Текст книги "Естествознание"

Генная и клеточная инженерия являются не научными направлениями, а методами (инструментами), лежащими в основе современной биотехнологии.

Методы клеточной инженерии направлены на конструирование клеток нового типа и могут быть использованы для воссоздания жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, или для объединения целых клеток, принадлежавших различным видам, с образованием клетки, несущей генетический материал обеих исходных клеток, а также для ряда других операций.

В качестве основных задач клеточной инженерии можно назвать решение ряда теоретических и практических проблем в биотехнологии, таких как создание новых форм растений, обладающих полезными признаками и одновременно устойчивых к болезням.

Генно-инженерные методы направлены на конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генная инженерия возникла в начале 70-х гг. прошлого века. В результате применения генно-инженерных методов можно получать рекомбинантные (модифицированные) молекулы РНК и ДНК, для чего производится выделение отдельных генов (кодирующих нужный продукт) из клеток какого-либо организма. После проведения определенных манипуляций с этими генами осуществляется их введение в другие организмы (бактерии, дрожжи и млекопитающие), которые, получив новый ген (гены), будут способны синтезировать конечные продукты с измененными в нужном человеку направлении свойствами. Иными словами, генная инженерия позволяет получать заданные (желаемые) качества изменяемого или генетически модифицированного организма.

Наибольшее применение генная инженерия нашла в сельском хозяйстве и в медицине.

Люди всегда задумывались над тем, как можно научиться управлять природой, и искали, например, способы получения растений с улучшенными качествами: с высокой урожайностью, более крупными и вкусными плодами или с повышенной холодостойкостью. С давних времен основным методом, который использовался в этих целях, была селекция, которая широко применяется до настоящего времени и направлена на создание новых и улучшение уже существующих сортов культурных растений, пород домашних животных и штаммов микроорганизмов с ценными для человека признаками и свойствами.

Селекция строится на отборе растений (животных) с выраженными благоприятными признаками и дальнейшем скрещивании таких организмов, в то время как генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат клетки. Важно отметить, что в ходе традиционной селекции получить гибриды с искомой комбинацией полезных признаков весьма сложно, поскольку к потомству передаются очень большие фрагменты геномов каждого из родителей, в то время как генно-инженерные методы позволяют работать чаще всего с одним или несколькими генами, причем их модификации не затрагивают работу других генов. В результате, не теряя других полезных свойств растения, удается добавить еще один или несколько полезных признаков, что весьма ценно для создания новых сортов и новых форм растений с «нужными» свойствами.

Выделяют «три волны» в создании генно-модифицированных растений.

Первая волна – конец 1980-х гг. – создание растений с новыми свойствами устойчивости к вирусам, паразитам или гербицидам. В растениях «первой волны» дополнительно вводили всего один ген и заставляли его «работать», т. е. синтезировать один дополнительный белок. «Полезные» гены «брали» либо у вирусов растений (ген белковой оболочки вируса, обеспечивающий устойчивость к данному вирусу), либо у почвенных бактерий (устойчивость к насекомым, гербицидам).

Вторая волна – начало XXI в. – создание растений с новыми потребительскими свойствами: масличные культуры с повышенным содержанием и измененным составом масел, фрукты и овощи с большим содержанием витаминов, более питательные зерновые и т. д.

В наши дни ученые создают растения «третьей волны», которые в ближайшие 10 лет появятся на рынке: растения-вакцины, растения-биореакторы для производства промышленных продуктов (компонентов для различных видов пластика, красителей, технических масел и т. д.), растения – фабрики лекарств и т. д.

Потенциальная опасность применения генетически модифицированных организмов выражается в двух аспектах: безопасность продовольствия для здоровья людей и экологические последствия. Поэтому важнейшим этапом при создании генно-модифицированного продукта должна быть его всесторонняя экспертиза во избежание опасности того, что продукт содержит протеины, вызывающие аллергию, токсичные или какие-то новые опасные вещества.

Помимо широкого применения в сельском хозяйстве, на основе генной инженерии возникла целая отрасль фармацевтической промышленности, называемая «индустрией ДНК» и представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии.

Более четверти всех лекарств, используемых сейчас в мире, содержат ингредиенты из растений. Генно-модифицированные растения являются дешевым и безопасным источником для получения полностью функциональных лекарственных белков (антител, вакцин, ферментов и др.) как для человека, так и для животных. Примером применения генной инженерии в медицине является также производство человеческого инсулина путем использования генно-модифицированных бактерий, наработка эритропоэтина в культуре клеток (т. е. вне организма человека) или получение новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

Эритропоэтин – гормон, стимулирующий образование эритроцитов в костном мозге. Его физиологическая роль состоит в регуляции продукции эритроцитов в зависимости от потребности организма в кислороде.

