Вчем проблема генной инженерии
| Вид материала | Реферат |
- Спецкурс «Химия нуклеиновых кислот и основы генной инженерии» для студентов 4 курса, 23.71kb.
- Вестник Брянского государственного технического университета. 2007. №3(15) Естественные, 126.78kb.
- Календарный план лекций по биологии для студентов Iкурса лф и мпф, 57.24kb.
- Применение методов генной инженерии в производстве продуктов питания, 51kb.
- Брэд Стайгер Звездные Боги Космические мастера клонирования, 1610.15kb.
- 1. Значение биологии, как фундаментальной науки её понимании единство человечества, 1211.98kb.
- Календарный план лекций по биологии для студентов Iкурса фиу на осенний семестр 2011/2012, 24.74kb.
- Анджей Сапковский — Час презрения, 3640.85kb.
- Вопросы, выносимые на экзамен по курсу пис, 26.43kb.
- Регенерационная активность разных генотипов пшеницы и эгилопса в культуре in vitro, 499.46kb.
Содержание
Часть I Введение
Структура клетки......................................................................................3
Регуляция работы генов.........................................................................5
Генная инженерия...................................................................................6
В чем проблема генной инженерии........................................................8
Корпорации, цифры, факты....................................................................9
Часть II Области применения и опасности
Влияние на здоровье, общие характеристики......................................15
Влияние на окружающую среду............................................................ 21
Генетическая инженерия в лесоводстве..............................................28
Генная инженерия на людях и клонирование.....................................31
Рекомбинантный гормон роста (RBGH/BST)........................................36
Подсластитель аспартам (E-951)............................................................38
Часть III Ловкость рук и мошенничество
Эффект “вертушки” и лоббирование....................................................40
Зеленый камуфляж................................................................................45
Биопиратство..........................................................................................54
Часть IV Ситуация в Евросоюзе и СНГ
Европейское законодательство и ГМ-культуры....................................59
ГМО в России, Грузии и на Украине.......................................................65
Часть V Международные соглашения
Протокол по биобезопасности................................................................74
Соглашение об использовании права на интеллектуальную
собственность в сфере торговли...........................................................81
О королях и капусте
Популярно о генной инженерии
Эта книга написана не генетиками, а профессиональными журналистами, одновременно являющимися активистами зеленого движения.
Мы более трех лет собираем и публикуем информацию по генетически модифицированным организмам и вопросам, связанным с их распространением. К сожалению, эти проблемы ускользнули из поля зрения многих людей. Между тем, генетически модифицированная пища уже продается в наших магазинах, в разных странах уже ведутся разработки в области трансгенного лесоводства, делаются попытки клонирования животных и человека.
Задача, которую мы ставили перед собой, работая над книгой – собрать и опубликовать до настоящего времени мало известную информацию по проблеме, актуальность которой для общества очевидна.
Эта книга адресована, прежде всего, тем, кто намерен участвовать в защите прав людей и природы в условиях стремительного развития так называемых “современных биотехнологий”.
В издании дается основная информация о проблемах, связанных с генной инженерией, необходимая для работы с данной темой. Частично это переложение на русский язык брошюры известной европейской экологической сети A SEED “Cabbages and Kings”, частично – информация, собранная нами, а также наиболее яркие публикации центральных российских газет. Материалы, представленные в книге, охватывают широкий круг вопросов, но ни в коей мере не исчерпывают всех проблем, связанных с развитием биотехнологий.
Мы выражаем особую благодарность Алексею Владимировичу Яблокову за моральную и финансовую поддержку нашего проекта.
ЧАСТЬ 1
ВВЕДЕНИЕ
Структура клетки
Клетка – это самая маленькая живая единица, основная структурная и функциональная единица всего живого, будь то растение, или животное, или гриб. Некоторые организмы, такие как: амеба, бактерия, некоторые водоросли и грибы состоят из одной клетки – весь организм заключен в эту одну клетку. Человеческий организм сильно отличается от этих простейших и состоит из примерно 3 000 000 000 000 клеток.
Клетки могут быть различной формы в зависимости от исполняемой функции. Клетки объединяются в ткани, органы, целые структуры (мозг, печень, кости, кожу, листья, фрукты и т.д.).
В организме клетки связаны друг с другом для выполнения различных функций и задач: одни синтезируют ферменты, другие накапливают сахар или жир, составляют скелет или отвечают за связь (например, нервные клетки), на каких-то клетках лежит ответственность за защиту организма (белые кровяные тельца или стрекательные клетки медузы и растений).
