прогрес генетичноi iнженерii в рiзних сферах бiологii.

Перенесення та експресiя iндивiдуальних добре охарактеризованих генiв, власне, i складаi кiнцеву мету будь яких генно-iнженерних манiпуляцiй. Регуляторнi елементи у представникiв рiзних родiв, не кажучи вже про бiльш значнi таксономiчнi одиницi, можуть значно розрiзнятися. Тому перед перенесенням гену (наприклад, бактерiального) в чужорiдне генетичне оточення (наприклад, в рослинну клiтину) в генi необхiдно замiнити бактерiальнi регуляторнi елементи на рослиннi, так як в iншому випадку перенесений ген не буде експресуватися. Подiбнiй модифiкацii необхiдно н рядi випадкiв пiддавати також i структурну частину iiну, оскiльки у рослин та тварин вона в типовому випадку складаiться з так званих iнтронiв та екзонiв, при цьому тiльки останнi дiлянки гена кодують полiпептидний ланцюг бiлку, а першi - вирiзаються (видаляються) в процесi дозрiвання ДНК. РЖмовiрно, що ген з невидаленими iнтронами, що належить до оукарiотичноi клiтини, не може кодувати синтез вiдповiдного бiлку в клiтинi бактерii. Третiм iстотним елементом генно-iнженерних манiпуляцiй i спецiальнi пекторнi системи, якi забезпечують високоефективне перенесення чужорiдного гену в реципiiнтну клiтину та мого стабiльне закрiплення або шляхом iнтеграцii з клiтинною ДНК, або шляхом набуття статусу автономного ядерного або цитоплазматичного елементу. Та, нарештi, четвертим важливим фактором технологii рекомбiнантноi ДНК i система селекцii або детекцii тих химерних клiтин або органiзмiв, в якi включився та функцiонуi чужорiдний ген.

Для вирiшення головних завдань бiотехнологii необхiдно сконцентрувати увагу на питаннi використання iндивiдуальних генiв, молекулярних механiзмiв формування основних селекцiйно-вагомих показникiв та регуляторних елементiв, так як вони визначають експресiю генiв в онтогенезi еукарiот.

Особливу увагу слiд придiлити розробцi складових технологii рекомбiнантноi ДНК, в першу чергу рiзноманiтних векторних систем та систем селекцii, при цьому не допустити розриву мiж фундаментальними та прикладними розробками; для цього необхiдно забезпечити прiоритетнiсть науковим працям в галузi мiкробiологii та вiрусологii. Тодi можна очiкувати, що генетична iнженерiя стане лiдируючою наукою, яка буде використовуватися в технологiчних процесах отримання нових бiологiчно активних речовин, сироваток, рiзноманiтних лiкiв та iншого

При обговореннi переваг методiв клiтинноi та генетичноi iнженерii для створення на iх базi сучасних напрямкiв бiотехнологii неодноразово висловлювалась думка, що з двох бiоiнженерiй клiтинна по ряду причин забезпечуi бiльш швидке отримання практично вагомих результатiв. Це висловлювання, яке i правильним у загальнiй формi, потребуi iстотних доробок. Дiйсно, строки реалiзацii ряду вагомих бiотехнологiчних розробок на базi методiв клiтинноi iнженерii знаходяться в межах початку та кiнця 90-х рокiв, а деякi з них впроваджуються в практику вже зараз. Так, наприклад, безвiрусне насiнництво ряду сiльськогосподарських культур або трансплантацiя ембрiонiв с/г тварин. Технологiя рекомбiнантноi ДНК, в протилежнiсть напiвемпiричним пiдходам клiтинноi iнженерii, спроможна реалiзовувати свiй вагомий науковий потенцiал тiльки при детальнiй молекулярно-бiологiчнiй та генетичний вивченостi об'iктiв та господарсько вагомих ознак, якi i предметом генно-iнженерного експерименту. Це як раз i зумовлюi строки реалiзацii бiльшоi частини розробок генетичноi iнженерii на початок 2000-х рокiв.

