الأحياء والهندسة الوراثية
والتكنولوجيا الحيوية
"إن المعرفة تحددها
ما ندعي
مثل الحقيقة"
بي ايه فلورنسكي.
يختلف علم الأحياء الحديث جذريًا عن علم الأحياء التقليدي، ليس فقط في العمق الأكبر لتطور الأفكار المعرفية، ولكن أيضًا في ارتباطه الوثيق بحياة المجتمع والممارسة. يمكننا القول أن علم الأحياء أصبح في عصرنا وسيلة لتحويل العالم الحي من أجل تلبية الاحتياجات المادية للمجتمع. ويتضح هذا الاستنتاج في المقام الأول من خلال الارتباط الوثيق بين علم الأحياء والتكنولوجيا الحيوية، التي أصبحت أهم مجال لإنتاج المواد، وشريكًا متساويًا للتقنيات الميكانيكية والكيميائية التي ابتكرها الإنسان سابقًا. ما الذي يفسر ظهور التكنولوجيا الحيوية؟
منذ بدايتهما، تطورت البيولوجيا والتكنولوجيا الحيوية معًا دائمًا، حيث كان علم الأحياء هو الأساس العلمي للتكنولوجيا الحيوية منذ البداية. ومع ذلك، لفترة طويلة، لم يسمح الافتقار إلى البيانات الخاصة بالبيولوجيا أن يكون لها تأثير كبير جدا على التكنولوجيا الحيوية. لقد تغير الوضع بشكل كبير مع الإنشاء في النصف الثاني من القرن العشرين. منهجية الهندسة الوراثية، والتي تُفهم على أنها معالجة وراثية لغرض "بناء أنماط جينية جديدة وإعادة بناء الأنماط الجينية الموجودة، كونها بطبيعتها إنجازًا منهجيًا، لم تؤد الهندسة الوراثية إلى كسر الأفكار الموجودة حول الظواهر البيولوجية، ولم تؤثر على العالم المبادئ الأساسية لعلم الأحياء، فكما أن علم الفلك الراديوي لم يهز المبادئ الأساسية للفيزياء الفلكية، فإن إنشاء “المعادل الميكانيكي للحرارة” لم يؤد إلى تغيير في قوانين التوصيل الحراري، وإثبات النظرية الذرية للمادة لم تتغير العلاقات بين الديناميكا الحرارية والديناميكا المائية ونظرية المرونة.
لقد فتحت الهندسة الوراثية حقبة جديدة في علم الأحياء بسبب ظهور فرص جديدة لاختراق أعماق الظواهر البيولوجية من أجل زيادة توصيف أشكال وجود المادة الحية، من أجل دراسة بنية ووظيفة الجينات بشكل أكثر فعالية على المستوى الجزيئي، وفهم الآليات الدقيقة لعمل الجهاز الوراثي. إن نجاحات الهندسة الوراثية تعني ثورة في العلوم الطبيعية الحديثة. فهي تحدد معايير قيمة الأفكار الحديثة حول السمات الهيكلية والوظيفية للمستويات الجزيئية والخلوية للمادة الحية. تتمتع البيانات الحديثة عن الكائنات الحية بأهمية تعليمية هائلة، لأنها توفر فهما لأحد أهم جوانب العالم العضوي وبالتالي تقديم مساهمة لا تقدر بثمن في إنشاء صورة علمية للعالم. وهكذا، فمن خلال توسيع قاعدتها المعرفية بشكل كبير، كان لعلم الأحياء من خلال الهندسة الوراثية أيضًا تأثير رائد على ظهور التكنولوجيا الحيوية.
وتخلق الهندسة الوراثية الأساس على الطريق نحو فهم طرق ووسائل "بناء" كائنات حية جديدة أو تحسين الكائنات الحية الموجودة، مما يمنحها قيمة اقتصادية أكبر وقدرة أكبر على زيادة إنتاجية عمليات التكنولوجيا الحيوية بشكل حاد.
في إطار الهندسة الوراثية، يتم التمييز بين الهندسة الوراثية والهندسة الخلوية. تشير الهندسة الوراثية إلى عمليات التلاعب لإنشاء جزيئات الحمض النووي المؤتلف. غالبًا ما يشار إلى هذه المنهجية باسم الاستنساخ الجزيئي، أو استنساخ الجينات، أو تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف، أو ببساطة التلاعب الجيني. من المهم التأكيد على أن أهداف الهندسة الوراثية هي جزيئات الحمض النووي والجينات الفردية. في المقابل، تشير هندسة الخلايا إلى التلاعب الجيني بالخلايا الفردية المعزولة أو مجموعات خلايا النباتات والحيوانات.
الفصل التاسع عشر
الهندسة الوراثية
الهندسة الوراثية هي مجموعة من التقنيات (التقنيات) التجريبية المختلفة التي تضمن تصميم (إعادة بناء) واستنساخ جزيئات الحمض النووي (الجينات) لأغراض معينة.
تستخدم طرق الهندسة الوراثية بتسلسل معين (شكل 221)، وتتميز عدة مراحل في إجراء تجربة هندسة وراثية نموذجية تهدف إلى استنساخ الجين، وهي:
1. عزل الحمض النووي من خلايا الكائن الحي محل الدراسة (الأولي) وعزل ناقل الحمض النووي.
2. قطع (تقييد) الحمض النووي للكائن الأصلي إلى أجزاء تحتوي على جينات ذات أهمية باستخدام أحد إنزيمات التقييد وعزل هذه الجينات من خليط التقييد الناتج. في الوقت نفسه، يتم قطع (تقييد) الحمض النووي المتجه، وتحويله من بنية دائرية إلى بنية خطية.
3. ربط قطعة الحمض النووي محل الاهتمام (الجين) مع الحمض النووي المتجه للحصول على جزيئات الحمض النووي الهجين.
4. إدخال جزيئات الحمض النووي الهجين عن طريق تحويلها إلى كائن حي آخر، على سبيل المثال، إلى E. coli أو إلى خلايا جسدية.
5. زرع البكتيريا التي يتم فيها إدخال جزيئات الحمض النووي الهجين إلى الوسائط المغذية التي تسمح بنمو الخلايا التي تحتوي على جزيئات الحمض النووي الهجين فقط.
6. التعرف على المستعمرات المكونة من البكتيريا التي تحتوي على جزيئات الحمض النووي الهجين.
7. عزل الحمض النووي المستنسخ (الجينات المستنسخة) وتوصيفه، بما في ذلك تسلسل القواعد النيتروجينية في جزء الحمض النووي المستنسخ.
الحمض النووي (المصدر والناقل)، والإنزيمات، والخلايا التي يتم استنساخ الحمض النووي فيها - كل هذه تسمى "أدوات" الهندسة الوراثية.
استخراج الحمض النووي
دعونا نفكر في طريقة عزل الحمض النووي باستخدام بلازميدات الحمض النووي كمثال. يتم عزل الحمض النووي من الخلايا البكتيرية المحتوية على البلازميد باستخدام تقنية تقليدية، والتي تتكون من الحصول على مستخلصات الخلايا في وجود المنظفات وإزالة البروتينات من المستخلصات لاحقًا عن طريق استخلاص الفينول (الشكل 222). تتم التنقية الكاملة للحمض النووي البلازميد من البروتينات والحمض النووي الريبي (RNA) والمركبات الأخرى على عدة مراحل. بعد تدمير الخلايا، على سبيل المثال باستخدام الليزوزيم (تذوب جدرانها)، تتم إضافة مادة منظفة إلى المستخلص لإذابة الأغشية وتعطيل بعض البروتينات. تتم إزالة معظم الحمض النووي الكروموسومي من المستحضرات الناتجة عن طريق الطرد المركزي التقليدي.
غالبًا ما يستخدم اللوني للتنقية الكاملة. إذا كان مطلوبا تنقية شاملة للغاية، يتم استخدام الطرد المركزي التدرج الكثافة CsCI عالي السرعة باستخدام بروميد إيثيديوم. سيتم تجزئة الحمض النووي الصبغي المتبقي إلى DNA خطي، بينما سيبقى DNA البلازميد مغلقًا تساهميًا. نظرًا لأن بروميد الإيثيديوم أقل كثافة من الحمض النووي، أثناء الطرد المركزي الفائق في أنبوب الطرد المركزي، سيتم "فك" حلقتين - DNA البلازميد والحمض النووي الصبغي (الشكل 223). يتم اختيار DNA البلازميد لمزيد من العمل، ويتم التخلص من DNA الكروموسومي.
يتم من خلالها تنفيذ الجمع الموجه للمعلومات الوراثية لأي كائن حي. تتيح الهندسة الوراثية (GE) التغلب على الحواجز الطبيعية بين الأنواع التي تمنع تبادل المعلومات الوراثية بين أنواع الكائنات الحية البعيدة تصنيفيًا وإنشاء خلايا وكائنات حية تحتوي على مجموعات من الجينات غير الموجودة في الطبيعة، مع خصائص وراثية محددة.
الهدف الرئيسي لتأثير الهندسة الوراثية هو حامل المعلومات الوراثية - حمض الديوكسي ريبونوكلييك (DNA)، والذي يتكون جزيئه عادة من سلسلتين. تحدد الخصوصية الصارمة لإقران قواعد البيورين والبيريميدين خاصية التكامل - المراسلات المتبادلة بين النيوكليوتيدات في سلسلتين. تبين أن إنشاء مجموعات جينية جديدة أصبح ممكنًا بسبب التشابه الأساسي في بنية جزيئات الحمض النووي في جميع أنواع الكائنات الحية، والعالمية الفعلية لعلم الوراثة. يتيح الكود التعبير عن الجينات الأجنبية (مظهر نشاطها الوظيفي) في أي نوع من الخلايا. وقد تم تسهيل ذلك أيضًا من خلال تراكم المعرفة في مجال الكيمياء، وتحديد السمات الجزيئية لتنظيم وعمل الجينات (بما في ذلك إنشاء آليات لتنظيم التعبير عنها وإمكانية إخضاع الجينات لعمل "الأجنبي" العناصر التنظيمية)، وتطوير طرق تسلسل الحمض النووي، واكتشاف تفاعل البلمرة المتسلسل، مما جعل من الممكن تركيب أي جزء من الحمض النووي بسرعة.
شروط مسبقة مهمة لظهور جي. كانت: اكتشاف البلازميدات القادرة على التكاثر المستقل والانتقال من خلية بكتيرية إلى أخرى، وظاهرة التنبيغ - نقل جينات معينة عن طريق العاثيات، مما جعل من الممكن صياغة فكرة المتجهات - الجزيئات الحاملة للجينات.
ذات أهمية كبيرة في تطوير منهجية جي. تلعبها الإنزيمات المشاركة في تحويل الأحماض النووية: إنزيمات التقييد (التعرف على تسلسلات (مواقع) محددة بدقة في جزيئات الحمض النووي و"قطع" الشريط المزدوج في هذه الأماكن)، وأربطة الحمض النووي (تربط أجزاء الحمض النووي الفردية تساهميًا)، والنسخ العكسي (التوليف) الحمض النووي الريبي (RNA) الموجود على القالب هو نسخة مكملة من الحمض النووي (DNA)، أو cDNA)، وما إلى ذلك. فقط في وجودهم يتم خلق الفن. أصبحت الهياكل مهمة مجدية من الناحية الفنية. تُستخدم الإنزيمات للحصول على أجزاء الحمض النووي الفردية (الجينات) وإنشاء هجائن جزيئية - الحمض النووي المؤتلف (recDNA) استنادًا إلى الحمض النووي للبلازميدات والفيروسات. يقوم الأخير بتوصيل الجين المطلوب إلى الخلية المضيفة، مما يضمن تكاثره هناك (الاستنساخ) وتكوين المنتج الجيني النهائي (التعبير عنه).
مبادئ إنشاء جزيئات الحمض النووي المؤتلف
مصطلح "ج. و." أصبح واسع الانتشار بعد P. Berg et al في عام 1972. لأول مرة، تم الحصول على الحمض النووي المؤتلف، والذي كان عبارة عن هجين تم فيه دمج أجزاء الحمض النووي لبكتيريا الإشريكية القولونية وفيروسها (العاثية κ) والحمض النووي للفيروس القردي SV40. في عام 1973 س. كوهين وآخرون. استخدمنا البلازميد pSC101 وإنزيم التقييد ( سابقة بمعنى البِيْئَة RI)، الذي يكسره في مكان واحد بطريقة تتشكل "ذيول" قصيرة مكملة مفردة الجديلة (عادة 4-6 نيوكليوتيدات) في نهايات جزيء DNA المزدوج الجديلة. يُطلق عليهم اسم "لزجة" لأنها يمكن أن تتزاوج (كما كانت) مع بعضها البعض. عندما تم خلط هذا الحمض النووي مع أجزاء من الحمض النووي الأجنبي المعالج بنفس إنزيم التقييد ولها نفس الأطراف اللزجة، تم الحصول على بلازميدات هجينة جديدة، كل منها يحتوي على جزء واحد على الأقل من الحمض النووي الأجنبي المدمج في سابقة بمعنى البِيْئَةموقع RI للبلازميد. أصبح من الواضح أنه يمكن إدخال أجزاء من الحمض النووي الأجنبي المختلف الذي تم الحصول عليه من الكائنات الحية الدقيقة وحقيقيات النوى الأعلى في مثل هذه البلازميدات.