Чтобы быть полноценной частичкой целого организма, большинство клеток обладают одинаковой наследственной информацией, сходными ресурсами и сходным внутриклеточным аппаратом.
Клетка высших организмов (растений или животных) состоит из следующих частей:
- Клеточная мембрана, которая охватывает всю клетку. (Для прочности у растительных клеток есть еще дополнительная стенка из целлюлозы, придающая устойчивость.)
- Цитоплазма - внутренняя среда клетки (за пределами ядра).
- Большое количество органелл. Это функциональные компоненты, напоминающие необходимые для пищеварения, накопления и выделения органы.
- Ядро - командный центр клетки. Ядро содержит всю жизненно важную информацию, которая необходима клетке или целому организму, чтобы нормально функционировать, развиваться и воспроизводиться. Эта информация хранится в форме набора генов в хромосомах, которые находятся внутри ядра.
Белки
Белки – это основной строительный материал клетки, который синтезируется самой клеткой. Если взглянуть на них поближе, то мы увидим, что состоят белки из аминокислот, особых небольших кирпичиков, которые легко выстраиваются в цепочки.
В процессе синтеза белков из аминокислот получаются линейные структуры, которые затем могут изгибаться и свиваться, образуя более сложные структуры. У разных белков различные функции.
Они могут быть транспортными молекулами (например, переносящий кислород гемоглобин красных кровяных клеток); могут быть антителами, переносчиками информации, ферментами (например, пищеварительными ферментами) или гормонами (гормоны роста или инсулин). Другая группа белков – это структурные белки, которые создают перегородки и способствуют движению, эластичности и способности сокращаться. Мышечные волокна, например, в основном состоят из белков. Таким образом, мы видим, что белки – это важный базовый элемент в строении клеток, они дают им возможность правильно функционировать.
Хромосомы
Хромосома означает “окрашенное тельце”. Хромосомы можно увидеть под простым микроскопом. Они выглядят как пучки узелков и петелек длинных тонких ниток. Хромосомы – это хранилища всей генетической, т.е. наследственной, информации. Информация записана в тонкой нити, которая называется ДНК. Эта аббревиатура расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота, особая кислота, которая находится в ядре. Генетическая информация записана в виде кода, примерно как ноты. Чтобы обеспечить информацию защитой, используется двойная нить – знаменитая двойная спираль. Когда клетка делится, она так же копирует всю ДНК и передает ее дочерней клетке. Вся совокупность генетической информации организма называется геном.
Человеческие клетки, например, содержат два набора по 23 хромосомы – один набор, получаемый от матери, другой – от отца. Если растянуть одну цепочку ДНК человеческой клетки, то в длину она составит два метра. Длина ДНК в человеческом организме составляет примерно 60 000 000 000 км. Это все равно, что 8000 раз слетать на Луну и обратно!
Информация, хранящаяся на хромосомах в ДНК, записана в таком виде, что код может быть расшифрован в организме почти всех живущих на Земле существ. И называется этот код универсальный код жизни.
Клетке для шифра требуется всего четыре знака (называемых нуклеотиды) для того, чтобы записать все необходимые инструкции по созданию любого белка. Нуклеотиды – это те единицы, из которых состоит ДНК, их названия обычно сокращают до первой буквы А, Г, Т и Ц. Эти буквы располагаются в слова, которые в свою очередь образуют код определенной аминокислоты, как показано выше. Информация о том, как строится клетка или как она функционирует, вся заключена в один определенный ген. Ген – это определенный сегмент (участок) ДНК с особыми инструкциями о том, как должен в среднем быть синтезирован один определенный белок. Шифрованная цепочка гена составляет обычно около 1000 букв. Гены кодируют, например, инсулин, пищеварительные ферменты, протеины свертываемости крови или пигменты.
Регуляция работы генов
Откуда клетка знает, какой белок производить и в каком количестве?
В начале каждого гена расположен сегмент ДНК, который содержит контролирующие элементы именно этого гена. Этот сегмент называется промотор. Он выполняет функции “сторожевой башни”, поднимая “флаг”, то есть, подавая сигнал контролируемому им гену. Возьмем, например, выработку инсулина (который мы производим, чтобы обеспечить сжигание сахара в крови). Когда в клетке появляется информационная молекула с сообщением “больше инсулина”, вырабатывается молекула-посредник, которая связывается с инсулиновой сторожевой башней. После этого “рычажок” сторожевой башни перемещается и открывает путь считыванию инсулинового гена.
