Достижения биотехнологии

Достижения биотехнологии

Генетическую инженерию, в зависимости от глубины воздействия на организм, подразделяют на генную и клеточную. Если генная инженерия решает задачи создания рекомбинантной ДНК путем введения в нее одного или нескольких чужеродных генов, внедрения ее в клетку-реципиента и налаживания на этой основе производства гетерогенного продукта, то клеточная инженерия манипулирует не только отдельными генами, но и крупными частями клетки, осуществляя более глубокое влияние на геном (путем межвидовой конъюгации, переноса целых хромосом, хлоропластов, митохондрий или замены всего протопласта). И в той и в другой области биотехнология достигла значительных успехов.

В 50-х годах XX века в России была создана мощная индустрия антибиотиков (хинолона, ципрофлоксацина, кларитромицина, тетрациклина и др.), разработан генно-инженерный препарат свертывания крови. В 70-80-х годах отечественной биоинженерии удалось создать рекомбинантных производителей нескольких десятков важных белков, активно внедрялась в исследования и практику техника ведения культуры клеток. Были разработаны технологии получения ряда препаратов. Среди них – альфа-интерферон, который был введен в клиническую практику и использовался в качестве стимулятора клеток костного мозга после химио- и радиотерапии, а также для лечения вторичных иммунодефицитов.

Было создано большое количество иммунобиологических препаратов (десятки разновидностей вакцин, анатоксины, свыше 20 бактериофагов, около полусотни иммуноглобулинов и альбуминов). Многие из названных веществ применялись в животноводстве, растениеводстве и медицине, например вакцины против ящура, сибирской язвы, бешенства и др. В 1999 году объемы реализации биотехнологической продукции полностью обеспечивали иммунобиологическими препаратами производителей сельскохозяйственной отрасли России.

В конце XX века во многих лабораториях мира, в том числе и в России, с помощью методов генетической и геномной (клеточной) инженерии создаются принципиально новые трансгенные растения, животные и микроорганизмы, получившие коммерческое признание.

Трансгенные продукты биотехнологии

Трансгенными называются те виды растений или животных, в которых успешно функционирует ген (или гены), пересаженный из других видов растений или животных. Делается это для того, чтобы организм-реципиент получил новые нужные для человека свойства, повышенную устойчивость к вирусам, гербицидам, вредителям и болезням. Принципы создания трансгенных растений и животных схожи. И в том и в другом случае в ДНК искусственно вносятся чужеродные генетические последовательности, которые встраиваются, интегрируясь с генетической информацией вида. Пищевые продукты, полученные из таких генетически модифицированных (трансгенных) организмов, могут иметь улучшенные вкусовые качества, лучше выглядеть и дольше храниться. Часто трансгенные растения дают более богатый и стабильный урожай, чем их природные аналоги и традиционные сорта и породы. Назовем некоторые примеры из практики создания трансгенных растений в США: чтобы помидоры и клубника были морозоустойчивее, им «вживляют» гены северных рыб; чтобы кукурузу не пожирали вредители, ей «прививают» очень активный ген, полученный из яда змеи; чтобы соя не боялась гербицидов, в нее внедряют гены петунии и некоторых бактерий и вирусов. В России, как и во многих странах Европы, генетически измененные сельхозкультуры (в мире их создано больше 30 видов) пока не распространяются столь быстрыми темпами, как в США, где официально закреплена идентичность натуральных и трансгенных продуктов питания.

Генетически модифицированные продукты (ГМП) стали одним из достижений биологии XX века. Но основной вопрос – безопасны ли такие продукты для человека – пока не имеет ответа. Проблема использования ГМП актуальна, так как в мире остается острой иная проблема – нехватки пищевых ресурсов, особенно белка. Однако ее решение путем создания трансгенных продуктов, производство и сбыт которых затрагивают экономические интересы многих стран, приходит в противоречие с основными правами человека, поскольку пока еще нет исчерпывающей информации о последствиях употребления ГМП.

Современные аспекты биотехнологических исследований

В настоящее время в биотехнологии стало особенно активно применяться клонирование клеток и тканей.

