Особенности становления и развития биотехнологии

Наконец, необходимые гены можно не синтезировать, а выделять готовыми из множества генов. Разработана специальная техника выделения одиночных нужных генов из всей массы ДНК, где их имеется несколько десятков тысяч.

Синтезированный или выделенный ген можно встроить в самокопирующуюся ДНК бактериофага и ввести в бактериальную клетку. Такие бактерии начинают синтезировать человеческий или животный гормон, нужный фермент или интерферон. Этим способом в бактерию можно ввести программу синтеза любого белка человека, животного или растения.

Нужный ген человека или другого организма можно ввести в бактерию, не вырезая его из ДНК. Одна из схем получения гена путем обратной транскрипции это встраивание его в бактериальную плазмиду и наработки бактерией «чужого» белка. На первом этапе из клеток выделяют иРНК, считанную с выбранного гена. Затем на ней, как на матрице, синтезируют нить комплементарной ей ДНК (кДНК). Это осуществляют с помощью фермента обратной транскриптазы, нуждающейся для начала синтеза в искусственной затравке -- коротком фрагменте ДНК, комплементарном матрице. Получается гибридная ДНК-РНК-молекула. После удаления РНК из этой молекулы на оставшейся одноцепочечной ДНК осуществляют синтез второй нити. В результате возникает полноценная молекула ДНК. Используя специальные ферменты, ее встраивают в бактериальную плазмиду -- кольцевую внехромосомную молекулу ДНК, выполняющую роль переносчика нужного гена. Такой рекомбинантной, т. е. содержащей чужеродную информацию, плазмидой «заражают» бактериальную клетку. В ней плазмида реплицируется, и перенесенный ген другого микроорганизма, человека, животного или растения начинает работать. В бактериальной клетке накапливается необходимый белок, остается лишь выделить его из бактериальной массы.

Таких бактерий размножают в промышленных масштабах и получают необходимый белок в больших количествах. Все эти технологические приемы основаны на успехах в познании физико-химических основ жизни. Решение практических задач с помощью описанных методов молекулярной биологии и генетики и составляет сущность генной инженерии.

Таким образом, генная инженерия - это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых молекул ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и осуществлять контроль за синтезом необходимых метаболитов клетки.

На сегодняшний день методы генной инженерии позволили осуществить синтез в промышленных количествах таких гормонов, как инсулин, интерферон и соматотропин (гормон роста), которые необходимы для лечения ряда генетических болезней человека -- сахарного диабета, некоторых видов злокачественных образований, карликовости [15].

3.2 Клеточная инженерия

К генной инженерии примыкает клеточная инженерия, основанная на успехах клеточной биологии. Ученые научились соединять клетки разных видов растений, объединяя их генетические программы. Такие клетки приобретают новые свойства, становятся производителями ценных лекарственных или пищевых веществ, витаминов. Из таких гибридных клеток можно выращивать целые растения с новыми свойствами, объединяющими признаки растений разных видов, которые обычно не скрещиваются между собой. В зародыши клеток животных научились вводить новые гены и получать животных с новыми наследуемыми свойствами.

Не за горами исправление наследственной программы, полученной ребенком от родителей, в том случае, если она содержит «испорченные» гены. Станет возможным введение в зародыш на ранних этапах его развития нормальных генов и тем самым избавление людей от страданий, вызываемых генетическими болезнями.

Человечество вступило в новую эпоху конструирования генетических программ, и на этой основе создаются новые формы микроорганизмов, растений, животных. В технике начинается широкое использование физико-химических принципов работы живой клетки, ее энергетических устройств для решения практических задач и создания промышленных технологий. Возникло перспективное направление в биологии -- биотехнология.

Таким образом, клеточная инженерия - это совокупность методов, используемых для конструирования новых клеток. Включает культивирование и клонирование клеток на специально подобранных средах, гибридизацию клеток, пересадку клеточных ядер и другие микрохирургические операции по «разборке» и «сборке» (реконструкции) жизнеспособных клеток из отдельных фрагментов.

В основе клеточной инженерии лежит использование методов культивирования изолированных клеток и тканей на искусственной питательной среде в регулируемых условиях. Это стало возможным благодаря способности растительных клеток в результате регенерации формировать целое растение из единичной клетки. Условия регенерации разработаны для многих культурных растений -- картофеля, пшеницы, ячменя, кукурузы, томатов и др. Работа с этими объектами делает возможным использование в селекции нетрадиционных методов клеточной инженерии -- соматической гибридизации, гаплоидии, клеточной селекции, преодоления нескрещиваемости в культуре и др. [16].

