Генетические технологии и перспективы выживания человечества сочинение
Обновлено: 20.05.2024
Тенденции развития генетической структуры человеческих популяций в будущем. Проблема увеличения частоты спонтанных мутаций и наследственных заболеваний. Изучение процессов генетической изменчивости человека как важная задача современного естествознания.
| Рубрика | Биология и естествознание |
| Вид | доклад |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.09.2014 |
| Размер файла | 18,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Генетическое будущее человечества
Эволюция человеческого вида не ограничена прошлым. Механизмы, которые вызывают изменения в частоте генов от поколения к поколению, продолжают работать и в настоящее время. С течением времени биологическая эволюция все в большей и большей степени дополняется культурной эволюцией, которая становится одной из главных сил, вызывающей биологические изменения внутри человеческого вида. Знание этих механизмов должно помочь в определении тенденции развития генетической структуры человеческих популяций в будущем.
В большинстве стран за последние несколько поколений условия жизни населения сильно изменились и продолжают меняться в нарастающем темпе. Благодаря успехам гигиены и медицины значительно улучшилось здоровье человека и возросла продолжительность его жизни. Эти обстоятельства сказываются на репродуктивности и смертности и, следовательно, влияют на генетической структуре будущих поколений.
Прогресс науки и техники подвергает современных людей существенно большим рискам неблагоприятной изменчивости, чем это было на протяжении всего предшествующего периода развития человеческой цивилизации. Физические, химические и, возможно, биологические (вирусные) мутагены могут нести серьезную угрозу для генетической структуры популяции в будущем.
Поэтому одной из актуальнейших задач современного естествознания является изучение процессов генетической изменчивости человека и разработка системы мер для предотвращения неблагоприятных тенденций эволюции. генетический человек мутация естествознание
В указанном аспекте важное значение имеет развитие генетики человека, особенно в области генетического консультирования и скрининга наследственных аномалий, что может сохранить приемлемый уровень здоровья будущих поколений.
Мутация - это всеобщее свойство живых организмов, лежащее в основе эволюции и селекции всех форм жизни и заключающееся во внезапно возникающем изменении генетической информации. Когда мутация происходит в отдельном гене, то говорят о генных или точковых мутациях. При изменении структуры хромосом или их числа, речь идет о хромосомных мутациях. Все генетическое разнообразие людей так или иначе является следствием мутаций
С достаточной уверенностью можно утверждать, что многие мутации генов и практически все аберрации хромосом неблагоприятны как для индивида, так и для популяции; большинство хромосомных аберраций губит зиготу в период эмбрионального развития, меньшая часть таких зигот доживает до рождения и продолжает существовать дальше, но пораженные пациенты страдают тяжелыми врожденными пороками. Генные мутации часто ведут к врожденным заболеваниям с простым типом наследования или к дефектам в мультифакториальных генетических системах. Очень большая часть генных мутаций ведет к изменениям аминокислотной последовательности белков и не вызывает явной функциональной недостаточности, примером чему служат варианты гемоглобина. Доля благоприятных мутаций, в лучшем случае, очень незначительна.
Частоты численных аберраций хромосом увеличивается с возрастом матери, поэтому любой сдвиг в материнском возрасте приведет к соответствующему изменению в общей распространенности таких хромосомных мутаций. Во многих современных популяциях существует тенденция к уменьшению числа детей в семье и концентрация деторождения в возрастной группе с наименьшим риском (женщины в возрасте от 20 до 30 лет). Было подсчитано, что в западных странах и в Японии эта тенденция должна была уменьшить число детей с синдромом Дауна на 25. 40%. Однако ряд последних исследований показывает, что склонность многих современных женщин откладывать рождение ребенка на несколько более поздний возраст легко может привести к изменению этой тенденции на противоположную.
Известно, что самое эффективное средство обнаружения аномалий хромосом - это пренатальная диагностика. Во многих странах эту диагностическую процедуру предлагают проводить всем женщинам старше 35 лет. Если бы все пожилые беременные женщины действительно через нее проходили, частота синдрома Дауна безусловно бы снизилась. Можно предположить, что с увеличением безопасности пренатальной диагностики для матери и ребенка, амниоцентез станет обычным для большинства беременностей в развитых странах. В таких условиях можно будет почти полностью избежать аномалий, обусловленных численными или структурными аберрациями хромосом.
Для многих генов частота мутаций увеличивается с возрастом отца, поэтому любой сдвиг в возрастной структуре отцов соответствующим образом повлияет на частоту мутаций. Для редких аутосомно-доминантных состояний изменения под действием возраста отца не будут столь крупными, как для численных хромосомных аберраций; влияние возраста отца на частоту мутаций в доминантных и сцепленных с Х-хромосомой генов меньше возраста матери на частоту численных аномалий хромосом. С медицинских позиций общее воздействие отцовского возраста представляется относительно небольшим и практически не принимается в расчет фактический риск поражения доминантной мутацией ребенка, имеющего пожилого отца.
О воздействии химических мутагенов на популяцию человека известно слишком мало. Можно предположить, что человечеству придется смириться с определенным числом химически индуцированных мутаций, поскольку общество не может отказаться от тех преимуществ, которые дают ему достижения современной химии.
В будущем человечеству придется столкнуться с увеличением частоты спонтанных мутаций. Оно приведет к соответствующему увеличению численных и структурных хромосомных аберраций и наследственных заболеваний, связанных с доминантными и с X-сцепленными генами. Вероятно, что в будущем возрастет число неопластических заболеваний, поскольку соматические мутации, вызываемые агентами внешней среды, часто служат причиной новообразований.
