Transcript генна інженерія

Біотехнологія
- дисципліна, що вивчає можливості використання живих
організмів, їх систем чи продуктів їх життєдіяльності для
вирішення технологічних задач, а також можливості створення
живих організмів з необхідними властивостями методом генної
інженерії.
Біотехнологією часто називають застосування генної інженерії в XX
- XXI століттях, але термін відноситься і до більш широкого
комплексу процесів модифікації біологічних організмів для
забезпечення потреб людини, починаючи з модифікації рослин і
одомашнених тварин шляхом штучного відбору і гібридизації.
За допомогою сучасних методів традиційні біотехнологічні
виробництва отримали можливість покращити якість харчових
продуктів і збільшити продуктивність живих організмів.
Клітинна інженерія пов'язана з культивуванням окремих клітин
або тканин на спеціальних штучних середовищах. Виявилося,
що окремі рослинні клітини (на відміну від клітин тварин) у таких
штучних умовах мають тотипотентність, тобто здатні до
регенерації (формування) повноцінних рослин. Ця здатність
була використана для селекції.
Хромосомна інженерія пов'язана з можливостями заміщення
окремих хромосом у рослин або додавання нових. Отримані
таким шляхом форми називаються заміщеними лініями, або
доповненими лініями.
Під генною інженерією
зазвичай розуміють
штучне перенесення
потрібних генів від одного
виду живих організмів
(бактерій, тварин, рослин)
в інший вид, часто дуже
далекий за своїм
походженням.
Щоб здійснити
перенесення генів (або
трансгенез), необхідно
виконати такі складні
операції:
— виділення з клітин бактерій, тварин або
рослин тих генів, які намічені для
перенесення.
— створення спеціальних генетичних
конструкцій (векторів), у складі яких
намічені гени будуть пересаджуватися в
геном іншого виду.
— інтеграція генетичних векторів спочатку в
клітину, а потім у геном іншого виду і
вирощування змінених клітин у цілі
організми (регенерація).
Рослини й тварини, геном яких змінений
у результаті таких генно-інженерних
операцій, одержали назву трансгенних
рослин або тварин.
Суть генетичної інженерії
полягає в переміщенні
окремих генів з одного
організму (клітини) в інший,
що призводить до різних
фенотипових змін організмів
(клітин)
Сьогодні вчені можуть в
умовах in vitro розрізати
молекули ДНК у потрібному
місці, ізолювати, очистити, а
також очистити окремі її
фрагменти.
Генетична інженерія виникла на межі 70-х років ХХ століття.
Це пов’язано з досягненнями в галузі генетики та хімії нуклеїнових
кислот:
• Створення методів хіміко-фізичного синтезу генів
• Відкриття явища модифікації ДНК
1) Сільське господарство вдосконалення агротехніки
сільськогосподарських культур за
рахунок впровадження ГМО стійких
до шкідників ( Bt- картопля - стійка
до колорадського жука та інших
шкідників , Bt- кукурудза, бавовна
тощо).
Розробка та впровадження ГМО з
поліпшеним складом зерна
(кукурудза з підвищеним вмістом
білка, супер-квасоля зі зміненим
складом білка за рахунок генів
горіха; золотий рис з генами,
здатними синтезувати каротин).
Створюються культури, стійкі до
певних гербіцидів, як правило,
малотоксичних для людей, тварин ,
комах (соя, стійка до гліфосату),
культури, стійкі до посух, засолення
ґрунтів.
2) Фармакологія - синтез вакцин, гормонів, знеболювальних засобів та
інших фізіологічно-активних речовин.
Це має знизити собівартість лікарських засобів і підвищити їхню
чистоту та активність.
3) Хімія полімерів - використання рослин як екологічно чистих фабрик.
Хімічний синтез проводиться у декілька стадій з використанням
отруйних органічних розчинників та каталізаторів .
3а сприятливих умов вихід основної речовини складає близько 90%,
відходи, органічні розчинники та інші супутні речовини являють
собою загрозу довкіллю.
Єдина небезпека у цьому випадку - використання таких рослин не за
призначенням .
Генетична інженерія з моменту
зародження привертала увагу не тільки
блискучими перспективами,а й
потенційною небезпекою деяких
досліджень:
• невизначеність процесу
взаємодії рекомбінантних ДНК
з геном “рецепієнта”
• попадання робочих матеріалів за межі
території
В 1975 р. відбулася конференція, присвячена
проблемам одержання рекомбінантних молекул ДНК.
