Нова сторінка в розвитку біології

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2008
1. Verfasser:	Созінов, О.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Інститут української археографії та джерелознавства ім. М.С. Грушевського НАН України 2008
Schriftenreihe:	Україна. Наука і культура
Schlagworte:	Світ науки та освіти
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/40877
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Нова сторінка в розвитку біології / О. Созінов // Україна. Наука і культура. — 2008. — Вип 34. — С. 156-167. — укp.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-40877
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-408772013-01-28T12:05:39Z Нова сторінка в розвитку біології Созінов, О. Світ науки та освіти 2008 Article Нова сторінка в розвитку біології / О. Созінов // Україна. Наука і культура. — 2008. — Вип 34. — С. 156-167. — укp. 0206-8001 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/40877 uk Україна. Наука і культура Інститут української археографії та джерелознавства ім. М.С. Грушевського НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Світ науки та освіти Світ науки та освіти
spellingShingle	Світ науки та освіти Світ науки та освіти Созінов, О. Нова сторінка в розвитку біології Україна. Наука і культура
format	Article
author	Созінов, О.
author_facet	Созінов, О.
author_sort	Созінов, О.
title	Нова сторінка в розвитку біології
title_short	Нова сторінка в розвитку біології
title_full	Нова сторінка в розвитку біології
title_fullStr	Нова сторінка в розвитку біології
title_full_unstemmed	Нова сторінка в розвитку біології
title_sort	нова сторінка в розвитку біології
publisher	Інститут української археографії та джерелознавства ім. М.С. Грушевського НАН України
publishDate	2008
topic_facet	Світ науки та освіти
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/40877
citation_txt	Нова сторінка в розвитку біології / О. Созінов // Україна. Наука і культура. — 2008. — Вип 34. — С. 156-167. — укp.
series	Україна. Наука і культура
work_keys_str_mv	AT sozínovo novastorínkavrozvitkubíologíí
first_indexed	2025-07-03T23:04:27Z
last_indexed	2025-07-03T23:04:27Z
_version_	1836668806725894144
fulltext	Îëåêñ³é ÑÎÇ²ÍÎÂ, àêàäåì³ê ÍÀÍ Óêðà¿íè НОВА СТОРІНКА В РОЗВИТКУ БІОЛОГІЇ Геноміка та її «діти» — протеоміка і біоінформатика — стали магістраль� ним напрямом розвитку науки про життя у ХХІ столітті. Прискоренню формування цих наук значною мірою сприяла реа� лізація програми «Геном людини». Ця програма об’єднала зусилля різних на� укових колективів світу (біологів, ма� тематиків, фізиків, інженерів), створи� ла умови для розв’язання багатьох проблем сучасної біології не тільки на молекулярному, а й на всіх рівнях існу� вання живої речовини. Ініціаторами виконання цієї програми стали видатні вчені і зокрема лауреат Нобелівської премії Д. Вотсон, «хрещений батько» відкриття подвійної спіралі ДНК. Вперше на міжнародний проект, спрямований на розвиток науки про життя, а не на створення нових за� собів знищення людини, були ви� ділені значні кошти. Відсутність мілітаристичного компонента у цій програмі робила її відкритою. В дослідженнях, починаючи з 1988 року, брали участь вчені таких різних і на той час недружніх країн, як США, Росія, Китай. Результати роз� шифровки окремих ланок геному лю� дини і модельних організмів, включе� них до програми, а саме — нематоди, — дрозофіли, рослини�арабідопсису, бактерії Escherichia coli, Bacillus subtilis та інші відкрито друкувались і були доступні науковому співтова� риству. На жаль, з приходом у ге� номіку міжнародних корпорацій, фірм, комерціалізації, відкритості майже настав кінець. Наразі отримані результати дуже часто патентують� ся, а доступ в Інтернеті до провідних міжнародних журналів не дешевий, ціна за копію однієї статті становить понад 30 євро. Початку реалізації програми «Ге� ном людини» передували досягнення молекулярної біології, які створили наукове і методичне підгрунтя для можливого розв’язання проблеми 156 визначення повної нуклеотидної по� слідовності геному людини, яка скла� дається з понад 3 млрд.пар нуклео� тидів. Безумовно, принципова мож� ливість вирішення такої грандіозної задачі була закладена ще в 1953 році відкриттям Д.Вотсоном і Ф.