Реферат - Влияние генной инженерии на экологию - файл n1.docx

Реферат - Влияние генной инженерии на экологию
скачать (52.1 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx53kb.07.11.2012 02:06скачать

n1.docx

Оглавление




Введение. О генной инженерии. 1

«За» генную инженерию. 7

«Против» генной инженерии. 10

Генная инженерия в сельском хозяйстве. 14

Влияние генной инженерии на экологию. 18

Экологические риски, связанные с генной инженерией. 20

Заключение. 23

Литература. 24



Введение. О генной инженерии.



Генетическая инженерия - система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать лабораторным путем (в пробирке) искусственные генетические структуры в виде так называемых рекомбинантных или гибридных молекул ДНК. Это подразумевает получение новых комбинаций генетического материала путем проводимых вне клетки манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот и переноса созданных конструкций генов в живой организм, в результате которого достигается их включение и активность в этом организме и у его потомства. Речь идет о направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма с последующим введением их в живой организм. Рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата рецепиентного организма и сообщают ему новые уникальные генетические, биохимические, а затем и физиологические свойства. Перенос может не зависеть от таксономического родства используемых организмов. Эта особенность генной инженерии представляет ее главное отличие от ранее использовавшихся приемов изменения генотипа.

Технология рекомбинантных ДНК использует следующие методы:

На технологии рекомбинантных ДНК основано получение высокоспецифичных ДНК-зондов, с помощью которых изучают экспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены, обладающие родственными функциями (например, у человека и курицы). ДНК-зонды также используются в диагностике различных заболеваний.

Технология рекомбинантных ДНК сделала возможным нетрадиционный подход "белок-ген", получивший название "обратная генетика". При таком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этого белка, модифицируют его, создавая мутантный ген, кодирующий измененную форму белка. Полученный ген вводят в клетку. Если он экспрессируется, несущая его клетка и ее потомки будут синтезировать измененный белок. Таким образом можно исправлять дефектные гены и лечить наследственные заболевания.

Получить копию любого гена в настоящее время задача совсем нетрудная. В некоторых заведениях для этого требуется всего одна исходная копия. Получение множества идентичных копий называют клонированием. В качестве клонирующего вектора (т.е. переносчика ДНК, которую нужно клонировать) традиционно используют плазмиды или бактериофаги. Плазмиды – это небольшие кольцевые фрагменты ДНК, обнаруженные в некоторых бактериях. Они отделены от основной (хромосомной) ДНК, и могут реплицироваться независимо от нее. Бактериофаги (или, для краткости, фаги)- это вирусы, которые могут вводить свою ДНК в бактериальную клетку, эта ДНК реплицируется. Фрагменты ДНК, которые необходимо клонировать, соединяют либо с плазмидной, либо с фаговой ДНК. Полученная «конструкция», состоящая из ДНК-фрагментов различных организмов, называется рекомбинантной ДНК. Если такую ДНК ввести в бактериальную клетку, то с каждым циклом деления увеличивается и число копий рекомбинантной ДНК. Встроенный в бактериальный геном чужеродный ген может использоваться для получения в промышленных количествах полезного белка, например такого, как инсулин человека, который в норме не производится бактериальной клеткой.

Если гибридную ДНК ввести в оплодотворенное яйцеклетку, могут быть получены трансгенные организмы, экспрессирующие мутантный ген и передающие его потомками. Генетическая трансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковых продуктов как в регуляции активности других генов, так и при различных патологических процессах. С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками. Например, микроинъекция рекомбинантной ДНК, содержавшей ген соматотропина быка в зиготу кролика позволила получить трансгенное животное с гиперпродукцией этого гормона. Полученные животные обладали ярко выраженной акромегалией.

Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека. Например, получение «биологических реакторов» - микроорганизмов, растений и животных, продуцирующих фармакологически значимые для человека вещества, создание сортов растений и пород животных с определёнными ценными для человека признаками. Методы генной инженерии позволяют провести генетическую паспортизацию, диагностировать генетические заболевания, создавать ДНК-вакцины, проводить генотерапию различных заболеваний.

Первенствующую роль в формировании генной инженерии сыграла генетика микроорганизмов, идеи и методы, разработанные молекулярной генетикой и химией нуклеиновых кислот. Формальной датой рождения генной инженерии считают 1972 г., когда группа П. Берга в США создала первую рекомбинантиую ДНК in vitro, объединившую в своем составе генетический материал из трех источников: полный геном онкогенного вируса обезьян SV40, часть генома умеренного бактериофага К и гены галактозного оперона Е. coli. Позднее, в 1978г, исследователи из компании "Генентек" впервые получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки (Е. coli). Было показано, что инсулин, полученный из E. Coli, не содержит ее белков, эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается. Впоследствии в клетках E. coli был осуществлен синтез проинсулина, для чего на матрице РНК с помощью обратной транскриптазы синтезировали ее ДНК-копию. После очистки полученного проинсулина его расщепили и получили нативный инсулин, при этом этапы экстракции и выделения гормона были сведены к минимуму.

До этого инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. Для получения 100 г кристаллического инсулина требуется 800-1000 кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200 - 250 грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. Это была первая практическая «победа» генной инженерии, сделавшей из кишечной палочки «поставщика» таких важных гормонов как инсулин и соматотропин.

Следующая «победа» была достигнута в 1980г., когда компания "Genentec" разработала технологию производства соматотропина. Соматотропин - гормон роста человека, секретируемый гипофизом. Недостаток этого гормона приводит к гипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4 - 6 мг соматотропина в пересчете на конечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден и мог содержать медленно развивающиеся вирусы.

В 1982 году гормон роста человека был получен в культуре E. coli и животных клеток в институте Пастера во Франции, а с 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР. При производстве интерферона используют как E. coli, S. cerevisae (дрожжи), так и культуру фибробластов или трансформированных лейкоцитов. Аналогичными методами получают также безопасные и дешевые вакцины.

Подняв на новый уровень биотехнологию, генетическая инженерия нашла также применение в разработке способов определения и устранения загрязнений окружающей среды. В частности, сконструированы штаммы бактерий, которые являются своеобразными индикаторами мутагенной активности химических загрязнителей. С другой стороны, генно-инженерным способом сконструированы штаммы бактерий, которые содержат плазмиды» под контролем которых происходит синтез ферментов, способных разрушать многие химические соединения-загрязнители среды обитания. В частности, некоторые плазмидосодержащие бактерии способны разлагать до безвредных соединений нефть и нефтепродукты, оказавшиеся в среде в результате различных аварий или других неблагоприятных причин.

«За» генную инженерию.










«Против» генной инженерии.



Возможность воздействовать на гены позволяет устранять причины наследственных болезней, изменять свойства организмов в нужном направлении, пересаживать гены из одного организма в другой и привносить в него новые признаки. Например, уже создаются новые организмы, сочетающие в себе свойства животных и растений.

Однако довольно сложно определить долговременные последствия генных манипуляций.

В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как она не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена. Поэтому невозможно предвидеть место встраивания и эффекты добавленного гена. Даже в том случае, если местоположение гена окажется возможным установить после его встраивания в геном, имеющиеся сведения о ДНК очень неполны для того, чтобы предсказать результаты.

В середине 1998 года английский ученый Арпад Пустаи на основании проведенных опытов впервые заявил о том, что употребление подопытными крысами генетически модифицированного картофеля привело к серьезным повреждениям их внутренних органов и иммунной системы. У животных возник целый набор серьезных изменений желудочно-кишечного тракта, печени, зоба, селезенки. Но самое зловещее - уменьшился объем мозга.

