Стаття на конкурс «біо/мол/текст»: Мабуть, важко вигадати ще одну біологічну проблему, яку б так активно обговорювали у ЗМІ, вагоні метро та черзі за батоном. ГМО. Ці три літери, на жаль, лякають і викликають недовіру. Хочеться ще раз розставити всі крапки над «е» і розібратися в тому, навіщо потрібні ГМО, які плюси сучасних генно-інженерних технологій та з якими труднощами та запобіжними заходами вони пов'язані.
Генеральним спонсором конкурсу, згідно з нашим краудфандінгом, став підприємець Костянтин Синюшин, за що йому величезний людський респект!
Спонсором призу глядацьких симпатій виступила фірма "Атлас".
Спонсор публікації цієї статті - Юрій Вікторович Лошкарьов.
Що таке ГМО?
Отже, сайт «Вікіпедія» дає таке визначення ГМО: «ГМО (генетично модифікований організм) – організм, генотип якого був штучно змінений за допомогою методів генної інженерії. Це визначення може застосовуватися для рослин, тварин та мікроорганізмів. Генетичні зміни, зазвичай, виробляються у наукових чи господарських цілях. Генетична модифікація відрізняється цілеспрямованою зміною генотипуорганізму на відміну від випадкового, характерного для природного та штучного мутаційного процесу».
Варто сказати кілька слів про те, з чого почалася історія ГМО. 1973 можна вважати роком народження генної інженерії. Тоді в лабораторії Стенлі Нормана Коена навчилися «комбінувати та трансплантувати» гени: у клітини E. coliпочали вводити рекомбінантні кільцеві ДНК ( плазміди). Ці експерименти показали, що певні гени, включені до плазміди, можна запросто доставити в інший організм, де працюватимуть. Але використовувати цю технологію в медицині та сільському господарстві стали далеко не відразу: перший рекомбінантний препарат з'явився у 1982 році, а перша сільськогосподарська культура – у 1992. Чому ж до цієї технології поставилися з такою обережністю?
Рецепти від матінки-природи
Як відомо, ліньки - двигун прогресу. Навіщо вигадувати велосипед, коли є готова природна генна конструкція? Біотехнологи беруть плазміду A. tumefaciens, Вирізають з неї онкогени і вставляють потрібні їм (цільові) послідовності. Ошукана бактерія сумлінно вбудовує модифіковану T-ДНК у рослинну клітину і чекає, що та почне ділитися та виробляти опини. Але натомість рослина виробляє те, що потрібно людині. Наприклад, за допомогою такого «підступного» підходу вдалося отримати стійку до посухи кукурудзу MON87460. У цю кукурудзу було введено ген cspB, що відповідає за виробництво білка, який стимулює транскрипцію генів, необхідних для подолання стресів (посухи зокрема), а головне - відіграє роль РНК-шаперону, що полегшує синтез білків шляхом «розплутування» заважають вторинних структурРНК. Споживачу ж має бути приємно те, що до смаку трансгенні кукурудзяні качани ніяк не відрізняються від звичайних. Історія жорстокого обману бактерії відбито малюнку 1.
Головний недолік так званої агробактеріальної трансформації – неможливість контролювати, в яке саме місце рослинної ДНК вбудується нова конструкція. Але зараз з'явилася нова технологія, що дозволяє контролювати цей процес, - CRISPR/Cas9- і на ній обов'язково потрібно зупинитися.
CRISPR/Cas9. За образом та подобою хромосомною
Це одна з наймодніших технологій, що дозволяють редагувати геном "в режимі онлайн". Цікаво, що цю систему ми теж запозичили у бактерій. Скажімо кілька слів про історію її відкриття.
У 1987 році японські вчені виявили в геномах бактерій ділянки. регулярною структурою- короткі однакові послідовності чергувалися з унікальними фрагментами, які у різних бактерійнавіть одного виду не мали нічого спільного. Такі ділянки назвали CRISPR ( c lustered r egularly i nterspaced s hort p alindromic r epeats). Виявилося, що система CRISPR, як це не дивно, відіграє у бактерій роль набутого імунітету. Якщо бактерію проникає вірус (фаг), вона вирізує фрагмент вірусної ДНК і вбудовує їх у власний геном, саме - в CRISPR-локус. Так формуються спейсер, а заразом - і черговий повтор, що відокремлює новий спейсер від попереднього. По спейсеру бактерія потім будує РНК-зонд (по-науковому - РНК-гід), що з'єднується з Cas-білком і плаває в клітці в комплементарних пошуках нуклеїнових кислот (протоспейсерів). У тому випадку, якщо такі знайдені, тобто знову вторгся той же фаг, починає працювати білок-ножиці Cas - ендонуклеаза, яка розрізає розпізнані послідовності, а отже, блокує розмноження вірусу. Іншими словами – якщо бактерія повторно зустрінеться з вірусом, фрагмент якого вбудований у її геном, вона буде стійка до цієї інфекції.