Широко распространено мнение о том, что благодаря современной медицине действие естественного отбора ослабло. Однако это утверждение справедливо лишь отчасти. Никаким лечением до сих пор не удавалось предотвратить последствия хромосомных аберраций (синдромы Дауна, Клайнфельтера и др.). Для этих состояний действие естественного отбора не изменилось.
Отбор действительно ослаблен для некоторых патологических признаков с аутосомно-доминантным или Х-сцепленным рецессивными типами наследования. Существуют наследственные заболевания, которые сохранились до сих пор благодаря генетическому равновесию между мутацией и отбором. Один из примеров - гемофилия А, при которой заместительная терапия с помощью фактора VIII теперь позволяет вести больным почти нормальный образ жизни. Значительно возросла продолжительность жизни, увеличилась возможность иметь детей.
Существуют, однако, многие другие доминантные и Х-сцепленные состояния, для которых удовлетворительной терапии нет, и естественный отбор действует еще в полную силу. В качестве примера можно привести нейрофиброматоз, туберозный склероз и миопатию Дюшенна. По мере того как эффективность лечения этих болезней будет увеличиваться, отбор в отношении их будет ослабевать.
Наиболее заметный успех в терапии наследственных заболеваний был достигнут по отношению к рецессивным дефектам ферментных систем. Лечение позволяет лицам, пораженным некоторыми из этих заболеваний вырасти здоровыми настолько, что они могут иметь детей. В популяциях развитых стран, где браки заключаются случайным образом, можно ожидать очень медленного увеличения частоты рецессивных заболеваний по сравнению с современным уровнем.
В популяции существует изменчивость не только для четко определенных генетических дефектов, но и для функциональных систем, которые зависят от сложного, но упорядоченного взаимодействия различных генов в период эмбрионального развития. Сердце, глаза и иммунная система являются примерами таких систем. Эволюционно эти системы развивались под постоянным и интенсивным действие отбора. Как только это давление снижается, начинают накапливаться мутации, которые приводят к небольшим функциональным недостаткам, и в течение долгих эволюционных периодов эти системы медленно, но неуклонно деградируют.
У животных самые характерные примеры обнаружены среди видов, которые в течение многих поколений жили в полной темноте пещер или на больших глубинах океана, где интактная зрительная система не дает никаких преимуществ в плане отбора. Как правило, сначала увеличивается изменчивость глаз, особи с небольшими дефектами начинают встречаться все чаще. Затем у большинства больных животных глаза оказываются более или менее дефектными, и, наконец, возникает безглазый вид.
В современном цивилизованном обществе небольшие дефекты зрительной системы не ставят их носителей в невыгодное положение перед отбором, тогда как в прошлые периоды развития человечества совершенство зрительной системы давало очевидные преимущества для выживания индивидов и их потомства. В настоящее время наблюдается значительное увеличению изменчивости зрительной системы человека: такие состояния, как близорукость, дальнозоркость, астигматизм, нарушения цветовосприятия встречаются чаще, чем в примитивных популяциях, которые до недавнего времени жили в условиях сурового отбора. Патогенные последствия указанной тенденции неочевидны и их трудно прогнозировать, особенно в связи с возможностями современной (и в еще большей степени будущей) медицины по эффективной коррекции зрительных дефектов.
Другим примером могут служить врожденные аномалии развития, которые эффективно корригируются хирургическими методами лечения. Так, в прошлом дети с расщелинами неба и губы находились под действием довольно сильного естественного отбора. В настоящее время вследствие эффективного хирургического лечения такие дети без труда выживают и в будущем имеют детей. Аналогичные тенденции характерны для врожденных пороков сердца и желудочно-кишечного тракта.
Наиболее опасные последствия для человечества может иметь медленное повреждение иммунной системы. До недавнего времени высокая смертность среди младенцев и детей была обусловлена главным образом инфекционными заболеваниями. Сложная система обнаружения и уничтожения инфекционных агентов эволюционировала под влиянием сильного отбора. Известно множество генетических дефектов, которые снижают эффективность иммунной системы. Раньше такие дефекты приводили к смерти индивидов от инфекции; теперь при наличии мощной антибактериальной терапии многие из них выживают и дают потомство. В результате на протяжении ряда поколений может иметь место функциональная деградация иммунной системы и связанные с ней неблагоприятные последствия в виде снижения устойчивости к инфекционным воздействиям и возможное возрастание частоты новообразований.
Современное постиндустриальное общество обеспечивает возможности для выживания и размножения индивидов с маргинальным поведением, а также со слабой степенью умственной отсталости, генетическая обусловленность которых в настоящее время признается большинством ученых. В будущем указанная тенденция может иметь весьма негативное влияние на течение социального, культурного и научного прогресса даже в наиболее развитых странах мира.
Случайные флуктуации частоты генов (дрейф генов) могут привести к заметным генетическим различиям между субпопуляциями при условии, что эти популяции почти полностью изолированы друг от друга, в результате чего поток генов между ними поддерживается на очень низком уровне. Однако в современных популяциях людей наблюдается сильно выраженная тенденция к разрушению изоляции и увеличению числа смешенных браков между членами разных популяций. По-видимому, нет оснований предполагать, что в обозримом будущем эта тенденция сменится на противоположенную, и будут сформированы новые небольшие изолированные группы. Следовательно, в будущем случайные флуктуации будут играть существенно меньшую роль в отличие от бесспорно важной их роли для эволюции человека в прошлом. Если эта тенденция в структуре воспроизведения человека сохранится, нового вида человека не возникнет, так как непременным условием видообразования является репродуктивная изоляция популяционной подгруппы.