Кріком головної молекули життя на Землі, подвійної спіралі ДНК. Потім С.Брен� нер і Ф.Жакоб з’ясували роль РНК в процесі переводу «словника» ДНК в послідовність амінокислот в молекулі білка. В 1970 р. В.Арбер, Г.Сміт і Д.Нутанс відкрили ферменти рес� триктази, які розрізають ланцюг ДНК у строго визначених ділянках, за що у 1978 році отримали Нобелівську премію. В 1973 році народжується генетична інженерія (С.Коен, Е.Чанг і Г.Бойер). Були розроблені методи сіквенування, тобто визначення послідовності нуклеотидів в молекулі ДНК (Ф.Сенгер, А.Максам, В.Гіль� берт), і штучного синтезу коротких ланцюжків ДНК (С.Корана), а також пептидів. Значним проривом у роз� витку молекулярної біології і генети� ки став винахід в середині 80�х років К.Мюллісом полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР), що дала можливість швидко розмножувати будь�які фраг� менти ДНК. До речі, винахід ПЛР — це характерний приклад «неиспове� димости путей господних» в науці. Ідея методу виникла у автора випад� ково, коли він їхав у машині і думав про розробку нової технології для зовсім інших завдань. В 1982 році за ініціативою далекоглядних вчених були засновані перші банки даних послідовностей ДНК і РНК — Gen Bank (США) і EMBL (Європа). Всі ці та інші відкриття і особливо реалізація у 1990–2003 рр. програми «Геном лю� дини» дали можливість сформувати на� прикінці ХХ і особливо на початку ХХІ століть нової гілки біологічної науки — геноміки. Нині, як уже згадувалось, ге� номіка стала головним рушієм роз� витку науки про життя. Вона поділяється на наступні розділи, які об’єднуються єдиною ідеологією, створеною сучасною генетикою, а також методами, підходами, техно� логіями тощо: — структурна геноміка — дос� ліджує зміст і організацію генетичної інформації; — функціональна геноміка — реалізація інформації, записаної в ге� номі, від гена до ознаки; — порівняльна геноміка — порівняльні дослідження змісту і організації геномів різних організмів. Геноміка створила умови для ви� никнення і розвитку таких наук як протеоміка і біоінформатика, які по суті є розділами материнської науки, а також сучасної біотехнології, тобто технологій, заснованих на отриманні продуктів з допомогою методів клітинної і молекулярної біології та генетичної інженерії. Слід зазначити, що сучасна геноміка порівняно моло� да наука і відносно її структури і взаємозв’язків з іншими науками три� вають дискусії. Але схематично можна так відобразити структуру сучасної геноміки (рис.1). Наймолодші гілки геноміки — протеоміка та біоінформатика. Пер� ша досліджує білки, як реально пра� цюючі молекулярні машини в клітині. Як виявилося, це завдання най� складніше, оскільки для забезпечен� 157 ня життєдіяльності організму білки весь час модифікуються, відбуваються процеси фосфорелювання, глюкози� нування, взаємодія між різними білка� ми. Інвертизувати білок — це не тільки з’ясувати послідовність амінокислот в його молекулі, а й виявити просторову структуру, її активні центри, які забез� печують потрібну функцію білка тощо. Тому наразі досліджена структура білка тільки трохи більше двох тисяч білків, проте поява в останні роки но� вих методів дослідження не тільки їх структури, а й активності на різних етапах онтогенезу в різних органах може забезпечити значне прискорен� ня цієї роботи. Біоінформатика — це дуже ак� тивна галузь геноміки, яка з допомо� гою комп’ютерного аналізу і спе� ціальних програм існуючої інфор� мації про послідовність нуклеотидів в ДНК і РНК і амінокислот в білках роз� робляє алгоритми, що дають мож� ливість визначати просторову струк� туру біополімерів, будувати моделі метаболізму і регулятивних взаємодій генів і білків. Вона працює на стику біології і математики, використовую� чи з одного боку методи математич� ної логіки і теорії алгоритмів, інфор� маційних і стохастичних принципів, теорії динамічної науки. На її резуль� татах значною мірою базується ство� рення нових біологічно активних ре� човин, зокрема ліків, пестицидів. Одним з прикладів ефективності біо� інформатики були роботи австрій� ського вченого Айзенберга, який не здійснював жодного експерименту, а на основі відомих даних про пос� лідовність амінокислотного складу пе� 158 ÎËÅÊÑ²É ÑÎÇ²ÍÎÂ Ðèñ.1. Ñòðóêòóðà ñó÷àñíî¿ ãåíîì³êè