Биотехнология, ее направления. Генная инженерия, клонирование. Этические аспекты биот

Биотехнология – дисциплина на стыке естественных и инженерных наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности живых организмов. Чаще всего методы биотехнологии применяются в медицине, пищевой промышленности, также для решения проблем в области энергетики, охраны окружающей среды, и в научных исследованиях. В основе биотехнологии, как и в основе селекции, лежит использование искусственного отбора. Направление сформировалось за последние два десятилетия, хотя первые биотехнологические проекты были реализованы ещё в середине ХХ века (микробный синтез антибиотиков).

Направления биотехнологии:

• Микробиологический синтез. В настоящее время с помощью микробиологического синтеза производят антибиотики, ферменты, аминокислоты, полупродукты для дальнейшего синтеза разнообразных веществ, органические кислоты, кормовые белки, феромоны (вещества, с помощью которых можно управлять поведением насекомых) и др. Технология производства этих веществ хорошо отработана, получение их микробиологическим путём экономически выгодно. Современное микробиологическое производство – производство очень высокой культуры, ведь всё производство работает только в условиях строжайшей стерильности: стоит попасть в ферментатор лишь одной клетке микроорганизма другого вида, как всё производство может остановиться – «чужак» размножится и начнёт синтезировать совсем не то, что нужно человеку.

  В то же время идут поиски видов микроорганизмов, которые обладают способностью синтезировать в больших количествах другие необходимые вещества. В частности, учёные работают над тем, чтобы сделать выгодным производство с помощью микроорганизмов обычных химических продуктов: ацетона, различных спиртов, простых органических кислот, окиси пропилена и т. п. На микробиологической основе пытаются производить горючее: метан и спирт. Уже сейчас спирт, полученный микробиологическим путём, конкурирует с бензином по своим «рабочим» качествам, а также по показателям, очень важным с точки зрения охраны природы: продукты сгорания спирта не загрязняют окружающую среду.

  Эти работы учёных важны ещё и по другой причине. Сейчас химическая промышленность для производства горючего, ацетона и других подобных веществ использует как исходное сырьё нефть, газ и уголь. Но их запасы не безграничны.А в микробиологической промышленности для производства химических продуктов могут использоваться (и уже частично используются) неограниченные, постоянно возобновляющиеся массы органического сырья, отходов, образующихся в сельском хозяйстве, лесной и деревообрабатывающей промышленности, очистных сооружениях городов и т. п.Разработка и внедрение эффективных технологий такого производства – задача, имеющая большое значение для экономики.

• Клеточная и генная инженерия – прямое изменение генетического аппарата организма (прокариотического или эукариотического) с целью придачи ему новых полезных свойств. Наибольшие успехи были достигнуты в области изменения генетического аппарата бактерий. Вводить новые гены в геном бактерии научились с помощью небольших кольцеобразных молекул ДНК – плазмид, присутствующих в бактериальных клетках. В плазмиды «вклеивают» необходимые гены, а затем такие гибридные плазмиды добавляют к культуре бактерий, например кишечной палочки. Некоторые из этих бактерий поглощают такие плазмиды целиком. После этого плазмида начинает реплицироваться в клетке, воспроизводя в клетке кишечной палочки десятки своих копий, которые обеспечивают синтез новых белков, например,лекарственных – инсулина, интерферона, соматотропина.

  Рис. 1. Плазмида в бактериальной клетке

  Как же обстоят дела с введением генов в генетический аппарат эукариот? Основная трудность здесь заключается в том, что изменить генотип всех клеток многоклеточного организма невозможно, поэтому, например, генноинженерная коррекция наследственных болезней человека также недостижима. Основные успехи связаны с созданием методов генетической инженерии, предназначенных для работы с культурами клеток растений и с одноклеточными растениями.

  Введение синтетических генов в искусственно культивируемые клетки может привести к получению модифицированного растения: при определённых условиях изолированные клетки и их недифференцированная клеточная масса (каллус) могут превращаться в целые растения. И в таком растении должны действовать и передаваться по наследству искусственно введённые в исходную клетку гены. Таким путем получены многие широко культивируемые трансгенные растения: томаты, плоды которых устойчивы к гниению, культуры, устойчивые к гербицидам и др.; большие надежды связывают с возможностью получения трансгенных растений, способных к азотфиксации без участия симбионтов. Хотя успехи генетической инженерии сопряжены с известным риском (например, экологи обеспокоены возможностью попадания трансгенных организмов в природные популяции), а также не исключена возможность использования манипуляций с геномом в военных и террористических целях (превращение симбиотических бактерий и маловирулентных вирусов в высоко опасных возбудителей заболеваний или продуцентов токсинов), большая часть критики в средствах массой информации носит непрофессиональный алармистский характер. Но уже сейчас свыше 50 % посевных площадей сои – этосорта, полученные с помощью генной инженерии.

  Методами клеточной биотехнологии из одного растения можно получить миллионы одинаковых растений, а не десятки, как при использовании семян. Клеточная технология не требует больших площадей, не зависит от погодных условий и отличается огромной производительностью. Получение многоклеточного организма из одной клетки называется клонированием. Методики клонирования растений уже отработаны.

  Клонирование млекопитающих все еще представляет большую сложность, хотя и была доказана его принципиальная возможность (клонирование овечки Долли). Пределом успеха в клеточной инженерии животных и человека является на сегодняшний день получение жизнеспособных культур клеток, длительное время поддерживаемых вне организма, в т. ч.стволовых клеток.

  Применение биотехнологических методов по отношению к человеку ставит множество сложных этических вопросов. Допустимо ли клонировать человека? Как далеко может заходить вмешательство в человеческий геном? На эти и многие другие вопросы человечеству придется дать ответы уже в самые ближайшие годы. Пока же в большинстве стран манипуляции с человеческим геномом ограничены законодательно.