Все люди, живущие в настоящее время, принадлежат к одному виду Homo sapiens; любые браки между ними дают плодовитых потомков. Вид Homo sapiens разделен на популяции (расы), у которых значительная часть генов общая и которые можно отличать друг от друга по общему генофонду.
Главным фактором расогенеза является естественный отбор, обусловливающий адаптацию к различным условиям окружающей среды. Для того, чтобы отбор, приводящий к возникновению генетических различий был эффективным, необходима значительная репродуктивная изоляция субпопуляций.
На протяжении большей части последнего ледникового периода (около 100000 лет назад) громадная площадь поверхности Земли была покрыта льдом. Гималайские и Алтайские горы с расположенными на них ледниками разделяли евразийский континент на три области, создавая тем самым условия для раздельной эволюции белых на западе, монголоидов на востоке и негроидов на юге. Современные области расселения трех больших рас не совпадают с теми областями, в которых они формировались; это несоответствие может объясняться миграционными процессами.
В настоящее время наблюдается очевидная тенденция к смешению различных рас из-за все более увеличивающегося количества межрасовых браков. Возможно, что в будущем это неизбежно приведет к образованию гибридной популяции. Никаких данных в пользу предположения, что смешение рас приведет к каким-либо вредным генетическим последствиям, нет. Наоборот, меньшая гомозиготность расовых гибридов благоприятно сказывается на частоте многих рецессивных заболеваний. Тезис о том, что межрасовое смешение приводит к возникновению гибридной силы и к большему физическому и психическому здоровью требует уточнения на основе обширных многофакторных исследований гибридов и предковых для них популяций при тщательно контролируемых условиях среды.
Таким образом, на основе вышеизложенного можно предположить, что общий состав генов человечества в будущем будет похож на тот, который существует в настоящее время. Сохраниться, вероятно, тенденция к уменьшению расовых и этнических различий. Могут стать редкостью люди с аутосомными аберрациями. Вследствие терапевтического, хирургического лечения и других факторов, ведущих к ослаблению отбора, увеличиться число заболевания, вызываемых полигенными факторами. Указанное может явиться одной из важнейших проблем медицины будущего и потребует разработки принципиально новых подходов к лечению и профилактике подобных заболеваний.
Источники информации:
1. Ауэрбах Ш. Проблемы мутагенеза. // Пер. с англ. - М., 1978.
2. Бочков Н.П. Клиническая генетика. - М., 1997.
3. Дубинин Н.П. Общая генетика. - М., 1976.
4. Козлова С.И., Семанова Е., Демикова Н.С., Блинникова О.Е. Наследственные синдромы и медико-генетическое консультирование. - М., 1987
Центральная проблема биологии - это управление жизнью, основанное на позиции ее сущности. Главная цель биологии - решение практических задач сельского хозяйства, медицины и управление эволюцией жизни. Задача состоит в создании условий для резкого подъёма продуктивности растений, животных и микроорганизмов; в овладении способами борьбы за здоровье, долголетие, длительную юность человека; в разработке методов управления генетическими процессами, лежащими в основе эволюции видов; в решении проблем, связанных с широким использованием атомной энергии, с химизацией на родного хозяйства, с полётами космических кораблей.
Наука не только решает задачи, которые ставит перед собой сегодняшний день, но и подготовляет завтрашний день техники, медицины, сельского хозяйства, межзвездных полётов, покорения природы. Одна из самых перспективных наук - генетика, изучающая явления наследственности и изменчивости организмов. Наследственность - одно из коренных свойств жизни, она определяет воспроизведение форм в каждом последующем поколении. И если мы хотим научиться управлять развитием жизненных форм, образованием полезных для нас и устранением вредных, - мы должны понять сущность наследственности и причины появления новых наследственных свойств у организмов.
Генетическая инженерия
Генная инженерия - это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.
Носителями материальных основ генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. Но гены образования не химические, а функциональные. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков, хранящих определенный объем информации - генов. В основе действия гена лежат его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК как бы записана информация, определяющая химическую структуру белковых молекул. Ген - участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка (один ген -- один белок). Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляет ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации
Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов, не связанные с видимыми в микроскопе изменениями строения хромосом. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК. Информация о структуре белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала. Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов.
Перспективы генной инженерии
Перспективы применения генной инженерии для совершенствования штаммов микроорганизмов сегодня кажутся почти неограниченными. Безусловно, будет развиваться такое направление, как создание штаммов-продуцентов белков человека, сельскохозяйственных животных и растений. Это направление связано не только с медициной и ветеринарией, но и с пищевой промышленностью. Близки к завершению работы по созданию микробиологической технологии производства ренина (фермента сычуга телят), используемого в сыроделии, сладкого белка — тау-матина (~ в 3000 раз слаще сахара) и других продуктов. Ведутся работы по совершенствованию штаммов дрожжей, используемых в пивоварении и виноделии. Этим организмам передаются гены, которые могут обеспечить усвоение пентоз, разрушение фенольных соединений, конкурентоспособность при росте в нестерильных условиях.
Начаты работы по созданию процесса переработки крахмала в этиловый спирт с помощью бактерий, что значительно ускоряет и удешевляет его производство.
Камнем преткновения часто является не методология генной инженерии, а неполное знание биохимических путей синтеза того или иного соединения, и недостаточная разработанность генетики многих промышленных штаммов. Именно по этим причинам до сих пор не создан этим методом ни один штамм-продуцент антибиотиков, очень ограничено число штаммов-продуцентов первичных и вторичных метаболитов.