Однак, iснуi можливiсть (i вона частково використуiться) для значного прискорення результатiв генетичноi iнженерii. Джерелом цього прискорення можуть стати iнтенсивнi дослiдження мiкроорганiзмiв та вiрусiв, якi мають практичне значення, а також стабiльний пошук простих моногенних ознак рослин та тварин, за якими просто вести селекцiю. У цьому випадку мова не йде про мiкробiологiчний синтез фiзiологiчно активних речовин на основi технологii рекомбiнатноi ДНК типу гормонiв, антибiотикiв та ферментiв, якi використовуються у виробництвi. У загальнiй формi вiруси та мiкроби вiдiграють дуже важливу роль у життiдiяльностi тварин та рослин, виступаючи в ролi симбiонтiв або паразитiв. Тому, манiпулюючи з просто органiзованим генетичним матерiалом вiрусiв та мiкробiв, можливо в значних масштабах впливати на життiдiяльнiсть та продуктивнiсть цих об'iктiв, обходячи обмеження, якi вiддаляють строки реалiзацii розробок генетичноi iнженерii при безпосереднiх манiпуляцiях з генетичним матерiалом рослин та тварин.

На порозi польових випробувань знаходиться проект, нацiлений на створення "бiологiчних пестицидiв" - рекомбiнантних клiтин Pseodomonas fluorescens, якi входять до асоцiйованоi сапрофiтноi мiкрофлори ряду культурних рослин, куди вбудований ген ентомопатогенного токсину Васillus thiringiensis. Можна вказати також на успiшнi спроби боротьби з раннiми заморозками шляхом генетичноi модифiкацii клiтин Pseodomonas syringae , якi являють собою сапрофiтну мiкрофлору багатьох рослин, яка вiдповiдаi за уражуючий ефект раннiх заморозкiв. Особливий бiлок, що секретуiться цими бактерiями, служить центрами кристалiзацii льоду, в результатi чого вода на поверхнi рослини замерзаi, як звичайно, не при -4В°, а при температурi 0В°С. Рекомбiнантнi клiтини Рs. syringae, якi загубили здатнiсть секретувати бiлок-кристалiзатор льоду, будуть першими химерними органiзмами, якi вийдуть з лабораторii у довкiлля.

Значну практичну вагу для iнтенсивних бiотехнологiй маi стiйкiсть культурних рослин до гербiцидiв, яка може досягатися двома шляхами: або за рахунок значного руйнування гербiциду в клiтинi, або за рахунок непроникненностi клiтин для конкретного гербiциду. Зараз гербiцидостiйкiсть може бути досягнена шляхом перенесення в культурнi рослини або бактерiального гену, або мутантного рослинного гtну, що руйнують такi розповсюдженi гербiциди, як глiфосат та сульфонiл-сечовина, У процесi розробок знаходяться i рекомбiнантнi плазмiди, якi спроможнi попереджувати утворення корончатих галiв у рослин. Строки реалiзацii iнших генно-iнженерних проектiв, так чи iнакше пов'язаних з мiкроорганiзмами, вiдносяться до початку третього тисячолiття.

Що стосуiться генiв виших еукарiот, то вiдносно швидко можуть бути реалiзованi iнтерфероновий та гормональний проекти, як у формi продуктiв мiкробного синтезу, так i у формi генiв, що переносяться до органiзму. У випадку iнтерферону продукт мiкробного синтезу в рядi експериментiв пiдвищував стiйкiсть рослинних клiтин до фiтовiрусних iнфекцiй, i можна розраховувати, що подiбний ефект забезпечить безпосереднi введення iнтерферонового гену до рослин. Препарати типу гормону росту при введеннi тваринам стимулюють iх рiст. Отримання гiгантських форм може бути досягнено, як це продемонстровано в експериментах на лабораторних тваринах, також при введеннi гена гормону росту, який забезпечуi посилений синтез цього регулятора в органiзмi. РЖншi генно-iнженернi проекти наведенi в таблицi 3 та розрахованi на бiльш довгостроковi термiни реалiзацii.