Таким образом, разработка методов генной инженерии, основанных на создании рекомбинантных ДНК, привела к тому «биотехнологическому буму», свидетелями которого мы являемся. Благодаря достижениям науки в этой области стало возможным не только создание «биологических реакторов», трансгенных животных, генно-модифицированных растений, но и проведение генетической паспортизации, диагностирование генетических заболеваний, создание ДНК-вакцин, генотерапия различных заболеваний и т. д. В то же время уже реализованные и потенциальные возможности генной инженерии продолжают вызывать большие споры среди ученых и общественности.

Биореакторы – это генно-модифицированные микроорганизмы, растения и животные, продуцирующие фармакологически значимые для человека вещества.

Генетическая паспортизация – это полное исследование и анализ генотипа человека (как правило, сразу после рождения) для определения предрасположенности к различным заболеваниям, возможную неадекватную (аллергическую) реакцию на те или иные лекарства, а также склонность к той или иной деятельности. Генетическая паспортизация позволяет прогнозировать и уменьшать риски сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, исследовать и предотвращать нейродегенеративные заболевания и процессы старения, анализировать нейрофизиологические особенности личности на молекулярном уровне.

Клонирование – это один из методов, применяемых в биотехнологии для получения идентичных потомков при помощи бесполого размножения. Иначе клонирование можно определить как процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма. Полученные в результате клонирования организмы похожи не только внешне, но и генетическая информация, заложенная в них, абсолютно одинакова.

Термин «клонирование» происходит от английского слова clone, cloning (веточка, побег, отпрыск), которое обозначает группу растений (например, фруктовых деревьев), полученных от одного растения-производителя вегетативным (несеменным) способом. Позже название клонирование было перенесено на разработанную технологию получения идентичных организмов, именуемую также «замещение клеточного ядра». Организмы, полученные по такой технологии, стали называться клонами. В конце 1990-х гг. XX в. стала очевидна возможность применения этой технологии для получения генетически идентичных человеческих индивидов, т. е. стало реальным клонирование человека.

В природе клонирование широко распространено у различных организмов. У растений естественное клонирование происходит при различных способах вегетативного размножения, у животных – при партеногенезе и различных формах полиэмбрионии.

Полиэмбриония (от греч. poly – много и embrion – зародыш) – образование у животных нескольких зародышей (близнецов) из одной зиготы в результате ее неправильного деления вследствие воздействия случайных факторов.

Широко распространено клональное размножение среди ракообразных и насекомых. У людей примером полиэмбрионии является рождение однояйцевых близнецов, которые являются естественными клонами.

Благодаря успехам генной инженерии ученые разработали технику искусственного клонирования многоклеточных организмов. Первым клонированным животным стала в 1997 г. овца Долли. Это было настолько значимое событие, что в 2007 г. одного из создателей клонированной овцы английская королева Елизавета II наградила за это научное достижение рыцарским званием.

Сутью техники «ядерного переноса», используемой при клонировании, является замена собственного клеточного ядра оплодотворенной яйцеклетки на ядро, извлеченное из клетки организма, точную генетическую копию которого планируется получить. К настоящему времени разработаны не только методы воспроизведения того организма, из которого клетка была взята, но и того, от которого был взят генетический материал. Появилась потенциальная возможность воспроизведения умершего организма, даже в том случае, когда от него остались минимальные части, необходимо только, чтобы из них можно было выделить генетический материал (ДНК).

Клонирование организмов может быть полным или частичным. При полном клонировании воссоздается весь организм целиком, а при частичном – лишь те или иные ткани организма.

Технология воссоздания целого организма крайне перспективна в случае необходимости сохранения редких видов животных или для восстановления исчезнувших видов. Широкое применение она может найти в животноводстве и растениеводстве.

Частичное клонирование может стать важнейшим направлением в медицине, поскольку клонированные ткани способны компенсировать недостаток и дефекты собственных тканей организма человека и, что особенно существенно, они не отторгаются при трансплантации. Такое терапевтическое клонирование изначально не предполагает получение целого организма. Его развитие сознательно останавливают на ранних стадиях, а получившиеся клетки (эмбриональные стволовые клетки) используют для выработки нужных тканей или других биологических продуктов.

Эмбриональные (зародышевые) стволовые клетки – самые примитивные клетки, возникающие на ранних стадиях развития эмбриона, способные развиться во все виды клеток взрослого организма.

