Генното инженерство

От Уикипедия, свободната енциклопедия

Генното инженерство е набор от техники, методи и технологии за получаване на рекомбинантна РНК и ДНК, изолиране на гени от организъм (клетки), манипулиране на гени и въвеждането им в други организми.

Генното инженерство не е наука в най-широкия смисъл, а е инструмент на биотехнологиите, използващ изследванията на такива биологични наукикато молекулярна и клетъчна биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

1 Стопанско значение

2 История на развитието и съвременното състояние

3 Приложение в научните изследвания

4 Човешко генно инженерство

5 бележки

7 Литература

Стопанско значение

Генното инженерство се използва за получаване на желаните качества на модифициран или генетично модифициран организъм. За разлика от традиционното развъждане, по време на което генотипът се променя само индиректно, генното инженерство ви позволява директно да се намесвате в генетичния апарат, като използвате техниката на молекулярно клониране. Примери за приложение генното инженерствоса производството на нови генетично модифицирани сортове култури, производството на човешки инсулин чрез използването на генетично модифицирани бактерии, производството на еритропоетин в клетъчна култура или нови породи експериментални мишки за научни изследвания.

Основата на микробиологичната, биосинтетична индустрия е бактериалната клетка. Клетките, необходими за промишлено производство, се подбират по определени критерии, най-важният от които е способността да произвеждат, синтезират в максимални възможни количества определено съединение - аминокиселина или антибиотик, стероиден хормон или органична киселина . Понякога е необходимо да има микроорганизъм, който може например да използва нефт или отпадъчни води като „храна“ и да ги преработва в биомаса или дори протеин, който е доста подходящ за фуражни добавки. Понякога са необходими организми, които могат да растат при повишени температури или в присъствието на вещества, които без съмнение са смъртоносни за други видове микроорганизми.

Задачата за получаване на такива промишлени щамове е много важна, за тяхната модификация и селекция са разработени множество методи за активно въздействие върху клетката - от лечение с високоефективни отрови до радиоактивно облъчване. Целта на тези техники е една и съща - да се постигне промяна в наследствения, генетичен апарат на клетката. Техният резултат е производството на множество мутантни микроби, от стотици и хиляди от които учените след това се опитват да изберат най-подходящия за определена цел. Разработването на техники за химична или радиационна мутагенеза е изключително постижение в биологията и се използва широко в съвременната биотехнология.

Но техните възможности са ограничени от природата на самите микроорганизми. Те не са в състояние да синтезират редица ценни вещества, които се натрупват в растенията, преди всичко лечебно и етерично масло. Те не могат да синтезират вещества, които са много важни за живота на животните и хората, редица ензими, пептидни хормони, имунни протеини, интерферони и много други просто подредени съединения, които се синтезират в животните и хората. Разбира се, възможностите на микроорганизмите далеч не са изчерпани. От изобилието на микроорганизми само малка част е била използвана от науката и особено от индустрията. За целите на селекцията на микроорганизмите голям интерес представляват например анаеробни бактерии, които могат да живеят при липса на кислород, фототрофи, които използват светлинна енергия като растенията, хемоавтотрофи, термофилни бактерии, които могат да живеят при температура, както се оказа наскоро от около 110 ° C и т.н.

И все пак ограниченията на "естествения материал" са очевидни. Те се опитваха и се опитват да заобиколят ограниченията с помощта на клетъчни култури и тъкани на растения и животни. Това е много важен и перспективен начин, който се прилага и в биотехнологиите. През последните няколко десетилетия учените са разработили методи, чрез които отделни клетки от растителна или животинска тъкан могат да бъдат накарани да растат и да се размножават отделно от тялото, като бактериални клетки. Това беше важно постижение - получените клетъчни култури се използват за експерименти и за промишлено производство на определени вещества, които не могат да бъдат получени с помощта на бактериални култури.

[редактиране]

История на развитието и достигнато ниво на технологиите

През втората половина на двадесети век бяха направени няколко важни открития и изобретения, които са в основата на генното инженерство. Дългогодишните опити за "разчитане" на биологичната информация, която е "записана" в гените, приключиха успешно. Тази работа е започната от английския учен Ф. Сангер и американския учен У. Гилбърт (Нобелова награда за химия 1980 г.). Както знаете, гените съдържат информация-инструкция за синтеза на РНК молекули и протеини в тялото, включително ензими. За да се принуди клетката да синтезира нови, необичайни за нея вещества, е необходимо в нея да се синтезират съответните набори от ензими. И за това е необходимо или целенасочено да се променят гените в него, или да се въведат нови, липсващи преди това гени в него. Промените в гените в живите клетки са мутации. Те възникват под въздействието например на мутагени - химически отрови или радиация. Но такива промени не могат да бъдат контролирани или насочвани. Затова учените са съсредоточили усилията си в опитите да разработят методи за въвеждане в клетката на нови, много специфични гени, от които човек се нуждае.

Основните етапи на решаване на проблема с генното инженерство са следните:

1. Получаване на изолиран ген.

2. Въвеждане на ген във вектор за трансфер в организъм.

3. Трансфер на вектор с ген в модифициран организъм.

4. Трансформация на клетките на тялото.

5. Селекция на генетично модифицирани организми (ГМО) и елиминиране на тези, които не са били успешно модифицирани.

Процесът на генен синтез в момента е много добре развит и дори до голяма степен автоматизиран. Има специални устройства, оборудвани с компютри, в паметта на които се съхраняват програми за синтез на различни нуклеотидни последователности. Такъв апарат синтезира ДНК сегменти с дължина до 100-120 азотни бази (олигонуклеотиди). Широко разпространена е техника, която позволява използването на полимеразна верижна реакция за синтез на ДНК, включително мутантна ДНК. В него се използва термостабилен ензим ДНК полимераза за матричен синтез на ДНК, която се използва като зародиш за изкуствено синтезирани парчета нуклеинова киселина - олигонуклеотиди. Ензимът обратна транскриптаза прави възможно, използвайки такива праймери (праймери), да се синтезира ДНК върху матрица, получена от РНК клетки. ДНК, синтезирана по този начин, се нарича комплементарна (РНК) или сДНК. Изолиран, "химически чист" ген може също да бъде получен от фагова библиотека. Това е името на препарат от бактериофаг, чийто геном съдържа произволни фрагменти от генома или кДНК, които се възпроизвеждат от фага заедно с цялата му ДНК.

За вмъкване на ген във вектор се използват рестрикционни ензими и лигази, които също са полезни инструменти за генно инженерство. С помощта на рестрикционни ензими генът и векторът могат да бъдат нарязани на парчета. С помощта на лигази такива парчета могат да бъдат „слепени заедно“, свързани в различна комбинация, конструирайки нов ген или го затваряйки във вектор. За откриването на рестриктазите Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтън Смит също са удостоени с Нобелова награда (1978).

Техниката за въвеждане на гени в бактерии е разработена, след като Фредерик Грифит открива феномена на бактериалната трансформация. Това явление се основава на примитивен полов процес, който при бактериите е придружен от обмен на малки фрагменти от нехромозомна ДНК, плазмиди. Плазмидните технологии са в основата на въвеждането на изкуствени гени в бактериалните клетки.

Значителни трудности бяха свързани с въвеждането на готов ген в наследствения апарат на растителни и животински клетки. В природата обаче има случаи, когато чужда ДНК (на вирус или бактериофаг) се включва в генетичния апарат на клетката и с помощта на своите метаболитни механизми започва да синтезира „свой“ протеин. Учените изследвали особеностите на въвеждането на чужда ДНК и го използвали като принцип за въвеждане на генетичен материал в клетка. Този процес се нарича трансфекция.

