Генното инженерство – поява на новия човек

            Генното инженерство не е нещо ново. Първите опити може би трябва да се отнесат още преди хиляди години, когато хората са започнали да се занимават със земеделие. Започват да се отглеждат ядливи диви растения. Човекът разбира, че когато привързва два или три сорта растителни видове се получават нови култури. Днес науката вече е достигнала много по-далеч.

 

            Клетките на живия организъм имат части, наречени „гени“. Те контролират химичните реакции в клетката, посредством които тя расте и фукционира, и в крайна сметка определя растежа и функциите на организма. Организмът, от своя страна, наследява някои гени от своите родители и по този начин родителите предават определени черти на своето потомство[1].

 

            Генната терапия и генното инженерство са две тясно свързани технологии, които имат за цел промяната на генетичния материал на организмите. Разликата между двете науки се основава на целта. Генната терапия се стреми да промени гените, за да коригира генетични дефекти и да предотврати или излекува генетични заболявания. Генното инженерство има за цел да модифицира гените, за да подобри способностите на организма[2].

 

            Днес генното инженерство е модерно направление в биотехнологията, което обединява знания и методи от множество други науки, като генетика, биология, химия, вирусология, за да се получат нови наследствени свойства на организмите.

 

            Такава колосална промяна е нелека задача… Преструктурирането на генотиповете се осъществява чрез промени в ДНК[3] и РНК[4]. Ако внесете нови гени в растение, микроорганизъм, животински организъм или човек, можете да го надарите с нова, избрана от вас желана характеристика, която досега никога не е притежавал.

Крум Златков

Автор

Крум Златков

Автоматизацията – настояще и бъдеще

Автоматизацията – настояще и бъдеще             За пръв път думата „робот“ е използвана от чешкия писател Карл Чапек в негова пиеса през 1920 г.[1] Днес, сто години по-късно, едва ли можем да си представим живота без роботизирани машини. Те масово са използвани във всички сфери на промишлеността, науката, технологиите. Цел на настоящата статия е да […]

zooybmks

0 Comments

Леонард Георгиев

„Неудобната“ истина

„Неудобната“ истина             Провокиран от скорошни събития, прекарвам неделята си в мисли за огромния недостиг на Истина, от който страда обществото ни. Тя е слонът, който стои в стаята, но никой не иска да забележи – източникът на всичките ни страдания. И въпреки това, ние удобно поглеждаме настрани. Предпочитаме красивата илюзия пред лекарството. Измамата – […]

zooybmks

0 Comments

Леонард Георгиев

Езикът – нашият корен и наследство

Езикът – нашият корен и наследство             Представете си една Врата. Стоите пред нея. Тя е огромна, масивна, красиво инкрустирана със знаците на глаголицата. Плахо пристъпвате и посягате да я отворите. Имате усещането, че ще са ви нужни доста усилия. Напрягате силата, която притежавате, хващате дръжката и я натискате, очаквайки вълна от тежест и съпротива… […]

zooybmks

0 Comments

            Основите на класическата генетика се полагат в средата на XIX в. През 1865 г. в следствие на редица експерименти чешко-австрийския биолог Грегор Мендел открива принципа на предаване на наследствените признаци от организмите на родителите към организмите на техните ппотомци. За съжаление откритието на Мендел не получава необходимото внимание и неговата дейност изпада в забвение. По-късно през XX в. редица европейски учени независимо един от друг преоткриват законите на наследствеността[5].

 

            Постепенно започва процес на формиране на знания за ДНК. През 1869 г. швейцарският биолог Фредерих Мишер открива съществуването на макромулекулата[6]. През 1910 г. в следствие на опит с унаследяване на мутациите при плодовата мушица американският биолог Томас Хънт Морган открива, че гените са разположени линейно върху хромозомите и образуват свързващи групи. През 1953 г. двама учени, американецът Джон Уотсън и британецът Франсис Крик, установяват молекулярната структура на ДНК. Това дава началото на съвременните изследвания на биологията и генетиката[7].

