Генно инженерство

Генното инженерство (или още генно модифициране) е свързано с директна манипулация на гените на един организъм. При традиционните методи в животновъдството и растениевъдството, гените на организмите се манипулират индиректно. За разлика от тях, при генното инженерство чрез молекулярно клониране и трансформация директно се променят структурата и характеристиките на гените. Методите на генното инженерство намират успешно приложение в случаи като увеличаване на добивите, производството на синтетичен човешки инсулин чрез използването на модифицирани бактерии, производство на еритропоиетин в клетки от яйчници на китайски хамстер и други.

Тази страница частично или изцяло представлява превод на страницата Genetic engineering в Уикипедия на английски. Оригиналният текст, както и този превод, са защитени от Лиценза „Криейтив Комънс – Признание – Споделяне на споделеното“, а за съдържание, създадено преди юни 2009 година – от Лиценза за свободна документация на ГНУ. Прегледайте историята на редакциите на оригиналната страница, както и на преводната страница, за да видите списъка на съавторите. ​ ВАЖНО: Този шаблон се отнася единствено до авторските права върху съдържанието на статията. Добавянето му не отменя изискването да се посочват конкретни източници на твърденията, които да бъдат благонадеждни.​

Източници

Определението на генното инженерство според Речника и съкращенията на термини свързани с биоразнообразието е определянето на кодирането на гените за полезни отличителни черти и тяхното въвеждане в други видове растения и животни ("трансгенетични видове"). Генното инженерство предоставя възможност за корекция на генетичните дефекти в източника или за въвеждане на нови, желани генетични характеристики, които ще останат в обекта и могат да се предадат на неговите потомци. Второто определение е манипулиране на ДНК за формиране на хибридна(хибрид) молекула, нова комбинация нееднакви ДНК (така наречени рекомбинирани ДНК). Техниката позволява заобикаляне на всички биологични ограничения чрез генетичен обмен, смесване и дори може да позволи комбиниране на гени от съвсем различни видове. Генно инженерство започва да се развива в началото на 70-те години на 20 век.

Доста от храните, които използваме в днешно време са продукт на генното инженерство – семена, пшеница, соя, царевица, домати, ягоди и т.н. Процесът е известен с термините генно инженерство, генна модификация или генна манипулация. И трите термина значат едно и също нещо – прегрупиране на гените от един вид в друг, като съществуват примери от риба до домат и от прасе до човек. За да разберем как работи генното инженерство (ГЕ) ще започнем с малко основи на биологията. Какво е клетката? Клетката е най-малката жива частица, която може да се храни, възпроизвежда и (в някои случаи) да се движи. Всяко живо същество на земята е съставено от една или повече клетки. При по-висшите животни организмът е съставен от милиарди клетки, като всяка една от тях си има строго определена функция, която изпълнява, за да може да оцелее организмът. Размери: Клетките са микроскопични. Размерите им варират силно - от една стотна до една пета от милиметъра. Повечето са с диаметър от 0,01 мм. до 0,02 мм., но например яйцеклетката е 0,2 мм., а нервните клетки - около 0,1 мм.

Форми: Различните клетки имат различни форми - обла, продълговата, правоъгълна, разклонена като дърво и неправилна форма. Най-често ние разглеждаме обикновената клетка със сферична форма, като това е напълно условно и не винаги отговаря на истината. Интересни са тези клетки, които могат да менят формата си и така образуват псевдоподи, или "фалшиви крачета", чрез които се движат. Макар и малки, клетките са невероятно сложно устроени. В сравнение с тях устройството на един компютър изглежда лесно за разбиране като детска игра. Във всяка клетка има много подсистеми, хитроумни механизми и чудновати приспособления, които служат само на една цел - да запазят клетката жива. В това отношение клетката винаги ще бъде по-съвършена от най-добрите постижения на днешната наука. Събраните заедно клетки образуват тъкани, органи или структури (мозък, черен дроб, кости, кожа, листа, плодове и т.н.) В организмите клетките зависят една от друга, за да изпълняват функциите си – някои произвеждат ензими, други съхраняват захари или мазнини; различни са клетките, които изграждат скелетната структура и тези, които играят ролята на комуникатори, като нервните клетки; други са за защита, като белите кръвни телца или клетките бодли на рибите и растенията. За да бъдат напълно функционираща част от цялото, повечето клетки имат същата информация и ресурси.