Развитие генной инженерии в будущем по заявлению учёных может принести много благ для здоровья человека и его личностного потенциала. Будущее ставит перед человечеством множество проблем, с которыми эффективно могут справляться люди высокоорганизованные, здоровые с большим интеллектуальным потенциалом. Благодаря генной инженерии и генетике можно будет выращивать отдельные положительные качества людей, как в детском, так и во взрослом возрасте. Человек будет иметь возможность усилить свои умственные способности, иммунитет и продолжительность жизни благодаря лишь внедрению определённых генов в организм. Очень заманчивая перспектива, учитывая, что многие учёные, среди которых первооткрыватели ДНК говорят о том, что глупость основывается на генетике и может быть излечима.
Генная инженерия в перспективе сможет побороть генетические заболевания, и здоровье человека поднимется на новую ступень. Люди избавятся от старения, и им не придётся наблюдать за тем, как увядают их тела. К примеру, известно, что старение вызывается сокращением теломер в процессе деления клеток. Теломеры располагаются на концах хромосом и осуществляют функцию защиты ДНК. В конце 90-х годов двадцатого столетия учёные внедрили в клетку ген, который восстанавливает белок теломеразы, отвечающий за восстановление теломер. Таким образом, учёные сделали клетку бессмертной.
Некоторые особенности новых технологий 21 века могут привести к большим опасностям, чем существующие средства массового уничтожения. Прежде всего, - это способность к саморепликации. Разрушающий и лавинно самовоспроизводящийся объект, специально созданный или случайно оказавшийся вне контроля, может стать средством массового поражения всех или избранных. Для этого не потребуются комплексы заводов, сложная организация и большие ассигнования. Угрозу будет представлять само знание: устройства, изобретённые и изготовленные в единичных экземплярах, могут содержать в себе всё, необходимое для дальнейшего размножения, действия и даже дальнейшей эволюции - изменению своих свойств в заданном направлении. Успех в этой отрасли науки сможет радикально поднять производительность труда и способствовать решению многих существующих проблем, прежде всего, подъему уровня жизни каждого человека, но, в то же время, и создать новые разрушительные средства.
Заключение
Выполнила: студентка 1-го курса естественно-географического факультета отделения социально-культурного сервиса и туризма Калугина П.
Проверил: Золотов Г.В.
Введение
I.ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
1. Исторический аспект
3. Наиболее впечатляющие достижения
4. Преимущества генной инженерии
5. Проблемы и перспективы
5.1. Экологические риски
5.2. Медицинские риски
5.3. Социально- экономические риски
6. Перспективы генной инженерии
II .БИОТЕХНОЛОГИИ
1. История биотехнологии
2. Микробиологический синтез
3. Плазмиды
4. Биотехнологическая промышленность
Заключение. Роль генной инженерии и биотехнологий в выживании человечества.
Введение
В данном реферате рассматриваются основные характеристики, проблемы и перспективы такой новейшей технологии, как генная инженерия. В настоящее время эта тема весьма актуальна. По прогнозам учёных к концу 21-го века население Земли может увеличиться до 10 миллиардов. Как прокормить такое количество людей качественной пищей, если и при 6 миллиардах в некоторых регионах население голодает? Впрочем, даже если бы такой проблемы не существовало, то человечество, для решения других своих проблем, стремилось бы внедрять в сельское хозяйство наиболее производительные биотехнологии. Одной из таких технологий как раз и является генная инженерия.
1. Исторический аспект
В 1962 г. Уотсон и Крик совершили одно из величайших открытий, установив молекулярную структуру ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и определив ее роль в передаче наследственной информации. Позднее группа американских исследователей сообщила о выделении в лаборатории первой гибридной (рекомбинантной) молекулы ДНК – то есть вещества, объединившего в себе гены разных организмов. С этого момента формально и взяла старт генная инженерия. Притягательность трансгенов кроется в том существенном факте, что биотехнологии позволяют выводить новые культуры за 2-3 года. Обычные же методы селекции путем отбора и скрещивания — 10 и более лет.
3. Наиболее впечатляющие достижения
Первым искусственно изменённым продуктом стал помидор. Его новым свойством стала способность месяцами лежать в недоспелом виде. Но как только такой помидор помещался в тепло, он за несколько часов становится спелым. Оказалось, что в этот помидор для увеличения морозоустойчивости вживили ген североамериканской плоской рыбы.
Американские компании планируют наладить массовое производство клонированных цыплят.
Ученые размножают эмбриональные стволовые клетки донора, из которых развиваются все ткани. Затем эти клетки имплантируются в обычное яйцо. Ученые добились, чтобы донорских клеток было более 95 %, и даже создали 100-процентного клона.
Американцы добились изменения клубники, тюльпанов. Они планируют получить помидоры кубической формы, чтобы их было легче упаковывать в ящики. Швейцарцы начали выращивать кукурузу, которая выделяет собственный яд против вредителей. Идут работы по созданию пластмассы, которая бы разрушалась, попадая в окружающую среду.
4. Преимущества генной инженерии
2.Путем генетической модификации растений можно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами и гербицидами.
3.Генетически измененным продуктам могут быть приданы лечебные свойства. Ученым уже удалось создать банан с содержанием анальгина и салат, вырабатывающий вакцину против гепатита B.
5.Модифицированные виды помогут решить и некоторые экологические проблемы. Конструируются растения, эффективно поглощающие цинк, кобальт, кадмий, никель и прочие металлы из загрязненных промышленными отходами почв.