الإستراتيجية الحديثة الرئيسية للحصول على recDNA هي كما يلي:
- في الحمض النووي للبلازميد أو الفيروس الذي يمكنه التكاثر بشكل مستقل عن الكروموسوم، يتم إدخال أجزاء الحمض النووي التي تنتمي إلى كائن حي آخر، والتي تحتوي على نسبة معينة الجينات أو تسلسلات النيوكليوتيدات التي تم الحصول عليها بشكل مصطنع والتي تهم الباحث؛
- يتم إدخال الجزيئات الهجينة الناتجة إلى خلايا بدائية النواة أو حقيقية النواة الحساسة، حيث يتم تكرارها (مضاعفتها وتضخيمها) مع أجزاء الحمض النووي المضمنة فيها؛
- يتم اختيار المستنسخات الخلوية على شكل مستعمرات على وسائط مغذية خاصة (أو فيروسات - على شكل مناطق تصفية - لويحات على طبقة من النمو المستمر للخلايا البكتيرية أو مزارع الأنسجة الحيوانية)، تحتوي على الأنواع المطلوبة من جزيئات الريكدنا وإخضاعها إلى دراسات هيكلية ووظيفية شاملة.
لتسهيل اختيار الخلايا التي يوجد فيها recDNA، يتم استخدام ناقلات تحتوي على علامة واحدة أو أكثر. في البلازميدات، على سبيل المثال، يمكن لجينات مقاومة المضادات الحيوية أن تكون بمثابة علامات من هذا القبيل (يتم اختيار الخلايا التي تحتوي على الحمض النووي الريبي النووي المعتمد على أساس قدرتها على النمو في وجود مضاد حيوي معين). يتم اختيار RecDNA الذي يحمل الجينات المطلوبة وإدخاله في الخلايا المتلقية. من هذه اللحظة يبدأ الاستنساخ الجزيئي – الحصول على نسخ من الريكدنا، وبالتالي نسخ من الجينات المستهدفة في تركيبته. فقط إذا كان من الممكن فصل جميع الخلايا المصابة أو المنقولة، فسيتم تمثيل كل نسخة بمستعمرة منفصلة من الخلايا وتحتوي على خلية محددة. ريكدنا. في المرحلة النهائية، يتم تحديد (البحث) عن الحيوانات المستنسخة التي تحتوي على الجين المطلوب. يعتمد ذلك على حقيقة أن الإدخال في recDNA يحدد بعض الخصائص الفريدة للخلية التي تحتوي عليه (على سبيل المثال، منتج التعبير للجين المدرج). في تجارب الاستنساخ الجزيئي، تم ملاحظة مبدأين أساسيين:
- يجب ألا تتلقى أي خلية يتم فيها استنساخ الـريكدنا أكثر من جزيء بلازميد أو جسيم فيروسي واحد؛
- يجب أن يكون الأخير قادرًا على التكرار.
كجزيئات متجهة في G.I. يتم استخدام مجموعة واسعة من الحمض النووي البلازميد والفيروسي. تحتوي نواقل الاستنساخ الأكثر شيوعًا على عدة جينات وراثية. علامات ولها نفس موقع العمل لإنزيمات التقييد المختلفة. يتم تلبية هذا المطلب، على سبيل المثال، بشكل أفضل بواسطة البلازميد pBR322، الذي تم إنشاؤه من بلازميد موجود بشكل طبيعي في الأصل باستخدام الطرق المستخدمة عند العمل مع recDNA؛ يحتوي على جينات مقاومة الأمبيسيلين والتتراسيكلين، ويحتوي على موقع تعرف واحد لـ 19 إنزيم تقييد مختلف. هناك حالة خاصة من نواقل الاستنساخ هي نواقل التعبير، والتي، إلى جانب التضخيم، تضمن التعبير الصحيح والفعال عن الجينات الأجنبية في الخلايا المتلقية. في بعض الحالات، يمكن للنواقل الجزيئية ضمان دمج الحمض النووي الغريب في جينوم الخلية أو الفيروس (وتسمى النواقل التكاملية).
واحدة من أهم مهام جي. - إنشاء سلالات من البكتيريا أو الخميرة، وخطوط الخلايا من الأنسجة الحيوانية أو النباتية، وكذلك النباتات والحيوانات المعدلة وراثيا (انظر الكائنات المعدلة وراثيا)، والتي من شأنها ضمان التعبير الفعال عن الجينات المستنسخة فيها. يتم تحقيق مستوى عالٍ من إنتاج البروتين عندما يتم استنساخ الجينات في نواقل متعددة النسخ، وذلك لأن وفي هذه الحالة، سيكون الجين المستهدف موجودًا بكميات كبيرة في الخلية. من المهم أن يكون تسلسل ترميز الحمض النووي تحت سيطرة المروج الذي يتم التعرف عليه بشكل فعال بواسطة بوليميراز الحمض النووي الريبي (RNA) في الخلية، وأن يكون mRNA الناتج مستقرًا نسبيًا ويتم ترجمته بكفاءة. بالإضافة إلى ذلك، لا ينبغي أن يتعرض البروتين الغريب الذي يتم تصنيعه في الخلايا المتلقية للتحلل السريع بواسطة البروتياز داخل الخلايا. عند إنشاء حيوانات ونباتات معدلة وراثيا، غالبا ما يتم تحقيق التعبير الخاص بالأنسجة عن الجينات المستهدفة المقدمة.
منذ الوراثية الكود عالمي؛ يتم تحديد إمكانية التعبير الجيني فقط من خلال وجود إشارات لبدء وإنهاء النسخ والترجمة، والتي تتعرف عليها الخلية المضيفة بشكل صحيح. لأن تحتوي معظم جينات حقيقيات النوى الأعلى على بنية إكسون-إنترون متقطعة، ونتيجة لنسخ هذه الجينات، يتم تشكيل سلائف الرسول RNA (ما قبل الرنا المرسال)، والتي يتم من خلالها تكوين تسلسلات غير مشفرة - الإنترونات - أثناء الربط اللاحق؛ ينفصل، ويتكون mRNA الناضج. لا يمكن التعبير عن مثل هذه الجينات في الخلايا البكتيرية حيث لا يوجد نظام الربط. من أجل التغلب على هذه العقبة، يتم تصنيع نسخة الحمض النووي (cDNA) على جزيئات mRNA الناضجة باستخدام إنزيم النسخ العكسي، والذي يضاف إليه شريط ثانٍ باستخدام بوليميراز الحمض النووي. يمكن إدراج أجزاء الحمض النووي هذه المقابلة لتسلسل تشفير الجينات (التي لم تعد مفصولة بالإنترونات) في ناقل جزيئي مناسب.
بمعرفة تسلسل الأحماض الأمينية للبولي ببتيد المستهدف، من الممكن تجميع تسلسل النوكليوتيدات الذي يقوم بترميزه، والحصول على ما يسمى. الجين المكافئ وإدخاله في ناقل التعبير المناسب. عند إنشاء جين مكافئ، عادة ما تؤخذ خاصية الانحطاط الوراثي بعين الاعتبار. الكود (يتم تشفير 20 حمضًا أمينيًا بواسطة 61 كودونًا) وتكرار حدوث الكودونات لكل حمض أميني في تلك الخلايا التي من المخطط إدخال هذا الجين فيها، لأن يمكن أن يختلف تكوين الكودونات بشكل كبير بين الكائنات الحية المختلفة. يمكن للكودونات المختارة بشكل صحيح أن تزيد بشكل كبير من إنتاج البروتين المستهدف في الخلية المتلقية.
أهمية الهندسة الوراثية
جي. وسعت بشكل كبير الحدود التجريبية، لأنها سمحت بإدخال التحلل. أنواع الخلايا DNA الأجنبية ودراسة وظائفها. هذا جعل من الممكن تحديد البيولوجية العامة أنماط التنظيم والتعبير الجيني. المعلومات في مختلف الكائنات الحية. لقد فتح هذا النهج آفاقًا لإنشاء ميكروبيولوجية جديدة بشكل أساسي منتجي المواد النشطة بيولوجيا. وكذلك الحيوانات والنباتات التي تحمل جينات أجنبية نشطة وظيفيا. من. البروتينات البشرية النشطة بيولوجيًا التي لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقًا، بما في ذلك. بدأ إنتاج الإنترفيرونات والإنترلوكينات وهرمونات الببتيد وعوامل الدم بكميات كبيرة في خلايا البكتيريا أو الخميرة أو الثدييات، واستخدمت على نطاق واسع في الطب. علاوة على ذلك، أصبح من الممكن إنشاء جينات مصطنعة تشفر عديدات الببتيد الخيمرية التي لها خصائص اثنين أو أكثر من البروتينات الطبيعية. كل هذا أعطى دفعة قوية لتطوير التكنولوجيا الحيوية.
الأشياء الرئيسية لـ G.I. هي البكتيريا الإشريكية القولونية (الإشريكية القولونية) و عصية رقيق (عصية القش)، خميرة الخباز السكريات الخباز، تحلل. خطوط خلايا الثدييات. يتوسع نطاق الكائنات ذات تأثير الهندسة الوراثية باستمرار. تتطور بشكل مكثف مجالات البحث حول إنشاء النباتات والحيوانات المعدلة وراثيا. باستخدام أساليب جي يتم إنشاء أحدث أجيال من اللقاحات ضد العوامل المعدية المختلفة (تم إنشاء أولها على أساس الخميرة التي تنتج البروتين السطحي لفيروس التهاب الكبد B البشري). يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لتطوير نواقل الاستنساخ بناءً على فيروسات الثدييات واستخدامها لإنشاء لقاحات حية متعددة التكافؤ للاحتياجات البيطرية والطبية، بالإضافة إلى النواقل الجزيئية للعلاج الجيني للأورام السرطانية والأمراض الوراثية. تم تطوير طريقة للإدخال المباشر لـ recDNA في جسم الإنسان والحيوان، وتوجيه إنتاج المستضدات المختلفة في خلاياهم. العوامل المعدية (تطعيم الحمض النووي). أحدث اتجاه لجي. هو إنشاء لقاحات صالحة للأكل تعتمد على النباتات المعدلة وراثيا، مثل الطماطم والجزر والبطاطس والذرة والخس وغيرها، لإنتاج البروتينات المناعية للعوامل المعدية.
المخاوف المرتبطة بتجارب الهندسة الوراثية
بعد فترة وجيزة من التجارب الناجحة الأولى للحصول على الحمض النووي الريبي (recDNA)، اقترحت مجموعة من العلماء بقيادة ب. بيرج الحد من إجراء عدد من تجارب الهندسة الوراثية. استندت هذه المخاوف إلى حقيقة أن خصائص الكائنات الحية تحتوي على جينات أجنبية. من الصعب التنبؤ بالمعلومات. وقد يكتسبون خصائص غير مرغوب فيها ويعطلون البيئة. التوازن، يؤدي إلى ظهور وانتشار أمراض غير عادية في الإنسان والحيوان والنبات. وبالإضافة إلى ذلك، لوحظ أن التدخل البشري في الجينات إن أجهزة الكائنات الحية غير أخلاقية ويمكن أن تسبب عواقب اجتماعية وأخلاقية غير مرغوب فيها. وفي عام 1975، نوقشت هذه المشاكل في مؤتمر دولي. مؤتمر في أسيلومار (الولايات المتحدة الأمريكية). توصل المشاركون إلى استنتاج مفاده أنه من الضروري الاستمرار في استخدام أساليب G.I. ولكن بشرط الالتزام الإلزامي بالتعريف. القواعد والتوصيات. وفي وقت لاحق، تم تخفيف هذه القواعد، التي أنشئت في عدد من البلدان، بشكل كبير وتقليصها إلى الأساليب المعتادة في علم الأحياء الدقيقة. البحث وإنشاء خاص أجهزة الحماية التي تمنع انتشار العوامل البيولوجية. العوامل في البيئة، واستخدام النواقل الآمنة والخلايا المستقبلة التي لا تتكاثر في الظروف الطبيعية.
في كثير من الأحيان تحت جي. فهم العمل فقط مع recDNA، وكمرادفات لـ G.I. وتستخدم مصطلحات "الاستنساخ الجزيئي"، و"استنساخ الحمض النووي"، و"استنساخ الجينات". ومع ذلك، فإن كل هذه المفاهيم تعكس محتوى عمليات الهندسة الوراثية الفردية فقط، وبالتالي لا تعادل مصطلح G.I. في روسيا، كمرادف لجي. مصطلح "الهندسة الوراثية" يستخدم على نطاق واسع. ومع ذلك، فإن المحتوى الدلالي لهذه المصطلحات مختلف: G.i. يهدف إلى خلق كائنات ذات وراثة جديدة. أما مصطلح “الهندسة الوراثية” فيشرح كيف يتم ذلك، أي. من خلال التلاعب بالجينات.
