Что такое гены?

Что такое гены?

“Белки — это основной строительный материал клетки, который синтезируется самой клеткой. Если взглянуть на них поближе, то мы увидим, что состоят белки из аминокислот, — особых небольших кирпичиков, которые легко выстраиваются в цепочки.

У разных белков разные функции. Они могут быть транспортными молекулами (например, красные кровяные клетки, содержащие гемоглобин, переносят кислород); могут быть антителами, переносчиками информации, ферментами (например, пищеварительными) или гормонами (гормоны роста или инсулин). Другая группа — структурные белки, которые создают перегородки и способствуют движению, эластичности и способности сокращаться. Мышечные волокна, например, в основном состоят из белков. Белки — важный базовый элемент в строении клеток, они дают им возможность правильно функционировать.

Хранилищами всей генетической, то есть наследственной информации являются хромосомы. Информация записана в тонкой нити, которая называется ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота, — особая кислота, которая находится в ядре. Когда клетка делится, она копирует всю ДНК и передает ее дочерней клетке. Вся совокупность генетической информации организма называется геном. Информация, хранящаяся на хромосомах в ДНК, записана в таком виде, что код может быть расшифрован в организмах почти всех живущих на Земле существ. И называется этот код — универсальный код жизни.

Клетке для шифра требуется всего четыре знака (называемых нуклеотидами) для того, чтобы записать все необходимые инструкции по созданию любого белка. Нуклеотиды — это те единицы, из которых состоит ДНК.

Информация о том, как строится клетка или как она функционирует, заключена в один определенный ген. Ген — это определенный сегмент (участок) ДНК с особыми инструкциями о том, как должен в среднем быть синтезирован один определенный белок. У высших организмов ген входит в состав хромосом. Шифрованная цепочка гена составляет обычно около 1000 нуклеотидов.

В начале каждого гена расположен сегмент ДНК, который содержит контролирующие элементы именно этого гена. Этот сегмент называется промотор. Он выполняет функции сторожа, то есть подает сигнал контролируемому им гену. Возьмем, например, выработку инсулина (который мы производим, чтобы обеспечить сжигание сахара в крови). Когда в клетке появляется информационная молекула с сообщением “больше инсулина”, вырабатывается молекула-посредник, которая связывается с инсулиновым сторожем. После этого сторож открывает путь считыванию инсулинового гена.

В целом регуляция генов зависит от среды, в которой находится клетка, а также от стадии развития организма. Так что, если бы мы захотели, чтобы листья мака выработали красный цвет лепестков, нам бы не удалось достичь этого традиционными методами селекции, несмотря на то, что у листьев есть вся необходимая генная информация. Существует барьер, предотвращающий покраснение листьев. Этот барьер может быть обусловлен двумя причинами:

— “Красный” ген во всех клетках листьев недоступен для сигнальных активирующих молекул.

— Клеткам листьев не нужен красный цвет, они не посылают сигнал для копирования информации, и сигнальная молекула с запросом не причаливает к “красному” сторожу, чтобы активировать ген.

Нетрудно догадаться, что существует способ обманывать растение и заставлять его краснеть, даже против его собственной потребности. Мы можем активировать красный ген, как Троянского коня, спрятанного за сторожевой башней другого гена. Но чтобы достичь этого, нам придется разрезать гены и склеивать их по-иному. Вот здесь и прекращается селекция, и начинается генная инженерия (ГИ).

Она занимается тем, что берет гены и части ДНК одного вида, например, рыбы, и пересаживает их в клетки другого, например, помидора. ГИ располагает набором различных технологий для того, чтобы разрезать ДНК произвольно или в определенных участках гена. Выделив сегмент ДНК, можно его изучать, размножать или склеивать с ДНК иных клеток и организмов. ГИ позволяет преодолеть межвидовые барьеры и перемешивать информацию между абсолютно не связанными между собой видами. Например, можно переселить в клетки помидоров ген, кодирующий белок, препятствующий замерзанию тканей рыбы, или в клетки клубники — ген бактерий, кодирующий смертельный для насекомых токсин; можно гены человека пересадить свинье, чтобы она лучше росла.

Однако тут генетики сталкиваются с проблемой: ген рыбы не будет работать в помидоре, если его не снабдить промотором (сигнальным флажком), который узнали бы сигнальные молекулы и ферменты клеток помидора. И эта контрольная последовательность генов должна быть либо цепочкой помидора, либо очень схожа с ней. Многие ученые и компании не уделяют этому большого внимания и даже не задумываются о необходимости найти нужный томату промотор, так как потребовались бы годы, чтобы понять внутренние связи в клетке и процесс внутриклеточной регуляции.

Чтобы избежать многочисленных экспериментов и корректировок, большую часть ГИ-растений производят с помощью вирусных промоторов. Как известно, вирусы — очень активные элементы. Ничего, или почти ничего, не может остановить их, стоит им найти новую жертву, вернее, хозяина. Они тут же встраивают свою генетическую информацию в ДНК клетки хозяина, размножаются, заражают соседнюю клетку и множатся снова. Это происходит потому, что вирусы выработали очень сильные промоторы, которые заставляют клетку-хозяйку постоянно “читать” эти промоторы и производить белки вируса. Если же взять сигнальный элемент (промотор) вируса растения и поместить его в начало информационного блока гена рыбы, то получится комбинированный ген рыбы и вируса (генно-инженерная конструкция), который будет “работать” в растении. Он приживается и становится “родным” на новом месте.