До складу конференції входили вчені з 16 країн, юристи,
представники преси, промислових компаній
Зібрання дійшло висновку, що генетична інженерія має
право на існування, але на існування під контролем.
Генотерапія пов'язана зі зміною
спадкового
апарату
людини,
потрібні особливі вимоги при
клінічному дослідженні:
Генна терапія - заміна дефектних
(негативних) генів нормальними.
Вона включає також використання
генів для лікування цукрового
діабету і СНІДу.
1) чітке знання дефекту гена і яким
чином формуються симптоми
хвороби;
2) відтворення генетичної моделі у
тварин;
3) відсутність альтернативної
терапії, або існуюча терапія
неможлива або неефективна;
4) безпека для хворого
В Україні дослідження в галузі
генної інженерії розпочато з
деяким запізненням,
порівняно із західними
країнами.
Проте на даний час одержано
клони гібридних клітин, що
виробляють моноклональні
антитіла.
Розроблено технологію
генетичної трансформації
шляхом мікроінєкції ДНК у
культивовані клітини і зародка
Масове використання ГМО
культур в
сільському господарстві почалося в 1994 році, коли був
створена перша харчова трансгенна ГМО-культура томат Flavr Savr.
За даними, доступним для громадськості, за станом на 2005 рік у
світі існували такі сільськогосподарські ГМО-культури:
11 ліній сої, 24 лінії картоплі, 32 лінії кукурудзи, 3 лінії цукрового буряка, 5
ліній рису, 8 ліній томатів, 32 лінії ріпаку, 3 лінії пшениці, 2 лінії дині, 1 лінія
цикорію, 2 лінії папайї, 2 лінії кабачків, 1 лінія льону, 9 ліній бавовни, З них
масово вирощувалися: соя, кукурудза, рапс і бавовна.
Всі ГМО культури,що вийшли на ринок були запатентовані, їх
використання платне. Патенти на понад 90% всього ГМ-насіння належать 3
компаніям-гігантам: "Сингента" (Швейцарія) і її підрозділу "Сингента Сідс"
(Франція), "Монсанто" (США) і "Байєр" і її підрозділу "Байєр КропСайєнс" (
Німеччина).
ГМО! Напрями застосування.
Рослини
ГМО
Тварини
ГМО
Мікроби
ГМО
Дріжді
ГМО
можуть використовуватися в різних цілях. В процесі
розробки банани, які будуть виробляти вакцину проти
інфекційних захворювань, таких як гепатит B, риба,
що зростає вдвічі швидше ніж звичайна; корови, стійкі
до коров'ячої губчастої енцефалопатії (коров'ячого
сказу); фруктові і горіхові дерева, які дають врожай на
кілька років раніше, і рослини,з яких виробляють нові
види пластмас з унікальними властивостями.
У наступному десятилітті очікується експонентний
прогрес в розвитку технологій ГМО, дослідники
отримають підвищений і безпрецедентний доступ до
геномних ресурсів.
Першою в світі ГМО-рибою, що надійшла в продаж, може стати дітище
канадської Біотек-компанії, повідомлення про який з'явилося навесні
2000 р. Мова йде про генетично модифікованого лосося, який зростає в
4-6 разів швидше звичайного.
Прикладом використання ГМО рослин для створення вакцин є роботи,
виконані в Стенфордському університеті. У роботі були отримані антитіла
до однієї з форм раку за допомогою модернізованого вірусу тютюнової
мозаїки. Рослини, інфіковані зміненим вірусом,виробляли антитіла
правильної конформації в достатній для клінічного застосування кількості.
80% мишей, що отримували антитіла, пережили лімфому, у той час як всі
миші,що не отримували вакцини, загинули.
Було проведено створення вакцини, що
продукується ГМО картоплею, проти
інсулінозалежного діабету.
У бульбах картоплі
накопичувався комплексний білок, що
складається з субодиниці В токсину холери і
проінсуліну. Наявність субодиниці В полегшує
споживання даного продукту клітинами, що робить
вакцину в 100 разів більш ефективною.
Згодовування бульб з мікрограмовимикількостями
інсуліну мишам, хворим на діабет, дозволяло
загальмувати прогресування хвороби.
Вчені-генетики змогли добитися такого ефекту, блокувавши ген,
регулюючий виділення білка міостатін, переважної ріст і
диференціювання м'язових тканин, коли ті досягають певної межі.
Таким чином, генетики буквально створили справжнього
Шварценеггера на полі.
Результат: холодостійкий помідор, - в овоч пересадили
ген
північноатлантичної
камбали.