الأدب
ششيلكونوف إس.إن.استنساخ الجينات. نوفوسيبيرسك، 1986؛ واتسون ج., ايس ج.,كورتز د.الحمض النووي المؤتلف: دورة قصيرة. م.، 1986؛ استنساخ الحمض النووي. طرق م.، 1988؛ الجديد في استنساخ الحمض النووي: طرق م، 1989. ششيلكونوف إس.إن.الهندسة الوراثية. الطبعة الثانية، نوفوسيبيرسك، 2004.
مقدمة
أستكشف في عملي موضوع الهندسة الوراثية. إن الفرص التي تتيحها الهندسة الوراثية للبشرية، سواء في مجال العلوم الأساسية أو في العديد من المجالات الأخرى، هي فرص عظيمة للغاية، بل وثورية في كثير من الأحيان.
وبالتالي، فإنه يسمح بالإنتاج الضخم الصناعي للبروتينات اللازمة، ويسهل بشكل كبير العمليات التكنولوجية للحصول على منتجات التخمير - الإنزيمات والأحماض الأمينية، وفي المستقبل يمكن استخدامها لتحسين النباتات والحيوانات، وكذلك لعلاج الأمراض البشرية الوراثية.
وهكذا فإن الهندسة الوراثية، كونها أحد الاتجاهات الرئيسية للتقدم العلمي والتكنولوجي، تساهم بشكل فعال في تسريع حل العديد من المشاكل، مثل قضايا الغذاء والزراعة والطاقة والبيئة.
لكن الهندسة الوراثية تفتح فرصا كبيرة بشكل خاص للطب والمستحضرات الصيدلانية، لأن استخدام الهندسة الوراثية يمكن أن يؤدي إلى تحولات جذرية في الطب.
1. جوهر الهندسة الوراثية.
1.1. تاريخ الهندسة الوراثية.
ظهرت الهندسة الوراثية بفضل عمل العديد من الباحثين في مختلف فروع الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة الجزيئية.
لسنوات عديدة، كانت البروتينات تعتبر الفئة الرئيسية من الجزيئات الكبيرة. بل كان هناك افتراض بأن الجينات ذات طبيعة بروتينية.
لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1944 عندما أظهر أفيري وماكليود ومكارثي أن الحمض النووي هو الناقل للمعلومات الوراثية.
ومنذ ذلك الوقت بدأت الدراسة المكثفة للأحماض النووية. وبعد عقد من الزمن، في عام 1953، أنشأ ج. واتسون وإف. كريك نموذج الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل. يعتبر هذا العام هو عام ميلاد علم الأحياء الجزيئي.
في مطلع الخمسينيات والستينيات، تم توضيح خصائص الكود الوراثي، وبحلول نهاية الستينيات تم تأكيد عالميتها تجريبيا.
كان هناك تطور مكثف لعلم الوراثة الجزيئية، وكانت أهدافها هي الإشريكية القولونية (E. Coli)، وفيروساتها وبلازميداتها.
تم تطوير طرق لعزل المستحضرات عالية النقاء لجزيئات الحمض النووي والبلازميدات والفيروسات السليمة.
تم إدخال الحمض النووي للفيروسات والبلازميدات إلى الخلايا في شكل نشط بيولوجيًا، مما يضمن تكاثره والتعبير عن الجينات المقابلة.
في السبعينيات، تم اكتشاف عدد من الإنزيمات التي تحفز تفاعلات تحويل الحمض النووي. هناك دور خاص في تطوير أساليب الهندسة الوراثية ينتمي إلى إنزيمات التقييد وأربطة الحمض النووي.
يمكن تقسيم تاريخ تطور الهندسة الوراثية إلى ثلاث مراحل:
ترتبط المرحلة الأولى بإثبات الإمكانية الأساسية للحصول على جزيئات الحمض النووي المؤتلف في المختبر. تتعلق هذه الأعمال بإنتاج الهجينة بين البلازميدات المختلفة. لقد تم إثبات إمكانية إنشاء جزيئات مؤتلفة باستخدام جزيئات الحمض النووي الأولية من أنواع وسلالات مختلفة من البكتيريا، وقدرتها على البقاء واستقرارها وعملها.
وترتبط المرحلة الثانية ببدء العمل على الحصول على جزيئات الحمض النووي المؤتلف بين جينات الكروموسومات في بدائيات النوى والبلازميدات المختلفة، مما يثبت ثباتها وقدرتها على البقاء.
المرحلة الثالثة هي بداية العمل على إدراج الجينات حقيقية النواة، وخاصة الحيوانات، في جزيئات الحمض النووي الناقل (الحمض النووي المستخدم لنقل الجينات والقادر على الاندماج في الجهاز الجيني للخلية المتلقية).
رسميًا، ينبغي اعتبار تاريخ ميلاد الهندسة الوراثية هو عام 1972، عندما قام كل من P. Berg وS. Cohen ومعاونوهم في جامعة ستانفورد بإنشاء أول حمض نووي مؤتلف يحتوي على أجزاء من الحمض النووي لفيروس SV40 والبكتيريا والإشريكية القولونية.
1.2. مفهوم الهندسة الوراثية
أحد فروع علم الوراثة الجزيئية والبيولوجيا الجزيئية الذي وجد أكبر تطبيق عملي هو الهندسة الوراثية.
الهندسة الوراثية هي مجموع الأساليب التي تسمح بنقل الجينات من كائن حي إلى آخر، أو هي تقنية لبناء كائنات بيولوجية جديدة مستهدفة.
ولدت في أوائل السبعينيات، وقد حققت نجاحًا كبيرًا اليوم. تعمل تقنيات الهندسة الوراثية على تحويل خلايا البكتيريا والخميرة والثدييات إلى "مصانع" لإنتاج أي بروتين على نطاق واسع.
وهذا يجعل من الممكن تحليل بنية ووظائف البروتينات بالتفصيل واستخدامها كأدوية.
حاليًا، أصبحت الإشريكية القولونية (E. coli) موردًا لهرمونات مهمة مثل الأنسولين والسوماتوتربين.
في السابق، كان يتم الحصول على الأنسولين من خلايا البنكرياس الحيوانية، لذلك كانت تكلفته مرتفعة للغاية. للحصول على 100 جرام من الأنسولين البلوري، يلزم وجود 800-1000 كجم من البنكرياس، وتزن غدة البقرة الواحدة 200-250 جرامًا. وهذا جعل الأنسولين باهظ الثمن ويصعب الوصول إليه لمجموعة واسعة من مرضى السكر.
يتكون الأنسولين من سلسلتين متعدد الببتيد A وB، بطول 20 و30 حمضًا أمينيًا. عندما يتم ربطها بواسطة روابط ثاني كبريتيد، يتم تشكيل الأنسولين الأصلي مزدوج السلسلة.
وقد ثبت أنه لا يحتوي على بروتينات الإشريكية القولونية والسموم الداخلية والشوائب الأخرى، ولا ينتج عنه آثار جانبية مثل الأنسولين الحيواني، ولا يختلف عنه في النشاط البيولوجي.
السوماتوتروبين هو هرمون النمو البشري الذي تفرزه الغدة النخامية. ويؤدي نقص هذا الهرمون إلى قزم الغدة النخامية. إذا تم إعطاء السوماتوتروبين بجرعات 10 ملغ لكل 1 كجم من الوزن ثلاث مرات في الأسبوع، فيمكن أن ينمو الطفل الذي يعاني من نقصه بمقدار 6 سم خلال عام واحد.
في السابق، كان يتم الحصول عليه من مادة جثثية، من جثة واحدة: 4 - 6 ملغ من السوماتوتروبين من حيث المستحضر الصيدلاني النهائي. وبالتالي فإن الكميات المتاحة من الهرمون كانت محدودة، بالإضافة إلى أن الهرمون الذي تم الحصول عليه بهذه الطريقة كان غير متجانس ويمكن أن يحتوي على فيروسات بطيئة النمو.
وفي عام 1980، قامت شركة Genentec بتطوير تقنية لإنتاج السوماتوتروبين باستخدام البكتيريا، والتي كانت خالية من هذه العيوب. وفي عام 1982، تم الحصول على هرمون النمو البشري من خلال زراعة بكتيريا الإشريكية القولونية والخلايا الحيوانية في معهد باستور في فرنسا، وفي عام 1984، بدأ الإنتاج الصناعي للأنسولين في الاتحاد السوفييتي.
1.3. أهداف وغايات الهندسة الوراثية
الهدف من الهندسة الوراثية التطبيقية هو تصميم جزيئات الحمض النووي المؤتلف التي، عند إدخالها إلى الجهاز الوراثي، من شأنها أن تمنح الجسم خصائص مفيدة للبشر.
تعتمد تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف على إنتاج مجسات الحمض النووي المحددة للغاية، والتي تستخدم لدراسة التعبير عن الجينات في الأنسجة، وتوطين الجينات على الكروموسومات، وتحديد الجينات ذات الوظائف ذات الصلة (على سبيل المثال، في البشر والدجاج). تُستخدم مجسات الحمض النووي أيضًا في تشخيص الأمراض المختلفة.
أتاحت تكنولوجيا الحمض النووي المؤتلف اتباع نهج غير تقليدي للبروتين الجيني يسمى علم الوراثة العكسي. في هذا النهج، يتم عزل البروتين من الخلية، ويتم استنساخ جين هذا البروتين، ويتم تعديله، مما يؤدي إلى إنشاء جينة متحولة تشفر شكلاً معدلاً من البروتين. يتم إدخال الجين الناتج إلى الخلية. وبهذه الطريقة يمكن تصحيح الجينات المعيبة وعلاج الأمراض الوراثية.
إذا تم إدخال الحمض النووي الهجين إلى بويضة مخصبة، فيمكن الحصول على كائنات معدلة وراثيا تنقل الجين الطافر إلى نسلها.
يتيح التحول الجيني للحيوانات تحديد دور الجينات الفردية ومنتجاتها البروتينية في تنظيم نشاط الجينات الأخرى وفي العمليات المرضية المختلفة.
تستخدم تقنية الحمض النووي المؤتلف الطرق التالية:
· انقسام محدد للحمض النووي عن طريق تقييد الأنزيمات النووية، مما يؤدي إلى تسريع عزل الجينات الفردية ومعالجتها؛
· التسلسل السريع لجميع النيوكليوتيدات لجزء الحمض النووي المنقى، والذي يسمح لك بتحديد حدود الجين وتسلسل الأحماض الأمينية المشفرة به؛
· بناء الحمض النووي المؤتلف.
· تهجين الأحماض النووية، مما يسمح بتحديد تسلسلات معينة من الحمض النووي الريبي (RNA) أو الحمض النووي (DNA) بدقة وحساسية أكبر؛
استنساخ الحمض النووي: التضخيم في المختبر باستخدام تفاعل البلمرة المتسلسل أو إدخال جزء من الحمض النووي في خلية بكتيرية، والتي، بعد هذا التحول، تستنسخ هذه القطعة بملايين النسخ؛
· إدخال الحمض النووي المؤتلف إلى الخلايا أو الكائنات الحية.
2.
2.1. عزل الجينات التي تحتوي على المعلومات اللازمة.
يمكن الحصول على الجينات بعدة طرق: العزل من الحمض النووي، والتوليف الكيميائي الأنزيمي، والتوليف الأنزيمي.
يتم عزل الجينات من الحمض النووي باستخدام إنزيمات التقييد التي تحفز انقسام الحمض النووي في المناطق التي تحتوي على تسلسلات نيوكليوتيدات معينة (4-7 أزواج نيوكليوتيدات). يمكن إجراء الانقسام في منتصف منطقة يمكن التعرف عليها من أزواج النيوكليوتيدات؛ في هذه الحالة، يتم "قطع" كلا شريطي الحمض النووي على نفس المستوى. شظايا الحمض النووي الناتجة لها ما يسمى نهايات "غير حادة". من الممكن أن يكون انقسام الحمض النووي ممكنًا من خلال التحول، حيث يبرز أحد الخيوط بواسطة عدة نيوكليوتيدات. تتفاعل النهايات "اللزجة" المتكونة في هذه الحالة بسبب تكاملها. يمكن ربط تسلسل نيوكليوتيد ذو نهايات لزجة بمتجه (معالج مسبقًا بنفس إنزيم التقييد) وتحويله إلى تسلسل دائري نتيجة للربط المتبادل للنهايات التكميلية مع الأربطة. هذه الطريقة لها عيوب كبيرة، حيث أنه من الصعب جدًا تحديد عمل الإنزيمات لعزل الجين المطلوب بشكل صارم. جنبا إلى جنب مع الجين، يتم التقاط النيوكليوتيدات "الإضافية"، أو على العكس من ذلك، تقوم الإنزيمات بقطع جزء من الجين، وتحوله إلى جين معيب وظيفيا.