Выведение генетически модифицированных видов растений и животных представляет определенную опасность, обусловленную непредсказуемостью их развития и поведения в естественной среде. Риски, связанные с применением генной инженерии, разделяют на три категории: экологические, медицинские и социально-экономические.
5.1. Экологические риски
1. Появление супервредителей. Как известно, в экстремальных условиях, таких как процесс вытеснения вредителей, скорость мутаций растет, и неизвестно, сколько понадобится насекомым времени для того, чтобы приспособиться к новым условиям окружающей среды.
2. Нарушение природного баланса. Уже доказано, что многие ГМ-растения, такие, как ГМ-табак или технический рис, применяемый для производства пластика и лекарственных веществ, смертельно опасны для живущих на поле или рядом с ним грызунов.
5.2. Медицинские риски
1.Повышенная аллергеноопасность. В 1996 году генный инженер Университета штата Небраска, подтвердил: при попытке повысить содержание белка в ГМ-сое в нее вместе с геном бразильского ореха был перенесен аллерген. Тестирование ГМ-продуктов на аллергиках не входит в обязательную программу испытаний новых продуктов, а поэтому то, что аллерген был вовремя замечен, можно назвать счастливой случайностью.
2.Возможная токсичность и опасность для здоровья. В 1989 году одна из японских химических компаний поставила на американский рынок новый ГМ-вариант известной пищевой добавки L-tryptophan. В результате 37 человек погибли, а более 5000 стали инвалидами с потенциально смертельным диагнозом — синдром эозиафильной миалгии (неизлечимое заболевание крови).
3.Возникновение новых и опасных вирусов. Экспериментально показано, что встроенные в геном гены вирусов могут соединяться с генами инфекционных вирусов. Такие новые вирусы могут быть более агрессивными, чем исходные.
5.3. Социально- экономические риски
Сторонники генной инженерии заявляют, что создаваемые с ее помощью продукты могут решить проблему мирового голода. Однако их оппоненты подчеркивают потенциальную опасность сосредоточения генетических технологий в руках частных компаний через патентование определенных жизненных форм, которые могут вытеснить традиционные сельскохозяйственные культуры и породы животных.
6. Перспективы генной инженерии
Особенности новых технологий могут привести к большим опасностям. Разрушающий самовоспроизводящийся объект, специально созданный и оказавшийся вне контроля, может стать средством массового поражения. Угрозой будет само знание. Однако успех в этой отрасли науки сможет поднять производительность труда и способствовать решению многих существующих проблем,; но, в то же время, создать новые разрушительные средства.
II .БИОТЕХНОЛОГИИ
Биотехнология — интеграция естественных и инженерных наук, реализующая возможности живых организмов для создания и модификации продуктов или процессов различного назначения. Она представляет собой систему приёмов использования процессов жизнедеятельности живых организмов для получения промышленным способом ценных продуктов.
1.История биотехнологии
Были разработаны рекомендации по улучшению технологий обработки биохимического сырья, совершенствованию технологий хлебопечения, производства чая и табака и т. п., а также рекомендации по повышению урожая культурных растений путём управления протекающими в них биохимическими процессами.
В производственном отношении основой биотехнологии стала микробиологическая промышленность. Микроорганизмы использовали как средство повышения интенсивности биохимических процессов и как миниатюрные синтетические фабрики, способные синтезировать внутри своих клеток сложнейшие химические соединения.
Перелом в науке был связан с открытием и началом производства антибиотиков. Первый — пенициллин — был выделен в 1940 году.
Затем были открыты и другие антибиотики. Позднее появились новые задачи: налаживание производства лекарственных веществ, продуцируемых микроорганизмами; работа над повышением уровня доступности новых лекарств. Синтезировать антибиотики химически было очень дорого и почти невозможно. Было решено использовать микроорганизмы, синтезирующие пенициллин и другие антибиотики. Так возникло важнейшее направление биотехнологии, основанное на использовании процессов микробиологического синтеза.
2. Микробиологический синтез. Развитие микробиологической промышленности, выпускающей продукты биосинтеза, позволило накопить очень важный опыт конструирования и эксплуатации нового промышленного оборудования. В настоящее время с помощью микробиологического синтеза производят антибиотики, ферменты, аминокислоты, и другие. Сейчас химическая промышленность для производства горючего, ацетона и других веществ использует как исходное сырьё нефть, газ и уголь. Но их запасы не безграничны.
А в микробиологической промышленности для производства химических продуктов могут использоваться неограниченные массы органического сырья, отходов, образующихся в сельском хозяйстве, лесной промышленности, очистных сооружениях городов и т. п. Разработка и внедрение эффективных технологий такого производства — задача, имеющая большое значение для экономики народного хозяйства.
Важным направлением биотехнологии является производство и использование так называемых иммобилизованных ферментов. Эти ферменты обеспечивают осуществление химических реакций без высоких температур и давлений и ускоряют их в миллионы и миллиарды раз. При этом каждый фермент катализирует только одну определённую реакцию. Биологические катализаторы можно использовать также не извлекая их из живых организмов, прямо в бактериальных клетках. Этот способ — основа всякого микробиологического производства.
Для того чтобы стабилизировать (иммобилизовать) ферменты, сделать их пригодными для многократного промышленного использования, их присоединяют с помощью прочных химических связей к нерастворимым или растворимым носителям — ионообменным полимерам, пористому стеклу, полисахаридам и т. п. В результате ферменты становятся устойчивыми и могут быть использованы многократно. Разработка способа повышения устойчивости ферментов значительно расширяет возможности их использования. С помощью ферментов можно, например, получать сахар из растительных отходов.
