[0:03]Всім привіт. Ми продовжуємо огляд методів генної інженерії. І сьогодні більш докладно поговоримо про генномодифіковані рослини і тварини. Ми вже з вами маємо поняття про те, як вчені навчились змінювати бактеріальний геном і вводити рекомбінантну ДНК у клітину бактерій, з тим, щоб вони робили те, що запрограмувала людина. Але людина задумалась, а чому б не ввести певний змінений ген у еукаріотичні організми, що з цього може вийти? Генетично модифікований організм - це такий організм, чий генетичний матеріал ДНК був змінений, причому такі зміни не могли статись у природньому середовищі в результаті розмноження або природної рекомбінації. Якщо при цьому ДНК, яку переносять, походить з іншого виду, отримані організми називаються трансгенними. Прослідкуємо, які вже перші кроки зроблені вченими у цьому напрямку. У 1974 році було отримано перших трансгенних тварин - мишей, а у 83-му - перших трансгенних рослин. Ними став тютюн. У 1985 році було отримано перших трансгенних сільськогосподарських тварин - кроликів, свиней, овець. А у 90-му році було отримано перші трансгенні сільськогосподарські культури. Ними стали геномодифікована кукурудза та тютюн. І коли американська компанія Монсанто розпочала масове культивування ГМО-кукурудзи, це було сприйнято неоднозначно. З 1992 року стійкий до вірусів тютюн, вирощений у Китаї, став першою комерційною трансгенною рослиною. У 1994 році на ринки США надійшли трансгенні томати, які довго не псуються. У 1996 році - клонована вівця. 2003 рік - це рік створення першої домашньої геномодифікованої тварини, якими стали флуоресцентні рибки GloFish. А у 2015 році було видано дозвіл на вирощування геномодифікованого лосося.
[2:29]Які ж напрямки використання геномодифікованих організмів сьогодні? Ну, по-перше, використання в наукових дослідженнях для того, щоб вивчати розвиток хвороб, процесів старіння, функціонування нервової системи. У медицині розвивається прогресивна галузь генотерапія або редагування геному для лікування певних захворювань. У сільському господарстві використовуються методи генної інженерії для того, щоб створювати і вирощувати стійких до хвороб і шкідників рослин, що мають кращі смакові та ростові якості.
[3:07]Уже зараз дозволено вирощувати 336 сортів сільськогосподарських рослин - сої, кукурудзи, бавовни, картоплі, рису, буряків. У тваринництві - це створення і вирощування стійких до вірусів порід тварин, наприклад, свиней. А також з естетичною метою створюються декоративні рослини. Етапи створення геномодифікованих організмів. Перше - отримання гена. Друге - введення гена у вектор. Третє - перенесення вектора в організм. Четверте - перетворення клітин організму. П'яте - відбір генетично модифікованих організмів від інших.
[3:51]Отже, перший етап - отримання гена. Я вже вам розповідала, що для створення рекомбінантних ДНК використовувались із 70-х років минулого століття три основні ферменти. Це рестриктази, які дозволяють розрізати ДНК, лігази їх зшивають, а зворотня транскриптаза або ревертаза вміє створювати ДНК на матриці РНК.
[4:20]Але за допомогою такого набору інструментів виявилось вкрай важко маніпулювати складними геномами багатоклітинних організмів. Проблема в тому, що рестриктази можуть розпізнавати відносно короткі послідовності ДНК. Тому сучасні біотехнології знадобились більш ефективні інструменти. Отже, спочатку були розроблені химерні нуклеази - це такі складні білки, що складаються з двох одиниць, одна з яких каталізує розщеплення ДНК, а інша точно зв'язується з визначеним фрагментом, спрямовуючи на нього дію нуклеази. Але такі структури виявили серйозні недоліки. Вони не завжди чітко виявляли нуклеотидні послідовності, а також метод виявився дороговартісним, оскільки для кожної послідовності потрібно було створювати окремі білкові структури. І тому химерні нуклеази потрібно було дещо вдосконалити. І у 2013 році в цій галузі відбувся справжній вибух. Був розроблений метод CRISPR, що відкрив нові можливості для маніпуляції геномами. Він простий, забезпечує точний вплив на потрібні ділянки ДНК. Його структурами є вже не білки, а короткі нуклеотидні послідовності у вигляді повторів, між якими розташовані спейсери. За допомогою цієї системи можна здійснювати всі види модифікації генома, вносити точкові мутації, вбудовувати в певні місця нові гени, або навпаки, видаляти певні ділянки, виправляти або замінювати фрагменти генів. Використання CRISPR в перспективі пов'язують з генотерапією, щоб редагувати дефектний геном у людей, які страждають на невиліковні хвороби, ну такі як хорея Гентінгтона або міодистрофія Дюшена. Уже сьогодні вирощено мишей з ембріональних клітин, у яких було скориговано дефектний ген, який відповідальний за розвиток катаракти. Миші дали здорове потомство. Розробляються також технології генної модифікації стовбурових клітин за допомогою CRISPR.
