Генно инженерство като наука. Какво е генетично инженерство и какво учи тя? История и методи за развитие

Какво е генетично инженерство?

Генното инженерство е нова, революционна технология, с която учените могат да извличат гени от един организъм и да ги прилагат във всеки друг. Гени Тази програма за живот е биологични структури, от които ДНК се състои и които определят специфичните характеристики, присъщи на този или друг жив организъм. Трансплантационните гени променят програмата на тялото - получателят и неговите клетки започват да произвеждат различни вещества, които от своя страна създават нови характеристики в този организъм.
С този метод изследователите могат да променят специалните свойства и характеристики в посоката, от която се нуждаят, например: те могат да получат различни домати с по-дълъг период на съхранение или различни соя, устойчиви на ефектите на хербицидите. Генното инженерство е метод на биотехнология, който се занимава с изследване на преструктурирането на генотипове. Генотипът не е само механично количество гени, но сложната система се развива в процеса на еволюция на организмите. Генетичното инженерство ви позволява да прехвърляте генетична информация от едно тяло към друго чрез операции в епруветката. Прехвърлянето на гени дава възможност за преодоляване на междинните бариери и предаване на отделни наследници на някои организми на други. Носителите на материалните основи на гените сервират хромозоми, които включват ДНК и протеини. Но образуването на гени не са химични, но функционални.
От функционална гледна точка ДНК се състои от различни блокове, които съхраняват определено количество информация - гени. Основата на действието на гена е способността му чрез РНК да определи протеиновия синтез. В ДНК молекулата се записва информацията, определяща химическата структура на протеиновите молекули. Генът е част от ДНК молекулата, която съдържа информация за първичната структура на един протеин (един ген е един протеин). Тъй като има десетки хиляди протеини в организмите, има десетки хиляди гени.

Комбинацията от всички клетки е нейният геном. Всички органични клетки съдържат същия набор от гени, но всеки от тях се осъществява от различни части на съхранената информация. Следователно, например, нервните клетки и структурно функционалните и биологичните характеристики се различават от чернодробните клетки. Преструктурирането на генотипове, при извършване на генетични инженерни задачи, е висококачествените промени в гените, които не са свързани с хромозомната структура, видима в микроскопа. Промените на гена се дължат главно на трансформацията на химическата структура на ДНК.
Информацията върху структурата на протеина, записана под формата на последователност от нуклеотиди, се реализира като последователност от аминокиселини в синтезираната протеинова молекула. Промяната в последователността на нуклеотидите в хромозомална ДНК, загубата на едно и включването на други нуклеотиди варира в състава на РНК молекулата, образувана върху ДНК, и това от своя страна причинява нова последователност от аминокиселини по време на синтеза. В резултат на това нов протеин започва да се синтезира в клетката, което води до появата на нови свойства от тялото. Същността на генно генното инженерство е, че индивидуалните гени или групи от гени са вградени в генотипа на организма. В резултат на вграждането в генотипа на предишния липсващ ген, е възможно клетката да синтезира протеините, които не е била синтезирана преди това.

Проблеми на генетичното инженерство

Възможностите на един от най-важните произход на науката за двадесети век - генно инженерство - отдавна вълнение на въображението на човечеството, тъй като става дума за много важния човек в човешкото тяло, към законите на жизнената дейност на тялото му. Но ако преди петнадесет години резултатите от работата на биотехнолозите бяха свързани предимно с премахването на нови сортове моркови или нова порода млечни крави, преди няколко години беше възможно да се комуникира с малко агне, клонирано От шотландски биолози и миналата година бе обявено за създаването на първия все повече или по-малко геноменска карта на генерал. На фона на постиженията в областта на биологията те отиват на фона на хитовете на предишните сезони - нова информационна технология. Малко хора сега се интересуват от въпроса, когато човек ще може свободно да ходи по Марс, много подходящи спорове за това, когато човек може да бъде клониран и съответно как да се предотврати подобна обновяция към морал и етика.

Генетично инженерство - враг или приятел? Историческа перспектива ...

Историческа перспектива

Тъй като животът е възникнал на Земята, преди около 4,6 милиарда години, и каквито и да са форми, тя не е взела, същото вещество е отговорно за жизнените прояви на всеки орган - дезоксирибонуклеинова киселина (тя е ДНК). ДНК фиксира в гени, определено и все още определя (и в бъдеще, очевидно, под чувствителното ръководство на човек), метаболитната активност на клетките, необходими за тяхното оцеляване, и това е животът в най-простата дефиниция. Всъщност терминът "гени" не е бил използван преди началото на миналия век, въпреки че изследването на начина, по който те функционират, започнаха през XIX век. Австрийският монах Грегор Мендел наблюдаваше краката на граховите растения в продължение на много години, които той се разраства в манастира на градината. Фиксиране на външни характеристики - височината на стъблото, боядисване на венчелистчетата, формата на граха, тя можеше да приеме теоретично съществуването на някои "фактори", което наследство от родителски растения. Подобно на Колумб, Мендел умря и без да се научи за това, което той успя да отвори. От самото начало на двадесети век избухна бум, свързан с изучаването на структурата на клетките. Биолозите успяха да установят кои функции изпълняват клетката, разкриват загадката на природата чрез хромозоми. Най-важното е, че преводът на молекулите на ДНК е разбираем: по време на Меозис, който предхожда появата на яйце и сперматозоид, количеството хромозоми, в които ДНК се намалява с два пъти, което впоследствие, при изстрелване на секс клетки, ще им позволи За да комбинирате техните ядки в едно цяло - дайте началото на нов организъм с напълно уникален набор от гени. През 1953 г., най-накрая, е възможно да се извади двойната спирална структура на ДНК, която всеки ученик знае сега в лицето. Сега ДНК се признава като универсален биологичен език, който ще обедини всички организми, живеещи на земята: човек и бактерии, гъби и растения. Въпреки това, двадесети век е век не само основните открития, но и възрастта на инженерството - практическото прилагане на тези открития. Ето защо, заедно с текущите изследвания за това как "всичко това е общо подредено", различни индустрии на генно инженерство и различни биотехнологии, разработени от седем-световни стъпки. От самото начало инженерингът, помислил за този вид, се отнася преди всичко как човек може да използва сами организми със специфичен геном, за да се подобрят другите - това са за растения или животни. През седемдесетте, учените са се научили да намалят секциите на ДНК на едно тяло и да го прехвърлят на друго, което направи малък преврат в производството на различни наркотици - инсулин, хормон човешки растеж и др. Не една година се извършват опити за прилагане на така наречената терапия с човешки гени - хора, които липсват определени компоненти в комплекта на жания или в известна степен са дефектни, гените на други хора са трансплантирани. Това са доста обширни познания, придобити от генетиката, използвана в сферата на възпроизвеждане на хората. Много от тях знаят, че при определени условия е доста реалистично да расте децата "от тестовата тръба", а в някои ситуации на женското безплодие - потърсете помощ за заместващите майки. Генетично модифицирани растения (устойчиви на замръзване зърнени храни, трансгенни картофи, бързи домати и др.) Вече се появяват на таблиците за вечеря, въпреки че те не причиняват много вълнение.

Генетично инженерство - враг или приятел? Възможности за генетично инженерство ...

Възможности за генетично инженерство, проект "Човешкият геном"

Естествено успешните манипулации с гените на растенията и животните не могат да помогнат, но да доведат до достатъчно хлъзгав въпрос: какво е човекът? Ако е възможно, за да се подобрят животните, тогава защо да не направят човек. Въпреки това, за начало е необходимо да се справим с генния набор от човека в края на краищата. Така през 1990 г. се появи инициатива за картографиране на човешки хромозоми, състояща се от 26-30 хиляди гени. Проектът получи просто име "геном на човека" и приблизително трябваше да представи пълна геномна карта някъде до 2005 година. Проектът включва изследователски групи от различни страни и от края на 90-те години. Създават се специални дружества, основната задача е да облекчи и ускорява комуникацията между такива групи. До началото на 2001 г. 2 хромозоми бяха напълно картографирани: 21 и 22.

Въпреки това, основното усещане за миналата година, все едно е откритието на групата на Kear на Venten обща карта на човешкия геном. Учените казват, че ако сравните тази карта с обикновено, би било малко вероятно да бъде възможно да влезете в магазина на следващата улица, но във всеки случай фактът, че неговото съществуване говори за началото на ерата на патенторията на Гените и това от своя страна повдига много въпроси вече не са биологичен смисъл, но етичен и правен. Въпреки че учените декларират, че основната цел за картографиране на генома е необходимостта да се разбере как човешкото тяло работи по-ефективно с различни заболявания, а такива знания могат значително да улеснят създаването на нови лекарства, тя все още става очевидна нужда Правно регулиране на въпроса: Как и какво може да се направи с човешкото тяло и да отговори на въпроса: къде да спра? Може ли човек да бъде като създател и да даде възможност да се създадат нови същества? Образуването на геномната карта на човека често се сравнява с такива революционни събития като човек, който се приземява на Луната, например. Сега обаче има една значителна разлика: ако космическите програми са една от целите на държавата, тогава участниците в проекта обикновено имат частно финансиране, следователно, авторските права ще имат недържавни компании. И какво ще правят с тях?

Представете си, че в близко бъдеще, картата ще бъде компилирана съвсем точно и всеки човек може да бъде описан по този начин. Има въпрос - кой ще притежава достъп до тази информация? До каква степен човек може да може да поддържа най-интимната информация за себе си? Ще откажат ли работодателите да наемат човек, който има предразположеност към какъвто и да е вид рак в гените? Ще има ли медицинска застраховка в ситуация, в която геномът на всеки отделен човек ще представи информация за всички потенциални заболявания? Тони Блеър обяви необходимостта от компилиране на генетични портрети на престъпници. И изглежда, че учените са готови да работят за отваряне на специални гени, отговорни за девиантното поведение на хората. Въпреки това, много специалисти вече се страхуват от перспективата за факта, че в близко бъдеще обществото ще постави решението на различни проблеми - престъпление, бедност, расизъм и др. - за генетиката и генетичното инженерство: "Казват, че всичко в гените, ако нещо не е наред, тогава това не е загриженост на обществото, а генетичната предразположеност на отделните хора." В края на краищата, много от тях забравят, че само някои редки болести се дължат изключително с набор от гени, и тези на болестите, които обикновено наричаме генетичен - рак, сърдечно-съдови заболявания - само частично имат генетичен характер, в много отношения Вероятност за външния им вид в първата опашката зависи от тези стъпки, които човекът и обществото отнемат, и затова не може да има нищо по-лошо от обществото, да измиете ръцете си в такава ситуация. Най-често срещаният метод за генетично инженерство е методът за получаване на рекомбинантен, т.е. съдържащ чужденец ген, плазмид. Плазмидите са пръстеновидни ДНК молекули, състоящи се от няколко хиляди нуклеотидни двойки.

Този процес се състои от няколко етапа:
1. Рестрикционна ДНК, като човек на фрагменти.
2. Лигиране - фрагмент с желания геном включва в плазмиди и ги бой.
3. Трансформацията е въвеждането на рекомбинантни плазмиди в бактериални клетки. Трансформираните бактерии в същото време придобиват определени свойства. Всяка от трансформираните бактерии поражда колония от много хиляди потомци - клонинг.
4. Спредонтът е избран сред клоновете на трансформираните бактерии на тези, които плазмидите носят желания човешки ген.

Целият процес се нарича клониране. С помощта на клониране можете да получите повече от един милион копия на всеки човешки ДНК фрагмент или друг организъм. Ако клониран фрагмент кодира протеина, тогава механизмът, регулиращ транскрипцията на този ген, може да бъде изследвана експериментално, както и да се развие този протеин в желаното количество. В допълнение, в клетките на друг организъм може да се въведе клониран ДНК фрагмент на един организъм. Това може да бъде постигнато, например, високи и устойчиви добиви поради въведения ген, осигуряване на стабилност на редица заболявания. Ако влезете в генотипа на почвени бактерии на гените на други бактерии с възможност за свързване на атмосферния азот, тогава почвените бактерии могат да преведат този азот към свързания с почвен азот. Влизайки в генотипа на бактерията на чревния стик ген от човешкия генотип, който контролира синтеза на инсулин, учените са постигнали производството на инсулин посредством такава чревна пръчка. С по-нататъшното развитие на науката ще бъде възможно да се въведе в зародиша на човека на изчезналите гени и по този начин ще позволи да се избегнат генетични заболявания.

В ход са включени експерименти с клониране на животни. Достатъчно е да се извади ядрото от яйцето, имплантира ядрото на друга клетка, взета от ембрионалната тъкан и да я расте - или в тестовата тръба, или в утробата на приемащата майка на майката. Клонираното агнешко на дела е създадено неконвенционално. Ядрото от екскрецията на 6-годишно възрастни овце от една порода се трансплантира в не-повърхностноактивно овче яйце от друга порода. Развитието на ембриона е поставено в овцете на моста. Тъй като роденото агне получи всички гени от първите овце - донор, това е точното му генетично копие. Този експеримент отваря много нови възможности за клониране на елитни породи, в замяна на многогодишен избор. Учените от Тексаския университет са в състояние да удължат живота на няколко вида човешки клетки. Обикновено клетката умира, оцелеят около 7-10 процеса на разделяне и те постигнаха сто клетъчна дивизия. Стареенето, според учените, се дължи на факта, че клетките губят телемери, молекулни структури, които са разположени в краищата на всички хромозоми.

Учените бяха имплантирани в отворени с тях клетки, отговорни за производството на теломераза и по този начин ги прави безсмъртни. Може би това е бъдещият начин за безсмъртие. От 1980-те години се появиха програми за изследване на човешкия геном. В процеса на извършване на тези програми вече са прочетени около 5 хиляди гена (пълният геном на човек съдържа 50-100 хиляди). Бяха открити редица нови човешки гени. Генното инженерство става все по-важно в генната терапия. Защото много заболявания са положени на генетичното ниво. Беше в генома, че има предразположеност към много болести или съпротива към тях. Много учени смятат, че геномната медицина и генното инженерство ще функционират в 21-ви век. Никой учен, наистина твърдо стоящ на платформата на научната обективност, никога няма да каже, че с помощта на нещо, което можете да излекувате абсолютно всички или че нещо е "абсолютно безопасно", особено ако се отнася до генното инженерство, което манипулира отделно да се вземат естествени нива на естествено Закона, пренебрегвайки неговата почтеност. Както вече видяхме при примера на ядрените изследвания, енергията, освободена в резултат на такива манипулации, може да бъде огромна, но и възможната опасност също е огромна. Когато ядрената технология беше на етапа на развитие, никой не можеше да приеме, че само за няколко години човечеството ще бъде под заплаха от множествено унищожение, което е в състояние да гарантира и двете противоположни сили. И когато ядрената енергия започна да се използва за производството на електроенергия, никой не знаеше, че в резултат на това ще получим милиони тонове радиоактивни отпадъци, които ще запазят токсичността си на десетки хиляди години. Никой не знаеше нищо за това, но все още направихме скок сляпо, като по този начин създаваме сериозни проблеми за себе си и за бъдещите поколения. Ето защо трябва да сме много внимателни, използвайки генното инженерство, което работи на нивото на нивата, което съдържа пълна информация за много дълбоката структура на живота.