 

            Важни обекти за генетиката стават изследванията за вирусите и плазмидите[8]. През 60-те години настъпва активно развитие на тази наука. Разработват се методи за отделяне на високопречистени препарати от ДНК молекули. През 70-те години се откриват редица ензими[9], които катализират реакциите на трансформация на ДНК[10].

           

            Като отделна област на изследователска работа генетичното инженерство възниква в САЩ през 1972 г. Учените от Стандфортския университет Пол Берг, Стенли Норман Коен, Хърбърт Бойер и тяхната изследователска група въвеждат нов ген в бактерията колибацилус (E. coli), като по този начин създават първата рекомбинантна ДНК. Техниката PCR се разработва за първи път през 80-те години от американския биохимик Кери Малис[11]. Той открива специфичен ензим – ДНК полимераза, който участва в репликацията на ДНК. Този ензим буквално прочита дължините на веригата от нуклеоиди на молекулата и ги използва като шаблон за последващо копиране на генетична информация. През 1996 г. чрез трансплантация на ядрото на соматична клетка в цитоплазмата на яйцето се появява първият клониран бозайник – овцата Доли. Това е едно революционно събитие в развитието на генното инженерство. Поставя се началото на възможностите за създаване на клонирани хора и култувирането на живи организми на базата на молекули[12].

 

            През 2011 г. се състои едно уникално откритие. Биолозите Дженифър Дудна и Емануел Шарпентие намират, че протеинът Cas9 може да бъде подведен. Ако му се предостави синтезирана в лаборатория изкуствена РНК, тогава той, намирайки съвпадение, ще я атакува. Така с помощта на този протеин можем да отрежем генома на точно определено място или да го заменим с други гени. За кратък период от време генното инженерство оказва огромно влияние върху развитието на различни молекулярно-генетични методи и позволява значително обогатяване на познанията за генетичния апарат. Така се появява технологията CRISPR-Cas9. Тази технология позволява да се персонализира генетичната последователност на жив организъм, като се правят множество специфични промени в неговата ДНК. Този процес се основава на защитната система на бактериите, която произвежда специални ензими, за да се защитава от вируси[13]. През 2014 г. списанието MIT Technology Review го нарече „най-голямото биотехнологично откритие на века“[14]. Какво означава това и защо можем да определим това откритие като епохално? На теория CRISPR може да редактира всяка генетична мутация и да излекува болестта, която тя причинява[15].

           

            Генното инженерство се използва в много области, като напр. в медицината, селското стопанство, животновъдството и пр., но целта на настоящата статия е да анализира нейното значение за еволюцията на човека.

 

            Корекцията на генетични грешки, свързани с болести при животните, предполага, че редактирането на гени има потенциално приложение в генната терапия при хора. Този процес включва въвеждането на нормален ген в генома на индивида с цел възстановяване на мутация която е в основата на причиняването на генетично заболяване. Ако нормалният ген замести мутантния алел има реални шансове трансформираните клетки да се размножат и да възпроизведат достатъчно нормален генен продукт, за да може цялото тяло да бъде възстановено. Така генетичното инженерство спомага за анализирането на много аспекти от генната функция и организация. По такъв начин са създадени бактерии, способни да синтезират човешкия инсулин, човешкия растежен хормон и др., създават възможността за изработването на различни ваксини, като напр. ваксината срещу хепатит Б[16].

 

            През 2009 г. група учени под ръководството на младия изследовател от Вашингтонския университет Джей Нейц правят опит върху маймуни. С помощта на генна терапия те успяват да възстановят способността на животните да различават нюансите на зеленото и червеното. Тези маймуни не са притежавали такива способности още от раждането. В ретината на тези опитни животни е инжектиран безвреден вирус, който носи липсващия ген за фоточувствителния рецептор. Много скоро след процедурата и двете маймуни започват да различават нюансите на червено и зелено на сив фон. След манипулацията животните са били под наблюдение две години, като не са били открити никакви нарушения. На базата на тези изследвания учените заключават, че тази техника без проблем може да се използва и при хора, страдащи от далтонизъм[17].