4. Трансгенные культуры и модифицированные продукты питания

Генетически модифицированные (трансгенные) продукты питания представляют особый интерес. В рассуждениях, как специалистов, так и простых потребителей о безопасности продуктов питания часто упоминаются и тяжелые металлы, и нитраты, и пестициды и ряд других ксенобиотиков, причем даже неспециалисты представляют их опасность и мнение об их негативном влиянии на организм едино. Когда же речь заходит о генетически модифицированных продуктах, даже мнения людей, профессионально изучающих данный вопрос, оказываются диаметрально противоположными.

Генетически модифицированный организм (ГМО) - организм или несколько организмов, любое неклеточное, одноклеточное или многоклеточное образование, способные к воспроизводству или передаче наследственного генетического материала, отличные от природных организмов, полученные с применением методов генной инженерии и содержащие генно-инженерный материал, в том числе гены, их фрагменты или комбинации генов.

Генетически модифицированные источники пищи (ГМИ) - пищевые продукты или компоненты пищевых продуктов, полученные из генетически модифицированных организмов, и используемые человеком в пищу в натуральном или переработанном виде.

Получение генетически модифицированных организмов связано со «встраиванием» целевого гена в ДНК других растений или животных (производят транспортировку гена, т.е. трансгенизацию) с целью изучения свойств или параметров последних.

Таким образом, генетически модифицированная пища -- это продукты питания, полученные из генетически модифицированных организмов (ГМО) -- растений, животных или микроорганизмов. Продукты, которые получены при помощи генетически модифицированных организмов или в состав которых входит хоть один компонент, полученный из продуктов, содержащих ГМО, также могут считаться генетически модифицированными, в зависимости от законодательства страны. Генетически модифицированные организмы получают некоторые новые свойства благодаря переносу в геном отдельных генов теоретически из любого организма (в случае трансгенеза) или из генома родственных видов (цисгенез) [17].

Трансгенными могут называться те виды растений, в которых успешно функционирует ген (или гены) пересаженные из других видов растений или животных. Делается это для того, чтобы растение-реципиент получило новые удобные для человека свойства, повышенную устойчивость к вирусам, к гербицидам, к вредителям и болезням растений. Пищевые продукты, полученные из таких генноизмененных культур, могут иметь улучшенные вкусовые качества, лучше выглядеть и дольше храниться. Также часто такие растения дают более богатый и стабильный урожай, чем их природные аналоги.

Создание трансгенных растений в настоящее время развиваются по следующим направлениям:

1. Получение сортов сельскохозяйственных культур с более высокой урожайностью.

2. Получение сельскохозяйственных культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремонтантные сорта клубники, дающие два урожая за лето).

3. Создание сортов сельскохозяйственных культур, токсичных для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок).

4. Создание сортов сельскохозяйственных культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона). 5. Создание сортов растений, способных синтезировать некоторые белки животного происхождения (например, в Китае получен сорт табака, синтезирующий лактоферрин человека). Таким образом, создание трансгенных растений позволяет решить целый комплекс проблем, как агротехнических и продовольственных, так и технологических, фармакологических и т.д. Кроме того, уходят в небытие пестициды и другие виды ядохимикатов, которые нарушали естественный баланс в локальных экосистемах и наносили невосполнимый ущерб окружающей среде [18].

Генетически модифицированные продукты стали одним из достижений биологии ХХ в. Но основной вопрос - безопасны ли такие продукты для человека, пока остается без ответа. Проблема ГМП актуальна, поскольку в ней экономические интересы многих стран приходят в противоречие с основными правами человека. У нас нет полной информации о них и всех последствиях их употребления.

Можно ли отличить модифицированные фрукты и овощи от натуральных? Излишне чистенькие, мало отличающиеся друг от друга клубни картофеля или помидоры идеально правильной формы - повод задуматься. Ведь верный признак натуральной естественной продукции - наличие в общей массе «проеденных» насекомыми и гнилых экземпляров. ГМ-продукты насекомые не едят никогда! Если разрезать натуральный помидор или клубнику - они сразу дадут сок, ненатуральные сохраняют форму. Самые известные товары, содержащие ГМ-ингредиенты (по информации Greenpeace): шоколадныебатончики Snickers, Pepsi, приправы Maggi, чипсы Pringles.

