Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Пол Наим Берг (англ. Paul Naim Berg; род. 30 июня 1926 года, Бруклин, США) -- американский биохимик, почётный профессор Стэнфордского университета, лауреат Нобелевской премии по химии.

Будучи молодым исследователем он решил несколько ключевых проблем метаболической химии и продолжил исследовать механизмы, по которым ДНК и РНК управляют синтезом белков в живых системах. В 1972 Берг и его коллеги из Стэнфордского университета синтезировали первую рекомбинантную ДНК (р-ДНК).

Затем последовало создание бактерий, несущих гены мушки дрозофилы, кролика, человека.

Трансгенные организмы получили разнообразные названия: рекомбинантные, живые измененные, генетически модифицированные, генно-инженерные, химерные.

Предпосылки создания рекомбинантной ДНК

Начиная с 1959 года, Пол Берг занимался исследованиями синтеза белков из аминокислот, также изучая механизмы транскрипции ДНК и выделил РНК-полимеразу в E. coli, которая синтезировала РНК из шаблона ДНК. рекомбинантный днк генетический модифицированный

Исследования Берга, касающиеся транскрипции ДНК и трансляции и РНК к белкам (экспрессия генов), помогли выявить связанные процессы регуляции генов, то есть в какой степени и при каких условиях данный ген или группа генов проявляются. В течение многих лет было очевидно, что некоторые бактериальные гены проявляются только в определенных условиях; например, синтез фермента культурой бактерий может быть включен и выключен с помощью изменения питания, количества кислорода и других переменных. Понимание механизмов включения и выключения в бактериях быстро распространялось в начале 1960-х. Несколько коллег Берга, включая Дэйла Кайзера, принимали участие в исследованиях. Кайзер проделал большую работу над лямбда фагами, лизогенными вирусами, который инфицируют E. coli. Лизогенные фаги привлекали внимание учёных, изучающих регуляцию генов, потому что, вместо того чтобы убивать хозяйскую клетку, такие вирусы оставались латентными, интегрировались с хозяйской ДНК и размножались вместе с ней.

В 1965 году Кайзер предположил, что механизм работы лямбда бактериофага аналогичен работе опухолевых вирусов млекопитающих, таких как обезьяний вирус 40 (SV 40) и полиомы, которые вызывают опухоли у обезьян и мышей. Параллель не была точной (гены опухолевых вирусов интегрировались, но не репрессировались в хозяйской клетке, и продолжали экспрессировать гены, которые превращают клетку в опухолевую клетку), но Берга заинтересовали последствия: могли ли вирусы быть использованы для изучения регуляции генов в клетках млекопитающих, так же как они были использованы в клетках бактерий? Желая изучить это, Берг решил прекратить работу над бактериальными системами для синтеза белков, научился культурировать клетки млекопитающих и использовать опухолевые вирусы как модели для изучения экспрессии генов в млекопитающих. Он провел 1967-68 год в институте Солка в Сан-Диего, изучая техники культурирования клеток с Ренато Дульбекко.

Когда П. Берг вернулся в Стэнфорд, он построил новую лабораторию, подходящую для работы с вирусами млекопитающих, и провел несколько лет, исследуя мутации SV40, характеризуя его геном и определяя, какие участки ДНК кодируют определенные гены. Следующая цель исследования, которая должна была в конечном итоге привести к развитию технологий рекомбинантной ДНК, была заложена работой, которую Берг сделал ранее с Чарльзом Яновски. Эта работа была направлена на изучение мутаций в т-РНК, которые изменяли считывание генетического кода, используя лямбда фаги как преобразующие агенты, перемещали маленькие участки бактериальной ДНК от одного хозяина к другому. Берг хотел знать, могут ли опухолевые вирусы млекопитающих подбирать гены и переносить их в новые клетки по тому же механизму. Когда фаги делают это, они оставляют часть собственных генов, при длине 50 тысяч пар оснований они могут приспособиться к этим изменениям без последствий.