Но ученым тут не все понятно. Довольно часто, без видимых причин, новый ген, активно действуя какое-то время, вдруг “замолкает”. И предугадать это совершенно невозможно.

Хотя последняя стадия пересадки нового гена в высший организм часто провозглашается очень точной и тонкой, она довольно плохо разработана. “Новый” ген может оказаться где угодно, рядом с любым геном или даже внутри него, мешая его функционированию и регуляции. Хотя весь процесс проводят ради улучшения воспроизводства и функционирования “нового” гена, он сам — посторонний, и последствия его вмешательства в нормальную жизнедеятельность клеток трудно предсказать.

ГИ — это наука из пробирки, а применяется она в основном для производства продуктов питания. Ген, исследуемый в пробирке, может показать лишь, за что он отвечает, и как ведет себя именно в этой пробирке. Он не расскажет о своей роли и поведении в организме, из которого его извлекли, или о том, как он поведет себя там, куда его пересадят. Гены красного цвета, переселенные в цветки петунии, должны были вызвать изменение цвета лепестков. Но помимо этого они привели к снижению плодородности и изменили рост корней и листьев растения. Лосось, в которого поместили ген гормона роста, не только вырос слишком большим и слишком быстро, но и стал зеленым, а также имел проблемы со здоровьем.

Как мы можем быть уверены в том, что генетически модифицированное растение, употребляемое нами в пищу, не станет вдруг производить новые токсины и аллергены, или не повысит уровень скрытых токсинов? А что будет с его пищевой ценностью? И как воздействует модифицированное растение на окружающую среду и дикую природу? Все эти вопросы крайне важны, но ответа на них до сих пор нет”[46].

Приведу некоторые научные факты:

1. Генная инженерия в корне отличается от выведения новых сортов и пород. Искусственное добавление чужеродных генов сильно нарушает точно отрегулированный генетический контроль нормальной клетки. Манипулирование генами коренным образом отличается от комбинирования материнских и отцовских хромосом, которое происходит при естественном скрещивании.

2. В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как она не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена. Поэтому невозможно предвидеть место встраивания и эффекты добавленного гена. Даже в том случае, если местоположение гена окажется возможным установить после его встраивания в геном, имеющиеся сведения о ДНК очень неполны для того, чтобы предсказать результаты.

3. В результате искусственного добавления чужеродного гена непредвиденно могут образоваться опасные вещества. В худшем случае это могут быть токсические вещества, аллергены или другие вредные для здоровья вещества. Сведения о подобного рода возможностях еще очень неполны.

4. Не существует совершенно надежных методов проверки на безвредность. Более 10 % серьезных побочных аффектов новых лекарств не возможно выявить, несмотря на тщательно проводимые исследования на безвредность. Степень риска того, что опасные свойства новых, модифицированных с помощью генной инженерии продуктов питания, останутся незамеченными, вероятно, значительно больше, чем в случае лекарств.

5. Существующие в настоящее время требования по проверке на безвредность недостаточны. Они совершенно явно составлены таким образом, чтобы упростить процедуру утверждения. Они позволяют использовать нечувствительные методы проверки на безвредность. Поэтому существует значительный риск того, что опасные для здоровья продукты питания смогут пройти проверку незамеченными.

6. Созданные до настоящего времени с помощью генной инженерии продукты питания не имеют сколько-нибудь значительной ценности для человечества. Эти продукты удовлетворяют, главным образом, лишь коммерческие интересы.

7. Знания о действии на окружающую среду модифицированных с помощью генной инженерии организмов, привнесенных туда, совершенно недостаточны. Не доказано еще, что модифицированные с помощью генной инженерии организмы не окажут вредного воздействия на окружающую среду. Экологами высказаны предположения о различных потенциальных экологических осложнениях. Например, имеется много возможностей для неконтролируемого распространения потенциально опасных генов, используемых генной инженерией, в том числе передача генов бактериями и вирусами. Осложнения, вызванные в окружающей среде, вероятно, невозможно будет исправить, так как выпущенные гены невозможно взять обратно.

8. Могут возникнуть новые и опасные вирусы. Экспериментально показано, что встроенные в геном гены вирусов могут соединяться с генами инфекционных вирусов (так называемая рекомбинация). Такие новые вирусы могут быть более агрессивными, чем исходные. Вирусы могут стать также менее видоспецифичными. Например, вирусы растений могут стать вредными для полезных насекомых, животных, а также людей.

9. Знания о наследственном веществе, ДНК, очень неполны. Известно о функции лишь трех процентов ДНК. Рискованно манипулировать сложными системами, знания о которых неполны. Обширный опыт в области биологии, экологии и медицины показывает, что это может вызвать серьезные непредсказуемые проблемы и расстройства.

10. Генная инженерия не поможет решить проблему голода в мире. Утверждение, что генная инженерия может внести существенный вклад в разрешение проблемы голода в мире, является научно необоснованным мифом.