Генная инженерия – это процесс изменения ДНК организма, чтобы ввести новые, желательные черты. Многие организмы, от бактерий до растений и животных, были генетически модифицированы для академических, медицинских, сельскохозяйственных и промышленных целей. В то время как генная инженерия имеет определенные преимущества, этические проблемы окружают изменение людей и наших продуктов питания.
Генетическая инженерия возможна, потому что генетический код – способ кодирования информации ДНК – и структура ДНК универсальны среди всех форм жизни. В результате генетический код организма может быть изменен несколькими способами.
Нуклеотидная последовательность может быть выборочно отредактирована с помощью таких методов, как система CRISPR/Cas9. Известная как “молекулярные ножницы”, система CRISPR/Cas9 является врожденным, прокариотическим иммунным ответом, который был кооптирован для редактирования генетической информации.
Ген также может быть удален из организма для создания & ldquo;нокаута” или введены для создания & ldquo; knockin, & rdquo; посредством процесса, называемого нацеливанием на гены. Этот метод основан на гомологичной рекомбинации & mdash; генетическом обмене между молекулами ДНК, которые имеют общую протяженную область со сходными последовательностями & mdash; для модификации эндогенного гена.
Ученые также могут вставить ген одного организма в геном другого, в результате чего получится трансгенный организм. Обычно ДНК, полученная из разных источников, называется рекомбинантной ДНК. Организм, который получает эту ДНК, считается генетически модифицированным организмом или ГМО.
Редактирование генома существенно повлияло на научные исследования, сельское хозяйство, промышленность и медицину. Исследования молекулярной биологии часто включают трансгены – чужеродные гены – в бактерии и вирусы для изучения функции и экспрессии генов. Бактерии были первыми организмами, созданными с помощью генной инженерии. Ученые представили ген человеческого инсулина для производства синтетического инсулина, который используется людьми с диабетом.
Метод, называемый генной терапией, позволяет ввести новый ген в человека, чтобы кодируемый им белок мог экспрессироваться в его клетках. Генная терапия обеспечивает излечение или лечение некоторых серьезных и иначе неизлечимых генетических заболеваний. Ученые модифицировали вирусы, чтобы доставить новые гены в клетки-хозяева. Эти индивидуализированные вирусы могут инфицировать больные клетки и вставлять правильную копию дефектного гена, лечить такие заболевания человека, как тяжелый комбинированный иммунодефицит (ТКИД).
Хотя многие методы генной терапии используют модифицированные вирусы, система CRISPR/Cas9 становится все более популярным методом. Система CRISPR/Cas9 сокращает ДНК с помощью руководства – РНК-последовательностей, известных как CRISPR– для напрямую «молекулярных ножниц» — фермента под названием Cas9 – к определенным участкам генома. Ученые используют этот молекулярный инструмент для добавления, удаления или изменения генетического материала. CRISPR/Cas9 используется в моделях мышей для исправления ошибок в генах, которые отвечают за мышечную дистрофию Дюшенна, гепатит В, катаракту и сердечно-сосудистые заболевания.
Хотя генная инженерия может дать новые методы лечения заболеваний, она также может быть использована для других практических целей. Разработаны трансгенные козы, которые производят паукообразный шелк в их молоке для промышленного использования. В сельском хозяйстве некоторые растения были генетически модифицированы для улучшения таких характеристик, как содержание питательных веществ и устойчивость к вредителям. Недавние и будущие достижения в области генной инженерии, вероятно, будут и впредь оказывать воздействие как на здоровье человека, так и на его благополучие.
Генетическая инженерия имеет большой потенциал, но где нам следует провести черту? Ученые и общество должны ответить на этот вопрос. Редактирование генома человека, особенно в зародышевых клетках, является серьезной этической проблемой. Большинство генной терапии модифицируют соматические клетки, поэтому генетические изменения влияют только на человека. Изменения в зародышевой линии человека, однако, также наследуются их потомством.
В 2018 году ученый шокировал мир, когда он якобы создал первых детей, генетически модифицированных с помощью CRISPR. Он попытался сделать девочек-близнецов устойчивыми к ВИЧ, введя неизученную мутацию зародышевой линии. Его действия вызвали возмущение и беспокойство, поскольку ученые и общественность боролись с тем, что это означает для человечества. Остается неясным, как это повлияет на здоровье девочек, их будущее потомство или популяцию.
Еще одной проблемой является использование иностранного генетического материала для улучшения питания. Растения являются наиболее распространенным генетически модифицированным источником продовольствия, с 28 странами растет почти 450 миллионов акров ГМ культур во всем мире. Хотя существует огромный потенциал для обеспечения продовольствием растущего населения мира, научно обоснованными, долгосрочные исследования необходимы для решения проблем критиков ГМО.