Отнема милиони години, за да се гарантира, че животът на земята се развива до сегашното състояние на силно балансирана, динамична екосистема с цялото несъмнено разнообразие от житейски форми, известни днес. Сега живеем в такъв момент, когато чрез поколението, и може би по-рано, най-важните зърнени култури ще преминат радикални промени в резултат на намесата на генното инженерство и тези промени сериозно ще увредят екосистемата като цяло, и цялата човечност ще Бъдете опасни. Докато е доказано безопасността на продуктите, получени в резултат на генното инженерство, този въпрос винаги ще остане съмнителен - и това е гледна точка, че страната на естественото право се защитава. Необходимо е използването на генно инженерство да бъде придружено от строг научен контрол на сигурността. Почти пълна сигурност можем да кажем, че генното инженерство ще доведе до химическо замърсяване на околната среда. Отстраняването на сортовете зърно с повишена устойчивост на хербициди ще доведе до факта, че земеделските производители ще бъдат принудени да бъдат използвани за борба с плевелите до още трима химикали от защита, отколкото преди, и това от своя страна ще увеличи замърсяването на почвата и подпочвените води на Америка . Например, химическата компания "Monsanto" вече е донесла сортовете на царевица, соя и захарно цвекло, устойчиви на обкръжния хербицид, произведен от една и съща компания. Промишлените служители многократно са заявявали, че "кръглата" е безопасна за живите организми и бързо се неутрализира от околната среда. Въпреки това, предварителните проучвания, извършени в Дания, показаха, че "кръглата" остава в почвата за три години (и следователно други научни произведения, които разкриват, че използването на този начин може да бъде прието от следващите селскостопански култури, които разкриват, че използването на това Хербицидът причинява токсични реакции в земеделските производители, нарушава функцията на възпроизвеждане на потомството при бозайници, вреди на рибата, лъчеви червеи и полезни насекоми.

Привържениците на генното инженерство често казват, че тази технология е просто по-напреднал тип пресичане, който е бил използван за хилядолетия за подобряване на породата от култивирани растения и домашни животни. Но всъщност намесата на генното инженерство прониква чрез естествени репродуктивни бариери между вида, благодарение на който се поддържа балансът и целостта на живота на Земята. Традиционната система за отстраняване на нови породи и сортове може да пресече една свинска порода с друга или кон с магаре, или две сортове домати, но не може да пресича домати с риба - природата не позволява такива смесителни гени. И с помощта на генното инженерство учените вече са свързали гените на рибите и домати - и тези домати, те не са обозначени, спокойно лежат на нашите рафтове. Освен това, всъщност всички зърна и бобови растения, зеленчуци и плодове вече са преминали интервенцията на генното инженерство, а хранителната промишленост възнамерява да представи всички тези продукти за продажба за 5-8 години. Pioneer Hybrid International е най-голямата компания за производство на семена, използваща генно инженерство, донесе ново соево разнообразие, което въвежда в него бразилска шейна, за да увеличи съдържанието на протеини в SEO. Но имплантиращият компонент на бразилския орех в соята предизвика алергична реакция от повечето потребители и след това Pioneer обърна проекта. И когато японската компания Шова Денко "от генното инженерство промени структурата на естествената бактерия за по-ефективна хранителна продукция на храни, наречена" триптофан ", тези генетични манипулации доведоха до факта, че тази бактерия, която е в триптофан, започна да произвежда високо Токсичното вещество, което е било открито само след като продуктът е пуснат на пазара през 1989 година. В резултат на това: 5000 души се разболяват, 1500 станаха дълги от живота, а 37 умряха. Изследователите с много голям ентусиазъм поемат използването на генетично инженерство, за да се отделят по-задъхани сортове пшеница, създавайки повече хранителни храни, премахване на някои болести, надявайки се да подобрят човешкия живот на земята. Но, всъщност, въпреки факта, че гените могат да бъдат извлечени и правилно преминали в експериментална колба, в живота е много трудно да се предскажат последиците от въздействието на гените в някой друг организъм.

Такива операции могат да причинят мутации, в резултат на които са потиснати дейностите на естествените гени на тялото. Изпълнените гени могат също да причинят неочаквани странични ефекти: генетично изработената храна може например да съдържа токсини и алергени или да намали хранителността и в резултат на това потребителите са болни или дори, както вече се случи, умират. В допълнение, организмите, получени с генното инженерство, могат да се умножават самостоятелно и да се пресичат с естествено, без да се подлагат на генна намеса чрез популации, като същевременно причиняват необратими биологични промени в цялата земна екосистема. Възможно е да се каже пълна увереност, че генното инженерство със сигурност е обещаваща област, която у нас, за съжаление, не е финансирана и няма производител. Русия определено се развива в тази област, но е принудена да продаде изобретенията си в чужбина. Нашите учени изобретяват интерферон на човек, аспартам, уеб. Важно е създаването на лекарство, то не се използва, докато структурата му се приближава към човешкия геном. В този случай лекарството е абсолютно безвредно. При разработването на аспартам се смесват две аминокиселини, но микроорганизмите са катализатор. Задачата на генетиката за развитие, така че пречистването на лекарството от микроорганизмите е преминало 100% проверка. Това е качеството на работа. Ние сме отговорни за качеството и професионалната гледна точка, така че генното инженерство да е полезно за човечеството в разумни граници.

Генетично инженерство - враг или приятел? Опасност от генетично инженерство ...

Научни факти Опасност от генно инженерство

1. Генетичното инженерство е коренно различно от премахването на нови сортове и скали. Изкуственото добавяне на чужди гени силно разрушава точно коригирания генетичен контрол на нормалната клетка. Манипулиращите гени са коренно различни от комбинацията от майчински и бащин хромозоми, което се случва с естествено преминаване.

2. В момента генетичното инженерство е технически несъвършено, тъй като не е в състояние да контролира процеса на вграждане на нов ген. Следователно е невъзможно да се предвиди мястото на вграждане и ефектите на добавения ген. Дори ако местоположението на гена ще бъде възможно да се инсталира, след като е вградено в генома, наличната информация за ДНК е много непълна, за да се предскажат резултатите.

3. В резултат на изкуственото добавяне на чужд ген, той може не еколо опасни субстанции. В най-лошия случай, той може да бъде токсични вещества, алергени или други вещества, вредни за здравето. Информацията за този вид възможности е все още много непълна.

4. Няма напълно надеждни методи за инспекция за безвредност. Повече от 10% от сериозните странични ефекти на новите лекарства не могат да бъдат идентифицирани въпреки внимателно проведените изследвания върху безвременно. Степента на риск от факта, че опасните свойства на новите продукти, модифицирани от генното инженерство, ще останат незабелязани, вероятно значително повече, отколкото в случай на лекарства.

5. Настоящите изисквания за инспекция за безвредност са изключително недостатъчни. Те са напълно съставени по такъв начин, че да опростят процедурата за одобрение. Те ви позволяват да използвате изключително нечувствителни методи за безвредност. Следователно съществува значителен риск, че опасността храна може да бъде проверена незабелязана.

6. Създаден до момента с генетичните инженерни храни нямат значителна стойност за човечеството. Тези продукти отговарят предимно на търговските интереси.

7. Познаването на действието на околната среда, изменено с помощта на генно генно инженерство на въведените организми, има напълно недостатъчни. Все още не е доказано, че организмите, молифицирани с генно инженерство, няма да имат вредно въздействие върху околната среда. Еколозите направиха предположения за различни потенциални екологични усложнения. Например, има много възможности за неконтролираното разпределение на потенциално опасните гени, използвани от генното инженерство, включително прехвърлянето на гени от бактерии и вируси. Усложнения, причинени от. \\ T околен святВероятно е невъзможно да се поправи, тъй като освободените гени не могат да бъдат върнати обратно.

8. Могат да възникнат нови и опасни вируси. Експериментално се показва, че вирусите, вградени в генома, могат да бъдат свързани към гените на инфекциозните вируси (така наречената рекомбинация). Такива нови вируси могат да бъдат по-агресивни от първоначалното. Вирусите също могат да бъдат по-малко определени. Например, растителните вируси могат да станат вредни за полезни насекоми, животни, както и хора.

9. Знанието за наследствено вещество, ДНК, много непълна. Известно е за функцията само на три процента от ДНК. Рисково манипулирани от сложни системи, по кои знания са непълни. Обширният опит в областта на биологията, екологията и медицината показва, че това може да причини сериозни непредсказуеми проблеми и разстройства.

10. Генното инженерство няма да помогне за решаването на проблема с глада в света. Твърдението, че генното инженерство може да допринесе значително за разрешението на проблема с глада в света, е научно необоснован мит.

- това е производството на необходимото лице и материали с помощта на живи организми, култивирани клетки и биологични процеси.

Ботенологични възможности Той е изключително висок поради факта, че методите му са по-печеливши от конвенционалните: те се използват при оптимални условия (температура и налягане), по-продуктивни, екологични и не изискват химически реактиви, които са отровни и други.

Биотехнологични обекти: Многобройни представители на групи живи организми са микроорганизми (вируси, бактерии, протести, дрожди и др.), Растения, животни, както и изолирани клетки и подклетъчни структури (органели). Биотехнологията е базирана В живите системи се извършват физиологични биохимични процеси в живи системи, в резултат на което се извършват енергия, синтез и разделяне на метаболитни продукти, образуването на химични и структурни компоненти на клетката.

Основните направления на биотехнологията:

1) производство с микроорганизми и култивирани еукариотни клетки на биологично активни съединения (ензими, витамини, хормонални лекарства), лекарства (антибиотици, ваксини, серуми, високо специфични антитела и др.), Както и протеини, аминокиселини, използвани като фуражни добавки;

2) използването на биологични методи за борба с замърсяването на околната среда (биологично пречистване на отпадъчни води, замърсители на почвата и др.) И за защита на растенията от вредители и болести;

3) създаването на нови полезни щамове на микроорганизми, разновидности на растения, скали от животни и др.

Задачи, методи и постижения на биотехнологията.

Човечеството трябва да се научи да променя ефективно наследствения характер на живите организми, за да се осигури доброкачествена храна и суровини и в същото време не води планетата към екологичната катастрофа. Следователно не случайно основната задача Развъдчиците в нашето време започнаха да решават проблема за създаването на нови форми на растения, животни и микроорганизми, добре адаптирани към индустриалните методи на производство, непрекъснато носят неблагоприятни условия, които ефективно използват слънчева енергия и, особено важни за получаване на биологично чисти продукти без прекомерно замърсяване на околната среда . Принцип нови подходи Решението на този фундаментален проблем е използването на генетично и клетъчно инженерство при избора.

Генното инженерство -

молекулярната генетична секция, свързана с целевото създаване на нови ДНК молекули, способни да умножат клетката гостоприемник и да наблюдават синтеза на необходимите клетъчни метаболити.

Възникване на кръстовището на химия на нуклеинови киселини и генетика на микроорганизми, генното инженерство Той се занимава с дешифриране на структурата на гените, техния синтез и клониране, вмъкване на избрани от клетки на живи организми или ново синтезирани гени в растения и животински клетки, за да се насочат промени в техните наследствени свойства.

Да извърши прехвърлянето на гени (или трансгена) от един вид организми в друг, често много далеч от неговия произход, е необходимо да се извърши няколко сложни операции:

избор на гени (отделни ДНК фрагменти) от клеткибактерии, растения или животни. В някои случаи тази операция се заменя с изкуствен синтез на необходимите гени;

връзка (шев) отделни ДНК фрагменти от всеки произход в една молекула като част от плазмид;

въвеждане на хибридна плазмидна ДНКсъдържащ десния ген в клетките гостоприемници;

копие (клониране) Този ген в новия собственик с предоставянето на своята работа.

Клонираните гени чрез микроинжектиране се инжектират в бозайници и протопласти на растения (изолирани клетки, лишени от клетъчни стени) и от тях се отглеждат от животни или растения, клонираните гени са вградени в генома (интегрирани). Растения и животни, чийто геном се променя чрез генетично инженерни операции, получи име трансгенни растения или трансгенни животни.

Трансгенни мишки, зайци, свине, овце, в генома, от които има чужди гени с различен произход, включително бактериални гени, дрожди, бозайници, хора, както и трансгенни растения с гени от други, несвързани видове. Трансгенни организми Посочете големите възможности на генното инженерство като приложен клон на молекулярна генетика (например, се получава ново поколение трансгенни растения, за което такива ценни признаци се характеризират като резистентност към хербициди, до насекоми и др.).

Към днешния, допускат се гени на генно инженерство прилагане на синтез В промишлени количества хормони като инсулин, интерферон и соматотропин (растежен хормон), които са необходими за лечение на редица човешки генетични заболявания - диабет, определени видове злокачествени образувания, джуджета, \\ t

С помощта на генетични методи бяха получени и щамове на микроваризми (Ashbya Gossypii, Pseudomonas Denitrificans и др.), Които са десетки десетки хиляди пъти повече витамини (C, B 3, 13 и т.н.) от първоначалните форми .

Клетъчна инженеринг-

комбинация от методи, използвани за проектиране на нови клетки. Включва култивиране и клониране на клетки върху специално подбрани среди, клетъчна хибридизация, трансплантация на клетки и други микрохирургични операции върху "разглобяване" и "монтаж" (реконструкция) на жизнеспособни клетки от отделни фрагменти.

Базиран на клетъчно инженерство Лежи за използване на методи култивиране Изолирани клетки и тъкани върху изкуствена хранителна среда при регулируеми условия. Това е възможно поради способността на растителните клетки в резултат на регенерация да се образува цялото растение от една клетка. Условията за регенерация са предназначени за много култивирани растения - картофи, пшеница, ечемик, царевица, домати и др. Работата с тези обекти дава възможност да се използва при избора на нетрадиционни методи за клетъчна инженеринг - соматична хибридизация, хаплоидиа, клетъчна селекция, \\ t преодоляване на неразкритата в културата и др.

Клониране -

метода за получаване на няколко идентични организми чрез разглобяване (включително вегетативно) възпроизвеждане. По този начин много видове растения и животни са множители за милиони години. Въпреки това, сега терминът "клониране" обикновено се използва в по-тесен смисъл и означава копиране на клетки, гени, антитела и дори многоклетъчни организми в лабораторните условия. Образците, които се появяват в резултат на най-антимуктацията на генетично едно и също и могат да спазват наследствената вариабилност поради случайни мутации или създадени от изкуствено лабораторни методи.

Тематични задачи

А1. Производството на лекарства, хормони и други биологични вещества се занимава с такава посока като

1) Генетично инженерство

2) Биотехнологично производство

3) Селскостопанска индустрия

4) агрономия

A2. В този случай методът на тъканната култура ще бъде най-полезен?