Клетка, принадлежаща към по-висш организъм състои от следните най-важни части:

Клетъчна мембрана

Клетъчната мембрана огражда клетката и я предпазва от вредните действия на околната среда. Представете си един найлонов плик пълен с желе - без плика, желето ще се разпилее във всички посоки и неговата цялост и форма ще се нарушат. Обаче нещата с клетъчната мембрана стоят много по-сложно. Клетката не може да оцелее, ако е напълно изолирана от външната среда, понеже оттам тя приема хранителни вещества и изхвърля непотребните. В същото време тя трябва да е предпазена дотолкова, че да не се разрушава целостта на водоразтворимата й желеподобна цитоплазма и да не допуска полезните вещества да излизат навън, както и вредните - да влизат. Решението е просто и се нарича избирателна пропускливост, или способността на клетъчната мембрана да пропуска само тези вещества, които е необходимо, и да не допуска изтичането на нужни или приемането на ненужни вещества от клетката.

Цитоплазма

Цитоплазмата на клетката е желеподобна маса, която с лекота мени формата си. Тя съдържа най-вече вода, както и някои белтъци. При някои клетки, когато настъпят неблагоприятни условия, цитоплазмата може да загуби голяма част от водата си, без това да направи клетката нежизнеспособна. В цитоплазмата са разположени всички останали клетъчни органели. Тя участва в пренасянето на веществата до различни части на клетката.

Ядро

Ядрото е една от най-интересните части на живата клетка. Макар че не всички клетки притежават добре обособено ядро, човешките клетки го имат. То изпълнява една важна задача - да пази наследствената информация на клетката. За целта в него има много нишки, които съдържат дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК). В тази ДНК се съдържа жизненоважна информация за клетката - от нея зависи дали клетката ще е на човек, слон или бактерия. В ДНК е записан "планът" на клетката - какви белтъци да произвежда, какво да прави с хранителните вещества, как да се дели и т.н.

Протеините са основните градивни материали на клетките, всъщност те изграждат клетките. Погледнати от близо се вижда, че те се са изградени от верига от аминокиселини, малки градивни частици, които лесно се свързват. Обикновено протеините са със сложна структура като различните протеини има различни функции. Те могат да бъдат транспортни молекули (свърващия се с кислорода хемоглобин на червените кръвни телца); могат да бъдат антитела, ензими (например храносмилателни) или хормони (по-подробно за хормоните има в тази тема). Друга група са структурните протеини, които формират границите и осигуряват движението, еластичността и способността на клетките да се свиват. Например мускулните влакна са изградени предимно от протеини. Всичко това прави протеините изключително важни за формирането на клетките и за нормалното им функциониране.

Хромозомите се наричат още „цветни тела”, защото могат да бъдат видени под микроскоп с използването на определена боя. Изглеждат като възли на тънък конец. Хромозомите са мястото, където се съхранява цялата генетична (наследствена) информация. Тази информация е „написана” по продължението на тънкия конец и се нарича ДНК. ДНК е съкращение от дезоксирибонуклеиновата киселина, нуклеинова киселина, която може да бъде открита в ядрото. Генетичната информация е написана под формата на код, почти като музикална касета. За да бъде подсигурен и в безопасност, се използва двойна спирала. Когато клетката се дели, тя също копира цялата ДНК и информацията се предава на дъщерната клетка. Цялата генетична информация на организма се нарича геном. Клетките на човека, например разполагат с два комплекта от 23 различни хромозома, един комплект от бащата и един - от майката. Дължината на ДНК-то в човешкото тялое приблизително 60 000 000 000 километра, което се равнявана разстоянието от Земята до Луната 8000 пъти!

Информацията, съдържаща се хромозомите в ДНК-то в написана и кодирана по такъв начин, че би могла да бъде разбрана от почти всички живи организми на Земята. Това се определя като кога на живота. В тази кодираща система, клетките се нуждаят само от четири символи (наричани нуклеотиди), за да извлекат инструкциите за това как да направят протеин. Нуклеотидите са единиците, от които ДНК е съставено. Информацията за това как е структурирана клетката и как функционира е закодирана в един специален ген. Генът е с определена дължина на ДНК-то с точно определени инструкции за производството на специфичен протеин. Кодовата поредица на един ген е средно с дължина от около 1000 букви.