 

            Учените все повече се занимават с идеята да отглеждат органи в тялото на животни, които да бъдат трансплантирани на хора. За да се сведе до минимум рисък от отхвърляне на тъканите в животните се инжектират специални гени. С подобни опити се занимава изследователската лаборатория на Института Рослин във Великобритания, която представи вече споменатата по-горе първа клонирана овца Доли[18].

 

            През 2019 г. британски учени отглеждат пилета, чийто яйца съдържат два вида човешки протеини, които могат да се борят с артрит и някои видове рак. Става дума за протеина IFNalpha2a, известен със своите мощни антивирусни и противоракови свойства. Другият вид е вариант на човешкия и свинския протеин, нар. макрофаг-CSF, с който се планира създаването на лекарство за заздравяване на увредени тъкани[19].

 

            Нека се спрем на опитите за изменение на ДНК на човека. Първите клинични изпитания на методи за генна терапия се предприемат на 22 май 1989 г. с цел генетично маркиране на тумор-инфилтриращи лимфоцити в случай на прогресиращ меланом[20]. Значителен успех се постига на 14 септември 1990 г., когато в САЩ на малко момиченце, страдащо от наследствен имунодефицит, причинен от мутация в гена аденозин дезаминаза (ADA)[21], са трансплантирани собствени лимфоцити. С помощта на модифициран вирус копие на ADA се въвежда в кръвните клетки. В резултат на това клетките започват да произвеждат необходимия протеин. След шест месеца броят на белите клетки в организма на момиченцето се повишава до нормални нива. Тези успехи дават тласък на развитието на генната терапия. Днес по този начин може да се лекува диабет, анемия и някои видове онкологични заболявания[22].

 

            Нека се спрем по-подробно на това какво представлява генната терапия. Генна терапия, това е процес на въвеждане, отстраняване или изменение на генетичен материал, по-специално ДНК или РНК, в клетката на пациента, за да се извърши лечение на специфично заболяване. Има три основни стратегии за използването на генната терапия при лечение: 1) Замяна на мутирал болестотворен ген със здраво копие; 2) Премахване на мутирали гени, които не функционират правилно; 3) Въвеждане на нов ген в тялото, за да помогне в борбата с болестта. Най-често използваният метод включва вмъкване на „терапевтичен“ ген за замяна на „анормален“ или „причинявящ заболяване“ ген[23].

 

            Поставя се началото на опити за промяна на човешкото ДНК. През 2015 г. за пръв път се осъществява подобна процедура с цел удължаване на младостта на клетките, когато на 44 годишната американка Елизабет Периш е инжектирано лекарство, оказващо влияние на нейното ДНК. Подобен експеримент се извършва в Китай през 2018 г. от китайския учен Хе Цзянкуй[24]. На две деца близнаци гените биват променени, за да развият имунитет към вируса СПИН, който се носи от баща им. Макар и успешен този опит подтиква ЮНЕСКО да излезе с инициатива за забрана на променяне на гените на новородени, докато пълната безопасност на процедурата не бъде доказана[25].

 

            Основните аргументи в полза на генната терапия са, че предлага възможност за излекуване на генетично обособени заболявания. Генното инженерство е широко застъпено в различни области, като напр. в селското стопанство. Генетичното подобрение ще доведе до създаването на нови култури с по-високи добиви и с по-голяма хранителна стойност. Масовото разпространение на генното инженерство при човешкия индивид все още се намира в недалечното бъдеще. По този начин може да се внесат качествени изменения на всички характеристики – интелигентност, красота, сила, издръжливост, личностни и поведенчески характеристики. Сега много хора се опитват да подобрят някои от тези показатели с диети, козметични процедури, пластична хирургия, но в определен момент тези досадни процедури ще се окажат непотребни. Генното инженерство ще доведе и до по-голяма репродуктивна свобода. Родителите ще могат да дават на децата си възможно най-добрите гени чрез генетично подобрение[26].

 

            Всички тези инициативи са изключително обнадеждаващи за развитието на медицината и за подобряване на нейните възможности. За пръв път се появява необикновената възможност редица нелечими до този момент заболявания лесно да бъдат преустановени. Но кой може да даде гаранции, че генетичните манипулации могат да бъдат използвани само за мирни цели?

