Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 11 клас. Задорожний - Нова програма

§ 76. Генетично модифіковані організми

Поміркуйте

  • Які способи обміну генетичною інформацією характерні для бактерій? У яких структурах клітин зберігається спадкова інформація?

Згадайте

  • Рекомбінація
  • Трансформація
  • Кон'югація
  • Трансдукція

Що таке генетично модифіковані організми

Генетично модифіковані організми (ГМО) — це організми, генотип яких було змінено за допомогою методів генетичної інженерії з використанням технології рекомбінантних ДНК. Інша назва генетично модифікованих організмів — трансгенні організми. Трансгенні організми можуть мати велике значення для підвищення ефективності сільського господарства та під час досліджень у галузі молекулярної біології.

Перші генетично модифіковані організми, одержані за допомогою методів молекулярної біології, з'явилися у світі лише у 80-х роках ХХ ст.

Як створюють генетично модифіковані організми

Створення генетично модифікованих організмів складається з кількох етапів. Спочатку отримують потрібний ген, вилучаючи його з відповідного організму. Наступним етапом є введення гена до складу вектора. Як ви вже знаєте (докладніше див. § 74), вектор — це молекула ДНК, зазвичай створена на основі одного з вірусів або бактеріальної плазміди, яка містить ген, потрібний для введення в організм.

Після введення у вектор ген може використовуватися одразу, а може тривалий час зберігатися в геномній бібліотеці. Геномна бібліотека є колекцією мікроорганізмів, до складу яких уведено генетичні вектори. Під час кожного поділу ці мікроорганізми відтворюють уведений у них вектор. Таким чином вони можуть зберігати його протягом тривалого часу.

Для використання вектор потрібно перенести в організм, який потрібно модифікувати. Це можна зробити кількома різними способами (мал. 76.1). ДНК можна просто ввести в ядро клітини шляхом ін'єкції. Його проникнення можна забезпечити, застосувавши електричні розряди, які підвищують проникність клітинної мембрани. Також використовують транспортування векторів у клітину всередині ліпосом (мікрокульок, стінки яких побудовані з ліпідів). А ще можна напряму бомбардувати клітину мікрочастинками золота або ванадію, на поверхню яких нанесено вектори.

Мал. 76.1. Схема введення гена в організм рослини

Завершується створення генетично модифікованих організмів виявленням клітин, у яких вектор убудувався в ДНК, а новий ген почав працювати з подальшим їх відбором і розмноженням.

Успіхи у створенні генетично модифікованих організмів

Генетично модифіковані організми стали успішною основою багатьох проектів, пов'язаних із вирішенням продовольчих та медичних проблем. Першим великим успіхом було створення генетично модифікованих бактерій, які виробляли людський інсулін. До цього хворим на діабет доводилося робити ін'єкції інсуліну, який добували з підшлункових залоз худоби. А він досить часто міг давати алергічні реакції.

Значним досягненням стало створення генетично модифікованого сорту рису, відомого як «золотий рис». Завдяки генам із нарцису та бактерії ервінії цей рис отримав здатність виробляти бета-каротин і став чудовим джерелом вітаміну А. Щороку у світі через дефіцит цього вітаміну в продуктах харчування помирає від 1 до 2 млн людей. Свою назву цей сорт рису отримав через золотистий колір своїх насінин.

Генетично модифіковані тварини використовуються не менш активно, ніж рослини. Так, у 2009 році було схвалено застосування ліків, які виробляють із молока генетично модифікованих кіз.

До складу молока цих кіз входить речовина, яка є антикоагулянтом і знижує ризик утворення тромбів під час та після хірургічних операцій.

Генетична модифікація організмів у природі

Людина не може вважатися першовідкривачем технології рекомбінантних ДНК. Такі процеси є дуже давніми і поширеними серед живих організмів. Віруси уражають усі групи живих організмів й інколи випадково переносять гени від одних видів до інших. Цей процес має назву горизонтального перенесення генів. Він відіграє важливу роль в еволюції.

Першими перенесення генів почали використовувати бактерії. Цей процес у них відомий як трансдукція — перенесення бактеріальних генів іншим бактеріям за допомогою бактеріофагів. Трансдукція є одним з основних механізмів обміну генами в прокаріотів. Існує вона не менш ніж три мільярди років.

Історія еукаріотів теж не обійшлася без цієї технології. Походження цитоскелета, без якого неможлива життєдіяльність усіх еукаріотів (у тому числі людини), теж пов'язують із горизонтальним перенесенням генів від бактерій за допомогою вірусів. Але процес триває й нині. Нещодавні дослідження виявили обмін геном між рисом та просом, і людина не мала до цього жодного стосунку. Також було виявлено перенесення генів від паразитичної бактерії вольбахії до геному її хазяїв — комах і червів. А в однієї з груп коловерток горизонтальне перенесення генів узагалі замінило статевий процес.

В еволюції людини такі перенесення генів також траплялися неодноразово. Докладний аналіз свідчить про те, що 1 % геному людини — це гени вірусів. Але в більшості випадків вони є генетичним сміттям, оскільки були знешкоджені системами захисту нашого геному. А деякі з цих «сторонніх» генів стали для нас конче необхідними. Саме гени ретровірусів, убудовані в наш геном, забезпечують роботу плаценти й дозволяють нам (як і іншим ссавцям) виношувати дитину в організмі матері.

Ключова ідея

Генетично модифіковані організми створені людиною штучно. Але принципи цього процесу широко використовуються у природі і мають велике значення для еволюції живих організмів.

Запитання та завдання

1. Чи потрапляли в процесі еволюції гени інших організмів до геному людини? 2. Які морально-етичні проблеми може спричинити використання ГМО?