XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Введение  

В настоящее время весьма актуальным является вопрос о целенаправленном воздействии на геном зародыша живого организма (растения, животного и, в частности, человека) с целью формирования у него интересующих признаков посредством того или иного изменения структуры генов[2]. Причём если влияние определёнными физическими или химическими способами и веществами на генотип растения или животного применяется достаточно давно и уже даёт свои положительные результаты, то воздействие на геном эмбриона человека – новая отрасль генетической науки, вызывающая на данный момент множество противоречий. 

В первую очередь, речь пойдёт о биотехнологии и, в особенности, о генной инженерии – части биотехнологии, основанной на направленном конструировании генетических систем и на выращивания искусственных организмов после изменения выбранных генов из ДНК. Причём в области изменения генома человеческих эмбрионов ведётся активная полемика в современной научной среде. 

Актуальность этой темы в настоящее время объясняется тем, что научное сообщество озадачено необходимостью искусственного изменения генетической структуры эмбрионов, чтобы при развитии у них формировались признаки, интересующие этих учёных. Генетические модификации человеческих эмбрионов также может иметь ряд положительных результатов, таких, как снижение процента генетических заболеваний у новорождённых детей, снижение смертности при рождении, а также создание людей с заранее известными признаками и свойствами их организмов[2].

Проблема на сегодняшний день заключается в том, что могут возникнуть этические противоречия, ведь не каждый образ жизни, не каждое мировоззрение, не каждая религия допускает генетическую перестройку человеческого организма.

Генетически модифицированный организм - организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии.  Всемирная организация здравоохранения даёт более узкое определение, согласно которому генетически модифицированные организмы — это организмы, чей генетический материал (ДНК) был изменен, причём такие изменения были бы невозможны в природе в результате размножения или естественной рекомбинации[2]. 

Поэтому, прежде чем окончательно говорить о допустимости или недопустимости генетических модификаций эмбрионов человека, необходимо более детально разобраться в механизме этих модификаций, в их возможных последствиях, выяснить возможные мнения различных современных учёных на этот счёт, определить, какую роль в этом процессе могут играть современные информационно-коммуникационные технологии, и, наконец, на основе сопоставления положительных и отрицательных результатов сделать окончательный вывод.  

Основная часть 

Самым противоречивым направлением генной инженерии на сегодняшний день является генетическая модификация эмбрионов человека. Эта ветвь генетической науки вызывала больше всего вопросов, которые остаются открытыми и в настоящее время, и мнение на тему этичности и легальности таких изменений весьма неоднозначное[5]. 

Задачи, которые стремится решить эта отрасль науки, отличаются общественной полезностью[1]: 

лечение и предотвращение различных генетических заболеваний человека уже на самых ранних стадиях развития его эмбриона[1]; 

изучение генотипа того или иного человека и в случае обнаружения каких-либо генетических аномалий подбор их индивидуального лечения[1]; 

попытка «создания» людей с заранее определёнными свойствами и признаками. 

Переломный момент в этом направлении ожидается в тот момент, когда на свет родится первый «спроектированный» человек, чей генотип был подвергнут специфическим изменениям на основе современных компьютерных технологий[1]. Однако, целый ряд ученых из разных стран мира призывают к запрету на генную модификацию эмбрионов человека и выражают «серьезную озабоченность относительно этичности и безопасности подобных исследований»[4].

Несмотря на это, ученые из Университета Сунь Ятсена в Гуанджоу впервые в истории направленно изменили геном человеческих эмбрионов с помощью технологии CRISPR/Cas9, основанной на применении компьютерных технологий с целью наиболее точного нахождения нужного гена и обработки его специализированным ферментом[4].

Однако, эффективность и избирательность процедуры оказалась намного ниже, чем на уже исследованных образцах[4].

В опубликованных в журнале Protein & Cell результатах проведенной работы исследователи указали, что работали с «нежизнеспособными» зиготами, которые не могут развиваться в плод. В процессе проведения эксперимента в оплодотворенные клетки вводили фермент и генную конструкцию, которые должны были заменить один из собственных генов эмбриона на его копию, что позволило бы вылечить полностью это генетическое заболевание [5].

Из 86 зигот, отобранных для данного эксперимента, лишь в 4 клетках замена гена была проведена успешно. Кроме того, использование CRISPR/Cas9 приводило к возникновению побочных мутаций[1].

В настоящее время улучшить результаты подобных генетических перестроек помогают современные информационно-коммуникационные технологии. Одна из них – это технология секвенирования молекулы ДНК.