Аналогічний
експеримент був проведений з полуницею. Ще один
приклад - картопля, яку не їсть колорадський жук
(перенесення в рослину гена земляної бактерії наділило
його здатністю продукувати у своїх листах токсичний
для жука білок). Є дані, що в пшеницю «вбудували» ген
скорпіона - для забезпечення стійкості до посушливого
клімату. Японські генетики ввели в геном свині ген
шпинату: в результаті м'ясо стало менш жирним.
Цікаві факти:
 ГМ мікроорганізми давно й активно використовують для виробництва
антибіотиків, амінокислот, ферментів, вітамінів, вакцин та ін. Прикладами
ліків є рекомбінантний інтерферон, генно-інженерний інсулін.
 Культури зі значно більшим потенціалом врожайності і стійкості до ряду
біотичних та абіотичних факторів.
 90% всіх існуючих у світі ГМО культур - це рослини, стійкі до певних хімікатів,
перше місце серед яких займає гербіцид Раундап, вироблений компанією
"Монсанто".Покупець, який отримує насіння стійких до гербіциду ГМОрослин, зобов'язаний придбати у тій самій компанії і хімікат. Протягом дев'яти
років, з 1996 по 2004 р., стійкість до гербіцидів незмінно залишалася
провідною властивістю ГМО-культур, на другому місці була стійкість до
комах-шкідників. У 2004 р. культури, стійкі до гербіцидів - ГМ-соя, ГМкукурудза, олійний ГМ-ріпак і ГМ-бавовник - займали 72%, або 58,6 млн. га із
загальносвітової площі в 81 млн. га, зайнятоїГМО- культурами, а Вt-культури,
що виробляють в собі токсин, який відлякує шкідників, вирощувалися на
території 15,6 млн. га (19%). Площі ГМ-бавовни та ГМ-кукурудзи з
комбінованими генами стійкості до гербіцидів і шкідників займали всього 9%,
або 6,8 млн. га.
Практика застосування(кукурудза):
Одним з факторів ризику в одержанні високих і
стабільних урожаїв є ураження посівів комахами. Так,
наприклад, збиток від ураження посівів кукурудзи
кукурудзяним метеликом (Ostrinia nubialis) у США становить
близько мільярда доларів на рік. А тисячі тонн інсектицидів,
що
витрачаються
щорічно,звичайно,не
дуже
корисні для навколишньогосередовища.
Молекулярні біологи зуміли забезпечити організми
імунітетом до їх шкідників. Найбільш поширеним прийомом
створення інсектицидних рослин зараз є введення в їх геном
гена
білка
(Bt-токсину),
природного
інсектициду,
що
виробляється грунтовими бактеріями Bacillus thuringiensis. Btзахищені рослинивикористовують один або кілька Cry-білків для
захисту від лускокрилих і жорсткокрилих шкідників.
Учені особливо виділяють ризики, пов'язані з використанням ГМО у
фармацевтиці. У 2004 р. одна американська компанія повідомила
про створення сорти кукурудзи, з якого в подальшому планувалося
отримання
протизаплідних
препаратів.
Неконтрольоване
перезапилення такого сорту з іншими сільгоспкультурами може
призвести до серйозних проблем з народжуваністю.
Практика застосування(картопля):
Хвороби
Шкідники
Хвороби:Також вже зареєстрований сорт генно модифікованої картоплі,що
самодезинфікується – в картоплю був вживлений ген грибка,що переробляє
глюкозу в перекис водню. Така картопля створює навколо себе стерильне
мікросередовище,і не чутлива до гнилі чи інших хвороб.
Шкідники: У світі створено декілька сортів картоплі, стійкої до колорадського
жука, і два з них дозволені для реалізації населенню і використання в харчовій
промисловості . Ці сорти картоплі, створені фірмою «Монсанто», можуть
імпортуватися тільки як харчові продукти, але не в якості насіння для
вирощування.
Громадянин Росії і інтервю місцевій газеті розповів , що кілька
років поспіль немає проблем з вирощуванням картоплі на своїй землі.За
його словами з невідомих причин її не їсть колорадський жук.Картоплю
швидко розібрали сусіди та посадилина свої ділянки, їх дуже порадувала
можливість позбавитися від смугастого загарбника.
Ніхто з них не знав, що вирощує генетично модифікований сорт
картоплі «Новий лист», що був розкрадений з експериментальних посадок в
кінці 90-х. Щоправда, за офіційною версією, всі рослини та плоди, отримані в
результаті цього експерименту, повинні були знищити,через загрозу безпеці.