Ако едноклетъчните организми или културите от многоклетъчни клетки претърпят модификация, тогава клонирането започва на този етап, т.е. селекция на онези организми и техните потомци (клонинги), които са претърпели модификация. Когато задачата е да се получат многоклетъчни организми, тогава клетки с променен генотип се използват за вегетативно размножаване на растения или се въвеждат в бластоцистите на сурогатна майка, когато става дума за животни. В резултат на това се раждат малки с променен или непроменен генотип, сред които се избират и кръстосват помежду си само тези, които показват очакваните промени.

Приложение в научните изследвания

Генетичен нокаут. Генетичният нокаут може да се използва за изследване на функцията на определен ген. Това е името, дадено на техниката за изтриване на един или повече гени, която позволява да се изследват последствията от такава мутация. За нокаут се синтезира същият ген или негов фрагмент, модифициран така, че генният продукт да загуби своята функция. За да се получат нокаут мишки, полученият генетичен конструкт се въвежда в ембрионални стволови клетки и замества нормалния ген с него, а променените клетки се имплантират в бластоцистите на сурогатна майка. При плодовата муха Drosophila инициира мутации в голяма популация, която след това се търси за потомство с желаната мутация. Растенията и микроорганизмите се унищожават по подобен начин.

изкуствен израз. Логично допълнение към нокаута е изкуственото изразяване, т.е. добавяне на ген към организъм, който преди това не е имал. Този метод на генно инженерство може да се използва и за изследване на функцията на гените. По същество процесът на въвеждане на допълнителни гени е същият като при нокаут, но съществуващите гени не се заменят или увреждат.

Етикетиране на генни продукти. Използва се, когато задачата е да се изследва локализацията на генен продукт. Един метод за маркиране е да се замени нормалният ген с такъв, слят с репортерен елемент, като гена на зеления флуоресцентен протеин (GRF). Този протеин, който флуоресцира под синя светлина, се използва за визуализиране на продукта от генетична модификация. Въпреки че тази техника е удобна и полезна, нейните странични ефекти могат да бъдат частична или пълна загуба на функцията на изследвания протеин. По-сложен, макар и не толкова удобен, метод е добавянето на по-малки олигопептиди към изследвания протеин, който може да бъде открит с помощта на специфични антитела.

Изследване на механизма на изразяване. При такива експерименти задачата е да се изследват условията на генна експресия. Характеристиките на експресията зависят главно от малка част от ДНК, разположена пред кодиращия регион, който се нарича промотор и служи за свързване на транскрипционни фактори. Този регион се въвежда в тялото, след което вместо собствен ген се вмъква репортерен ген, например същият GFP или ензим, който катализира добре откриваема реакция. В допълнение към факта, че функционирането на промотора в различни тъкани в един или друг момент става ясно видимо, такива експерименти позволяват да се изследва структурата на промотора чрез премахване или добавяне на ДНК фрагменти към него, както и изкуствено подобряване неговите функции.

[редактиране]

Човешко генно инженерство

Когато се прилага върху хора, генното инженерство може да се използва за лечение на наследствени заболявания. Има обаче значителна разлика между лечението на самия пациент и промяната на генома на неговите потомци.

Макар и в малък мащаб, генното инженерство вече се използва, за да даде шанс на жените с някои видове безплодие да забременеят. За да направите това, използвайте яйцата на здрава жена. В резултат на това детето наследява генотипа от един баща и две майки. С помощта на генното инженерство е възможно да се получи потомство с модифициран външен вид, умствени и физически способности, характер и поведение. По принцип могат да се създадат по-сериозни промени, но по пътя към такива трансформации човечеството трябва да реши много етични проблеми.

Бележки

BBC новини. news.bbc.co.uk. Посетен на 26 април 2008 г

Литература

Сингър М., Берг П. Гени и геноми. - Москва, 1998 г.

Стент Г., Калиндар Р. Молекулярна генетика. - Москва, 1981 г.

Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Молекулярно клониране. - 1989 г.

Генното инженерство- Това е област на биотехнологиите, която включва действия за пренареждане на генотипите. И днес генното инженерство позволява да се включват и изключват отделни гени, като по този начин се контролира дейността на организмите, както и да се прехвърлят генетични инструкции от един организъм към друг, включително организми от друг вид. Тъй като генетиците научават все повече и повече за работата на гените и протеините, става все по-реално да могат произволно да програмират генотипа (предимно човешки), лесно постигайки всякакви резултати: като устойчивост на радиация, способност да живеят под вода способност за регенерация на увредени органи и дори безсмъртие.

генетична информация. Генетичната информация (геном) се съдържа в клетката в хромозомите (има 46 при хората), състоящи се от ДНК молекула и нейните опаковъчни протеини, както и в митохондриите. ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) е последователност от нуклеотиди, всеки от които съдържа един от четирите азотни. От функционална гледна точка ДНК се състои от множество блокове (нуклеотидни последователности), които съхраняват определено количество информация – гени.

Генът е част от ДНК молекула, която съдържа информация за първичната структура на отделен протеин (един ген - един протеин). Съвкупността от всички гени на един организъм съставлява неговия генотип. Всички клетки на тялото съдържат един и същ набор от гени, но всяка от тях изпълнява различна част от съхранената информация. Активни са само онези гени, които са необходими за функционирането на дадена клетка, следователно, например невроните, както в структурно-функционално, така и биологични особеностиразлични от чернодробните клетки.

Ролята на протеините в организма. Протеините са най-важните молекули във всеки жив организъм, химическата основа на живата материя. Според дефиницията на Енгелс "животът е начинът на съществуване на белтъчните тела". Протеините извършват метаболизъм (транспорт на вещества в тялото) и енергийни трансформации, осигуряват структурната основа на тъканите, служат като катализатори за химични реакции, защитават организмите от патогени и носят съобщения, които регулират дейността на тялото. Химически протеините са верига от аминокиселини, нагъната в пространството по специален начин. Една от функциите на протеините е активирането на гените. Някои гени съдържат фрагменти, които привличат определени протеини към себе си. Ако такива протеини се съдържат в клетката, те се прикрепят към тази област на гена и могат да позволят или забранят копирането му в РНК. Наличието или отсъствието на такива регулаторни протеини в клетката определя кои гени се активират и следователно кои нови протеини се синтезират. Именно този регулаторен механизъм определя дали клетката трябва да функционира като мускулна клетка или като нервна клетка или коя част от тялото трябва да се развие в тази част от ембриона. Ако въведете нови гени в организъм (растение, микроорганизъм, животно или дори човек), тогава можете да го дарите с нова желана характеристика, която никога преди не е притежавал.

Генното инженерство датира от 1973 г., когато генетиците Стенли Коен и Хърбърт Бойер въвеждат нов ген в бактерията Escherichia coli (E. coli).От 1982 г. фирми в САЩ, Япония, Великобритания и други страни произвеждат генно модифициран инсулин . Клонирани гени за човешки инсулин са въведени в бактериална клетка, където започва синтезът на хормон, който естествените микробни щамове никога не са синтезирали. Около 200 нови диагностични лекарства вече са въведени в медицинската практика, а повече от 100 генетично модифицирани лекарства са на етап клинично проучване. Сред тях има лекарства, които лекуват артроза, сърдечно-съдови заболявания, някои туморни процеси и може би дори СПИН. Сред няколкостотин фирми за генно инженерство 60% работят върху производството на лекарства и диагностика.

