Кіріспе
Компания
Бір организмнен екіншісіне көшірілген ген немесе генетикалық материал. Трансген – табиғи жолмен немесе генетикалық инженерияның әртүрлі әдістері арқылы бір организмнен екіншісіне көшірілген ген. Трансгенез процесінде трансгенді енгізу организмнің фенотипін өзгертуге әлеуетті мүмкіндік береді. Трансген – бір организмнен оқшауланған және басқа организмге енгізілген ген тізбегін қамтитын ДНК сегменті. ДНК-ның бұл сыртқы сегменті трансгенді организмде РНК немесе белок өндіру қабілетін сақтай алады немесе трансгенді организмнің генетикалық кодын қалыпты жұмысынан ауытқыта алады. Әдетте, ДНК организмнің ұрпақтандыру жазылымына (герм-желісіне) енгізіледі. Мысалы, жоғары сатыдағы омыртқалыларда бұл шетелдік ДНК-ны ұрықтандырылған жұмыртқаның ядросына инъекциялау арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Бұл техника зертханалық тышқандардың штаммдарына адам ауруларын тудыратын гендерді немесе басқа да қызығушылық тудыратын гендерді енгізу үшін кеңінен қолданылады, бұл геннің функциясын немесе патологиясын зерттеуге мүмкіндік береді. Трансгенді құру үшін бірнеше негізгі бөліктерді құрастыру қажет. Трансгенде промотор болуы керек, ол трансгеннің қайда және қашан белсенді болатынын анықтайтын реттеуші тізбек, экзон, белокты кодтайтын тізбек (әдетте зерттелетін белоктың кДНК-сынан алынған) және тоқтату тізбегі болуы керек. Бұл бөліктер әдетте бактериялық плазмидте біріктіріледі және кодтау тізбектері әдетте бұрыннан белгілі функциялары бар трансгендерден таңдалады. Трансгендік немесе генетикалық түрлендірілген организмдер, бактериялар, вирустар немесе саңырауқұлақтар көптеген зерттеу мақсаттарына қызмет етеді. Трансгендік өсімдіктер, жәндіктер, балықтар және сүтқоректілер (адамдарды қоса) өсірілген. Трансгендік өсімдіктер, мысалы жүгері мен соя, кейбір елдерде (мысалы, АҚШ) ауыл шаруашылығында жабайы түрлерді ығыстырды. ГМО дақылдары үшін трансгендік қашу 2001 жылдан бері тіркелді, бұл олардың тұрақтылығын және жаулап алу қабілетін көрсетеді. Трансгендік организмдер этикалық мәселелерді көтереді және биологиялық қауіпсіздік проблемаларын тудыруы мүмкін.
Gene or genetic material that has been transferred from one organism to another
A transgene is a gene that has been transferred naturally, or by any of a number of genetic engineering techniques, from one organism to another. The introduction of a transgene, in a process known as transgenesis, has the potential to change the phenotype of an organism. Transgene describes a segment of DNA containing a gene sequence that has been isolated from one organism and is introduced into a different organism. This non native segment of DNA may either retain the ability to produce RNA or protein in the transgenic organism or alter the normal function of the transgenic organism's genetic code. In general, the DNA is incorporated into the organism's germ line. For example, in higher vertebrates this can be accomplished by injecting the foreign DNA into the nucleus of a fertilized ovum. This technique is routinely used to introduce human disease genes or other genes of interest into strains of laboratory mice to study the function or pathology involved with that particular gene. The construction of a transgene requires the assembly of a few main parts. The transgene must contain a promoter, which is a regulatory sequence that will determine where and when the transgene is active, an exon, a protein coding sequence (usually derived from the cDNA for the protein of interest), and a stop sequence. These are typically combined in a bacterial plasmid and the coding sequences are typically chosen from transgenes with previously known functions. Transgenic or genetically modified organisms, be they bacteria, viruses or fungi, serve many research purposes. Transgenic plants, insects, fish and mammals (including humans) have been bred. Transgenic plants such as corn and soybean have replaced wild strains in agriculture in some countries (e. g. the United States). Transgene escape has been documented for GMO crops since 2001 with persistence and invasiveness. Transgenetic organisms pose ethical questions and may cause biosafety problems.