1) При получаване на хибрид на ябълка и круша

2) при премахване на чисти линии на гладкозърнест грах

3) Ако е необходимо, трансплантация на кожата на човек с изгаряне

4) при получаване на полиплоидални форми на зеле и репички

A3. За да се получат изкуствено получаване на човешки инсулинови методи на генетично инженерство в индустриален мащаб, е необходимо

1) Въведете гена, отговорен за инсулиновия синтез в бактерии, които ще започнат да синтезират човешки инсулин

2) въвеждане на бактериален инсулин в човешкото тяло

3) изкуствено синтезират инсулин в биохимичната лаборатория

4) растат културата на човешки панкреас клетки, отговорни за инсулиновия синтез.

Генното инженерство е посоката на изследване на молекулярната биология и генетика, чиято крайна цел се получава с помощта на лабораторни техники на организми с нови, включително не се срещат в природата, комбинации от наследствени свойства.

Официалната дата на раждане на генното инженерство се счита за 1972 година. В основата на генното инженерство се дължи на най-новите постижения на молекулярната биология и генетиката възможността за насочена манипулация с фрагменти от нуклеинови киселини. Тези постижения включват създаването на универсалността на генетичния код, т.е. фактът, че всички живи организми включват същите аминокиселини в протеиновата молекула, са кодирани от същите нуклеотидни последователности в ДНК веригата; Успехите на генетичната ензимология, която осигурява набор от ензими за получаване на отделни гени или ензими на нуклеинова киселина в изолирана форма, извършват in vitro синтез на фрагменти от нуклеинова киселина, комбинират в едно цяло число. По този начин промяната в наследствените свойства на организма с помощта на генното инженерство се свежда до проектиране от различни фрагменти от нов генетичен материал, въвеждането на този материал в отчаялен организъм, създаване на условия за нейната работа и стабилно наследство.

Генетични инженерни бактерии

През 1972 г. група изследователи, водени от американския биохимик Пол Берг, който е работил в университета Станфорд, който в близост до Сан Франциско в Калифорния, обяви творението пред тялото на първата рекомбинантна ДНК. Такава молекула често се нарича хибрид, тъй като се състои от ДНК фрагменти от различни организми.

Първата рекомбинантна ДНК молекула се състои от фрагмент от бактериофаг на чревната пръчка (Е. coli), генните групи по-голямата част от тези бактерии, отговорни за зареждането на захарната галактоза и общата ДНК на вируса SV40, причинявайки Развитие на тумори от маймуни. Такава рекомбинантна структура може теоретично да има функционална активност в клетките, както чревни пръчки, така и маймуни, защото в нейната част на фаговата ДНК, осигурявайки способността му да се възпроизвежда (самостоятелно копие) в Е. coli, и всички ДНК SV40, репликиране маймунски клетки.

Всъщност, това е първата хибридна молекула на ДНК, която може, като совалка, "ходене" между бактерии и животни. Но точно това експериментално не провери П. Берг и неговите колеги.

Учените от различни страни, развиващи идеи от П. Берг, създадоха in vitro функционално активни хибридни DNA. Първата от тази задача беше решена от американците Стенли Коен от Станфордския университет и колегата му Хърбърт Бойер от Калифорния в Сан Франциско. Техните творби са се появили нов и много важен "инструмент" на всички последващи генетични инженерни работи - вектор.

Основните методи на генни инженерни бактерии са разработени в началото на 70-те години на миналия век. Тяхната същност е във въвеждането на нов ген в тялото. Най-често срещаният от тях е дизайн и трансфер на рекомбинантна ДНК.

Генетични инженерни растения

С въвеждането на нови гени в еукариотни клетки, например, зеленчуци, има много трудности. Един от тях се крие във факта, че генетичната структура на растенията е много по-сложна и по-малко проучена от структурата на бактериите, която доскоро остава основната цел на генните инженери. Освен това е невъзможно да се промени генотипът на всички клетки на многоклетъчния организъм. Много затруднява трансфер на векторни системи. Издръжлива целулоза, която обхваща растителните клетки.

Въпреки споменатото генно инженерство на растенията се използва в селското стопанство, особено в производството на култури. Това стана възможно, първо, защото растенията клетки могат да растат и да се размножават върху изкуствените хранителни среди, т.е. in vitro или извън тялото. Второ, установено е, че ядрата на зрелите растителни клетки съдържа цялата информация, необходима за кодиране на цял организъм. Така че, ако клетките на всеки растителен знак в подходящ растителен разтвор, те могат да бъдат използвани повторно да споделят и да образуват нови растения. Това свойство на растителни клетки, свързано с способността да се регенерира вече след като постигне зрялост и специализация, наречена Totipotence.

Използване на почвата Agrobacteria.

Един от техните ефективни начини за прехвърляне на гени в растенията - използването на почвени бактерии като вектор, на първо място, агро бактейк tumefaciens ("полева бактерия, причиняващо растителен рак"). Тази бактерия е маркирана през 1897 година. От тумора на гроздето. Той заразява много храносмилателни растения и ги причинява образуването на големи растеж - кортирани люспи.

Патогенни щамове на този агробактерии, за разлика от непропогено, съдържат голям плазмид, специално предназначен за прехвърляне на гени от бактериалната клетка в зеленчуци. Плазмидът получи името Ti, което е причиняващо тумор. В нея е, че обикновено се вгражда, генът е приготвен за прехвърляне.

В допълнение към A. Tumefaciens, въвеждането на нови гени в растенията се използва и от бактерията на формата А. Rhizogenes. Те причиняват много малки тумори от бомбени растения, от които много корени растат. Заболяването, причинено от тези ризогенни агробактерии, се нарича "брадат" или "космат" корен. Намериха плазмиди, подобни на Ti. Те се наричат \u200b\u200bRI или rootindusturing.

През последните години се използват RI-плазмидите в растителна генетична инженеринг не по-малка от TI плазмидите. Това се дължи главно на факта, че клетките на короните са слабо нарастващи върху изкуствено хранителни среди и цели растенията не могат да растат. Напротив, клетките на брадатия корен са добре обработвани и регенерирани.

Използване на вируси

Вирусите често се използват и за проектиране на вектори, които осигуряват прехвърлянето на нови гени в растенията. По-често за тази цел се отличава карфиол мозайният вирус. В природата, той заразява само кръстовидно, обаче, е известно, че други видове растения могат да повлияят на експерименталните условия.

Геномът на мозаичния вирус е малка двупосочна пръстенна ДНК. Някои от неговите гени могат да бъдат заменени с други интересни области. Проникване в растителната клетка, вирусът прави не само собствената си ДНК в нея, но и вградена в нейния извънземен ген.

Векторна система, способна да прехвърля нови гени в растенията, може също да бъде вируси, при които генетичният материал е представен от РНК. Вирусите на тази група са способни да проникнат в растителни клетки с висока честота, активно умножават в тях и по този начин се гарантира високо ниво Експрес на въведени гени поради увеличаване на техния брой.

Проектиране на рекомбинантна ДНК

Инженерните техники в векторите, предназначени за растения, са подобни на тези, използвани за бактериални клетки. Плазмидната ДНК и ДНК на вирусите се нарязват чрез ограничения с образуването на "лепкави" краища. Ако ензимът, образуващ глупави краища, се използва, използвайте къси фрагменти на ДНК. Вграждане на нов ген в готов плазмид или вирусен вектор с ДНК лигаза се получава рекомбинантна ДНК.

Насоки на генетични инженерни растения

Основните насоки на генното инженерство на растенията са свързани със създаването на култури, устойчиви на вредители от насекоми, хербициди и вируси, способни на назотифициране, както и с подобряване на качеството и количеството на продуктите.

Растения Устойчиви вредители на насекомите

Вредителите от насекоми могат да доведат до значително намаляване на културата на различни култури. Химикалите се използват за борба с тях,

наречени инсектициди. Първият инсектицид, който спечели световното разпознаване, беше Боробо течност.

В допълнение към лекарствата, синтезирани химически, инсектициди, получени въз основа на естествени врагове на насекоми - бактерии и гъби. В продължение на много години инсектицидите на бактериалния произход се използват в световните лекарства, които образуват бактерията на почвата Bacillus thuringiensis (обработване на Bacillus или съкратено bt). Инсектицидната активност на тези спорове е свързана с отровните кристали на ендотоксинния протеин в тях. При поглъщане на такъв спор, Caterpillar скоро умира от парализа на червата.

Предимството на инсектицидите от този тип е, че те не са токсични за хората и животните, те са лесни за изпиране и инактивиране. Липсата на такива инсектициди е относително кратък период на дейност в областта. Ефективността на техните действия по време на пръскането на растенията се колебае и е трудно да се предвиди. Всичко това определя необходимостта от повтарящи се процеси.

Новата посока в борбата срещу насекомите за вредители е създаването въз основа на генетично инженерна технология на устойчиви трансгенни растения. Проучванията на Марк Ван Монтега и неговите колеги от университета, резултатите от които са публикували в работата "Трансгенни растения, защитени от атаки от насекоми" (1987), бяха успешни.

Те разпределяха ген, кодиращ синтеза на ендотоксинов протеин, от ДНК на бацилда и го вкара във вектор Ti-плазмид на бактериите А. Tumefaciens. Тази агробактерия е заразена с дискове, изрязани от парчета от тютюневи листа. Трансформираната растителна тъкан се отглежда на хранителна среда на определен химичен състав, който осигурява растежа и развитието на транс растения с листа, съдържащи ендотоксинов протеин. Когато населявате някои видове насекоми, ендотоксин се свързва с тях вътрешна повърхност И в резултат на епителивите в резултат на това смилаемата храна не се абсорбира и насекомото умира от глад.

През последните години бактериалният токсин ген е успял да въведе в много растения в клетките. По-специално, специалистите на Monsanto създадоха картофите "Нови листа" (" Нов лист"), Устойчив на колорадо Beetle, BT-царевица и BT памук, Soyu" Roundup готови "и т.н. Въпреки това, използването на BT култури се съмнява в зависимост от човешкото здраве и безопасността на околната среда. Така че, много чудо: ако бръмбарът в Колорадо не яде върховете, са полезни картофи? Няма сигурност, че растителните продукти с "генни добавки" няма да повлияят на бъдещото поколение.

В същото време прехвърлянето на полен на генетично модифицираните култури върху растенията от съседните полета ще доведе до тяхното генетично замърсяване, чиито последици са трудни за предсказване. Биологичното разнообразие може да повлияе на смъртта на полезни насекоми, за които културите на БТ са опасни. Освен това могат да се появят супер-изследователите, тъй като първоначалните типове насекоми бързо могат бързо да придобият устойчивост на бактериален ендотоксин.

Вирусни растения

Създаването на вируси-устойчиви сортове е друга посока на генетичните инженерни растения.

За да се създадат такива селскостопански растения, се използва така наречената кръстосана защита. Същността на това е, че растенията, заразени с един вид вирус, стават устойчиви на друг, свързан вирус, тъй като се случва тип ваксинация. Заводът от отслабен щам на вируса се въвежда в растенията, което предотвратява поражението му с по-бдителна (причиняваща болест) щам от същия или почти добър вирус.

Този геометричен геном може да служи като ген, кодиращ синтеза на черупката в вирус около нуклеинова киселина. Този ген се използва за създаване на in vitro с помощта на обратна транскриптаза към ДНК - ДНК копия. Тя е свързана с необходимите регулаторни елементи и с помощта на специално приготвен Ti-плазмид агробактерии се прехвърля към растенията. Трансформираните растителни клетки се синтезират от протеина на вирусната обвивка и трансгенните растения, отглеждани от тях, или изобщо не са заразени с по-бдителни щамове или дават слаб и къс отговор на вирусна инфекция.

Това е един от механизмите на защитно действие на вирусен ген, който все още не е съвсем ясно и може да бъде придружен от нежелани последици.

Генетична модификация - нова версия на селското стопанство

Генетичната модификация на селското стопанство се основава на използването на високопродуктивни сортове растения или скали от животни, получени въз основа на генна селекция. Това е този благороден въпрос, който се занимава с десетилетия на гнездяща генетика. Но техните възможности са ограничени от кадрите на пресичанията - само индивидите, принадлежащи към същия ум, могат да бъдат смачкани и да произвеждат плодотворно потомство. Картофите и царевицата нямат способността да ударят Колорадо Beetle и царевичното стъбло, а бактериите и животинските бактерии на Bacillus thuringinesis и животински и животински и животински и животински и животински и животински бактерии могат да ги убият. Генетиката нарязана Bacillus с картофи не може, а гените инженери могат. Генетичната селекция подобрява количествените характеристики на сорт или порода (добив, устойчивост на заболявания, NADODI et al.); Генното инженерство е в състояние да създаде ново качество - да прехвърли гена, кодирането му, от един биологичен вид в друг, по-специално, инсулиновия ген от човека в дрожди. И генетично модифицираните дрожди ще се превърнат в инсулинова фабрика.

Смята се, че единственото фундаментално препятствие, пред което е изправено гениталните инженери, е или тяхното ограничено фантазия или ограничено финансиране. За непреодолими природни ограничения в генното инженерство изглежда не.

Генетично инженерство: от анализ до синтез

Както вече знаем през 1972 година. Пол Берг за първи път се комбинира в едно цяло число два гена, изолирани от различни организми в тръба. Той получава "молекулярна" хибридна или рекомбинантна ДНК, която в естествени условия не може да бъде оформена. След това такава рекомбинантна ДНК се въвежда в бактериални клетки, като по този начин се създават първите трансгенни организми, които носят гени на бактерии и маймуни, или по-скоро онкогенен маймунски вирус.

След това бяха проектирани микробите, които носят гените на брашно лети, заек, човек. Това предизвика аларма.

Няколко водещи американски учени, включително Пол Берг, публикуваха писмо в списанието "Sayss", което беше призовано да преустанови работата по генното инженерство, докато регламентите за безопасност бяха разработени за обжалване на трансгенни организми. Предполага се, че организмите, които носят чужди гени, могат да имат свойства, опасни за хората и тяхното местообитание. Чисто смачка мнението, че трансгенните организми, създадени, без да вземат предвид вероятните си екологични характеристики и не преминават еволюция на ставите с естествените организми ", разрушаването от епруветката за свобода", ще може да се размножават и неограничени и неограничени. Това ще доведе до изместване на естествените организми от техните естествени местообитания; последваща верижна реакция на нарушения на равновесието на околната среда; намаляване на биологичното разнообразие; активиране на латентни, предварително известни патогенни микроорганизми; появата на епидемии от по-рано не познати човешки заболявания, животни и растения; "Прекъсване" на извънземни гени от трансгенни организми; хаотичен трансфер на гени в биосферата; Появата на чудовища, всички унищожават.

Две версии на бъдещето: трансгенни рая или трансгенно апокалипсис

В допълнение към опасенията на биологичната и екологичната природа, моралната, етична, философска, религиозна, започна да говори.

През 1973-1974 година. Дискусията включваше американски политици. В резултат на това е наложен временна мораториум върху генетично инженерната работа - "забрана преди да се установят обстоятелствата". По време на забраната въз основа на всички налични знания, всички потенциални опасности от генното инженерство трябва да бъдат оценени и формулиращи правила за безопасност. През 1976 година Правилата бяха създадени, забраната беше премахната. С цялото ускоряване на развитието, тежестта на правилата за безопасност намалява през цялото време. Първоначалните страхове бяха много преувеличени.