Наибольшие успехи были достигнуты в области изменения генетического аппарата бактерий. Вводить новые гены в геном бактерии научились с помощью кольцеобразных молекул ДНК — плазмид, присутствующих в бактериальных клетках.
4. Биотехнологическая промышленность
Биотехнологическую промышленность разделяют на четыре направления:
Очевидно, что биотехнология имеет огромное будущее. И дальнейшее её развитие тесно связано с одновременным развитием всех важнейших отраслей биологической науки, исследующих живые организмы на разных уровнях их организации.
Методом генной инженерии получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон (интерферон – возможное средство лечения рака и СПИДа). И хотя эта технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.
Развитие генной инженерии сделает возможным улучшение генотипа человека. Масштабные задачи, стоящие сегодня перед человечеством требуют людей талантливых во многих отраслях, совершенных и высокоразвитых личностей, обладающих идеальным здоровьем, высочайшими физическими и умственными способностями. Таких людей можно будет создать методами генной, генетической и клеточной инженерии. Эти методы будут применимы как к только появляющимся на свет детям, так и к уже взрослым людям.
Человек сможет многократно усилить свои собственные способности, и увеличить способности своих детей. Уже сегодня многие всемирно известные учёные, такие как Уотсон, один из первооткрывателей ДНК, говорят о том, что человеческая глупость, например, является по сути своей генетическим заболеванием и в будущем будет излечима.
Будут полностью ликвидированы генетические причины заболеваний, все люди будут совершенно здоровыми. Старение будет остановлено и никому не придётся сталкиваться с увяданием, дряхлостью. Люди станут практически бессмертными — смерть будет становиться всё более редким явлением, перестав быть неизбежностью.
Прогресс вряд ли остановится на исправлении недостатков. Излечив болезни и остановив старение, человек примется за улучшение собственного организма, за его перестройку по собственным планам и желаниям. Люди смогут произвольным образом лепить свое собственное тело и мозг, добавлять себе новые способности, возможность жить под водой, летать, питаться энергией солнечного света, добавлять новые отделы мозга, новые органы тела.
Но человек вряд ли ограничится собственной перестройкой. Любой организм, существование которого не противоречит законам природы, сможет быть создан. Новые виды животных, растений и даже совершенно новых существ будут создаваться в промышленных целях, как форма творчества, для освоения космоса. Кроме того, человек наверняка захочет помочь братьям своим меньшим подняться с животного уровня. С помощью генной модификации можно будет усилить интеллект собак, шимпанзе, дельфинов, других животных.
Таким образом, биотехнология в совокупности с другими научными направлениями открывает новую эру взаимодействия человека с окружающей средой и, особенно, с живым веществом биосферы.
25 апреля — Международный день ДНК. В этот день 66 лет назад опубликовали первые материалы о молекулярной структуре главного кирпичика любого живого организма.
Ученые создали геном живого организма при помощи компьютера
Наконец, уже в этом апреле швейцарские ученые впервые смогли полностью сгенерировать геном живого существа. Созданный при помощи новейших цифровых и биотехнологий, он открывает новую эру генетики — в будущем эти наработки позволят выращивать полностью синтетические формы жизни.
Невидимое глазу устройство человека на клеточном уровне практически так же безгранично, как и наша галактика — интенсивные исследования ДНК продолжают открывать все новые секреты.
Нередко именно с генетикой связывают будущее нашей цивилизации, ведь эта наука претендует не только на пугающее знание того, что делает человека человеком, но и на то, как это знание использовать: вылечить болезни вроде рака и СПИДа или менее известной, но столь же смертельной лейкодистрофии, распознать менее серьезные проблемы со здоровьем и заранее задать ключевые параметры человеческого зародыша.
Возможно ли собрать с нуля нового человека и загрузить его параметры, словно приложение на смартфон? Или превратить свое тело в идеальный мультитул, в котором не будет ничего лишнего? А как насчет главной мечты людей — бессмертия?
Мир из пробирки
Этот престижный район выглядит как типичное поселение конца XXI века: под защитным куполом всегда стоит идеальная погода, белые дома утопают в зелени, небо заполнено беспилотными машинами и дронами. А что же люди?
Вроде ничего необычного, но все они словно вылупились из одного яйца. Обитатели мегаполиса отлично сложены, у них развитая мускулатура, приятная внешность и примерно одинаковый возраст — отличаются только прически и цвет глаз.
Еще до их появления на свет родители посетили специалистов в генетической клинике. После ряда ДНК-тестов перед ними, словно пасьянс, разложили медицинскую карту, список физических и ментальных характеристик и 3D-модель внешности ребенка.
Сначала самое важное: ярко-красным на упрощенной карте генома выделены гены, ответственные за предрасположенность к наследственным болезням от рака до психических заболеваний. А вот совсем яркая точка — рецептор, который является одним из основных путей попадания ВИЧ-инфекции в иммунные клетки.
После излечения смертельных болезней настанет черед ДНК-кода, мутация которого поможет замедлить старение, повысить иммунитет, укрепить сердце и другие внутренние органы. Дальше, как в компьютерной RPG, можно повлиять на интеллект и телосложение отпрыска и даже подобрать необходимый цвет волос или глаз.
На темной стороне ДНК
Впрочем, любой конвейерный процесс ведет к унификации — отсюда замеченное нами сходство между никак не связанными между собой людьми. Выделяются только странные безволосые существа в специальных робах. Они выполняют всю грязную работу: убирают мусор, работают в клубах и ресторанах, ухаживают за садами, помогают дронам в строительстве.