Секвенирование нового поколения (СНП) (next generation sequencing) – это современная техника определения нуклеотидной последовательности ДНК и РНК для получения формального описания её первичной структуры[6].

Её суть заключается в том, что в клетку вводятся специальные ДНК-чипы (РНК-чипы) с использованием метода меченых атомов[6].

Рассматриваемые чипы на основе специализированных ферментативных реакций, происходящих на молекулярном уровне, считывают информацию о последовательности расположения генов или даже нуклеотидов. Эта информация выводится на экран компьютера в виде большого количества иллюстраций, которые по завершении нескольких циклов такого секвенирования с помощью механизмов обработки графических данных, соответствующих этому прибору, выстраивают картину (схему) расположения нуклеотидов в цепи ДНК или РНК (формируется графический образ первичной структуры нуклеиновой кислоты). В ходе СНП могут генерироваться до сотен мегабаз и гигабаз нуклеотидных последовательностей за один рабочий цикл[7].

Таким образом, эта технология, технология секвенирования нового поколения, позволяет установить более точную картину расположения нуклеотидов и генов в цепочке ДНК (или РНК) за счёт большего объёма поступающей информации и более точной компьютерной обработки полученных данных. Это значительно повышает эффективность различных методов генетической модификации эмбрионов человека, снижает процент ошибки при подобной перестройке и позволяет предупредить возможные негативные последствия.

Заключение

В настоящее время генетическая модификация эмбрионов, зародышей, клеток человека, других животных и растений – это прогрессивно развивающаяся отрасль современной международной науки[3].

А современные информационные технологии, которые так же активно развиваются в XXI веке, и уже применяются по отношению к методам генетических модификаций, позволяют добиться в этой направлении деятельности большей лёгкости[3].

Так, например, технологии секвенирования и модификации, дают возможность большему количеству учёных-исследователей проводить подобные эксперименты самостоятельно, причём с гораздо большей точностью и эффективностью, а также позволяют снизить вероятность ошибки при осуществлении этих экспериментов и прогнозировать возможные отрицательные результаты[8].

В то же время создание так называемых «спроектированных существ» является очень противоречивым направлением генетической науки. Безусловно, изменение генетической структуры зародышей живых организмов имеет широкий спектр плюсов, описанных ранее, но и о значительном количестве минусов тоже нельзя было не упомянуть. Поэтому, на мой взгляд, задача современных информационно-коммуникационных технологий состоит в том, чтобы обеспечить методам генной инженерии снижение степени отрицательного воздействия на природу или даже вовсе ликвидировать те или иные негативные эффекты[2].

Список литературы

В США отредактировали геном человеческих эмбрионов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://yandex.ru/turbo?utm_source=turbo_turbo&text=https%3A%2F%2Fnplus1.ru%2Fnews%2F2017%2F07%2F31%2Fembryo-crispr.

Громов, Ю.Ю. Информационные технологии: учебник/ Ю.Ю. Громов, И.В. Дидрих, О.Г. Иванова,  и др.; Министерство образования и науки Российской Федерации, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет». - Тамбов: Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. – С.5-10. : ил., табл., схем. - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-8265-1428-3; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=444641 (23.12.2019).

Кравченко, Ю.А. Тенденции развития компьютерных технологий: учебное пособие / Ю.А. Кравченко, Э.В. Кулиев, Д.В. Заруба; Министерство образования и науки РФ, Южный федеральный университет, Инженерно-технологическая академия. - Таганрог: Издательство Южного федерального университета, 2017. - 107 с. : схем., ил. - Библиогр. в кн. - ISBN 978-5-9275-2360-3; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=493214 (23.12.2019).  

Китайские ученые генетически модифицировали эмбрионы человека[Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://yandex.ru/turbo?text=https%3A%2F%2Fnplus1.ru%2Fnews%2F2015%2F04%2F23%2Fcrispr.

Метод CRISPR/Cas9 в опосредованной генной редактирования в зиготы человека [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://link.springer.com/article/10.1007/s13238-015-0153-5.

Методы секвенирования нового поколения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://biomolecula.ru/articles/metody-v-kartinkakh-sekvenirovanie-nukleinovykh-kislot.

Секвенирование ДНК [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://pop-science.ru/sekvenirovanie-dnk.

Шваб, Клаус. Четвертая промышленная революция/ Клаус Шваб: перевод с английского. - М: Эксмо, 2016. - 208 с. 

Код для цитирования: Скопировать