В резултат на 30-годишния световен опит на генното инженерство стана ясно, че в процеса на "мирно" генетично инженерство не може да бъде мирно. Първоначалната техника за безопасност с трансгенни организми произтича от факта, че създадените химери могат да бъдат опасни като чума, черен газ, холера или сибирска язва. Ето защо те са работили с трансгенни микроби, сякаш са патогенни, в специални инженерни съоръжения. Но постепенно стана по-очевидно: рискът е силно преувеличен.

Като цяло, за всички 30 години интензивни и всички разширяващи се използването на генно инженерство, не е регистриран един случай на опасност, свързан с трансгенните организми.

Възникна нова индустрия - трансгенни биотехнологии, основани на проектирането и използването на трансгенни организми. Сега в САЩ, около 2 500 генетично инженерни фирми. Всеки от тях наема висококвалифицирани специалисти, които проектират организми, базирани на вируси, бактерии, гъби, животни, включително насекоми.

Когато става въпрос за опасността или сигурността на трансгенните организми и продукти от получени, най-често срещаните гледни точки се основават предимно на "общи съображения и здрав разум". Това обикновено говорят тези, които са против:

• природата е разумна, всяка намеса в нея ще се влоши само;
• защото самите ученици не могат със 100% гаранция за предсказване на всичко, особено
• дистанционните последици от използването на трансгенни организми, не правят това изобщо.

Но аргументите на тези, които подкрепят:

• в рамките на милиарди години на еволюция, природата успешно "се опита" всичко
• възможни варианти за създаване на живи организми, защо човешката дейност
• конструирането на променените организми трябва да предизвика опасения?
• в природата, гените постоянно се прехвърлят между различни организми (в
• характеристики между микроби и вируси), така че нищо не е ново
• трансгенните организми в природата няма да добавят.

Обсъждането на ползите и опасностите от прилагането на трансгенни организми обикновено се концентрира около основните въпроси за това дали продуктите, получени от трансгенни организми, са опасни и самите трансгенни организми са опасни?

Защита на здравето и околната среда или нечестната борба за икономически интереси?

Необходимо ли е международна организация, въз основа на предварителното разглеждане, ще регулира използването на трансгенни организми? Така че това е позволено или да се освободи на пазара за продукти, получени от такива организми? В края на краищата, семената, особено прашебът на границите, не се разпознават.

И ако международното регулиране на биотехнологията не е необходимо, дали ще има седемдесет национални правила, уреждащи третирането на трансгенни организми, към факта, че от страни, в които тези правила "либерални", трансгенни растения "избягат" в държави, където Правилата са "консервативни"?

Дори ако повечето страни се споразумеят за координирането на правилата за оценка на риска от трансгенни организми, как да се справят с относително професионалните и морални качества на служители и експерти? Ще бъдат ли са еднакви, например в САЩ, Германия, Китай, Русия и в Папуа Нова Гвинея?

Ако развиващите се страни и ще подпишат, например, световната конвенция за въвеждане на правилата на трансгенните организми, които ще им плащат за създаването и поддържането на съответните национални отдели, за консултации, разглеждане, мониторинг?

Приблизително половината от всички програми, разработени от ООН, UNIDO, UNEP са насочени към решаване на проблеми, свързани с трансгенни организми. Съществуват два основни документа: "Кодексът на доброволно приети правила, които трябва да се придържат към въвеждането на организми в околната среда", изготвени от UNIDO и протокола за секретариат на биобезопасност съгласно Конвенцията за биологичното разнообразие (UNEP).

Европейска гледна точка: Липсата на международно съгласувани правила за използване на трансгенни организми ще доведе до широкомащабни експерименти в открита среда, чиито вредни последици могат да бъдат необратими.

И така, къде е истината? Възможно ли е да се направи рационален избор между определена полза и несигурен риск? Правилният отговор е: опасни или безопасни трансгенни растения и продукти, основани на тях, опасността или сигурността, чиято сигурност все още не е убедително показана въз основа на съвременното ниво на знание, е разумно да се избегне тяхното използване.

Храна, модифицирана чрез методи за генетичен инженеринг

Първото опитно растение е получено през 1983 г. в Коронния институт в Кьолн. След 9 години трансгенният тютюн започна да расте в Китай, който не е завъртял вредители от насекоми. Първите търговски трансгенции бяха домати от клас Alvr Savr, създадени от Calgene и се появяват в американски супермаркети през 1994 година. Някои проблеми, свързани с тяхното производство и транспортиране, доведоха до факта, че компанията е била принудена след три години да премахне разнообразието от производство. В бъдеще бяха получени много разновидности на различни земеделски култури с изкуствено променен генетичен код. Сред тях са най-често срещаната соя (търговска култивация, започнала от 1995 г.), тя е над половината от общата култура; На второ място - царевица и зад тях - памук, пътническо рапица, тютюн и картофи.

Световни лидери в отглеждането на трансгенни растения - САЩ, Аржентина, Канада и Китай. В Русия вече има няколко експериментални "затворени" области с генетично модифицирани (GM) култури. Според директора на биоинженеринг център, академик K. Skryabina, някои от тях се занимават с картофи, устойчиви на коробна бръмбари и получени въз основа на трите най-често руски сорта - "Луговски", "Невски" и "Елизабет ".

Генетично модифицираните растения се използват за производство, както хранителни, така и хранителни добавки. Например, соевото мляко се получава от соя, която замества естественото за много бебета. GM суровини предлага по-голямата част от необходимостта от растително масло и хранителния протеин. Соев лецитин (E322) се използва като емулгатор и стабилизатор в сладкарската индустрия, а кожите на соята - в производството на трици, люспи и закуски. В допълнение, GM-Soya се използва широко в хранително-вкусовата промишленост и като евтин пълнител. До голяма степен тя е част от продуктите като хляб, колбаси, шоколад и др.

Модифицирани картофи и царевица се използват за приготвяне на чипове, и също обработени на нишесте, което се използва като сгъстители, студеници и желиращи вещества в сладкарската и хлебната индустрия, както и в производството на много сосове, кетчуп, майонеза. Царевица и рапично масло се използват под формата на добавки в маргарин, сладкиши, бисквити и др.

Въпреки факта, че продуктите, получени с генетично модифицирани източници, получени на световния пазар, потребителите все още са предпазливи към тях и не бързат да отидат в Франкенщайн.

Проблемът с модифицираната храна въз основа на генното инженерство предизвика бурно противоречие в обществото. Основният аргумент на поддръжниците на генетичната храна е характеристиките на самите земеделски култури, които BioenVentors добавят много свойства, от полза за потребителя. Те са по-малко примамливи и по-устойчиви на болести, насекоми вредители и най-важното - до пестициди, които се обработват по области и чието увреждане на човешкото тяло отдавна е доказано. Продуктите от тях са по-качествени и стокови типове, са увеличили стойността на храната и се съхраняват по-дълго.

Така, от "подобрени" инженери на царевица, соя и рапица, се получават растително масло, което намалява броя на наситените мазнини. В "нови" картофи и царевица повече нишесте и по-малко вода. Такива картофи по време на пържене изискват малко масло, въздушните чипове и картофи се получават от него, което е относително непроменено продукти по-лесно. Златният ориз, получен през 1999 г., е обогатен с каротин за предотвратяване на слепота при деца на развиващите се страни, GED ориз е основният хранителен продукт.

Съвсем наскоро прогнозите на генните инженери за "ядливи ваксини" изглеждаха като пълна фантастика. Въпреки това, вече е нараснал тютюн, в генетичния код, който "монтиран" човешкият ген е отговорен за производството на антитела към вируса на морбили. В близко бъдеще, според учените, ще бъдат създадени други подобни растения с антивирусно пълнене. В бъдеще това може да се превърне в един от основните начини на бъдещата имунопрофилактика.

Основният въпрос: дали храната, получена въз основа на генетично модифицирани източника, е безопасна за хората, докато остава без недвусмислен отговор, въпреки че през последните години са станали известни резултати от някои проучвания, които показват, че генетично модифицираните продукти влияят неблагоприятно на живите организми .

И така, британският професор на Арпад Путти (Арпад Пусзстан), който работи в Държавния институт на Ровец (Роут) от Абърдийн, през април 1998 година. Той заяви в телевизионно интервю, че експериментите, провеждани от тях, разкриват необратими промени в съотношенията на плъховете, се хранят от генетично модифицирани картофи. Те страдат от потискането на имунната система и различни нарушения на дейностите на вътрешните органи. Изявлението на учения се е превърнало в причина за уволнението му от работа за "разпространение на съзнателно лъжлива информация за псевдо-тялото".

Въпреки това, през февруари 1999 г. Независима група от 20 известни учени след задълбочено проучване публикуват заключение за работата на Арпадската пушка, която напълно потвърди точността на получените от него резултати. Във връзка с това министърът на земеделието на Великобритания е бил принуден да признае експериментите, достойни за внимание и да обмислят забрана на продажбите на генетично модифицирани продукти без изчерпателни изследвания и предварително лицензиране.

Освен това беше разкрито, че една от разнообразието на генетично модифицираната соя е опасна за хората, той дава алергии на ядки. Този генетично модифициран продукт е получено от една от най-големите компании в производството на "пионер хибридно международно" производство на семена след въвеждането на бразилския орех ген, резервен протеин, богат на такива аминокиселини като цистеин и метионин. Компанията е принудена да плати обезщетение на жертвата и проекта да се срине.

Компонентите, съдържащи се в генетично модифицирани продукти, могат да бъдат не само алергени, но и силно токсични, т.е. увреждане на живия организъм чрез химикали. Така, след няколко години на приложение, имаше съобщения за сериозни странични ефекти от използването на хранителна добавка, известна като аспартам (E 951).

Чрез химическата структура аспартамът е метилиран дипептид, състоящ се от остатъчни аминокиселини - аспарагинова киселина и фенилаланин. Добавя се към храни в незначителни количества, напълно замества захарта (захар по-сладък е почти 200 пъти). В това отношение аспартамс се отнасят до класа на подсладителите, т.е. нискокалорични вещества от неподходящия характер, при което се предлагат хранителни продукти и готови сладък вкус. Често подсладителите са объркани със заместители на захар, които в химическата природа са въглехидрати и са увеличили калориите.

Aspartame се произвежда под различни търговски марки: "NutraSweet", "Sucrelle", "равен", "лъжица", "Canderel", "свещена линия" и т.н. на руския пазар, той може да бъде намерен като част от многокомпонентни смесители на подсладителите , като "Aspasvit", "аспартин", "славикс", "Евросвит", "сладкиши" и др.

В продължение на много години, принадлежащи към напълно безвредно вещество, аспартам е било позволено да се използва в хранително-фармацевтично производство в повече от 100 страни по света. Препоръчва се от пациенти с захарен диабет, както и тези, които са претърпели затлъстяване или се страхуват от кариес. Използва се в производството на повече от 5 хиляди наименования на продукта: безалкохолни напитки, йогурти, млечни десерти, сладолед, кремове, дъвка и др.

Особено удобно аспарант за храни подсладители, които не изискват топлинна обработка. В допълнение, тя може да се използва в миг пастьоризация и бързо охлаждане. Въпреки това, в продуктите, които са изложени на отопление, използването му е неподходящо. Това се дължи на факта, че с всички прекрасни свойства на този подсладител има два недостатъка: тя е слабо разтворена във вода и не издържа на високи температури. Това усложнява процеса на готвене на хранителни продукти и ограничава използването на аспартам в области като хлебни и други видове хранителни индустрии, където температурата се увеличава технологично.

С дълга експозиция на температура над 30, компонентите на аспартам са разделени и сладостта се губи, в допълнение, метанолът се превръща във формалдехид. Последното вещество с остра миризма причинява фрактура на протеинови вещества и се отнася до категорията на отровните. В бъдеще формалната киселина се образува от формалдехид, което води до нарушение на киселинно-алкално равновесие. Токсичността на метанол в симптомите е подобна на склероза, така че пациентите често погрешно поставят тази диагноза. Въпреки това, ако множествената склероза не е фатална диагноза, тогава метаничната токсичност е фатална.

Полученият фенилаланин е в състояние да осигури изключително токсичен ефект, особено върху нервната система. Налице е наследствено заболяване поради нейното излишък и е известен като фенилкетонурия. Децата, родени с наречени наследствени заболявания, са податливи на гърчове и страдат от умствена изостаналост. Причината за това заболяване в вродения дефект на ензимния фенилаланаинхидроксилаза.

Последните постижения на медицинската генетика са установили, че дори всички здрави хора могат ефективно да абсорбират фенилаланин. Следователно, допълнителното въвеждане в тялото на тази аминокиселина не само значително увеличава нивото си в кръвта и представлява сериозна опасност за мозъка.

Във връзка с казаното, аспартът е противопоказан с болни хомозиготни фенилкетонурия и присъствието му трябва да бъде посочено върху етикета на хранителния продукт. Въпреки това, записът "съдържа фенилаланин, противопоказан за пациенти с фенилкетонурия" е направен в такъв малък шрифт, че рядко го чете. Но, въпреки това, аспартам все още е единствената генетично създадена химическа подготовка на американския пазар, която има ясна маркировка. Оказа се, че е възможно само след сравнително голям брой очевидни потвърждения на опасната токсичност на аспартам, а най-популярните вестници и американските списания се наричат \u200b\u200b"сладка отрова".

Антибиотичната резистентност е друг широко обсъден проблем, свързан с генетично модифицирана храна. В биоинженерната технология, устойчивостта на тези лекарства се използва в продължение на много години като маркери при получаването на векторни системи, превръщащи растителните клетки. Така, когато изваждате домати, сортът "Flavr Savr" се използва от канала на устойчивостта на канал и генетично модифицирана царевица - до ампицилин.

За съжаление все още няма начин да се премахнат тези маркерни гени след трансформация. Тяхното присъствие в генетично модифицирани продукти и причинява смущения на лекарите. Причината е, че маркерите гени на устойчивост на антибиотици по някаква причина може да не се усвояват от цялата оставаща ДНК и ще попаднат в генома на бактериите, живеещи в червата на човек. След отстраняване на бактерии от тялото с фекалии, такива гени ще се разпространяват в околната среда и се предават на други патогенни бактерии, които ще станат имунизирани срещу действието на антибиотиците на тази група. Появата на подобни суперхоби може да доведе до заболявания, които не могат да бъдат излекувани от съществуващите лекарства.

1. Възможности за генетично инженерство. четири

2. История на генното инженерство. 6.

3. Генно инженерство като наука. Методи за генетично инженерство. 10.

4. Области на прилагане на генно инженерство. 12

5. Научни факти за опасност от генно инженерство. осемнадесет

Заключение. 22.

Референции .. 23.

Въведение

Темата на генното инженерство наскоро става все по-популярна. Повечето от тях се обръщат на негативните последици, за които развитието на този клон на науката може да доведе до много ниска степен, ползите, които генетичното инженерство може да донесе.