Генното инженерство в селско стопанство. До края на 80-те години нови гени бяха успешно въведени в десетки растителни и животински видове - тютюневи растения със светещи листа, устойчиви на замръзване домати и устойчива на пестициди царевица. Една от важните задачи е да се получат растения, устойчиви на вируси, тъй като в момента няма други начини за борба с вирусните инфекции на селскостопанските култури. Въвеждането на протеинови гени на вирусната обвивка в растителните клетки прави растенията устойчиви на този вирус. В момента са получени трансгенни растения, които могат да издържат на въздействието на повече от дузина различни вирусни инфекции. Друга задача е свързана със защитата на растенията от насекоми-вредители. Използването на инсектициди не е напълно ефективно. В лабораториите за генно инженерство на Белгия и САЩ беше успешно извършена работа за въвеждане в растителната клетка на гените на земната бактерия Bacillus thuringiensis, които позволяват синтезирането на инсектициди от бактериален произход. Тези гени са въведени в клетките на картофи, домати и памук. Трансгенните картофени и доматени растения станаха устойчиви на непобедимия колорадски бръмбар, памуковите растения бяха устойчиви на различни насекоми, включително памуковия червей. Използването на генно инженерство е намалило използването на инсектициди с 40-60%. Генните инженери са отгледали трансгенни растения с удължен период на зреене на плодовете. Такива домати, например, могат да бъдат извадени от червения храст, без да се страхуват, че ще презреят по време на транспортиране. Списъкът на растенията, към които са приложени успешно методите на генното инженерство, е около петдесет вида, включително ябълка, слива, грозде, зеле, патладжан, краставици, пшеница, соя, ориз, ръж и много други селскостопански растения.

Човешка генна терапия

При хората технологията за генно инженерство е използвана за първи път за лечение на Ашанти Де Силва, четиригодишно момиче, което страда от тежка форма на имунна недостатъчност. Генът, съдържащ инструкциите за производството на протеина аденозин деаминаза (ADA), е повреден при нея. А без протеина ADA белите кръвни клетки умират, оставяйки тялото беззащитно срещу вируси и бактерии. Работно копие на гена ADA беше въведено в кръвните клетки на Ashanti с помощта на модифициран вирус. Клетките са били в състояние самостоятелно да произвеждат необходимия протеин. След 6 месеца броят на белите клетки в тялото на момичето се повиши до нормално ниво. След това областта на генната терапия получи тласък за по-нататъшно развитие. От 90-те години на миналия век стотици лаборатории провеждат изследвания върху използването на генна терапия за лечение на заболявания. Днес знаем, че генната терапия може да лекува диабет, анемия, някои видове рак, болестта на Хънтингтън и дори да почиства артериите. Над 500 клинични изпитвания в ход различни видовегенна терапия. Неблагоприятните условия на околната среда и редица други подобни причини водят до факта, че все повече деца се раждат със сериозни наследствени дефекти. Понастоящем са известни 4000 наследствени заболявания, за повечето от които не са намерени ефективни лечения. Днес е възможно да се диагностицират много генетични заболявания дори на етапа на ембриона или плода. Докато можете да прекратите бременността само на най-много ранна фазав случай на сериозни генетични дефекти, но скоро ще бъде възможно да се коригира генетичният код, коригирайки и оптимизирайки генотипа на нероденото дете. Това напълно ще избегне генетичните заболявания и ще подобри физическите, умствените и умствените характеристики на децата.

Проект за човешкия геном. През 1990 г. в САЩ стартира Проектът за човешкия геном, чиято цел е да се определи цялата генетична година на човек. Проектът, в който важна роля играят и руски генетици, е завършен през 2003 г. В резултат на проекта 99% от генома е определен с точност от 99,99% (1 грешка на 10 000 нуклеотида). Завършването на проекта вече доведе до практически резултати, като например лесни за използване тестове, които могат да определят генетичната предразположеност към много наследствени заболявания. Например, изразени са надежди, че благодарение на декодирането на генома до 2006 г. ще бъдат разработени лекарства за лечение на такова опасно заболяване като СПИН, до 2009 г. ще бъдат идентифицирани гени, свързани със злокачествени новообразувания, и ще бъдат установени механизми до 2010-2015 г. почти всички видове рак. До 2020 г. може да приключи разработването на лекарства, които предотвратяват рак.

Гледни точки за генния контрол. Развитието на генното инженерство ще направи възможно подобряването на човешкия генотип.Мащабните задачи, стоящи пред човечеството днес, изискват талантливи хора в много области, съвършени и високо развити личности с идеално здраве, най-високи физически и умствени способности. Такива хора могат да бъдат създадени чрез методи на генетично, генетично и клетъчно инженерство. Тези методи ще бъдат приложими както за новородени деца, така и за вече възрастни. Човек ще може да умножи собствените си способности и да увеличи способностите на децата си. От обективна гледна точка в това няма нищо нередно и неетично. Още днес много световноизвестни учени, като Уотсън, един от откривателите на ДНК, казват, че човешката глупост например е по същество генетично заболяване и в бъдеще ще бъде лечимо. Генетичните причини за болестите ще бъдат напълно премахнати, всички хора ще бъдат напълно здрави. Стареенето ще бъде спряно и никой няма да се занимава с повяхване, с упадък на силите, с овехтяване. Хората ще станат практически безсмъртни - смъртта ще става все по-рядко явление, преставайки да бъде неизбежност. Известно е например, че една от причините за стареенето е скъсяването на теломерите при всяко делене на клетката. В края на 90-те години на миналия век учените успяват да въведат в клетките открития от тях ген, който е отговорен за производството на теломеразен протеин, който възстановява теломерите и по този начин ги прави безсмъртни. Разбира се, отделни групи, които не са обременени със съответните знания, но преследващи някакви лични, идеологически или лобистки цели, могат да се опитат да забранят подобни технологии, но както показва историята на развитието на науката, те няма да могат да направят това за дълго време.

Генното инженерство направи пробив в лечението на рака. Стивън Розенберг и колегите му от Националния онкологичен институт на САЩ (National Cancer Institute) тестваха нов метод за борба с тумори върху редица пациенти, базиран на въвеждането на преработени имунни клетки в тялото. Спомняте ли си как наскоро учени успяха да „научат“ имунната система на мишки да се бори ефективно с раковите тумори, като просто трансплантираха бели кръвни клетки, взети от индивиди, естествено имунизирани срещу рак (в края на краищата, такива организми съществуват)? Сега подобен метод за лечение на рак е тестван върху хора. Първо, авторите на работата взеха имунни клетки - Т-лимфоцити - от човек, който поради естествените си характеристики успя успешно да „прогони“ меланома. Учените са идентифицирали в тях гените, отговорни за работата на рецептора, който разпознава раковите клетки, и са репликирали този ген. След това те взеха Т-лимфоцити от няколко пациенти с меланом и с помощта на ретровирус внедриха в тях изкуствен, клониран ген. След това пациентите претърпяха химиотерапия, която остави имунната им система отслабена, с много малко оцелели имунни клетки. Тогава на тези пациенти бяха върнати собствените им Т-клетки, взети по-рано, но вече с въведен нов ген в тях (за повече подробности вижте прессъобщението на института).Месец по-късно при 15 от 17 пациенти, тези нови клетки не само оцеляват, но съставляват от 9% до 56% от общата „популация" на Т-лимфоцити в тялото. Но основната изненада беше, че 18 месеца след лечението двама пациенти напълно се отърваха от рака , и също показа високо ниво на Т-клетки в кръвта.Единият пациент имаше рак, имаше двама, единият от които беше напълно унищожен, а вторият беше намален с 89% (след което беше отстранен хирургически), а вторият пациентът е имал един тумор, който е „разсеян“. Розенберг отбелязва, че „за първи път генната манипулация е довела до регресия на тумора при хората“. „Вече можем да вземем нормални лимфоцити от пациенти и да ги модифицираме в реагиращи на рак лимфоцити“, каза ученият, който възнамерява да продължи изследването. Той иска да знае как генетично модифицираните клетки ще оцелеят в тялото за по-дълъг период от време, как тази терапия ще работи в комбинация с други лечения на рак, как може да помогне в борбата срещу други видове рак (други гени, които кодират конструкцията на други видове рак ще работи тук).рецептори). Като цяло има още много въпроси. Ако се отдръпнем малко, можем да кажем и за ултразвуковата аблация на HIFU терапията. Китайските лекари са лидери в тази област. Технологията му се състои в изгаряне на ракови клетки с ултразвук, при температура от 100 градуса по Целзий туморът буквално се стопява. Лидер в производството на специализирано оборудване е базираната в Пекин Haifuning HIFU Technology, която съвместно с американската компания General Electric създаде напълно компютъризиран апарат с контролирана температура - FEP BY 02.