Это заявление вызвало противоречивую реакцию научной общественности. С одной стороны, институт, в котором работал Пустаи, заявил, что результаты его исследований являются необъективными.

Однако независимая комиссия, созданная из 20 ученых из разных стран, признала, что выводы Пустаи правильны, а безвредность генетически модифицированных продуктов действительно подлежит существенной переоценке.

Дополнительным подтверждением того, что воздействие генетически измененных продуктов на организм человека и окружающую среду является мало изучено, стало заявление года ученого Джона Лузи.

Так, в мае 1999 года он сообщил о том, что пыльца генетически модифицированной пшеницы, изначально содержащая небольшую долю пестицидов, способна убивать личинок бабочки-данаиды.

В то же время некоторые ученые опять высказали мнение о том, что лабораторные исследования не могут смоделировать условия живой природы, поэтому на них нельзя полностью полагаться.

В ноябре 1999 года для обсуждения результатов исследований Пустаи и

Лузи была организована специальная научная конференция, однако ее участникам не удалось выработать общего подхода к этому вопросу.

При этом само существование подобных противоречий свидетельствует, что выведение генетически модифицированных видов растений и животных представляет определенную опасность, обусловленную непредсказуемостью их развития и поведения в естественной среде.





Генная инженерия в сельском хозяйстве.



Рост народонаселения на Земле, как и десятилетия назад, опережает прирост производства сельскохозяйственной продукции. В настоящее время изыскивают нетрадиционные пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства, в связи с чем большие надежды возлагают на генетическую инженерию растений. Только с ее помощью можно радикальным образом расширить границы изменчивости растения в сторону каких-либо полезных свойств, передав ему гены от других (возможно, неродственных) растений и даже гены животного или бактерии. С помощью генетической инженерии можно определять присутствие вирусов в сельскохозяйственных растениях, предсказывать урожайность, получать растения, способные противостоять различным неблагоприятным факторам внешней среды. Сюда относят устойчивость к гербицидам (средствам борьбы против сорняков), инсектицидам (средствам борьбы против насекомых-вредителей), устойчивость растений к засухе, к засолению почв, фиксацию растениями атмосферного азота и т. п. В длинном перечне свойств, которыми люди хотели бы наделить сельскохозяйственные культуры, не последнее место занимает устойчивость к веществам, применяемым против сорняков и вредных насекомых. К сожалению, эти необходимые средства пагубно влияют и на полезные растения. Генетическая инженерия может существенно помочь в решении этих проблем.

Сложнее обстоит дело с повышением устойчивости растений к засухе и засоленности почв. Есть дикие растения, которые хорошо переносят и то и другое. Казалось бы, можно взять их гены, определяющие эти формы устойчивости, пересадить культурным растениям, и проблема решена. Но за эти признаки отвечают несколько генов, и пока не известно, какие именно.

Одна из самых волнующих проблем, которую пытается решить генетическая инженерия, - фиксация растениями атмосферного азота. Азотные удобрения — залог высокой урожайности. Ныне в мире производят более 50 млн т азотных удобрений, расходуя при этом большое количество электроэнергии, нефти и газа. Но только половина этих удобрений усваивается растениями, остальная вымывается из почвы, отравляя окружающую среду. Есть группы растений (бобовые), которые обычно берут азот не из почвы. На корнях бобовых поселяются клубеньковые бактерии, которые усваивают азот прямо из воздуха.

Но таким свойством биологической азотфиксации не обладают злаки. Между тем, именно этот биологический путь очень выгоден экономически: нет затрат на производство удобрений; азот усваивается на 100 %. Генетическая инженерия приступила к решению задачи, конечная цель которой - введение в злаки и другие растения генов, обеспечивающих фиксацию азота у бобовых. Была сконструирована плазмида, содержащая все гены для фиксации азота. Перенос этой плазмиды в кишечную палочку Е. coli, которая обычно не способна усваивать азот, сделал ее азотфиксирующей. Подобная плазмида была введена в дрожжи. Как и растения, дрожжи - эукариотический организм, и добиться в них работы генов азотфиксации было бы важным этапом на пути к намеченной цели. Но пока гены в дрожжах не заработали, причины этого интенсивно изучают.