Най-обещаващата област на приложение е производството на лекарства, използващи генетично инженерни технологии. Напоследък имаше възможност да се получат полезни ваксини, базирани на трансгенни растения. Не по-малко интерес е производството на хранителни продукти, използващи всички същите технологии.

Генното инженерство е науката за бъдещето. В момента световните милиони хектари на земята се посяват от трансгенни растения, създават се уникални лекарства, нови производители на полезни вещества. С течение на времето генното инженерство ще даде възможност да се постигнат нови постижения в медицината, селското стопанство, хранителната промишленост и животновъдството.

Целта на тази работа е да проучи характеристиките на възможността, историята на развитието и прилагането на генното инженерство.

1. Възможности за генетично инженерство

Важна част от биотехнологията е генното инженерство. Роден в началото на 70-те години, тя постига голям успех днес. Методи за генетично инженерство трансформират клетките на бактерии, дрожди и бозайници в "фабриката" за мащабното производство на всеки протеин. Това дава възможност да се анализира подробно структурата и функцията на протеините и да ги използва като лекарства. В момента чревната пръчка (Е. coli) се превърна в доставчик на такива важни хормони като инсулин и соматотропин. Преди това инсулинът се получава от клетки от животински панкреас, така че беше много високо. За получаване на 100 g кристален инсулин се изискват 800-1000 kg панкреас, а една желязна крава тежи 200 - 250 грама. Той направи инсулин скъпо и трудно да се достигне до широка гама диабетици. През 1978 г. изследователите от компанията "Gentek" първо са получили инсулин в специално проектиран щам на чревни пръчки. Инсулинът се състои от два полипептидни вериги А и в дължина 20 и 30 аминокиселини. При свързване на техните дисулфидни връзки се образува естествен двуплашен инсулин. Беше показано, че не съдържа протеини Е. coli, ендотоксини и други примеси, не дава странични ефекти, като инсулин на животни, а в биологичната активност не е така

е различен. Впоследствие, в клетките на Е. coli, се провежда синтез на проинсулин, за който неговата ДНК копие се синтезирана върху RNA матрица, използвайки обратна транскриптаза. След почистването на получения епсулин, той се разделя и получава нативен инсулин, докато етапите на екстракция и изолиране на хормон бяха сведени до минимум. От 1000 литра културална течност, можете да получите до 200 грама хормон, който е еквивалентен на количеството инсулин, изолирани от 1600 kg панкреаса на прасета или крави.

Соматотропин е човешки растежен хормон, отделян от хипофизната жлеза. Недостатъкът на този хормон води до хипофизни джуджета. Ако влезете в соматотропин в дози от 10 mg на килограм тегло три пъти седмично, след това за годината детето, страдащо от липсата му, може да бъде 100 cm. Получен предварително от тръбен материал, от един корпус: 4 - 6 mg соматотропин в Условия за преизчисляване на крайния фармацевтичен препарат. По този начин наличните количества хормон са ограничени, в допълнение, хормонът, получен по този метод, е хетерогенен и може да съдържа бавно развиващи се вируси. През 1980 г. Genentec разработи технология за производство на соматотропин с бактерии, която е лишена от изброените недостатъци. През 1982 г. в E. coli културата и животинските клетки в Института по пастьор във Франция и от 1984 г. започна промишленото производство на инсулин и СССР. При производството на интерферон се използват и Е. coli, S. cerevisae (дрожди) и културата на фибробластите или трансформирани левкоцити. Подобни методи също получават безопасни и евтини ваксини.

На технологичната рекомбинантна ДНК, тя се основава на производството на високо специфични ДНК сонди, с помощта на която експресията на гени в тъканите, локализацията на гените в хромозомите, открива гени със свързани функции (например при хора и пиле) . ДНК сондите също се използват в диагностицирането на различни заболявания.

Технологията на рекомбинантната ДНК дава възможност за нетрадиционния подход "протеин-ген", наречен "обратен генетика". С този подход, клетката се отделя от клетката, генът на този протеин е клониран, той се модифицира чрез създаване на мутантния ген, кодиращ променената форма на протеина. Полученият ген се въвежда в клетката. Ако се изразява, носенето на клетката и нейните потомци ще синтезират променения протеин. По този начин можете да коригирате дефектните гени и да третирате наследствени заболявания.

Ако хибридната ДНК се въвежда в оплодени яйца, могат да бъдат получени трансгенни организми, експресиращи мутантния ген и неговите потомци го предават. Генетичната трансформация на животните ви позволява да установите ролята на отделните гени и техните протеинови продукти както в регулирането на дейността на други гени, така и в различни патологични процеси. С помощта на генно инженерство се създават животински линии, устойчиви на вирусни заболявания, както и животински породи с човешки полезни функции. Например, микроинжектирането на рекомбинантна ДНК, съдържащо бик соматотропинов ген в зигота на заек, позволи трансгенното животно с хиперпродукцията на този хормон. Животните, получени притежавани изразени акромегалия.

Носителите на материалните основи на гените сервират хромозоми, които включват ДНК и протеини. Но образуването на гени не са химични, но функционални. От функционална гледна точка ДНК се състои от различни блокове, които съхраняват определено количество информация - гени. Основата на действието на гена е способността му чрез РНК да определи протеиновия синтез. В ДНК молекулата се записва информацията, определяща химическата структура на протеиновите молекули. Ген - парцел дНК молекули, в Което е информация за първичната структура на един протеин (един ген е един протеин). Тъй като има десетки хиляди протеини в организмите, има десетки хиляди гени. Комбинацията от всички клетки е нейният геном. Всички органични клетки съдържат същия набор от гени, но всеки от тях се осъществява от различни части на съхранената информация. Следователно, например, нервните клетки и структурно функционалните и биологичните характеристики се различават от чернодробните клетки.

Сега е трудно да се предскажат всички възможности, които ще бъдат изпълнени през следващите няколко десетилетия.

2. История на генното инженерство

Историята на високите медицински и биологични технологии, методи за генетични изследвания, тъй като най-генното инженерство е пряко свързано с вечното желание на човек да подобри породите домашни животни и култивирани култивирани хора. Подбор, определени индивиди от групи животни и растения и пресичането им помежду си, човек, без да има правилната представа за вътрешната същност на процесите, възникнали в живите същества, но много стотици и хиляди години създават подобрени породи на животни и сортове растения, които притежават определени полезни и необходими свойства за хората.

През XVIII и XIX век са направени много опити за разберете как се предават признаците на поколение на поколение. Едно важно откритие е направено през 1760 г. Ботаник Керерет, който преминава два вида тютюн, прехвърляйки се към прашеца на един вид върху пестните на други видове. Растенията, получени от хибридни семена, имат признаци, междинни между признаците на двамата родители. Kelreteiver направи логично заключение от това, че родителските признаци се предават както чрез полен (клетки от семена), така и през семената (яйчни клетки). Но нито един от него, нито съвременниците му, ангажирани с хибридизацията на растенията и животните, не могат да разкрият естеството на механизма за предаване на наследството. Това отчасти се дължи на факта, че в онези дни цитологичните основи на този механизъм все още не са известни, но главно фактът, че учените се опитват да изучават наследството на всички признаци на растения едновременно.

Научният подход при изучаването на наследство на някои признаци и имоти е разработен от австрийския католически монах Грегор Мендел, който през лятото на 1865 г. започва експериментите си по хибридизацията на растенията (към преминаването на различни сортове грахово зърно) на територията на неговия манастир. За първи път той отвори основните закони на генетиката. Грегор Мендел постигна успех, защото изучава наследството на индивида, ясно различно един от друг (контрастинг) знаци, преброи броя на потомците от всеки тип и внимателно ръководи подробните записи на всичките му експерименти върху преминаването. Запознаването с основите на математиката му позволи да тълкува правилно получените данни и да представи предположението, че всеки знак се определя от два наследствени фактора. По-късно бе показано талантлив монк изследовател, че наследствените свойства не се смесват, но се предават на потомство под формата на определени единици. Впоследствие това брилянтно заключение беше напълно потвърдено, когато е възможно да се видят хромозомите и да разберете функциите различни видове Клетъчна дивизия: митоза (соматични клетки - клетки), meeiza (генитална, размножаваща се, покълваща) и оплождане.

Мендел докладва за резултатите от работата си на срещата на Бонианското общество на натуралистите и ги публикува в писанията на това общество. Значението на получените резултати не е било разбрано от своите съвременници и тези проучвания не привличат вниманието от отглеждането на учени и натуралисти почти 35 години.

През 1900 г., след детайлите на разделението на клетките по вид митоза, мейоза и самото оплождане, три изследователи - де фриз в Холандия, корен в Германия и Чермак в Австрия - проведоха няколко експеримента и независимо един от друг незабавно се отвориха законите на наследствеността, класифицирани по-рано. По-късно, намирането на статия от Мендел, в който тези закони бяха ясно формулирани в продължение на 35 години пред тях, тези учени бяха единодушно възнаградени с учен-Иноку, призовавайки двата основни закона на наследствеността му.

През първото десетилетие на 20-ти век бяха извършени експерименти с най-различни растения и животни и бяха направени многобройни наблюдения по отношение на наследството на знаците при хора, което ясно показа, че всички тези организми наследственост се подчиняват на същите основни закони. Установено е, че факторите, описани от Мендел, които определят отделна характеристика, са разположени в хромозомите на клетъчното ядро. Впоследствие, през 1909 г., тези единици са наречени датски ботаника Йохансен гени (от гръцката дума "GE-NOSE" - род, произход), и американският учен Уилям Сидтън забеляза невероятното сходство между поведението на хромозомите по време на формирането на игри (секс Клетки), тяхното оплождане и прехвърляне на музеделски наследствени фактори - гени. Въз основа на тези гениални открития е създадена така наречената хромозомна теория на наследствеността.

Всъщност самата генетика като наука за наследствеността и променливостта на живите организми и методите за управление, произхождат в началото на 20-ти век. Американският генетичен учен Т. Морган, заедно със своите служители, проведе множество експерименти, позволено да разкрие генетичната основа за определянето на секса и да обясни редица необичайни форми на наследство, при които предаването на знак зависи от пода на индивида (така наречените знаци, облицовани с под). Следващата голяма стъпка напред беше направена през 1927 г., когато Мелол установи, че облъчва плодовете плодови плодове и други организми чрез рентгенови лъчи, можете изкуствено да им причините промени в гените, т.е. мутации. Това позволи да се получат много нови мутантни гени - допълнителен материал за изучаване на наследствеността. Данните за естеството на мутациите служи като един от ключовете за разбиране и структурата на самите гени.

През 20-те години на нашия век съветските учени от училището А.С. Бяха проведени първите експерименти, които показват колко е трудно да е ген. Тези идеи бяха използвани от J. Watson и F. Creek, които бяха управлявани през 1953 г. в Англия, за да създадат ДНК модел и дешифрират генетичния код. След това научноизследователската работа се свързва с целевото създаване на нови комбинации от генетичен материал и доведе до появата на самия генетичен инженеринг.

В същото време започнаха опитно проучване на отношенията между гените и ензимите. За тази цел друг обект е широко използван - Neurospora мухъл гъба, която може да бъде изкуствено получена и да изследва редица биохимични мутации, свързани със загубата на определен ензим (протеин). През последните десетилетия най-често срещаните обекти на генетичните изследвания бяха чревна пръчка (Escherichia coli) и някои бактерии, засягащи тази бактерия.

От самото начало на 20-ти век се наблюдава с релаксиращ интерес към изучаване на наследството на някои (специфични) знаци при хора и до наследственото прехвърляне на желани и нежелани признаци на домашни любимци и култивирани растения. Позовавайки се на все по-дълбоко познаване на генетичните модели, генетичните учени и животновъдите са научили почти, за да донесат породите на животните, които могат да оцелеят в горещ климат, кравите, които дават много мляко с високо съдържание на мазнини, пилета, носещи големи яйца с тънки черупки, царевични класове и пшеница с висока устойчивост на определени заболявания.

През 1972 г. в САЩ в лабораторията на P. Berg е получена първата хибридна (рекомбинантна) ДНК. Вълнуващи идеи в областта на човешката генетика и генетичните изследвания започнаха да бъдат широко развити и прилагани в самата медицина. През 70-те години тя започна да дешифрира човешкия геном. За повече от десетки години има проект, наречен "човешкият геном". От 3 милиарда двойки нуклеотиди, разположени под формата на твърди непрекъснати проходи, все още се чете само около 10 милиона знака. В същото време се създават нови генетични техники, които повишават скоростта на четене ДНК. Директор на медицинския и генетичен център на Руската академия по медицински науки V.I. Иванов определено вярва, че "целият геном ще бъде прочетен за 2020 г."

3. Генно инженерство като наука. Методи за генетично инженерство

Генетично инженерство - дизайн in vitro функционално активни генетични структури (рекомбинантна ДНК) или по друг начин - създаването на изкуствени генетични програми (Баев а.А.). От Е.. Пербско Генетично инженерство е система от експериментални техники за проектиране на изкуствени генетични структури под формата на така наречените рекомбинантни или хибридни ДНК молекули.

Това е насочено към предварително определена програма за проектиране на молекулярни генетични системи извън тялото, последвана от въвеждането им в жив организъм. В същото време рекомбинантните DNA стават неразделна част от генетичния апарат на структурата на чипове и съобщават за нови уникални генетични, биохимични и след това физиологични свойства.

Целта на приложното генно инженерство е да се проектират такива рекомбинантни ДНК молекули, които, когато се въвеждат в генетичния апарат, ще дадат на организма да организира, полезно за човек.

Рекомбинантната ДНК технология използва следните методи:

Специфична ДНК се разделя с ограничаване на нуклеазите, ускорявайки освобождаването и манипулацията с отделните гени;

Бързо секвениране на всички нуклеотиди с пречистен ДНК фрагмент, който ви позволява да определяте границите на гена и аминокиселинната последователност, кодирана от нея;

Проектиране на рекомбинантна ДНК;

Хибридизация на нуклеинови киселини, позволяващи идентифициране на специфични РНК или ДНК последователности с по-голяма точност и чувствителност въз основа на способността им да свързват допълнителни последователности на нуклеинови киселини;

ДНК клониране: амплификация in vitro с верижна полимераза реакция или въвеждане на ДНК фрагмент в бактериална клетка, която след такава трансформация възпроизвежда този фрагмент в милиони копия;

Въвеждане на рекомбинантна ДНК в клетки или организми.

4. Области на прилагане на генно инженерство

В момента научните открития в областта на човешката генетика са действително революционно значение, тъй като става дума за възможността за създаване на "карта на човешкия геном" или "патологичната анатомия на човешкия геном". Тази генетична карта ви позволява да инсталирате местоположението на гените на дългата спирала на ДНК, носене на отговорност За някои наследствени заболявания. Според генетичните учени тези неограничени възможности са формирали основата за идеята за прилагане в клинична практика, така наречената генна терапия, която е такава посока на лечение на пациенти, която е свързана със заместването на засегнатите гени с Високи биологични технологии и генетично инженерство. Нашествието на човешкия гейн и гарантиране на препитанието им е възможно както на нивото на соматични (всякакви тела с определени структурни и функционални разлики) на телесни клетки и на нивото на генитални, възпроизвеждащи се (погледи) и зародишни (ембрионални) клетки .

