Преимущества и опасность генной инженерии

Методы генной инженерии отличаются от манипуляций с обычными патогенными микробами, поскольку бó льшей частью они имеют дело с обычными кишечными бактериями, живущими в пищеварительной системе человека и, более того, широко распространенными в окружающей среде. Поэтому сконструированные штаммы могут очень легко распространяться и привести к серьезным последствиям. Перенос генов азотфиксации в злаки при помощи микроорганизмов имеет некоторые выводы, однако размножение таких микроорганизмов в почве может способствовать произрастанию и других растений и тем самым нарушать биологический баланс как в растительных сообществах, так и в животных биоценоза. С другой стороны, относительная скудость определенных биологических веществ, таких, как гормоны, может быть с лихвой восполнена за счет синтетических веществ, получаемых при помощи микроорганизмов, сконструированных методами генной инженерии, а это может привести к терапевтически необоснованному применению этих веществ.

В США исследования такого рода неуклонно расширяются, но под контролем соответствующих организаций. Национальные институты здоровья США одобрили 31 проект по определенному производству инсулина, соматотропина (гормона роста человека и крупного рогатого скота) и интерферона, которые производились различными фирмами.

После периода сомнений некоторые биологи пришли к заключению, что потенциальная опасность невелика, так как сконструированные генно-инженерным путем микробы имеют мало шансов выжить вне лабораторных условий. Это привело к снижению защитных норм, т. е. учета возможности распространения микробов при строительстве исследовательских зданий, хотя меры по обеспечению биологической безопасности продолжали осуществляться.

В Страсбурге, на заседании Европейского парламента, впервые были рассмотрены рекомендации относительно законности примененияметодов генной инженерии к людям. Проект рекомендовал включить в Европейскую конвенцию прав человека определенные положения для защиты личности от реальной угрозы генетических манипуляций. В нем отмечалось, что беспокойство, вызываемое этой техникой, связано с непредсказуемостью ее воздействия на здоровье человека и окружающую его среду, а также с юридическими и этическими сложностями. В сообщении, представленном комиссией Парламентской ассамблеи и касающемся правовых вопросов, содержалась подробная оценка риска, связанного с исследованиями человеческих генов. Были выделены три группы риска.

К первой относится детальное генетическое картирование человеческих клеток, которое может оказать существенную помощь в диагностике наследственных заболеваний, но может и способствовать накоплению индивидуальных генетических характеристик в компьютерных банках данных.

Вторая группа риска связана с работами по генной инженерии соматических клеток, в частности, с замещением аномальных генов.

К третьей группе риска относятся эксперименты, связанные с воздействием на половые клетки для получения постоянных наследственных изменений.

Несмотря на определенные преимущества генной инженерии, комиссия заключила, что решения, принятые человеком, не должны заменить свободную игру природы. Должны быть также подтверждены неотъемлемые права каждого не подвергаться генетическим манипуляциям.

Рассмотренные рекомендации представляют собой попытку добиться на международном уровне правовой защиты от последствий генетических манипуляций.

Меры безопасности. Генетическая инженерия с момента зарождения привлекла внимание ученых и широких кругов общественности потенциальной опасностью некоторых исследований. Это опасение было высказано в 1974 г., вскоре после первых успешных экспериментов по получению рекомбинантных молекул ДНК. Группа известных молекулярных биологов воглаве с П. Бергом призвала ученых к ограничению проведения ряда генно-инженерных экспериментов. Характер высказанных опасений был

двоякого рода. Во-первых, указывалось на реальную возможность «утечки» клеток с рекомбинантными молекулами ДНК за пределы лабораторий или промышленных производств и, следовательно, угрозу внесения в организм человека или животных вредных чужеродных либо «собственных» продуктов (например, гормонов), но в неконтролируемых концентрациях. Во-вторых, отсутствие достаточных знаний о структуре и функциях генов, находящихся в клонируемом фрагменте ДНК, может привести к тому, что при внесении их в реципиентные клетки они начнут синтезировать не только желаемое вещество, но и какие-либо опасные продукты (например, токсины, продукты онкогенов, т. е. генов, чьи продукты обладают способностью трансформировать эукариотические клетки так, что они приобретают свойства опухолевых клеток).