ГЕН ЯК ЕЛЕМЕНТАРНА ОДИНИЦЯ СПАДКОВОСТРЖ

Ранiше вважалося, що гени являють собою частину хромосом i i неподiльною одиницею з такими ознаками: здатнiстю визначати ознаки органiзму, здатнiстю до рекомбiнацii, тобто до перемiщення з однiii гомологiчноi хромосоми в iншу при кросинговерi, та здатнiстю до мутацii з утворенням нових алельних генiв. Надалi виявилося, що ген - це складна система, в якiй зазначенi особливостi неподiльнi.

Ген складаiться з окремих нiби сходинок, що блискуче пiдтвердилося новими дослiдженнями. Ген являi собою частину молекули ДНК i складаiться з сотень пар нуклеотидiв. Ген як функцiональну одиницю американський генетик С.Бензер запропонував назвати цистроном. Саме цистрон визначаi послiдовнiсть амiнокислот у коленому специфiчному бiлку.

Цистрон у свою чергу пiдроздiляiться на гранично малi в лiнiйному вимiрi одиницi - рекони, якi здатнi до рекомбiнацii при кросинговерi. Видiляють, крiм того, поняття мутон - це найменша частина гена, здатна до мiнливостi (мутацii). Розмiри рекону та мутону можуть становити одну або кiлька пар нуклеотидiв, цистрону -сотнi i тисячi пар нуклеотидiв.

Виявляiться, що рiзнi функцii -гена пов'язанi з вiдрiзками ланцюга ДНК рiзного розмiру. Ген маi складну структуру, в серединi якоi можуть вiдбуватися процеси мутацii та рекомбiнацii. Виявленi також гени, якi не контролюють синтез визначених бiлкiп, але регулюють цей процес. Таким чином, виникла необхiднiсть роз'iднати гени на двi категорii: структурнi та функцiональнi.

Стурктурнi гени визначають послiдовнiсть амiнокислот у полiпептидному ланцюзi (тобто, колiнеарнiсть). У тих бактерiй, де вони вивченi, структурнi гени, як правило, розмiщенi в хромосомi в послiдовностi вiдповiдно до кодованих реакцiй.

Функцiональнi гени, мабуть, не утворюють специфiчних продуктiв, якi можна виявити в цитоплазмi. Цi гени контролюють функцiю iнших генiв. Один з функцiональних генiв одержав назву гена-оператора.

За уявленнями, введеними в науку Ф.Жакобом та Ж.Моно, ген-оператор i ряд структурних генiв, розмiщених поряд у лiнiйнiй послiдовностi, складають оперон. Оперон - це одиниця зчитування генетичноi iнформацii, тобто з кожного оперона знiмаiться своя молекула РЖРНК. Функцiя гена-оператора, в свою чергу, регулюiться геном-регулятором. Вiн кодуi синтез бiлка-репресора. Наявнiсть чи вiсутнiсть цього бiлка, який приiднуiться до гена-оператора, визначаi початок або припинення зчитування iнформацii.

Колiнеарнiсть - властивiсть, зумовлена вiдповiднiстю мiж послiдовностями кодонiв нуклеiнових кислот та амiнокислот полiпептидних ланцюгiв. Тобто колiнеарнiсть - це властивiсть, яка створюi таку саму послiдовнiсть амiнокислот у бiлку, в якiй вiдповiднi кодони розмiщуються в генi. Це значить, що положення кожноi амiнокислоти у полiпептидному ланцюзi залежить вiд особливоi дiлянки гена. Генетичний код вважаiться колiнеарним, якщо кодони нуклеiнових кислот та вiдповiднi iм амiнокислоти в бiлку розмiщенi в однаковому лiнiйному порядку.

