Kas ir ģenētiskā inženierija? Definīcija, metodes un riski

Kas ir ģenētiskā inženierija? Uzzini skaidras definīcijas, modernas metodes, pielietojumu un potenciālos riskus — no ĢMO vēstures līdz ētiskiem un ekoloģiskiem jautājumiem.

Gēnu inženierija (ĢI), saukta arī par ģenētisko modifikāciju, ir lietišķās bioloģijas nozare. Tā ir organisma genoma pārveidošana, izmantojot biotehnoloģijas. Šīs metodes ir neseni atklājumi. Metodes ir progresīvas, un šeit nav sniegta pilnīga informācija.

Šis ir pārskats par to, ko var darīt:

• jaunu DNS var ievietot saimnieka genomā, iegūstot DNS sekvenci un pēc tam ievietojot to saimnieka organismā, izmantojot molekulārās bioloģijas vektoru.
• gēnus var izņemt jeb "izsist", izmantojot enzīmu, ko sauc par cinka pirkstu nukleāzi.
• gēnu mērķēšana ir atšķirīgs paņēmiens, kas izmanto rekombināciju, lai mainītu gēnu. To var izmantot, lai dzēstu gēnu, izņemtu eksonus, pievienotu gēnu vai ieviestu mutācijas.

Ar gēnu inženierijas palīdzību pārveidots organisms ir ģenētiski modificēts organisms (ĢMO). Pirmās ĢMO bija baktērijas 1973. gadā, bet ģenētiski modificētas peles tika radītas 1974. gadā. Insulīnu ražojošās baktērijas tika komercializētas 1982. gadā. Kopš 1994. gada tiek pārdota ģenētiski modificēta pārtika, tostarp kultūraugi.

Gēnu inženierijas metodes tiek izmantotas pētniecībā, lauksaimniecībā, rūpnieciskajā biotehnoloģijā un medicīnā. Enzīmi, ko izmanto veļas mazgāšanas līdzekļos, un zāles, piemēram, insulīns un cilvēka augšanas hormons, tagad tiek ražoti ģenētiski modificētās šūnās. ĢM dzīvnieki, piemēram, peles vai zebras, tiek izmantoti pētniecības nolūkos.

Kritiķi ir iebilduši pret gēnu inženierijas izmantošanu vairāku iemeslu dēļ, tostarp ētisku apsvērumu un ekoloģisku apsvērumu dēļ. Ekonomiskas bažas rada tas, ka uz ĢM metodēm un ĢM organismiem attiecas intelektuālā īpašuma tiesības. Bažas par ekoloģiju ir daudz mazākas. Pastāv risks, ka daži ģenētiski modificēti (ĢM) organismi var labāk pielāgoties kādai nišai dabā un atņemt daļu no parasto sugu dzīvotnēm.

Kas īsti tiek darīts — metodes un pieejas

Gēnu inženierijā mērķis var būt pievienot, nozīmēt, izslēgt vai mainīt gēnu funkciju. Galvenās tehnoloģijas un pieejas, ko izmanto, ietver:

• Gēnu ievietošana — ieviest ārēju DNS segmentu genomā, izmantojot vektorus (piemēram, vīrusus vai plazmīdus) vai fiziskas metodes (elektroporācija, mikroinjekcija).
• Gēnu dzēšana vai inaktivācija — gēna darbības pārtraukšana, lai izpētītu tā funkciju vai iegūtu vēlamu īpašību.
• Mērķtiecīga gēnu maiņa (gēnu mērķēšana) — izmantojot rekombinācijas mehānismus, ieviest precīzas izmaiņas (eksonu izņemšana, mutāciju ieviešana).
• Nukleāzes balstītas rediģēšanas tehnikas — tādas kā cinka pirkstu nukleāzes, TALENs un mūsdienīgā CRISPR–Cas sistēma, kas ļauj precīzi griezt DNS noteiktās vietās un tādējādi ieviest izmaiņas vai papildinājumus.

CRISPR–Cas9 un tam radniecīgās sistēmas spēju dēļ šodien ģenoma rediģēšana ir kļuvusi ātrāka, lētāka un precīzāka. Ar šo metodi iespējams mērķtiecīgi mainīt atsevišķus nukleotīdus, izgriezt gēnus vai pievienot jaunus ģenētiskos elementus.

Praktiskās pielietošanas jomas

• Pētījumi: ģenētiski modificētas šūnas un dzīvnieki palīdz saprast gēnu funkcijas, slimību mehānismus un testēt zāles.
• Medicina: bioloģiskās zāles (piem., rekombinantais insulīns), ģenēterapija, imūnterapijas, vakcīnu attīstība.
• Lauksaimniecība: kultūraugu ar labāku izturību pret slimībām, kaitēkļiem vai sausumu; uzlabots uzturvērtības saturs.
• Rūpnieciskā biotehnoloģija: fermenti un mikroorganismi, kas ražo ķīmiskas vielas, degvielu vai biošķīdinātājus ilgtspējīgākā veidā.
• Vides risinājumi: organismu izmantošana piesārņojuma sanācijai (bioremediācija) vai oglekļa vielmaiņas pārstrādei.