В 1975 г. данные проблемы обсуждались на Международной конференции, посвященной вопросам получения рекомбинантных молекул ДНК. В ней приняли участие ученые разных областей биологии, а также юристы, представители прессы, государственных и частных промышленных компаний. Участники конференции пришли к выводу, что эксперименты с использованием методов генетической инженерии должны продолжаться, но при обязательном соблюдении определенных правил и рекомендаций.

В настоящее время в России работы генно-инженерного плана регулируются федеральным законом, принятым в 1996 г. Они подразделяются на два типа – ведущиеся в «закрытых» или «открытых» системах. В закрытых системах работы ведутся так, что имеется химический, биологический или физический барьер между генно-инженерными организмами и окружающей средой. В открытых системах такой контакт осуществляется (например, культивирование генно-инженерных овощей и злаков).

 

Перенос вещества через мембраны. Известно, что любая живая клетка окружена мембраной – ее часто можно встретить под названием плазматической. Мембрана функционирует как стена, отделяющая живое содержимое от неживого окружения. Однако плазматическая мембрана не просто оболочка, так как она избирательно проницаема и регулирует поступление в клетку низкомолекулярных веществ (ионов, молекул) и выход их из клетки наружу.

Клеточные мембраны построены из двойного слоя фосфолипидов с включением и полипептидов. Например, в мембранах бактерий находится около 300 различных белков, которые участвуют в процессе дыхания, транспорта электронов и биогенеза самой мембраны. Двойной липидный слой плазматической мембраны должен полностью препятствовать проникновению всех полярных молекул, которыми являются в своем большинстве молекулы питательных веществ. Для того, чтобы питательные вещества поступали в клетку существуют специальные мембранные белки и модифицированные участки мембраны.

У микроорганизмов плазматическая мембрана хрупкая и в тоже времяэластичная, имеющая в своем окружении клеточную оболочку (или клеточную стенку). Клеточная оболочка – это прочный сетчатый каркас, пропускающий многие молекулы.

У эукариотов клеточная стенка состоит из связанных различным образом полимеров глюкозы, глюкозамина или N-ацетилглюкозамина. Общим компонентом клеточной стенки прокариот является пептидогликан, состоящий из чередующихся субъединиц N-ацетилглюкозамина и N-ацетилмурамовой кислоты. Пептидогликан прилежит к мембране.

У грамотрицательных бактерий оболочка клетки имеет более сложное строение, чем у грамположительных. Она содержит дополнительный барьер проницаемости, так называемую внешнюю мембрану, состоящую из двойного слоя липополисахаридов и фосфолипидов. Внешняя мембрана содержит около 50 различных белков, многие из которых участвуют в переносе веществ. Промежуток между плазматической мембраной и внешней мембраной грамотрицательных бактерий называется периплазматическим пространством или периплазмой. Здесь находится около 100 различных белков, которые

участвуют в транспорте и катаболизме многих соединений.

Транспорт веществ через мембраны. Пассивная диффузия определяет поступление в клетку небольшой группы веществ, в том случае, если концентрация их в среде выше, чем концентрация в самой клетке. В этом случае, очевидно, они (вещества) не взаимодействуют со специфическими компонентами клеточной мембраны. Таким путем обычно поступают в клетку: вода, неполярные и малополярные молекулы газов (кислород, азот, водород) и углеводороды.

Облегченная диффузия определяет поступление веществ в клетку с помощью специфических мембранных переносчиков. Мембранные переносчики являются мембранными белками под общим названием пермеазы, которые иногда индуцируются своими субстратами. Переносимое вещество связывается с пермеазой снаружи и освобождается уже внутри клетки. При облегченной диффузии аналогично пассивной диффузии, переносимый субстрат движется по градиенту концентрации (то есть от более высокой к более низкой концентрации). Очень важно, что ни один из этих процессов не требует метаболической энергии.

Системы активного транспорта могут обеспечить внутри клетки значительно большие (в тысячи раз) концентрации растворенных веществ, чем их концентрации во внешней среде. Такие системы обеспечивают возможность развития микроорганизмов в условиях низкого содержания питательных веществ. Активный транспорт специфичен по отношению к субстрату. Эта специфичность обеспечивается мембранным переносчиком. Так, например, когда переносчик обращен к внешней поверхности мембраны, он имеет высокое сродство к субстрату, а когда обращен к ее внутренней поверхности – низкое.