Благодаря генетической инженерии неожиданно переплетаются интересы животноводства и медицины.

В случае пересадки корове гена интерферона (лекарственного препарата, очень эффективного в борьбе с гриппом и рядом других заболеваний) из 1 мл сыворотки можно выделить 10 млн ед. интерферона. Аналогичным способом можно получить целый ряд биологически активных соединений. Таким образом, животноводческая ферма, производящая медицинские прелаты, — явление не столь уж фантастическое.

С помощью методов генетической инженерии были получены микроорганизмы, производящие гомосерин, триптофан, изолейцин, треонин, которых не хватает в белках растений, идущих на корм животным.

Несбалансированное по аминокислотам кормление снижает их продуктивность и ведет к перерасходу кормов. Таким образом, производство аминокислот - важная народнохозяйственная проблема. Новый сверхпродуцент треонина производит эту аминокислоту в 400-700 раз более эффективно, чем исходный микроорганизм. Подсчитано, что 1 т лизина сбережет десятки тонн кормового зерна, а 1 т треонина - 100 т. Добавки треонина улучшают аппетит коров и повышают надои молока. Добавка смеси лизина с треонином к кормам в концентрации всего 0,1 % позволяет экономить до 25 % кормов.

С помощью генетической инженерии можно осуществлять и мутационный биосинтез антибиотиков. Суть его сводится к тому, что в результате целенаправленных изменений в гене антибиотика получается не законченный продукт, а некий полуфабрикат. Подставляя к нему те или иные физиологически активные компоненты, можно получить целый набор новых антибиотиков. Ряд биотехнологических фирм Дании и США уже выпускают генно-инженерные вакцины против дисфункции кишечника у сельскохозяйственных животных.

Уже производятся, проходят клинические испытания или активно обрабатываются следующие препараты: инсулин, гормон роста, интерферон, фактор VIII, целый ряд противовирусных вакцин, ферменты для борьбы с тромбами (урокиназа и тканевой активатор плазминогена), белки крови и имунной системы организма. Изучаются молекулярно-генетические возникновения раковых заболеваний. Кроме того, разрабатываются методы диагностики наследственных заболеваний и пути их лечения, так называемая гемотерапия. Так, например, ДНК-диагностика делает возможным раннее выявление наследственных дефектов и позволяет диагностировать не только носителей признака, но и гетерозиготных скрытых носителей, у которых фенотипически данные признаки не проявляются. В настоящее время уже разработана и широко применяется генная диагностика дефицита лейкоцитарной адгезииLAD) и дефицита уридинмоно - фосфатсинтетазы (DUMPS) у крупного рогатого скота.

Следует обратить внимание на то, что все методы изменения наследственности несут элемент непредсказуемости. Многое зависит от того, с какими целями проводятся подобные исследования. Этика науки требует, чтобы основу эксперимента по направленному преобразованию наследственных структур составляло безусловное стремление сохранить и упрочить наследственное достояние полезных видов живых существ. Конструирование генетически новых органических форм должно иметь целью улучшение продуктивности и резистентности животных, растений и микроорганизмов, являющихся объектами сельского хозяйства, результаты - содействовать укреплению биологических связей в биосфере, оздоровлению внешней среда.

Влияние генной инженерии на экологию.



Генетическая инженерия — это превращение генетического материала, которое в природе отсутствует. Следовательно, продукты генной инженерии — это абсолютно новые продукты, не существующие в природе. Поэтому она сама по себе из-за неизвестности ее продуктов таит опасность как для природы и среды обитания, так и для персонала, работающего в лабораториях, где используют методы генетической инженерии или работают со структурами, созданными в ходе генно-инженерных работ.

