Еще до открытия ДНК человек научился выводить представителей животных и растений, соответствующих его запросам. Сегодня возможности генной инженерии позволяют не только создать улучшенный организм «из ничего», но и изменить гены человека, избавив того от болезней. Как работает генная инженерия, где связь между ГМО, вакциной и овощами, что сделали с яблоком, чтобы оно не темнело, и чем чревато создание сверхчеловека, рассказали ученые ПНИПУ.
Улучшить и создать с нуля: пермские ученые рассказали, какие возможности открывает генная инженерия / © Getty images
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.
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.
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.
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.