Явище колiнеарностi доведено експериментально. Так, встановлено, що серповидноклiтинна анемiя, при якiй пошкоджуiться будова молекули гемоглобiну, зумовлюiться змiною розмiщення нуклеотидiв у генi, який вiдповiдаi за синтез гемоглобiну.

Завдяки концепцii колiнеарностi можна визначити приблизний порядок нуклеотидiв всерединi гена та в РЖРНК, якщо вiдомий склад полiпептидiв. Навпаки, визначивши склад нуклеотидiв ДНК, можна прогнозувати амiнокислотний склад бiлка. Виходячи з цього, змiна порядку нуклеотидiв у генi (його мутацiя) веде до змiни амiнокислотного складу бiлкiв.

Пiд впливом рiзних фiзичних та хiмiчних агентiв, а також при нормальному бiосинтезi бiлка в клiтинi можуть виникати пошкодження. Виявилося, що клiтини мають механiзми виправлення пошкоджень у нитках ДНК. Така iх здатнiсть одержала назву репарацii.

Вперше здатнiсть до репарацii була виявлена у бактерiй, на якi впливали ультрафiолетовими променями. Внаслiдок опромiнювання цiлiснiсть молекул ДНК порушуiться, оскiльки в нiй виникають димери, тобто з'iднанi мiж собою сусiднi пiримiдиновi основи. Цi димери виникають мiж: двома тимiнами, тимiном та цитозином, двома цитозинами, тимiном та урацилом, цитозином та урацилом, двома урацилами. Проте опромiненi клiтини на свiтлi виживають набагато краще, нiж у темрявi. Пiсля ретельного аналiзу причин цього встановили, що в опромiнених клiтинах на свiтлi вiдбуваiться репарацiя (явище свiтловоi репарацii). Вона здiйснюiться спецiальним ферментом, який активуiться квантами видимого свiтла. Фермент з'iднуiться з пошкодженою ДНК, роз'iднуi зв'язки, що виникли у димерах, та вiдновлюi цiлiснiсть ДНК.

Пiзнiше була виявлена темнова репарацiя, тобто властивiсть клiтин лiквiдувати пошкодження ДНК без участi видимого свiтла. Темнова репарацiя здiйснюiться комплексом iз п'яти ферментiв: який "впiзнаi" хiмiчнi змiни на дiлянцi в ланцюзi ДНК; здiйснюi "вирiзування" пошкодженоi дiлянки; видаляi цю дiлянку; синтезуi нову за принципом комплементарностi та з'iднуi кiнцi старого ланцюга i вiдновленоi дiлянки.

Пiд час свiтловоi репарацii виправляються тiльки тi пошкодження, якi виникають пiд впливом ультрафiолетових променiв, при темповiй - такi, що виникають пiд дiiю iонiзуючоi радiацii, хiмiчних речовин та iнших факторiв. Темнова репарацiя виявлена як у прокарiотiв, так i в клiтинах еукарiотiв (тварин та людей), у яких вона вивчаiться в культурах тканин. Питання про те, чому однi пошкодження репаруються, а iншi нi, залишаiться вiдкритим. Якщо репарацiя не вiдбуваiться, то клiтина гине або виникаi мутацiя.

1.2 ГЕНЕТИЧНИЙ КОД

З моделi структури ДНК, запропонованоi Уотсоном i Крiком, вiдомо, що генетична iнформацiя передаiться за допомогою якоiсь специфiчноi послiдовностi нуклеотидiв ii молекули. Вперше питання про код було поставлене Гамовим у 1953 р.