يتم استخدام تخليق الإنزيم الكيميائي إذا كانت البنية الأولية للبروتين أو الببتيد الذي يشفر الجين تركيبه معروفًا. من الضروري معرفة كاملة بتسلسل النيوكليوتيدات في الجين. تسمح لك هذه الطريقة بإعادة إنشاء تسلسل النوكليوتيدات المطلوب بدقة، بالإضافة إلى إدخال مواقع التعرف على إنزيمات التقييد والتسلسلات التنظيمية وما إلى ذلك في الجينات. تتكون الطريقة من التوليف الكيميائي لأجزاء الحمض النووي المفردة (أليغنوكليوتيدات) بسبب الخطوة. -تكوين تدريجي لروابط استر بين النيوكليوتيدات، عادة 8-16 مير. توجد حاليًا "آلات الجينات" التي، تحت سيطرة المعالج الدقيق، تقوم بسرعة كبيرة بتجميع تسلسلات قصيرة محددة من الحمض النووي المفرد الذي تقطعت به السبل
يتم إدخال التسلسل المطلوب من القواعد على لوحة المفاتيح. يفتح المعالج الدقيق الصمامات التي من خلالها، باستخدام المضخة، يتم توفير النيوكليوتيدات، وكذلك الكواشف والمذيبات اللازمة، بشكل متسلسل إلى عمود التوليف. يمتلئ العمود بحبات السيليكون التي يتم جمع جزيئات الحمض النووي عليها. يمكن لهذا الجهاز تركيب سلاسل يصل طولها إلى 40 نيوكليوتيد بمعدل نيوكليوتيد واحد في 30 دقيقة. ترتبط أليغنوكليوتيدات الناتجة مع بعضها البعض باستخدام رابط DNA لتكوين نيوكليوتيد مزدوج الجديلة. باستخدام هذه الطريقة، تم الحصول على جينات السلاسل A وB من الأنسولين، والبرو أنسولين، والسوماتوستاتين، وما إلى ذلك.
يعد التوليف الجيني الأنزيمي المعتمد على الحمض النووي الريبوزي المرسال المعزول (mRNA) هو الطريقة الأكثر شيوعًا حاليًا. أولاً، يتم عزل الرنا المرسال من الخلايا، ومن بينها الرنا المرسال المشفر بواسطة الجين الذي يجب عزله. بعد ذلك، وفي ظل ظروف معتمدة، يتم تصنيع شريط الحمض النووي المكمل للـ mRNA (cDNA) على mRNA المعزول من الخلية، كما هو الحال في المصفوفة، باستخدام إنزيم النسخ العكسي (revertase). يعمل الحمض النووي التكميلي الناتج (cDNA) كقالب لتخليق الشريط الثاني من الحمض النووي باستخدام بوليميراز الحمض النووي أو العكسي. التمهيدي في هذه الحالة هو قليل النوكليوتيد المكمل للنهاية 3' من الرنا المرسال؛ يتكون شريط DNA جديد من ديوكسينوكليوزيد ثلاثي الفوسفات في وجود أيونات المغنيسيوم.
وقد استخدمت هذه الطريقة بنجاح كبير للحصول على الجين الخاص بهرمون النمو البشري (السوماتوتروبين) في عام 1979. يحتوي الجين الذي تم الحصول عليه بطريقة أو بأخرى على معلومات حول بنية البروتين، ولكن لا يمكنه تنفيذه بنفسه. ولذلك، هناك حاجة إلى آليات إضافية للتحكم في عمل الجين. يتم نقل المعلومات الوراثية إلى الخلية المتلقية كجزء من الناقل. المتجه، كقاعدة عامة، هو جزيء DNA دائري قادر على التكاثر المستقل. يشكل الجين مع الناقل الحمض النووي المؤتلف.
2.2. اختيار النواقل (الفيروسات، البلازميدات) القادرة على التكاثر المستقل في الخلية المتلقية.
يشير مصطلح "المتجه" إلى جزيء الحمض النووي الذي، بعد إدخاله إلى الخلية، قادر على الوجود المستقل بسبب وجود إشارات النسخ والنسخ فيه.
يجب أن تتمتع الجزيئات المتجهة بالخصائص التالية:
1) القدرة على التكرار بشكل مستقل في الخلية المتلقية، أي أن تكون نسخة متماثلة مستقلة؛
اعتمادا على أهداف التجربة، يمكن تقسيم النواقل إلى مجموعتين: 1) تستخدم لاستنساخ وتضخيم الجين المطلوب؛ 2) متخصصة، تستخدم للتعبير عن الجينات الأجنبية المدمجة. تجمع المجموعة الثانية من النواقل بين النواقل المصممة لضمان تخليق المنتجات البروتينية للجينات المستنسخة. تحتوي نواقل التعبير على تسلسلات الحمض النووي الضرورية لنسخ النسخ المستنسخة من الجينات وترجمة الرنا المرسال الخاص بها في سلالات الخلايا.
تُستخدم البلازميدات والعاثيات البكتيرية كنواقل بدائية النواة؛ تُستخدم الفيروسات الحيوانية والنباتية، والنواقل المعتمدة على الخميرة والميتوكوندريا بحجم 2 ميكرومتر، وعدد من النواقل المصطنعة القادرة على التكاثر في كل من الخلايا البكتيرية وحقيقية النواة (النواقل المكوكية) كنواقل حقيقية النواة.
البلازميدات هي عناصر وراثية خارج الصبغي للكائنات المؤيدة وحقيقيات النوى التي تتكاثر بشكل مستقل في الخلايا. معظم نواقل البلازميد مشتقة من البلازميدات الطبيعية ColE1 وpMB1 وp15A.
تنقسم البلازميدات البكتيرية إلى فئتين. بعض البلازميدات (على سبيل المثال، العامل F المدروس جيدًا، والذي يحدد الجنس في الإشريكية القولونية) هي نفسها قادرة على الانتقال من خلية إلى أخرى، بينما لا يمتلك البعض الآخر هذه القدرة. لعدد من الأسباب، وفي المقام الأول لمنع الانتشار غير المنضبط للمواد الوراثية التي يحتمل أن تكون خطرة، تعتمد الغالبية العظمى من نواقل البلازميدات البكتيرية على الفئة الثانية من البلازميدات. تحتوي العديد من البلازميدات الطبيعية بالفعل على جينات تحدد مقاومة الخلايا للمضادات الحيوية (منتجات هذه الجينات عبارة عن إنزيمات تقوم بتعديل أو تحطيم مواد المضادات الحيوية). بالإضافة إلى ذلك، يتم إدخال جينات إضافية تحدد المقاومة للمضادات الحيوية الأخرى في هذه البلازميدات عند بناء النواقل.
في التين. يوضح الشكل 1 أحد أكثر نواقل البلازميدات الإشريكية القولونية شيوعًا - pBR322. تم تصنيعه على أساس بلازميد الإشريكية القولونية المدروس جيدًا - العامل المولد للكوليسين ColE1 - ويحتوي على أصل تكرار هذا البلازميد. تكمن خصوصية البلازميد ColE1 (و pBR322، على التوالي) في أنه في وجود المضاد الحيوي الكلورامفينيكول المانع لتخليق البروتين (والذي يمنع بشكل غير مباشر تكرار الكروموسوم المضيف)، يزداد عدده في الإشريكية القولونية من 20-50 إلى 1000 جزيء. لكل خلية، مما يجعل من الممكن الحصول على كميات كبيرة من الجينات المستنسخة. عند إنشاء ناقل pBR322 من البلازميدات الأصلية، تم حذف عدد من المواقع "الإضافية" لإنزيمات التقييد.
في الوقت الحالي، جنبًا إلى جنب مع العديد من أنظمة النواقل المناسبة لبكتيريا الإشريكية القولونية، تم إنشاء نواقل بلازميدية لعدد من البكتيريا سالبة الجرام الأخرى (بما في ذلك البكتيريا المهمة صناعيًا مثل الزائفة، والريزوبيوم، والأزوتوباكتر)، والبكتيريا إيجابية الجرام (العصوية)، والبكتيريا السفلى. الفطريات (الخميرة) والنباتات.
تعتبر نواقل البلازميد ملائمة لاستنساخ أجزاء صغيرة نسبيًا (تصل إلى 10 آلاف زوج أساسي) من الجينومات الصغيرة. إذا كان من الضروري الحصول على مكتبة (أو مكتبة) استنساخ لجينات النباتات والحيوانات العليا، حيث يصل الطول الإجمالي للجينوم إلى أحجام هائلة، فإن ناقلات البلازميد التقليدية غير مناسبة لهذه الأغراض. تم حل مشكلة إنشاء مكتبات جينية لحقيقيات النوى الأعلى باستخدام مشتقات العاثيات البكتيرية l كنواقل استنساخ.
من بين نواقل العاثيات، تم إنشاء الأنظمة الأكثر ملاءمة بناءً على جينومات العاثيات l وM13 E. coli. يحتوي الحمض النووي لهذه العاثيات على مناطق ممتدة يمكن حذفها أو استبدالها بحمض نووي غريب دون التأثير على قدرتها على التكاثر في خلايا الإشريكية القولونية. عند بناء عائلة من النواقل على أساس الحمض النووي العاثي، تمت إزالة العديد من مواقع التقييد منه أولاً (بتقسيم أجزاء قصيرة من الحمض النووي) من المنطقة التي ليست ضرورية لتضاعف الحمض النووي، وتُركت مثل هذه المواقع في المنطقة المخصصة للحمض النووي. إدخال الحمض النووي الأجنبي. غالبًا ما يتم إدخال الجينات الواسمة في نفس المنطقة، مما يجعل من الممكن تمييز الحمض النووي المؤتلف عن الناقل الأصلي. تُستخدم هذه النواقل على نطاق واسع لإنشاء "مكتبات الجينات". تقتصر أحجام الجزء المستبدل من الحمض النووي العاثي، وبالتالي المنطقة المُدرجة من الحمض النووي الأجنبي، على ما بين 15 إلى 17 ألف من بقايا النوكليوتيدات، نظرًا لأن جينوم العاثيات المؤتلف، وهو أكبر بنسبة 10٪ أو أصغر بنسبة 75٪ من جينوم العاثيات البرية ، لم يعد من الممكن تعبئتها في جزيئات العاثيات.
الشكل 1. خريطة تفصيلية لتقييد البلازميد pBR322.
من الناحية النظرية، لا توجد مثل هذه القيود بالنسبة للناقلات المبنية على أساس العاثيات البكتيرية الخيطية M13. تم وصف الحالات التي تم فيها إدخال الحمض النووي الغريب الذي يبلغ طوله حوالي 40 ألف بقايا نيوكليوتيد في جينوم هذه العاثيات. ومع ذلك، فمن المعروف أن العاثي M13 يصبح غير مستقر عندما يتجاوز طول الحمض النووي الأجنبي 5 آلاف بقايا نيوكليوتيد. في الواقع، تُستخدم النواقل المشتقة من DNA phage M13 بشكل رئيسي في تسلسل الجينات وتوليدها، كما أن أحجام الأجزاء المُدخلة فيها أصغر بكثير.
يتم إنشاء هذه النواقل من الشكل التكراري (المزدوج الجديلة) للحمض النووي الملتهمة M13، حيث يتم بناء مناطق "متعددة الارتباطات" (يظهر مثال على هذا التصميم في الشكل 5). يتم تضمين الحمض النووي في جسيم العاثي كجزيء مفرد. وبالتالي، فإن هذا المتجه يجعل من الممكن الحصول على الجين المستنسخ أو شظاياه في شكل مزدوج ومفرد. تُستخدم حاليًا الأشكال المفردة المجدولة من الحمض النووي المؤتلف على نطاق واسع في تحديد تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي باستخدام طريقة سانجر وفي توليد طفرات الجينات الموجهة بأوليجوديوكسينوكليوتيد.
يتم نقل الجينات الأجنبية إلى الخلايا الحيوانية باستخدام ناقلات تم الحصول عليها من الحمض النووي لعدد من الفيروسات الحيوانية المدروسة جيدًا - SV40، وبعض الفيروسات الغدية، وفيروس الورم الحليمي البقري، وفيروس الجدري، وما إلى ذلك. يتم بناء هذه النواقل وفقًا للمخطط القياسي: إزالة المواقع "الإضافية" لإنزيمات التقييد، وإدخال الجينات الواسمة في مناطق الحمض النووي التي ليست ضرورية لتكرارها (على سبيل المثال، جين ثيميدين كيناز (tk) من HSV (فيروس الهربس))، وإدخال المناطق التنظيمية، وزيادة مستوى التعبير الجيني.
وتبين أن ما يسمى بـ "النواقل المكوكية"، القادرة على التكاثر في الخلايا الحيوانية والخلايا البكتيرية، كانت ملائمة. يتم تصنيعها عن طريق تجميع أجزاء كبيرة من النواقل الحيوانية والبكتيرية (على سبيل المثال، SV40 وpBR322) بحيث تظل المناطق المسؤولة عن تكرار الحمض النووي غير متأثرة. وهذا يجعل من الممكن تنفيذ العمليات الأساسية لبناء ناقل في الخلية البكتيرية (وهو أبسط بكثير من الناحية الفنية)، ثم استخدام الحمض النووي المؤتلف الناتج لاستنساخ الجينات في خلية حيوانية.