Поскольку возможности клонирования генов безграничны, то еще в самом начале этих исследований среди ученых возникли вопросы о природе создаваемых организмов. Одновременно были высказаны предположения о ряде нежелательных последствий этой методологии, причем эти предположения нашли поддержку и среди широкой общественности. В частности, появились вопросы о свойствах бактерий, получивших в генно-инженерных экспериментах гены животных. Например, сохраняют ли бактерии Е. coli свою видовую принадлежность из-за содержания введенных в них генов животного происхождения (например, гена инсулина) или их следует считать новым видом? Далее, насколько долговечны такие бактерии, в каких экологических нишах они могут существовать? Но самое главное стало заключаться в появлении опасений, что в ходе производства и манипуляций с рекомбинаятными молекулами ДНК могут быть созданы генетические структуры со свойствами непредвиденными и опасными для здоровья человека, для исторически сложившегося экологического равновесия. Тогда же начались и призывы к мораторию на генетическую инженерию. Эти призывы вызвали международный резонанс и повели к международной конференции, которая состоялась в 1975 г. в США и на которой широко обсуждались возможные последствия исследований в этой области. Затем в странах, в которых стала развиваться генетическая инженерия, были выработаны правила работы с ре-комбинантными молекулами ДНК. Эти правила направлены на исключение попадания в среду обитания продуктов деятельности генно-инженерных лабораторий.

Другой аспект нежелательных последствий генно-инженерных работ связан с опасностью для здоровья персонала, работающего в лабораториях, где используют методы генетической инженерии, поскольку в таких лабораториях используют фенол, этидий бромид, УФ-излучение, которые являются вредными для здоровья факторами. Кроме того, в этих лабораториях существует возможность заражения бактериями, содержащими рекомбинантные молекулы ДНК, контролирующие нежелательные свойства, например, лекарственную резистентность бактерий. Эти и другие моменты определяют необходимость повышения уровня техники безопасности в генно-инженерных работах.

Однако генетическая инженерия породила проблемы, которых не было раньше не только в истории науки, но и в жизни на Земле. Речь идет об использовании генетически модифицированного продовольствия в питании человека. Как известно, сельское хозяйство существует 12 000 лет, и все это время человек питался толь, ко продуктами естественного происхождения.

В последние годы в ряде стран и особенно в США стала использовать выведенные на основе рекомбинантных ДНК томаты дрожжи, кукурузу, картофель и сою, которую используют в хлебе, пастах, конфетах, мороженом, мясных продуктах, растительном масле и др. Количество используемых генетически измененных продуктов питания нарастает с каждым годом.

Между тем продовольственные товары, выработанные из трансгенных растений и животных, могут содержать токсины, различные бактерии, аллергены, канцерогены и измененные гормоны, которые опасны для здоровья ныне живущих и будущих поколений людей. Следует добавить также и то, что погоня за трансгенными растениями в полеводстве приводит к потере биоразнообразия, к нарушению экологического баланса. Поэтому нарастает потребность научной экспертизы продовольствия из генетически измененных продуктов.

Экологические риски, связанные с генной инженерией.



Появление супервредителей.

По сути, такие уже появились. На Bt-кукурузе и хлопке уже живет коробочный (хлопковый) червь, которому наиболее ценный природный пестицид Bacillus thuringensis (Bt) не приносит вреда. Ошибочно полагать, что вредители на ухищрения ученых не ответят своим контрударом. Как известно, в экстремальных условиях, а процесс вытеснения вредителей устойчивыми к ним растениями иначе как экстремальным не назовешь, скорость мутаций растет, и неизвестно, сколько понадобится насекомым времени для того, чтобы приспособиться к новым условиям окружающей среды.
Нарушение природного баланса.

Уже доказано, что многие генно - модифицированные растения, такие, как табак или технический рис, применяемый для производства пластика и лекарственных веществ, смертельно опасны для живущих на поле или рядом с ним грызунов.