Как информация, содержащаяся в ДНК, превращается в белки в нужное время?
Каждый ген состоит из трех основных компонентов: “сторожевой башни” (промотор), информационного блока и поли-А сигнального элемента.
Если в клетке недостаточно какого-то протеина, то ядру направляется сообщение найти соответствующий ген. Если сторожевая башня признает полученное сообщение, то будет послан сигнал открыть “ворота” информационному блоку. Информация тут же копируется – или считывается (транскрибируется) – в нитевидную молекулу, которая называется РНК. РНК очень похожа на ДНК, только она представляет собой одну цепочку, а не две. После того, как информация была скопирована, к концу молекулы прикрепляется хвост в 200 нуклидов типа А. Этот процесс называется полиаденилированием, а начинает его поли-А сигнал, расположенный в конце гена. Поли-А хвост помогает сохранить информационные РНК в ядре на ограниченное время. После этого копии гена (РНК) выходят из ядра в цитоплазму и связываются с мини-органеллами - рибосомами, выполняющими функцию синтеза белков из аминокислот. Рибосомы считывают код с РНК и связывают аминокислоты в полипептидную цепочку белковой молекулы.
Ни одна клетка никогда не сможет использовать всю информацию, содержащуюся в ДНК. Клетки разделяют работу между собой - они специализируются. Клетки мозга не станут вырабатывать инсулин, клетки печени не будут производить слюну, так же как и кожные клетки не станут строить костную ткань.
То же происходит и с растениями: корневые клетки не вырабатывают зеленый хлорофилл, так же как и листья не производят пыльцу или нектар. Более того, процесс проявления генов (реализации заложенной в них информации, выражающейся в синтезе соответствующих белков) зависит от возраста: в молодых побегах не проявляются гены, связанные с созреванием плодов, и у взрослых людей обычно не вырастают новые зубы (хотя известны и исключения из этого правила).
В целом, регуляция генов во многом зависит от среды, в которой находится клетка, а также связана со стадиями развития организма. Так что, если бы мы захотели, чтобы листья мака выработали красный цвет лепестков, нам бы не удалось достичь этого традиционными методами селекции, несмотря, на то, что у листьев есть вся необходимая “генная” информация. Существует барьер, предотвращающий покраснение листьев. Этот барьер может быть обусловлен двумя причинами:
- “Красный” ген во всех клетках листьев недоступен для сигнальных активирующих молекул.
- Клеткам листьев не требуется красный цвет, и они не посылают сигнал РНК копировать информацию. Поэтому сигнальная молекула с запросом не причаливает к “красной” сторожевой башне, чтобы активировать ген.
Нетрудно догадаться, что существует способ обманывать растение и заставлять его краснеть, даже против собственной воли. Мы можем активировать красный ген, как Троянского коня, спрятанного за сторожевой башней другого гена. Но для того, чтобы достичь этого, нам придется разрезать гены и склеивать их по-иному. Вот здесь и прекращается селекция – и начинается генная инженерия.
Генная инженерия
Генная инженерия (ГИ) занимается тем, что берет гены и части ДНК одного вида, например, рыбы, и пересаживает их в клетки другого, например, помидора. Для этого ГИ располагает набором различных технологий для того, чтобы разрезать ДНК произвольно или в определенных участках гена. Выделив сегмент ДНК, можно его изучать, размножать или склеивать с ДНК иных клеток и организмов. ГИ позволяет преодолеть межвидовые барьеры и перемешивать информацию между абсолютно не связанными между собой видами: например, можно переселить в клетки помидоров ген, кодирующий белок, препятствующий замерзанию тканей рыбы, или в клетки клубники - ген бактерий, кодирующий смертельный для насекомых токсин, можно гены человека пересадить свинье, чтобы она лучше росла.