Литература:

1. Сингър М., Берг П. Гени и геноми. - Москва, 1998 г.
2. Стент Г., Калиндар Р. Молекулярна генетика. - Москва,
3. Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Молекулярно клониране. —
4. Патрушев Л. И. Изкуствени генетични системи. — М.: Наука, 2004.
5. Щелкунов С. Н. Генно инженерство. - Новосибирск: Сиб. унив. издателство, 2008г.
6. Свобода на словото (вестник, материали от бр. 4 (348) 2.02.2012 г.)

генното инженерство

Съвременната биология коренно се различава от традиционната биология не само в по-голямата дълбочина на развитие на познавателните идеи, но и в по-тясната връзка с живота на обществото, с практиката. Можем да кажем, че в наше време биологията се е превърнала в средство за преобразуване на живия свят с цел задоволяване на материалните нужди на обществото. Това заключение се илюстрира преди всичко от тясната връзка между биологията и биотехнологиите, които се превърнаха в най-важната област на материалното производство, равностоен партньор на създадените от човека механични и химични технологии, както и на медицината.

От самото си създаване биологията и биотехнологията винаги са се развивали заедно и от самото начало биологията е била научната основа на биотехнологията. Въпреки това, дълго време липсата на собствени данни не позволяваше на биологията да предостави много голямо влияниеза биотехнологии. Ситуацията се промени драматично със създаването през втората половина на 20 век. методология на генното инженерство,което се разбира като генетична манипулация с цел конструиране на нови и реконструкция на съществуващи генотипове. Като методологично постижение по своята същност, генното инженерство не доведе до разпадане на преобладаващите идеи за биологичните явления, не засегна основните положения на биологията, точно както радиоастрономията не разклати основните положения на астрофизиката, установяването на "механичен еквивалент на топлина" не доведе до промяна в законите на топлопроводимостта и доказателството. Атомистичната теория на материята не промени отношенията на термодинамиката, хидродинамиката и теорията на еластичността (А. А. Баев).

Въпреки това, генното инженерство откри нова ера в биологията поради това, че се появиха нови възможности за проникване в дълбините на биологичните явления, за да се характеризират по-нататък формите на съществуване на живата материя, по-ефективно да се изследва структурата и функцията на гените на молекулярно ниво, разбиране на фините механизми на генетичния апарат. Напредъкът в генното инженерство означава революция в модерното

естествени науки. Те определят критериите за стойност съвременни идеиза структурните и функционални особености на молекулярното и клетъчното ниво на живата материя. Съвременните данни за живите същества са от огромно когнитивно значение, защото дават разбиране на един от най-важните аспекти органичен святи по този начин имат неоценим принос за създаването на научна картина на света. По този начин, след като рязко разшири своята когнитивна база, биологията чрез генното инженерство също оказа водещо влияние върху възхода на биотехнологиите.

Генното инженерство създава основа по пътя към разбирането на начините и средствата за „проектиране“ на нови или подобряване на съществуващи организми, като им придава голяма икономическа стойност и способността драстично да повишават продуктивността на биотехнологичните процеси. Генното инженерство обаче създаде нови хоризонти за медицината в областта на диагностиката и лечението на много заболявания, както ненаследствени, така и наследствени. Тя отвори нови пътища в търсенето на нови лекарства и материали, използвани в медицината. Генното инженерство и биотехнологиите стимулират развитието на бионанотехнологичните методи.

В рамките на генното инженерство има генетичнии клетъченинженерство. Генното инженерство е манипулация за създаване на рекомбинантни ДНК молекули. Тази методология често се нарича молекулярно клониране, генно клониране, рекомбинантна ДНК технология или просто генетична манипулация. Важно е да се подчертае, че обект на генното инженерство са ДНК молекулите, отделните гени. Напротив, клетъчното инженерство се разбира като генетични манипулации с изолирани отделни клетки или групи от растителни и животински клетки.

ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО И НЕГОВИТЕ ИНСТРУМЕНТИ

Генното инженерство е набор от различни експериментални техники (методи), които осигуряват конструиране (реконструкция), клониране на ДНК молекули и гени с определени цели.

Методите на генното инженерство се използват в определена последователност (фиг. 127), като в изпълнението се разграничават няколко етапа

типичен експеримент по генно инженерство, насочен към клониране на ген, а именно:

1. Изолиране на плазмидна ДНК от клетките на интересуващия ни организъм (първоначално) и изолиране на ДНК вектора.

2. Нарязване (ограничаване) на ДНК на оригиналния организъм на фрагменти, съдържащи интересните гени, като се използва един от рестрикционните ензими и изолиране на тези гени от рестрикционната смес. В същото време векторната ДНК се нарязва (ограничава), превръщайки я от кръгова структура в линейна.

3. Свързване на интересния ДНК сегмент (ген) към векторната ДНК, за да се получат хибридни ДНК молекули.

4. Въвеждане на рекомбинантни ДНК молекули чрез трансформация в друг организъм, например в E. coliили соматични клетки.

5. Инокулация на бактерии, в които са въведени хибридни ДНК молекули, върху хранителни среди, позволяващи растеж само на клетки, съдържащи хибридни ДНК молекули.

6. Идентифициране на колонии, състоящи се от бактерии, съдържащи хибридни ДНК молекули.

7. Изолиране на клонирана ДНК (клонирани гени) и нейното характеризиране, включително секвениране на азотни бази в клонирания ДНК фрагмент.

Ориз. 127.Последователни етапи на експеримента с генно инженерство

В хода на еволюцията бактериите развиват способността да синтезират т. нар. рестрикционни ензими (ендонуклеази), които стават част от клетъчната (бактериална) рестрикционно-модификационна система. При бактериите системите за рестрикция-модификация са вътреклетъчната имунна защитна система срещу чужда ДНК. За разлика от висшите организми, при които разпознаването и унищожаването на вируси, бактерии и други патогени става извънклетъчно, при бактериите защитата срещу чужда ДНК (ДНК на растенията и животните, в които живеят) се осъществява вътреклетъчно, т.е. когато чужда ДНК навлезе в цитоплазмата на бактериите. За да се защитят, бактериите също са развили способността да „маркират“ собствената си ДНК с метилиращи бази в специфични последователности. По същата причина чуждата ДНК, поради липсата на метилови групи в нея на същите последователности, се разтопява (нарязва) на фрагменти от различни бактериални рестриктази и след това се разгражда от бактериални екзонуклеази до нулеотиди. Можем да кажем, че по този начин бактериите се предпазват от ДНК на растенията и животните, в чийто организъм живеят временно (като патогени) или постоянно (като сапрофити).

Рестрикционните ензими са изолирани за първи път от E. coliпрез 1968 г. Оказа се, че те са способни да режат (стопят) ДНК молекули на различни места (места) на рестрикция. Тези ензими бяха наречени ендонуклеази от клас I. След това в бактерии бяха открити ендонуклеази от клас II, които специфично разпознават рестрикционни места в чужда ДНК и също така извършват рестрикция в тези места. Именно ензимите от този клас започнаха да се използват в генното инженерство. В същото време бяха открити ензими от клас III, които стопяват ДНК близо до местата за разпознаване, но тези ензими не са от значение за генното инженерство.