редбачив функцію відразу 2,5 тис. білків. Його прогноз був підтверджений іншими вченими. Дослідження з біоінформатики проводяться і в Україні. Так визначена просторова структура декількох важливих білків (рис.2). Сучасна геноміка є певною мірою етап в розвитку загальної генетики. Вона дає можливість внести якісні зміни в науку про життя. Людство ста� ло краще розуміти закони еволюції жи� вої речовини. Стало очевидним, що всі живі істоти, включно з вірусами (хоча вони самі існувати не можуть), мають значною мірою спільні фундаментальні процеси на молекулярному рівні. Прин� ципова різниця між амебою і людиною не дуже велика. Головна відмінність — здатність зародкових клітин людини формувати складні асоціації клітин, які мають виконувати в організмі різні функції, і можливість надавати йому за� кодованої в геномі просторової струк� тури. Аналізуючи процеси, що відбува� лися і відбуваються на молекулярному рівні в процесі еволюції, іноді маємо враження, що жива речовина розви� вається за кимось закодованою в пер� винних клітинах (молекулах ДНК) про� грамою, і еволюція є просто реалізація цієї програми. Але хто створив і запус� тив цю програму?!! Чому вважається, що геноміка буде провідною наукою про життя в ХХІ столітті? Тому що крім значного внеску в теорію, вона вже має істот� не прикладне значення. Зупинюсь тільки на декотрих моментах. ÍÎÂÀ ÑÒÎÐ²ÍÊÀ Â ÐÎÇÂÈÒÊÓ Á²ÎËÎÃ²¯ 159 Ðèñ.2. Ïðîñòîðîâà ìîäåëü á³ëêà äèíå³íó, âèçíà÷åíà çà äîïîìîãîþ á³î³íôîðìàòèêè (ß.Áëþì). Ë³âîðó÷ — åë³ïñîì ïîêàçàíà ïîñàäæåíà ìîëåêóëà òóáóë³íó ³ ðîçïîä³ë çàðÿäó íà ìîëåêóë³. Ïðàâîðó÷ — âòîðèííà ïðîñòîðîâà ñòðóêòóðà ñàìîãî äèíå³íó Найбільше уваги і коштів нині спрямовується на розвиток геноміки, пов’язаної з життям і здоров’ям люди� ни. Її дослідження стали основою створення сучасних ліків, з’ясування причин спадкових хвороб і створен� ня принципово нових методів їх ліку� вання (молекулярно�генетична те� рапія), відкриваються можливості лікування і профілактики злоякісних пухлин, хвороби Альцгеймера, ате� росклерозу, СНІДу, гепатитів та інших хвороб. На вирішення цих про� блем виділяються величезні кошти, перш за все в США, які стали безу� мовним лідером в розвитку сучасної геноміки, біології і медицини. Про це свідчить число лауреатів Но� белівської премії, які працювали і працюють в галузі геноміки в США. Так, у 2006 році Нобелівськими лау� реатами стали американські вчені Е.Файр і К.Меллоу, які відкрили яви� ще ДНК�інтерференції (РНКі), що вважається революцією в геноміці. Було доведено можливість за допо� могою дволанцюгової РНК блокувати синтез певних білків, що допоможе в перспективі приборкати вірусні хво� роби, в тому числі і СНІД, блокувати в організмі гени, що кодують у хво� рих синтез дефектного білка, в тому числі і ракових клітин. Це значно пришвидшило дослідження функцій всіх генів в геномі. Цікаво, що вперше в еволюції живої речовини РНК�інтерференція виникла у рослин для захисту від вірусів. В цьому ж році «Нобеля» отримав ще один уче� ний США — Р.Корнберг, який побу� дував цілісну динамічну картину копіювання генетичної інформації у евкаріот за участю білків — медіа� торів. Просторова структура внут� рішньоклітинного копіювального механізму була побудована за допо� могою сучасних методів геноміки і зокрема біоінформатики. Лідерство США в розвитку ге� номіки викликає занепокоєння в Європі. В 2000 р. у Франції відбулася Європейська конференція з красно� мовною назвою «Перспективи геноміки в постгеномну еру». Зважаючи на це, Європейський Союз почав активно підтримувати дослідження з геноміки. Особливе значення геноміка має у створенні нової якісної медицини і дослідженні загальнобіологічних проблем. Досягнення геноміки в цих галузях потребує окремої розмови. Але геноміка відкриває нові мож� ливості не тільки в лікуванні людей і тварин, а й у створенні нового по� коління культурних рослин. Останнє набуває особливого значення не тільки для вирішення проблем сього� дення, а й у зв’язку з глобальними змінами клімату. Актуальність удос� коналення культурних рослин в Україні пов’язана з необхідністю створення сортів, які будуть здатні формувати високі сталі врожаї потрібної якості, стійкі до несприят� ливих погодних умов, ураження шкідниками і хворобами, при обме� жених