Навигация
Исследование генома человека и клонирование
57102
знака
0
таблиц
3
изображения
2. Исследование генома человека и клонирование
Уже несколько десятилетий подряд ученые всего мира пытаются исследовать геном человека, где заложена вся его наследственная информация.
Первым этапом этих глобальных исследований стало создание проекта «Геном Человека» в 1990 году, созданного в США и рассчитанного на 15 лет. И в России в то же время стартовал подобный проект. Задачи этих проектов были схожи: выделение каждого отдельно взятого гена человека и выяснение функций всех генов с большей или меньшей степенью вероятности. Чрезвычайно высокая стоимость данных проектов послужила их соединению. В эту организацию вошли страны, располагающие передовыми биотехнологиями.
Все хромосомы человека были поделены между странами-участницами, России достались исследования третьей, тринадцатой и девятнадцатой хромосом.
Основная цель проекта – выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и установить локализацию. Проект включает в качестве подпроектов изучение геномов собак, кошек, мышей, бабочек, червей и микроорганизмов. Ожидается, что затем исследователи определят все функции генов и разработают возможности использования полученных данных.
Оказалось, что геном человека, то есть совокупность всех его генов, содержит около трех миллиардов нуклеотидов, а в конце 80-х годов затраты на определение одного нуклеотида составляли около 5 долларов США. Кроме того, технологии 80-х позволяли одному человеку определять не более 100 000 нуклеотидов в год.
Первая полная последовательность ДНК живого организма была опубликована в 1985 году, это была ДНК бактерии. В 1998 году была опубликована первая последовательность ДНК многоклеточного организма – плоского червя. Каждое такое достижение было важной вехой на пути к определению генома человека.
В июне 2000 года ученые Крейг Вентер и Френсис Колин объявили о событии, названном ими «Первой сборкой генома человека». Несколькими месяцами позже был опубликован первый предварительный набросок генома человека.
Первым геном, который удалось локализовать, стал ген дальтонизма, картированный в половой хромосоме. К 1990 году число идентифицированных генов достигло 5 тысяч, из них картированных – 1825. Удалось локализовать гены, связанные с тяжелейшими наследственными болезнями, такими, как хорея Гентингтона, болезнь Альцгеймера, мышечная дистрофия Дюшена, кистозный фиброз и т.д. Таким образом, проект исследования генома человека имеет колоссальное значение для изучения молекулярных основ наследственных болезней, их диагностики, профилактики и лечения.
Кроме того, исследования генома человека дали возможность развитию других отраслей в науке.
До недавнего времени изучение генетических особенностей человека основывалось на его физических характеристиках. Открытие расположения генов в хромосомах позволило более точно устанавливать аномалии, обусловливающие такие болезни, как анемия серповидных клеток, гемофилия и другие. Во многих странах объявлено о намерении потратить десятки миллионов долларов на составление генного атласа человека. Широко применяется генетический анализ, например, в диагностике плода до рождения с целью выявить наследственные дефекты или определить пол ребенка. Во многих странах началась кампания генетических проверок с целью предотвратить рождение потомства, подверженного заболеваниям, или обеспечить раннюю диагностику детских болезней. Промышленные и страховые компании проводят такие проверки, чтобы выявить лиц, генетически не пригодных с точки зрения страхования или профессионального соответствия. В настоящее время проводится множество экспериментов в области генной терапии, то есть замещения неполноценных генов на полноценные. Однако это весьма перспективное на первый взгляд направление порождает ряд научных проблем. Прежде всего, изменение генетического кода отдельного человека должно неотвратимо сказаться не только на нем самом, но и на всем его вероятном потомстве. Поэтому нельзя решаться на подобные изменения, не получив полной информации о последствиях такого вмешательства. Сегодня наука не в состоянии дать ответ на подобные вопросы. Кроме того, далеко не ясно, какие именно генетические аномалии следует считать дефектами, подлежащими исправлению: история знает примеры, когда концепция дефектных генов строилась на расовых, половых, классовых и иных предубеждениях ученых, что приводило к трагическим последствиям.
Теперь умеют уже синтезировать гены, и с помощью таких синтезированных генов, введенных в бактерии, получают ряд веществ, в частности гормоны и интерферон. Их производство составило важную отрасль биотехнологии.
Интерферон – белок, синтезируемый организмом в ответ на вирусную инфекцию, изучают сейчас как возможное средство лечения рака и СПИДа. Понадобились бы тысячи литров крови человека, чтобы получить такое количество интерферона, какое дает всего один литр бактериальной культуры. Ясно, что выигрыш от массового производства этого вещества очень велик. Очень важную роль играет также получаемый на основе микробиологического синтеза инсулин, необходимый для лечения диабета. Методами генной инженерии удалось создать и ряд вакцин, которые испытываются сейчас для проверки их эффективности против вызывающего СПИД вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). С помощью рекомбинантной ДНК получают в достаточных количествах и человеческий гормон роста, единственное средство лечения редкой детской болезни – гипофизарной карликовости.