Действието на системата за рестрикция-модификация е "рационализирано" от така наречените палиндромни (разпознаващи) последователности на азотни бази, които са места за рестрикция на ДНК. Палиндромните последователности са последователности от основи, които се четат еднакво напред и назад, като последователността от букви радар.Тъй като ДНК веригите имат антипаралелна посока, една последователност се счита за палиндромна, ако е идентична, когато се чете в посока от 5" до 3" края на горната и на долната верига от 3" към 5" край, а именно:

Палиндромите могат да бъдат с всякакъв размер, но повечето от палиндромите, които се използват като места за разпознаване на рестрикционни ензими, са с дължина 4, 5, 6 и рядко 8 бази.

Рестрикционните ензими са абсолютно основен инструментв генното инженерство за изрязване на интересни фрагменти (гени) от големи ДНК молекули. Тъй като са известни повече от 100 рестрикционни ензими, това позволява избор на рестрикционни ензими и селективно изрязване на фрагменти от оригиналната ДНК.

Забележителна характеристика на рестриктазите е, че те произвеждат разфасовки на молекули в няколко фрагмента (ограничения) на ДНК в издатини, в резултат на което една верига е по-дълга от другата в получените краища, образувайки вид опашка. Такива краища (опашки) се наричат ​​"лепкави" краища, тъй като те са способни на самодопълване.

Помислете за резултатите от рестрикцията на примера на една от най-известните рестриктази EcoRIот системата за рестрикция-модификация E. coi.Вместо да разтопи ДНК в центъра на палиндромната последователност за разпознаване, този ензим разтопява ДНК в навънцентър и произвежда 4 самодопълващи се („лепкави“) края, състоящи се от различен брой нуклеотиди, а именно:

Тези "лепкави" краища са полезни в експериментите с генно инженерство, защото могат да бъдат повторно свързани взаимно допълващи се, когато ниски температури, което позволява ефективно затваряне на ДНК фрагменти.

Местата за разпознаване и местата на топене в случай на други рестриктази имат различно съдържание, а именно:

След ДНК рестрикция, рестрикционни ДНК фрагменти (ДНК рестрикции) се изолират от рестрикционната смес, които след това са необходими за свързване с вектора. Ограничената ДНК се изолира с помощта на електрофореза, тъй като е много лесно да се фракционира ограничена ДНК с помощта на този метод поради размера на ограничените фрагменти и постоянните съотношения на електрически заряд/маса. Фрагменти в електрическо полемигрират по време на електрофореза с честота, зависима от техния размер (маса). Колкото по-голям (по-дълъг) е фрагментът, толкова по-бавно мигрира в електрическото поле. Материалът, в който се извършва електрофорезата, е незареждаема агароза или полиакриламид. За идентифициране на фрагментите се използва етидиев бромид, който оцветява фрагментите, което води до по-лесното им откриване.

Ефективността на електрофорезата е много висока, тъй като може да се използва за разделяне на фрагменти с размер от 2 до 50 000 бази.

След електрофореза фрагменти от агароза се изолират по различни методи. Въз основа на резултатите от сравнението на размерите

Рестрикции на една и съща ДНК, получени с помощта на различни рестрикционни ензими, изграждат рестрикционни карти, които показват рестрикционните сайтове на всеки от използваните рестрикционни ензими. На практика рестрикционните карти позволяват да се определи не само размерът на ограниченията, но и да се открие местоположението на локусите на определени гени в ДНК молекулите.

Тъй като във висшите организми по време на транскрипция се синтезира хетерогенна ДНК, коригирана чрез обработка, в генното инженерство обикновено се използва комплементарна ДНК (cDNA), която се получава чрез използване на иРНК като матрица, върху която обратната транскриптаза синтезира едноверижна ДНК ( cDNA), която е копие на mRNA. Впоследствие тези едноверижни ДНК се превръщат в двойноверижни ДНК. Помислете, че cDNA съдържа непрекъснати нуклеотидни последователности (транскрибирани и транслирани). cDNA е тази, която се използва за рестрикция.

ДНК фрагменти (ограничения), изолирани след електрофореза от агарозни гелове, могат предварително да бъдат подложени на секвениране; определят тяхната нуклеотидна последователност. За това се използват химични и ензимни методи за секвениране. Химическият метод се основава на получаване на фрагменти, маркирани с радиоактивен фосфор (32 P) и отстраняване на една от базите от тези фрагменти, последвано от отчитане на резултатите от авторадиографията на гелове, съдържащи тези фрагменти. Ензимният метод се основава на факта, че в края на анализирания фрагмент се въвежда нуклеотид, който след това се използва при синтеза на различни фрагменти. инвитро,анализирани за нуклеотидната последователност електрофоретично. За да изследвате специфични нуклеотидни последователности в ДНК молекула, използвайте

също хибридизация на ДНК-ДНК, РНК-РНК, ДНК-РНК, Northern-

и южни петна.

Генетични вектори. ДНК сегментът (генът), който е предназначен за молекулярно клониране, трябва да може да се репликира, когато се пренесе в бактериална клетка, т.е. бъде реплика. Той обаче няма тази способност. Следователно, за да се осигури трансферът и откриването на клонираните гени в клетките, те се комбинират с т. нар. генетични вектори. Последният трябва да има поне две свойства. Първо, векторите трябва да могат да се репликират

в клетките и в няколко края. Второ, те трябва да позволяват селекцията на клетки, съдържащи вектора, т.е. притежават маркер, за който е възможно да се противопоставят клетки, съдържащи вектора заедно с клонирания ген (рекомбинантни ДНК молекули). Плазмидите и фагите отговарят на тези изисквания. Плазмидите са добри вектори, защото са репликони и могат да съдържат гени за резистентност към всеки антибиотик, което позволява селекция на бактерии за резистентност към този антибиотик и следователно лесно откриване на рекомбинантни ДНК молекули.

(фиг. 128).

Ориз. 128.Вектор pBRl

Тъй като няма естествени плазмидни вектори, всички известни досега плазмидни вектори са изкуствено конструирани. R-плазмидите послужиха като изходен материал за създаването на редица генетични вектори, в които излишните ДНК последователности, включително тези с множество рестрикционни места, бяха отстранени с помощта на рестриктази. Тази делеция се определя от факта, че плазмидният вектор трябва да има само едно място за разпознаване за един рестрикционен ензим и това място трябва да лежи във функционално маловажна област на плазмидния геном. Например плазмидният вектор pBR 322, който има гени за устойчивост на ампицилин и тетрациклин, което го прави много удобен

за селекция на бактерии, съдържащи клонирания ДНК сегмент, той има единични рестрикционни места за повече от 20 рестрикционни ензима, включително такива добре известни рестрикционни ензими като Eco RI, Hind III, Pst I, Pva II и Sal I.

Фаговите вектори също имат редица предимства. Те могат да включват по-големи (по-дълги) клонирани ДНК фрагменти в сравнение с плазмените вектори. Освен това, трансферът на клонирания фрагмент от фаги в клетки в резултат на инфекция на последните е по-ефективен от трансформацията на ДНК. И накрая, фаговите вектори позволяват по-ефективен скрининг (разпознаване) върху повърхността на агара на колонии, съдържащи клетки, носещи клонирания ген. Много фагови вектори са базирани на ламбда фага.

В допълнение към фага се използват и други вирусни вектори, конструирани на базата на херпесния вирус, както и вектори, конструирани на базата на дрождена ДНК.

Ако генното клониране се извършва с помощта на клетки от бозайници или растения, тогава изискванията за вектори са същите, както в случай на клониране в бактериални клетки.