Сьогодні ГМО компоненти містять в багато звичних нам доступних
продуктів харчування, навіть дитячі суміші.
ГМО ріпак(переваги):
 безпечно вживати в їжу
 безпечніший для навколишнього середовища, тому що гліфосат менш
токсичний, ніж інші гербіциди і не змивається у водні шляхи
 допомагає звести до мінімуму витрати поживних речовин з грунту і
деградацію грунтів
 дозволяє фермерам вибрати стратегію контролю бурянів
 зберігає фермерам час і витрати на запилення
 підвищує прибуток, тому що фермери отримують кращі врожаї – ГМО
ріпак не конкурує з бурянами
 вигідніший для акціонерів компанії, оскільки прибутки компаній
збільшуються
 вигідніший для торговців насінням, так як вони можуть продати
насіння вищої якості за вищою ціною.
Недоліки ГМО ріпака:
може призвести до утворення речовин у рослині, які
шкідливі для людей і сільськогосподарських тварин
може призвести до виробництва у рослині менш поживної
олії , ніж незмінений ріпак
може схрещуватися з іншими рослинами в тому числі
бур'янами і зробити їх стійкими до гербіцидів
не може бути хорошим для фермерів, оскільки насіння має
тенденцію
бути
більш
дорогим,
ніж
традиційно
використовуване насіння
може спонукати фермерів використовувати більше
гліфосату, роблячи бур'яни більш схильні до розвитку
стійкості до гербіциду
Потрібно
детально
вивчити
кожен
аспект
цього
питання,провести дослідження ГМО ріпака, щоб точно
сказати варто його вирощувати чи ні.
Китай знаходиться на порозі глобального поширення вирощування та
виробництва генетично модифікованого рису. У Китаї було здійснено
дослідження двох з 4-х сортів, які вирощують фермери. Одним словом
такий рис знаходиться на завершальній ступені перед дозволом на
глобальне використання.
За словами наукового консультанта Грінпіс д-ра Джанет Коттер:
"У нас є всі підстави думати, що трансгенний Bt-рис може спровокувати
алергічні реакції у людини: було доведено, що білок у Bt-рисі (відомий як
Cry1Ac) викликає випадки алергії у мишей", - підкреслила експерт.
"Китай вирішив, що звичайна технологія не дозволить йому годувати
свій народ", говорить Клайв Джеймс, голова і засновник Міжнародної
служби Agri-Biotech Applications (ISAAA). За останні 12 років з ГМкультурщо були вирощені в комерційних цілях,більшість були посаджені
в Америці. "Я вважаю, що друге десятиліття буде десятиріччям Азії",
говорить Клайв Джеймс.
Культурні рослини
- Покращення смаку та якості
- Зменшення часу дозрівання
- Збільшення вмісту поживних речовин, врожаїв, і стійкості до шкідливих факторів
- Підвищена стійкість до хвороб, шкідників, гербіцидів
- Нові продукти і технології вирощування
Тварини
- Покращене здоровя, продуктивність, стійкість до холоду, і нарощування маси
- Більша кількість і вища якість м'яса, яєць і молока
- Поліпшення здоров’я тварин і методів діагностики
Навколишнє середовище
- "Дружні" біогербіциди і біоінсектициди
- Охорона грунтів, води,повітря та збереження енергії
- Біопереробки для лісового господарства
- Природна переробка відходів
- Більш ефективна виробництво продуктів
Суспільство
- Збільшення продовольчої безпеки для зростаючого населення
Безпека
- Потенційний вплив на здоров'я людини, в тому числі алергени, передача генів стійкості до
антибіотиків, та ще не вивчені фактори.
- Потенційний вплив на навколишнє середовище, в тому числі: ненавмисне переміщення
трансгенів шляхом перехресного запилення, невідомі фактори впливу на інші організми
(наприклад, грунтові мікроорганізми), втрата флори і фауни.
Інтелектуальна власність
- Домінування в світовому виробництві продуктів харчування декількох компаній
- Збільшення залежності країн, що розвиваються від промислово розвинених країн
- Біопіратство, або несанкціонована експлуатація природних ресурсів
Етика
- Зменшення цінності природних організмів
- Невміле поводження з природою шляхом змішування генів між видами
- Заперечення стосовно вбудовування генів тварин в рослини і навпаки
- Стрес для тварин
Маркування
- Не обов'язкове в деяких країнах (наприклад, США)
- Змішування ГМ культур з органічними продуктами робить маркування марним.
Суспільство
- Нові досягнення можуть бути використані на користь лише багатих країн.
Дякую
за увагу