الشكل 2. خريطة تقييد ناقل M13 mp8.
2.3. تحضير الحمض النووي المؤتلف.
إن جوهر بناء الحمض النووي المؤتلف هو دمج شظايا الحمض النووي، والتي تقع من بينها منطقة الحمض النووي التي تهمنا، في ما يسمى بجزيئات الحمض النووي المتجه (أو ببساطة المتجهات) - الحمض النووي البلازميد أو الحمض النووي الفيروسي، والذي يمكن نقله إلى جزيئات الحمض النووي المؤتلف. - أو الخلايا حقيقية النواة وتتكاثر بشكل مستقل هناك. في المرحلة التالية، يتم اختيار تلك الخلايا التي تحمل الحمض النووي المؤتلف (باستخدام خصائص العلامة التي يمتلكها الناقل نفسه)، ثم يتم استنساخ فردي مع قطعة الحمض النووي التي تهمنا (باستخدام خصائص أو مجسات خاصة بجين معين أو قطعة الحمض النووي).
عند حل عدد من المشاكل العلمية والتكنولوجية الحيوية، فإن بناء الحمض النووي المؤتلف يتطلب أيضًا إنشاء أنظمة تضمن أقصى قدر من التعبير عن الجين المستنسخ.
هناك ثلاث طرق رئيسية لدمج الحمض النووي الأجنبي في جزيئات المتجهات. في الحالة الأولى، يتم تمديد نهايات شظايا الحمض النووي مقاس 3 بوصات، والتي تقع من بينها منطقة الحمض النووي التي تهمنا (الجين أو جزئه، المنطقة التنظيمية)، بتسلسل نيوكليوتيد متجانس (على سبيل المثال، poly(T)) باستخدام إنزيم ترانسفيراز النوكليوتيدات الطرفي، تكون النهايات 3 بوصة خطية الشكل ويتم توسيع الحمض النووي المتجه بنفس الطريقة مع تسلسل النيوكليوتيدات المتجانسة المكمل له (أي بولي (A)). وهذا يسمح بربط جزيئين من الحمض النووي عن طريق الاقتران التكميلي للأطراف "اللزجة" المنتجة صناعيًا.
في الحالة الثانية، يتم إنشاء النهايات "اللزجة" عن طريق انقسام جزيئات الحمض النووي (سواء كانت ناقلة أو تحتوي على الجزء الذي يهمنا) بواسطة أحد نوكليازات التقييد (إنزيمات التقييد). تتميز إنزيمات التقييد بخصوصية عالية للغاية. إنهم "يتعرفون" على تسلسل من العديد من بقايا النيوكليوتيدات في الحمض النووي ويقطعون روابط بين النوكليوتيدات محددة بدقة فيها. لذلك، حتى في الحمض النووي الكبير، تقدم إنزيمات التقييد عددًا محدودًا من الفواصل.
الطريقة الثالثة هي مزيج من الطريقتين الأوليين، عندما يتم تمديد الأطراف اللزجة للحمض النووي المتكونة بواسطة إنزيم التقييد بتسلسلات اصطناعية (الشكل 3).
يمكن تحويل نهايات شظايا الحمض النووي إلى أطراف "لزجة" عن طريق تمديدها باستخدام أليغنوكليوتيدات مزدوجة الشريط ("رابطات")، والتي تتضمن موقعًا للتعرف على التقييد
الشكل 3. مخطط لبناء الحمض النووي المؤتلف باستخدام إنزيمات التقييد PstI وpoly(G)-poly(C)-linker.
زوي. إن معالجة مثل هذا الجزء باستخدام إنزيم التقييد هذا يجعله مناسبًا للتكامل في جزيء الحمض النووي المتجه المشقوق بنفس إنزيم التقييد. في كثير من الأحيان، يتم استخدام شظايا متعدد النوكليوتيدات كـ "رابط"، والتي تحتوي على مواقع محددة للعديد من إنزيمات التقييد في وقت واحد (تسمى "الروابط المتعددة").
بعد إدخال الحمض النووي الغريب في الناقل، يتم إجراء الارتباط التساهمي بواسطة رابط الحمض النووي. إذا كان حجم الفجوة في الجزيء المعاد تجميعه يتجاوز رابطة فوسفوديستر واحدة، يتم إصلاحها في المختبر باستخدام بوليميراز الحمض النووي أو في الجسم الحي باستخدام أنظمة إصلاح الخلايا.
2.4. إدخال الحمض النووي المؤتلف في الخلية المتلقية
يتم نقل الحمض النووي المؤتلف عن طريق التحويل أو الاقتران. التحول هو عملية تغيير الخصائص الوراثية للخلية نتيجة لاختراق الحمض النووي الغريب فيها. تم اكتشافه لأول مرة في المكورات الرئوية بواسطة F. Giffith، الذي أظهر أن بعض خلايا سلالات البكتيريا غير الضارة، عندما تصيب الفئران بسلالات ضارة، تكتسب خصائص مسببة للأمراض. وقد تم بعد ذلك إثبات التحول ودراسته في أنواع بكتيرية مختلفة. لقد ثبت أن عددًا قليلًا فقط مما يسمى بالخلايا "المختصة" (القادرة على دمج الحمض النووي الأجنبي وتوليف بروتين محول خاص) قادر على التحول. يتم تحديد كفاءة الخلية أيضًا من خلال العوامل البيئية. يمكن تسهيل ذلك عن طريق معالجة الخلايا بالبولي إيثيلين جلايكول أو كلوريد الكالسيوم. بعد اختراق الخلية، يتحلل أحد خيوط الحمض النووي المؤتلف، والآخر، بسبب إعادة التركيب مع منطقة متماثلة من الحمض النووي المتلقي، يمكن إدراجه في وحدة كروموسوم أو خارج الكروموسوم. التحول هو الطريقة الأكثر عالمية لنقل المعلومات الجينية وله أهمية قصوى بالنسبة للتكنولوجيات الوراثية.
الاقتران هو إحدى طرق تبادل المادة الوراثية، حيث يتم نقل المعلومات الوراثية في اتجاه واحد من المتبرع إلى المتلقي. يتم هذا النقل تحت سيطرة البلازميدات المترافقة الخاصة (عامل الخصوبة). يتم نقل المعلومات من الخلية المانحة إلى الخلية المتلقية من خلال الزغابات التناسلية الخاصة (بيلي). ومن الممكن أيضًا نقل المعلومات باستخدام البلازميدات غير المترافقة بمشاركة البلازميدات المساعدة، ويسمى نقل المجموعة الكاملة من جينات الفيروس أو العاثيات، مما يؤدي إلى تطور جزيئات العاثيات في الخلية، بالترنسفكأيشن. تتضمن هذه التقنية، كما يتم تطبيقها على الخلايا البكتيرية، الحصول على البلاستيدات الكروية، وتنقية وسط الحضانة من النيوكلياز، وإضافة DNA العاثي المنقى (وجود كبريتات البروتامين يزيد من كفاءة ترنسفكأيشن). تنطبق هذه التقنية على الخلايا الحيوانية والنباتية باستخدام ناقلات فيروسية مكوكية خاصة.
3.
عند تطبيقها على البشر، يمكن استخدام الهندسة الوراثية لعلاج الأمراض الوراثية. ومع ذلك، من الناحية الفنية، هناك فرق كبير بين علاج المريض نفسه وتغيير الجينوم من نسله.
تعد مهمة تغيير جينوم شخص بالغ أكثر تعقيدًا إلى حد ما من تربية سلالات حيوانية جديدة معدلة وراثيًا، لأنه في هذه الحالة من الضروري تغيير جينوم العديد من الخلايا لكائن تم تشكيله بالفعل، وليس مجرد بيضة جنينية واحدة. للقيام بذلك، يقترح استخدام الجزيئات الفيروسية كمتجه. الجسيمات الفيروسية قادرة على اختراق نسبة كبيرة من الخلايا البشرية البالغة، ودمج معلوماتها الوراثية فيها؛ من الممكن التحكم في التكاثر للجزيئات الفيروسية في الجسم. وفي الوقت نفسه، ومن أجل الحد من الآثار الجانبية، يحاول العلماء تجنب إدخال الحمض النووي المعدل وراثيًا إلى خلايا الأعضاء التناسلية، وبالتالي تجنب التأثير على نسل المريض في المستقبل. ومن الجدير بالذكر أيضًا انتقادات كبيرة لهذه التكنولوجيا في وسائل الإعلام: حيث ينظر الكثيرون إلى تطوير الفيروسات المعدلة وراثيًا على أنه تهديد للبشرية جمعاء.
وبمساعدة العلاج الجيني، من الممكن في المستقبل تغيير الجينوم البشري. حاليًا، الطرق الفعالة لتعديل الجينوم البشري هي في مرحلة التطوير والاختبار على الرئيسيات. لفترة طويلة، واجهت الهندسة الوراثية للقردة صعوبات خطيرة، ولكن في عام 2009 توجت التجارب بالنجاح: ظهر منشور في مجلة الطبيعة حول الاستخدام الناجح للناقلات الفيروسية المعدلة وراثيا لعلاج قرد ذكر بالغ مصاب بعمى الألوان. في نفس العام، أنجبت أول رئيسيات معدلة وراثيا (نمت من بيضة معدلة) ذرية - قرد القشة العادي.
على الرغم من أنه على نطاق صغير، يتم بالفعل استخدام الهندسة الوراثية لإعطاء النساء المصابات ببعض أنواع العقم فرصة للحمل باستخدام بويضات من امرأة سليمة. ونتيجة لذلك، يرث الطفل النمط الجيني من أب واحد وأمين.
ومع ذلك، فإن إمكانية إجراء تغييرات أكثر أهمية على الجينوم البشري تواجه عددًا من القضايا الأخلاقية الخطيرة.
خاتمة
نتيجة للتطوير المكثف لطرق الهندسة الوراثية، تم استنساخ العديد من جينات الريبوسوم والنقل و5S RNA، والهستونات، والفأر، والأرانب، والجلوبين البشري، والكولاجين، والألبومين البيضوي، والأنسولين البشري وهرمونات الببتيد الأخرى، والإنترفيرون البشري، وما إلى ذلك. تم الحصول عليها.
وهذا ما جعل من الممكن إنشاء سلالات من البكتيريا التي تنتج العديد من المواد النشطة بيولوجيا المستخدمة في الطب والزراعة والصناعة الميكروبيولوجية.
وعلى أساس الهندسة الوراثية ظهر فرع من صناعة الأدوية أطلق عليه اسم “صناعة الحمض النووي”. هذا هو أحد الفروع الحديثة للتكنولوجيا الحيوية.
تمت الموافقة على الأنسولين البشري (الهيومولين)، الذي تم الحصول عليه باستخدام ريكدنا، للاستخدام العلاجي. بالإضافة إلى ذلك، واستنادًا إلى العديد من الطفرات للجينات الفردية التي تم الحصول عليها أثناء دراستها، تم إنشاء أنظمة اختبار فعالة للغاية لتحديد النشاط الجيني للعوامل البيئية، بما في ذلك تحديد المركبات المسببة للسرطان.
مراجع:
1) بيكيش أو.-يا.إل. البيولوجيا الطبية. – من: أوراجاي، 2000. – ص 114-119.
2) موتوفين ج.ر. أساسيات علم الوراثة السريرية. – م: الثانوية العامة 1997. – ص. 83-84.
3) هير ر.س. أساسيات علم الوراثة الطبية. – من : الثانوية العامة 1998. – ص. 60-65.
4) biotechnolog.ru
يخطط:
مقدمة.
1. جوهر الهندسة الوراثية.
1.1. تاريخ الهندسة الوراثية
1.2. مفهوم الهندسة الوراثية
1.3. أهداف وغايات الهندسة الوراثية
2. مراحل خلق الكائنات الحية ببرنامج معدل وراثيا.
2.1. عزل الجينات (الطبيعية أو المركبة) التي تحتوي على المعلومات الضرورية.
2.2. اختيار النواقل (الفيروسات، البلازميدات) القادرة على التكاثر المستقل في الخلية المتلقية.
2.3. تحضير الحمض النووي المؤتلف.
2.4. إدخال الحمض النووي المؤتلف في الخلية المتلقية.
3.تطبيق تقنيات الهندسة الوراثية في الطب.
نشأت الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية الحديثة نتيجة للتطورات في علم الأحياء الدقيقة وعلم الوراثة والكيمياء الحيوية. إن التقدم في البيولوجيا الجزيئية، وعلم الوراثة الجزيئية، وبيولوجيا الخلية، فضلا عن الأساليب التجريبية المكتشفة حديثا والمعدات الجديدة قد وفرت معدلات مذهلة من التطور في الهندسة الوراثية والتكنولوجيا الحيوية.