Конструиране на рекомбинантни ДНК молекули. Директното конструиране на рекомбинантни ДНК молекули следва след получаване на рестрикцията на изследваната ДНК и векторна ДНК. Състои се в затваряне на рестрикционните сегменти на изследваната ДНК с векторна рестрикция на ДНК, която в резултат на рестрикцията се превръща от кръгова в линейна ДНК.

За затваряне на фрагментите от изследваната ДНК с ДНК на вектора се използва ДНК лигаза (фиг. 129). Лигирането ще бъде успешно, ако структурите, които трябва да бъдат съединени, имат 3'-хидроксилни и 5'-фосфатни групи и ако тези групи са разположени в подходящо отношение една спрямо друга. Фрагментите се комбинират чрез техните "лепкави" краища в резултат на самодопълване. При висока концентрация на фрагменти, последните от време на време стават в правилната позиция (един срещу друг). Много рестриктази, като Eco RI, произвеждат "лепкави" краища с четири бази. Процесът на лигиране на "лепкави" краища, състоящи се от четири основи, протича при ниска температура (до 12 ° C).

Ориз. 129.ДНК лигиране

Ако по време на рестрикцията се образуват фрагменти без "лепкави" краища, тогава те се "принудително" превръщат в молекули с "лепкави" краища с помощта на ензима трансфераза. Този ензим добавя нуклеотиди към 3" края на ДНК. Поли-А опашка може да бъде добавена към единия фрагмент, поли-Т опашка към другия. Полимеразна верижна реакция (PCR) също се използва за генериране на всякакви желани краища на ДНК. Принципът на PCR се основава на денатурирането на ДНК, изолирана от клетките, и нейното "отгряване" с добавяне на ДНК олигонуклеотиди, състоящи се от 15-20 нуклеотида всеки към ренатуриращите вериги. Тези олигонуклеотиди трябва да бъдат комплементарни на последователностите във веригите, разделени на разстояние от 50–2000 нуклеотида Синтез на ДНК инвитро,те позволяват на ДНК полимераза да копира тези региони, които са между "семената". Това копиране дава голям брой копия на изследвания ДНК фрагмент.

Въвеждане на рекомбинантни ДНК молекули в клетките. След като интересният ДНК фрагмент (ген) се слее с генетичен вектор с помощта на ДНК лигаза, получените рекомбинантни молекули се въвеждат в клетките, за да се постигне тяхната репликация (поради генетичния вектор) и да се увеличи броят на копията. Най-популярният начин за въвеждане на рекомбинантни ДНК молекули в клетките, в които векторът е плазмид, е трансформацията E. coli.За целта бактериалните клетки се третират предварително с калций или рубидий (йони), за да се

така че да станат "компетентни" във възприемането на рекомбинантната ДНК. За да се увеличи честотата на проникване на ДНК в клетките, се използва методът на електропорация, който се състои в краткотрайно излагане на клетките на интензивно електрическо поле. Това третиране създава кухини в клетъчните мембрани, което улеснява клетките да поемат ДНК. След въвеждането на рекомбинантни ДНК молекули в бактериите, последните се засяват върху МРА (месо-пептонен агар), обогатен с антибиотици, за да се селектират желаните клетки, т.е. клетки, съдържащи рекомбинантни ДНК молекули. Честотата на трансформация е ниска. Обикновено един трансформант се среща на 10 5 посети клетки. Ако векторът е фаг, тогава клетките (бактерии или дрожди) се трансфектират с фага. Що се отнася до животинските соматични клетки, те се трансфектират с ДНК в присъствието на химикали, които улесняват преминаването на ДНК през плазмените мембрани. Директно микроинжектиране на ДНК в ооцити, култивирани соматични клетки и ембриони на бозайници също е възможно.

Най-важният момент, свързан с молекулярното клониране, е търсенето на метод за установяване дали клонираният фрагмент наистина е включен във вектора и заедно с вектора, образуващ рекомбинантна ДНК молекула, е влязъл в клетките. Ако говорим за бактериални клетки, тогава един от методите се основава на отчитане на инсерционното инактивиране на гена за устойчивост на плазмид (вектор). Например, в плазмидния вектор pBR 322, който определя резистентността към ампицилин и тетрациклин, единственото място за Pst I рестрикционния ензим се намира в локуса, зает от гена за резистентност към ампицилин. Топенето на Pst I на това място генерира лепкави краища, позволяващи лигиране на клонирания фрагмент към векторната ДНК. Въпреки това, в този случай плазмидният (векторен) ген за резистентност към ампицилин е инактивиран, докато генът за резистентност към тетрациклин във вектора остава непокътнат. Това е генът за устойчивост на тетрациклин, който се използва за селекция на клетки, трансформирани от рекомбинантни ДНК молекули. Това дава възможност да се провери дали клетките на порасналите колонии върху среда с тетрациклин наистина съдържат рекомбинантни ДНК молекули, те се проверяват с помощта на така наречения "точков тест" върху чифт блюда с твърда среда, една от които съдържа ампицилин, докато другият е лишен от този антибиотик. ДНК, която трябва да се клонира, е

само в тетрациклин-резистентни трансформанти. Що се отнася до трансформантите, устойчиви както на ампицилин, така и на тетрациклин (ArTc), те съдържат плазмидни (векторни) молекули, които спонтанно са придобили кръгова форма, без включване на чужда (клонирана) ДНК в тях.

Друг метод за откриване на вмъкване на чужди (клонирани) фрагменти в плазмиден вектор се основава на използването на вектор, съдържащ β-галактозидазния ген. Вмъкването на чужда ДНК в този ген неизбежно инактивира синтеза на β-галактозидаза, която може да бъде открита чрез посяване на трансформираните клетки върху среда, съдържаща субстрати на β-галактозидаза. Тази среда позволява селекцията на оцветени клетъчни колонии. Има и други методи.

Както вече беше отбелязано, линейните рестрикционни фрагменти на векторна ДНК са способни да възстановят кръговата структура, без да включват клонирани сегменти в тях. За да се намали честотата на спонтанно образуване на такива кръгови векторни ДНК молекули, векторната ДНК рестрикция се третира с фосфатаза. В резултат на това образуването на кръгови ДНК молекули става невъзможно, тъй като краищата на 5'-PO 4, необходими за действието на лигазата, ще отсъстват.

Наборът от трансформирани колонии, отгледани върху селективна среда, е набор от клетки, съдържащи клонинги различни фрагменти(гени) клонируема геномна или cDNA. Колекциите от тези клонове образуват така наречените ДНК библиотеки, които се използват широко в генното инженерство.

Последният етап от генното клониране е изолирането и изследването на клонирана ДНК, включително секвениране. Обещаващи щамове бактерии или соматични клетки, съдържащи рекомбинантни ДНК молекули, които контролират синтеза на представляващи интерес протеини, които имат търговска стойност, се прехвърлят в индустрията.

КЛЕТЪЧНО ИНЖЕНЕРСТВО

Както беше отбелязано в началото на главата, клетъчното инженерство се отнася до генетичната манипулация на изолирани животински и растителни клетки. Тези манипулации са често инвитро,и основната им цел е да се получат генотипове на тези организми с желани свойства, предимно икономически полезни. Що се отнася до-

Xia човек, тогава клетъчното инженерство е приложимо към неговите зародишни клетки.

Предпоставка за развитието на клетъчното инженерство при хора и животни беше разработването на методи за култивиране на техните соматични клетки върху изкуствени хранителни среди, както и получаване на хибриди на соматични клетки, в т.ч. междувидови хибриди. На свой ред напредъкът в култивирането на соматични клетки е повлиял върху изследването на зародишните клетки и оплождането при хора и животни. От 60-те години. 20-ти век В няколко лаборатории по света са проведени множество експерименти за трансплантация на ядра на соматични клетки в яйцеклетки, изкуствено лишени от ядра. Резултатите от тези експерименти често са противоречиви, но като цяло те доведоха до откриването на способността на клетъчните ядра да осигурят нормалното развитие на яйцето (виж глава IV).