Как клетката знае как да произведе определен протеин и точно в какво количество? В началото на всеки има регулиращи елементи за всеки един ген, организатор, Той функционира като „контролна кула” Да вземем например производството на инсулин (той се произвежда, за да може да се изгаря кръвната захар). Когато пристигне съобщение от молекула: „повече инсулин”, контролната кула на инсулина показва местонахождението на гена на инсулина и казва „ето тук”. Съобщението пристига до мястото и започва генния процес. Никоя клетка не използва цялата информация, закодирана в ДНК. Клетките си разпределят работата помежду си и по този начин се специализират. Мозъчните клетки не произвеждат инсулин, чернодробните кклетки не произвеждат слюнка, нито пък кожните клетки произвеждат кости. Подобна организация има и при растенията, клетките на корените не произвеждат хлорофил, нито пък листата – нектар и т.н. Обобщено казано, генната регулация е много специфична за средата, в която се намира клетката и също така е свързана с нивото на развитие на организма. Така че ако искаме листата на мака да са червени като венчелистчетата, няма да можем да го постигнем, ако отглеждаме растението по нормален начин, независимо от факта, че листата имат цялата генна информация, необходима за това. Има блокиране, което пречи на листата да станат червени, като това блокиране може да бъде причинено от две неща: • Червеният ген е бил затворен завинаги и запушен за всички листни клетки. Така информацията не може да бъде достигната повече. • Листните клетки не се нуждаят от червения цвят и затова не се изисква от РНК-то да копират тази информация. Затова „съобщителната” молекула спира на червената командна кула, за да активира гена. [Една от главните функции на РНК е копирането на генетична информация от ДНК (чрез транскрипция и превеждането и в белтъци). Наличието на допълнителна хидроксилна група в структурата на нуклеотидите на РНК я прави по-нестабилна и по-лесно разрушима в сравнение със структурата на ДНК. Ето защо генетичната информация на организма се съхранява в ДНК (с редки изключения)].

Разбира се, както вече сте се досетили, има начин растението да бъде измамено и да го накарате да стане червено въпреки волята му. Бихме могли да вкараме червения ген като троянски кон, скрит за контролната кула на друг ген. Но за тази цел трябва да срежем гените и да ги залепим под различна форма. Точно тук приключва процеса на размножаването и започва генното инженерство. Размножаването е естествен процес на сексуално възпроизводство между едни и същи видове. Наследствената информация от двамата родители се комбинира и предава на поколенията. При този процес едни и същи сектори на ДНК могат разменяни между същите хромозоми, но гените остават на тяхната собствена и точно определена позиция и ред в хромозомите. Така генът ще бъде винаги обграден от същата ДНК, освен ако не се случи някакъв инцидент или мутация. Видове, които са близки може и да успея да се кръстосат, както например магаретата и конете, но техните поколения обикновено е безплодно (напр. мулето). Това е естествен инструмент, който да предпазва от смесването на гени, които биха могли да бъдат несъвместими и така се осигурява оцеляването на видовете.

ГЕННОТО ИНЖЕНЕРСТВО

Генното инженерство (ГЕ) се използва за взимането на гени и сегменти от един индивид, например риба и поставянето на гените друг вид, например домат. За да стане това, ГЕ разполага с технически средства, за да се среже ДНК-то на точно определени сегменти или случайно. Веднъж изолирани сегментите на ДНК-то могат да бъдат изследвани, да бъдат размножавани и залепвани към други ДНК на други клетки или организъм. ГЕ прави възможно преминаването на границата между индивидите и размяната на информация между напълно несвързани организми. Все още има проблем – генът на рибата няма да работи в домата, освен ако водещия ген не покаже на домата клетка, която той ще разпознае. Такава последователност има или домата, или нещо подобно на него. Повечето компании използват по-кратък път и дори не се занимават да търсят подходящ водач на домата, защото би отнело години, за да разберат вътрешно клетъчната комуникация и регулацията. За да избегнат дългото тестване и нагласяне, генното инженерство на растения се прави с виртуални водачи. Teхнологията на генното модифициране внася в живите клетки чужди за тях гени чрез вируси. В случая се експлоатира природното свойство на вирусите да вграждат своята генетична информация в тази на клетката-гостоприемник. По принцип да се вкара молекула генетичен код (ДНК) в жива клетка не представлява проблем и този процес протича спонтанно. Отдавна се знае, че през затворена изкуствена мембрана, наподобяваща клетъчната, големи молекули ДНК преминават във вътрешността на "клетката" при условия, нормални за организма, и макар че механизмът на този процес е все още недоизяснен, то съществуването му не буди никакво съмнение. Същият метод се използува от десетилетия за вкарване на гени в клетки с цел да се експресира в тях нужен за изследователя белтък в количества, каквито нормалните клетки не произвеждат, но вирусът-носител ги кара да синтезират само този белтък и нищо друго. Така че дотук методиката е отработена перфектно. Постъпилата в клетката ДНК се вгражда в клетъчния геном само ако е снабдена с определени участъци, способни да се "вмъкват насилствено" в чуждия генетичен материал. Такива участъци, както вече казахме, притежават вирусите. Поради това вирусите, използувани за ГМ се наричат вирус-вектори. Така, "носещият" желания ген вирус влиза в клетката и се вгражда в нейната собствена ДНК. При това се вгражда на място, което той сам "избира", т.е. невъзможно е да се предскаже къде точно вирусът ще се намести заедно със съответния ген в цялостната картина на клетъчния геном. Мястото на вграждането обаче има огромно значение.