[6:42]Другий крок - це введення гена у вектор і перенесення в геном. Спочатку розглянемо на прикладі рослин. Для рослин є два прогресивних методи введення генів. Це перше - використання бактерії Agrobacterium tumefaciens. У групі ґрунтових бактерій під назвою агробактеріум є види, які можуть інфікувати рослини і викликати на них пухлини, що називаються корончастими галами. Гали складаються з пухлинної тканини, неконтрольовано і нерегульовано діляться. Цікаво, якщо клітини корончатих галів культивувати, то вони прекрасно ростуть навіть при відсутності спеціальних гормонів і продовжують це робити, навіть якщо бактерію вбити антибіотиками. Учені виявили, що причиною пухлинних процесів є плазміда бактерій, яка вбудовується в геном рослини. Саме ці плазміди і використовували, як ідеальний вектор, бо вони вміють трансформувати клітини всіх дводольних рослин, а також відомо, що й однодольних, в тому числі і злаків. Інтегрувавшись в геном рослини, плазмідна ДНК успадковується за законами Менделя. Ученим лише залишилось вбудувати потрібний ген у плазміду, а ввести в клітини рослин легко. Для цього потрібно лише інфікувати її агробактерією, внести на пошкоджену тканину. Лише важливо врахувати, що при конструюванні векторних молекул потрібно додати такі промотори, щоб вони запрацювали в рослині. Ну і, звісно, ще й маркери. Пам'ятаєте з минулого уроку що це? Це спеціальні гени, за допомогою яких можна буде потім відібрати трансгенні рослини. Цікаво, що зараз використовують такі маркери, що продукують білки, які окиснюючись світяться, наприклад, з ДНК медузи. Трансгенні рослини з цим геном світяться в ультрафіолеті зеленим світлом. Також як вектори для рослин можна використовувати віруси, бактеріофаги. І ще один метод - це використання генних гармат, який був розроблений у 1987 році. Для цього спочатку модифіковану ДНК упаковують у намистинки діаметром 1 мм в обгортки з вольфраму або золота. Їх розміщують на кінчику пластикової кулі, яку вставляють у спеціальну генну рушницю. Кулю випускають, і вона розривається на рослинних клітинах або тканинах. Так можна інтегрувати в клітини не лише генетичний матеріал, а й органели. Трансгенні рослини. Однією з важливих проблем, з якою стикаються сільськогосподарські виробники, є боротьба з шкідливими комахами. Було виявлено, що одна із ґрунтових бактерій роду бацилус виділяє білковий токсин, який ефективний проти багатьох шкідників. Тому ген, відповідальний за токсичний білок, ввели за допомогою генної інженерії в клітини рослин. Тоді випробували. Виявилось, що зерновий точілщик, наприклад, уражає рослину у п'ять разів менше. Тепер ген бактеріального токсину ввели в картоплю, томати, рис та інші культури. Інша проблема сільського господарства - вірусні хвороби рослин. Тепер ученим, перед ученими виникло завдання створити рослини стійкі до вірусів. Перші спроби було зроблено на рослинах тютюну у 1982 році. Як відомо, тютюн уражається вірусом тютюнової мозаїки. І вчені виділили ген, що кодує білок оболонки цього віруса і ввели цей ген в рослини тютюну. Ну, мала місце ніби як вакцинація рослини. Таким же чином створили рослини стійкі до гербіцидів. Якщо поле таких геномодифікованих рослин обробити гербіцидами, бур'яни будуть знищені, а сільськогосподарські рослини залишаться неушкодженими. Також було створено трансгенні томати у 1994 році. Відомо, що від куща до прилавка довгий шлях, і тому плоди приходить знімати, ще коли вони не досить дозріли. При цьому вони несмачні і неароматні. А створені геномодифіковані томати можуть довше залишатись на кущі, мають триваліші строки дозрівання, тому що самі не виділяють етилен для того, щоб дозрівати. Такі томати на прилавках з 1995 року. Деякі геномодифіковані рослини суто декоративні. У 2004 році була створена блакитна троянда. А золотий рис - найвідоміша геномодифікована культура, спрямована на підвищення поживної цінності. Вона була створена спеціально для районів з дефіцитом вітаміну А. В рис введено гени, які синтезують бета-каротин. У 2018 році рис отримав дозвіл на використання в якості продуктів харчування. Також був створений винограблуко, тобто яблуко із виноградним смаком. Були модифіковані банани. У рослину було введено змінений вірус, який продукує у людини білки, а до білків виробляються в організмі людини антитіла. Тепер розглянемо модифікацію тварин. Введення гена у вектор і перенесення в геном. Є декілька кроків, щоб ввести ген і перенести його в геном. Ну, по-перше, це мікроін'єкції в