Биология в современном естествознании

  Дальнейшее  развитие биотехнологий связано  с модификацией генетического аппарата живых систем.

ГЕННЫЕ  ТЕХНОЛОГИИ

  Генные  технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанных с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии зарождались в начале 70-х годов XX в. как методы рекомбинантных ДНК, названные генной инженерией. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена, кодирующего нужный продукт, или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными размножаться в клетках другого организма. На начальной стадии развития генных технологий был получен ряд биологически активных соединений — инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии объединяют химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывают новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства.

  Основная  цель генных технологий — видоизменить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Современные экспериментальные  методы позволяют анализировать  и идентифицировать фрагменты ДНК  и генетически видоизмененной клетки, в которые введена нужная ДНК. Над биологическими объектами осуществляются Целенаправленные химические операции, что и составляет основу генных технологий.

Генные  технологии привели к разработке современных методов анализа  генов и геномов, а они, в свою очередь, — к синтезу, т.е. к конструированию  новых, генетически модифицированных микроорганизмов. К настоящему времени  установлены нуклеотидные последовательности разных микроорганизмов, включая промышленные штаммы, и те, которые нужны для  исследования принципов организации  геномов и для понимания механизмов эволюции микробов. Промышленные микробиологи, в свою очередь, убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей  геномов промышленных штаммов позволит «программировать» их на то, чтобы  они приносили большой доход.

  Клонирование  эукариотных (ядерных) генов в микробах и есть тот принципиальный метод, который привел к бурному развитию микробиологии. Фрагменты геномов  животных и растений для их анализа  клонируют именно в микроорганизмах. Для этого в качестве молекулярных векторов — переносчиков генов —  используют искусственно созданные  плазмиды, а также множество других молекулярных образований для выделения  и клонирования.

  С помощью молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной последовательностью  нуклеотидов) можно определять, скажем, заражена ли донорская кровь вирусом  СПИДа. А генные технологии для идентификации  некоторых микробов позволяют следить  за их распространением, например внутри больницы или при эпидемиях.

  Генные  технологии производства вакцин развиваются  в двух основных направлениях. Первое — улучшение уже существующих вакцин и создание комбинированной  вакцины, т.е. состоящей из нескольких вакцин. Второе направление — получение  вакцин против болезней: СПИДа, малярии, язвенной болезни желудка и др.

  За  последние годы генные технологии значительно  улучшили эффективность традиционных штаммов-продуцентов. Например, у грибного штамма-продуцента антибиотика цефалоспорина  увеличили число генов, кодирующих экспандазу, активность которой задает скорость синтеза цефалоспорина. В итоге выработка антибиотика возросла на 15—40%.

  Проводится  целенаправленная работа по генетической модификации свойств микробов, используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении  и виноделии, чтобы увеличить  устойчивость производственных штаммов, повысить их конкурентоспособность  по отношению к вредным бактериям  и улучшить качество конечного продукта.

  Генетически модифицированные микробы приносят пользу в борьбе с вредными вирусами и микробами и насекомыми. Вот  примеры. В результате модификации  тех или иных растений можно повысить их устойчивость к инфекционным болезням. Так, в Китае устойчивые к вирусам  табак, томаты и сладкий перец  выращивают уже на больших площадях. Известны трансгенные томаты, устойчивые к бактериальной инфекции, картофель  и кукуруза, устойчивые к грибкам.

  В настоящее время трансгенные  растения промышленно выращиваются в США, Аргентине, Канаде, Австрии, Китае, Испании, Франции и Других странах. С каждым годом увеличиваются  площади под трансгенными растениями. Особенно важно использовать трансгенные  растения в странах Азии и Африки, где наиболее велики потери урожая от сорняков, болезней и вредителей и в то же время больше всего  не хватает продовольствия.

  Не  приведет ли широкое внедрение в  практику генных технологий к появлению  еще не известных эпидемиологам  заболеваний и других нежелательных  последствий? Практика показывает, что  генные технологии с начала их развития по сей день, т.е. в течение более 30 лет, не принесли ни одного отрицательного последствия. Более того, оказалось, что все рекомбинантные микроорганизмы, как правило, менее вирулентны, т.е. менее болезнетворны, чем их исходные формы. Однако биологические феномены таковы, что о них никогда нельзя с уверенностью сказать: этого никогда  не случится. Более правильно говорить так: вероятность того, что это случится, очень мала. И тут как безусловно положительное важно отметить, что все виды работ с микроорганизмами строго регламентированы, и цель такой регламентации — уменьшить вероятность распространения инфекционных агентов. Трансгенные штаммы не должны содержать генов, которые после их переноса в другие бактерии смогут дать опасный эффект.

ПРОБЛЕМА  КЛОНИРОВАНИЯ

  Родился ягненок, генетически неотличимый  от особи, давшей соматическую клетку. Может быть, соматическая клетка человека способна породить новый полноценный  организм. Клонирование человека —  это шанс иметь детей для тех, кто страдает бесплодием; это банки  клеток и тканей, запасные органы взамен тех, что приходят в негодность; наконец, это возможность передать потомству  не половину своих генов, а весь геном  — воспроизвести ребенка, который  будет копией одного из родителей. Вместе с тем остается открытым вопрос о  правовом и нравственном аспекте  данных возможностей. Подобного рода доводами в 1997—1998 гг. были переполнены  различные источники массовой информации во многих странах.

