§34. Рекомбинантты дезоксирибонуклеин қышқылының қолданылуы
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: рекомбинатты дезоксирибонуклеин қышқылын қолданудың маңызын түсіндіру.
Гені түрлендірілген ағзалар, трансгенді ағзалар және рекомбинантты ДНҚ-сы бар ағзалар дегеніміз не? Осы түсініктер арасында қағида тұрғысында айырмашылықтар бар ма?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін өткен параграфтарды қайталау керек.
Гендік инженерия – генетикалық материал – рекомбинантты ДНҚ-ның жаңа үйлесімдерін мақсатты жасауға байланысты адам білімінің жаңа саласы. Бұл әдістерді қолдана отырып қажет емес гендерді алып тастайды, яғни кесіп тастайды. Техникалық тұрғыда бұл гендерді ендіруге қарағанда оңай.
Гендік инженерияның болашағы зор. Әзірге адамзатқа оны бағалау қиын. Рекомбинантты ДНҚ-ны қолдану нәтижесі медицина мен ауылшаруашылығында зор рөл атқарады. Медицинада бұл – бірінші кезекте адам инсулині гені және кейбір басқа гормондар ендірілген ішек таяқшаларының гені түрлендірілген бактерияларын қолдану. Осындай зерттеулер өте мұқият жүргізілуі тиіс. Ал алынған сорттар, қолтұқымдар мен штамдарды ауылшаруашылығына немесе өнеркәсіптік өндіріске түспей тұрып, ұзақ бақылау сынақтарынан өткізу қажет.
Әртүрлі ағзалар ДНҚ-сы үйлестірілген бактерия жасушаларының себінділері геномға тән заттар өндіреді. Өз нәруыздарын бактериялар өздері қолданады, оған қалыпты тіршілік етуге және көбеюге мүмкіндік береді. Ал гендер, мысалы, адам инсулині гені оның биосинтезінің жүзеге асуына мүмкіндік береді.
Бірақ біздің ағзамызда және тіршілік иелерінің басқа түрлерінде күрделі генетикалық жүйе қалай жұмыс істейтіні туралы көп нәрсе білу қажет. Әрбір геннің белсенді болу (активация) жағдайын, тіршіліктің қандай кезеңдерінде, қандай дене бөліктерінде және қандай жағдайда ол іске қосылып, сәйкес нәруыз синтезіне апарып соғатынын анықтау керек.
Өнеркәсіптік микробиологияда қазіргі кезде рекомбинантты ДНҚ-сы бар микроағзалар кеңінен қолданыла бастады. Генетикалық инженерия өсімдік және жануарлармен жұмыс жасағанға қарағанда, микроағзалармен: бактериялар, саңырауқұлақтар (ашытқылар, пенициллин) және біржасушалы балдырлармен табысты жұмыс жүргізеді. Бұл өнеркәсіптік микроағзалардың өнімділігін қосымша гендерді енгізу, олардың мөлшері немесе белсенділігін күшейту арқылы елеулі арттырды. Микроб жасушасына жаңа гендерді енгізіп, микроағзалардың қоректік қажетсінулері өзгертілді. Осылайша, кейбір өнеркәсіптік және тұрмыстық қалдықтарды жоюға көмектесетін, олардың бір бөлігі пайдалы заттар (қарашірік, биогаз) өндіретін микробтар жасалды. Микроағзалар өздеріне тән емес заттарды синтездеуді «үйренді», осылай клондалған гендердің мүлде жаңа өнімдері есебінен биотехнологиялық өнімдер алуантүрлілігін арттырды. Адамның микроб жасушасына клондалған кейбір нәруыздары (инсулин, интерферон, соматотропин) қазіргі кезде терапияда бірлесіп қолданылады.
Трансгенді өсімдіктер – бұл басқа ағза гендері «қондырылған» өсімдіктер.
1980 жылдардың соңына қарай жаңа гендерді енгізу арқылы жарқырауық жапырақтары бар темекі, үсікке төзімді қызанақ, пестицидтер әсеріне тұрақты жүгері өсімдіктері алынды. Вирустарға төзімді өсімдіктер алу мақсатында олардың жасушаларына вирус қабықшасы әруызының гендерін енгізе бастады. Осылай әртүрлі ондаған вирусты жұқпалар әсеріне қарсы тұра алатын трансгенді өсімдіктер алынды.