Отдавна е известно, че активността на гените зависи от тяхното обкръжение, с други думи, от точното им положение спрямо всеки от останалите клетъчни гени. Всяка, дори на пръв поглед нищожна промяна в това положение може, и най-често води, до промяна в активността на множество гени. А всяка подобна промяна е равносилна на патология, която може да засегне само определена тъкан, но може да обхване и целия организъм, какъвто е случаят със злокачествените заболявания. Класически пример за подобно взаимодействие между клетка и чужда за нея генетична информация е вирусът на Епщайн-Бар, описан преди 40 години. След проникването на вируса в клетката, той вгражда своята ДНК в клетъчния геном и вместо да се размножава в клетките, той ги трансформира, опростено казано, в ракови клетки. Това вирусът постига единствено чрез промяна на взаимното положение на собствените клетъчни гени, като инициира преноса на част от една хромозома върху друга. При това след първото деление на така трансформираните клетки вирусната ДНК най-често "изчезва" от клетката, което неоспоримо доказва, че предизвиканите от вируса поражения са следствие от предизвиканите от него промени в положението на нормалните клетъчни гени. И това се оказва напълно достатъчно за да се развие многообразната клинична картина на заболяването, която варира от рак на лимфната тъкан и карцином на горните дихателни пътища, до тежки увреди на нервната система ("Инфекциозни болести", авт. Проф д-р И. Диков, ИК "Знание", София, 1999). Множество вируси действат по същата схема и 90% от тях предизвикват злокачествени заболявания. При това, подчертавам, самият вирусен геном не се размножава той просто променя взаимното местоположение на нормалните клетъчни гени, и тъкмо тази промяна води до злокачествена трансформация на клетките. (за това откритие Harold e. Varmus и J. Michael Bishop получиха през 1989 г Нобелова награда по медицина). Подобни събития вече са описани у лабораторни животни в резултат на консумация на ГМ храна. Проблемът в изследването на тези процеси в човешката популация обаче е в това, че между момента на проникване на вируса в клетката и злокачествената трансформация на тъканта може да мине много време, понякога години, както това става с вируса на СПИН, например. Причината за това "отлагане на присъдата" е, че организмът като цяло, докато е в добро здраве, разполага с добри механизми за защита срещу патогенни генетични промени, когато те настъпват в отделни клетки. Но когато клетките, поразени от вируса, са много, а защитните сили отслабнат в резултат на стрес, замърсявания на средата или други фактори, злокачествената трансформация на тъканите може да се развива необезпокоявано. Чак тогава се проявява и клиничната картина, човекът отива при лекаря, започват изследвания и химиотерапия и никой не е в състояние да направи връзката между това, което се случва сега и това, че този човек преди 5 години е пиел соево мляко вместо краве, защото от кравето е имал киселини. Като се има предвид, че повечето от нас не си спомнят какво са яли вчера, шансът някой някога да докаже връзката между злокачествените заболявания и консумацията на ГМ-храна е практически нищожен, особено пък ако не сме знаели изобщо, че някога сме се хранили с ГМ-растения, защото никой не си е направил труда да ни го каже. Наистина, ако използуването на ГМ-храни беше ограничено в рамките на една държава или континент за продължително време, един многофакторен корелационен анализ на голяма популация хора за срок от 10 години би могъл да даде някакви достоверни резултати, и то при положение, че информацията е събирана в детайли и съвестно в продължение на целия този период и съответното правителство позволи достъп на независими експерти до нея. За съжаление, всички тези условия са вече неизпълними, защото ГМО са разпространени в една или друга степен по цялата планета. Това е и причината, поради която производителите на ГМХ си позволяват да заблуждават хората, че досега няма регистрирани трайни вреди от консумацията на ГМХ върху човешкото здраве те практически няма и как да бъдат доказани вече.

Едно интересно законодателното проучване на тема Изследване и защита на човешките ембриони

Основните опасностите и потенциални пречки от въвеждането на генетично модифицирани организми и консумирането на храни получени от тях се свеждат до следните три точки:

ГЕННАТА ТЕХНОЛОГИЯ НЕ Е ПРЕЦИЗНА. Вкарването на чужди гени в манипулирания организъм е процес, при който местото където ще попадне чуждия ген не може да се контролира. Като последствие от това е огромният риск от предизвикване на смущения във функциите на останалите гени и на организма приемник. ПОВСЕМЕСТЕН ПРОВАЛ НА СЕЛСКО-СТОПАНСКАТА РЕКОЛТА. Компаниите имат за цел печалба от патентоването на генно модифицирани семена. Растенията от такива семена могат да предизвикат появата на специфични вредители и до поголовно унищожаване на добивите. ЗАПЛАХА ЗА ЦЯЛОСТНОТО СНАБДЯВАНЕ С ХРАНИ. Генетично модифицирани семена могат да бъдат лесно пренасяни от насекоми, птици, вятър до съседни места и по-далече. Опрашване на немодифицирани растения с полен от трансгенни може да доведе до генното им замърсяване.