 

            Огромни тревоги поражда неограничения потенциал на генното инженерство и възможността то да бъдат използвано за различни от медицинското обслужване цели. Както знаем вече е възможна появата на т.нар „дизайнерски“ бебета. Срещу съответната сума можем да изберем не само външните белези на нашите деца, но и техните физически и духовни качества. А ако по подобен начин тоталитарен лидер създаде своя собствена армия от универсални войни, които не познават болка и страх? Или може би от тези иновации ще могат да се възползват само най-богатите и най-привилегированите членове на обществото. По такъв начин ще бъде създадена една нова генетична аристокрация и ще се достигне до нови, невиждани до сега, форми на неравенство[27].

           

            Тук е моментът да анализираме негативните мнения за генното инженерство и за възможните проблеми от развитието му. Първото от тях е свързано със самата представа за естествения подбор и Божествената намеса. Съществуват мнения, че новите генномодифицирани хора ще живеят в отчуждение поради техните изключителни способности. Също така интерес представлява мнението, че генно модифицираните същества ще страдат от остаряване, подобно на компютрите при въвеждането на по-нови модели. Така генното подобрение днес, ще бъде вече отживелица след няколко години. Родителите ще бъдат остарели технологично по стандартите на децата си, а младите хора ще бъдет безнадеждно превъзхождани от по-малките си братя и сестри[28].

 

            Новите технологии за генетични промени са едновременно вълнуващи и същевременно плашещи. Обществото, или поне тези, които могат да си позволят това могат да преодолеят болестите и да избегнат здравословни проблеми. От друга страна обаче хората, по свое собствено усмотрение, могат да бъдат оптимизирани. Ние вече няма да разчитаме на произволната еволюция на човешкия вид, а сами ще вземаме решения за себе си по-начини, които са били невъзможни в миналото. Това е едно своеобразно „хакване на Дарвин“[29], при което човешката раса вече сама ще предначертава своята еволюция[30].

 

            Резонен е въпросът дали подборът на определени черти крие рискове за здравето, които иначе не биха съществували. Все още липсват дългосрочни данни. Повечето гени имат повече от един ефект. Напр. в края на 90-те години учените откриват ген, свързан с паметта. Модифицирането на този ген при опити върху лабораторни мишки значително подобрява ученето и паметта, но от друга страна причинява повишена чувствителност към болка, което очевидно не е желана черта[31].

 

            Новите технологии за генетични промени на човешкия вид и подобрение на човешкия потенциал вече преливат в една друга наука – евгенетика – набор от желани наследствени характеристики с цел подобряване на последвалите поколения[32].

 

            През 1997 г. ЮНЕСКО издава Универсалната декларация за човешкия геном и неговите права, като препоръчва обявяването на мораториум върху генетичната намеса в човешката ДНК. На проведената през 2015 г. международна среща на върха, посветена на генното модифициране на човека, промяната на наследствените промени при хората се обявява за безотговорно[33].

 

            Повече от ясно е, че в новите условия човечеството се нуждае от етично и културно рамкиране, като гарант, че тези технологии ще бъдат използвани разумно и достъпът до тях ще бъде децентрализиран и демократизиран. Но рамки все повече се нуждаят от прецизиране… Различни интерпретации поражда напр. въпросът трябва ли да бъде позволено на родителите да манипулират гените на децата си, за да избират определени черти, когато самите деца не могат да дадат съгласие. Нека за момент предположим, че родители искат да генетично да заложат музикална предразположеност на своето дете. Но детето израства и по някаква причина представа да харесва музиката[34]. Трябва да бъдем готови за това, което ни предстои. Светът никога повече няма да бъде същият.

 

            Въпреки всички опасения и надежди потенциалът на генното инженерство е огромен. Ще бъдат необходими допълнителни изследвания. Всички тези достижения ще подобрят човешкия вид. Хората ще бъдат способни да избегнат опасните последици от синтетични патогени, затоплянето на климата, евентуална ядрена война или колапс на слънчевата система. Може би положителните възможности, пред които сме изправени, надвишават негативите. Всичко зависи от нас. Така или иначе в определен момент избирането или редактирането на нашето бъдещо потомство ще бъде възприемано като нещо нормално[35].