Пример клонирования животных методами клеточной инженерии
Пример клонирования животных методами клеточной инженерии. Ядро, выделенное из клетки кишечника головастика (А), пересажено в яйцеклетку, лишенную ядра путем облучения (Б). В результате яйцеклетка дробится и развивается нормальный головастик: 1 – выделение ядра из соматической клетки; 2 – облучение ооцита; 3 – пересадка ядра; 4 – дробящаяся яйцеклетка; 5 – личинка (головастик)

Напомним, что в основе образования клона лежит митоз, а у клеток бактерий – простое деление надвое. Считается, что клон состоит из генетически однородных клеток (и особей). Клонирование клеток применяют для изучения ряда теоретических и прикладных проблем экспериментальной биологии и медицины (в онкологии, генетике соматических клеток и др.). У размножающихся вегетативным путем культурных растений все особи какого-либо одного сорта часто представляют собой отдельный клон. При этом только клонирование (вегетативное размножение и прививка) дает возможность сохранить особенности сорта. Применение клеточной культуры позволяет создать клон растения из одной его клетки in vitro. Например, таким путем в настоящее время создается посадочный материал ценных сортов картофеля, садовой земляники, женьшеня, орхидей и др.
С конца 70-х годов XX века начались активные исследования по клонированию клеток и эмбрионов человеческого организма in vitro. Особенно большое внимание медиков и генетиков привлекли так называемые стволовые клетки, в том числе стволовые клетки взрослого человека. Изучение и возможное терапевтическое применение стволовых клеток в настоящее время является важной общебиологической, биотехнологической и медицинской проблемой, поскольку представляет собой путь к пониманию клеточных и молекулярных основ развития.

Стволовыми клетками называют клетки-родоначальники в тканях животных, которые, непрерывно делясь, обладают свойством порождать дочерние клетки самых разных типов – костные, мышечные, нервные. Это их удивительное свойство называют сложным термином плюрипотентность (производное от слова «плюрализм», означающего многообразие взглядов, идей), или мультипотентность, что означает множественность потенций, или возможностей развития.

Подлинным прорывом в данной области исследований в конце XX века оказалось обращение к изучению не эмбриональных, а стволовых клеток взрослого организма. Это привело к важному открытию: у взрослого человека в каждом органе, в каждом типе ткани организма среди массы клеток имеются стволовые клетки. При повреждениях они активно размножаются и восстанавливают потери специализированных клеток органа.

Этические аспекты клонирования

Опыты с тканями и эмбрионами человека, попытки клонирования людей стали активно обсуждаться не только в научной сфере, но и в обществе. В качестве этических проблем современной биотехнологии во всем мире особенно активно обсуждаются две проблемы клонирования человека. Одна из них – терапевтическое клонирование, то есть создание эмбрионов человека для использования их клеток в лечебных целях, а другая – репродуктивное клонирование с целью создания клонов человека как особей.

Оба направления клонирования человека вызывают острые дискуссии. Некоторые настаивают на необходимости клонирования эмбрионов для терапевтических целей, считая человеческий эмбрион простым скоплением делящихся клеток. Другие категорически возражают против этого, считая эмбрион развивающимся зародышем человека с его способностями и уникальными качествами в будущем.

В ходе этих дискуссий возникает целый ряд морально-этических вопросов: «Так ли необходимо клонировать человека?», «Клонирование клеток эмбриона и клонирование детей – не суть ли это одно и то же?», «Можно ли использовать человеческие эмбрионы в исследовательских целях», «Допустимы ли исследования, предполагающие уничтожение человеческих эмбрионов?» и др. Основополагающий этический вопрос заключается в определении социального статуса эмбриона человека.

Не решен пока и вопрос о создании клона человека. Ученые-генетики и биотехнологи считают, что репродуктивное клонирование теоретически возможно, но кто возьмет на себя ответственность, если в результате опыта родится урод? А такой риск существует, и он очень велик. В ходе опытов по клонированию животных в большинстве случаев выявлялись различные болезни и аномалии, в том числе онкологические. Например, для получения знаменитой овцы Долли экспериментаторам пришлось сделать около 300 пересадок, при этом все остальные клоны или вскоре погибали, или приводили к развитию уродов. Поэтому ни о каком «продлении жизни» методом клонирования не может быть и речи. К тому же пока еще не решены не только физиологические, но и социально-правовые нормы статуса человека-клона в обществе. Вероятно, решение этой проблемы – дело далекого будущего.

Таким образом, клонирование клеток и тканей – это один из методов современной биотехнологии. Эксперименты по клонированию человеческих тканей и эмбрионов для терапевтических и репродуктивных целей вызвали в обществе ряд морально-нравственных вопросов и острых дискуссий. Этика человечества подразумевает, что убийство эмбриона человека даже для лечебных целей не может быть оправдано.