Тарих
Өмірді белгілі бір қажеттілікке сай келтіру идеясы жаңа ғылым емес. Дегенмен, 1900 жылдардың соңына дейін фермерлер мен ғалымдар өсімдіктің немесе организмнің жаңа штамдарын тек жақын туысқан түрлерден ғана шығара алды, себебі ұрпақтардың көбеюі үшін ДНК үйлесімді болуы қажет еді. 1970 және 1980 жылдары ғалымдар бұл қиындықтан өтіп, генетикалық инженерия арқылы екі өте әртүрлі түрдің ДНК-сын біріктіру процедураларын ойлап тапты. Осы процедуралардың нәтижесінде алынған организмдер трансгенді организмдер деп аталды. Трансгенез гендік терапиямен ұқсас, себебі екеуі де белгілі бір мақсатта жасушаларды өзгертеді. Алайда, олардың мақсаттары мүлдем бөлек, өйткені гендік терапия жасушалардағы кемшіліктерді емдеуге бағытталған, ал трансгенез әрбір жасушаға белгілі бір трансгенді енгізу және геномды өзгерту арқылы генетикалық түрлендірілген организмді жасауға тырысады. Сондықтан трансгенез тек соматикалық жасушаларды ғана емес, сонымен қатар организмдер көбейген кезде трансгендер ұрпаққа берілуін қамтамасыз ету үшін, олардың жыныс жасушаларын да өзгертеді. Трансгендер геннің жұмысын тоқтату арқылы геномды өзгертеді; олар хост генді басқа белокты кодтайтын генмен алмастыра алады немесе қосымша генді енгізе алады. Алғашқы трансгенді организм 1974 жылы Энни Чанг пен Стэнли Коэн Staphylococcus aureus гендерін Escherichia coli-де экспрессиялағанда жасалды. 1978 жылы ашытқы жасушалары гендік трансферге ұшыраған алғашқы эукариоттық организмдер болды. 1979 жылы тышқан жасушалары алғаш трансформацияланды, содан кейін 1980 жылы тышқан эмбриондары. Алғашқы трансмутациялардың көпшілігі ДНК-ны тікелей жасушаларға микроинъекциялау арқылы жүзеге асырылды. Ғалымдар трансгендерді ретровирустарға енгізіп, содан кейін жасушаларды жұқтыру сияқты трансформацияларды жүзеге асырудың басқа әдістерін де жасады; электр тогын пайдаланып, жасуша қабырғасы арқылы бөтен ДНК-ны өткізу үшін электроинфузияны қолдану; биолистика, яғни жасушаларға ДНК оқтарын ату; сондай-ақ, жаңадан ұрықтандырылған жұмыртқаға ДНК жеткізу. Алғашқы трансгенді жануарлар тек геннің нақты функциясын зерттеу үшін генетикалық зерттеулер мақсатында ғана қолданылды, ал 2003 жылға қарай мыңдаған гендер зерттелді.
Өсімдіктердегі қолдану
Түрлі трансгенді өсімдіктер ауыл шаруашылығында генетикалық модификацияланған жүгері, соя, рапс майы, мақта, күріш сияқты дақылдарды өндіру мақсатында жасалған. 2012 жылы осы ГМО дақылдары әлем бойынша 170 миллион гектарға егілген.
Алтын күріш
Трансгендік өсімдік түрлерінің бірі – алтын күріш. 1997 жылы Оңтүстік-Шығыс Азияда бес миллион бала А витаминінің жетіспеушілігінен туындаған ксерофтальмия ауруына шалдықты. Олардың ширек миллионы көзі көрмей қалды. Нарцисс генін енгізу β-каротин өндірісін күшейтті.
Трансгендік қашу
Генетикалық инженериялық өсімдік гендерінің жабайы туыстармен будандасу арқылы таралуы алғаш рет 1990 жылдардың ортасында Мексика мен Еуропада талқыланып, зерттелді. Трансгендердің таралуы орын алатынына келісім бар, тіпті "оның орын алғанына дәлелдер де бар".
Жүгері
Мексиканың Оахака штатындағы Сьерра-Хуарес аймағынан 2000 жылы алынған жүгері үлгілерінде трансгенді 35S промоторы анықталды, бірақ сол аймақтан 2003 және 2004 жылдары әртүрлі әдіспен алынған үлкен үлгілерде ол жоқ еді. 2002 жылы алынған басқа аймақтан алынған үлгіде де табылмады, алайда 2004 жылы нақты алынған үлгілерде анықталды, бұл трансгеннің сақталуын немесе қайтадан енгізілуін көрсетеді. 2009 жылғы зерттеуде рекомбинантты ақуыздар үлгілердің 3,1% және 1,8%-ында, көбінесе Мексиканың оңтүстік-шығысында табылды. АҚШ-тан тұқым мен дәнді импорттау Мексиканың батыс-орталық аймағында трансгендердің таралуын және жиілігін түсіндіруі мүмкін, бірақ оңтүстік-шығыста емес. Сонымен қатар, Мексикадағы жүгері қорындағы жүгері тұқымының 5,0%-ы ГМО дақылдарына мораторий салынғанына қарамастан рекомбинантты ақуыздарды көрсетті.
Мақта
2011 жылы Мексикада, ГМО мақта 15 жылдан бері өсірілгеннен кейін, жабайы мақтаның арасында трансгенді мақта табылған.