Большинство людей не знают о ГМП и возможных последствиях их использования. Раньше люди боялись стихийных бедствий, войн, теперь становится опасно есть мясо и овощи. Чем выше технология, тем выше риск. Людям следует постоянно помнить о простой закономерности: всякая технология имеет очевидные плюсы и неизвестные минусы [19].

Заключение

В современном мире биотехнология прочно заняла ведущую роль в развитии научно-технического прогресса. Мировой рынок биотехнологической продукции ежегодно увеличивается на 7 %. За биотехнологией будущее человечества в решении проблемы материальных ресурсов, обеспечения энергией, охраны окружающей среды и здоровья людей.

Биотехнологии сегодня являются одной из наиболее значимых отраслей современной науки. В целом биотехнология представляет собой межотраслевую область, сочетающую достижения естествознания и инженерии. Биотехнология является одной из наиболее значимых областей современной человеческой деятельности, как в силу научных перспектив, так и в силу практического использования ее достижений.

Биотехнологии имеют длительную историю становления. Активное развитие биотехнологии началось с 20 века, когда возникла потребность в массовом производстве ряда продуктов, которые могли быть получены в рамках данной области. Дальнейшее развитие биотехнологий тесно связано с одновременным развитием всех важнейших отраслей биологической науки, исследующих живые организмы на разных уровнях их организации.

Биотехнология это естественный результат развития человеческой цивилизации. При этом, как я считаю, крайне важно в период столь активного развития данной научной области не утратить нравственных ориентиров и использовать достижения биотехнологий во благо, а не во зло.

Список литературы

1. Егоров Н. С. Биотехнология проблемы и перспективы - М.: Высшая школа, 1987. - 23 с.

2. Вакула Л. В. Биотехнология: что это такое? - М.: Молодая гвардия,1989. - 12 с.

3. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. - М.: Профиздат, 1987. - 113 с.

4. Хиггинс И. Биотехнология. Принципы и применение / И. Хиггинс, Д. Бест, Дж. Джонс. - М.: Мир, 1998. - 480 с.

5. Блинов В. А. Биотехнология. - Саратов: СГТУ, 2003. - 24 с.

6. Быков В. А. Биотехнология / В. А. Быков, И. А. Крылов, М. Н. Манаков. - М.: Профиздат, 2000. - 380 с.

7. Гаева Т. В. Что такое биотехнология? // Общество биотехнологов России. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.biorosinfo.ru, свободный.

8. Карпинская Р. С. Биология в познании человека. - М.: Наука, 1999. - 86 с.

9. Петренко В. И. Мы изучаем биотехнологию / В. И. Петренко // Известия медицинского университета. - 2008. - № 6. - С. 93.

10. Сычёв В. Д. Приоритет Живых систем. Биотехнологии // Живые системы. Научный электронный журнал. [Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.biorf.ru, свободный.

11. Голубев В. Н. Пищевая биотехнология / В. Н. Голубев, И. Н. Жиганов. - М.: ДЕЛИпринт, 2001. - 210 с.

12. Воробьева Л. И. Промышленная микробиология. М.: МГУ, 1989. - 183 с.

13. Манаков М. Н. Теоретические основы технологии микробиологических производств / М. Н. Манаков, Д. Г. Победимский. - М.: Агропромиздат, 1990. - 311 с.

14. Грачева И. М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия / И. М. Грачева, Л. А. Иванова, В. М. Кантере. - М.: Колос, 1992. - 147 с.

15. Фридлянская И. И. Генная и клеточная инженерия. - М.: Профессия, 1991. - 181 с.

16. Березин И. В. Биотехнология и её перспективы / И. В. Березин, А. К. Яцимирский. - М.: Профиздат, 1996. - 256 с.

17. Вельков В. В. Оценка риска при интродукции генетически модифицированных микроорганизмов в окружающую среду / В. В. Вельков // Агрохимия. - 2000. - №8. - С. 76-86.

18. Красовский О. А. Генетически модифицированная пища: возможности и риски / О. А. Красовский // Человек. - 2002. - № 5. - С. 158-164.

19. Чечилова С. Б. Трансгенная пища / С. Б. Чечилова // Здоровье. - 2000. - Т. 75, № 6. - С. 20-23.

Размещено на Allbest.ru