Въз основа на резултатите от изучаването на развитието на оплодените яйцеклетки през 60-те години. 20-ти век започнаха и проучвания за установяване на възможността за оплождане на яйцеклетки извън тялото на майката. Много бързо тези изследвания доведоха до откриването на възможността за оплождане на яйцеклетки със сперматозоиди in vitro и по-нататъшното развитие на така образуваните ембриони при имплантиране в матката на жената. По-нататъшното усъвършенстване на методите, разработени в тази област, доведе до факта, че раждането на деца от "епруветка" стана реалност. Още през 1981 г. в света са родени 12 деца, чийто живот е даден в лабораторията, в епруветката. Понастоящем този раздел на клетъчното инженерство е широко разпространен и броят на децата от "епруветка" вече е десетки хиляди (фиг. 130). В Русия работата по получаване на деца от "епруветка" започва едва през 1986 г.

През 1993 г. е разработена техника за получаване на монозиготни човешки близнаци инвитрочрез разделяне на ембрионите на бластомери и отглеждане на последните до 32 клетки, след което те могат да бъдат имплантирани в матката на жената.

Повлияни от резултатите, свързани с бебета от епруветка, животните също са разработили технология, наречена трансплантацииембриони. Свързва се с разработването на метод за предизвикване на полиовулация, методи за изкуствено оплождане на яйцеклетки и имплантиране на ембриони в тялото на животни - приемни майки. Същността на тази технология е следната:

schuschy. Високопродуктивна крава се инжектира с хормони, което води до полиовулация, която се състои в узряването на 10-20 клетки наведнъж. След това яйцата се оплождат изкуствено с мъжки репродуктивни клетки в яйцепровода. На 7-8-ия ден ембрионите се измиват от матката и се трансплантират в матката на други крави (приемни майки), които след това раждат близнаци. Телетата наследяват генетичния статус на първоначалните си родители.

Ориз. 130."Тръбни" деца

Друга област на клетъчното инженерство при животните е създаването на трансгенни животни. Най-простият начин за получаване на такива животни е въвеждането на линейни ДНК молекули в яйцата на оригиналните животни. Животните, които се развиват от така оплодени яйца, ще носят копие на въведения ген в една от своите хромозоми и освен това ще предават този ген по наследство. По-сложен метод за получаване на трансгенни животни е разработен върху мишки, които се различават по цвета на козината и е както следва. Първо, четиридневни ембриони се отстраняват от тялото на бременна сива мишка и се натрошават на отделни клетки. След това ядрата се извличат от ембрионалните клетки, те се прехвърлят в яйцата на черни мишки, предварително лишени от ядрата. В епруветки се поставят яйца от черна мишка, съдържащи чужди ядра

с хранителен разтвор за по-нататъшно развитие. Ембриони, развити от яйца на черни мишки, се имплантират в матката на бели мишки. Така в тези експерименти беше възможно да се получи клонинг на мишки със сив цвят на козината, т.е. клониране на ембрионални клетки с желани свойства. В глава IV разгледахме резултатите от оплождането на изкуствено лишени от ядра овчи яйца с ядрен материал на соматични клетки на животни от същия вид. По-специално, ядрата бяха отстранени от яйцата на овцете и след това ядрата на соматичните клетки (ембрионални, плодови или клетки на възрастни животни) бяха въведени в такива яйца, след което яйцата, оплодени по този начин, бяха въведени в матката на възрастни овце. Родените агнета се оказаха идентични с овцете донори. Пример е овцата Доли. Получени са и клонирани телета, мишки, зайци, котки, мулета и други животни. Подобно конструиране на трансгенни животни е пряк начин за клониране на животни с икономически полезни качества, включително индивиди от определен пол.

Трансгенни животни също са получени с помощта на изходен материал, принадлежащ на различни видове. По-специално, известен е метод за прехвърляне на ген, който контролира растежния хормон от плъхове към миши яйца, както и метод за комбиниране на овчи бластомери с кози бластомери, което доведе до появата на хибридни животни (крави). Тези експерименти показват възможността за преодоляване на видовата несъвместимост в най-ранните етапи на развитие. Особено примамливи перспективи се откриват (при пълно преодоляване на видовата несъвместимост) по пътя на оплождането на яйцата на един вид от ядрата на соматични клетки на друг вид. Говорим за реалната перспектива за създаване на икономически ценни хибриди от животни, които не могат да бъдат получени чрез кръстосване.

Трябва да се отбележи, че работата по ядрена трансплантация все още не е много ефективна. Експериментите, проведени върху земноводни и бозайници, като цяло показват, че тяхната ефективност е ниска и зависи от несъвместимостта между донорните ядра и реципиентните ооцити. В допълнение, получените хромозомни аберации в трансплантираните ядра в хода на по-нататъшното развитие, които са придружени от смъртта на трансгенни животни, също са пречка за успеха.

В пресечната точка на работата по изучаването на клетъчната хибридизация и имунологичните изследвания възникна проблем, свързан с производството и изследването на така наречените моноклонални антитела. Както беше отбелязано по-горе, антителата, произведени от тялото в отговор на въвеждането на антиген (бактерии, вируси, червени кръвни клетки и т.н.), са протеини, наречени имуноглобулини и формират основна част от защитната система на тялото срещу патогени. Но всяко чуждо тяло, въведено в тялото, е смес от различни антигени, които ще стимулират производството на различни антитела. Например човешките еритроцити имат антигени не само за кръвни групи A (II) и B (III), но и много други антигени, включително Rh фактора. Освен това протеините на бактериалната клетъчна стена или капсидът на вирусите също могат да действат като различни антигени, причинявайки образуването на различни антитела. В същото време лимфоидните клетки на имунната система на тялото обикновено са представени от клонинги. Това означава, че дори само поради тази причина, в кръвния серум на имунизирани животни, антителата винаги са смес, състояща се от антитела, произведени от клетки на различни клонове. Междувременно за практически цели са необходими антитела само от един тип; така наречените моноспецифични серуми, съдържащи антитела само от един вид или, както се наричат, моноклонални антитела.

В търсене на методи за получаване на моноклонални антитела, швейцарски изследователи през 1975 г. откриват метод за хибридизация между миши лимфоцити, имунизирани с един или друг антиген, и култивирани туморни клетки от костен мозък. Такива хибриди се наричат ​​"хибридома". От „лимфоцитната“ част, представена от лимфоцит от един клонинг, единичен хибридом наследява способността да предизвиква образуването на необходимите антитела и то от същия тип, а благодарение на „туморната (миеломна)“ част става способни, като всички туморни клетки, да се размножават неограничено върху изкуствени хранителни среди, давайки голяма популация от хибриди. На фиг. 131 показва схема за изолиране на клетъчни линии, синтезиращи моноклонални антитела. Миши клетъчни линии, продуциращи моноклонални антитела, се изолират чрез сливане на миеломни клетки с лимфоцити от далака на мишки, имунизирани преди пет дни.

желан антиген. Сливането на клетките се постига чрез смесването им в присъствието на полиетилен гликол, което предизвиква сливането на клетъчните мембрани и след това се инокулират върху хранителна среда, която позволява растеж и възпроизвеждане само на хибридни клетки (хибридома). Възпроизвеждането на хибридоми се извършва в течна среда, където те растат допълнително и отделят антитела в културалната течност и само един вид, освен това в неограничени количества. Тези антитела се наричат ​​моноклонални. За увеличаване на честотата на образуване на антитела се прибягва до хибридомно клониране, т.е. за селекция на отделни колонии от хибридоми, способни да произвеждат най-голямо количество антитела от желания тип. Моноклоналните антитела са намерили широко приложение в медицината за диагностика и лечение на редица заболявания. В същото време най-важното предимство на моноклоналната технология е, че тя може да се използва за генериране на антитела срещу материали, които не могат да бъдат пречистени. Напротив, възможно е да се получат моноклонални антитела срещу клетъчни (плазмени) мембрани на животински неврони. За да се направи това, мишките се имунизират с изолирани невронни мембрани, след което техните лимфоцити от далака се комбинират с миеломни клетки и след това се процедира, както е описано по-горе.