Өсімдіктерді зиянкес жәндіктерден қорғау кезінде инсектицидтерді қолдану толық тиімді емес, біріншіден, уыттылығына байланысты, екіншіден, олар өсімдіктерден жаңбыр арқылы шайылып кетеді. Трансгенді картоп және қызанақ өсімдіктері колорадо қоңызына, ал мақта өсімдігі әртүрлі жәндіктерге, соның ішінде мақта сұркөбелегіне төзімді болды.
Колорадо қоңызына төзімді картоп ерекше нәруыз өндіретін тюринг топырақ бацилласы геномынан бөлініп алынған генді енгізу арқылы шығарылды. Жәндік ішегінде бұл нәруыз ериді де, дернәсілі мен имагосын жоятын нағыз токсинге дейін белсендіріледі. Адам мен басқа жылықанды жануарларда осындай трансформация мүмкін емес, сәйкесінше бұл нәруыз адам үшін улы әрі қауіпті емес. Осы бацилла спораларын себу өсімдіктерді қорғау және бірінші трансгенді өсімдіктерді алу үшін қолданылды, бірақ тиімділігі төмен болды. Қазіргі кезде қорғау, сондай-ақ экономикалық тиімділігі елеулі артты, себебі өсімдік қорғағыш нәруызды өзі өндіре бастады.
Гендік инженерия әдістері табысты қолданылған өсімдіктер қатарына алма, алхоры, жүзім, қырыққабат, баклажан, қияр, бидай, қытайбұршақ, күріш, қарабидай және басқа көптеген ауылшаруашылығы өсімдіктері жатады. Бұлардың кәдімгі түрлерінен айырмашылығы олардың ДНҚ-сына басқа өсімдіктердің немесе басқа ағзалардың гендері енгізіледі. Трансгенді өсімдіктер жоғары өнімділігімен ерекшеленеді, олар ауа райы жағдайларына (ыстық, құрғақшылық, жаңбыр) және егістіктегі арамшөптерді жоятын пестицидтер әсеріне төзімді. Өсімдік ДНҚ-сына қандай да бір бөгде генді ендіріп, қасиеттері алдын ала белгілі сорт алуға болады. Бірақ ешқандай ғалым бұл біздің иммунитетімізге зиян келтіреді ме, жоқ па сенімді түрде айта алмайды. Себебі генетикалық түрлендірілген өнімдер құрамына кіретін нәруыздар біздің ағзамызға белгісіз, сондықтан ол оған қалай әсер көрсетуді білмейді. Біреулер мұндай өнімдер қауіпсіз ғана емес, пайдалы деп есептейді. Басқалары олардың адам өміріне қауіп төндіретінін айтады. Трансгенді өнімдер адамдарды мутанттарға айналдырмайды, бірақ ұрпақтары осы уақытқа дейін кездеспеген өзгерістерге ұшырауы мүмкін. Трансгенді өнімдердің қауіпсіздігі туралы мәселе ашық қалғанымен, бірқатар елдер оларды әкелуге мораторий жариялады. Кейбір елдерде, мысалы, Ресейде оларды өсіруге тыйым салынған, ал басқа елдерде затбелгісіне өнім құрамында генетикалық түрлендірілген құрамбөліктер бар екені туралы маркалау міндеттелген.
Трансгенді жануарлар ретінде көбінесе шошқалар қолданылады. Жапондық гендік инженерлер шошқа геномына қаныққан май қышқылдарын қанықпаған линол қышқылдарына түрлендіруге қабілетті фермент өндіретін асжапырақ генін енгізді. Түрлендірілген шошқаларда кәдімгі шошқаларға қарағанда қанықпаған май қышқылдары 1/5-ке көп. Бұл алғаш рет «диеталық шошқа» алуға мүмкіндік берді.