Экспериментально доказано, что терапевтическое клонирование может быть с успехом применено для лечения некоторых заболеваний человека, до сих пор считающихся неизлечимыми (болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, инфаркт, инсульт, диабет, рак, лейкемия и др.), а также позволит избегать рождения детей с синдромом Дауна и другими генетическими заболеваниями. Ученые видят возможность успешного использования методов клонирования в борьбе со старением и для увеличения продолжительности жизни. Важнейшим приложением этой технологии является также область репродукции при женском и мужском бесплодии.

В животноводстве путем клонирования можно получать животных с высокой продуктивностью яиц, молока, шерсти или таких животных, которые выделяют нужные человеку ферменты (инсулин, интерферон и др.). Комбинируя методы генной инженерии с клонированием, можно вывести трансгенные сельскохозяйственные растения, которые смогут сами себя защищать от вредителей или будут устойчивы к определенным болезням.

Здесь были перечислены только некоторые из возможностей, которые открываются благодаря применению этой новейшей технологии. Однако при всех своих достоинствах и перспективах, столь важных для решения многих проблем человечества, клонирование является одной из самых обсуждаемых областей науки и медицинской практики. Это связано с нерешенностью целого комплекса морально-этических и правовых аспектов, сопряженных с манипуляциями с половыми и стволовыми клетками, судьбой эмбриона и клонированием человека.

Этика – учение о нравственности, согласно которому главной добродетелью считается умение найти середину между двух крайностей. Эта наука основана древнегреческим ученым и философом Аристотелем.

Биоэтика[5]5
  Термин предложен В. Р. Поттером в 1969 г.


[Закрыть] – часть этики, изучающая нравственную сторону деятельности человека в медицине, биологии. В узком смысле биоэтика обозначает круг этических проблем в сфере медицины. В широком смысле биоэтика относится к исследованию социальных, экологических, медицинских и социально-правовых проблем, касающихся не только человека, но и любых живых организмов, включенных в экосистемы. Она имеет философскую направленность, оценивает результаты развития новых технологий и идей в медицине, биотехнологии и биологии в целом.

Современные биотехнологические методы обладают настолько мощным и не до конца изученным потенциалом, что их широкое применение возможно только при строгом соблюдении этических норм. Существующие в обществе моральные принципы обязывают искать компромисс между интересами общества и индивида. Более того, интересы личности ставятся в демократических государствах выше интересов общества. Поэтому соблюдение и дальнейшее развитие этических норм в этой сфере должно быть направлено, прежде всего, на всемерную защиту интересов человека.

Новейшие биотехнологии создают огромные возможности вмешательства в жизнедеятельность организмов и неизбежно ставят человека перед нравственным вопросом: до какого предела допустимо вторжение в природные процессы? Любая дискуссия по проблемам биотехнологии не ограничивается научной стороной дела. В ходе этих обсуждений нередко высказываются диаметрально противоположные точки зрения по поводу применения и дальнейшего развития конкретных биотехнологических методов, прежде всего таких, как:

• генная инженерия;

• пересадка органов и клеток в терапевтических целях;

• клонирование;

• использование препаратов, влияющих на физиологию нервной системы, для модификации поведения, эмоционального восприятия мира и т. д.

Практика, существующая в современных демократических обществах, показывает, что эти дискуссии необходимы не только для более полного понимания всех «плюсов» и «минусов» применения методов, вторгающихся в личную жизнь человека уже на уровне генетики. Они позволяют также обсудить морально-этические аспекты и определить отдаленные последствия применения биотехнологий, что, в свою очередь, помогает законодателям создавать адекватную правовую базу, регулирующую данную сферу деятельности в интересах защиты прав личности. Массовое внедрение в медицинскую практику и коммерциализация принципиально новых технологий в области генной инженерии и клонирования показали опасность отсутствия развитой системы законодательного регулирования всех аспектов практической деятельности в этих направлениях.

Остановимся на тех направлениях в биотехнологических исследованиях, которые напрямую связаны с высоким риском нарушения прав личности и вызывают наиболее острую дискуссию по поводу их широкого применения: пересадка органов и клеток в терапевтических целях и клонирование.

В последние годы резко возрос интерес к изучению и применению в биомедицине эмбриональных стволовых клеток человека и техники клонирования с целью их получения. Как известно, эмбриональные стволовые клетки способны трансформироваться в разные типы клеток и тканей (кроветворные, половые, мышечные, нервные и др.). Они оказались перспективными для применения, например, в генной терапии, трансплантологии, гематологии, ветеринарии, фармакотоксикологии, при тестировании лекарств.