Қамыс (канола)
Трансгенді рапс Brassicus napus – жергілікті жапондық түрмен, Brassica rapa-мен будандастырылған – 2006 жылы Канаданың Квебек аймағында анықталғаннан кейін 2011 жылы Жапонияда табылған. Олар алты жылдық зерттеу барысында гербицидтерге қатысты таңдау қысымы болмаған жағдайда да, жабайы түрмен будандасуына қарамастан, өздерін сақтап келді. Бұл – Brassica napus-тан алынған гербицидке төзімді трансгеннің жабайы түрдің гендік қорына тұрақты түрде енуінің (интрогрессия) алғашқы хабарламасы болды.
Жаяу жүретін бұршақ
Глифосатқа төзімділікке гендік инженериялық өзгеріс енгізілген, "желмен тозаңданатын, көпжылдық және трансгенді дақылдардың алғашқыларының бірі" ретінде танымал трансгендік бүктегіш шөп 2003 жылы Орегон штатының Мадрас қаласы жанындағы Орталық Орегон аймағында 160 гектарға жуық аумақты қамтитын ірі далалық сынақтардың бөлігі ретінде отырғызылды. 2004 жылы оның тозаңы 14 километрге дейінгі қашықтықта өсетін жабайы бүктегіш шөп популяцияларына жеткені анықталды. 21 километр қашықтықта Agrostis gigantea өсімдігінің будақтануы да тіркелді. Өсіруші Скоттс компаниясы гендік инженериялық өзгеріс енгізілген барлық өсімдіктерді жоюға қол жеткізе алмады, соның салдарынан 2007 жылы АҚШ Ауыл шаруашылығы департаменті Скоттс компаниясына ережелерді бұзғаны үшін 500 000 доллар айыппұл салды.
Тәуекелдерді бағалау
Белгілі бір трансгенді ұзақ мерзімді бақылау мен реттеудің мүмкін еместігі көрсетілді. Еуропалық тамақ қауіпсіздігі агенттігі 2010 жылы тәуекелді бағалау жөніндегі нұсқаулықты жариялады.
Тышқандарда қолдану
Генетикалық модификацияланған тышқандар трансгендік зерттеулер үшін ең көп таралған жануарлар моделі болып табылады. Қазіргі уақытта трансгенді тышқандар түрлі ауруларды зерттеуде қолданылады, соның ішінде қатерлі ісік, семіздік, жүрек аурулары, артрит, күйзеліс және Паркинсон ауруы. Генетикалық модификацияланған тышқандардың ең көп тараған екі түрі – нокаут тышқандар мен онкомистер. Нокаут тышқандар – бұл трансгендік инсертацияны қолданатын тышқан моделінің бір түрі, ол бар геннің экспрессиясын бұзады. Нокаут тышқандарды жасау үшін қажетті тізбекті трансгенді электропорация арқылы тышқанның оқшауланған бластоцисіне енгізеді. Кейін кейбір жасушаларда гомологты рекомбинация табиғи түрде пайда болады, қызығушылық тудыратын генді жобаланған трансгенмен алмастырады. Осы процесте зерттеушілер трансгенді жануардың геномына енгізуге, оның жасушада белгілі бір функцияны атқаруына және оны болашақ ұрпаққа беруге болатынын көрсетті. Онкомистер – жануарлардың қатерлі ісікке бейімділігін арттыратын трансгендерді енгізу арқылы жасалған басқа да генетикалық модификацияланған тышқан түрі. Онкологиялық зерттеушілер осы білімді адамдардағы зерттеулерге қолдану үшін онкомистерді әртүрлі қатерлі ісіктердің сипаттамаларын зерттеу үшін пайдаланады. Трансгендік процестің орналасуы мен дәлдігін жақсарту үшін Cre деп аталатын фермент енгізілді. Cre рекомбиназалық медиацияланған кассеталық алмасу (RMCE) деп аталатын процестің маңызды элементі болып табылады. Ол P элементтік транспозазаларға қарағанда трансгендік трансформацияның тиімділігін төмендеткенмен, Cre кездейсоқ P кіріктірулерді теңгертудің күшті жұмысын азайтады. Cre мүдделі ДНК ген сегментінің мақсатты трансгенезіне көмектеседі, өйткені ол трансгендік енгізу орындарын, loxP сайттары деп аталатын жерлерді анықтауға қолдайды. Бұл сайттар, P элементтерінен айырмашылығы, хромосомалық сегментке арнайы еніп, мақсатты трансгенезге көмектеседі. Cre транспозазасы мұқият орналастырылған loxP сайттарындағы базалық жұптардың каталитикалық бөлінуінде маңызды, бұл мүдделі трансгендік донор плазмидінің нақтырақ енгізілуіне мүмкіндік береді. Транспозондық медиацияланған және Cre loxP трансформациялық әдістердің шектеулерін және төмен өнімділігін жеңу үшін бактериофаг ΦC31 жақында қолданылды. Соңғы зерттеулер бактериофаг ΦC31 интегразасының микроинъекциясын қамтиды, бұл P элементтерімен ғана транспозициялана алмайтын ірі ДНК фрагменттерінің трансгендік енгізілуін жақсартады. Бұл әдіс фагтағы қосылу (attP) орны мен бактериялық қабылдаушы геномдағы қосылу (attB) орны арасындағы рекомбинацияны қамтиды. Әдеттегі P элементі трансгендік енгізу әдістерімен салыстырғанда, ΦC31 бактериялық тізбектер мен антибиотиктерге төзімді гендерді қоса алғанда, бүкіл трансгендік векторды біріктіреді. Өкінішке орай, бұл қосымша енгізілгендердің болуы трансген экспрессиясының деңгейі мен қайталануына әсер ететіндігі анықталды.