Создание рекомбинантной ДНК

Техника, которую Берг и его коллеги разработали для сплайсинга двух молекул ДНК, использовала набор ферментов, выделенных Корнбергом и другими. Во-первых, они разрезали циклический вирус SV40 и плазмидную ДНК при помощи ферментов-рестриктаз, открытых швейцарцем В.Арбером в 1970 г. Исходя из знаний, что лямбда фаги ДНК имели «липкие» концы, которые позволяли комплементарные пары оснований связывать в единую молекулу ДНК, скрученную в длинные цепи или циклы, они синтезировали «липкие» концы, путём добавления основания тимина или аденина (T или А), используя другой фермент. Затем, нити двух ДНК соединяют, используя ДНК-полимеразу, лигазу и другие ферменты. Эта сложная процедура, описанная Бергом, Дэвидом Джексоном и Робертом Симонсом в статье 1972 года в трудах Национальной академии наук, привела к созданию первой рекомбинантной молекулы ДНК.

Мораторий Берга

Первые успешные опыты с применением технологии рекомбинантных ДНК вызвали ожесточенные споры в среде научной общественности.

Первым выразил беспокойство по отношению к технологии рекомбинантных ДНК Р. Поллак, специалист в области биологии клетки, изучавший в лаборатории П. Берга в Колд-Спринг-Харборе трансформацию клеток мыши вирусом SV-40. Ознакомившись летом 1971 г. с первыми результатами Дж. Мерц, которая была аспиранткой Берга, по созданию рекомбинантных ДНК и ее планами по генетической инженерии вируса SV-40 он спросил Берга, задумывался ли тот о потенциальной биологической опасности новой технологии. Поллак предположил, что бактерии, несущие ДНК потенциально опасного онкогенного вируса могут превратиться в векторы - переносчики рака человека.

Очередной виток развития опасений по поводу новых технологий был вызван распространившимся в 1974 г. представлением о том, что в ДНК мышей и всех других высших организмов могут содержаться участки ДНК онкогенных вирусов. Из этого предположения проистекала потенциальная опасность практически любых опытов с рекомбинантными ДНК позвоночных, в том числе человека. Так же было высказано предложение о принципиальной опасности создания плазмид, несущих множественные маркерные гены устойчивости к антибиотикам и способных бесконтрольно распространяться в популяции бактерий пищеварительного тракта человека.

В связи с этими опасениями в 1974 г. по инициативе Пола Берга в журнале «Science» был опубликован призыв, подписанный группой выдающихся ученых-биологов, ввести всемирный мораторий на проведение определенных типов экспериментов с рекомбинантными ДНК до разработки специальных мер безопасности при проведении экспериментов, которые удовлетворили бы всех ратующих за безопасность работ в этой области. В 1975 г. специальный правительственный доклад, требовавший от лабораторий, занимающихся исследованиями рекомбинантных ДНК, введения специальных мер предосторожности, был опубликован в Великобритании.

В феврале 1975 г. в Калифорнии в Асиломарском центре по проведению конференций близ Монтре Полом Бергом была организована конференция, собравшая более 100 ученых с мировым именем в области молекулярной биологии. Основной задачей этой конференции, получившей название Асиломарской встречи, была консолидация мнений о необходимости введения определенных ограничений на исследования с использованием рекомбинантных ДНК и выработка правил, регламентирующих такие исследования. Из-за невозможности на тот момент оценить реальную опасность генно-инженерных работ в соответствии с принципом предосторожности ученые пришли к общему мнению о необходимости проведения работ по клонированию ДНК только с участием организмов, «ослабленных» генетическими методами и потому способных нормально развиваться исключительно в оптимальных условиях изолированной культуры (в пробирке). Тогда же был высказан призыв к созданию безопасных для здоровья человека векторных систем, которые могли бы быть использованы и за пределами лабораторий. Но вопрос о безопасности генной инженерии не был закрыт: несмотря на то, что в последние десятилетия тысячи рекомбинантных продуктов были использованы без каких-либо побочных эффектов, многие критики до сих пор выступают за введение жестких мер предосторожности.

Безопасность генно-модифицированных организмов

В начале 1980-х годов в США были получены первые линии ГМО, предназначенные для коммерческого использования. Правительственными организациями, такими как NIH (Национальный институт здоровья, англ. National Institutes of Health) и FDA (Управление по контролю за качеством пищевых продуктов, медикаментов и косметических средств, англ. Food and Drug Administration), была проведена всесторонняя проверка этих линий. После того, как была доказана безопасность их применения, эти линии организмов получили допуск на рынок.