енергетичних ресурсах. В перспективі нове покоління рослин, створених з допомогою геноміки, має забезпечити адаптацію агросфери до глобального потепління і не� стабільності клімату. В нових кризо� вих умовах існування людства росли� ни залишатимуться головним джере� лом продовольства і сировини для промисловості, а також джерелом 160 ÎËÅÊÑ²É ÑÎÇ²ÍÎÂ поновлюваної енергії і засобом пом’якшення негативних наслідків змін клімату, зокрема опустелювання і пилових бур, перезволоження тощо. Дослідження геному рослин за своїми темпами і коштами значно відстає від дослідження геному люди� ни. Основна причина в тому, що за� можні і бідні хворіють одними й тими ж хворобами, а дефіцит продов� ольства відчувають тільки бідні. Крім того, виявилося, що геноми рослин за розмірами у окремих видів в кілька разів перевершують геном людини (табл.1). Правда, на наше щастя, ге� номи основних культурних рослин, особливо рису, мають не такі великі розміри. В якості модельного об’єкта був обраний арабідопсис, невелика дводольна рослина з дуже коротким вегетаційним періодом і розміром гено� му 125 млн.п.н., а також рис, геном якого має 420–470 млн.п.н. Інтенсивна робота по аналізу ге� номів рису і арабідопсису почалася міжнародним консорціумом у складі США, Японії, Бельгії, Великобританії і Німеччини. Внаслідок такої колек� тивної праці геноми цих рослин були майже повністю розшифровані. З’я� сувалось, що геном арабідопсису включає близько 15 тис. генів, які ко� дують білки. Геном рису в Японії по� чали досліджувати з 1991 р., а вже в 2002 році двома дослідними групами (Китай, Швейцарія і США) були опубліковані дані з його розшифров� ки. Було встановлено, що він вклю� чає близько 30�50 тис. генів. Нині ак� тивно ведеться робота з дослідження геному інших рослин. Перші кроки з розшифровки геному рослин дозво� лили по новому з’ясувати генетичні механізми різних метаболічних про� цесів, виявити гени, які обумовлюють стійкість до абіотичних і біотичних стресів тощо. На жаль, в цій важливій для майбутнього людства роботі Україна майже не бере участі. Значну роль в дослідженні функціональної геноміки рослин відіграють нові методи виявлення працюючих генів з допомогою мікро� чипів, (які дають можливість одно� часно виявити активність десятків ти� сяч генів), а також останні досягнен� ня селективної спектроскопії. Взагалі в процесі досліджень геномів люди� ни, тварин, рослин, грибів, вірусів з наростаючою швидкістю створюють� ся нові методи і прилади. Останнє до� сягнення — це р�боти�автомати, які можуть без участі людини здійснюва� ти аналіз різних молекул і видавати розшифровки в готовому вигляді. Те, що робиться в геноміці, іноді схоже ÍÎÂÀ ÑÒÎÐ²ÍÊÀ Â ÐÎÇÂÈÒÊÓ Á²ÎËÎÃ²¯ 161 Îðãàí³çìè Ðîçì³ð ãåíîìó íóêëåîòèä³â Êèøêîâà ïàëè÷êà 4,5 Ïåêàðñüê³ äð³æäæ³ 13,55 Êðóãëèé ÷åðâ’ÿê 97 Ìîäåëüíà ðîñëèíà — àðàá³äîïñèñ 125 Äðîçîô³ëà 180 Ëüîí 350-680 Ðèñ 420–470 Áàâîâíà 2100–3100 Êóêóðóäçà 2500 Ìèøà 3000 Ëþäèíà 3200 Æèòî 6000–7000 Ïøåíèöÿ òâåðäà 12000–13000 Ïøåíèöÿ ì’ÿêà 16000–18000 Ë³ëåéí³ (Lilium L) 50000–125000 Òàáëèöÿ 1. Ðîçì³ðè ãåíîì³â ð³çíèõ îðãàí³çì³â на фантастику. Створені цілі міні�за� води з аналізу ДНК, білків та інших органічних сполук, де по цеху пе� реміщаються р�боти, забезпечуючи виконання на приладах різних етапів аналізу макромолекул. І знову з гіркотою слід відзначити, що Україна поки що фактично не бере участі в цьому святі геноміки. Де ми маємо порівняно пристойні результати в геноміці рослин — це використання молекулярно�генетич� них маркерів на рівні білків і фраг� ментів ДНК. Поняття «генетичний маркер кількісних ознак» вперше на початку ХХ ст. ввів О.