الغرض من الهندسة الوراثية
الهدف من الهندسة الوراثية هو تغيير بنية الجينات وموقعها على الكروموسوم وتنظيم نشاطها بما يتوافق مع احتياجات الإنسان. ولتحقيق هذا الهدف، يتم استخدام أساليب مختلفة للسماح بإنتاج البروتينات على نطاق صناعي، وإنشاء أصناف نباتية وسلالات حيوانية جديدة تلبي المتطلبات على أفضل وجه، وتشخيص وعلاج مختلف الأمراض البشرية المعدية والوراثية.
أهداف أبحاث الهندسة الوراثية هي الفيروسات والبكتيريا والفطريات والحيوانات (بما في ذلك جسم الإنسان) والخلايا النباتية. وبعد تنقية جزيء الحمض النووي لهذه الكائنات الحية من المواد الخلوية الأخرى، تختفي الاختلافات المادية بينها. يمكن تقسيم جزيء الحمض النووي المنقى باستخدام الإنزيمات إلى أجزاء محددة، والتي يمكن بعد ذلك ربطها معًا باستخدام إنزيمات الارتباط المتقاطع إذا لزم الأمر. تتيح الأساليب الحديثة للهندسة الوراثية إعادة إنتاج أي قطعة من الحمض النووي أو استبدال أي نيوكليوتيد في سلسلة الحمض النووي بأخرى. وبطبيعة الحال، تم تحقيق هذه النجاحات نتيجة للدراسة المستمرة لقوانين الوراثة.
نشأت الهندسة الوراثية (الهندسة الوراثية) نتيجة لاكتشاف الإنزيمات التي تقسم على وجه التحديد الأساس المادي للوراثة - جزيء الحمض النووي إلى شرائح وتوصيل هذه الأجزاء بنهايات بعضها البعض، وكذلك الطريقة الكهربية، مما يجعل من الممكن لتقسيم شرائح الحمض النووي على طول الطول بدقة عالية. إن إنشاء طرق ومعدات لتحديد التسلسل المحدد للنيوكليوتيدات التي تشكل جزيء الحمض النووي، وكذلك التوليف التلقائي لأي جزء مطلوب من الحمض النووي، كفل تطوير الهندسة الوراثية بوتيرة سريعة.
تم تسهيل تطور رغبة العلماء في التحكم في الوراثة من خلال الأدلة التي تشير إلى أن أساس وراثة جميع النباتات والحيوانات هو جزيء الحمض النووي، وأن البكتيريا والعاثيات تخضع أيضًا لقوانين الوراثة، وأن عملية الطفرة مشتركة بين جميع الكائنات الحية ويمكن تنظيمها بالطرق التجريبية.
لويس باستر
كان العالم الفرنسي الكبير لويس باستور، بعد أن طور طريقة للحصول على الحيوانات المستنسخة، أول من أظهر أن البكتيريا متنوعة ولها وراثة وترتبط خصائصها ارتباطًا وثيقًا بالأخيرة (الشكل 1، 2).
تورت وديريل
في عام 1915، أثبت تورت ودهيريل أن العاثيات (العاثيات هي فيروسات تتكاثر في البكتيريا)، وتتكاثر تلقائيًا داخل البكتيريا، يمكنها تدميرها. وعلق علماء الأحياء الدقيقة آمالهم على استخدام العاثيات ضد الميكروبات التي تسبب أمراضًا معدية خطيرة. ومع ذلك، فإن البكتيريا مقاومة للعاثيات بسبب الطفرات التلقائية. وراثة هذه الطفرات تحمي البكتيريا من التدمير بواسطة العاثيات.
من خلال التكاثر داخل الخلية، يمكن للفيروسات والعاثيات تدميرها، أو من خلال إدخال نفسها في جينوم الخلية، تغيير وراثتها. لتغيير وراثة الكائن الحي، يتم استخدام عمليات التحول والتنبيغ على نطاق واسع.
جوشوا وإستير ليدربيرج
في عام 1952، أثبت جوشوا وإستير ليدربيرج، باستخدام طريقة النسخ (التكرار) للمستعمرات البكتيرية، وجود طفرات عفوية في البكتيريا (الشكل 3). لقد طوروا طريقة لعزل الخلايا الطافرة باستخدام النسخ المتماثل. تحت تأثير البيئة الخارجية، يزيد تواتر الطفرات. تتيح الطرق الخاصة رؤية الحيوانات المستنسخة من السلالات الجديدة التي تشكلت نتيجة الطفرات بالعين المجردة.
طريقة النسخ المستعمرات البكتيريةيتم تنفيذها على النحو التالي. يتم تمديد القماش المخملي المعقم على سطح جهاز خشبي ويتم تطبيقه على مستعمرة من البكتيريا التي تنمو على سطح طبق بتري المخصص لزرع النسخ المتماثلة. ثم يتم نقل المستعمرات إلى طبق بتري نظيف مع وسط غذائي صناعي. المواد من الموقع
مراحل الهندسة الوراثية
تتم الهندسة الوراثية على عدة مراحل.
- يتم تحديد الجين محل الاهتمام بناءً على وظيفته، ثم يتم عزله واستنساخه ودراسة بنيته.
- يتم دمج (إعادة تجميع) الجين المعزول مع الحمض النووي لبعض العاثيات أو الترانسبوزون أو البلازميد الذي لديه القدرة على إعادة الاتحاد مع الكروموسوم، وبهذه الطريقة يتم إنشاء بنية ناقلة.
- يتم إدخال بنية المتجه في الخلية (التحول) ويتم الحصول على خلية معدلة وراثيا.
- يمكن الحصول على الكائنات الحية الناضجة من خلية محورة وراثيا في ظل ظروف اصطناعية.
ما هي الهندسة الوراثية؟
الهندسة الوراثية هي تقنية ثورية جديدة يستطيع العلماء من خلالها استخراج الجينات من كائن حي وإدخالها في أي كائن آخر. الجينات هي برنامج الحياة - وهي التركيبات البيولوجية التي يتكون منها الحمض النووي والتي تحدد الخصائص المحددة المتأصلة في كائن حي أو آخر. يؤدي زرع الجينات إلى تغيير برنامج الكائن المتلقي وتبدأ خلاياه في إنتاج مواد مختلفة، والتي بدورها تخلق خصائص جديدة داخل هذا الكائن.
باستخدام هذه الطريقة، يمكن للباحثين تغيير خصائص وخصائص محددة في الاتجاه الذي يريدونه، على سبيل المثال، يمكنهم تطوير مجموعة متنوعة من الطماطم ذات فترة صلاحية أطول أو مجموعة متنوعة من فول الصويا مقاومة لمبيدات الأعشاب. الهندسة الوراثية هي إحدى طرق التكنولوجيا الحيوية التي تتناول البحث في إعادة هيكلة الأنماط الجينية. النمط الجيني ليس مجرد مجموع ميكانيكي للجينات، بل هو نظام معقد تطور خلال تطور الكائنات الحية. تتيح الهندسة الوراثية إمكانية نقل المعلومات الوراثية من كائن حي إلى آخر من خلال العمليات المخبرية. يتيح نقل الجينات التغلب على الحواجز بين الأنواع ونقل الخصائص الوراثية الفردية لكائن حي إلى آخر. حاملات الأساس المادي للجينات هي الكروموسومات، والتي تشمل الحمض النووي والبروتينات. لكن جينات التكوين ليست كيميائية، بل وظيفية.
من وجهة نظر وظيفية، يتكون الحمض النووي من العديد من الكتل التي تخزن كمية معينة من المعلومات - الجينات. يعتمد عمل الجين على قدرته على تحديد تخليق البروتين من خلال الحمض النووي الريبي (RNA). يحتوي جزيء الحمض النووي على معلومات تحدد التركيب الكيميائي لجزيئات البروتين. الجين هو جزء من جزيء الحمض النووي الذي يحتوي على معلومات حول البنية الأولية لأي بروتين واحد (جين واحد - بروتين واحد). ولأن هناك عشرات الآلاف من البروتينات في الكائنات الحية، هناك عشرات الآلاف من الجينات.
مجموع جميع جينات الخلية يشكل الجينوم الخاص بها. تحتوي جميع خلايا الجسم على نفس مجموعة الجينات، لكن كل منها تنفذ جزءًا مختلفًا من المعلومات المخزنة. لذلك، على سبيل المثال، تختلف الخلايا العصبية عن خلايا الكبد في الخصائص الهيكلية والوظيفية والبيولوجية. تمثل إعادة ترتيب الأنماط الجينية، عند أداء مهام الهندسة الوراثية، تغييرات نوعية في الجينات غير المرتبطة بالتغيرات في بنية الكروموسومات المرئية في المجهر. ترتبط التغييرات الجينية في المقام الأول بتحول التركيب الكيميائي للحمض النووي.
يتم تنفيذ المعلومات حول بنية البروتين، المكتوبة على شكل تسلسل من النيوكليوتيدات، على شكل تسلسل من الأحماض الأمينية في جزيء البروتين المركب. إن التغير في تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي الكروموسومي، وفقدان بعضها وضم نيوكليوتيدات أخرى، يغير تركيب جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) المتكونة على الحمض النووي، وهذا بدوره يحدد تسلسلاً جديدًا للأحماض الأمينية أثناء عملية التخليق. ونتيجة لذلك، يبدأ تصنيع بروتين جديد في الخلية، مما يؤدي إلى ظهور خصائص جديدة في الجسم. جوهر أساليب الهندسة الوراثية هو أن الجينات الفردية أو مجموعات الجينات يتم إدخالها أو استبعادها من النمط الجيني للكائن الحي. نتيجة لإدخال جينة كانت غائبة سابقًا في النمط الجيني، يمكن إجبار الخلية على تصنيع بروتينات لم تقم بتصنيعها من قبل.
مشاكل الهندسة الوراثية
لقد أثارت إمكانيات أحد أهم إبداعات العلوم في القرن العشرين - الهندسة الوراثية - خيال البشرية منذ فترة طويلة، لأنها اقتربت من أهم شيء في جسم الإنسان، وهو قوانين حياة جسده. ولكن إذا كانت نتائج عمل علماء التكنولوجيا الحيوية منذ خمسة عشر عامًا مرتبطة في المقام الأول بتطوير أنواع جديدة من الجزر أو سلالة جديدة من أبقار الألبان، فقبل عامين أصبح من الممكن التواصل مع الأغنام الصغيرة دوللي ، تم استنساخها من قبل علماء الأحياء الاسكتلنديين، وفي العام الماضي تم الإعلان عن إنشاء أول خريطة عامة إلى حد ما للجينوم البشري. على خلفية الإنجازات في مجال علم الأحياء، فإن ضربات المواسم السابقة - تقنيات المعلومات الجديدة - تتلاشى في الخلفية. قليل من الناس مهتمون الآن بمسألة متى سيكون الشخص قادرًا على المشي بحرية على سطح المريخ؛ والنقاش حول متى سيكون من الممكن استنساخ شخص ما، وبالتالي، فإن كيفية منع ذلك أصبحت أكثر إلحاحًا - نوع من الإيماءة. إلى الأخلاق والأخلاق.
الهندسة الوراثية – عدو أم صديق؟ منظور تاريخى...