Вот один из них сорвался и упал с высоты пятиэтажного дома, а сейчас молча лежит в ожидании медицинского робота. Это последняя модификация синтетического андроида — ему привита мутация, понижающая чувствительность. Он не только почти не чувствует боли, но и практически не паникует в стрессовых ситуациях. Генетическая операция привела к ухудшению памяти, зато у синтетика всегда повышенный уровень гормонов счастья и заживления ран.
Вполне вероятно, что синтетики больше похожи на обезьян и других приматов, чем на людей. На сегодня главный способ создания искусственных организмов — радикальное изменение ДНК организма путем очистки и других воздействий. Пока он применялся только на бактериях, но в будущем вполне может быть перенесен на более развитие виды живых существ.
Статус синтетиков в нашем городе будущего так и не определен, ведь их единственная задача — служить своим хозяевам. Однако отдельные активисты утверждают, что подобное отношение к рожденным в пробирках существам равносильно рабовладению и синтетические формы жизни надо уравнять в правах.
В игре Detrоit: Become Human андроиды были внутри железными, но их тоже использовали для неквалифицированного труда
Ладно синтетики, но что делать c обычными, генетически неулучшенными людьми? С одной стороны, биомедицина может предсказывать болезни безо всякого вмешательства в генный код, с другой, они все равно будут чувствовать себя менее привилегированными, чем поколение, которое относится к своему телу как к смартфону со множеством приложений.
Эксперты уже сейчас предсказывают, что в будущем могут быть реализованы сценарии самых мрачных антиутопий, где людей с обычными и отредактированными генами сначала разделит законодательство, а потом необратимые изменения во внешности и организме. Рано или поздно генетическая дискриминация может перерасти в настоящую войну между супермутантами и людьми. Пришла пора повернуть вспять нашу машину времени и задуматься, как избежать подобной катастрофы.
Этика против генетики
Пока главный барьер на пути этих необратимых изменений человечества — моральные и политические причины, уже приведшие к ряду ограничений на исследование ДНК и создание генно-модифицированной продукции в России, США и многих других развитых и развивающихся странах.
Впрочем, большинство запретов распространяется на методы, связанные с внесением в ДНК чужеродного генетического материала — то самое ГМО. Открытый в 2012 году метод редактирования CRISPR, наоборот, считается вполне респектабельным научным инструментом. Он позволяет точечно вставлять, удалять и исправлять участки ДНК, фактически обрабатывая их, словно программный код в редакторе. В перспективе именно с его помощью могут быть произведены все ранее описанные манипуляции с человеческими генами.
Их родители были носителями ВИЧ, но сами дети, как уверяет ученый, родились абсолютно здоровыми и, по идее, никогда не смогут заразиться СПИДом.
Гитлер и ДНК
Биотехнологии должны восприниматься как атомная энергия — при бесконтрольном использовании генной инженерии нам уже сейчас под силу устроить аналог Чернобыля в собственной ДНК. Создание синтетиков и совершенных людей, безусловно, дело опасное и вместе с разработкой искусственного интеллект, должно находиться под жестким контролем.
Что до вторжения в генный код, то даже автор CRISPR-технологии профессор Дженнифер Дудна признавалась — ее открытие может вызвать к жизни самые мрачные страницы в истории человечества.
Откуда такие ассоциации? Слишком уж хорошо на Западе помнят популярное около 100 лет назад учение евгеники, имевшее поклонников в высших слоях британского и американского общества. Именно эта теория о селекции человека органично перетекла в нацистское учение о расе сверхлюдей.
Имеет ли право человек считать себя не просто гостем, но хозяином этого мира и вмешиваться в его самые сокровенные процессы? На этот вопрос нам всем придется дать ответ — и как можно скорее, пока отредактированные близнецы и создавшая их технология еще находятся в младенчестве.
Генная инженерия будет повсюду. Хотим мы этого или нет.
Что такое генная инженерия
Определив структуру ДНК в 1950-х годах, Уотсон, Крик, Уилкинс и Франклин показали, что книга жизни написана в двойной спирали ДНК. Когда в 2003 году был завершен проект генома человека, мы увидели, как можно переписать эту книгу о человеческой жизни. Кропотливые исследования в сочетании с продвинутыми вычислительными алгоритмами начали все больше открывать, что делают гены и как можно читать генетическую книгу жизни.
Подписывайтесь на наш канал в Яндекс Дзен. Там можно найти много всего интересного, чего нет даже на нашем сайте.
Теперь, благодаря появлению точных инструментов редактирования генов — вроде CRISPR (почитайте, что это такое) — мы точно поняли, что книгу жизни, да и всю биологию можно переписать. Биология стала еще одной формой читаемых, записываемых и взламываемых информационных технологий, которые мы, люди, кодируем.
Воздействие этой трансформации прежде всего ощущается в области здравоохранения. Генная терапия, включающая извлечение, изменение и повторное введение собственных клеток человека, улучшенных для борьбы, например, с раком, уже творит чудеса в клинических испытаниях. Тысячи заявок уже были поданы регуляторам по всему миру для испытаний с использованием генной терапии для лечения множества других заболеваний.
Как редактируют гены
Не так давно было начато первое редактирование генов клеток внутри тела человека для лечения относительно простого с точки зрения генетики метаболического расстройства — синдром Хантера. Другие применения вскоре последуют. Эти примеры — буквально самые первые шаги в нашем переходе от существующей системы обобщенной медицины, основанной на средних показателях населения, к точной медицине, основанной на индивидуальной биологии каждого пациента, и прогностической медицине, основанной на сгенерированных искусственным интеллектом оценках будущего состояния здоровья человека.