С. Серебров� ський. Як відомо, ці ознаки (а це, як правило, важливі агрономічні власти� вості: продуктивність, морозо� і по� сухостійкість, якість зерна, стійкість до абіотичних стресів) контролюють� ся не окремими генами, а їх асо� ціаціями. В дослідженнях кінця мину� лого століття з використанням мар� керів і молекулярно�генетичного аналізу було доведено існування го� ловних локусів мінливості кількісних ознак, або QTL. Саме ці локуси є найбільш цікавими для селекціонерів, тому що дають можливість розпочати новий етап в селекції, так звану MAS (Marker Assistent Selection), тобто селекцію з допомогою маркерів. При наявності достатньої інформації про зв’язок маркерів QTL з агрономічни� ми ознаками селекційний процес може перетворитися певною мірою в технологію, хоч, безумовно, роль та� ланту і інтуїції селекціонера залиша� тимуться вирішальними. Визначення QTL з допомогою генетичного аналізу і маркерів швидко зростає. Якщо за даними Міжнародного цен� тру інформації (CABI), у Великобри� танії з 1987 по 2001 рр. було опубліковано 862 роботи з QTL, то нині щорічно це число сягає понад 150–250 джерел. В Україні особливого розвитку в останні роки минулого століття набу� ли дослідження із застосування в якості генетичних маркерів запасних білків злаків, точніше визначення за допомогою електрофорезу алельного стану кластерів генів, що кодують ці білки. Внаслідок генетичного аналізу сотень гібридних популяцій, отрима� них шляхом гібридизації сортів світо� вої колекції пшениці, ячменю, вівса були створені каталоги алелів, які зустрічаються в світовому різно� манітті цих культурних рослин (О.Созінов, Ф.Попереля і ін. (Украї� на), Е.Метаковський, В.Портянко (Москва), П.Пейн (Велика Британія). З допомогою таких каталогів були з’ясовані закономірності формування в процесі цілеспрямованого штучного і природного добору так званих коа� даптивних асоціацій генів, які забез� печують пристосування генотипів до певних грунтово�кліматичних умов району, де ведеться селекція. В спеціальних дослідженнях, здійсне� них школою акад. НАНУ О.Созінова в Одесі, Миронівці, Москві, на Північно� му Кавказі було показано, що в штуч� но створених гібридних популяціях внаслідок природного добору форму� ються генотипи з варіантом кластерів генів запасних білків, характерних для даного регіону. Це свідчить про те, що процес адаптації популяцій культур� них злаків відбувається досить швид� ко і маркерами цього процесу можуть бути запасні білки. 162 ÎËÅÊÑ²É ÑÎÇ²ÍÎÂ Генетичні маркери допомогли підтвердити, що на території України внаслідок штучного добору, здійсню� ваного нашими пращурами протягом багатьох поколінь в місцевих попу� ляціях озимої і ярої пшениці, які по� трапили до нас ще в період Київської Русі, були створені унікальні стійкі коадаптивні асоціації генів, носіями яких стали сорти�популяції — Крим� ки, Гірки, Чорноуски, Арнаутки, Полтавки, Білотурки, Банатки та інші. Цей унікальний генофонд став генетичною основою фактично всіх сортів пшениць, створених се� лекціонерами України і Росії в ХХ столітті. В ХІХ столітті переселенці з України завезли їх насіння під різни� ми назвами Терки (Кримки), Одеса, Харків тощо до США і Канади і за� безпечили створення майже всіх сортів пшениці Північної Америки. В 1974 р. в степових районах США широко відзначалось століття з року інтродукції Кримок з України. Крим� ки входять до родоводу основного генетичного джерела «зеленої рево� люції» японського сорту Норін 10. Крім того, яра пшениця, яка була виділена у 1842 р. канадським фер� мером Девідом Файфом серед пше� ниць, завезених з Західної України, і отримала назву Ред Файф, довгий час була дуже популярна в Канаді, а ком� плекс генів від неї присутній в сучас� них сортах. Цей шлях коадаптивних асоціацій генів українського поход� ження був нами підтверджений з до� помогою генетичних маркерів. Маркери на рівні білків, гліадинів і глютелінів нині широко застосову� ють селекціонери в усьому світі. Вони є одним з ефективних інстру� ментів генетичного контролю якості зерна і насіння, дослідження світово� го генофонду рослин. Так, наприк� лад, в Інституті загальної генетики РАН колишній аспірант з Одеси О.Поморцев налагодив сертифікацію насіння ячменю за допомогою гене� тичних маркерів, кластерів запасних білків гордеїнів. Це стало ефективним засобом контролю насіння ячменю, яке використовується фірмами в Росії для пивоваріння, а також для посіву в господарствах. З цією метою в Інституті загальної генетики ім.М.І.Ва� вилова РАН створено спеціальний госпрозрахунковий центр. В Україні за допомогою маркерів�гліадинів були ідентифіковані сорти пшениці з транслокацією (переміщенням) плеча житньої хромосоми IR на хромосому пшеничної хромосоми. Ця трансло� кація обумовлює стійкість генотипу до хвороб. Сорти з нею набули ши� рокого розповсюдження в Західній Європі, а нині — і в Україні, особливо сорти Миронівського інституту пше� ниці ім. В.