Однако тут генетики сталкиваются с проблемой: ген рыбы не будет работать в помидоре до тех пор, пока он не будет снабжен промотором с сигнальным флажком, который бы узнали сигнальные молекулы и ферменты клеток помидора. И эта контрольная последовательность генов должна быть либо цепочкой помидора, либо - очень схожа с ней. Многие ученые и компании не уделяют этому большого внимания и даже не задумываются о необходимости найти нужный томату промотор, так как потребовались бы годы, чтобы понять внутренние связи в клетке и процесс внутриклеточной регуляции. Чтобы избежать многих экспериментов и корректировки, большая часть ГИ-растений производится с помощью вирусных промоторов. Как известно, вирусы – очень активные элементы. Ничего, или почти ничего, не может остановить их, стоит им найти новую жертву, вернее, хозяина. Они тут же встраивают свою генетическую информацию в ДНК клетки хозяина (например, человека), размножаются, заражают соседнюю клетку и множатся снова. Это возможно, поскольку вирусы выработали очень сильные промоторы, которые заставляют клетку-хозяйку постоянно “читать” эти промоторы и производить белки вируса. Если просто взять сигнальный элемент (промотор) вируса растения и поместить его в начало информационного блока гена рыбы, то получится комбинированный ген рыбы и вируса (генно-инженерная конструкция), который можно заставить работать в растении, когда (и если) будет нужно.
Быть может, все это звучит просто великолепно, да вот только остановить это процесс абсолютно невозможно – его не выключить.
Само растение больше не имеет права голоса в процессе работы нового гена, даже когда это постоянное принудительное производство “нового” продукта и ослабляет растение и ухудшает его рост и развитие.
К тому же теория расходится с реальностью. Довольно часто, без видимых причин, новый ген активно действует только какое-то время, а потом вдруг “замолкает”. Но предугадать это совершенно невозможно.
Хотя последняя стадия пересадки нового гена в высший организм часто и провозглашается очень точной и тонкой, она довольно плохо разработана, и ей явно недостает точности и предсказуемости. “Новый” ген может оказаться где угодно, рядом с любым геном или даже внутри него, мешая его функционированию и регуляции. Если же “новичок” попадает в несчитываемые участки ДНК, он может помешать регуляции работы целого блока генов.
Он также может заставить активно работать несчитываемые участки ДНК.
Часто ГИ не только использует информацию одного гена и помещает ее за промотором другого гена, но также берет кусочки других генов и других видов. Хотя весь процесс нацелен на улучшение воспроизводства и функционирования “нового” гена, он является вмешательством в ход нормальной жизнедеятельности клеток, последствия которого трудно предсказать.
В чем проблема генной инженерии?
ГИ – это наука из пробирки и в основном применяется для производства продуктов питания. Ген, исследуемый в пробирке, может показать лишь, за что он отвечает и как ведет себя именно в этой пробирке. Он не расскажет нам о своей роли и поведении в организме, из которого мы его извлекли, или о том, как он поведет себя там, куда мы намереваемся его пересадить. Гены красного цвета, переселенные в цветки петунии, не просто вызвали изменение цвета лепестков, но вызвали снижение плодородности и изменили рост корней и листьев растения. Лосось, в которого поместили ген гормона роста, не только вырос слишком большого размера и слишком быстро, но и стал зеленым, а также имел проблемы со здоровьем. Это непредсказуемые побочные эффекты, называемые в научной терминологии плейотропными (то есть эффекты действия одного и того же гена на разные признаки).
Мы также очень мало знаем о том, что ген (или в данном случае любая из его цепочек ДНК) может вызвать или чему помешать, в зависимости от места проникновения в нового хозяина (растение или животное). Это открытые вопросы, касающиеся эффектов положения. Так же нет ответа и на вопросы о замолкании и неустойчивости гена.
Как мы можем быть уверены в том, что генетически модифицированное растение, употребляемое нами в пищу, не станет вдруг производить новые токсины и аллергены или не повысит уровень скрытых токсинов? А что же с пищевой ценностью? И каково будет воздействие на окружающую среду и дикую природу? Все эти вопросы крайне важны, но ответа на них до сих пор нет.
Каким образом ген можно переселить в другую клетку
Существует несколько способов переместить ген из А в Б или изменить растение с помощью “нового” гена. ВЕКТОР – это транспорт, который может переместить ген в нового хозяина, или скорее в ядро клетки-хозяйки. В роли векторов обычно выступают плазмиды бактерий или вирусы. Другой способ – это так называемая технология стрельбы, или “био-баллистика”, когда группу растительных клеток слепо бомбят большим количеством крошечных частиц в генной оболочке в надежде, что удар попадет в цель где-то в районе ДНК клетки.