Пока эти растения произрастают лишь на опытных полях, а что произойдет после полного вымирания грызунов в районах их массовых засевов - не берется предсказать никто.

Нечто подобное случилось с озером Виктория в 60-х годах прошлого века, когда в него поселили нильского окуня. Попав в благоприятную среду и обладая несомненным преимуществом в силе, выносливости и плодовитости, этот водный житель в считанные годы сократил численность конкурирующих видов в несколько десятков раз, а более двухсот видов уничтожил полностью. А спустя десятилетие выяснилось, что в результате этого «переселения» в прибрежной зоне исчезли леса, берега были размыты, а эрозия почвы достигла невиданных доселе размеров.
Выход генно-модифицированных продуктов из-под контроля.

На каждую упаковку с семенами генетически модифицированного Bt-хлопка фирмы Monsanto нанесена надпись: «Во Флориде не сажать к югу от Тампы (60-е шоссе). Не для коммерческого использования или продажи на Гавайях». Что заставило руководство этого биотехнологического гиганта так ограничить площади посевов своих культур? Оказывается, на Гавайях весьма распространен дикий родственник хлопка Gossypium tomentosum, а в Южной Флориде -Gossypium hirsutum. Оба считаются в хлопководстве сорняками. Если генетически модифицированный хлопок опылит своего родственника-сорняка, то в результате получится устойчивый к действию пестицидов и гербицидов, не боящийся ни жары, ни холода, не угрызаемый жуками и паразитами и страшно плодовитый суперсорняк. Примерно то же может случиться и со многими другими видами культурных растений, таких, как масленичный рапс, картофель, томаты или бобы. У всех них есть и весьма широко распространены дикие сородичи, являющиеся зачастую одними из главных в силу сходства условий жизни сорняками основной культуры.

Культурный рапс (брюква) зачастую является сорняком для других культур, но в силу его изнеженности он считается сорняком малозначительным. Генетически модифицированный рапс изнеженным назвать нельзя. Вооруженный мощью современной науки, он даст фору в сто очков по выживанию любой культуре. И пшеничные поля весьма быстро могут превратиться в технические рапсовые. Уже были зафиксированы случаи, когда генетически модифицированный рапс наделил устойчивостью к гербицидам свою сорную родственницу - дикую горчицу. Метод борьбы существует только один - разделять поля генетически модифицированного рапса от других культур, но нельзя получить никаких гарантий, что его семена не перенесутся ветром до ближайшего участка земли, засеянного другой культурой.

Заключение.



Генная инженерия открывает широкие просторы и множество путей решения проблем медицины, генетики, сельского хозяйства, микробиологической промышленности и т.д. С ее помощью можно целенаправленно манипулировать генетическим материалом для создания новых или реконструкции старых генотипов. Имеющиеся достижения в этой области показывают перспективность генной терапии в лечении наследственных болезней.

Но человечество, получая новые возможности, должно задуматься об их верном использовании. Потенциал генной инженерии неисчерпаем и не известно, чем обернется то или иное изменение генов какого-либо животного или растения через несколько десятков лет. Как и любое серьезное открытие в физике или химии, генная инженерия может нести не только пользу, но и колоссальный вред. Задача человечества - с огромной ответственностью отнестись к применению генной инженерии.

Самые страшные ошибки - ошибки на стадии проектирования. В случае с генной инженерии такого рода ошибки могут привести к самым ужасным последствиям.

Литература.





  1. Пехов А.П., Биология с основами экологии, 672 с., 2000г.

  2. Щелкунов С. Н., Генетическая инженерия. Ч. 1. Новосибирск 496 с. 2004г.

  3. http://www.biotechnolog.ru

  4. Патрушев Л.И., Искусственные генетические системы, 526с., 2004г.

  5. Рыбчин В.Н., Основы генетической инженерии, 502с., 1998г.


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации