Войти
Генная инженерия - это наука о манипулировании генетическим материалом организма. Первой искусственной генетической модификацией, осуществленной с помощью биотехнологии, был трансгенез, процесс передачи генов от одного организма к другому, впервые осуществленный Гербертом Бойером и Стэнли Коэном в 1973 году. Это был результат из серии достижений в методах, которые позволили прямую модификацию генома. Важные достижения включают открытие рестрикционных ферментов и ДНК-лигаз, возможность конструировать плазмиды и такие технологии, как полимеразная цепная реакция и <36.>секвенирование. Трансформация ДНК в организм-хозяин была осуществлена с помощью изобретения биолистики, агробактерий-опосредованной рекомбинации и микроинъекции. Первым генетически модифицированным животным была мышь, созданная в 1974 году Рудольфом Яенишем. В 1976 году технология была коммерциализирована с появлением генетически модифицированных бактерий, которые производили соматостатин, а затем в 1978 году появился инсулин. В 1983 году был вставлен ген устойчивости к антибиотикам. в табак, что привело к появлению первого генно-инженерного растения. За этим последовали достижения, которые позволили ученым манипулировать и добавлять гены к множеству различных организмов и вызывать ряд различных эффектов. Впервые растения были коммерциализированы с устойчивым к вирусам табаком, выпущенным в Китае в 1992 году. Первым генетически модифицированным пищевым продуктом был помидор Flavr Savr, поступивший на рынок в 1994 году. К 2010 году 29 стран выращивали коммерческие биотехнологические культуры.. В 2000 году в статье, опубликованной в Science, был представлен золотой рис, первый продукт питания, разработанный с повышенной питательной ценностью.
Исследования ДНК показали, что собака, скорее всего, произошла от общего предка с серым волком.Генная инженерия - это прямая манипуляция геномом организма с использованием определенных методов биотехнологии, которые существуют только с 1970-х годов. Управляемые человеком генетические манипуляции произошли намного раньше, начиная с одомашнивания растений и животных посредством искусственного отбора. собака считается первым одомашненным животным, возможно, происходящим от общего предка серого волка, с археологическими свидетельствами, датируемыми примерно 12000 годом до нашей эры. Другие хищники, одомашненные в доисторические времена, включают кошку, которая сожительствовала с человеком 9500 лет назад. Археологические данные свидетельствуют о том, что овцы, крупный рогатый скот, свиньи и козы были одомашнены между 9000 г. до н.э. и 8000 г. до н.э. в Плодородном полумесяце.
Первое свидетельство одомашнивания растений происходит от эммера и пшеницы бесцветной найдены в деревнях докерамического неолита A в Юго-Западной Азии, датируемых примерно 10 500–10 100 гг. Плодородный полумесяц Западной Азии, Египет и Индия были местами самого раннего запланированного посева и сбора урожая растений, которые ранее собирались в дикой природе. Самостоятельное развитие сельского хозяйства произошло в северном и южном Китае, Сахеле в Африке, Новой Гвинее и некоторых регионах Америки. Восемь культур-основателей неолита (пшеница эммер, пшеница эйнкорн, ячмень, горох, чечевица, горькая вика, горох и лен ) появились около 7000 г. до н.э. Садоводство впервые появляется в Левант в период энеолита, примерно с 6800 по 6300 до н.э. Из-за мягких тканей археологических свидетельств ранних овощей мало. Самые ранние растительные остатки были найдены в египетских пещерах, которые датируются 2-м тысячелетием до нашей эры..
Селективное разведение одомашненных растений когда-то было основным способом создания организмов древними земледельцами для удовлетворения своих потребностей. Чарльз Дарвин описал три типа отбора: методический отбор, при котором люди сознательно выбирают определенные характеристики; бессознательный выбор, при котором характеристика выбирается просто потому, что она желательна; и естественный отбор, при котором передается признак, который помогает организму лучше выжить. Раннее разведение основывалось на бессознательном и естественном отборе. Внедрение методического отбора неизвестно. Общие характеристики, которые были выведены в одомашненные растения, включают зерна, которые не растрескиваются, чтобы облегчить сбор урожая, равномерное созревание, более короткую продолжительность жизни, что приводит к более быстрому росту, потере токсичных соединений и продуктивности. Некоторые растения, такие как банан, можно было размножить с помощью вегетативного клонирования. Потомство часто не содержало семян и поэтому было бесплодным. Однако это потомство обычно было сочнее и крупнее. Размножение посредством клонирования позволяет культивировать эти мутантные разновидности, несмотря на отсутствие семян.
Гибридизация была еще одним способом внесения быстрых изменений в структуру растений. Это часто увеличивало жизнеспособность растений и сочетало желаемые качества вместе. Гибридизация, скорее всего, впервые произошла, когда люди впервые вырастили похожие, но немного разные растения в непосредственной близости. Triticum aestivum, пшеница, используемая для выпечки хлеба, является аллополиплоидом. Его создание является результатом двух отдельных событий гибридизации.
Прививка может переносить хлоропласты (специализированная ДНК в растениях, способная проводить фотосинтез ), митохондриальную ДНК и всего клеточного ядра, содержащего геном, чтобы потенциально создать новый вид, делающий прививку формой естественной генной инженерии.
Рентгеновские лучи были впервые использованы для намеренно мутировать растения в 1927 году. В период с 1927 по 2007 год с помощью рентгеновских лучей было получено более 2540 генетически мутировавших сортов растений.
Гриффит доказал существование «принципа трансформации», которая Эвери, МакЛауд и Маккарти позже показали, что это ДНК Различные генетические открытия сыграли важную роль в развитии генной инженерии. Генетическая наследственность была впервые обнаружена Грегором Менделем в 1865 году после экспериментов по скрещиванию гороха. Несмотря на то, что в течение 34 лет его игнорировали, он представил первое свидетельство наследственной сегрегации и независимого ассортимента. В 1889 году Хьюго де Фрис придумал название «(пан) ген» после постулирования, что частицы ответственны за наследование характеристик, а термин «генетика» был придуман Уильямом Бейтсоном в 1905. В 1928 году Фредерик Гриффит доказал существование «трансформирующего принципа», задействованного в наследовании, который Эйвери, МакЛауд и Маккарти позже (1944) идентифицировали как 168>ДНК. Эдвард Лори Татум и Джордж Уэллс Бидл разработали центральную догму о том, что гены кодируют белки в 1941 году. структура двойной спирали ДНК была идентифицированный Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году.
Бактерия Agrobacterium tumefaciens вставляет Т-ДНК в инфицированные клетки растений, который затем внедряется в растения геном.Помимо открытия того, как работает ДНК, необходимо было разработать инструменты, позволяющие манипулировать ею. В 1970 г. лаборатория Гамильтона Смита обнаружила рестрикционные ферменты, которые позволяли разрезать ДНК в определенных местах и разделять их на геле для электрофореза. Это позволило ученым выделить гены из генома организма. ДНК-лигазы, которые объединяют разорванную ДНК, были открыты ранее в 1967 году, и путем объединения двух ферментов стало возможным «вырезать и вставить» последовательности ДНК в создать рекомбинантную ДНК. Плазмиды, открытые в 1952 году, стали важными инструментами для передачи информации между клетками и репликации последовательностей ДНК. Фредерик Сэнгер разработал метод секвенирования ДНК в 1977 году, значительно увеличив генетическую информацию, доступную исследователям. Полимеразная цепная реакция (ПЦР), разработанная Кэри Маллис в 1983 году, позволила амплифицировать небольшие участки ДНК и способствовала идентификации и выделению генетического материала.
Помимо манипулирования ДНК, необходимо было разработать методы ее вставки (известной как трансформация ) в геном организма. Эксперимент Гриффитса уже показал, что некоторые бактерии обладают способностью естественным образом поглощать и экспрессировать чужеродную ДНК. Искусственная компетентность была индуцирована у Escherichia coli в 1970 году, когда Morton Mandel и показал, что он может поглощать бактериофаг λ после обработки раствором хлорида кальция (CaCl 2). Два года спустя Стэнли Коэн показал, что обработка CaCl 2 также эффективна в отношении поглощения плазмидной ДНК. Трансформация с использованием электропорации была разработана в конце 1980-х годов, увеличивая эффективность и диапазон бактерий. В 1907 году была открыта бактерия, вызывающая опухоли растений, Agrobacterium tumefaciens, а в начале 1970-х годов было обнаружено, что агент, вызывающий опухоль, представлял собой ДНК-плазмиду, названную Ti-плазмидой. Удалив в плазмиде гены, вызвавшие опухоль, и добавив новые гены, исследователи смогли заразить растения A. tumefaciens и позволить бактериям вставить выбранную ДНК в геномы растений.