яйцеклітини. Якщо потрібно, щоб всі клітини нової тварини містили новий ген, цей ген потрібно ввести в яйцеклітину. Яйцеклітину на стадії запліднення вилучають з організму і донорну ДНК вводять в одне з ядер, що мають злитись. Інколи ДНК дійсно може вбудуватись в одну з хромосом. Далі ці ядра зливаються, утворюється зигота, яку переносять в організм самки для розвитку. Найперші експерименти по введенню нових генів таким чином були випробувані на мишах. В геном миші було вбудовано ген, що кодує гормон росту пацюка і працює, якщо в раціоні тварини є важкі метали. Тому, коли геномодифіковану мишу годували їжею з додаванням важких металів, ген вмикався і миші росли в два-три рази швидше і досягали розмірів в двічі більше за своїх родичів. Інший спосіб введення гена в вектор - це використання стовбурових клітин. З раннього зародка беруть кілька ембріональних стовбурових клітин, розмножують на поживному середовищі. ДНК в них вводять різними способами, в тому числі мікроін'єкціями. Трансформовані клітини повертають в зародок, і вони стають його частиною. Новоутворений організм буде сумішшю двох типів клітин - нормальних і трансформованих, і він називається химерним. Також для перенесення ДНК використовують вектори на основі вірусів і пряме поглинання ДНК, наприклад, за допомогою фагоцитозу. Інколи для цього використовують електропорацію. Клітини стимулюють короткочасним імпульсом, в мембрані утворюються тимчасові пори, через які проходить ДНК. А також використовують ліпосоми - це штучні пухирці, огорнуті фосфоліпідним бішаром, аналогічно клітинній мембрані, а всередину поміщають ДНК. Ліпосоми злипаються з клітинами і проникають всередину. Методи генної перебудови використовують для тварин з різною метою. Наприклад, вирощування трансгенних корів. В їх клітини вбудовують гени для виробництва білків, які не можна отримати за допомогою бактерій. Є генетично сконструйовані корови, які дають молоко аналогічне за складом до жіночого, або кози, які дають молоко, з якого отримують антикоагулянт проти утворення тромбів під час операцій. Модифікації генів покращують темпи росту, якість м'яса, стійкість до хвороб та виживання тварин. Або кури, які несуть протиракові яйця. Шотландські науковці створили курей, у які вживили ген для того, щоб той синтезував білок, який може боротися з онкологією. Флуоресцентні кішки. У котячий ДНК був доданий сяючий ген для дослідів в галузі генної терапії різних хвороб. Методи генної інженерії також зробили можливим процес клонування, отримання точних копій у нашому випадку багатоклітинних організмів. У 1970 році успішно клонували жаб, а у 85-му риб, а потім мишей. У 1996 році успішно клонували вівцю, яку назвали Доллі.
[16:24]Для клонування взяли соматичну клітину вимені дорослої особини. Вівці, яка вже до клонування померла і її клітини зберігались замороженими. Від іншої вівці взяли яйцеклітину, вилучили ядро і помістили туди ядро соматичної клітини першої вівці. Сформовано таким чином клітину імплантували до матки вівці, сурогатної матері, яка і народила ягня, копію першої овечки на ім'я Доллі. В ході експерименту в 277 яйцеклітин було перенесено ядра. Десята частина розвинулась до ембріонів, з 29 вижив лише один - Доллі. Якщо бути точним, то Доллі не є стовідсотковим клоном, тому що гени передаються також мітохондріальною ДНК. Доллі жила як звичайна вівця, народила 6 ягнят, але вона прожила лише 7 років, на відміну від своїх родичів, середня тривалість життя яких 11-12 років. У неї було прогресуюче захворювання легень і важкий артрит. В подальшому клонували коней, кішок, собак. Через 20 років після клонування Доллі вдалось клонувати макак, а сьогодні клонування може стати одним із способів відновлення вимираючих видів. Ну і наостанок про геномодифіковану їжу. Є три способи відрізнити геномодифіковані продукти. По-перше, вивчіть етикетку. На продуктах без ГМО пишуть стовідсотково натуральний продукт, а якщо етикетка з написом без ГМО, то продукт містить не більше 0,9% геномодифікованих організмів. Друге - геномодифіковані продукти ідеальні на вигляд, їх не чіпають комахи. 78% сої, 33% кукурудзи і 24 ріпака мають є геномодифікованими, і їх додають у нашу щоденну їжу, перелік якої я вам навела. Отже, ми розглянули велику комплексну тему геномодифіковані організми. Фактично ця тема сьогодні виникає ще багато запитань, суперечок і через віддалені наслідки, шкідливі ці продукти чи корисні. Якщо маєте коментарі, пишіть під відео, ставте подобайки, підписуйтесь на канал.