М. Ремесла. Було доведено, що блоки генів, присутні в цій транс� локації, забезпечують адаптацію в регіонах з достатньою вологістю і ма� ють негативний вплив в степових ра� йонах. В світі надзвичайно активно в селекції пшениці на якість зерна ви� користовують маркери запасних білків — HMW і LMW глютелінів. В останні роки в якості маркерів в селекції, генетиці, в дослідженні еволюції живих організмів широко застосовують новий клас генетичних маркерів — на рівні поліморфізму (різноманітності) окремих ділянок ДНК. Фрагменти ДНК визначають за допомогою рестриктаз, тобто фер� ÍÎÂÀ ÑÒÎÐ²ÍÊÀ Â ÐÎÇÂÈÒÊÓ Á²ÎËÎÃ²¯ 163 ментів, які розрізають ланцюг ДНК в строго визначених місцях. Вияви� лось, що ці фрагменти нерідко різняться між собою у різних гено� типів. На цій основі був розроблений метод ПДРФ, або використання поліморфізму довжин фрагментів ДНК. Ці маркери розсіяні по всіх хро� мосомах геному і стали інструментом для локалізації генів різних ознак і од� ночасно визначення різниці між пев� ними ділянками хромосом одного виду. З цією різницею нерідко зв’я� зані і відмінності за цінними або нега� тивними ознаками. Нині застосову� ються різні модифікації цього методу: RAPD, AFLP, ISSR, SCQR, CAPS, TRAP та інші. Для їх визначення за� стосовується полімеразно�ланцюго� ва реакція, про відкриття якої уже згадувалось. Але найбільшого поши� рення як генетичні маркери набули так звані мікросателіти, або SSR. Ця форма сателітної ДНК, що представ� лена тандемними (тобто голова до хвоста) повторами, які включають всього 1–9 нуклеотидів. Мікроса� теліти розсіяні по всьому геному у всіх евкаріотичних організмів і дуже важливо, що у різних особин одного виду вони нерідко представлені різними варіантами. Методика визна� чення поліморфізму мікросателітів відпрацьована так, що можливе навіть виконання цього аналізу р�бо� тами. Цей підхід дав можливість до� волі швидко просунутись у карту� ванні генів на хромосомах, у встанов� ленні різниці між особинами як за мікросателітами, так і за генами. Складені карти хромосом людини, тварин і рослин, марковані мікроса� телітами. Ці маркери допомагають визначати розміщення генів на хро� мосомах, виявляти різницю між окре� мими особинами, зокрема встанови� ти, кому з батьків належить певна ділянка хромосоми тощо. Нині моле� кулярно�генетичне маркірування ста� ло одним з найефективніших методів генетичного аналізу і вирішення ши� рокого спектру проблем, пов’язаних з еволюцією, охороною здоров’я, діагностикою різних хвороб, розв’я� занням кримінальних справ і бага� тьох інших. Молекулярні маркери на рівні ДНК нині стали магістральним напря� мом у створенні плацдарму для пере� ходу до селекції на основі маркіру� вання QTL і інших ознак. Експери� мент в цій сфері відбувається надзвичайно активно. Важко підра� хувати кількість таких робіт, опублікованих в провідних журналах TAG, Crop Sciense, Генетика, Цито� логія і генетика та ін.. В останньому регулярно публікуються статті очо� люваного академіком УААН Ю.М. Си� волапом колективу Інституту біотех� нології рослин УААН. В 2005 р. міжнародним колективом вчених Ве� ликої Британії, ФРН, Італії, Казахста� ну, Сербії була створена карта, яка включає на 21 хромосому пшениці 567 молекулярних і біохімічних мар� керів урожайності і її елементів, по� сухо� і морозостійкості, солевитри� валості, короткостебельності, яро� визації тощо. Вже вдалося ідентифіку� вати маркери генів і їх кластерів стійкості до різних хвороб пшениці, кукурудзи, ячменю, сої, картоплі та інших культур, маркери якості зерна, вмісту і якості олії, білка, продуктив� ності, супернодуляції (тобто високої 164 ÎËÅÊÑ²É ÑÎÇ²ÍÎÂ здатності до біосинтезу азоту) у сої та ін. Доведено можливість викорис� тання однакових маркерів (прай� мерів) для пшениці, егілопсу, жита, ячменю, рису. Розроблені методи ідентифікації сортів і гібридів куку� рудзи і пшениці за молекулярними маркерами (акад. Ю.М.Сиволап). Нині на сайті Grain Genes на кожну хромосому пшениці нанесено в сере� дину більше 200 маркерів. Взагалі необхідно відзначити, що сучасна геноміка має в розпорядженні широкий спектр методів, не тільки мо� лекулярно�генетичних, але і цито� логічних, і клітинної біології, біотехно� логії, зокрема використання стовбуро� вих клітин, які дають можливість вирощувати окремі органи людини і тварин для заміни зіпсованих (хворих) в організмі. Роль геноміки в клітинній біології і біотехнології рослин досить детально висвітлена в монографії чле� на�кореспондента НАНУ В.