Пол Берг создал первые молекулы рекомбинантной ДНК в 1972 году. В 1972 году Пол Берг использовал рестрикционные ферменты и ДНК-лигазы для создания первых рекомбинантные молекулы ДНК. Он объединил ДНК вируса обезьян SV40 с ДНК вируса лямбда . Герберт Бойер и Стэнли Норман Коэн продвинули работу Берга на шаг вперед и ввели рекомбинантную ДНК в бактериальную клетку. Коэн исследовал плазмиды, а работа Бойера касалась рестрикционных ферментов. Они осознали комплементарный характер своей работы и объединились в 1972 году. Вместе они обнаружили рестрикционный фермент, который разрезал плазмиду pSC101 в одной точке и был способен вставлять и лигировать ген, придающий устойчивость к канамицин антибиотик в щель. Коэн ранее разработал метод, с помощью которого бактерии можно было заставить захватить плазмиду, и с его помощью они смогли создать бактерии, которые выживали в присутствии канамицина. Это был первый генетически модифицированный организм. Они повторили эксперименты, показавшие, что в бактериях могут быть экспрессированы другие гены, в том числе ген жабы Xenopus laevis, первая трансформация между царствами.
В 1974 Рудольф Яениш создал первый ГМ-животное.В 1974 г. Рудольф Яениш создал трансгенную мышь путем введения чужеродной ДНК в ее эмбрион, что сделало ее первым в мире трансгенным животным. Яениш изучал клетки млекопитающих, инфицированные обезьяньим вирусом 40 (SV40), когда он случайно прочитал статью Беатрис Минц, описывающую поколение химерных мышей. Он взял свои образцы SV40 в лабораторию Минца и ввел их ранним эмбрионам мышей, ожидающих развития опухолей. Мыши казались нормальными, но после использования радиоактивных зондов он обнаружил, что вирус интегрировался в геном мышей. Однако мыши не передавали трансген своему потомству. В 1981 году лаборатории Фрэнка Раддла, Фрэнка Константини и Элизабет Лейси ввели очищенную ДНК в одноклеточный мышиный эмбрион и продемонстрировали передачу генетического материала последующим поколениям.
Первым генно-инженерным растением был табак, сообщается в 1983. Он был разработан Майклом В. Беваном, Ричардом Б. Флавеллом и Мэри-Делл Чилтон путем создания химерного гена, который присоединил ген устойчивости к антибиотикам к плазмиде T1 из Agrobacterium. Табак инфицировали Agrobacterium, трансформированной этой плазмидой, в результате чего химерный ген был встроен в растение. С помощью методов культивирования ткани была отобрана одна клетка табака, содержащая ген, и новое растение, выросшее из нее.
Развитие технологии генной инженерии вызвало опасения в научном сообществе о потенциальных рисках. Разработка нормативной базы, касающейся генной инженерии, началась в 1975 г. в Асиломаре, Калифорния. Встреча Asilomar рекомендовала набор руководящих указаний относительно осторожного использования рекомбинантной технологии и любых продуктов, созданных на ее основе. Рекомендации Asilomar были добровольными, но в 1976 году Национальный институт здравоохранения США (NIH) сформировал консультативный комитет по рекомбинантной ДНК. За ним последовали другие регулирующие органы (Министерство сельского хозяйства США (USDA), Агентство по охране окружающей среды (EPA) и Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA)., что фактически делает все исследования рекомбинантной ДНК строго регулируемыми в США.
В 1982 году Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) выпустила отчет о потенциальных опасностях выделения генетически модифицированных Разрабатывались первые трансгенные растения. По мере совершенствования технологии и перехода генетических организмов от модельных организмов к потенциальным коммерческим продуктам в США был создан комитет в Управлении науки и технологий (OSTP) для разработки механизмов регулирования разрабатываемых технологий. В 1986 году OSTP передал одобрение регулирующих органов генетически модифицированных растений в США USDA, FDA и EPA. В конце 1980-х и начале 1990-х годов руководство по оценке безопасности генетически двигатель выращенные растения и продукты питания поступили от организаций, включая ФАО и ВОЗ.
Европейский Союз впервые ввел законы, требующие маркировки ГМО в 1997 году. В 2013 году Коннектикут стал первым штатом, принявшим закон о маркировке в США, хотя он не вступит в силу, пока другие штаты не последуют его примеру.
A лабораторная мышь, у которой отключен ген, влияющий на рост волос (слева), показана рядом с нормальной лабораторной мышью. Способность вставлять, изменять или удалять гены в модельных организмах позволила ученым изучать генетические элементы болезней человека. Генетически модифицированные мыши были создан в 1984 году и содержал клонированные онкогены, которые предрасполагали их к развитию рака. Эта технология также использовалась для создания мышей с нокаутированными генами . Первая зарегистрированная мышь с нокаутом была создана Марио Р. Капеччи, Мартином Эвансом и Оливером Смитисом в 1989 году. В 1992 году онкомис с нокаутированными генами-супрессорами опухоли. Создание крыс-нокаутов намного сложнее и стало возможным только в 2003 году.