Выделение этих клеток производят из эмбрионов и плодов человека 5–8 недель развития, полученных при медицинском прерывании беременности (в результате аборта), что порождает многочисленные вопросы относительно этической и юридической правомерности проведения исследований на эмбрионах человека, в том числе следующие:

• насколько необходимы и оправданны научные исследования на эмбриональных стволовых клетках человека?

• допустимо ли ради прогресса медицины разрушать человеческую жизнь и насколько это морально?

• достаточно ли проработана правовая база для применения этих технологий?

Все эти вопросы решались бы гораздо проще, если бы существовало универсальное понимание, что такое «начало жизни», с какого момента можно говорить о «личности, нуждающейся в защите прав» и что подлежит защите: половые клетки человека, эмбрион с момента оплодотворения, плод с какого-то определенного этапа внутриутробного развития или человек с момента его появления на свет? У каждого из вариантов есть свои сторонники и противники, и вопрос о статусе половых клеток и эмбриона не нашел своего окончательного решения еще ни в одной стране мира.

В ряде стран запрещены любые исследования на эмбрионах (например, в Австрии, Германии). Во Франции права эмбриона защищаются с момента его зачатия. В Великобритании, Канаде и Австралии, хотя создание эмбрионов для исследовательских целей не запрещено, но разработана система законодательных актов, регулирующая и контролирующая подобные исследования.

Ученые стараются четко разграничивать «репродуктивное» клонирование, цель которого – создание клона, т. е. целого живого организма, идентичного другому организму по генотипу, и «терапевтическое» клонирование, применяемое для выращивания колонии стволовых клеток.

В случае стволовых клеток проблемы статуса эмбриона и клонирования приобретают новое измерение. Это связано с мотивацией данного рода научных исследований, а именно, применение их для поиска новых, более эффективных способов лечения тяжелых и даже неизлечимых заболеваний. Как результат, в некоторых странах (таких как США, Канада, Англия), где до последнего времени считалось недопустимым использовать эмбрионы и технологии клонирования в терапевтических целях, происходит изменение позиции общества и государства в сторону допустимости их применения в целях лечения таких заболеваний, как рассеянный склероз, болезни Альцгеймера и Паркинсона, постмиокардиальный инфаркт, недостаточность регенерации костной или хрящевой ткани, при черепно-лицевых травмах, диабете, миодистрофии и др.

В то же время терапевтическое клонирование многими рассматривается как первый шаг к репродуктивному клонированию, которое встречает крайне негативное отношение во всем мире, и на него повсеместно наложен запрет.

Клонирование человека в настоящее время официально нигде не осуществляется. Опасность его применения в репродуктивных целях видят в том, что техника клонирования исключает естественное и свободное слияние генетического материала отца и матери, что воспринимается как вызов достоинству человека. Нередко говорится о проблемах самоидентификации клона: кого он должен считать родителями, почему он является генетической копией кого-то другого? Кроме того, клонирование сталкивается с некоторыми техническими препятствиями, которые подвергают опасности здоровье и благополучие клона. Есть факты, свидетельствующие о быстром старении клонов, возникновении у них многочисленных мутаций и тяжелых заболеваний (рака, артрита, иммунодефицитов).

В соответствии с техникой клонирования клон вырастает из взрослой (не половой, а соматической) клетки, в генетической структуре которой на протяжении многих лет происходили соматические мутации. Если при естественном оплодотворении мутировавшие гены одного родителя компенсируются нормальными аналогами другого родителя, то при клонировании такой компенсации не происходит, что значительно увеличивает для клона риск заболеваний, вызываемых соматическими мутациями.

Помимо прочего, у некоторых людей возникает страх перед клонированным человеком, перед его возможным превосходством в физическом, моральном и духовном развитии.

Российский врач-психиатр В. Г. Яровой считает, что этот страх носит характер психического расстройства (фобии), и присвоил ему в 2008 г. название «бионализм».

Мы обсудили только некоторые проблемы, которые возникают в связи с бурным развитием биотехнологий. Безусловно, прогресс науки остановить нельзя, и вопросы, которые она ставит, возникают быстрее, чем общество может на них найти ответы. Справиться с этим положением дел можно, лишь понимая, насколько важно широко обсуждать этические и правовые проблемы, которые появляются по мере развития и внедрения в практику биотехнологий. Наличие колоссальных идеологических расхождений по этим вопросам вызывает осознанную необходимость серьезного государственного регулирования в этой сфере.