Початок прямого генетико-бiохiмiчного аналiзу кодонiв було покладено в 1961 р. Нiренбергом та Маттеi, якi створили найпростiшi синтетичнi полiмери й замiнили ними нативнi молекули iРНК в системi компонентiв клiтин бактерiй та сумiшi амiнокислот. У сумiшi кожного типу одна з амiнокислот була помiчена радiоактивним вуглецем С14, iншi дев'ятнадцять не мали позначення. Було встановлено, що синтетичний полiрибонуклеотид, складений тiльки з урацилу (полiуридилова кислота - УУУУУ), визначаi синтез бiлка, в якому кожна амiнокислоти була фенiлаланiном. Виходячи з цього, встановили, що триплет УУУ i кодоном для фенiлаланiну.

У наступних подiбних експериментах було визначено, що полiаденiнова кислота мiстить код для лiзину, а полiцитидинова - для пролiну. Наступнi дослiди, де як штучнi РЖРНК виступали полiнуклеотиди змiшаного складу (наприклад, полi-АУ), виявили зв'язок мiж рядом iнших поiднань нуклеотидiв та конкретними амiнокислотами.

Синтетичнi полiнуклеотиди створюють з використанням ферменту полiнуклеотидфосфорилази, який зв'язуi нуклеотиди у випадковому порядку. Для перших експериментiв цього було достатньо, оскiльки в них використовували синтетичнi полiнуклеотиди, складенi з одного типу нуклеотидiв. Потiм були знайденi шляхи складнiших синтезiв молекул з рiзних нуклеотидiв iз рiзними положеннями.

Нову методику широко використав Очоа iз спiвробiтниками, що дало iм можливiсть визначити триплети для всiх 20 амiнокислот (табл.4). При цьому було зазначено, що код маi вироджений характер, який означаi здатнiсть для однiii й тiii ж кислоти бути кодованою кiлькома рiзними триплетами. Наприклад, i амiнокислоти, якi мають по шiсть кодонiв; п'ять амiнокислот, кожна з яких кодуiться чотирма рiзними кодонами. Так, аланiн кодуiться триплетами ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ, куди в усiх випадках входять нуклеотиди цитозину та гуанiну. Поряд з тим i амiнокислоти, що кодуються трьома, двома i тiльки двi - одним триплетом азотистих основ.

Крiм того, триплети УАА, УАГ, УГА не кодують амiнокислоти, а i своiрiдними "крапками" в процесi зчитування iнформацii. Якщо процес синтезу наближаiться до такоi "крапки" в молекулi ДНК, синтез даного полiпептидного ланцюга припиняiться. Пiсля "крапки" починаi синтезуватися нова молекула бiлка. Процес зчитування iнформацii вiдбуваiться в одному i тому ж напрямi. Так, якщо в молекулах азотистi основи розмiщенi в такому порядку: ААА, ЦЦЦ, УГУ, УЦУ, то це значить, що закодованi такi послiдовно розмiщенi амiнокислоти: лiзин (ААА), пролiн (ЦЦЦ), цистин (УГУ), серiн (УЦУ). Саме в цiй послiдовностi вони повиннi розмiщуватися в полiпептидному ланцюзi при синтезi бiлка. Якщо в першому триплетi РЖРНК буде втрачено один аденiн, то порядок основ набуваi вигляду ААЦЦЦУГУУЦУ. Внаслiдок цього склад всiх триплетiв змiнюiться. Так, перший стане не ААА, а ААЦ. Подiбний триплет кодуi амiнокислоту аспарагiн, а не лiзин, як було ранiше. Другий стане вже не ЦЦЦ, а ЦЦГ i так далi. У деяких умовах in vitro код може бути двозначним, тобто один триплет може кодувати кiлька амiнокислот. Кодон УУУ в звичайних умовах кодуi амiнокислоту фенiлаланiн. Проте якщо рибосоми обробити стрептомiц

Вместе с этим смотрят:

10 интересных фактов о пищевых продуктах окружающих человека

Development of technology of crude smoked sausage

Алкогольные напитки

Анализ ведения технической документации на предприятиях питания

Анализ качества молочнокислых йогуртов