Найпростіше із систем CRISPR/Cas влаштовані системи II типу , де ефекторним (знищуючим мета) білком служить Cas9 (рис. 2). Такий механізм характерний, наприклад, для бактерії Streptococcus pyogenes. У бактеріальному імунному контролі зазвичай крім Cas-ефекторів задіяні «патрульні» білки Cas1 і Cas2, які в комплексі розпізнають порушника клітинних кордонів і інтегрують його фрагмент на самий початок (ближче до промотору) CRISPR-локусу - «на згадку». У системах II типу Cas9, мабуть, бере участь і в процесі придбання спейсерів, допомагаючи Cas1/Cas2 вибрати найбільш підходящі фрагменти.
Зі сказаного вище зрозуміло, чому імунітет CRISPR адаптивний: він удосконалюється та вчиться протистояти новим типам інфекції Це підкреслюється ще й зниженням ефективності спейсерів у міру їхнього видалення від промотору CRISPR-локусу: якщо багато покоління бактерій давно не стикалися з тим чи іншим агентом, знижується «напруженість імунітету» до нього. CRISPR - це цікавий прикладеволюції за Ламарком: події життя організму безпосередньо впливають на його ДНК, змінюючи її так, що організм стає більш пристосованим.
Розглянемо на конкретному прикладі, як бактерії борються із вірусами. Ось, наприклад, бактерія Streptococcus thermophilusвикористовується для отримання молочнокислих продуктів, але, на жаль, вона страждає на різні вірусні інфекції. Невипадково саме цьому модельному організмі провели ключові експерименти з уточнення функції CRISPR-систем. Якщо живу культуру S. thermophilusзаражали бактеріофагами, більшість бактерій гинули, але дуже не більша частинавиживала. Чим же ті, хто вижив, відрізнялися від початкової культури? Виявилося, що їх геном став довшим на 0,01% за рахунок того, що в CRISPR-послідовність додалися 1-4 нових фрагменти (спейсери). При повторному зараженні цієї культури тими самими вірусами всі клони виживали. Начебто, перехворівши на вірусну інфекцію, бактерія стала трохи досвідченішою і записала собі в «медичну карту» щось важливе про цей вірус, і така інфекція їй тепер не страшна. Якщо ж вчені спеціально вирізали з вірусного геному невеликі фрагменти і вставляли їх у вигляді нових спецесерів, то клітина виявлялася несприйнятливою до вихідного вірусу, навіть якщо ніколи раніше не зустрічалася.
Яку ж практичну користь із цієї системи змогла отримати людина? Як взагалі вона працює у клітинах еукаріотів? Якщо просто запустити CRISPR/Cas9 в клітину, ця система розріже обидва ланцюги ДНК у місці, яке вкаже спеціально сконструйований РНК-гід, але розріз залатають звичайні репараційні клітинні машини - шляхом негомологічного з'єднання кінців ( non-homologous end joining, NHEJ) або гомологічної рекомбінації - якщо є матриця з флангами, комплементарними ділянками ДНК з двох сторін від розриву, відбудеться «заштопування за шаблоном». Це означає, що в залежності від цілей людини можна влаштувати в потрібному місці делецію - "вимкнути" проблемну область геному - або "підставити" матрицю з потрібними властивостями, щоб просто замістити, наприклад, мутантний, патологічний варіант гена нормальним.
MCR, «за» та «проти»
Рисунок 3. Історія мораторіїв у біології.У 1975 році було введено мораторій на дослідження рекомбінантних ДНК, у 1997 – на клонування людини, у 2012 – на експерименти щодо зміни властивостей (вірулентності) вірусу «пташиного» грипу.
І це ще не все. Можна зробити так, щоб клітина «відлагоджену» хромосому сприймала як зразок для ремонту другої хромосоми. У 2015 році вчені з Каліфорнійського університету для апробації методу як «латки» використовували саму касету CRISPR/Cas9, яка потім експресувалася X-хромосомою мух і модифікувала гомологічну хромосому. У результаті нащадкам передавалися вже змінені хромосоми, і інсерція CRISPR/Cas9 з покоління до покоління «саморозмножувалася», заміщаючи нормальні алелі. Цей метод отримав назву «мутагенна ланцюгова реакція» (mutagene chain reaction, MCR) .
У тому ж році Ліанг та співавтори провели роботу на триплоїдних (заздалегідь нежиттєздатних) ембріонах з бета-таласемією. З 86 CRISPR-відредагованих ембріонів тільки 71 продовжив розвиватися, і тільки у чотирьох з них ген був правильно відредагований. Ця стаття викликала справжній вибух суперечок щодо того, наскільки взагалі етично проводити такі дослідження.
У NatureЕдвард Ланфір, один із дослідників ZF-нуклеаз (білків-ножиць, що містять ДНК-зв'язуючий домен «цинкові пальці»), та його колеги закликали до мораторію на будь-які експерименти, що стосуються редагування генів ембріонів людини або статевих клітин: Чи варто випробовувати долю, навіть якщо буде помітний терапевтичний ефект від модифікації зародкових клітин? Ми готові розпочати відкриту дискусію на тему подальших дослідженьу цій галузі». До речі, в біології вже написано ціла історіямораторіїв різні дослідження (рис. 3). Але повернемось до CRISPR. Через деякий час група вчених виступила з пропозицією уникати спроб модифікації клітин зародкової лінії людини, але підтримала ідею роботи з клітинами людини в тому випадку, якщо вони не беруть участь у розвитку та підтримці вагітності (наприклад, соматичних клітин) .
Тепер варто торкнутися перспективи використання цієї технології. MCR може дозволити, наприклад, створити комарів, нездатних переносити малярію та лихоманку Денге. З'явиться можливість швидко виводити лінії мишей з множинними мутаціями для лабораторних дослідженьі не витрачати час на ретельний скринінг. Крім цього, є роботи з тестування CRISPR/Cas9 на мишах з метою лікування міодистрофії Дюшенна. Тим не менш, існують побоювання, що ми просто не знаємо про можливі побічні ефекти таких змін статевих і ембріональних клітин, у зв'язку з чим і був запропонований мораторій.
Чому ГМО корисні?
Обмежимося деякими яскравими прикладними прикладами, що стосуються екології, харчування та матеріалів.
«Еко-свинка»
На перший погляд може здатися, що між свинями, фосфором та екологічними катастрофаминемає нічого спільного. Але це негаразд. Існує серйозна сільськогосподарська проблема: свині не можуть засвоювати більшу частину фосфору в комбікормах, оскільки представлений у формі фітатів, солей фітинової кислоти. Незасвоєний фосфор у складі свинячого гною зрештою потрапляє у водоймища, у яких починається бурхливе розмноження водоростей - вони з радістю їдять фітати. Через токсичні продукти обміну водоростей гинуть риби та інші водні організми. Загалом катастрофа. Але генні інженери запропонували проект «Еко-свинка». На жаль, він поки що так і залишився проектом, який не вийшов на ринок. Але ідея дуже гарна. Йдетьсяпро генетично модифіковані свині, здатні засвоювати фітати. Ідея полягала в тому, щоб вбудувати геном свиней ген, який кодує фермент, необхідний для розщеплення фітатів (а взяти його можна у тієї ж E. coli). Будемо сподіватися, що колись учені полегшать свиням життя:-)
Сталева коза, трансгенна бавовна, суперсолодкість та кошерний сир
А тепер розглянемо приклади корисних ГМО, які ніяк не пов'язані між собою: просто вони красиві, і захотілося про них розповісти. У 2002 році в Scienceз'явилася стаття про те, що генетично модифіковані клітини ссавців можуть виробляти павутину. Канадська фірма Neхia вивела кіз, у геном яких було вбудовано ген білка павутиння. Виявилося, що молоко таких кіз можна використовувати для отримання біосталі, яка навіть міцніша за кевлар - матеріал, з якого роблять сучасні бронежилети.
Але генна інженерія допомагає створювати як нові матеріали, а й успішно вирощувати старі. Ще 1997 року в Китаї розпочали вирощування генно-модифікованого бавовнику, забезпеченого геном бактерії. Bacillus thuringiensis. Білок Cry1Ac , що кодується цим геном, токсичний тільки для гусениць деяких метеликів і, мабуть, нешкідливий для решти всіх тварин, включаючи людину. Це спричинило зниження чисельності популяції бавовняної совки - небезпечного шкідника багатьох сільськогосподарських культур. В результаті у виграші виявилися не лише виробники бавовни, а й селяни, які вирощують сою, кукурудзу, арахіс та різні овочі.
Щодо солодкого, то існує така рослина, як Thaumatococcus daniellii, і у нього є ген, що кодує білок тауматин, який у тисячі разів солодший за цукор! Наразі ведуться роботи зі створення мікроорганізмів та рослин, які виробляють цей білок. Крім насолоди, тауматин збільшує стійкість рослин до ряду інфекцій.
Ну і насамкінець - про кошерний сир. Відомо, що для приготування звичайного сиру раніше використовувався фермент, що виділяється із сичуга - одного з відділів травного тракту жуйних тварин. Але тепер біотехнологи вбудували гени сичужних ферментів у геном бактерій, надавши можливість отримувати кошерний сир. Здається, це рідкісний прикладспівробітництва науки та релігії.
Запобіжні заходи
З одного боку, наведені вище приклади корисності ГМО - «пісчинка як у морських хвиляхяк мала іскра в вічному льоду». Але з іншого боку, будь-яка технологія має свої проблеми, пов'язані з питаннями етики та безпеки. Вище вже йшлося про мораторій використання CRISPR/Cas9 щодо людських ембріонів. В експериментах на мавпах показано, що з десяти відредагованих за допомогою цієї системи ембріонів народжується, на жаль, не більше половини. Що стосується використання ГМО, то найбільше побоюються реакцій на продукт, які не завжди можливо передбачити. Наприклад, в 1992 році селекційна компанія Pioneer розробила ГМ-сою, додавши до неї ген бразильського горіха і тим самим усунувши в сої природний дефіцит амінокислоти метіоніну. Такі боби були призначені насамперед тих людей, котрим соя - основний продукт харчування. Але незабаром виявилося, що у невеликого відсотка людей бразильський горіх викликає алергію. Відповідно, і така ГМ-соя теж може викликати алергію.