  По  принятому в науке определению, клонирование — это точное воспроизведение того или иного живого объекта в каком-то количестве копий. Воспроизведенные копии обладают идентичной наследственной информацией, т.е. имеют одинаковый набор генов.

  В ряде случаев клонирование живого организма  не вызывает особого удивления и  относится к отработанной процедуре, хотя и не такой уж простой. Генетики получают клоны, когда используемые ими объекты размножаются посредством  партеногенеза — бесполым путем, без предшествующего оплодотворения. Естественно, те особи, которые развиваются  из той или иной исходной половой  клетки, будут в генетическом отношении  одинаковыми и могут составить клон. В нашей стране блестящие работы по подобному клонированию выполняют на шелкопряде доведенные клоны шелкопряда отличаются высокой продуктивностью по выработке шелка и славятся на весь мир.

  Однако  речь идет о другом клонировании —  о получении точных копий, например коровы с рекордным надоем молока или гениального человека. Вот  при таком клонировании и возникают  весьма и весьма большие сложности.

  Еще в далекие 40-е годы XX в. российский эмбриолог Г.В. Лопашов разработал метод пересадки (трансплантации) ядер в яйцеклетку лягушки. В июне 1948 г. он отправил в «Журнал общей биологии»  статью, написанную по материалам своих  экспериментов. Однако на его беду в  августе 1948 г. состоялась печально известная  сессия ВАСХНИЛ, по воле партии утвердившая  беспредельное господство в биологии Трофима Лысенко (1898—1976), и набор  статьи Лопашова, принятой к печати, был рассыпан, поскольку она доказывала ведущую роль ядра и содержащихся в нем хромосом в индивидуальном развитии организмов. Работу Лопашова забыли, а в 50-е годы XX в. американские эмбриологи Бриггс и Кинг выполнили  сходные опыты, и приоритет достался им, как часто случалось в истории  российской науки.

  В феврале 1997 г. сообщалось о том, что  в лаборатории шотландского ученого  Яна Вильмута в Рослинском институте (Эдинбург) разработан эффективный  метод клонирования млекопитающих  и на его основе родилась овца Долли. Говоря доступным языком, овца Долли  не имеет отца — ей дала начало клетка матери, содержащая двойной набор  генов. Известно, соматические клетки взрослых организмов содержат полный набор генов, а половые клетки — только половину. При зачатии  обе половины — отцовская и  материнская — соединяются и  рождается новый организм.

  Как же производился опыт в лаборатории  Яна Вильмута? Вначале выделялись ооциты, т.е. яйцеклетки. Их извлекли из овцы породы Шотландская черномордая, затем поместили в искусственную питательную среду с добавлением эмбриональной телячьей сыворотки при температуре 37 °С и провели операцию энуклеации — удаления собственных ядер. Следующая операция заключалась в обеспечении яйцеклетки генетической информацией от организма, который надлежало клонировать. Для этого наиболее удобными оказались диплоидные клетки донора, т.е. клетки, несущие полный генетический набор, которые были взяты из молочной железы взрослой беременной овцы. Из 236 опытов успешным оказался лишь один — и родилась овечка Долли, несущая генетический материал взрослой овцы. После этого в различных средствах информации стала обсуждаться проблема клонирования человека.

  Некоторые ученые считают, что фактически невозможно возвратить изменившиеся ядра соматических клеток в исходное состояние, чтобы  они могли обеспечить нормальное развитие той яйцеклетки, в которую  их трансплантировали, и на выходе дать точную копию донора. Но даже если все  проблемы удастся решить и все  трудности преодолеть (хотя это маловероятно), клонирование человека нельзя считать  научно обоснованным. Действительно, допустим, что трансплантировали развивающиеся  яйцеклетки с чужеродными донорскими ядрами нескольким тысячам приемных матерей. Именно нескольким тысячам: процент  выхода низкий, а повысить его, скорее всего, не удастся. И все это для  того, чтобы получить хотя бы одну-единственную рожденную живую копию какого-то человека, пусть даже гения. А что  будет с остальными зародышами? Ведь большая их часть погибнет в утробе матери или разовьется в уродов. Представляете себе — тысячи искусственно полученных уродов! Это было бы преступлением, поэтому вполне естественно ожидать  принятия закона, запрещающего такого рода исследования как в высшей степени  аморальные. Что касается млекопитающих, то рациональнее проводить исследования по выведению трансгенных пород  животных, генотерапии и т.п. 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

  Природа как объект изучения естествознания сложна и многообразна в своих  проявлениях: она непрерывно изменяется и находится в постоянном движении. Круг знаний о ней становится все  шире, и область сопряжения его  с безграничным полем незнания превращается в громадное размытое кольцо, усеянное научными идеями — зернами естествознания. Некоторые из них своими ростками пробьются в круг классических знаний и дадут жизнь новым идеям, новым естественно - научным концепциям, другие же останутся лишь в истории  развития науки. Их сменят затем более  совершенные. Такова диалектика развития естественно - научного познания окружающего  мира.