Этот сдвиг в нашем здравоохранении гарантирует, что миллионы, а затем и миллиарды людей будут секвенировать свои геномы, закладывая этим основу для своего лечения. Аналитика больших данных поможет сравнивать масштабно человеческие генотипы (что говорят гены) с фенотипами (как гены экспрессируются в течение жизни).
ДНК — главная загадка человечества.
Массивные наборы генетической и медицинской информации позволят выйти за рамки простого современного генетического анализа и понять гораздо более сложные человеческие заболевания и черты, на которые влияют сотни или тысячи генов. Наше понимание этой сложной генетической системы в обширной экосистеме нашего тела и окружающей нас среде преобразит здравоохранение в лучшую сторону и поможет нам вылечить ужасные заболевания, которые мучают наших предков на протяжении тысячелетий.
Но сколь бы революционной ни была эта задача для медицины, следствия генетической революции в здравоохранении — это лишь перевалочные станции на пути к конечному пункту назначения: глубокой и фундаментальной трансформации нашего вида.
Изменение человеческого вида
Первые проблески будущего, в которое мы движемся, можно увидеть в индустрии генетических тестов, ориентированной на потребителя. Многие люди по всему миру отправили свои мазки с внутренней части щек компаниям — вроде 23andMe — на анализ. Информация, которая будет им предоставлена, расскажет об относительно простых генетических чертах: статус заболеваний, связанных с мутацией одного гена, цвет глаз, нравится ли вкус кинзы, но умолчит о сложных чертах: спортивная предрасположенность, интеллект, личность.
Чтобы не пропустить ничего интересного из мира высоких технологий, подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram. Там вы узнаете много нового.
Самое интересное следствие этого всего проявится в нашем рождении детей. Перед тем, как принять решение, какую из оплодотворенных яйцеклеток имплантировать, женщины в процессе ЭКО сегодня могут выбрать из небольшого числа клеток, которые были извлечены из ранее имплантированных эмбрионов, и секвенировать геном. Современные технологии позволяют увидеть мутации отдельных генов и относительно простые расстройства. Полигенный подсчет вскоре позволит видеть эмбрионы на ранних стадиях развития и оценивать риск развития сложных генетических заболеваний или даже возможность наследования сложных человеческих черт. Самые сокровенные элементы человеческого бытия вскоре будут подвергаться строгому отбору со стороны родителей.
Технологии стволовых клеток для взрослых, вероятно, позволят производить сотни или тысячи собственных яйцеклеток женщины из ее образца крови или кожного трансплантата. Это откроет двери для репродуктивных возможностей и позволит родителям выбирать эмбрионы с исключительным потенциалом из гораздо более широкого набора вариантов.
Сложность человеческой биологии накладывает некоторые ограничения на степень возможного редактирования генов, но вся биология, включая нашу собственную, чрезвычайно гибкая. Каким еще образом из одной только клетки четыре миллиарда лет назад появилось все это биоразнообразие? Ограничения нашего воображения станут самыми большими препятствиями для нашей биологии.
Но пока мы, люди, стремимся к силе богов, мы совсем не готовы ее использовать.
Игры с собственной биологией
Те же самые инструменты, которые помогут нам побороть наши худшие пристрастия, спасут наших детей, помогут нам жить дольше и здоровой жизнью, они же откроют дверь и злоупотреблениям. Предусмотрительные родители с благими намерениями или государства со слабой регулирующей структурой или агрессивными идеями, желающие повысить конкурентоспособность нации, могут ввергнуть нас в генетическую гонку, которая подорвет наше существенное разнообразие, опасно разделит общество, приведет к опасным, дестабилизирующим и даже возможно смертельным конфликтам между нами, поставит под угрозу все человечество.
Но если развитие генетических технологий неизбежно, то, как все это развернется — можно и нужно контролировать. Если мы не хотим, чтобы генетическая революция погубила наш вид или привела к смертельным конфликтам между имеющими нужные гены и неимущими, либо между социально адаптированными и социально неадаптированными, именно сейчас нужно принимать умные решения, отталкиваясь от наших лучших индивидуальных и коллективных ценностей. Хотя технологии, которые продвигают генетическую революцию, новы, система ценностей, которая нам понадобится для оптимизации преимуществ и минимизации ущерба в этом процессе массовой трансформации, разрабатывалась тысячи лет.
Изучение ДНК в пробирке давно стало обычным делом.
И хотя некоторые умные и благонамеренные ученые уже собирались, дабы обсудить, что будет дальше, никаких даже самых мудрых пророков не хватит, чтобы принять решения о будущем нашего вида. Нужно будет руководить процессом его формирования на национальном и даже международном уровне.
Каждой стране придется разработать собственные нормативные руководящие принципы для генной инженерии человека, основанные как на лучших международных практиках, так и на уникальных традициях и ценностях страны. Однако, поскольку мы все являемся одним видом, в конечном итоге нам придется разработать руководящие принципы, применимые ко всем нам.
Пересечение геномики и искусственного интеллекта может показаться научной фантастикой, но это ближе, чем вы думаете. Намного раньше, чем это признает большинство людей, преимущества, которые предлагают новые технологии, и конкуренция между нами, вызовет быструю реакцию. До того, как эта искра загорится, у нас есть совсем немного времени, чтобы собраться вместе как вид, сформулировать и воплотить в действительность будущее, которое мы увидим совместно.
А вы одобряете генетические изменения или нет? Расскажите в нашем чате в Телеграме.
Читайте также: