Трансгенні організми

У сучасному світі існування трансгенних рослин і тварин стало звичним явищем, а деякі з них набули промислового значення.

Трансгенні рослини.

Найефективніший метод перенесення генів у рослини — використання плазміди одного з видів ґрунтової бактерії як вектора. За допомогою вектора потрібний ген вбудовують у геном клітин рослини, яку треба змінити. Для цього клітини рослини розмножують у пробірці у поживному розчині. Клітини рослин із вбудованою в їх геном зміненою плазмідою називають трансформованими. Під впливом певних гормонів можна із трансформованої клітини виростити цілу рослину.

Цю технологію використовують для виведення поліпшених сортів томатів, картоплі, кукурудзи, рису, цукрового буряка та інших рослин. Такі сорти продуктивніші, дають продукцію з підвищеним вмістом певних речовин (білків, жирів, вуглеводів тощо), а головне, є стійкими проти збудників хвороб і комах-шкідників. Ця особливість сприяє зменшенню забруднення біосфери отрутохімікатами, які широко застосовують у сучасному рослинництві.

Трансгенні тварини.

Один із перших успішних експериментів зі створення трансгенних тварин було здійснено на мишах. У геном миші вбудували ген, що кодує гормон росту щура. Такі трансгенні миші росли в 2— З рази швидше, ніж їхні родичі, що не мали чужого гена, і досягали приблизно удвічі більших розмірів (рис. 2.19). Для створення трансгенних тварин використовують різні методи введення ДНК: за допомогою вірусів; мікроін'єкції в яйцеклітини, стовбурні клітини; фагоцитоз та ін.

Усе популярнішим стає процес, контрольованіший порівняно з іншими. Кілька клітин раннього зародка розмножують у живильному середовищі. ДНК вводять у ці клітини різними способами, у т. ч. за допомогою мікроін'єкції. Перевага методу полягає в тому, що трансформовані клітини можна визначити до того, як вони будуть уведені в материнські організми як яйцеклітини. У такий спосіб забезпечують народження трансгенного організму.

Рис. 2.19. Трансгенна миша (зліва) поряд із звичайною

Один із найперспективніших напрямів генної інженерії — продукування рідкісних і дорогих білків, уживаних у медицині, з молока трансгенних корів або овець, наприклад одержання з молока трансгенних овець білка, який ефективно лікує спадкову емфізему легенів людини, спричинену мутацією гена. Трансгенних тварин отримали шляхом введення в їх геном нормального алеля цього гена людини.

Убудовування людського гена у геном вівці було використано і при одержанні ферменту згортання крові, відсутність якого спричинює один із видів гемофілії. Генетики працюють над отриманням таким самим шляхом фібриногену — основного білка системи згортання крові. Його планують використовувати як клей для з'єднання тканин після хірургічних операцій.

Клонування тварин

Створення численних генетичних копій одного індивіда за допомогою безстатевого розмноження називають клонуванням. У хребетних тварин цей процес природним шляхом не відбувається. Проте, пересадивши ядро з клітини кишечнику або шкіри жаби в яйцеклітину, власне ядро якої було зруйновано ультрафіолетовими променями, у 60 -ті роки XX ст. в Оксфордському університеті вдалося виростити пуголовка, що перетворився потім на жабу, ідентичну батьківській особині, від якої взяли ядро.

Подальші подібні експерименти довели, що диференційовані клітини (клітини різноманітних специфічних тканин тіла) містять усю інформацію, необхідну для розвитку повноцінного організму. А наприкінці XX ст. у Шотландії успішно клонували високоорганізовану хребетну тварину — вівцю Доллі — з клітини материнського вимені.

Клонування тварин — перспективний напрям. Можна, наприклад, використовувати зародки тварин на стадії кількох клітин і, розділивши такий зародок на окремі клітини, одержати певну кількість генетично ідентичних (однакових) організмів. Цей процес повторюють багато разів, тому що на цій стадії клітини ще не досягають необоротної спеціалізації. У такий спосіб створюють безліч ідентичних копій однієї тварини, що має цінні ознаки. Потім зародки можна пересадити в матку замінних матерів для виношування плода та народження тварин із бажаними ознаками. Клонування зародків перспективне у тваринництві, наприклад при розведенні великої рогатої худоби, овець та кіз. Воно прискорює отримання будь-якої кількості тварин від бажаних материнських особин.

Клонування людини вперше здійснено в США в 1993 р., проте клоновані зародки були доведені лише до стадії кількох клітин, щоб довести, що в принципі це можливо. Подальші дослідження призупинено з етичних міркувань.

Етичні та соціальні проблеми генної інженерії

З початку становлення генної інженерії учені усвідомлювали, як важливо зважати на потенційну небезпеку та етичні проблеми, пов'язані з розвитком нової галузі біології.

Першим дозволеним до продажу харчовим продуктом були трансгенні томати. У суспільстві це спричинило полеміку щодо безпечності трансгенних харчових продуктів. Одна з основних проблем пов'язана з наявністю в геномі модифікованих томатів гена стійкості до антибіотика канаміцину, який відіграє роль маркера для виявлення трансформованих клітин. Унаслідок споживання плодів таких томатів ген стійкості проти антибіотика може потрапити в геном бактерії Escherichia coli, що живе в кишечнику людини. Оскільки бактерії виводяться з організму разом з фекаліями, ген може поширитися в навколишньому середовищі та передатися іншим хвороботворним бактеріям, які, потрапивши в організм людини, виявляться стійкими до антибіотиків. Однак насправді ген томату разом з усією ДНК розщеплюється в травному каналі людини. Навіть якщо цього не трапиться, вірогідність того, що ген пройде через серію організмів, надзвичайно мала. Крім того, гени стійкості до деяких антибіотиків, на жаль, уже поширені в навколишньому середовищі.

Ще одним прикладом подібно модифікованих рослин є впроваджена у виробництво кукурудза, яка містить бактеріальний ген, що підвищує її стійкість до шкідників та хвороб, а також маркерний ген стійкості до антибіотика ампіциліну. У зв'язку з протестами громадськості дослідники шукають способи видалення небажаних маркерних генів після здійснення трансформації. Існує теоретична ймовірність, що транс генні рослини можуть передавати спорідненим бур'янам шляхом схрещування стійкість до гербіцидів, хвороб, засухи та інших несприятливих чинників. Унаслідок цього можуть утворитися т. зв. супербур'яни, з якими буде дуже важко боротися і які заполонять сільськогосподарські угіддя.

Усупереч побоюванням, обсяги вирощування та використання генетично модифікованих організмів у багатьох країнах зростають. Досі помітного шкідливого впливу на здоров'я людини, свійських тварин та біосферу загалом зафіксовано не було.

Люди часто вважають, що мають право модифікувати інші організми заради власної користі. Проте останнім часом такий антропоцентризм зазнає все більшої критики. Крім того, невідомо, до чого може призвести введення генів людини в геноми лабораторних тварин — таку методику широко використовують для вивчення молекулярних механізмів багатьох хвороб людини.

Однак виведення генетично модифікованих тварин для потреб сільського господарства, фармакології та медицини — реалії сучасного життя, і подальші зусилля генетиків мають бути спрямовані на гарантування безпечності трансгенних організмів для людини та біосфери.

Клонування вівці Доллі стало неминучим наслідком розвитку генетики та біотехнології. З'явилася можливість створення безлічі ідентичних копій тварин з потрібними ознаками. Клонування може бути здійснене і стосовно людини, але при цьому постає низка етичних проблем. Тому наукові дослідження в цьому напрямі заборонені.