Vēsturisks konteksts un nozīmīgi pavērsieni

Ģenētiskās inženierijas attīstība ir pakāpeniska — no agrīnām manipulācijām ar baktēriju plazmīdiem 1970. gados līdz komercializētām rekombinantajām zālēm 1980. gados un vēlākajām lauksaimniecības transgēniskajām kultūrām 1990. gados. Katrs solis nozīmīgi paplašināja iespējas, bet arī radīja diskusijas par drošību un ētiku.

Riski un ētiskie apsvērumi

Gēnu inženierija piedāvā lielas priekšrocības, taču tai ir arī potenciāli riski:

• Ekoloģiskā ietekme: ĢM organismi var izplatīties dabā, savstarpēji saplūst ar savvaļas populācijām vai kļūt par invazīvām sugām, kas apdraud bioloģisko daudzveidību un vietējās dzīvotnes.
• Neatļautas izmaiņas un nevēlamas blaknes: gēnu rediģēšana var radīt neparedzētas mutācijas vai mainīt molekulāros ceļus tā, kas ietekmē organismu citādi nekā plānots.
• Rezistence: piemēram, plaša herbicīdu vai insekticīdu izmantošana kopā ar ĢM kultūrām var veicināt rezistences attīstību kaitēkļiem vai sūnām.
• Bioetika un sociālās sekas: ētiskas bažas par modificētu dzīvību, taisnīgumu pieejā tehnoloģijai, lauka uzraudzību un uzraudzības procedūrām.
• Ekonomiskas bažas un intelektuālā īpašuma tiesības: patenti uz ģenētiskiem risinājumiem var koncentrēt kontroli pārtikas un zāļu ražošanā un ierobežot pieeju tehnoloģijām mazajiem ražotājiem.
• Bioloģiskā drošība: risku rada arī iespējas, ka tehnoloģijas var tikt ļaunprātīgi izmantotas (bioterorisms), tāpēc ir svarīgas stingras drošības un uzraudzības sistēmas.

Kā tiek pārvaldīti riski — regulējums un drošības prakse

Riski tiek mazināti ar normatīvo regulējumu, laboratoriju bioloģiskās drošības protokoliem un rūpīgu riska izvērtējumu pirms ĢM organisma apstiprināšanas komerciālai lietošanai. Tas parasti ietver:

• ekoloģiskos pētījumus un ietekmes novērtējumu,
• fāžu pētījumus un klīniskās pārbaudes (medicīnā),
• uzraudzību pēc ieviešanas (monitorings),
• marķēšanu un informēšanu patērētājiem atbilstoši valsts likumiem.

Starptautiski un valstu līmenī pastāv dažādi regulējumi un protokoli, kas nosaka, kādus testus un drošības pasākumus jāveic. Tāpat pastāv diskusijas par to, kā regulēt jaunākās tehnoloģijas (piem., ģenoma rediģēšana embrijos vai gene drive sistēmas), jo to ietekme var būt plaša un ilgstoša.

Kas gaidāms nākotnē

Gēnu inženierijas attīstība turpinās. Sagaidāmi uzlabojumi precizitātē, drošībā un terapiju pielietojumos. Iespējas ietver sarežģītāku slimību ārstēšanu, lauksaimniecības ražas palielināšanu ar mazāku resursu patēriņu un jaunu biorūpniecisko procesu attīstību. Tomēr tehnoloģiju ieviešana prasa rūpīgu sabiedrisku diskusiju, stingru regulāciju un starptautisku sadarbību, lai nodrošinātu, ka ieguvumi nāk ar pieņemamu risku līmeni un taisnīgu piekļuvi.

Svarīgākais īsumā

Gēnu inženierija ir spēcīga un plaši pielietojama tehnoloģija, kas ļauj mainīt organismu genomu, lai iegūtu noteiktas īpašības. Tā var sniegt lielu labumu cilvēku veselībai, lauksaimniecībai un rūpniecībai, taču tai ir arī reāli riski — ekoloģiski, ētiski un sociāli. Tāpēc ir nepieciešama rūpīga zinātniska novērtēšana, labi izstrādātas drošības procedūras un sabiedrības iesaiste lēmumu pieņemšanā.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir gēnu inženierija?

J: Kādas metodes izmanto gēnu inženierijā?

J: Kas ir ģenētiski modificēts organisms (ĢMO)?

J: Kad tika radīti pirmie ĢMO?

J: Kā ir izmantotas gēnu inženierijas metodes?

J: Kādi iebildumi ir izteikti pret gēnu inženierijas izmantošanu?

J: Kurš saņēma Nobela prēmiju par darbu ģenētikas jomā?

Meklēt pēc burta