Жұмыстың басқа бағыты бұл – адам мүшелерінің доноры ретінде шошқаны гендік түрлендіру (модификациясы). Тайвань ұлттық университетінен зерттеушілер тобы эмбрион ДНҚ-сына флуоресценциялайтын медузадан алынған жасыл флуоресцентті нәруыз генін енгізу арқылы бағаналы жасушаларды ауыстырып қондырған кезде ұлпалардың дамуын көзбен көріп бақылау мүмкіндігіне ие болу үшін жарқырауық шошқалар шығарды.
Сонымен қатар геномына гендер ендірілген сүтті бағыттағы жануарлардың модификациялары қызығушылық тудырады (35-сурет).
Соңғы жылдары ғалымдар өсімдік не жануар ұлпасының жеке жасушаларын бактерия жасушалары сияқты ағзадан бөлек өсу және көбеюге мәжбүрлеуге болатын әдістер ойлап тапты. Алынған жасуша себінділері экспериментке және бактерия себінділері арқылы алу мүмкін емес кейбір заттарды өнеркәсіпте алу үшін қолданылады. Бірақ бұл жерде де өз кемшіліктері бар. Мысалы, бактериялардағы сияқты жануар жасушаларының себінділерінде шексіз бөліне бермеу қабілеті. Сонымен қатар бактерия жасушаларына қарағанда жасуша себінділерін алу және өсіру күрделі болады. Қазіргі кезде жануар жасушалары себінділерінен тұтас толыққанды ағзаларды ғана емес, тіпті жеке мүшелерді «өсіруді» қамтамасыз ететін әдістер жоқ. Мысалы, жүрек, бүйрек, өкпе. Бірақ ғылым бір жерде тұрған жоқ. Ғалымдар қазір бағаналы жасушалардан көз бұршағын, тіс және теріні алмастырып қондыратын әдістемеге қол жеткізді. Бұл «мүшелерді клондау» әдістемесі болып табылады. Осындай әдістеме өсімдіктер үшін баяғыда және сәтті жасалып қойған (ХХ ғасырдың 60-жылдарынан бастап).
35-сурет. Қойдың гендiк модификациясы
Ескерту: ААТ (альфа-антитрипсин) – адам ағзасы өндіретін және аурудан соң бірқатар мүшелер (бауыр, өкпе т.б.) қалпына келуі үшін қажет маңызды нәруыз
Гендік инженерия, өнеркәсіптік микробиология, трансгенді өсімдіктер, трансгенді жануарлар.
Білу және түсіну:
1. Неге гендік инженерия «туындысын» өндіріске шығармай тұрып, алдын ала қатаң бақылау сынағынан өткізеді?
2. Трансгенді өсімдіктерді не үшін ойлап тауып, қолданады?
Қолдану:
1. Бактерия жасушаларының генетикалық модификацияларының қандай экологиялық пайдасы бар? Атаңдар.
2. Гендік инженерияда тірі ағзалардың қандай топтары модификацияға аз ұшырайтынын салыстырыңдар. Себептерін атаңдар.
Талдау:
1. Бактериялық гендік инженерияның медицинаға (дүниежүзінің және Қазақстанның) қалай көмектесетінін мысалдармен дәлелдеңдер.
2. Неліктен бактерия жасушалары трансгендік инженерияда ең прогрессивті ағзалар болып табылатыны туралы пікірлеріңді айтыңдар.
Синтез:
1. Неге трансгендік инженерия жеке адамның ағзасы үшін және адамзат, әлеуметтік қоғамға қауіпті болуы мүмкін екенін талқылаңдар.
2. Мынадай жағдай моделін жасаңдар: «Жақын болашақта гендік инженерия адам ағзасы жасушаларынан қосымша мүшелер өсіре алады».
Бағалау:
1. Мынадай пікірлерді талқылаңдар:
– «Ағзалардың гендік модификациясы адамзатқа қауіп төндіреді. Оның салдарын болжау мүмкін емес»;
– «Гені түрлендірілген ағзаларды пайдалануға байланысты адамзат көптеген проблемаларды, соның ішінде әрі шаруашылық, әрі өнеркәсіптік қалдықтардың барлық түрін жою проблемасын да шешеді».
2. Гені түрлендірілген, соның ішінде трансгенді ағзаларды қолданудың экономикалық әрі экологиялық салдарын бағалаңдар.