Еще одно перспективное направление в медицине, связанное с рекомбинантной ДНК, – т.н. генная терапия. В этих работах, которые пока еще не вышли из экспериментальной стадии, в организм для борьбы с опухолью вводится сконструированная по методу генной инженерии копия гена, кодирующего мощный противоопухолевый фермент. Генную терапию начали применять также для борьбы с наследственными нарушениями в иммунной системе.
Российское предприятие "Биопрепарат", которое представляет Г.Я. Щербаков, занимается разработкой и созданием генно-модифицированных лекарственных средств. В ходе работ принимаются серьезные меры безопасности, конечный продукт имеет степень очистки 99,999%. На предприятии проводятся исследования, доказывающие положительное влияние его продукции на человеческий организм.
Внедрение генно-модифицированных лекарств может привести к настоящему прорыву в борьбе с тяжелыми заболеваниями. Так, в России уже выпускаются пять препаратов против рака, которые по качеству не уступают зарубежным аналогам. На стадии разработки в лабораториях находятся еще несколько лекарств.
Биотехнология уже продемонстрировала свою полезность и доказала реальную возможность еще гораздо больших выгод. Страдающим от диабета теперь доступен инсулин. Некоторые бездетные семьи благодаря новой технологии смогли иметь ребенка. Почва, загрязненная нефтепродуктами, обрабатывается бактериями природного происхождения, которым именно нефтепродукты необходимы для поддержания обмена веществ.
Клонирование перестало быть предметом из области отдаленного будущего. Этот метод генной инженерии стал реальным фактом нашей жизни. Клонирование человека, возможно, будет произведено в ближайшее время. О работах в этом направлении уже заявлено американскими и английскими учеными в средствах массовой информации.
Ученые, которые разработали технику клонирования, научились превращать соматические клетки организма в половые. Они сумели побудить соматическую клетку к делению, как половую. И заложенный в такую клетку генетический код будет строить тот организм, от которого взята эта соматическая клетка. Таким образом, человеческий организм может быть повторен. По принятому в науке определению клонирование - точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то количестве копий. Вполне естественно, что все эти копии должны обладать одинаковой наследственной информацией, то есть нести набор генов, идентичных генам «родителя», в отличие от существ, возникших путем естественного размножения, при котором генетический материал двух родителей по-разному смешивается в каждой особи потомства. В ряде случаев получение клона животных не вызывает особого удивления и считается рутинной процедурой, хотя и не такой уж простой. Генетики добиваются этого, используя объекты, способные размножаться не только половым путем, но и посредством партеногенеза, то есть без предшествующего оплодотворения. Поскольку такой процесс контролируется генетически, возможно вывести линии, в которых размножение происходит только партеногенезом. Естественно, те особи, которые станут развиваться из потомков той или иной исходной половой клетки, в генетическом отношении будут одинаковыми и могут составить клон. У нас в стране, например, блестящие работы по клонированию такого рода выполняет на шелкопряде с помощью разработанной им специальной методики академик Владимир Александрович Струнников. В своих работах он, однако, отмечает, что клонированные особи не идентичны друг другу, но оказываются разнообразными по целому ряду так называемых количественных признаков - величине, продуктивности и плодовитости. В ряде клонов это разнообразие бывает большим, чем в обычных генетически разнообразных популяциях.
На этой основе можно заключить, что принципиальный ответ на вопросы «возможно ли клонирование живых организмов?» и «идентичны ли друг другу клонированные особи?» получены. На первый - ответ положительный, на второй, очевидно, отрицательный.
В эмбриологии, например, тоже известны методы получения клонов. Если зародыш морского ежа на стадии раннего дробления искусственно разделить на составляющие его клетки - бластомеры, то из каждого разовьется целый организм. В ходе последующего развития зародышевые клетки теряют эту способность и становятся все более и более специализированными. Можно также использовать ядра так называемых стволовых эмбриональных клеток от какого-нибудь конкретного раннего эмбриона, которые еще не являются очень специализированными (таковым будет их потомство). Эти ядра пересаживаются в яйцеклетки, из которых удалено собственное ядро, и такие яйцеклетки, развиваясь в новые организмы, опять-таки могут образовать клон генетически идентичных животных. У человека известны случаи своеобразного «естественного» клонирования - это так называемые однояйцовые близнецы, которые возникают благодаря редко встречающемуся естественному разделению оплодотворенной яйцеклетки на два отделяющихся друг от друга и в последующем самостоятельно развивающихся бластомера. Они очень похожи друг на друга, но все же не идентичны.