Кунаха «Біотехнологія лікарських рослин» (Київ, 2006). Не менш важливим і перспектив� ним розділом геноміки є генетична інженерія, або трансгеноз. Мова йде про цілеспрямований перенос окремих ланок ДНК і цілих генів від одного організму до іншого. Причому було з’ясовано, що можливо, використову� ючи спеціальні генні конструкції, пере� носити працюючий ген від одного організму до іншого, долаючи всі бар’єри, які існують між видами, сімей� ствами, типами живої речовини. Так гени людини переносять в мікроор� ганізми, так, наприклад, напрацьо� вується людський інсулін, гени мікро� організмів, що кодують захисні білки, працюють в рослинах, забезпечуючи їм стійкість до шкідників, гербіцидів, хвороб. Фактично йдеться про мож� ливість глобального переміщення гене� тичної інформації в межах живої речо� вини. Перші трансгенні рослини були отримані в 1983 р. Д.Шеллом (ФРН) та М.Ван Монтегю. Майже в той же час в Україні колектив учених під керівництвом академіка НАН України Ю.Глєби (В.Сидоров, М.Півень, І.Ко� марницький, Т.Пастернак, М.Кучук, Я.Блюм) також створив трансгенні рослини, але їх роботи, на жаль, не от� римали такого міжнародного визнання у зв’язку з особливостями інфор� маційного режиму в СРСР. Нині робо� ти з генетичної інженерії рослин ус� пішно розвиваються в Інституті клітин� ної біології і генетичної інженерії НАНУ (М.Кучук, Я.Блюм). Вже ство� рено велику кількість трансгенних рослин, серед яких великі надії покла� даються на Золотий рис, який відрізняється від звичайного високим вмістом вітаміну А. Вважається, що че� рез нестачу цього вітаміну в світі, в країнах, де рис є головним продуктом харчування, щороку вмирає близько мільйона людей. Минуло вже сім років з моменту створення цієї корисної трансгенної рослини, проте вона, на жаль, так і не дійшла до фермерів Азії та Африки. Генетична інженерія і біотехно� логія нині починають займати чільне місце в створенні нових лікарських препаратів. Останнім часом активно розвивається новий напрям — отри� мання лікарських препаратів для лю� дини в рослинах. З цією метою ДНК� конструкції, які включають ген — продуцент необхідного лікарського білка в спеціальну генетичну кон� ÍÎÂÀ ÑÒÎÐ²ÍÊÀ Â ÐÎÇÂÈÒÊÓ Á²ÎËÎÃ²¯ 165 струкцію, що містить усі молекулярні механізми для роботи цього гена в тканинах рослин, причому і в окре� мих органах. Потім напрацьовані рослиною за рахунок енергії фото� синтезу лікарські білки виділяють і очікують до препаративної форми. Такий спосіб має суттєві переваги над використанням як біореакторів дріжджів, бактерії або тварини. Се� ред інших переваг у цьому разі відсутня небезпека переносу разом з лікарськими білками патогенних для людини вірусів і пріонів. Нині цей на� прям застосування геноміки набирає обертів. Наприклад, у США для цих цілей вирощують трансгенну куку� рудзу в підземних сховищах, які звільнені військовими, і за допомогою штучного освітлення отримують ви� сокі врожаї біомаси. Почалися робо� ти по створенню «їстівних вакцин», наприклад, трансгенних бананів, плоди яких вміщують білки�вакцини або мають підвищений вміст цінних амінокислот. Необхідно відзначити, що роботи по створенню трансген� них рослин�продуцентів лікарських препаратів успішно здійснюються в Інституті клітинної біологі ї і генетичної інженерії НАНУ ( Я.Блюм, М.Кучук). Незважаючи на серйозні усклад� нення, пов’язані з вимогами біобезпе� ки, у світі постійно зростають посівні площі під трансгенними рослинами. У 2005 р. в США генетично модифіко� вані сорти (ГМО) кукурудзи займали понад 40% посівів цієї культури, сої — 81%, ріпаку — 65%, бавовни — 73%, в Канаді поширені трансгенні соя і ріпак, в Аргентині — соя– 90%, кукурудза — 50%, Бразилія, де вико� ристання трансгенних рослин дозво� лено тільки з 2002 р., ГМО сої висівається на 80% площ. В Азії трансгенні рослини вирощують у Ки� таї, причому уряд активно підтримує створення власних ГМО рослин, в Австралії — 80% ГМО бавовни, Південна Африка — ГМО бавовни 80%, кукурудзи — 20%, сої — 10%. Розпочалося вирощування трансген� них сортів у Болгарії, Росії, Румунії, Франції, Іспанії. Загальна площа ГМО рослин у світі сягає 90 млн. га і продовжує розширюватися. У США над створенням різних трансгенних організмів (тварин, мікроорганізмів, вірусів, мікоплази, рослин тощо) працює понад 2000 фірм і університетів. Тільки провідні біотехнологічні компанії Сингента, Монсанто, Дюпон, Байер витрачають на дослідження щорічно понад два мільярди доларів США. ГМО рослин першого покоління стійкі до тоталь� них гербіцидів, з модифікованим складом жирних кислот в олії, стій� ких до комах і вірусів, з модифікова� ною системою отримання гібридного насіння, в тому числі цикорію, папайї, гарбуза, помідорів. В цілому в Євро� пейському Союзі, де особливо нега� тивно ставляться до ГМО рослин, дозволено для виходу в довкілля 30 видів трансгенних рослин. І хоч площі їх посіву порівняно незначні, в той же час вражають дані про ство� рення в останні роки компаніями, фірмами, університетами нового по� коління ГМО рослин. Вони ще не вийшли на поля, але, як кажуть, сто� ять напоготові, і нема сумніву, що їх поява в Україні може якісно змінити сільське господарство і виробництво 166 ÎËÅÊÑ²É ÑÎÇ²ÍÎÂ альтернативних джерел енергії за рахунок фотосинтезу, дозволить отримувати на полях і в теплицях високоякісні лікарські препарати. В Україні у зв’язку з обмеженим фінансуванням, а також неадекватно негативним ставленням ЗМІ, а, відповідно, і населення, до ГМО, до� слідження з біотехнології і особливо генетичної інженерії дуже відстають від світового рівня. Але у нас є ще до� сить високий науковий потенціал для розвитку геноміки і біотехнології, і маємо шанс при відповідній увазі вла� ди і приватного капіталу не випасти з світового прогресу. Наведені дані про поширення ГМО у світі не дають обминути одне з найбо� лючіших питань — біобезпеку. Справді, це велика проблема. Як відомо, нові ви� сокі технології разом з розв’язанням проблем розвитку добробуту суспіль� ства несуть значну небезпеку при по� милках у їх застосуванні. Для нас на� очний приклад — Чорнобиль. Генетич� но модифіковані організми при безконтрольному застосуванні можуть справді завдати значної і навіть катас� трофічної шкоди. І щоб запобігти цьому, необхідно дотримуватись суворих за� ходів біобезпеки. На жаль, наша Вер� ховна Рада вже п’ять років не може за� твердити відповідний закон, хоч він уже пройшов перше читання. В той же час такі закони діють в ЄС, США, Росії, Бол� гарії, Румунії та інших державах. Але, за всієї важливості дотри� мання вимог біобезпеки, мусимо виз� нати, що науково�технічний розвиток зупинити неможливо. Люди навіть за безумовної значної шкідливості для здоров’я і довкілля, все більше їздять в містах на авто, застосовують гербіциди і інсектициди, розбудову� ють атомну енергетику, забрудню� ють атмосферу СО2 і пилом тощо. Порівняно з подоланням цих проблем звести майже до нуля ризик при ви� користанні досягнень геноміки наба� гато простіше і дешевше, треба тільки суворо дотримуватись науко� во обгрунтованих правил біобезпеки, посилити розвиток цієї науки. Нарешті доцільно наголосити на тому, що геноміка і її складові — про� теоміка, біоінформатика і біотехно� логія стають важливими елементами «економіки знань», вони стають важ� ливими факторами підвищення доб� робуту людства, його подальшого існування на нашій, Богом даній пла� неті — не тільки при вирішенні про� довольчої проблеми, збереженні довкілля, але й відкривають якісно нові можливості для збереження здо� ров’я, продовження терміну активно� го життя, можуть навіть пом’якшити негативний вплив глобальних змін клімату. Важливо тільки розумно корис� туватись цим здобутком людського ро� зуму і зрозуміти, що життя на Землі — це унікальне явище, і для його збере� ження необхідно піднятися над конфліктами, які постійно виникають у світі і в нашому українському суспільстві, і об’єднатися в досягненні мети. На жаль, нині ідеї суспільних зу� силь для забезпечення кращого май� бутнього розкритиковані економіста� ми як утопія. Та не хочеться вірити висновку «інопланетянина» Б.Рассе� ла, що «людина — це розумна, хитра, але надзвичайно мерзенна істота». Вірю, що це не так. ÍÎÂÀ ÑÒÎÐ²ÍÊÀ Â ÐÎÇÂÈÒÊÓ Á²ÎËÎÃ²¯ 167

Нова сторінка в розвитку біології

Institution

Ähnliche Einträge