После открытия микроРНК в 1993 году РНК-интерференция (RNAi) был использован для того, чтобы заглушить гены организма. Изменяя организм для экспрессии микроРНК, нацеленной на его эндогенные гены, исследователи смогли нокаутировать или частично снизить функцию генов у ряда видов. Способность частично снижать функцию генов позволила изучить гены, которые являются летальными при полном нокауте. Другие преимущества использования РНКи включают возможность индуцибельного и тканеспецифического нокаута. В 2007 году микроРНК, нацеленная на гены насекомых и нематод, была экспрессирована в растениях, что привело к подавлению, когда они питались трансгенным растением, потенциально создавая новый способ борьбы с вредителями. Нацеливание на экспрессию эндогенных микроРНК позволило провести дальнейшую тонкую настройку экспрессии генов, дополнив более традиционный подход к нокауту генов.
Генная инженерия использовалась для производства белков, полученных от людей и других источников в организмах, которые обычно не могут синтезировать эти белки. Бактерии, синтезирующие человеческий инсулин, были разработаны в 1979 году и впервые были использованы в качестве лечебного средства в 1982 году. В 1988 году в растениях были получены первые человеческие антитела. В 2000 г. обогащенный витамином А золотой рис был первым продуктом с повышенной питательной ценностью.
Поскольку не все клетки растений были для восприимчивости к инфекции A. tumefaciens были разработаны другие методы, включая электропорацию, микроинъекцию и бомбардировку частицами генной пушкой (изобретено в 1987 году). В 1980-х годах были разработаны методы введения изолированных хлоропластов обратно в растительную клетку, у которой была удалена клеточная стенка. С появлением генной пушки в 1987 году стало возможным интегрировать чужеродные гены в хлоропласт.
. Генетическая трансформация стала очень эффективной в некоторых модельных организмах. В 2008 г. были произведены генетически модифицированные семена Arabidopsis thaliana путем простого погружения цветов в раствор Agrobacterium. Диапазон растений, которые можно трансформировать, увеличился, поскольку для различных видов были разработаны методы культивирования тканей.
Первые трансгенные животные были получены в 1985 году путем микроинъекций чужеродной ДНК в яйца кроликов, овец и свиней. Первыми животными, синтезировавшими трансгенные белки в своем молоке, были мыши, созданные для производства тканевого активатора плазминогена человека. Эта технология была применена к овцам, свиньям, коровам и другому домашнему скоту.
В 2010 году ученые из J. Институт Крейга Вентера объявил, что они создали первый синтетический бактериальный геном . Исследователи добавили новый геном к бактериальным клеткам и выбрали клетки, содержащие новый геном. Для этого клетки проходят процесс, называемый разрешением, когда во время деления бактериальной клетки одна новая клетка получает исходный геном ДНК бактерии, а другая - новый синтетический геном. Когда эта клетка реплицируется, она использует синтетический геном в качестве матрицы. Получившаяся в результате бактерия, разработанная исследователями, названная Synthia, была первой в мире синтетической формой жизни.
В 2014 году была разработана бактерия, реплицирующая плазмиду, содержащий неестественную пару оснований. Это потребовало изменения бактерии, чтобы она могла импортировать неестественные нуклеотиды и затем эффективно их реплицировать. Плазмида сохраняла неестественные пары оснований, когда удваивалась примерно в 99,4% случаев. Это первый организм, созданный с использованием расширенного генетического алфавита.
В 2015 году CRISPR и TALEN использовались для модификации геномов растений. Китайские лаборатории использовали его для создания устойчивой к грибам пшеницы и повышения урожайности риса, в то время как группа из Великобритании использовала его для настройки гена ячменя, который может помочь в создании устойчивых к засухе сортов. При использовании для точного удаления материала из ДНК без добавления генов других видов, результат не подвергается длительному и дорогостоящему процессу регулирования, связанному с ГМО. Хотя CRISPR может использовать чужеродную ДНК для облегчения процесса редактирования, второе поколение отредактированных растений не содержит этой ДНК. Исследователи отметили ускорение, потому что оно может позволить им «не отставать» от быстро развивающихся патогенов. Министерство сельского хозяйства США заявило, что некоторые примеры генно-отредактированной кукурузы, картофеля и сои не подпадают под существующие правила. По состоянию на 2016 год другие контрольные органы еще не сделали заявлений.