Генетично инженерство като вид терапия - лечението на определено генетично определено заболяване е свързано с подаването на подходяща молекула на звена за подбраненост, за да се замени с помощта на неговия ген, секторът на хромозома, който съдържа сам по себе си дефект или да се вграждат в човешкия генетичен материал чрез синтез с така наречените соматични човешки клетки, имащи генетичен дефект. Задачата на генното инженерство срещу дадено лице е да осигури подходящо целенасочено въздействие върху определен ген, за да го коригира към правилното функциониране и осигуряване на лице, страдащо от наследствено заболяване, нормален, непроменен вариант на ген. За разлика от лекарството, лекарствена терапия, такава терапия, наречена генно инженерство, може, очевидно, да осигури пациент дългосрочен, продължителен, високоефективен, да донесе голямо облекчение и обезщетение.

Въпреки това, всички съвременни методи ДНК администрациите в живите организми не могат да насочват и предават на определена популация от клетки, съдържащи модифицирани и следователно превръщането на функциониращия ген. С други думи, така нареченият насочен трансфер, транспортирането на гени в условията на тялото (в in vivo модел) понастоящем е невъзможно.

Различен методологически подход, основан на извличането на пациент определена популация от клетки, съдържащи засегнатия ген и манипулация с генетичен материал, като заменя дефектните гени в клетките, използващи генетично инженерство (в in vitro модел) и връщането им към мястото в Тялото, където са взети от пациента, са възможни в условията на медицински и генетични центрове. Този метод на генна терапия чрез генно инженерство вече е бил използван в експериментален опит да се излекуват двама пациенти, страдащи от рядко генетично причинена болест, така наречената бета-таласемия, която, като сърповидна анемия, също е причинена от присъствието в червени кръвни клетки неправилно подредени и следователно неправилно функциониращи протеин. Същността на манипулацията е, че така наречените стволови клетки се изолират от костния мозък, в хромозомите, от които се въвежда секцията на хемоглобулин на секцията ДНК в хромозомата. След като пациентите, останали в костния мозък, неправилно функциониращите стволови клетки бяха почти напълно унищожени, стволови клетки се подобриха с помощта на генното инженерство. За съжаление, тези два опита се оказаха клинично неуспешни, тъй като пациентите загинаха. Този първи случай на използване на генно инженерство в условията на болничната болница не е позволен и не е одобрен от съответните комитети за контрол, а участниците му са били силно осъдени за грубо нарушение на правилата за провеждане на научни изследвания в областта на човешкото \\ t Генетика.

Почти до други последици може да доведе генетичното инженерство на възпроизвеждането (по половите) клетки, тъй като прилагането на ДНК в тези клетки се различава от корекцията на генетичен дефект в соматични (телесни, необработени) клетки. Известно е, че въвеждането на други гени в хромозомата на гениталните клетки води до тяхното предаване до следващите поколения. По принцип е възможно да се въведат някои части на ДНК вместо дефектни участъци към генетичния материал на всяка възпроизвеждаща клетка на определено лице, което е засегнато от генетично предварително определено заболяване.

Наистина, това беше постигнато с мишки. По този начин, от женския яйчник, се получава яйчна клетка, която впоследствие се опложда в тръбата (in vitro) и след това в хромозом оплодена яйцеклетка е въведена чуждестранна част от ДНК. Същото оплодено яйце с променен геном е имплантирано (въведено) в мишката на майката мишка. Източникът на чужда ДНК в един експеримент е генетичният материал на заек и в другия - човек.

За да се открие в периода на вътрематочно развитие на плода, вероятността за раждането на детето с определени генетични отклонения, като например синдром на Даун или тайландско-саксове, изследванията и техниката на развитие на така наречената амниоцентена - преди анализ, по време на който пробата от биологична течност, съдържаща ембрионалните клетки, са взети от околоплодна торба на ранния етап на втория триместър на бременността. В допълнение, методът за извличане на различни ядра клетки от пробата на плацентасната кръв на майката е получено по-нататъшно развитие. Маточните клетки, получени по този начин, могат понастоящем да се използват само за откриване на ограничен брой генетично определени заболявания, при които има тежки, груби нарушения в структурата на ДНК и се определя от биохимични анализи Промени. Генетичното инженерство с помощта на рекомбинантна ДНК с вътрематочно проучване отваря способността за правилно диагностициране и многобройни наследствени заболявания.

В този случай се разработват техники за създаване на така наречените гени "сонди", като се използва, което може да бъде монтирано, независимо дали има нормален, непроменен ген в хромозомата, или е налице анормален, дефектен ген. В допълнение към използването на рекомбинантна ДНК, генното инженерство, което е на един от етапите на неговото образуване, в бъдеще ще позволи така нареченото "планиране" на човешките гени, с изчислението, така че определен ген да носи изкривен , патологична информация и поради интерес към лекарите генетика, тя може да бъде открита навреме и справедливо по аналогия с метода за използване на друг "белязан" ген. Тази сложна медицинска и биологична техника трябва да помогне при определянето на местоположението на всеки ген в сутрешните клетки, а не само в тези, вероятността за откриване, в която се извършват различни нарушения, използвайки техниката на инноцентенците.

През последните години през последните години се появиха нови участъци от биомедицинските науки, като например висока ДНК технология, ембрионална терапия и клетъчна терапия (цитотерапия), т.е. вътрематочна диагноза и лечение на генетично определено заболяване, както при Фаза на формиране и развитие на ембриона (ембриона) и на етапа на узряване на плода. Нашествието на ембрионалния материал и манипулацията с него имат пряко въздействие върху наследството на генетични промени, тъй като те имат способността да предават от поколение на поколение. Освен това, генетичната диагноза започва да нараства в генетична прогноза, т.е. в определение, бъдещата съдба на дадено лице, което определя основните революционни промени в самата медицина, която в резултат на това има възможност за комплексна медицинска и Генетичните експерименти и методологията са започнали много преди появата на "клинична картина на болестта", понякога дори преди сачовете на човек, определят кои наследствени агенции са застрашени. По този начин, благодарение на усилията на генетичното инженерство и специалисти в областта на генното инженерство, така наречената "прогностична медицина" е създадена от дълбините на медицинските и биологичните науки, т.е. лекарства, "правене на прогнози за бъдещето".

В същото време различните технологии и техники на генна инженеринг позволяват да се предскаже в интраутриращия период на развитие на детето, преди неговото раждане, не само присъствието на определено наследствено заболяване, но също така описват подробно медицинските и генетични Свойства на нарастващия ембриона и плод.

С натрупването на нови данни за генетичното картографиране на човешкия геном и описанието (последователността) на неговата ДНК, а също и защото разработените съвременни методи за изследване на полиморфизмите на ДНК позволяват да се направи достъпна генетична информация за някои структурни и функционални (включително патологични) характеристики на човешкото тяло, което, очевидно, ще бъде показано в бъдеще, но все още не се забележи сега, става възможно да се получи с помощта на медицинска и генетична диагностика на цялата генетична информация за детето не само докрайлинилно, че Дали преди проявлението на определено наследствено заболяване и пренатално, това е преди раждането му, но и по-често, това е дори преди зачеването му.

В напълно предвидимо бъдеще, благодарение на успеха и напредъка в областта на медицинската генетична диагностика, ще бъде възможно според ДНК диагностиката, достатъчно е да се прецени от това, например, какъв ще бъде растеж на човек, Неговите умствени способности, предразположение към определени болести (по-специално на онкологично или психическо), обречените по проявлението и развитието на всякакви наследствени заболявания.

Съвременните медицински и биологични технологии правят възможно откриването на различни нарушения в гените, които могат да изразят себе си и да причинят определени заболявания, не само на етапа на ясно изразено клинично заболяване, но дори когато няма признаци на патология и самата болест ще се обяви. Примери за това могат да бъдат поразителни на 40-годишна възраст и дори 70 години, болестта на Алцхаймер и болестта на Хънтингтън. Въпреки това, в тези случаи е възможно да се откриват гени, които могат да причинят подобни заболявания при хората, дори преди концепцията на самия пациент. Известно е също, че захарният диабет може да се дължи на броя на заболяванията. Предразположението към това заболяване и генетично определената патология се наследяват и могат да се проявят в случай на неспазване на определен начин на живот в зряла или старост. Възможно е с достатъчна увереност, че ако и двамата родители или един от тях страдат от диабет, вероятността за наследяване на "диабет" гена или набор от такива гени се предава на деца.

В този случай се оказва, че е възможно да се извършат съответните медицински и биологични изследвания и да се постави правилната диагноза в присъствието на микроскопски малки количества биологичен материал. Понякога има няколко отделни клетки достатъчно за това, което ще бъде умножено в in vitro културата, а "генетичният портрет" на тестващия човек ще бъде получен, разбира се, не на всички гени на неговия геном (те са десетки десетки Хиляди!), Но за тези от тях, за които има основателни причини да подозираме наличието на определени дефекти. Едновременното развитие на методите на клетъчното и генното инженерство ще позволи на следващите етапи на познанието на генома да отворят практическа способност да произволно и преди всичко за терапевтични цели, да променят последователността и реда на гените, техния състав и структура.

Медицината не е единствената област на генетично инженерство. Има генитално инженерство на растенията, генетично инженерство на бактериологични клетки.

Наскоро нови възможности се появиха в получаването на "годни за консумация" ваксини, базирани на трансгенни растения.

За трансгенни растения в света се постигат големи успехи. Те до голяма степен са свързани с факта, че проблемът за получаване на тялото от клетката, клетъчните групи или незрелите ембриони в растенията вече не са много работа. Клетъчната технология, тъканната култура и създаването на регенеранти се използват широко в съвременната наука.

Обмислете постиженията в областта на производството на култури, които бяха получени в Сибирския институт по физиология и биохимия на завод SB RAS.

Така през последните години са получени редица трансгенни растения чрез прехвърляне на UGT, ACP, ACB, ACCC гени в техния ген и други избрани от различни растителни обекти.

В резултат на въвеждането на тези гени, трансгенни пшенични растения, картофи, домати, краставица, соя, грах, рапица, ягоди, Aspen и някои други се появиха.

Въвеждането на гени е произведено или "обстрелване" от "генния пистолет" (дизайнът на който е разработен в нашия институт) или генетичен вектор на базата на агробактериален плазмид, имащ вградени целеви гени и съответните промотори.

В резултат на това се образуват редица нови трансгенни форми. Ето някои от тях.

Трансгенната пшеница (2 степени), която има значително по-интензивен растеж и груба, вероятно е по-устойчив на суша и други неблагоприятни фактори на околната среда. Изследва се нейната производителност и наследство на придобитите имоти.

Трансгенни картофи, които са наблюдавани в продължение на три години. Постоянно дава реколта с 50-90% над контрола, придоби почти пълна устойчивост на хербицидите на ауксино серията и, в допълнение, клубените му са значително по-малко "черни" при рязане чрез намаляване на активността на полифенолоксидаза.

Трансгенни домати (няколко сорта), характеризираща се с по-голяма гънка и добив. В условията на оранжерията на реколтата - до 46 кг от квадратен метър (два повече от горния контрол).

Трансгенната краставица (няколко сорта) дава по-голям брой плодородни цветя и, следователно, плодове с добива до 21 кг от квадратен метър спрямо 13,7 контрола.

Има трансгенни форми и други растения, много от които също имат редица полезни икономически признаци.

Генното инженерство е науката за днешните и утре. Вече в света десетки милиони хектари се посяват в света, създават се нови лекарства, създават се нови производители на полезни вещества. С течение на времето генното инженерство ще се превърне във все по-мощен инструмент за нови постижения в областта на медицината, ветеринарната медицина, фармакологията, хранителната промишленост и селското стопанство.

5. Научни факти за опасно генетично инженерство

Трябва да се отбележи, че заедно с напредъка, който носи развитието на генното инженерство, разпределя някои факти за опасността от генно инженерство, основната част от които са представени по-долу.

1. Генетичното инженерство е коренно различно от отстраняването на нови сортове и скали. Изкуственото добавяне на чужди гени силно разрушава точно коригирания генетичен контрол на нормалната клетка. Манипулиращите гени са коренно различни от комбинацията от майчински и бащин хромозоми, което се случва с естествено преминаване.

2. В момента генетичното инженерство е технически несъвършено, тъй като не е в състояние да контролира процеса на вграждане на нов ген. Следователно е невъзможно да се предвиди мястото на вграждане и ефектите на добавения ген. Дори ако местоположението на гена ще бъде възможно да се инсталира, след като е вградено в генома, наличната информация за ДНК е много непълна, за да се предскажат резултатите.

3. В резултат на изкуствено добавяне на извънземен ген, опасните вещества могат да бъдат непредвидени. В най-лошия случай, той може да бъде токсични вещества, алергени или други вещества, вредни за здравето. Информацията за този вид възможности все още е много непълна.

4. Няма напълно надеждни методи за инспекция за безвредност. Повече от 10% от сериозните странични ефекти от новите лекарства не могат да бъдат разкрити, въпреки внимателно проведените изследвания върху безвременно. Степента на риск от факта, че опасните свойства на новите продукти, модифицирани от генното инженерство, ще останат незабелязани, вероятно значително повече, отколкото в случай на лекарства.

5. понастоящем не са достатъчно недостатъчни изисквания, недостатъчни. Те са напълно съставени по такъв начин, че да опростят процедурата за одобрение. Те ви позволяват да използвате изключително нечувствителни методи за безвредност. Следователно съществува значителен риск, че опасността храна може да бъде проверена незабелязана.

6. Създадено до момента с помощта на генно инженерни храни нямат значителна стойност за човечеството. Тези продукти отговарят предимно на търговските интереси.

7. Познаването на действията върху околната среда, изменено с помощта на генетични инженерни организми, въведени са напълно недостатъчни. Все още не е доказано, че организмите, модифицирани от генното инженерство, няма да имат вредно въздействие върху околната среда. Еколозите направиха предположения за различни потенциални екологични усложнения. Например, има много възможности за неконтролираното разпределение на потенциално опасните гени, използвани от генното инженерство, включително прехвърлянето на гени от бактерии и вируси. Усложненията, причинени в околната среда, е вероятно да могат да се коригират, тъй като освободените гени не могат да бъдат взети обратно.

8. Възможно е да се появят нови и опасни вируси. Експериментално се показва, че вирусите, вградени в генома, могат да бъдат свързани към гените на инфекциозните вируси (така наречената рекомбинация). Такива нови вируси могат да бъдат по-агресивни от първоначалното. Вирусите също могат да бъдат по-малко определени. Например, растителните вируси могат да станат вредни за полезни насекоми, животни, както и хора.

9. Познаване на наследственото вещество, ДНК, много непълна. Известно е за функцията само на три процента от ДНК. Рисково манипулирани от сложни системи, по кои знания са непълни. Обширният опит в областта на биологията, екологията и медицината показва, че това може да причини сериозни непредсказуеми проблеми и разстройства.