Мал шаруашылығы мен аквакультурада пайдалану
Ауыл шаруашылығында қолданудың бір түрі – жануарларды белгілі бір қасиеттері бойынша селективті өсіру болып табылады: РНҚ-ның интерференциясын қолдана отырып, миостатин мРНҚ-сымен гомологиясы бар қысқа шашты РНҚ-ны жоғары экспрессиялау арқылы арттырылған бұлшықет фенотипіне ие трансгенді ірі қара мал өндірілді. Трансгендер жоғары белокты сүт немесе ешкі сүтінен жібек өндіру үшін қолданылады. Ауыл шаруашылығындағы тағы бір қолдану – ауруларға төзімді жануарларды немесе биофармацевтикалық өндіріс үшін жануарларды селекциялық өсіру. Зерттеушілер трансгендердің, әсіресе медицина саласында көптеген қолданылу мүмкіндіктерін анықтады. Ғалымдар трансгендерді адам геномының функциясын зерттеу, ауруларды жақсырақ түсіну, жануар мүшелерін адамдарға трансплантациялау үшін бейімдеу және трансгенді сиырлардың сүтінен инсулин, өсу гормоны және қан ұюға қарсы факторлар сияқты фармацевтикалық өнімдерді өндіруге бағытталған. 2004 жылға қарай 5 мыңға жуық генетикалық ауру белгілі болды және трансгенді жануарларды пайдалану арқылы осы ауруларды емдеу мүмкіндігі, трансгендердің ең перспективалы қолданылуларының бірі болуы мүмкін. Адамның гендік терапиясын пайдалану арқылы генетикалық бұзылысты емдеу үшін мутацияланған генді трансгеннің мутацияланбаған көшірмесімен алмастыруға болады. Бұл Cre Lox немесе нокаутты пайдалану арқылы жүзеге асырылады. Сонымен қатар, генетикалық аурулар трансгенді тышқандар, шошқалар, қояндар және егеуқұйрықтарды пайдалану арқылы зерттеледі. Трансгенді қояндар мұрагерлікке көшірілетін жүрек аритмиясын зерттеу үшін жасалды, себебі қоянның жүрегі тышқанға қарағанда адам жүрегіне көбірек ұқсайды. Соңғы кезде ғалымдар фертильділікке байланысты генетикалық ауруларды зерттеу үшін трансгенді ешкілерді де қолдана бастады. Трансгендер шошқа мүшелерінен ксенотрансплантация үшін қолданылуы мүмкін. Ксеноорганның қабылдануын зерттеу барысында, трансплантацияланған органның эндотелиялық жасушаларында шетел антиденелерін тану нәтижесінде, трансплантацияланған орган реципиенттің қанымен жанасқанда жедел қабылдамаушылық пайда болатыны анықталды. Ғалымдар шошқаларда осы реакцияны тудыратын антигенді анықтады, сондықтан антигенді жою арқылы бірден қабылдамаушылықсыз ағзаны трансплантациялауға болады. Дегенмен, антиген кейіннен экспрессиялана бастайды және қабылдамаушылық пайда болады. Сондықтан, қосымша зерттеулер жүргізілуде. Өнеркәсіптік реакциялардың жылдамдығын арттыратын катализдік ақуыздар немесе ферменттерді өндіретін трансгенді микроорганизмдер.
Этикаға қатысты дау
Қазіргі уақытта адамдарда трансгендерді қолдану көптеген қиындықтарға толы. Гендерді адам жасушаларына енгізу әлі де толыққанды жетілмеген. Осының ең белгілі мысалы – Х- байланысты ауыр біріктірілген иммуножеткіліксіздік (Х-СКИД) ауруымен емделген кейбір науқастарда Т-жасушаларының лейкемиясы дамуы. Бұл, енгізілген геннің LMO2 протоонкогенінің транскрипциясын басқаратын LMO2 промоторына тым жақын орналасуымен байланысты болды.