На вопрос о безопасности продуктов из генетически модифицированных организмов Всемирная организация здравоохранения отвечает о невозможности общих утверждений об опасности или безопасности таких продуктов, но о необходимости отдельной оценки в каждом случае, так как разные генетически модифицированные организмы содержат разные гены. Также ВОЗ считает, что доступные на международном рынке гм-продукты проходят проверки безопасности и употреблялись в пищу популяциями целых стран без отмеченных эффектов, и соответственно вряд ли могут представлять опасность для здоровья.

Как отмечается в докладе 2010 года Генерального Директората Европейской комиссии по науке и информации:

«Главный вывод, вытекающий из усилий более чем 130 научно-исследовательских проектов, охватывающих 25 лет исследований и проведённых с участием более чем 500 независимых исследовательских групп, состоит в том, что биотехнологии и, в частности, ГМО как таковые не более опасны, чем, например, традиционные технологии селекции растений.»

Тем не менее ряд ученых высказывает опасения в связи с недостатком долгосрочных исследований (2 года и более), наблюдавшимися эффектами в некоторых случаях и возможным несовершенством существующих проверок.

В 2015 году Международное агентство по изучению рака определило часто используемые для ГМ-культур гербициды глифосат и 2,4-D как «возможные канцерогены». При этом внедрение устойчивых к гербицидам ГМ-культур стало одним из факторов увеличения объемов использования гербицидов.

Использование устойчивых к гербицидам культур в сочетании с гербицидами широкого спектра негативно влияет на биоразнообразие диких растений, фауну сельскохозяйственных земель, а также снижает ротацию сельскохозяйственных культур, необходимую для повышения плодородия земель и уменьшения патогенной нагрузки.

Заключение

Всегда при переносе генов существует риск получения организма, который будет вырабатывать токсичные соединения, способные вызвать онкологические или аллергические заболевания. Эта возможность существует объективно, поскольку перенос гена в чужой геном очень сложно осуществить адресно, в строго определенное место, а случайное попадание гена в чужую ДНК может инициировать дестабилизацию всего генома, в том числе активацию так называемых «молчащих» генов. Последнее чревато совершенно непредсказуемыми последствиями. Тем более риск тяжелых последствий велик, если используются синтетические гены. И, несмотря на то, что утверждается, будто все трансгенные организмы тщательно проверяются и перепроверяются, нужно понимать, что в реальности проверить все влияние всех свойств ГМ-организмов, особенно в долговременной перспективе, нереально.

Даже само экспериментирование с переносом генов может быть смертельно опасным. Отец генной инженерии Пол Берг, осознавший, к чему может привести выход из-под контроля совершенно безобидной в природе кишечной палочки с легкомысленно пересаженным в нее вирусом рака, немедленно обратился с открытым письмом к ученым, в котором призвал прекратить опыты с рекомбинантными ДНК. Этот призыв, как показало время, был услышан лишь частично.

Уже сейчас появляются новые, устойчивые к лекарствам, формы бактерий, ранее непатогенные микроорганизмы приобретают болезнетворные свойства. Происходит это не только по вине генных инженеров, однако широкое и безответственное использование трансгенных методов открывает дополнительный и весьма мощный канал для мутации бактерий и вирусов.

Список литературы

1. Бейсон Ж. Генетика. - М.: Просвещение, 2007. - 128с.

2. Берг Р. Наследственность и наследственные болезни человека. - М.: Наука, 2007. - 140с.

3. Гайсинович А.Е. Зарождение генетики. - М.: Наука, 2007. - 194

4. Голубовский М. И снова: о наследовании приобретенных признаков // Знание-сила. - 2007. - № 8. - С.44-52

5. Дубинин Н.П. Генетика вчера, сегодня и завтра. - М.: Наука, 2008. - 210с.

6. Фишер Э. Дешифровщики наследственности: Об истории и достижениях генетики // ГКО. - 1999. - № 9. - С.131-140

7. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. - Новосибирск, 2006. - 304с.

Размещено на Allbest.ru