10. Генетичното инженерство няма да помогне за решаването на вкуса на глада в света. Твърдението, че генното инженерство може да допринесе значително за разрешението на проблема с глада в света, е научно необоснован мит.

Заключение

Генното инженерство е метод на биотехнология, който се занимава с изследване на преструктурирането на генотипове. Генотипът не е само механично количество гени, но сложната система се развива в процеса на еволюция на организмите. Генетичното инженерство ви позволява да прехвърляте генетична информация от едно тяло към друго чрез операции в епруветката. Прехвърлянето на гени дава възможност за преодоляване на междинните бариери и предаване на отделни наследници на някои организми на други.

Преструктурирането на генотипове, при извършване на генетични инженерни задачи, е висококачествените промени в гените, които не са свързани с хромозомната структура, видима в микроскопа. Промените на гена се дължат главно на трансформацията на химическата структура на ДНК. Информацията върху структурата на протеина, записана под формата на последователност от нуклеотиди, се реализира като последователност от аминокиселини в синтезираната протеинова молекула. Промяната в последователността на нуклеотидите в хромозомална ДНК, загубата на едно и включването на други нуклеотиди варира в състава на РНК молекулата, образувана върху ДНК, и това от своя страна причинява нова последователност от аминокиселини по време на синтеза. В резултат на това нов протеин започва да се синтезира в клетката, което води до появата на нови свойства от тялото. Същността на генно генното инженерство е, че индивидуалните гени или групи от гени са вградени в генотипа на организма. В резултат на вграждането в генотипа на предишния липсващ ген, е възможно клетката да синтезира протеините, които не е била синтезирана преди това.

Библиография

2. Lee A., Tingland B. T-ДНК интеграция в растителния геном: прототип и реалност // физиология на растенията. 2000. - том 47. - № 3.

3. Lutova L. A., Previne N. A., Tikheev O. N. и други. Генетика на развитието на растенията. - SPB: Наука, 2000. - 539в.

4. Lyadskaya M. Genetic Engineering може да направи всичко - дори растат ваксина в градина // фармацевтичен бюлетин. - 2000. - №7.

5. Романов Г. А. Генетично инженерство на растенията и начините за решаване на проблема с биобезопасност // Физиология на растенията, 2000. - том 47. - № 3.

6. Salyaev R. Митове и реалност на генното инженерство // Наука в Сибир. - 2002. - №7.

7. ЛЕБЕВА О. О. Лечение на гени - фантазия или реалност? // Фармацевтичен бюлетин. - 2002. - №5.

Kuzmina n.a. Основи на биотехнологията: урок. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256С.

Лутова Л. А., Провост Н. А., Тиодаев О. Н. И др. Генетика за развитието на растенията. - SPB: Наука, 2000. - 539в.

Lyadskaya M. Genetic Engineering може всички - дори растат ваксина в градина // фармацевтичен бюлетин. - 2000. - №7.

Kuzmina n.a. Основи на биотехнологията: урок. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256С.

ЛЕБЕВА О. О. ЛЕЧЕНИЕ НА ГЕНЕ - ФАНТАЗИЯ ИЛИ РЕАЛЯ? // Фармацевтичен бюлетин. - 2002. - №5.

Салаев Р. Мит и реалността на генното инженерство // Наука в Сибир. - 2002. - №7.

Kuzmina n.a. Основи на биотехнологията: урок. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256С.

Въведение

В работата ми разкривам тема на генетичното инженерство. Възможностите, открити от генното инженерство пред човечеството, както в областта на фундаменталната наука, така и в много други области, са много големи и често дори революционни.

По този начин тя позволява промишленото производство на необходимите протеини, значително улеснява технологичните процеси за получаване на ферментационни продукти - ензими и аминокиселини, в бъдеще могат да бъдат използвани за подобряване на растенията и животните, както и за лечение на наследствени човешки заболявания.

Така, генетичното инженерство, сред основните направления на научния и технологичния прогрес, активно допринася за ускоряването на решаването на много задачи, като храна, селскостопанска, енергия, екологична.

Но особено големите възможности за генното инженерство се отварят преди лекарство и фармацевтично, тъй като използването на генно инженерство може да доведе до трансформации на местни лекарства.

1. Същност на генното инженерство.

1.1. История на генното инженерство.

Генното инженерство се появи благодарение на произведенията на много изследователи в различни бозаи от биохимия и молекулярна генетика.

През годините основният клас макромолекули се счита за протеини. Той дори съществува, че гените имат протеинов характер.

Едва през 1944 г. Avery, Mac Landine и Poppy Picture показаха, че превозвачът на наследствена информация е ДНК.

От това време започва интензивното изследване на нуклеиновите киселини. След десетилетие, през 1953 г., J. Watson и F. Creek създадоха двоен ДНК модел. Тази година се счита за годината на раждане на молекулярна биология.

В началото на 50-те и 60-те години на миналия век са изяснени свойствата на генетичния код, а до края на 60-те години неговата гъвкавост се потвърждава експериментално.

Имаше интензивно развитие на молекулярна генетика, чиито обекти бяха чревна пръчка (Е. coli), нейните вируси и плазмиди.

Разработени са методи за освобождаване на високо пречистени лекарства на непокътнати молекули на ДНК, плазмид и вируси.

ДНК от вируси и плазмиди се инжектира в клетки в биологично активни, осигурявайки неговата репликация и експресия на съответните гени.

През 70-те години са отворени редица ензими, които катализират реакциите на трансформацията на ДНК. Специална роля в развитието на методи за генетично инженерство принадлежи към ограничения и ДНК лигази.

Историята на развитието на генното инженерство може да бъде разделена на три етапа:

Първият етап е свързан с доказателството за принципната възможност за получаване на рекомбинантни ДНК молекули in vitro. Тези произведения се отнасят до получаване на хибриди между различни плазмиди. Възможността за създаване на рекомбинантни молекули, използващи първоначалните молекули на ДНК от различни видове и щамове на бактерии, тяхната жизнеспособност, стабилност и работа.

Вторият етап се свързва с началото на работата при получаване на рекомбинантни ДНК молекули между хромозомите на прокариоти и различни плазмиди, доказателство за тяхната стабилност и жизнеспособност.

Третият етап е началото на работата върху включването на ДНК молекули (ДНК използва за прехвърляне на гени и способни да се интегрират в генетичния апарат на получатели клетки) еукариоти, главно животни.

Формално, датата на раждане на генното инженерство трябва да се счита за 1972 г., когато в Stepford University P. Berg и S. Cohen със служители създава първата рекомбинантна ДНК, съдържаща ДНК фрагменти от вируса на SV40, бактериофаг и Е. coli.

1.2. Концепция за генетично инженерство

Един от секциите на молекулярната генетика и молекулярната биология, която е открила най-голямото практическо приложение е генно инженерство.

Генетичното инженерство е сумата от методите, позволяващи прехвърлянето на гени от един организъм в друг, или е технология за насочване на нови биологични обекти.

Роден в началото на 70-те години, тя постига голям успех днес. Методи за генетично инженерство трансформират клетките на бактерии, дрожди и бозайници в "фабриката" за мащабното производство на всеки протеин.

Това дава възможност да се анализира подробно структурата и функцията на протеините и да ги използва като лекарства.

В момента чревната пръчка (Е. coli) се превърна в доставчик на такива важни хормони като инсулин и соматотропин.

Преди това инсулинът се получава от клетки от животински панкреас, така че беше много високо. За получаване на 100G кристален инсулин се изискват 800-1000 кг от панкреаса и една желязна крава тежи 200-250 грама. Той направи инсулин скъпо и трудно да се достигне до широка гама диабетици.

Инсулинът се състои от два полипептидни вериги А и в дължина 20 и 30 аминокиселини. При свързване на техните дисулфидни връзки се образува естествен двуплашен инсулин.

Доказано е, че не съдържа протеини Е. coli, ендотоксини и други примеси, не дава странични ефекти, като инсулинови животни, а върху биологичната активност не се различава от него.

Соматотропин е човешки растежен хормон, отделян от хипофизната жлеза. Недостатъкът на този хормон води до хипофизни джуджета. Ако влезете в соматотропин в дози от 10 mg на 1 kg тегло три пъти седмично, тогава година за годината, страдаща от липсата му, може да расте с 6 cm.

Преди това се получава от корпусен материал, от един корпус: 4 - 6 mg соматотропин по отношение на крайния фармацевтичен препарат. По този начин наличните количества хормон са ограничени, в допълнение, хормонът, получен по този метод, е хетерогенен и може да съдържа бавно развиващи се вируси.

През 1980 г. Genentec разработи технология за производство на соматотропин с бактерии, която е лишена от изброените недостатъци. През 1982 г. в E. coli културата и животинските клетки в Института по пастьор във Франция и от 1984 г. започна промишленото производство на инсулин и СССР.

1.3. Цели и цели на генетичното инженерство

Целта на приложното генно инженерство е да се проектират такива рекомбинантни ДНК молекули, които, когато се въвеждат в генетичния апарат, ще дадат на организма да организира, полезно за човек.

На технологичната рекомбинантна ДНК, тя се основава на производството на високо специфични ДНК сонди, с помощта на която експресията на гени в тъканите, локализацията на гените в хромозомите, открива гени със свързани функции (например при хора и пиле) . ДНК сондите също се използват в диагностицирането на различни заболявания.

Технологията на рекомбинантната ДНК дава възможност за нетрадиционния подход "протеин-ген", наречен "обратен генетика". С този подход, клетката се отделя от клетката, генът на този протеин е клониран, той се модифицира чрез създаване на мутантния ген, кодиращ променената форма на протеина. Полученият ген се въвежда в клетката. По този начин можете да коригирате дефектните гени и да третирате наследствени заболявания.

Ако хибридната ДНК се въвежда в оплодените яйцеклетки, могат да бъдат получени трансгенни организми, предаващи мутантни генни потомци.

Генетичната трансформация на животните ви позволява да установите ролята на отделните гени и техните протеинови продукти както в регулирането на дейността на други гени, така и в различни патологични процеси.

Рекомбинантната ДНК технология използва следните методи:

· Специфично разделяне на ДНК чрез ограничаване на нуклеазите, ускоряване на освобождаването и манипулацията с отделните гени;

· Бързо секвениране на всички нуклеотиди с пречистен ДНК фрагмент, който ви позволява да определяте границите на гена и аминокиселинната последователност, кодирана от нея;

· Проектиране на рекомбинантна ДНК;

· Хибридизация на нуклеинови киселини, позволяващи идентифициране на специфични РНК или ДНК последователности с по-голяма точност и чувствителност;

· ДНК клониране: амплификация in vitro с помощта на верижна полимераза реакция или въвеждане на ДНК фрагмент в бактериална клетка, която след такава трансформация възпроизвежда този фрагмент в милиони копия;

· Въвеждане на рекомбинантна ДНК в клетки или организми.

2.

2.1. Избор на гени, съдържащи необходимата информация.

Получаването на гени е възможно по няколко начина: освобождаване от ДНК, химически ензимен синтез и ензимен синтез.

Разделянето на ДНК гени се извършва с помощта на ограничения, катализиращи ДНК, разделящи се в зони, които имат определени нуклеотидни последователности (4-7 нуклеотидни двойки). Разделянето може да се извърши в средата на разпознаваемата част на нуклеотидни двойки; В същото време и двете ДНК влакна са "нарязани" на едно ниво. Получените ДНК фрагменти имат така наречените "глупави" краища. Възможно е да се раздели ДНК с смяна, докато една от нишките изпълнява няколко нуклеотида. В същото време "Sticky" завършва, поради взаимното им допълване, влизане във взаимодействие. Нуклеотидната последователност с лепкави краища може да бъде прикрепена към вектора (предварително третирана със същата резикова), за да се превърне в пръстен в резултат на омрежване с лигази на взаимно съвместими краища. Методът има значителни недостатъци, тъй като е доста трудно да се избере ефектът на ензимите за стриктно разлагане на желания ген. Заедно с генома, "допълнителни" нуклеотиди или, напротив, ензимите отрязват част от гена, превръщайки я в функционално дефектен.

Синтезът на химикали е ензим се използва, ако е известен първичната протеинова структура или пептид, синтезът на който кодира гена. Необходимо е да се пълнят знанията за нуклеотидната последователност на ген. Този метод ви позволява да пресъздадете желаната последователност на нуклеотиди, както и да въведете в гените към гените на разпознаване на рестрикти, регулаторни последователности и т.н. Методът се състои от химичен синтез на една верига фрагменти от ДНК (олигонуклеотиди) поради Фазирано образуване на основни връзки между нуклеотиди, обикновено 8-16-връзки., В момента има "гени автомобили", които под контрола на микропроцесора много бързо синтезират специфични къси последователности на едноверижна ДНК

Желаната базова последователност се въвежда на контролния панел на клавиша. Микропроцесорът отваря клапаните, през които с помощта на помпа в синтезиращата колона, внустите, както и необходимите реагенти и разтворители са последователни. Колоната се напълва със силиконови перли, върху които се събират ДНК молекули. Това устройство е възможно синтез на вериги до 40 нуклеотида с по-близо 1 нуклеотид за 30 минути. Получените олигонуклеотиди с помощта на ДНК лигаза се зашиват един с друг с образуването на двуверен нуклеотид. При този метод бяха получени гените на и В-вериги инсулин, проинсулин, соматостатин и др.

Ензимният генен синтез на базата на специална матрична РНК (иРНК) в момента е най-често срещаният метод. Първо, матрицата RNAS се изолират от клетки, сред които ще има мРНК, кодирана от генома, който се изисква, за да бъде разпределен. След това, в одобрените условия, нишката на ДНК, допълваща мРНК (сДНК), се синтезира от обратната транскриптаза (реверза). Получената безплатна ДНК (сДНК) служи като матрица за синтеза на втората ДНК нишка, използваща ДНК полимераза или реверза. Семената е олигонуклеотид, допълнителен 3'-край на иРНК; Новата ДНК верига се образува от деоксинуклеосидерияфосфати в присъствието на магнезиеви йони.

Методът с голям успех се прилага за получаване на човешки растежен хормон (соматотропин) през 1979 година. Генът, получен по един или друг начин, съдържа информация за структурата на протеина, но не може да бъде изпълнена. Следователно са необходими допълнителни механизми за контролиране на действието на ген. Прехвърлянето на генетична информация в клетката получател се извършва във вектора. Векторът е като правило, пръстеновидната ДНК молекула, способна да се възпроизвежда. Генът заедно с векторните форми рекомбинантна ДНК.

2.2. Избор на вектори (вируси, плазмиди), способни на самостоятелно репликация в получателя.

Под концепцията за "вектор" се разбира като молекула нуклеинова киселина, способна след приложение към клетка към автономно съществуване поради наличието на репликация и транскрипционни сигнали.

Векторните молекули трябва да имат следните свойства:

1) способността да се репликира самостоятелно в клист-редиотражателя, т.е. да бъде независим репликон;

В зависимост от целта на експеримента, векторите могат да бъдат разделени на две групи: 1), използвани за клониране и усилване на желания ген; 2) Специализиран приложим за изразяване на вградени чужди гени. Втората група вектори съчетава вектори, предназначени да осигурят синтеза на протеинови продукти на клонирани гени. Векторите за експресия съдържат ДНК последователности, които са необходими за транскрипция на клонирани копия на гени и излъчване на тяхната иРНК в клетъчни щамове.

