Улучшить и создать с нуля: пермские ученые рассказали, какие возможности открывает генная инженерия

Генная инженерия — это раздел молекулярной биологии, посвященный созданию искусственных генетических систем с нужными свойствами. Она представлена совокупностью методов, приемов и технологий, позволяющих улучшать существующие наборы генов — геномы, и создавать новые. Все сведения о строении и функционировании организма зашифрованы в молекуле ДНК. Эта информация передается от родителей к потомкам, поэтому ее называют наследственной. Молекулу ДНК можно разделить на функциональные участки — гены, в них зашифрована информация о строении конкретных белков. Их набор в организме определяет весь спектр его признаков — вплоть до цвета глаз и структуры волос у человека.

«Таким образом, появление признака у организма определяется наличием определенных белков, а их присутствие зависит от наличия кодирующих их генов. Чтобы добавить новое свойство организму, нам надо ввести в его ДНК ген, кодирующий нужный белок, и обеспечить условия для его экспрессии — протекания многоступенчатого процесса синтеза белка. Или, наоборот, если необходимо избавиться от какой-либо черты, можно удалить соответствующий ген или снизить уровень его экспрессии», — объясняет Анна Ахова, кандидат биологических наук, доцент кафедры химии и биотехнологии ПНИПУ.

Например, чтобы добавить ген в генетический набор организма, его необходимо выделить из ДНК организма-донора, получить большое количество его копий и поместить в модифицируемый организм. Для этой процедуры подойдет любая клетка, и обычно используется материал, который легче извлечь без повреждений донора, например, из крови человека. Выделенный фрагмент может вводиться в свободной форме или в составе вектора — молекулы ДНК, которая способна встроиться в геном хозяина или самовоспроизводиться в его клетках. В качестве векторов применяют плазмиды (небольшие кольцевые молекулы ДНК), фаги (вирусы бактерий), вирусы. Вирусный вектор могут вводить в кровь и другие ткани, а также через ингаляции, то есть вводить непосредственно в организм.

Генная инженерия открывает большие возможности в сферах фармацевтики и медицины, животноводства и сельского хозяйства. Самые увлекательные примеры тому приведены ниже.

Факт 1. Генная инженерия — новейшее поколение инструментов, которые применяются для изменения наследственной информации

Предшественниками инновационного раздела биологии являются селекция и индуцированный мутагенез. Первое — это длительный процесс отбора особей с генетическими изменениями, возникшими естественным путем. Например, домашнюю лису вывел генетик Дмитрий Беляев в 1950-е годы. Произошло это благодаря скрещиванию самых послушных и неагрессивных представителей серебристо-черной лисы.

Второе — искусственное получение мутаций с помощью химического или радиационного воздействия, однако оно слабо поддается контролю. В отличие от этих методов, генная инженерия позволяет редактировать генетическую информацию быстро и направленно.

Факт 2. Генные инженеры смогут создавать ранее не существовавшие формы жизни

Методы генной инженерии позволяют конструировать новые, ранее не существовавшие гены, собирая их из фрагментов ДНК разных организмов или воспроизводя химически. Сейчас ученые работают с модификацией известных науке существ. Однако в будущем технологии позволят создать искусственный организм с нуля. На данный момент известен лишь один пример искусственного организма – небольшая бактерия с синтезированным ДНК.

Факт 3. С помощью ГМО получают вещества, необходимые для жизни и здоровья человека

Как объясняет Анна Ахова, генетически модифицированные организмы (ГМО), то есть организмы, генетическая информация которых изменена искусственно, применяются как объекты для научных исследований, в сельском хозяйстве и для производства целевых веществ. Поэтому чаще всего объектами для генетических манипуляций становятся бактерии (в основном, кишечная палочка), мыши, крысы, сельскохозяйственные растения и животные, промышленно-значимые продуценты (организмы, которые могут создавать органические вещества из неорганических), например дрожжи.

«Молекулярно-биологические процессы остаются не до конца изученными, а генетические системы достаточно сложны, поэтому невозможно со стопроцентной точностью предсказать все последствия генетических манипуляций. Модификация ДНК может происходить не только в нужных ученым участках, но и в других областях молекулы со сходным строением. При внедрении чужеродной генетической информации может изменяться работа собственных генов. Но это создает трудности лишь для генных инженеров в их попытках получить организмы с заданными свойствами. Не стоит бояться генетически модифицированных организмов и полученных на их основе продуктов», — добавляет Анна Ахова.

«В теории, ученые имеют возможность создать множество модификаций человеческого генома, которые могут дать ему преимущества в борьбе за жизнь: невосприимчивость к вирусам и бактериям, отсутствие наследственных заболеваний, способность к быстрой регенерации клеток и тканей с возможностью отращивать потерянные конечности и так далее. Однако сразу же встает вопрос — имеем ли мы право вмешиваться в законы природы, эволюции? Создание идеального человека может привести, как минимум, к перенаселению. И это только один из множества примеров негативного последствия создания «сверхчеловека»», — заключает Анастасия Зорина.

ПНИПУ

624 статей

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.

Показать больше