Обратимся к истории генетики и первым опытам по клонированию живых организмов, ставших известными широкой публике.
Все началось с опытов российского эмбриолога Г.В. Лопашова, который ещё в 40-х гг. разработал метод пересадки (трансплантации) ядер в яйцеклетку лягушки. Но огласки опыты не получили (в то время советская биология была подвластна печально известному Трофиму Лысенко), и только десятилетие спустя американские и английские биологи начали выполнять опыты на основе работ Лопашова. Они добились развития яйцеклеток с чужим ядром до достаточно поздних стадий. И вот 1 - 2 процента особей проходили стадию метаморфоза и превращались во взрослых лягушек. Впрочем, такие лягушки оказывались не без дефектов, да и выглядели более хилыми по сравнению со своим «родителем» (донором ядра), так что даже в этом случае едва ли можно говорить об абсолютно точном копировании.
Тогда и заговорили о клонировании млекопитающих и человека: если можно клонировать лягушку, почему бы не попробовать то же самое на других объектах. Первый форум, на котором всерьез рассматривалась проблема клонирования животных, был Международный генетический конгресс в Беркли (США) в августе 1973 года.
Примерно в то же время была опубликована статья Карла Иллмензее, из которой следовало, что ему удалось получить клон из трех мышек. После создания авторитетной комиссии на работе Иллмензее был поставлен крест: ее признали недостоверной. Таким образом, по самой проблеме был нанесен весьма болезненный удар, оказалась под сомнением ее разрешимость.
Внимание к клонированию, таким образом, ослабло на некоторое время. Но появилось сообщение о рождении овечки Долли, что вызвало небывалый интерес к этому вопросу. Только тогда мало кто обратил внимание на то, что в экспериментах Яна Вильмута, «автора» Долли, процент выхода рожденных животных оказался ничтожно мал - всего одна овечка из 236 попыток.
Клонированная овца Долли родилась в 1996 г., а 23 февраля 1997 года создатели клонированной овцы огласили факт ее существования. В 1999 году исследователи заметили, что клетки Долли выглядят более старыми, чем у ее сверстников, рожденных естественным путем. Уже тогда некоторые генетики предположили, что при клонировании вместе с генами передается и «возраст». Сейчас эта гипотеза получает весомое подтверждение. Дело в том, что "генетической матери" Долли овечки на момент клонирования было 6 лет. Чуть более наукоподобное объяснение тому, что клонированные животные умирают в расцвете сил, дает журнал Newscientist. Как утверждает издание, у первых клонированных овец цепочка ДНК была короче, чем у животных, появившихся на свет естественным путем. Из нее были исключены гены группы теломеров (telomeres), отвечающие за так называемые "генетические часы", которые определяют запрограммированную природой продолжительность жизни организма. Теоретически подобная операция должна была продлить жизнь клонам, но на практике был выявлен обратный эффект. Впрочем, цепочка ДНК нормальной длины также не способна продлить жизнь клонированным животным. Японские ученые под руководством профессора Atsuo Ogura клонировали 12 мышей. Клоны полностью соответствовали своим суррогатным родителям по всем генетическим и биологическим показателям, казались активными и здоровыми, развивались совершенно нормально. В то же время, к 800 дню наблюдений 10 из двенадцати животных были уже мертвы. В группе обычных мышей к тому времени умерли только трое... Таким образом, дать внятного объяснения феномена преждевременной смертности клонов пока не может никто. Ученые говорят, что в ближайшие годы технология клонирования должна оставаться исключительно на уровне лабораторных экспериментов. Говорить о ее промышленном использовании и тем более - о применении клонирования в медицине человека, пока преждевременно. Чучело овечки Долли навеки займет свое место в музее шотландского Института Рослина (Roslin Institute). Парадоксально, но факт: именно такой эффект наблюдают сейчас ученые, проводящие эксперименты на мышах: каждое новое поколение потомков клонированных животных живет все меньше и меньше... Сегодня особый интерес вызывают опыты группы ученых из университета в Гонолулу во главе с Риузо Янагимачи. Авторы сумели усовершенствовать метод Вильмута: они отказались от электрической стимуляции слияния донорской соматической клетки с яйцеклеткой и изобрели такую микропипетку, с помощью которой удалось «безболезненно» трансплантировать ядро (опыты проводились на мышах). Кроме того, они использовали в качестве донорских ядра клеток, окружающих яйцеклетку. Процент «выхода» рожденных мышат (их извлекали с помощью кесарева сечения) был в разных сериях от 2 до 2,8. Молекулярные исследования, как и в случае с Долли, подтвердили: мышата - продукт клонирования. Таким образом, по крайней мере в некоторых случаях доказана способность ядер соматических клеток обеспечивать нормальное развитие млекопитающих.
Манипуляции с генетическим кодом требуют крупномасштабных экспериментов с эмбрионом человека, с его последующим уничтожением. Использование человеческого эмбриона в экспериментальных целях вступает в серьезное противоречие с моральными и этическими установками иудейской и христианской традиций. Если мы видим в человеческом эмбрионе не сгусток биомассы, а потенциального члена человеческого общества, будущую личность, требующую уважения к себе, то мы не имеем права допускать эксперименты над ним. Поэтому ВСЦ (Высшая церковь) предлагает запретить эксперименты над человеческим зародышем и призывает к строгому контролю над опытами генной инженерии в сфере замещения клеток, вызванными применением генов, которые считаются “дефектными”. В настоящее время мы переживаем драматическую революцию в области репродуктивной технологии, то есть выбор пола ребенка до зачатия и определение пола после зачатия, искусственное осеменение, применение лекарств и полный диапазон “пробирочной” технологии: оплодотворение in vitro, замещение эмбриона, его перенос, приживление, замораживание; дошли даже до вегетативного размножения и искусственной плаценты. Многие из этих технологий разрабатывались с целью решения проблемы бесплодия. Но слишком мало исследованы глубокие медицинские, социальные и этические последствия таких биологических опытов, как “пробирочные дети”, “замещение материнства” или “искусственное осеменение”. ВСЦ, осознавая потенциальную опасность и выгоды многих видов биотехнологии, призывает Церкви–члены принять необходимые действия в своих странах для того, чтобы вынести эти вопросы на суд общественности и помочь правительствам, ученым, университетам, больницам и корпорациям разработать меры безопасности и контроля. В связи с этим ВСЦ предлагает наложить на сегодняшнем этапе запрет на эксперименты в области генной инженерии человеческого зародыша и создать систему этических взглядов, необходимых для выработки генеральной линии в этой области, призывает к строгому контролю над экспериментами в области генной инженерии соматических клеток, уделяя внимание возможным злоупотреблениям этими технологиями, применяя их в качестве средства дискриминации против тех людей, которые считаются “дефективными”; призывает к запрещению коммерческого подхода к рождению детей, то есть к частичному или полному замещению материнского организма, а также коммерческой продажи яйцеклеток, эмбрионов или каких-либо частей плода, спермы; советует правительствам наложить запрет на исследование эмбрионов, связанное с проведением каких-либо экспериментов, и если и давать согласие на их проведение, то только при строго оговоренных условиях.
Мировое сообщество чувствует свою ответственность за то, что происходит в сфере биотехнологий, об этом говорит принятая ЮНЕСКО в конце 1997 года "Всеобщая декларация о геноме человека и правах человека".
Многие люди считают, что большие деньги, требуемые для работ по клонированию сельскохозяйственных животных, лучше использовать на поддержку исследований по получению трансгенных животных, обладающих полезными свойствами и признаками, генотерапии (лечения путем искусственного введения нормальных генов, исправляющих дефекты в обмене веществ), геному человека, генной инженерии.
Безусловно, есть потребность в разработке определенного кодекса биологической и медицинской этики, который исключал бы проявления неоправданной жестокости при постановке биологических или медицинских экспериментов. Составлять его должны ведущие специалисты в этой области и знающие предмет юристы.
Похожие работы
... олигонуклеотидов—одну полуавтоматическую, а вторую в комплексе с компьютером. В 1982 г. цена этих приборов на американском рынке составляла 36000—39500 долл.[2]. К открытиям связанным с достижениями генной инженерии нужно прибавить то, что огромный генетический «чертеж» многоклеточного существа просчитан полностью. Я думаю это можно назвать достижением века. После восьми лет работы многих ...
... генно-инженерных исследований. Многие из этих вопросов были подняты самими учеными активно работающих в данной области. В настоящее время большинство исследователей считали, что опасения касающиеся, генной инженерии, не имеют достаточно оснований, но многие этические проблемы остаются нерешенными и продолжают возникать новые. В прошлом генетика и медицинская генетика развивалась как относительно ...
... генетически измененных растений может быть дешевле и вкуснее. 7. Модифицированные виды помогут решить и некоторые экологические проблемы. Конструируются растения, эффективно поглощающие цинк, кобальт, кадмий, никель и прочие металлы из загрязненных промышленными отходами почв. 8. Генная инженерия позволит улучшить качество жизни, очень вероятно – существенно продлить её; есть надежда найти гены, ...
... 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг и С. Коэн с сотрудниками создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. coli. Генетическая инженерия Одним из разделов молекулярной генетики и молекулярной биологии, который нашел наибольшее практическое приложение, является генная инженерия. Генная инженерия – это сумма методов, позволяющих ...
0 комментариев