Поэтому субстрат как бы «накачивается» в клетку, что сопряжено с затратой метаболической энергии, которая обеспечивает диссоциацию субстрата и переносчика на внутренней поверхности мембраны. Так, например, с помощью механизма активного транспорта в клетку поступает лактоза (ее перенос происходит при участии бетагалактозидпермеазы). Если блокировать образование энергии (например, азидом натрия), то активный транспорт лактозы прекращается.

У микроорганизмов, в частности у E.coli., обнаружены также системы активного транспорта, которые используют химическую энергию АТФ. Такие системы обычно функционируют с помощью расположенных в периплазме связывающих белков. Это водорастворимые белки, обладающие высоким сродством к некоторым аминокислотам, витаминам, пептидам, сахарам и органическим кислотам. Сами они не могут транспортировать субстраты через плазматическую мембрану, но способны стимулировать активность мембранных компонентов системы транспорта.

Известно, что движение веществ через мембрану не является однонаправленным. Микроорганизмы освобождаются от токсичных продуктов собственного метаболизма, выделяют избыточные питательные вещества, многие виды микроорганизмов продуцируют антибиотики и экзоферменты. Определенные низкомолекулярные соединения могут выводиться наружу с помощью тех же механизмов пассивной и облегченной диффузии, когда концентрация их в клетке превышает концентрацию во внешней среде.

Изменение работы систем, обеспечивающих перенос веществ через мембраны, является важным методом повышения продуктивности промышленных штаммов микроорганизмов. С этой целью используют физиологические факторы и мутации, неспецифически повышающие проницаемость плазматических мембран, а также мутации, активирующие выделение метаболитов из клетки или нарушающих их реаккумуляцию.

Список использованной литературы:

1. Биотехнология. Ю.О. Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И. Чакалева – М.: «Академия», 2007 г. – 215 с.

2. Егорова Т. А. Основы биотехнологии: Учеб. пособие для высш. пед. учеб заведений / Т.А.Егорова, С.М.Клунова, Е.А.Живухина. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — 208 с.

3. Катлинский А.В., Сазыкин Ю.О., Орехов С.Н., Чакалева И.И., Курс лекций по биотехнологии / ММА им. И.М. Сеченова, 2005 г. – 150 с.

4. Османов В.К., Лекции по биотехнологии/Ниж ГМА, 2008 г. – 250 с.

5. Основы фармацевтической биотехнологии, Т.П. Прищеп, В.С. Чучалин, К.Л. Зайков, Л.К. Михалева, Л.С. Белова – Ростов н/Д.: Феникс, 2006 г. – 180 с.

6. Тимощенко Л.В., Чубик М. В. Основы микробиологии и биотехнологии: учебное пособие /Л.В. Тимощенко, М.В. Чубик. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. – 194 с.

7. Фармацевтическая биотехнология: учеб. пособие / В.А. Быков (и другие) под общ. редакцией акад. РАМН и РАСНХ, профессора В.А. Быкова – Воронеж: издательство Воронеж. гос. ун-та, 2009. – 439 с.

Интернет ресурсы:

8. www.biotechnolog.ru

9. Биотехнология: генная инженерия, промышленная биотехнология, клеточная инженерия – учебное пособие: [электронный ресурс]. – Режим доступа: http: //www. biotechnolog.ru

10. Биоинформатика, геномика, протеомика. биософт, имейджинг: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http: //www.bioinFormatix.ru

11. Интернет журнал «Коммерческая биотехнология»: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http: //www.cbio.ru

12. Общество биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова: [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http: //www.biorosinfo.ru Remedium.ru:

13. Профессионально о медицине и фармации [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http: //www.remedium.ru

14. Новости GMP – Стандарт GMP – Фармацевтические производства и технологии [Электронный ресурс]. – Режим доступа http: //www.gmpnews.ru

15. Ассоциация Российских фармацевтических производителей [Электронный ресурс]. – Режим доступа http: //www.arfp.ru

 

Лекция №4

Тема лекции: Иммунобиотехнология. Производство вакцин, сывороток, цитокинов. Основы иммуноферментного анализа. Моноклональные антитела в диагностике и лечении различных заболеваний. Получение гормональных лекарственных средств на основе

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: