Биотехнологии

## Генная инженерия

Генная инженерия или "генинженерия" является практическим манипулированием генами для того, чтобы произвести необходимые изменения в организме. В современном мире она может быть источником того, что некоторые люди могут значительно отличаться от других по тем или иным причинам.

### История развития

Ученые постепенно пришли к осознанию того, что ДНК (а не белки) является источником генетических изменений, между 1920 и 1940 годами; Освальд Эвери и его группа опубликовала важнейшую статью по этому вопросу в 1944 году. Уотсон и Крик, работая с данными исследований, предоставленных Франклином и Чаргаффом, описали структуру ДНК (1953) и показали, что все земные формы жизни, как оказалось, имеют универсальный генетический код.

В 1970-е годы, было обнаружено, что белки, называемые эндонуклеазы рестрикции (получаемые из определенных бактерий), могут действовать как молекулярные ножи, разрезая молекулы ДНК в заранее определенных точках, в то время как другой фермент, лигаза, может функционировать как молекулярный клей, чтобы объединять эти куски. Используя ферменты рестрикции и лигазы, ученые обнаружили, что они могут порубить на фрагменты ДНК одного организма и склеить их в другой, в результате чего получится рекомбинантная ДНК. Так как вся жизнь на Земле имеет один и тот же генетический код, гены, в грубо говоря, это коробка сменных частей. Первоначально, только простые бактерии могут быть подвергнуты генинженерии, но в 1980-х, ученые научились вырезать и вставлять гены более сложных растения и животных. Поскольку ДНК является универсальным кодом, гены от одного вида могут быть добавлены к другому, создавая трансгенные формы жизни, которые обладают чертами нескольких видов. Так родилась дисциплина генная инженерия.

В начале 21-го века, многие трансгенные формы жизни, от простых бактерий до высших млекопитающих, таких как мыши и свиньи, были разработаны и даже запатентованы, как для научных, так и для коммерческих целей. Этические соображения первоначально препятствовали созданию трансгенных людей, но человеческие гены были вставлены в другие организмы. Генная инженерия также проводилась на людях, чтобы исправить генетические дефекты (например, иммунодефицит или кистозный фиброз), с помощью процесса, известного как генная терапия. К середине 21го века генные модификации стали активно применяться для расширения человеческих возможностей, единственным ограничивающим фактором была высокая стоимость подобных процедур.

Врожденные или приобретенные генные модификации стали отличительный чертой колонизаторов - тех, кто работал и жил на других планетах, а также некоторых работников специфических профессий. К примеру, это могли быть работники глубоководных станций, подвергающиеся нагрузкам, превышающие человеческие нормы, или же шахтеры, работающие в условиях сильного радиационного заражения. Отсутствует открытая информация, однако предполагается, что некоторые корпорации использовали генетические изменения не только для того чтобы добиться большей производительности от своих рабочих, но и чтобы наделить некоторых исполнителей деликатных миссий специальными смертоносными умениями и возможностями. Среди обычных людей даже направленные на пользу мутации начали восприниматься как негативный признак загрязнения и уродства.

### Процедуры генной инженерии

С развитием технологий, возможности генной инженерии росли, выходя за грани фантастики уже в 20 веке. С появлением методов клонирования ДНК (ПЦР или полимеразная цепная реакция), секвенированием биополимеров, но самое главное - возможностью синтезировать нуклеиновые кислоты и модифицировать их. Человек получил неограниченный доступ к миру макромолекул и власть над самым главным - хранилищем информации о самой жизни. Биотехнологи научились создавать гены, встраивать их в организм, вырезать и изменять. Таким образом, добавляя организму новые свойства, избавляя от болезней или программируя его на нечто совершенно новое, они меняли целый мир.

Нити ДНК не сделают ничего просто сидя в пробирке. Если ДНК должна быть добавлена ​​другому виду, то она должна быть дополнительно модифицирована таким образом, что она начала что-то делать ( "проявлять себя") при введении в клетки организма-хозяина. Для этого, генетические инженеры должны создать частично искусственный ген, подчиняющийся регулирующим механизмам вида хозяина. Измененной ДНК также нужен способ, чтобы проникнуть в клетки организма, который он должен изменить. Некоторыми из методов, используемых генинженерами для достижения этой цели, являются микроинъекции, бактериальные плазмиды, ретровирусы, искусственные хромосомы и нановирусы, описанные ниже.

С увеличением мощностью компьютеров и появлением Искусственного Интеллекта возможности генных инженеров значительно выросли и стали ограниченными лишь качеством и количеством ресурсов и используемых материалов.

#### Микроинъекции

Ранний метод 20-21века, используемый для клеток животных состоит в том, чтобы впрыснуть генетический материал в ядрах клеток-целей, либо небольшой иглой, либо с помощью "генной пушки", которая использует сжатый газ, чтобы стрелять очень мелкими гранулами (часто из золотой пыли), покрытыми генетическим материалом. Микроинъекции могут быть использованы, когда гены должны быть доставлены только в одну клетке (такую как бактерия или яйцеклетка) в лабораторной чашке.

#### Бактериальные Плазмиды

Плазмиды представляют собой небольшие кольца ДНК, найденные у бактерий за пределами их хромосом. Некоторые типы почвенных бактерий, такие как Agrobacterium tumefaciens, имеют привычку вставлять куски своих плазмид в растениях, передавая часть своих ДНК в хромосомы растений, что приводит к опухоли. Ученые модифицировали плазмиды в качестве транспортных средств для доставки рекомбинантных генов, и они являются полезными инструментами для генинженерии многих видов растений. Тем не менее, этот метод неэффективен для животных и не работает на всех растениях.

#### Ретровирусы

В своем естественном состоянии, ретровирусы ( "РНК-вирусы"), такие как ВИЧ, попадают в живую клетку и берут на себя управление её метаболизмом. Они вводят своё РНК в клетку, перехватывая механизм управление ей и заставляют его делать копии вируса. Генные инженеры использовали эту возможность в своих интересах. Они модифицировали ретровирус, так чтобы вместо того, чтобы захватывать клетки, чтобы они производили вирусы, они вносят в клетки новый ген. Один из проблем этого метода является то, что вирусам трудно выбирать цели - эта процедура часто приводит к множеству неудач на каждый успех, и есть очень небольшая, но реальная опасность того, что вирус привнесет гены в неправильное место, или повредит существующие гены, в результате чего могут возникнуть непредвиденные дефекты, даже фатальные. Тем не менее, ретровирусы обладают тем преимуществом, что они могут быть использованы для доставки генов во многие клетки сразу, что делает их полезными для генной терапии или крупные изменений. С помощью ИИ вполне возможно могут быть разработаны "умные" адаптивные вирусы с лучшей степенью распознавания целей.

#### Нановирусы

Один из основных современных способов введение генных материалов. Методом является использование искусственно созданных биологических наномашин, способных выполнять сложные задачи молекулярной и клеточной инженерии. Такие "proteus вирусы" или "нановирусы" могут быть подвергнутыми радикальной генинженерии ретровирусами или лейкоцитами, или же быть полностью искусственными конструкциями. Они проходят беспрепятственно через клеточные мембраны и берут на себя управление клеточными механизмами, используя свои собственные искусственные ферменты, а затем изменяют или вставляют генетический материал или другие химические вещества. Они общаются друг с другом с помощью специальных ферментов, и даже сотрудничать, координируя свою совместную деятельность. Нановирусы являются мощными инструментами, и являются основой многих многобюджетных генинженерных ультра-технологических проектов, перенимая от неуклюжих адаптированных вирусов такие задачи, как зародышевая генинженерия.