Герберт Бойер помог основать первую компанию генной инженерии в 1976 году. В 1976 году Genentech, первая компания генной инженерии была основана Гербертом Бойером и Робертом Суонсоном, а год спустя компания произвела человеческий белок (соматостатин ) в кишечной палочке. Genentech объявила о производстве генно-инженерного человеческого инсулина в 1978 году. В 1980 году США Верховный суд в деле Даймонд против Чакрабарти постановил, что генетически измененная жизнь может быть запатентована. Вырабатываемый бактериями инсулин под торговой маркой гумулин был одобрен для выпуска Управлением по контролю за продуктами и лекарствами в 1982 году. В 1983 году биотехнологическая компания Advanced Genetic Sciences (AGS) подала заявку на правительство США. разрешение на проведение полевых испытаний штамма P. syringae без льда для защиты сельскохозяйственных культур от заморозков, но экологические группы и протестующие отложили полевые испытания на четыре года из-за юридических проблем. В 1987 году штамм P. syringae со льдом стал первым генетически модифицированным организмом (ГМО), который был выпущен в окружающую среду после опрыскивания им клубничного и картофельного полей в Калифорнии. Оба испытательных поля подверглись нападению со стороны групп активистов в ночь перед проведением испытаний: «Первый в мире испытательный полигон привлек первого в мире полевого мусорщика».
Первое генетически модифицированное растение было выращено в 1982 году, устойчивое к антибиотикам табачное растение. Первые полевые испытания растений, полученных с помощью генной инженерии, были проведены во Франции и США в 1986 году. Были сконструированы растения табака, устойчивые к гербицидам. В 1987 году Plant Genetic Systems, основанная Марком Ван Монтегю и Джеффом Шеллом, была первой компанией, которая генетически сконструировала устойчивые к насекомым растения путем включения генов, производящих инсектицидные белки из Bacillus thuringiensis (Bt) в табак.
Генетически модифицированные микробные ферменты были первым применением генетически модифицированных организмов в производстве продуктов питания и были одобрены в 1988 г. в США. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов. В начале 1990-х рекомбинантный химозин был одобрен для использования в нескольких странах. Сыр обычно готовили с использованием ферментного комплекса сычужный фермент, который экстрагировали из слизистой оболочки желудка коров. Ученые модифицировали бактерии для производства химозина, который также мог свертывать молоко, в результате чего получили творог. Китайская Народная Республика была первой страной, которая начала коммерциализацию трансгенных растений, представив устойчивый к вирусам табак в 1992 году. В 1994 году Калджен получил разрешение на коммерческое производство томата Flavr Savr. спроектирован так, чтобы иметь более длительный срок хранения. Также в 1994 году Европейский Союз одобрил табак, устойчивый к гербициду бромоксинил, что сделало его первой культурой, полученной с помощью генной инженерии, коммерчески доступной в Европе. В 1995 году Bt Potato был признан безопасным Агентством по охране окружающей среды после одобрения FDA, что сделало его первой культурой для производства пестицидов, одобренной в США. В 1996 году было получено 35 разрешений на коммерческое выращивание 8 трансгенных культур и одной цветочной культуры (гвоздики) с 8 различными признаками в 6 странах, а также в ЕС.
К 2010 году 29 стран посадили коммерческие биотехнологические культуры. сельскохозяйственных культур, и еще 31 страна выдала разрешение регулирующих органов на импорт трансгенных культур. В 2013 г. Роберт Фрейли (Исполнительный вице-президент и главный технический директор Monsanto ), Марк Ван Монтегю и Мэри-Делл Чилтон были удостоены Всемирной продовольственной премии за улучшение «качества, количества или доступности» пищи в мире.
Первым генетически модифицированным животным, которое будет коммерциализировано, была GloFish, рыба-зебра с добавлен флуоресцентный ген, который позволяет ему светиться в темноте под ультрафиолетом. Первым генетически модифицированным животным, одобренным для использования в пищу, был лосось AquAdvantage в 2015 году. Лосось был трансформирован с помощью гена, регулирующего гормон роста из тихоокеанского лосося чавычи и промоутер из океанической надутой реки, позволяющий ему расти круглый год, а не только весной и летом.
Оппозиция и поддержка использования генетических инженерия существует с тех пор, как была разработана технология. После того, как Арпад Пуштаи обнародовал исследование, которое он проводил в 1998 году, общественное сопротивление генетически модифицированным продуктам питания усилилось. Оппозиция продолжалась после противоречивых и публично обсуждаемых статей, опубликованных в 1999 и 2013, в которых утверждалось негативное воздействие на окружающую среду и здоровье генетически модифицированных культур.