منظور تاريخى
كما تعلمون، نشأت الحياة على الأرض منذ حوالي 4.6 مليار سنة، وبغض النظر عن الأشكال التي اتخذتها، كانت نفس المادة مسؤولة عن مظاهر الحياة لكل كائن حي - حمض الديوكسي ريبونوكلييك (المعروف أيضًا باسم DNA). الحمض النووي، المنصوص عليه في الجينات، يحدد، ولا يزال يحدد (وفي المستقبل، على ما يبدو، تحت التوجيه الصارم للإنسان) النشاط الأيضي للخلايا اللازمة لبقائها، وهذه هي الحياة في أبسط تعريف لها. في الواقع، لم يستخدم مصطلح "الجينات" حتى بداية القرن الماضي، على الرغم من أن البحث في كيفية عملها بدأ في القرن التاسع عشر. أمضى الراهب النمساوي جريجور مندل سنوات عديدة في مراقبة نسل نباتات البازلاء التي نماها في حديقة الدير. من خلال تسجيل السمات الخارجية - ارتفاع الساق، ولون البتلات، وشكل البازلاء، تمكن من الناحية النظرية من اقتراح وجود "عوامل" معينة يرثها النسل من النباتات الأم. ومثل كولومبوس، مات مندل دون أن يعرف ما اكتشفه. منذ بداية القرن العشرين، حدثت طفرة في الأبحاث المتعلقة ببنية الخلية. تمكن علماء الأحياء من تحديد الوظائف التي تؤديها نواة الخلية وحل لغز طبيعة الكروموسومات. والأهم من ذلك أن طبيعة ترجمة جزيئات الحمض النووي أصبحت واضحة: أثناء الانقسام الاختزالي الذي يسبق ظهور البويضات والحيوانات المنوية، ينخفض عدد الكروموسومات التي تحتوي على الحمض النووي إلى النصف، وهو ما يحدث لاحقًا مع اندماج الحمض النووي. ستسمح الخلايا الجرثومية بدمج نواتها في كل واحد - لتؤدي إلى ظهور كائن حي جديد بمجموعة فريدة تمامًا من الجينات. وفي عام 1953، أصبح من الممكن أخيرًا عزل البنية الحلزونية المزدوجة للحمض النووي، والتي يعرفها الآن كل تلميذ عن طريق البصر. يُعرف الحمض النووي الآن بأنه لغة بيولوجية عالمية من شأنها أن توحد جميع الكائنات الحية التي تعيش على الأرض: البشر والبكتيريا والفطريات والنباتات. ومع ذلك، فإن القرن العشرين ليس فقط قرن الاكتشافات الأساسية، بل هو قرن الهندسة أيضًا - التطبيق العملي لهذه الاكتشافات نفسها. لذلك، إلى جانب البحث المستمر حول كيفية "عمل كل هذا بشكل عام"، تم تطوير فروع مختلفة من الهندسة الوراثية ومختلف التقنيات الحيوية على قدم وساق. منذ البداية، كان الفكر الهندسي من هذا النوع يهتم في المقام الأول بكيفية استخدام بعض الكائنات الحية التي تحمل جينًا معينًا لتحسين كائنات أخرى - كنا نتحدث عن النباتات أو الحيوانات. في السبعينيات، تعلم العلماء قطع أجزاء من الحمض النووي لكائن واحد وزرعها في كائن آخر، مما أحدث ثورة صغيرة في إنتاج الأدوية المختلفة - الأنسولين، وهرمون النمو البشري، وما إلى ذلك. لسنوات عديدة، جرت محاولات لتنفيذ ما يسمى بالعلاج الجيني البشري، حيث يتم زرع جينات أشخاص آخرين، الذين يفتقرون إلى مكونات معينة في مجموعة الجينات الخاصة بهم أو الذين يعانون من عيوب إلى حد ما. تُستخدم المعرفة المكتسبة من خلال علم الوراثة على نطاق واسع في مجال التكاثر البشري. يعرف الكثير من الناس أنه في ظل ظروف معينة، من الممكن تربية الأطفال "من أنبوب اختبار"، وفي بعض حالات العقم عند النساء - طلب المساعدة من الأمهات البديلات. تظهر بالفعل النباتات المعدلة وراثيا (الحبوب المقاومة للصقيع، والبطاطس المعدلة وراثيا، والطماطم سريعة النضج، وما إلى ذلك) على طاولات العشاء، على الرغم من أنها لا تسبب الكثير من الإثارة حتى الآن.
الهندسة الوراثية – عدو أم صديق؟ إمكانيات الهندسة الوراثية...
إمكانيات الهندسة الوراثية، مشروع الجينوم البشري
بطبيعة الحال، لا يمكن للتلاعب الناجح بجينات النباتات والحيوانات إلا أن يؤدي إلى سؤال زلق إلى حد ما: ماذا عن البشر؟ إذا كان من الممكن تحسين الحيوانات، فلماذا لا نحسن البشر. ومع ذلك، عليك أولاً أن تفهم مجموعة الجينات البشرية. وهكذا ظهرت في عام 1990 مبادرة لرسم خريطة للكروموسومات البشرية المكونة من 26-30 ألف جين. كان المشروع يسمى ببساطة الجينوم البشري وكان من المتوقع أن ينتج خريطة كاملة للجينوم في وقت ما في عام 2005. يتضمن المشروع مجموعات بحثية من دول مختلفة منذ أواخر التسعينيات. يتم إنشاء شركات خاصة مهمتها الرئيسية هي تسهيل وتسريع التواصل بين هذه المجموعات. بحلول بداية عام 2001، تم بالفعل رسم خريطة كاملة لكروموسومين: 21 و22.
ومع ذلك، كان الإحساس الرئيسي في العام الماضي هو اكتشاف مجموعة كريج فينتر لخريطة عامة للجينوم البشري. يقول العلماء أنه إذا قارنا هذه الخريطة بالخرائط العادية، فلن يكون من الممكن استخدامها للوصول إلى المتجر في الشارع التالي، ولكن على أي حال، فإن حقيقة وجودها تتحدث عن بداية عصر الجينات تسجيل براءات الاختراع، وهذا بدوره يثير العديد من الأسئلة التي لم تعد بيولوجية، بل أخلاقية وقانونية. على الرغم من أن العلماء يقولون إن الغرض الرئيسي من رسم خرائط الجينوم هو الحاجة إلى فهم كيفية عمل الجسم البشري من أجل مقاومة الأمراض المختلفة بشكل أكثر فعالية، ومثل هذه المعرفة يمكن أن تسهل إلى حد كبير إنشاء أدوية جديدة، إلا أن الحاجة إلى التنظيم القانوني للمسألة لا تزال قائمة. يصبح واضحا: كيف وماذا يمكن فعله بجسم الإنسان، والإجابة على السؤال: أين يجب أن نتوقف؟ هل يمكن للإنسان أن يصبح مثل الخالق ويبدأ في خلق مخلوقات جديدة بنفسه؟ غالبًا ما تتم مقارنة رسم خرائط الجينوم البشري بأحداث ثورية مثل هبوط الإنسان على القمر، على سبيل المثال. ومع ذلك، هناك الآن فرق واحد مهم: إذا كانت برامج الفضاء هي إحدى مهام الدولة، فإن المجموعات المشاركة في المشروع، كقاعدة عامة، لديها تمويل خاص، وبالتالي فإن الشركات غير الحكومية سيكون لها حقوق الطبع والنشر لتطوراتها . ماذا سيفعلون بهم؟
لنتخيل أنه في المستقبل القريب سيتم رسم الخريطة بدقة تامة، ويمكن وصف كل شخص بهذه الطريقة. السؤال الذي يطرح نفسه - من سيكون لديه حق الوصول إلى هذه المعلومات؟ إلى أي مدى يستطيع الإنسان أن يحافظ على المعلومات الأكثر "حميمية" عن نفسه؟ هل سيرفض أصحاب العمل توظيف شخص لديه استعداد وراثي للإصابة بأي نوع من أنواع السرطان؟ هل سيكون التأمين الصحي ممكنًا في حالة يوفر فيها الجينوم الخاص بكل فرد معلومات حول جميع الأمراض المحتملة؟ تحدث توني بلير عن ضرورة تجميع الصور الجينية للمجرمين. ويبدو أن العلماء مستعدون للعمل على اكتشاف جينات خاصة مسؤولة عن السلوك المنحرف لدى الإنسان. ومع ذلك، فإن العديد من الخبراء خائفون بالفعل من احتمال أن يحول المجتمع في المستقبل القريب الحل إلى مشاكل مختلفة - الجريمة والفقر والعنصرية، وما إلى ذلك. - عن علماء الوراثة والهندسة الوراثية: "يقولون، الأمر كله يتعلق بالجينات، إذا كان هناك خطأ ما، فهذا ليس اهتمام المجتمع، ولكن الاستعداد الوراثي للأفراد". بعد كل شيء، بشكل عام، ينسى الكثير من الناس أن بعض الأمراض النادرة فقط تسببها مجموعة من الجينات فقط، وتلك الأمراض التي نسميها عادةً وراثية - السرطان، واضطرابات القلب والأوعية الدموية - هي ذات طبيعة وراثية جزئيًا فقط، ومن نواحٍ عديدة احتمالية حدوث ذلك. إن حدوثها يعتمد في المقام الأول على الخطوات التي يتخذها الشخص نفسه والمجتمع، وبالتالي لا يمكن أن يكون هناك شيء أسوأ من أن يغسل المجتمع يديه من مثل هذا الوضع. الطريقة الأكثر شيوعًا للهندسة الوراثية هي طريقة الحصول على المؤتلف، أي. تحتوي على جين أجنبي وهو البلازميد. البلازميدات عبارة عن جزيئات DNA دائرية مزدوجة السلسلة تتكون من عدة آلاف من أزواج النوكليوتيدات.
تتكون هذه العملية من عدة مراحل:
1.
التقييد - قطع الحمض النووي، على سبيل المثال، الحمض النووي البشري إلى أجزاء.
2.
الربط - يتم تضمين جزء من الجين المطلوب في البلازميدات وخياطته معًا.
3.
التحول هو إدخال البلازميدات المؤتلفة في الخلايا البكتيرية. تكتسب البكتيريا المحولة خصائص معينة. تتكاثر كل من البكتيريا المحولة وتشكل مستعمرة تضم عدة آلاف من المتحدرين - استنساخ.
4.
الفحص هو الاختيار بين مستنسخات البكتيريا المحولة لتلك التي تحتوي على البلازميدات التي تحمل الجين البشري المطلوب.
هذه العملية برمتها تسمى الاستنساخ. باستخدام الاستنساخ، من الممكن الحصول على أكثر من مليون نسخة من أي جزء من الحمض النووي من شخص أو كائن حي آخر. إذا كانت القطعة المستنسخة تقوم بتشفير البروتين، فمن الممكن إجراء دراسة تجريبية للآلية التي تنظم نسخ هذا الجين، وكذلك إنتاج هذا البروتين بالكمية المطلوبة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إدخال جزء من الحمض النووي المستنسخ من كائن حي إلى خلايا كائن حي آخر. ويمكن أن يحقق ذلك، على سبيل المثال، غلات عالية ومستقرة بفضل الجين المُدخل الذي يوفر مقاومة لعدد من الأمراض. إذا قمت بإدخال جينات البكتيريا الأخرى في النمط الجيني لبكتيريا التربة التي لديها القدرة على تثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي، فستكون بكتيريا التربة قادرة على تحويل هذا النيتروجين إلى نيتروجين ثابت في التربة. من خلال إدخال جين من النمط الوراثي البشري في النمط الجيني لبكتيريا الإشريكية القولونية يتحكم في تخليق الأنسولين، حقق العلماء إنتاج الأنسولين من خلال هذه البكتيريا القولونية. ومع مزيد من التطور العلمي، سيكون من الممكن إدخال الجينات المفقودة في الجنين البشري، وبالتالي تجنب الأمراض الوراثية.
تجارب استنساخ الحيوانات مستمرة منذ فترة طويلة. ويكفي إخراج النواة من البويضة وزرع نواة خلية أخرى مأخوذة من النسيج الجنيني فيها وزراعتها إما في أنبوب اختبار أو في رحم الأم بالتبني. تم إنشاء النعجة المستنسخة دولي بطريقة غير تقليدية. تم زرع نواة من خلية ضرع لأغنام بالغة من سلالة واحدة تبلغ من العمر 6 سنوات في بيضة خالية من الأسلحة النووية لأغنام من سلالة أخرى. تم وضع الجنين النامي في خروف من السلالة الثالثة. وبما أن الحمل حديث الولادة تلقى جميع الجينات من الخروف المتبرع الأول، فهي نسخته الجينية الدقيقة. تفتح هذه التجربة الكثير من الفرص الجديدة لاستنساخ سلالات النخبة، بدلا من سنوات طويلة من الاختيار. تمكن علماء في جامعة تكساس من إطالة عمر عدة أنواع من الخلايا البشرية. عادة تموت الخلية بعد مرورها بحوالي 7-10 عمليات انقسام، لكنها حققت مائة انقسام للخلية. تحدث الشيخوخة، وفقًا للعلماء، لأن الخلايا تفقد التيلوميرات، وهي الهياكل الجزيئية الموجودة في نهايات جميع الكروموسومات، مع كل انقسام.
وقام العلماء بزراعة الجين الذي اكتشفوه، وهو المسؤول عن إنتاج التيلوميراز، في الخلايا وبالتالي جعلها خالدة. ربما هذا هو الطريق المستقبلي للخلود. منذ الثمانينات ظهرت برامج لدراسة الجينوم البشري. وفي عملية تنفيذ هذه البرامج، تمت بالفعل قراءة حوالي 5 آلاف جين (يحتوي الجينوم البشري الكامل على 50-100 ألف). تم اكتشاف عدد من الجينات البشرية الجديدة. أصبحت الهندسة الوراثية ذات أهمية متزايدة في العلاج الجيني. لأن العديد من الأمراض يتم تحديدها على المستوى الجيني. يوجد في الجينوم استعداد أو مقاومة للعديد من الأمراض. يعتقد العديد من العلماء أن الطب الجينومي والهندسة الوراثية سيعملان في القرن الحادي والعشرين. لن يقول أي عالم يقف بثبات على منصة الموضوعية العلمية أنه بمساعدة شيء ما يمكنك علاج كل شيء على الإطلاق أو أن شيئًا ما "آمن تمامًا"، خاصة إذا كان الأمر يتعلق بالهندسة الوراثية التي تتلاعب بالمستويات الفردية لقانون الطبيعة، في حين أن هذا الشيء "آمن تمامًا". متجاهلة سلامتها. وكما رأينا بالفعل في الأبحاث النووية، فإن الطاقة المنطلقة نتيجة لمثل هذه التلاعبات يمكن أن تكون هائلة، ولكن الخطر المحتمل هائل أيضًا. عندما كانت التكنولوجيا النووية في مرحلة التطوير، لم يكن أحد يتخيل أنه في غضون سنوات قليلة فقط سوف تتعرض البشرية لتهديد الدمار المتعدد، وهو ما يمكن أن تضمنه القوتان المتعارضتان على قدم المساواة. وعندما بدأ استخدام الطاقة النووية لإنتاج الكهرباء، لم يكن أحد يعلم أنه نتيجة لذلك سينتهي بنا الأمر إلى ملايين الأطنان من النفايات المشعة التي ستظل سامة لعشرات الآلاف من السنين. لم يكن أحد يعرف شيئًا عن ذلك، لكننا ما زلنا نتخذ قفزة عمياء، مما خلق مشاكل خطيرة لأنفسنا وللأجيال القادمة. ولذلك، يجب أن نكون حذرين للغاية بشأن استخدام الهندسة الوراثية، التي تعمل على المستوى الذي تحتوي فيه على معلومات كاملة عن أعمق بنية للحياة.
لقد استغرقت الحياة على الأرض ملايين السنين لتتطور إلى النظام البيئي الديناميكي المتوازن للغاية الذي هي عليه اليوم، مع كل التنوع الذي لا يحصى من أشكال الحياة المعروفة لنا اليوم. نحن نعيش الآن في زمن ستخضع فيه أهم المحاصيل، خلال جيل أو أقل، لتغيرات جذرية نتيجة لتدخل الهندسة الوراثية، وهذه التغييرات ستضر بشكل خطير بالنظام البيئي ككل وتعرض البشرية جمعاء للخطر. وإلى أن يتم إثبات سلامة المنتجات التي يتم الحصول عليها نتيجة للهندسة الوراثية، فإن هذه المسألة ستظل دائما موضع شك - وهذه هي وجهة النظر التي يدافع عنها حزب القانون الطبيعي. ومن الضروري أن يكون استخدام الهندسة الوراثية مصحوبا بضوابط علمية صارمة للسلامة. ويمكن القول بكل يقين تقريبًا أن الهندسة الوراثية ستؤدي إلى التلوث الكيميائي للبيئة. إن تربية أصناف الحبوب ذات المقاومة المتزايدة لمبيدات الأعشاب ستؤدي إلى اضطرار المزارعين إلى استخدام ثلاثة أضعاف المبيدات الكيماوية لمكافحة الأعشاب الضارة أكثر من ذي قبل، وهذا بدوره سيزيد من تلوث التربة والمياه الجوفية في أمريكا. على سبيل المثال، قامت شركة مونسانتو الكيميائية بالفعل بتطوير أصناف من الذرة وفول الصويا وبنجر السكر المقاومة لمبيد الأعشاب راوند أب، الذي تنتجه نفس الشركة. قال مسؤولو الصناعة مرارًا وتكرارًا إن Roundup آمن للكائنات الحية ويتم تحييده بسرعة بواسطة البيئة. ومع ذلك، فقد أظهرت الأبحاث الأولية في الدنمارك أن راوند أب يظل في التربة لمدة ثلاث سنوات (وبالتالي يمكن امتصاصه بواسطة المحاصيل اللاحقة المزروعة في المنطقة)، وقد أظهرت أعمال علمية أخرى أن استخدامه مبيد الأعشاب يسبب تفاعلات سامة لدى المزارعين، ويعطل الوظيفة الإنجابية للثدييات، ويضر بالأسماك وديدان الأرض والحشرات النافعة.
كثيرا ما يزعم أنصار الهندسة الوراثية أن هذه التكنولوجيا هي مجرد تحسين لنوع التهجين الذي تم استخدامه لآلاف السنين لتحسين سلالات المحاصيل والحيوانات الأليفة. لكن في الواقع، فإن تدخل الهندسة الوراثية يخترق حواجز التكاثر الطبيعية بين الأنواع التي تحافظ على توازن وسلامة الحياة على الأرض. يمكن للنظام التقليدي لتربية سلالات وأصناف جديدة تهجين سلالة واحدة من الخنازير مع أخرى، أو حصان مع حمار، أو نوعين من الطماطم، لكنه لا يستطيع تهجين الطماطم مع الأسماك - فالطبيعة لا تسمح بمثل هذا الخلط بين الجينات. وبمساعدة الهندسة الوراثية، قام العلماء بالفعل بدمج جينات الأسماك والطماطم - وهذه الطماطم، غير المميزة بأي شكل من الأشكال، تكمن الآن بهدوء على أرففنا. علاوة على ذلك، فإن جميع الحبوب والبقوليات والخضروات والفواكه تقريبًا قد خضعت بالفعل للهندسة الوراثية، وتعتزم صناعة المواد الغذائية طرح جميع هذه المنتجات في السوق خلال السنوات الخمس إلى الثماني القادمة. استخدمت شركة Pioneer Hybrid International، وهي أكبر شركة بذور في العالم، الهندسة الوراثية لتطوير صنف جديد من فول الصويا يشتمل على جينة الجوز البرازيلي لزيادة محتوى البروتين في فول الصويا. لكن عنصر الجوز البرازيلي المزروع في فول الصويا تسبب في رد فعل تحسسي لدى معظم المستهلكين، ومن ثم ألغت شركة بايونير المشروع. وعندما قامت الشركة اليابانية شوا دينكو، من خلال الهندسة الوراثية، بتغيير بنية البكتيريا الطبيعية لإنتاج مكمل غذائي يسمى التربتوفان بشكل أكثر كفاءة، أدت هذه التلاعبات الجينية إلى حقيقة أن هذه البكتيريا، كونها جزءا من التربتوفان، بدأت في إنتاج نسبة عالية من التربتوفان. مادة سامة لم يتم اكتشافها إلا بعد طرح المنتج في الأسواق عام 1989. ونتيجة لذلك، أصيب 5000 شخص بالمرض، وأصيب 1500 بإعاقة دائمة، وتوفي 37. أصبح الباحثون متحمسين للغاية لاستخدام الهندسة الوراثية لتطوير أصناف ذات إنتاجية أعلى من القمح، وإنتاج المزيد من الأطعمة المغذية، والقضاء على بعض الأمراض، وبالتالي يأملون في تحسين حياة الإنسان على الأرض. ولكن، في الواقع، على الرغم من حقيقة أنه يمكن استخراج الجينات وعبورها بشكل صحيح في قارورة تجريبية، في الحياة الحقيقية، من الصعب للغاية التنبؤ بعواقب زرع الجينات في جسم شخص آخر.
مثل هذه العمليات يمكن أن تسبب طفرات، ونتيجة لذلك يتم قمع نشاط الجينات الطبيعية للجسم. ومن الممكن أن تتسبب الجينات المدخلة أيضاً في آثار جانبية غير متوقعة: فقد تحتوي الأغذية المعدلة وراثياً، على سبيل المثال، على سموم ومواد مثيرة للحساسية أو قد تكون قيمتها الغذائية منخفضة، وهو ما قد يتسبب في إصابة المستهلكين بالمرض أو حتى الموت، كما حدث بالفعل. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكائنات الحية التي يتم تربيتها باستخدام الهندسة الوراثية قادرة على التكاثر والتزاوج بشكل مستقل مع المجموعات الطبيعية التي لم تخضع للتدخل الوراثي، مما يسبب تغيرات بيولوجية لا رجعة فيها في النظام البيئي للأرض بأكمله. يمكننا أن نقول بثقة تامة أن الهندسة الوراثية هي بالتأكيد مجال واعد، وهو في بلدنا، للأسف، غير ممول وليس لديه مصنع خاص به. وروسيا، بطبيعة الحال، منخرطة في التطورات في هذا المجال، ولكنها مضطرة إلى بيع اختراعاتها في الخارج. اخترع علماؤنا الإنترفيرون البشري والأسبارتام ونسيج العنكبوت. الشيء المهم هو أنه عند تصنيع الدواء، لا يدخل حيز الاستخدام إلا بعد أن تكون بنيته قريبة من الجينوم البشري. في هذه الحالة، الدواء غير ضار تماما. عند إنتاج الأسبارتام، يتم خلط اثنين من الأحماض الأمينية، ولكن المحفز لهذه العملية هو الكائنات الحية الدقيقة. تتمثل مهمة عالم الوراثة في إجراء التطوير بحيث يتم التحقق من تنقية الدواء من الكائنات الحية الدقيقة بنسبة 100٪. هذه هي نوعية العمل. نحن مسؤولون عن الجودة ووجهة النظر المهنية هي أن الهندسة الوراثية مفيدة للإنسانية إلى حد معقول.
الهندسة الوراثية – عدو أم صديق؟ مخاطر الهندسة الوراثية...
حقائق علمية عن مخاطر الهندسة الوراثية
1. تختلف الهندسة الوراثية بشكل أساسي عن تطوير أصناف وسلالات جديدة. إن الإضافة الاصطناعية للجينات الأجنبية تعطل بشكل كبير التحكم الجيني المنظم بدقة للخلية الطبيعية. يختلف التلاعب بالجينات بشكل أساسي عن مزيج كروموسومات الأم والأب الذي يحدث في المعابر الطبيعية.
2. في الوقت الحالي، تعتبر الهندسة الوراثية غير كاملة من الناحية الفنية، لأنها غير قادرة على التحكم في عملية إدخال جين جديد. لذلك، من المستحيل التنبؤ بموقع الإدخال وتأثيرات الجين المضاف. حتى لو كان من الممكن تحديد موقع الجين بمجرد إدخاله في الجينوم، فإن معلومات الحمض النووي المتاحة غير كاملة للغاية للتنبؤ بالنتائج.
3. نتيجة الإضافة الاصطناعية لجين غريب، قد تتشكل مواد خطرة بشكل غير متوقع. وفي أسوأ الحالات يمكن أن تكون مواد سامة أو مسببات للحساسية أو غيرها من المواد الضارة بالصحة. المعلومات حول مثل هذه الاحتمالات لا تزال غير مكتملة للغاية.
4. لا توجد طرق موثوقة تمامًا لاختبار عدم الضرر. لا يمكن اكتشاف أكثر من 10% من الآثار الجانبية الخطيرة للأدوية الجديدة على الرغم من إجراء دراسات السلامة بعناية. إن خطر عدم اكتشاف الخصائص الخطيرة للأغذية المعدلة وراثيا الجديدة من المرجح أن يكون أكبر بكثير مما هو عليه في حالة الأدوية.
5. متطلبات اختبار السلامة الحالية غير كافية على الإطلاق. وهي مصممة بشكل واضح لتبسيط عملية الموافقة. أنها تسمح باستخدام أساليب اختبار عدم الضرر للغاية. ولذلك فإن هناك خطرًا كبيرًا من أن تتمكن المنتجات الغذائية الخطرة من اجتياز التفتيش دون أن يتم اكتشافها.
6. المنتجات الغذائية التي تم إنشاؤها حتى الآن باستخدام الهندسة الوراثية ليس لها أي قيمة كبيرة للبشرية. تلبي هذه المنتجات المصالح التجارية فقط.
7. المعرفة حول آثار الكائنات المعدلة وراثيا التي يتم إدخالها إلى البيئة غير كافية على الإطلاق. ولم يثبت بعد أن الكائنات المعدلة عن طريق الهندسة الوراثية لن يكون لها تأثير ضار على البيئة. اقترح علماء البيئة العديد من المضاعفات البيئية المحتملة. على سبيل المثال، هناك العديد من الفرص للانتشار غير المنضبط للجينات التي قد تكون ضارة والتي تستخدمها الهندسة الوراثية، بما في ذلك نقل الجينات عن طريق البكتيريا والفيروسات. من المحتمل أن يكون من المستحيل تصحيح المضاعفات الناجمة عن البيئة لأنه لا يمكن استرجاع الجينات المتحررة.
8. قد تظهر فيروسات جديدة وخطيرة. لقد ثبت تجريبيًا أن الجينات الفيروسية المدمجة في الجينوم يمكن أن تتحد مع جينات الفيروسات المعدية (ما يسمى بإعادة التركيب). قد تكون هذه الفيروسات الجديدة أكثر عدوانية من الفيروسات الأصلية. قد تصبح الفيروسات أيضًا أقل تحديدًا للأنواع. على سبيل المثال، يمكن أن تصبح الفيروسات النباتية ضارة بالحشرات المفيدة والحيوانات وكذلك البشر.
9. إن المعرفة بالمادة الوراثية، DNA، غير كاملة إلى حد كبير. وظيفة ثلاثة بالمائة فقط من الحمض النووي معروفة. من الخطورة التلاعب بالأنظمة المعقدة التي لا تتوفر معلومات كاملة عنها. تظهر الخبرة الواسعة في مجالات علم الأحياء والبيئة والطب أن هذا يمكن أن يسبب مشاكل واضطرابات خطيرة لا يمكن التنبؤ بها.
10. الهندسة الوراثية لن تحل مشكلة الجوع في العالم. إن الادعاء بأن الهندسة الوراثية من الممكن أن تقدم إسهاماً كبيراً في حل مشكلة الجوع في العالم ليس إلا أسطورة لا أساس لها من الصحة.