Подробнее о генной инженерии

Что такое ГМО, в чем их отличие от организмов, получаемых в результате селекции и как работают гены внутри нас и любого другого живого организма?По определению Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), генетически модифицированные организмы (ГМО) как «организмы, генетический материал (ДНК) которых был изменён способом, не встречающимся в природе».

Европейское законодательство более точно определяет ГМО как организмы, «генетический материал которых был изменён способом, не встречающимся в природе в процессах размножения и/или естественной рекомбинации».

Как правило, генная инженерия подразумевает манипуляции с генетическим материалом организма (геномом) в лабораторных условиях путём вставки одного и более новых участков ДНК или модификации одной и более нуклеотидных оснований генетического кода. Такое перепрограммирование клеток генно-модифицированного организма приводит к тому, что они начинают производить новые белки или изменяют структуру и функции какого-либо существующего белка. Генетическое модифицирование (ГМ) служит для получения новых свойств или «признаков», которыми организм не обладает в природе.

Среди приёмов ГМ можно отметить следующие:

• • перенос генов от родственных и/или абсолютно неродственных организмов;
• • изменение содержащейся в гене информации («редактирование гена»);
• • перестановка, удаление или увеличение числа генов в живом организме;
• • сплайсинг, или сращивание друг с другом частей существующих генов, или сооружение новых.

После введения в ДНК организма модифицированные гены начинают менять его функциональные характеристики — признаки. Самыми распространёнными признаками генетически модифицированных сельскохозяйственных культур, представленных на рынке в настоящий момент, считаются экспрессия (проявление, появление) белков, сконструированных либо для уничтожения поедающих урожай насекомых, либо для придания растениям устойчивости к определённому гербициду. Однако теоретически проявившиеся в генно-модифицированных культурах новые белки могут обладать широким набором функций.

Что такое ДНК?

ДНК — это дезоксирибонуклеиновая кислота. Её молекулы содержатся в ядре каждой клетки. Участки внутри молекулы ДНК называются генами, они могут исчисляться десятками тысяч. В генах содержатся предписания, в соответствии с которыми развиваются и функционируют все известные живые организмы и вирусы.

Главная задача ДНК — хранение биологической информации. Хранящаяся в генах информация экспрессируется, то есть проявляется, в виде таких физических характеристик или признаков, как рост, тёмная кожа, рыжие волосы или голубые глаза.

Существует четыре вида нуклеотидов ДНК, называемых азотистыми основаниями. Они составляют «буквы» генетического алфавита. Информация в ДНК хранится в виде последовательности этих четырёх букв так же, как информация на этом листе хранится в виде последовательности тридцати трёх букв русского алфавита.

Каждый ген представляет собой особую последовательность генетических букв и может быть приравнен к схеме, рецепту или коду для производства определённого белка или набора белков. Геном организма — это набор всех генов, необходимых для создания напрямую или опосредованно всех составных элементов клеток организма.

Большинство генов содержат закодированную информацию для производства белков, которые могут функционировать любым из четырёх способов в качестве:

• • структурных строительных блоков организма, формирующих такие физические структуры, как клеточная мембрана и органы;
• • ферментов — белков, катализирующих биохимические реакции, необходимые для поддержания жизни;
• • внутриклеточных сигнальных и регуляторных молекул, контролирующих функционирование генов, метаболических путей, клеток и органов;
• • регуляторных молекул или пептидных гормонов, управляющих многими физиологическими процессами внутри клеток.

Раньше полагали, что каждый ген кодирует один белок. Но поскольку число белковых функций в организме человека и других млекопитающих оценивается более чем в 200 тысяч, очевидно, что должны существовать способы, позволяющие тому или иному гену кодировать синтез более одного белка. В настоящее время известно, что большинство генов (по крайней мере, 60%) кодируют информацию для производства более одного белка.

Более того, в отношении всё большего числа белков выясняется, что они локализуются в нескольких структурах (точках) внутри клеток и органов и выполняют более одной функции. Установлено, что многие клеточные функции выполняются группами объединённых вместе белков. Таким образом, ограниченное число генов может обеспечить большое разнообразие клеточных и органных функций.

Многие гены не кодируют информацию о белках. Напротив, они производят рибонуклеиновые кислоты (РНК), копии самих себя различных размеров. Такие молекулы РНК выполняют структурную, регуляторную и каталитическую роли и участвуют в жизненно важных клеточных процессах, среди которых синтез белков и контроль работы других генов. Например, молекулы РНК могут контролировать, сколько отдельного белка экспрессировано тем или иным геном.

За исключением некоторых случаев, каждая клетка организма (человека, животного или растения) содержит его полный геном: собрание всей генетической информации, определяющей прямо или опосредованно все аспекты структуры и функционирования организма.

Перед делением, когда клетки размножаются и воспроизводят самих себя, геном полностью удваивается («репликация ДНК»). Полный геном передаётся обеим дочерним клеткам. Производство любых типов белков на основе содержащейся в генах информации представляет собой многоступенчатую последовательность реакций:

Соответствующие гены копируются в матричную РНК (мРНК) — это процесс, называемый транскрипцией.

По завершении транскрипции мРНК перемещается из ядра клетки в её внешний отдел, называемый цитоплазмой.

После поступления мРНК в цитоплазму её генетическая информация подвергается декодированию, или «переводится», для создания необходимых белков.

Таким образом, ДНК производит РНК, РНК — белок.

В целом процесс генной инженерии нельзя назвать точным или предсказуемым. Гены не функционируют в качестве изолированных единиц. Напротив, их сложные способы взаимодействия друг с другом и с окружающей их средой не до конца понятны и плохо прогнозируются. Манипуляции с генами могут разрушить геном организма-хозяина или непредсказуемым образом нарушить работу генов, что приведёт к неожиданным и непредусмотренным изменениям в структуре и функционировании генетически модифицированного организма. В свою очередь, это может послужить причиной появления в измененном организме непредвиденных токсинов или аллергенов либо изменения их пищевой ценности. Кроме того, сконструированный организм может оказывать непредвиденное и вредное влияние на окружающую среду.

По материалам: Энциклопедия ГМО: мифы и правда, 2020.