Вищеперелічені факти не применшують переваг генних технологій, а говорять про те, що будь-який метод вимагає грамотного і акуратного використання. Тому хотілося б закінчити статтю словами молекулярного генетикаДжорджа Черча з Гарвардської медичної школи в Бостоні, який вважає, що de factoмораторій варто накладати на всі технології, поки не доведено їхню безпеку: «Завдання полягає у доказі того, що користі в технології більше, ніж ризику» .
Література
- Молекулярне клонування, або як засунути в клітину чужорідний генетичний матеріал;
- Казанцева А. В інтернеті хтось неправий! М.: CORPUS, 2016. – 376 с.;. Science. 347 , 1301–1301;
- Вилікувати міодистрофію Дюшенна: конкуренція груп, єдність методик;
- Панчін А. Сума біотехнології. М.: CORPUS, 2016. – 432 с.;
- Елементи:«Трансгенна бавовна допомогла китайським селянам перемогти небезпечного шкідника»;
- Метт Р. Геном. Автобіографія виду у 23 розділах. М.: ЕКСМО, 2015. – 432 с.
Визначення ГМО
Цілі створення ГМО
Методи створення ГМО
Застосування ГМО
ГМО - аргументи за та проти
Плюси генномодифікованих організмів
Небезпека генетично модифікованих організмів
Лабораторні дослідження ГМО
Наслідки вживання ГМ продуктів для здоров'я людини
Дослідження безпеки ГМО
Як регулюється виробництво та продаж ГМО у світі?
Список міжнародних виробників, помічених у використанні ГМО
Генетично модифіковані харчові добавкита ароматизатори
Висновок
Список використаної літератури
Визначення ГМО
Генетично модифіковані організми– це організми, у яких генетичний матеріал (ДНК) змінено неможливим у природі способом. ГМО можуть містити фрагменти ДНК будь-яких інших живих організмів.
Мета отримання генетично змінених організмів- Поліпшення корисних характеристиквихідного організму-донора (стійкість до шкідників, морозостійкість, врожайність, калорійність та інші) зниження собівартості продуктів. В результаті зараз існує картопля, яка містить гени земляної бактерії, що вбиває колорадського жука, стійка до посух пшениця, в яку вживили ген скорпіону, помідори з генами морської камбали, соя та полуниця з генами бактерій.
Трансгенними (генномодифікованими) можуть називатися ті види рослин, в яких успішно функціонує ген (або гени), пересаджені з інших видів рослин або тварин. Робиться це для того, щоб рослина реципієнт отримала нові зручні для людини властивості, підвищену стійкість до вірусів, гербіцидів, шкідників і хвороб рослин. Харчові продукти, отримані з таких геннозмінених культур, можуть мати покращені смакові якості, краще виглядати і зберігатися довше.
Також часто такі рослини дають багатший і стабільніший врожай, ніж їх природні аналоги.
Генетично змінений продукт- це коли виділений у лабораторії ген одного організму пересідає у клітину іншого. Ось приклади з американської практики: щоб помідори та полуниця були морозостійкішими, їм "вживлюють" гени північних риб; щоб кукурудзу не пожирали шкідники, їй можуть "прищепити" дуже активний ген, отриманий з отрути змії.
До речі, не треба плутати терміни. модифікований" та "генномодифікований». Наприклад, модифікований крохмаль, що входить до складу більшості йогуртів, кетчупів та майонезів, до продуктів із ГМО не має відношення. Модифіковані крохмалі – це крохмалі, які людина удосконалила для своїх потреб. Це може бути зроблено або фізичним (вплив температури, тиску, вологості, радіації), або хімічним способом. У другому випадку використовуються хімреагенти, які дозволені МОЗ РФ як харчові добавки.
Цілі створення ГМО
Розробка ГМО деякими вченими розглядаються як природний розвитокробіт з селекції тварин та рослин. Інші ж, навпаки, вважають генну інженерію повним відходом від класичної селекції, оскільки ГМО це продукт штучного відбору, тобто поступового виведення нового сорту (породи) організмів шляхом природного розмноження, а фактично штучно синтезований у лабораторії новий вигляд.
У багатьох випадках використання трансгенних рослин значно підвищує врожайність. Є думка, що за нинішнього розміру населення планети лише ГМО можуть позбавити світ загрози голоду, оскільки за допомогою генної модифікаціїможна збільшувати врожайність та якість їжі.
Противники цієї думки вважають, що при сучасному рівніагротехніки та механізації сільськогосподарського виробництва вже існуючі зараз, отримані класичним шляхом, сорти рослин та породи тварин здатні сповна забезпечити населення планети високоякісним продовольством (проблема ж можливого світового голоду викликана виключно соціально-політичними причинами, а тому й вирішена може бути не генетиками, а політичними елітамидержав.
Види ГМО
Витоки генної інженерії рослин лежать у відкритті 1977 року, що дозволило використовувати ґрунтовий мікроорганізм Agrobacterium tumefaciens як знаряддя введення потенційно корисних чужих генів в інші рослини.
Перші польові випробування генетично модифікованих сільськогосподарських рослин, у яких було виведено помідор, стійкий до вірусним захворюванням, було проведено 1987 року.
1992 року в Китаї почали вирощувати тютюн, який «не боявся» шкідливих комах. 1993 року генетично змінені продукти були допущені на прилавки магазинів світу. Але початок масового виробництва модифікованих продуктів започаткували в 1994 році, коли в США з'явилися помідори, які не псувалися під час перевезення.
На сьогоднішній день продукти з ГМО займають понад 80 млн. га сільгоспугідь та вирощуються більш ніж у 20 країнах світу.
ГМО поєднують три групи організмів:
oгенетично модифіковані мікроорганізми (ГММ);
oгенетично модифіковані тварини (ГМЗ);
oгенетично модифіковані рослини (ГМР) – найпоширеніша група.
На сьогодні у світі існує кілька десятків ліній ГМ-культур: сої, картоплі, кукурудзи, цукрових буряків, рису, томатів, ріпаку, пшениці, дині, цикорію, папайї, кабачків, бавовни, льону та люцерни. Масово вирощуються ГМ-соя, яка в США вже витіснила звичайну сою, кукурудзу, ріпак та бавовну. Посіви трансгенних рослин постійно зростають. У 1996 році у світі під посівами трансгенних сортів рослин було зайнято 1,7 млн. га, у 2002 році цей показник досяг 52,6 млн. га (з яких 35,7 млн. га – у США), у 2005 р. ГМО- посівів було вже 91,2 млн. га, 2006 року – 102 млн. га.
У 2006 році ГМ-культури вирощували у 22 країнах світу, серед яких Аргентина, Австралія, Канада, Китай, Німеччина, Колумбія, Індія, Індонезія, Мексика, Південна Африка, Іспанія, США. Основні світові виробники продукції, що містить ГМО, – США (68%), Аргентина (11,8%), Канада (6%), Китай (3%). Більше 30% всієї сої, що вирощується у світі, більше 16% бавовни, 11% каноли (олійна рослина) і 7% кукурудзи вироблені з використанням досягнень генної інженерії.
На території РФ немає жодного гектара, який був би засіяний трансгенами.
Методи створення ГМО
Основні етапи створення ГМО:
1. Отримання ізольованого гена.
2. Введення гена у вектор для перенесення в організм.
3. Перенесення вектора з геном в організм, що модифікується.
4. Перетворення клітин організму.
5. Відбір генетично модифікованих організмів та усунення тих, які не були успішно модифіковані.
Процес синтезу генів нині розроблений дуже добре і навіть значною мірою автоматизований. Існують спеціальні апарати, забезпечені ЕОМ, у пам'яті яких закладають програми синтезу різних нуклеотидних послідовностей. Такий апарат синтезує відрізки ДНК довжиною до 100-120 азотистих основ (олігонуклеотиди).
Щоб вбудувати ген у вектор, використовують ферменти - рестриктази та лігази. За допомогою рестриктазу ген і вектор можна розрізати на шматочки. За допомогою лігазу такі шматочки можна «склеювати», з'єднувати в іншій комбінації, конструюючи новий ген або укладаючи його у вектор.
Техніка введення генів у бактерії була розроблена після того, як Фредерік Гріффіт відкрив явище бактеріальної трансформації. В основі цього явища лежить примітивний статевий процес, що у бактерій супроводжується обміном невеликими фрагментами нехромосомної ДНК, плазмідами. Плазмідні технології лягли в основу введення штучних генів у бактеріальні клітини. Для введення готового гена у спадковий апарат клітин рослин та тварин використовується процес трансфекації.
Якщо модифікації піддаються одноклітинні організми чи культури клітин багатоклітинних, то цьому етапі починається клонування, тобто відбір тих організмів та його нащадків (клонів), які зазнали модифікації. Коли ж поставлено завдання отримати багатоклітинні організми, то клітини зі зміненим генотипом використовують для вегетативного розмноження рослин або вводять у бластоцисти сурогатної матері, коли йдеться про тварин. У результаті народжуються дитинчата зі зміненим чи незмінним генотипом, серед яких відбирають і схрещують між собою лише ті, які виявляють очікувані зміни.
Застосування ГМО
Використання ГМО у наукових цілях.
В даний час генетично модифіковані організми широко використовуються в фундаментальних та прикладних. наукових дослідженнях. За допомогою ГМО досліджуються закономірності розвитку деяких захворювань (хвороба Альцгеймера, рак), процеси старіння та регенерації, вивчається функціонування нервової системи, вирішується низка інших актуальних проблембіології та медицини.
Використання ГМО у медичних цілях.
Генетично модифіковані організми використовуються у прикладній медицині з 1982 року. Цього року зареєстровано як ліки людський інсулін, який отримується за допомогою генетично модифікованих бактерій.