Плазмидите, бактериофаги се използват като прокариотни вектори; Като еукариотни вектори, животински и растителни вируси се използват, вектори на базата на 2 mkm дрожди и митохондрии и редица изкуствено проектирани вектори, способни да се репликират както в бактериални, така и в еукариотни клетки (совалкови вектори).

Плазмидите са екстрахромозомни генетични елементи на про- и еукариоти, които са автономно репликирани в клетките. Повечето плазмидни вектори се получават на базата на естествен плазмид Колел1, PMB1 и P15A.

Бактериалните плазмиди са разделени на два класа. Някои плазмиди (например добре изучен фактор F, определяне на пода в Е. coli) сами са способни да пресичат клетката в клетка, други такива способности не притежават. По няколко причини, и преди всичко, за да се предотврати неконтролирано разпространение на потенциално опасен генетичен материал, огромното мнозинство от бактериални плазмидни вектори се създават на базата на втория клас плазмид. Много естествени плазмиди вече съдържат гени, които определят съпротивлението на клетките към антибиотици (продукти на тези гени - ензими, модифициращи или разделят антибиотични вещества). В допълнение, допълнителни гени, които определят резистентност към други антибиотици, се въвеждат в тези плазмиди в дизайна на векторите.

На фиг. 1 показва един от най-често срещаните плазмидни вектори на Е. coli - PBR322. Той е проектиран въз основа на изследвания плазмид Е.Коли - колиген фактор Коул1 - и съдържа произхода на репликацията на този плазмид. Характеристиката на плазмидния Колел1 (и PBR322, съответно), е, че в присъствието на инхибитор на синтез на протеин инхибитор на хлорамфеникол антибиотик (индиректно инхибираща репликация на гостоприемната хромозома), нейният номер в Е. coli се увеличава от 20-50 до 1000 Молекули на клетка, която позволява да се получат големи количества ген. При проектирането на PBR322 вектора от оригиналния плазмид е делегиран редица "допълнителни" места за ограничения.

В момента, заедно с много удобни векторни системи за Е. coli, плазмидните вектори са предназначени за редица други грам-отрицателни бактерии (включително тези индустриално важни като псевдомони, ризобий и азобрактер), грам-положителни бактерии (Bacillus), долните гъби ( дрожди) и растения.

Плазмид векторите са удобни за клониране на относително малки фрагменти (до 10 хиляди двойки бази) на малките геноми. Ако трябва да получите без клониране (или библиотека) на висши растения и животни, общата дължина на генома, чиято достига огромни размери, тогава обикновените плазмидни вектори са неподходящи за тези цели. Проблемът за създаване на библиотечни библиотеки за по-високи еукариоти, успят да бъдат решени с използване на производни бактериофагови производни като клонинг вектори.

Сред фаговите вектори най-удобните системи са създадени въз основа на геномези на бактериофаги L и M13 E. coli. ДНК на тези фаги съдържа разширени зони, които могат да бъдат делегирани или заменени от извънземна ДНК, без да се засяга способността им да репликират в клетки на Е. coli. При проектирането на вектори на базата на ДНК l Phaiga от него първо (чрез разделяне на къси ДНК секции), много рестрикционни обекти от зоната, които не са значими за ДНК репликация, са отстранени и такива места са оставени в зоната, предназначена за вграждане на извънземна ДНК . В същия район маркерите често се вграждат, което позволява да се разграничат рекомбинантната ДНК от източника вектор. Такива вектори са широко използвани за получаване на "гени библиотеки". Размерите на фрагмента на фаговата ДНК и съответно вградената част от извънземна ДНК са ограничени до 15-17 хиляди нуклеотидни остатъци, тъй като рекомбинантен фагичен геном, който е 10% повече или 75% по-малък от генома на дивата природа L Фаг, вече не може да бъде опакована в фагови частици.

Фигура 1. Подробна рестрикционна карта на плазмид PBR322.

Такива ограничения теоретично не съществуват за вектори, проектирани въз основа на нишите бактериофаги M13. Случаите са описани, когато чужда ДНК от около 40 хиляди нуклеотидни остатъци е вградена в генома на този фаг. Известно е обаче, че FAG M13 става нестабилен, когато дължината на извънземна ДНК надвишава 5 хиляди нуклеотидни остатъци. В действителност, векторите, получени от фага на ДНК, се използват главно за секвениране и мутагенеза на гени и размерите на фрагментите, вградени в тях, са много по-малки.

Тези вектори са конструирани от запазена (двукоси) FAG M13 ДНК форма, която се вгражда в "полилинови" секции (пример за такъв дизайн е показан на фиг. 5). ДНК фаговата частица се включва под формата на еднокласна молекула. По този начин този вектор ви позволява да получите клониран ген или фрагмент от двете в бомбардировките и в еднократна годност. Едно-вратовръзки от рекомбинантна ДНК се използват широко в момента при определяне на нуклеотидната ДНК последователност чрез метода на Sanger и за олигодеоксинуклеотид-насочена мутагенеза на гени.

Прехвърлянето на извънземни гени в животински клетки се извършва с използване на вектори, получени от ДНК на редица добре проучени животински вируси - SV40, някои аденовируси, вирус на бик папил, парчета и т.н. Конструкцията на тези вектори се извършва съгласно стандартната схема: отстраняване на "ненужни" места за ограничения, въвеждането на маркерни гени в ДНК региона, не е от съществено значение за неговата репликация (например, тимидин-киназния ген (TK) от HSV (Herpes вирус)), въвеждането на регулаторни зони, повишаване на нивото на експресията на гените.

Така наречените "совалкови вектори" бяха удобни, способни да се репликират както в животински клетки, така и в бактериални клетки. Те се получават чрез преминаване на един друг големи сегменти от животни и бактерии (например SV40 и PBR322), така че областите, отговорни за репликацията на ДНК, остават незасегнати. Това позволява основни операции за проектиране на вектора в бактериалната клетка (който е технически много по-лесен) и след това получената рекомбинантна ДНК се използва за клониране на гени в животинска клетка.

Фигура 2. Вектор на ограничаването M13 mp8.

2.3. Получаване на рекомбинантна ДНК.

Същността на дизайна на рекомбинантната ДНК е да се вграждат ДНК фрагменти, сред които секцията на ДНК на ДНК се интересува, в така наречените векторни ДНК молекули (или просто вектори) - плазмид или вирусни ДНК, които могат да бъдат прехвърлени в клетки на про- или еукариоти и там автономно репликират. На следващия етап се извършват избора на тези клетки, които носят рекомбинантна ДНК (с помощта на маркерни знаци, който има самия вектор) и след това индивидуални клонинги с ДНК сегмент, който представлява интерес за нас (използвайки специфични характеристики или проби за този ген или ДНК секция).

При решаването на редица научни и биотехнологични задачи, проектирането на рекомбинантна ДНК също изисква създаването на системи, в които е осигурен максимален експресия на клонирания ген.

Има три основни начина за вграждане на извънземна ДНК във векторни молекули. В първия случай, 3 "конференции на ДНК фрагменти, включително ДНК секцията на ДНК (ген или нейния сегмент, регулаторна област), с помощта на ензимната терминал нуклеотилтрансфераза, се увеличават с хомополитеуклеотидна последователност (например поли ( T)). 3 "- конференции на линейна векторна ДНК с един и същ метод увеличава неговата допълнителна хомопонуклеотидна последователност (т.е. поли (А)). Това ви позволява да свържете две ДНК молекули чрез комплементарно сдвояване, изкуствено получено "лепкави" краища.

Във втория случай "лепкавите" краища се създават чрез разделяне на ДНК молекули (и двата вектора и съдържат фрагмент от интерес за нас) едно от рестрикционните ендонуклези (ограничения). Резикта се характеризират с изключително висока специфичност. Те ще "разпознаят" в ДНК последователността на няколко нуклеотидни остатъка и да се разделят в тях строго дефинирани интернеклеотидни връзки. Следователно, дори и в ДНК на голяма съпротива, ограниченията правят ограничен брой прекъсвания.

Третият метод е комбинация от първия първи, когато лепкавите краища на ДНК, образувани чрез резки, се удължават чрез синтетични последователности (фиг. 3).

Крайвите на ДНК фрагменти могат да се превърнат в "лепкави", като ги увеличават с евтини олигонуклеотиди ("линктори"), което включва част от разпознаването на ограничение

Фигура 3. Схема на конструкцията на рекомбинантна ДНК с помощта на PSTI ограничения и поли (g) - поли (с) -линкер.

zOYA. Обработката на такава фрагмент от тази редуктор го прави подходящ за вграждане в векторна ДНК молекула, разделена със същото ограничение. Често полинуклеотидните фрагменти се използват като "линкер", който съдържа специфични раздели незабавно за няколко ограничения (те се наричат \u200b\u200b"многолини").

След вграждането на извънземна ДНК във вектора на ковалентния си шев се извършва чрез ДНК лигаза. Ако размерът на голата в рекомбинираната молекула надвишава една фосфодиестерска комуникация, тя е вградена in vitro, като се използва полимеразна ДНК или in vivo, използвайки репротирането на клетъчни системи.

2.4. Въвеждане на рекомбинантна ДНК в клетка - получател

Прехвърлянето на рекомбинантна ДНК се извършва чрез трансформация или конюгиране. Трансформацията е процес на промяна на генетичните свойства на клетката в резултат на проникването на извънземна ДНК в нея. За първи път тя е намерена в пневмококите Е. Гифит, който показа, че някои клетки на невидими бактериални щамове, когато инфектират мишки, заедно с вирулентни щамове придобиват патогенни свойства. В бъдеще трансформацията е демонстрирана и изследвана в различни видове бактерии. Установено е, че само някои са способни да трансформират, така наречените "компетентни" клетки (способни да включват извънземна ДНК и синтезиране на специален трансформиращ протеин). Компетентността на клетката се определя и от факторите на външната среда. Това може да бъде улеснено чрез лечението на полиетилен гликолни клетки или калциев хлорид. След проникване в клетката, един от рекомганията DNA се разгражда, а другият поради рекомбинация с хомоложната част на реципиента ДНК може да бъде включена в хромозома или екстрахромозомно устройство. Трансформацията е най-универсалният метод за предаване на генетична информация и има най-голяма стойност за генетичните технологии.

Конюгацията е един от начините за обмен на генетичен материал, в който се случва еднопосочен трансфер на генетична информация от донора към получателя. Този трансфер е под контрола на специални конюгативни плазмиди (фактов апаратура). Прехвърлянето на информация от клетката донор до получателя се извършва чрез специални плодове (пие). Възможна е информация и използване на несиготни плазмиди с участието на плазмид-помощници. Разширяването на целия набор от вирусни или фагови гени, водещи до развитие в клетъчната клетка на фаговете, се нарича трансфекция. Техниката по отношение на бактериалните клетки включва получаването на сфери, почистване на инкубационната среда от нуклеазите и добавянето на пречистена фагова ДНК (присъствието на протаминезалкохол увеличава ефективността на трансфекцията). Техниката е приложима за животни и растителни клетки с участието на вектори на специални совалки.

3.

При прилаганото към човек, генетичното инженерство може да се използва за лечение на наследствени заболявания. Въпреки това, технически, съществува значителна разлика между лечението на самия пациент и промяната в генома на нейните потомци.

Задачата за промяна на генома на възрастен е малко по-сложна, отколкото елиминирането на нови генетични инженерни породи животни, тъй като в този случай е необходимо да се промени геномът на множество клетки, които вече са образували тялото, а не само яйце -нуклеус един. За да направите това, се предлага да се използват вирусни частици като вектор. Вирусните частици могат да проникнат в значителен процент от възрастни клетки, вграждайки наследствената им информация в тях; Може би контролираното възпроизвеждане на вирусни частици в тялото. В същото време, за да се намалят страничните ефекти, учените се опитват да избегнат въвеждането на генни инженерни ДНК в клетките на гениталните органи, като по този начин се избягват въздействието върху бъдещите потомци на пациента. Също така си струва да се отбележи значителна критика на тази технология в медиите: развитието на генетично инженерни вируси се възприема от мнозина като заплаха за цялото човечество.

С помощта на генитерапия в бъдеще е възможно да се промени човешкият геном. Понастоящем ефективни методи Промените в човешкия геном са в етапите на разработване и изпитване. Дълго време генетичното инженерство на маймуните се натъкна на сериозни затруднения, но през 2009 г. експериментите бяха увенчани с успех: чуждестранното природозащитник имаше публикация за успешното използване на генетично инженерни вирусни вектори за изцеление на възрастна мъжка маймуна от Далтонизъм. През същата година първото генетично модифицирано предимство (отгледана от модифицираното яйце) е обикновена играчка.

Въпреки че в малък мащаб, генното инженерство вече е използвано, за да даде шанс да забременеят с жени с някои сортове безплодие / за това използване на яйца на здрава жена. Детето като резултат наследява генотипа от един баща и двама майки.

Въпреки това, възможността за по-значителни промени в човешкия геном е изправена пред редица сериозни етични проблеми.

Заключение

В резултат на интензивното развитие на методите на генетично инженерство, клонове на набор от рибозомни, транспортни и 5s RNA гени, хистони, мишки глобин, заек, човешки, колаген, овалбумин, човешки инсулин и др. Пептидни хормони, човешки интерферон, и други хора се получават.

Това позволи да се създадат щамове на бактерии, произвеждащи много биологично активни вещества, използвани в медицината, селското стопанство и микробиологичната индустрия.

Въз основа на генното инженерство се появява клон на фармацевтичната индустрия, наречен "ДНК индустрия". Това е един от съвременните клонове на биотехнологиите.

За терапевтична употреба, инсулин на човек (Humulin), получен от Reccill. В допълнение, въз основа на многобройни мутанти върху отделни гени, получени чрез изучаване, са създадени високоефективни тестови системи за идентифициране на генетичната активност на екологичните фактори, включително за идентифициране на канцерогенни съединения.

ПРЕПРАТКИ:

1) Bekish o.-y.l. Медицинска биология. - Mn: URARY, 2000. - стр.114-119.

2) Mutovin G.R. Основи на клиничната генетика. - m.: Висше училище, 1997. - с. 83-84.

3) Харе R.S. Основи на медицинската генетика. - Mall: Висше училище, 1998. - с. 60-65.

4) Biotechnolog.ru.

План:

Въведение

1. Липса на генетично инженерство.

1.1. История на генното инженерство

1.2. Концепция за генетично инженерство

1.3. Цели и цели на генетичното инженерство

2. Етапи на създаване на организми с генетично модифицирана програма.

2.1. Разпределение на гени (естествени или синтезирани), съдържащи необходимата информация.

2.2. Избор на вектори (вируси, плазмиди), способни на самостоятелно репликация в получателя.

2.3. Получаване на рекомбинантна ДНК.

2.4. Въвеждане на рекомбинантна ДНК в получател на клетка.

3.Използването на генични инженерни технологии в медицината.