Коллектив авторов - Основы биоэтики

Существует много определений генетической инженерии. По мнению авторов, суть новой технологии можно выразить следующим образом. Генетическая инженерия — это технология получения новых комбинаций генетического материала путем проводимых вне клетки манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот и переноса, созданных конструкций генов в живой организм, в результате которого достигается их включение и активность в данном организме и у его потомства.

Генно-инженерный (трансгенный) организм – живой организм, содержащий новую комбинацию генетического материала, полученную с помощью генетической инженерии. Как видно из этого определения, процесс создания генно-инженерного (трансгенного) организма можно разделить на несколько этапов. Первый этап включает выделение и идентификацию отдельных генов (соответствующих фрагментов ДНК или РНК), которые собираются перенести другим организмам, а также соответствующих регуляторных элементов (без них никакой ген функционировать не будет). Иногда гены или их части синтезируют искусственно.

Затем эти гены и регуляторные элементы соединяют между собой в определенном порядке с помощью чисто химических методов (технология рекомбинантных ДНК, или генная инженерия). То есть все названные манипуляции проводят вне организма, in vitro. В результате получается генетическая конструкция, которая содержит один или несколько генов (точнее, фрагментов ДНК, кодирующих последовательность аминокислот протеинов – продуктов генов), а также все необходимые регуляторные элементы, обеспечивающие активность этих генов (трансгенов) после их переноса в организмы. Такие генетические конструкции далее соединяют с ДНК так называемого вектора для клонирования. В качестве вектора чаще всего используют плазмиды – небольшие кольцевые молекулы ДНК, имеющиеся у большинства бактерий. Создание конструкции «клонирующий вектор – встроенная ДНК» необходимо для эффективного переноса и активности трансгенов (репликации и трансляции) в живых организмах.

Следующий этап – перенос трансгенов в отдельные живые клетки (процесс трансформации, или, как принято его называть в последнее время, «генетической модификации»), где они могут реплицироваться и передаваться дочерним клеткам, образовавшимся при делении трансформированных клеток. В случае если все описанные процедуры прошли нормально, из одной трансформированной клетки при культивировании возникает множество клеток, которые содержат привнесенную искусственную генетическую конструкцию, и при этом образуются протеины – продукты трансгенов. Биосинтез новых для организма протеинов является основой для проявления у него нового селекционного признака, например толерантности к гербицидам, антибиотикам, устойчивости к насекомым-вредителям и т. д.

Для одноклеточных организмов процесс генетической модификации заканчивается, как правило, внедрением в них рекомбинантной плазмиды и последующим отбором трансформированных клеток. Лишь в отдельных случаях для более высокой стабильности трансформантов добиваются включения трансгенов в бактериальную хромосому. В случае же высших многоклеточных организмов встраивание трансгенов в генетический материал клетки (ДНК хромосом или клеточных органелл – хлоропластов, митохондрий) является обязательным. Более того, необходимо из одной или нескольких трансформированных клеток восстановить целый организм. А это весьма непростая задача, которая была решена (правда, не для всех видов организмов в полной мере) сравнительно недавно. В частности, первые растения, регенерированные из отдельных клеток, были получены в начале 60-х гг. прошлого века, что стало возможным благодаря разработке эффективных методов культивирования изолированных растительных клеток на специальных питательных средах. Добавка в питательные среды определенных регуляторов роста (фитогормонов) позволяет управлять процессами деления клеток в культуре in vitro, а также, что самое главное, индуцировать у них морфогенез, т. е. «заставлять» их образовывать отдельные органы (стебли, корни) или даже целые зародыши (процесс эмбриогенеза), из которых в дальнейшем можно получить целое растение.

Как видно из приведенного выше, технология получения генно-инженерных организмов позволяет значительно расширить возможности традиционной селекции. Более того, благодаря ей, можно получать такие организмы, которые в принципе невозможно получить с помощью обычной селекции. Она делает реальным решение проблем борьбы с болезнями, голодом, которые считались ранее практически неразрешимыми.

Исторически ситуация сложилась так, что первые генно-инженерные работы были проведены на микроорганизмах. Это вполне объяснимо: микроорганизмы, как правило, одноклеточные существа, имеющие относительно простую организацию аппарата наследственности. Генетические манипуляции, в том числе с помощью технологии рекомбинантных ДНК, на них производить значительно проще, чем на многоклеточных организмах. Поэтому именно с генно-инженерными микроорганизмами связаны первые выдающиеся достижения современной биотехнологии и, прежде всего, получение жизненно важных для людей веществ. Люди «научили» микробов производить совершенно несвойственные для них соединения, которые намного качественнее и дешевле «натуральных» аналогов. Наибольшее значение среди таких соединений имеют те, недостаток или отсутствие которых в человеческом организме приводит к серьезным заболеваниям: диабету, гемофилии, карликовости, анемии и др.

В настоящее время в мире, по данным Всемирной организации здравоохранения, насчитывается около 110 млн людей, страдающих диабетом. И эта цифра в ближайшие 25 лет может удвоиться. Диабет – тяжелое заболевание, которое вызывается нарушением работы поджелудочной железы, вырабатывающей гормон инсулин, необходимый для нормальной утилизации содержащихся в пище углеводов. На начальных стадиях развития болезни достаточно использовать меры профилактики, регулярно следить за уровнем сахара в крови, просто потреблять меньше сладкого. Однако приблизительно для 10 млн пациентов показана инсулиновая терапия: они вынуждены ежедневно вводить в кровь препараты этого гормона. Начиная с 20-х гг. прошлого века, для этих целей использовали инсулин, выделенный из поджелудочных желез свиней и телят. Животный инсулин в значительной степени аналогичен человеческому, однако между ними имеются и определенные отличия. Так, в молекуле инсулина свиньи в противовес человеческому в одной из цепей аминокислота треонин замещена аланином. Считается, что эти небольшие различия могут вызывать у отдельных пациентов серьезные осложнения (нарушение работы почек, расстройство зрения, аллергию). Кроме того, несмотря на высокую степень очистки, не исключена вероятность переноса вирусов от животных к людям. И, наконец, число больных диабетом растет так быстро, что обеспечить всех нуждающихся животным инсулином уже не представляется возможным. Заметим также, что это весьма дорогое лекарство.