Програма Глобални Предизвикателства

Програма Образование

Ползвана литература

 

[1] Gene Therapy and Genetic Engeneering. Center for Health Ethnics, University of Missouri – https://medicine.missouri.edu/centers-institutes-labs/health-ethics/faq/gene-therapy, 9.25 ч., 22.11.2021 г.

[2] Пак там.

[3] ДНК (Дезоксирибонуклеинова киселина): макромолекула, която се грижи за съхранението на паметта на организма, предавана от поколение на поколение и реализацията на генетичната програма за развитие и функциониране на живите организми. За по-подр. вж.: https://www.britannica.com/science/DNA, 1.00 ч., 26.10.2021 г.

[4] РНК (Рибонуклеинова киселина): една от трите основни макромулекули, съдържащи се в клетките на всички живи организми. За по-подр. вж.: https://www.britannica.com/science/RNA, 1.03 ч., 26.10.2021 г.

[5] Ремизова, Р. Что такое генная инженерия и зачем вмешиваться в природу организмов – https://trends.rbc.ru/trends/futurology/612f77ad9a7947ce386b68ba, 1.21 ч., 26.10.2021 г.

[6] За по-подр. вж.: Солонарь, О. Как открыли строительный материал жизни –  https://p.dw.com/p/1HlQa, 8.27 ч., 26.10.2021 г.

[7] За по-подр. вж.: https://publicevents.ru/pages/68.htm, 8.26 ч., 26.10.2021 г.; History of Genetic Engineering and the Rise of Genome Editing Tools – https://www.synthego.com/learn/genome-engineering-history – 10.01 ч., 16.11.2021 г.

[8] Плазмидите са извънклетъчни образувания на ДНК. – https://www.puls.bg/liubopitno-c-70/kakvo-predstavliavat-plazmidite-n-40994, 09.14 ч., 23.11.2021 г.

[9] Ензимите са белтъчни молекули, които катализират биохимичните реакции в клетката. – https://www.puls.bg/liubopitno-c-70/kak-deistvat-enzimite-n-39844, 09.16 ч., 23.11.2021 г.

[10] Ремизова, Р. Что такое генная инженерия и зачем вмешиваться в природу организмов – https://trends.rbc.ru/trends/futurology/612f77ad9a7947ce386b68ba, 1.21 ч., 26.10.2021 г.

[11] Полимеразна верижна реакция (polymerase chain reaction, PCR) е експериментален метод от молекулярната биология и молекулната диагностика. За по-подр. вж.: Телков, М. Кари Маллис, изобретатель ПЦР – В: «Химия и жизнь», №8, 2006.

[12] По-подр. за историята на генното инженерство вж.: History of Genetic Engineering and the Rise of Genome Editing Tools – https://www.synthego.com/learn/genome-engineering-history – 10.07 ч., 16.11.2021 г.

[13] https://www.britannica.com/science/genetic-engineering/Process-and-techniques – 10.26 ч., 15.11.2021 г.

[14] https://www.technologyreview.com/topic/biotechnology/crispr/ – 9.00 ч., 26.10.2021 г.

[15] Ремизова, Р. Что такое генная инженерия и зачем вмешиваться в природу организмов – https://trends.rbc.ru/trends/futurology/612f77ad9a7947ce386b68ba, 1.21 ч., 26.10.2021 г.

[16] https://www.britannica.com/science/genetic-engineering/Process-and-techniques – 11.27 ч., 11.11.2021 г.

[17] За по-подр. вж.: Shapley, R. Gene thetapy in colour – In: Nature, № 461, 737–739 (2009)

[18] Ремизова, Р. Что такое генная инженерия и зачем вмешиваться в природу организмов – https://trends.rbc.ru/trends/futurology/612f77ad9a7947ce386b68ba, 08.48 ч., 08.11.2021 г.

[19] Пак там.