Ведуться роботи зі створення генетично модифікованих рослин, які продукують компоненти вакцин та ліків проти небезпечних інфекцій (чуми, ВІЛ). На стадії клінічних випробувань знаходиться проінсулін, отриманий із генетично модифікованого сафлору. Успішно пройшли випробування та схвалено до використання ліки проти тромбозів на основі білка з молока трансгенних кіз.
Бурхливо розвивається нова галузь медицини – генотерапія. У її основі лежать принципи створення ГМО, але як об'єкт модифікації виступає геном соматичних клітин людини. В даний час генотерапія - один із головних методів лікування деяких захворювань. Так, вже в 1999 році кожна четверта дитина, яка страждає на SCID (severe combined immune deficiency), лікувалась за допомогою генної терапії. Генотерапію, крім використання у лікуванні, пропонують також використовуватиме уповільнення процесів старіння.
Що таке ГМО? Актуальність проблеми Види ГМО Класифікація ГМО Історія появи ГМО Цілі створення ГМО Використання Вплив на людину У чому може бути небезпека? У чому може бути небезпека? Думки 1) З соціального погляду З соціального погляду 2) З наукової точкизору З наукової точки зору Досвід Методи дослідження Висновки Список литературы
У зв'язку з тим, що кількість жителів Землі зросла за останнє століттяз 1.5 до 5.5 млрд. осіб, а до 2020 року передбачається виріст до 8 млрд., виникла величезна проблема – недостатня кількість продуктів харчування, а також багато лікарські препаратинастільки дорогі, що більшість населення Землі покладається на традиційні методи лікування, використовуючи всілякі рослини.
1. Генетично модифіковані рослини (ГМР); 2. генетично модифіковані тварини (ГМЗ); 3. Генетично модифіковані мікроорганізми (ГММ) На даний момент вже створено: модифіковані корови, здатні давати людське молоко; модифікований лосось здатний рости швидше і бути більшим, ніж їх природні родичі; Це найбільша група за своєю різноманітністю та використанням. Це нечисленна група, переважно представники цієї групи створювалися на користь медицини.
Перші трансгенні організми з'явилися ще наприкінці 80-х. У 1983 р. вчені, вивчаючи ґрунтову бактерію, яка утворює на стовбурах дерев і чагарників нарости, виявили, що вона переносить фрагмент власної ДНК (вектор) у ядро рослинної клітини, де він вбудовується в хромосому та розпізнається як свій. ГМО було розроблено американським хімічним концерном Монсанто.
1. Отримання ізольованого гена. 2. Введення гена у вектор для перенесення в організм. 3. Перенесення вектора з геном в модифікований організм. 4. Перетворення клітин організму. 5. Відбір генетично модифікованих органів та усунення тих, які не були успішно модифіковані.
Одні вчені розглядають ГМО, як природний розвиток селекції тварин і рослин, інші вважають генну інженерію повним відходом від класичної селекції, оскільки ГМО це продукт штучного відбору, а фактично штучно синтезований у лабораторії новий вид. У багатьох випадках використання трансгенних рослин значно підвищує врожайність. При генній модифікації можна поліпшити якість їжі. Противники вважають, що сучасне с/г виробництво здатне забезпечити і на рівні селекції населення високоякісним продовольством.
З одного боку, деякі експерти вважають, що змодельовані гени здатні викликати генетичні мутації у клітинах організму людини. Відтак ГМО можуть здійснювати негативний впливна організм людини. Мільйони людей у всьому світі щодня вживають їжу, яка містить ГМО. При цьому питання впливу ГМО на здоров'я людини досі залишається без відповіді. Дискусії на цю тему тривають у світі понад 10 років. Вчені-генетики ніяк не дійдуть певного висновку. З іншого боку група вчених доводить, що за допомогою ГМО людство зможе штучно вирощувати внутрішні органи людини. Безперечно, це буде великим досягненням людства у галузі трансплантації. внутрішніх органівОднак це все ще тільки припущення, які не мають доказів.
Медичний ризик Підвищена алергенонебезпечність Можлива токсичність та небезпека для здоров'я Стійкість до дій антибіотиків Можуть виникнути нові та небезпечні вірусиСоціальний ризик Загроза для виживання дрібних фермерів Позбавлення свободи вибору придбання продуктів Екологічний ризик Поява супер шкідників Порушення природного балансу Вихід трансгенів з-під контролю
Одна з думок полягає в тому, що тільки ГМО можуть позбавити світ загрози голоду, оскільки за допомогою генної модифікації можна збільшувати врожайність та якість їжі. Без генної інженерії людство може опинитися в безвиході. Потенційна шкода ГМО явно недооцінюється. У процесі застосування в організм гени здатні як самі мутувати, і надавати негативний впливна геном організму людини. В результаті можуть утворюватися невідомі токсичні білки, що викликають токсикози та алергію. за проти
У ході виконаної роботи було з'ясовано, що таке ГМО, як і для чого їх отримують, які є позитивні та негативні сторони їх застосування. На підставі вивченої інформації я все ж таки схиляюся до думки, що на сучасному етапі розвитку генної інженерії ГМО становлять небезпеку, адже невідомо, як поведеться ген, вбудований в іншу ДНК. Шляхом соціологічного опитуваннятакож було з'ясовано, що хоча 28% респондентів мають уявлення про ГМО, проте, 76% з усіх опитаних вважають, що ГМО небезпечні для використання. 22 html Єрмішин А.П. «ГМО. Міфи і реальність» (І. Єрмакова «Що ми їмо? Вплив на людину ГМО та способи захисту» (html) Чемерис А.В. та ін. «Нова стара ДНК», – Уфа: Інститут біохімії та генетики Уфимського наукового центруРАН, с. Тейлор Д., Грін Н., Стаут У. «Біологія: в 3 т., Том 3», пров. з англ. - Вид. 4-те, - М.: БІНОМ Лабораторія знань, - 451 с.
Найкращою знахідкою у вирішенні цього завдання стало широке застосування генної інженерії, що забезпечила створення генетично модифікованих джерел їжі (ГМІ). На сьогоднішній день відомо безліч сортів рослин, що зазнали генетичної модифікаціїдля збільшення стійкості до гербіцидів та комах, підвищення маслянистості, цукристості, вмісту заліза та кальцію, збільшення летючості та зниження темпів дозрівання.
ГМО – це трансгенні організми, спадковий матеріал яких змінено методом генної інженерії з метою надання їм бажаних властивостей.
Незважаючи на величезний потенціал генної інженерії та її реальні досягнення, використання генно-модифікованих продуктів харчування сприймається у світі не однозначно. У ЗМІ регулярно з'являються статті та репортажі про продукти мутантів при цьому у споживача не складається повного уявленняпро проблему швидше починає переважати почуття страху незнання і нерозуміння.
Але прихильники біоінженерії вважають за краще посилатися на благородні стимули їхньої діяльності. На сьогоднішній день ГМО – найдешевший та економічно безпечний (як вони вважають) спосіб для виробництва харчових продуктів. Нові технології дозволять вирішити проблему нестачі продовольства, інакше населенню Землі не вижити. Сьогодні нас уже 6 млрд., а 2020р. за оцінками ВООЗ - буде 7 млрд. У світі 800 млн. голодуючих і щодня від голоду помирає 20000 чоловік. За останні 20 років ми втратили понад 15% ґрунтового шару, і більшу частину придатних до обробітку ґрунтів уже залучено до сільськогосподарського виробництва. При цьому людству не вистачає білка, його світовий дефіцит становить 35-40 млн тонн/рік і збільшується щорічно на 2-3%.
Одне з рішень глобальної проблеми- Генна інженерія, чиї успіхи відкривають принципово нові можливості для підвищення продуктивності виробництва та зниження економічних втрат.
З іншого боку проти ГМО виступають численні екологічні організації, об'єднання «Лікарі та вчені проти ГМП», ряд релігійних організацій, виробники сільськогосподарських добрив та засобів боротьби зі шкідниками.
Біотехнологія – відносно молода область прикладної біології, що вивчає можливості застосування та розробляє конкретні рекомендації використання біологічних об'єктів, засобів та процесів у практичної діяльності, тобто. розробляє способи та схеми отримання практично цінних речовин на основі культивування цілих одноклітинних організміві вільноживучих клітин, багатоклітинних організмів (рослин та тварин)
Історично біотехнологія виникла на основі традиційних медико-біологічних виробництв (
Насправді використанням мутацій, тобто. селекцією, люди почали займатися задовго до Дарвіна та Менделя. У другій половині XX століття матеріал для селекції стали готувати штучно, генеруючи мутації спеціально, впливаючи радіацією або колхіцином і відбираючи позитивні ознаки, що випадково з'явилися.
У 60-70гг.. XX століття були розроблені основні методи генної інженерії - галузі молекулярної біології, основним завданням якої є конструювання in vitro (поза живим організмом) нових функціонально активних генетичних структур(рекомбінантна ДНК) та створення організмів з новими властивостями.
Генна інженерія крім теоретичних завдань- Вивчення структурно-функціональної організації геному різних організмів- Вирішує безліч практичних завдань. Так отримані штами бактеріальних дріжджів, культури клітин тварин, які продукують біологічно активні білки людини. І трансгенні тварини та рослини, що містять та виробляють чужорідну генетичну інформацію.
У 1983р. вчені, вивчаючи грунтову бактерію, яка утворює на стовбурах дерев і чагарників нарости, виявили, що вона переносить фрагмент власної ДНК в ядро рослинної клітини, де він вбудовується в хромосому і розпізнається як свій. З цього відкриття і почалася історія генної інженерії рослин. Першими в результаті штучних маніпуляцій з генами вийшов тютюн, невразливий для шкідників, потім генно-модифікований помідор (1994 р. фірми Monsanto), потім кукурудза, соя, ріпак, огірок, картопля, буряк, яблука та багато іншого.
Зараз виділяти та збирати гени в одну конструкцію, переносити їх у потрібний організм – рут
Загалом проблема трансгенних продуктів у всьому світі залишається дуже гострою і дискусії навколо ГМО не вщухнуть ще довго, т.к. перевага їх використання очевидні, а віддалені наслідки їх дії як на екологію, так і на здоров'я людини менш зрозумілі.
Кемеровська Державна Медична Академія
Кафедра Загальної гігієни
Реферат на тему:
"Генетично модифіковані організми (гмо)"
Виконали:
Лещова Є.С., 403 гр.,
Кострова О.В., 403 гр.
Кемерово, 2012 р.
Вступ
Що таке ГМО (історія, цілі та методи створення)
Види ГМО та їх застосування
Політика Росії щодо ГМО
Плюси ГМО
Небезпека ГМО
Наслідки використання ГМО
Висновок
Список литературы
Вступ
Число жителів Землі неухильно зростає, таким чином виникає величезна проблема у збільшенні виробництва продуктів харчування, удосконаленні медикаментів та медицини в цілому. І у світі у зв'язку з цим спостерігається соціальний застій, який стає дедалі наполегливішим. Є думка, що за нинішнього розміру населення планети лише ГМО можуть позбавити світ загрози голоду, оскільки за допомогою генної модифікації можна збільшувати врожайність та якість їжі.
Створення генетично модифікованих продуктів є зараз найголовнішим і найсуперечливішим завданням.
Що таке гмо?
Генетично модифікований організм (ГМО) - організм, генотип якого був цілеспрямовано штучно змінений за допомогою методів генної інженерії. Це визначення може застосовуватися для рослин, тварин та мікроорганізмів. Генетичні зміни, зазвичай, виробляються у наукових чи господарських цілях.
Історія створення ГМО
Перші трансгенні продукти були розроблені у США колишньою військовою хімічною компанією Монсанто ще у 80-х роках.
Monsanto Company (Монсанто)– транснаціональна компанія, світовий лідер біотехнології рослин. Основна продукція - генетично модифіковане насіння кукурудзи, сої, бавовни, а також найпоширеніший у світі гербіцид «Раундап». Заснована Джоном Френсісом Куїні у 1901 році як суто хімічна компанія, «Монсанто» з того часу еволюціонувала в концерн, що спеціалізується на високих технологіях в галузі сільського господарства. Ключовим моментом у цій трансформації став 1996 рік, коли «Монсанто» одночасно випустила на ринок перші генетично змінені сільськогосподарські культури: трансгенну сою з новою ознакою «Раундап Ре́ді» та бавовну «Боллгард», стійку до комах. Величезний успіх цих і аналогічних продуктів, що послідували за ними, на сільськогосподарському ринку США стимулював компанію переорієнтуватися з традиційної хімії і фармакохімії на виробництво нових сортів насіння. У березні 2005 року «Монсанто» придбала найбільшу насінницьку компанію Семініс, що спеціалізується на виробництві насіння овочів та фруктів.
Найбільша кількість цих площ засіяна у США, Канаді, Бразилії, Аргентині та Китаї. При цьому 96% усіх ГМО-посівів належить США. Загалом у світі допущено до виробництва понад 140 ліній генетично модифікованих рослин.
Цілі створення ГМО
Продовольча та сільськогосподарська організація ООН розглядає використання методів генетичної інженерії до створення трансгенних сортів рослин чи інших організмів як невід'ємну частину сільськогосподарської біотехнології. Пряме перенесення генів, відповідальних за корисні ознаки, є природним розвитком робіт з селекції тварин і рослин, що розширили можливості селекціонерів у частині керованості процесу створення нових сортів та розширення його можливостей, зокрема, передачі корисних ознак між видами, що не схрещуються.
Методи створення ГМО
Основні етапи створення ГМО:
1. Отримання ізольованого гена.
2. Введення гена у вектор для перенесення в організм.
3. Перенесення вектора з геном в організм, що модифікується.
4. Перетворення клітин організму.
5. Відбір генетично модифікованих організмів та усунення тих, які не були успішно модифіковані.
Процес синтезу генів нині розроблений дуже добре і навіть значною мірою автоматизований. Існують спеціальні апарати, забезпечені ЕОМ, у пам'яті яких закладають програми синтезу різних нуклеотидних послідовностей.
Щоб вбудувати ген у вектор, використовують ферменти - рестриктази та лігази. За допомогою рестриктазу ген і вектор можна розрізати на шматочки. За допомогою лігазу такі шматочки можна «склеювати», з'єднувати в іншій комбінації, конструюючи новий ген або укладаючи його у вектор.
Якщо модифікації піддаються одноклітинні організми чи культури клітин багатоклітинних, то цьому етапі починається клонування, тобто відбір тих організмів та його нащадків (клонів), які зазнали модифікації. Коли ж поставлено завдання отримати багатоклітинні організми, то клітини зі зміненим генотипом використовують для вегетативного розмноження рослин або вводять у бластоцисти сурогатної матері, коли йдеться про тварин. В результаті народжуються дитинчата зі зміненим або незмінним генотипом, серед яких відбирають і схрещують між собою лише ті, які виявляють очікувані зміни.