[20] Меланомът е специфичен вид рак на кожата. Започва в кожни клетки, наречени меланоцити. Меланоцитите произвеждат меланин, веществото, което придава характерен цвят на кожата. – https://drpazderova.com/%D0%BA%D0%BB%D0%B8%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%BD%D0%B0-%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F/%D0%B7%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%B0%D1%87%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%B8-%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%83%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F/%D0%BC%D0%B5%D0%BB%D0%B0%D0%BD%D0%BE%D0%BC/, 09.02 ч,. 08.11.2021 г.

[21] За по-подр. вж.: Cristalli, G., S. Costanzi, C. Lambertucci. Adenosine deaminase: functional implications and different classes of inhibitors – In: Med Res Review, 2001 Mar; 21 (2): 105–128.

[22] Ремизова, Р. Что такое генная инженерия и зачем вмешиваться в природу организмов – https://trends.rbc.ru/trends/futurology/612f77ad9a7947ce386b68ba, 09.17 ч., 08.11.2021 г.

[23] Пак там; https://www.britannica.com/science/genetic-engineering/Process-and-techniques – 9.22 ч., 15.11.2021 г.; https://www.yourgenome.org/facts/what-is-genetic-engineering – 10.36 ч., 16.11.2021 г.

[24] За по-подр. вж.: Cyranoski, D. The CRISPR-baby scandal: what’s next for human gene-editing: As concerns surge after a bombshell revelation, here are four questions about this fast-moving field. – In: News Feature, 26 February 2019. – https://www.nature.com/articles/d41586-019-00673-1, 13.14 ч., 22.11.2021 г.

[25] Ремизова, Р. Что такое генная инженерия и зачем вмешиваться в природу организмов – https://trends.rbc.ru/trends/futurology/612f77ad9a7947ce386b68ba, 09.05 ч., 15.11.2021 г.

[26] Gene Therapy and Genetic Engeneering. Center for Health Ethnics, University of Missouri – https://medicine.missouri.edu/centers-institutes-labs/health-ethics/faq/gene-therapy, 9.40 ч., 22.11.2021 г.

[27] Simmons, D. Genetic Inequality: Human Genetic Engineering. – https://www.nature.com/scitable/topicpage/genetic-inequality-human-genetic-engineering-768/, 23.14 ч., 22.11.2021 г.

[28] Gene Therapy and Genetic Engeneering. Center for Health Ethnics, University of Missouri – https://medicine.missouri.edu/centers-institutes-labs/health-ethics/faq/gene-therapy, 13.09 ч., 22.11.2021 г.

[29] По заглавието на книгата на Джейми Метцл „Хакването на Дарвин“ – Metzl, J. Hacking Darwin: Genetic Engineering and the Future of Humanity. Sourcebooks Publ, 2019.

[30] How genetic engineering will reshape humanity – https://www.economist.com/open-future/2019/04/25/how-genetic-engineering-will-reshape-humanity – 11.22 ч., 16.11.2021 г.

[31] Simmons, D. Genetic Inequality: Human Genetic Engineering. – https://www.nature.com/scitable/topicpage/genetic-inequality-human-genetic-engineering-768/, 23.01 ч., 22.11.2021 г.

[32] За по-подр. вж.: https://www.britannica.com/science/eugenics-genetics – 0.23 ч., 18.11.2021 г.

[33] Ремизова, Р. Что такое генная инженерия и зачем вмешиваться в природу организмов – https://trends.rbc.ru/trends/futurology/612f77ad9a7947ce386b68ba, 09.18 ч., 15.11.2021 г.; https://www.britannica.com/science/genetic-engineering/Process-and-techniques – 11.33 ч., 15.11.2021 г.

[34] How genetic engineering will reshape humanity – https://www.economist.com/open-future/2019/04/25/how-genetic-engineering-will-reshape-humanity – 11.30 ч., 19.11.2021 г.; Simmons, D. Genetic Inequality: Human Genetic Engineering. – https://www.nature.com/scitable/topicpage/genetic-inequality-human-genetic-engineering-768/, 23.01 ч., 22.11.2021 г.

[35] How genetic engineering will reshape humanity – https://www.economist.com/open-future/2019/04/25/how-genetic-engineering-will-reshape-humanity – 11.30 ч., 19.11.2021 г.