Ориз. 131. Получаване на моноклонални антитела

ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО И МЕДИЦИНА

Генното инженерство се оказа много обещаващо за медицината, главно в създаването на нови технологии за получаване на физиологично активни протеини, използвани като лекарства (инсулин, соматостатин, интерферони, соматотропин и др.).

Инсулинът се използва за лечение на хора с диабет, който е третата най-честа причина за смърт след сърдечните заболявания и рака. Световното търсене на инсулин е няколко десетки килограма. Традиционно се получава от панкреатичните жлези на прасета и крави, но хормоните на тези животни са малко по-различни от човешкия инсулин. Свинският инсулин се различава по една аминокиселина, докато говеждият инсулин по три. Смята се, че животинският инсулин често причинява странични ефекти. Въпреки че химическият синтез на инсулин се извършва от дълго време, но досега промишленото производство на хормони остава много скъпо. Сега евтиният инсулин се получава чрез метод на генно инженерство чрез химико-ензимен синтез на инсулиновия ген, последван от въвеждането на този ген в Е. coli, която след това синтезира хормона. Такъв инсулин е по-скоро "биологичен", тъй като е химически идентичен с инсулина, произведен от клетките на човешкия панкреас.

Интерфероните са протеини, синтезирани от клетките главно в отговор на инфекция на тялото от вируси. Интерфероните са видово специфични. Например при хората има три групи интерферони, произвеждани от различни клетки под контрола на съответните гени. Интересът към интерфероните се определя от факта, че те се използват широко в клиничната практика за лечение на много човешки заболявания, особено вирусни.

Имайки големи размери, молекулите на интерферона са трудно достъпни за синтез. Следователно повечето интерферони сега се получават от човешка кръв, но добивът при този метод на получаване е малък. В същото време нуждата от интерферон е изключително висока. Това постави предизвикателството да се намери ефективен метод за производство на интерферон в индустриални количества. Генното инженерство е в основата на съвременното производство на "бактериален" интерферон.

Влиянието на генното инженерство върху технологията на онези лекарствени вещества, които отдавна са създадени с помощта на биологична технология, се е увеличило. Още през 40-те и 50-те години. 20-ти век беше създаден

биологична индустрия за производство на антибиотици, които са най-ефективната част от лекарствения арсенал на съвременната медицина. През последните години обаче се наблюдава значително увеличение на резистентността на бактериите към лекарства, особено към антибиотици. Причината се крие в широкото разпространение в микробния свят на плазмиди, които определят лекарствената резистентност на бактериите. Ето защо много известни преди това антибиотици са загубили предишната си ефективност. Засега единственият начин за преодоляване на бактериалната резистентност към антибиотици е търсенето на нови антибиотици. Според експерти годишно в света се създават около 300 нови антибиотици. Повечето от тях обаче са или неефективни, или токсични. Само няколко антибиотици се въвеждат в практиката всяка година, което налага не само поддържането, но и увеличаването на капацитета на антибиотичната индустрия на базата на разработките на генното инженерство.

Основните задачи на генното инженерство в тези технологии на лекарствени вещества, в които микроорганизмите са производители на лекарства, се определят от необходимостта от генно инженерна реконструкция на последните с цел повишаване на тяхната активност. В същото

В същото време започва да се реализира идеята за създаване на лекарства под формата на малки молекули, което допринася за по-голямата им ефективност.

Имунната биотехнология се свързва преди всичко с производството на ваксини от ново поколение за профилактика на инфекциозни заболявания при хора и животни. Първите търговски продукти, създадени с помощта на генното инженерство, са ваксини срещу човешки хепатит, животински шап и някои други. Изключително важно направление в тази област е свързано с производството на моноклонални антитела, реактиви, необходими за диагностика на патогени, както и за пречистване на хормони, витамини, протеини от различно естество (ензими, токсини и др.).

Значителен практически интерес представлява методът за получаване на изкуствен хемоглобин чрез въвеждане на хемоглобинови гени в тютюневите растения, където под контрола на тези гени се произвеждат α- и β-глобинови вериги, които се комбинират в хемоглобин. Синтезираният в клетките на тютюневите растения хемоглобин е напълно функционален (свързва кислорода). Клетъчното инженерство, приложено към хората, е свързано не само с решаването на фундаментални проблеми на човешката биология, но и с преодоляването преди всичко на женското безплодие. Тъй като честотата на положителни случаи на имплантиране в матката на жени на получени ембриони инвитро,е малък, след което се получават монозиготни ембриони близнаци инвитросъщо е важно, тъй като възможността за повторна имплантация се увеличава поради "резервните" ембриони. От особен интерес са перспективите за използване на стволови клетки като източник на заместване на клетки и тъкани при лечението на заболявания като диабет, увреждане на гръбначния мозък, сърдечна болка, остеоартрит и болест на Паркинсон. Но за да се реализират тези перспективи, е необходимо задълбочено изследване на биологията на стволовите клетки.

При използването на генното инженерство във връзка с проблемите на медицината, задачата за разработване на методи за генно инженерство за радикално лечение на наследствени заболявания, които, за съжаление, все още не могат да бъдат лечими със съществуващите методи, придобиха особено значение. Съдържанието на тази задача е да се разработят начини за коригиране (нормализиране) на мутациите, които водят до наследствени заболявания, и да се осигури предаването на "корекциите" по наследство. Смята се, че успешното развитие на генетично модифицирани методи за лечение на наследствени заболявания ще бъде

допринасят за данните за човешкия геном, получени в резултат на изпълнението на международната научна програма "Човешки геном".

ЕКОЛОГИЧНИ ПРОБЛЕМИ НА ГЕННОТО ИНЖЕНЕРСТВО

Издигайки биотехнологиите на ново ниво, генното инженерство намери приложение и в разработването на методи за определяне и премахване на замърсяването на околната среда. По-специално са конструирани бактериални щамове, които са своеобразни индикатори за мутагенната активност на химическите замърсители. От друга страна, бактериалните щамове, съдържащи плазмиди, са генетично конструирани, за да контролират синтеза на ензими, способни да унищожат много химически съединения, които замърсяват околната среда. По-специално, някои бактерии, съдържащи плазмиди, са способни да разлагат нефт и нефтопродукти, които са попаднали в околната среда в резултат на различни аварии или други неблагоприятни причини до безвредни съединения.

Генното инженерство обаче е трансформация на генетичен материал, който не съществува в природата. Следователно продуктите на генното инженерство са абсолютно нови продукти, които не съществуват в природата. Поради това, поради неизвестния характер на своите продукти, той сам по себе си представлява опасност както за природата и околната среда, така и за персонала, работещ в лаборатории, които използват методи на генно инженерство или работят със структури, създадени в процеса на генно инженерна работа.

Тъй като възможностите за клониране на гени са безкрайни, още в самото начало на тези изследвания сред учените възникват въпроси относно природата на създадените организми. В същото време имаше предложения за редица нежелани последици от тази методология и тези предложения също намериха подкрепа сред широката общественост. По-специално възникнаха разногласия относно свойствата на бактериите, които получиха животински гени в експерименти с генно инженерство. Например бактериите задържат ли E. coliтяхната видова принадлежност поради съдържанието на въведени в тях животински гени (например инсулиновия ген) или трябва да се считат за нов вид? Освен това, колко издръжливи са такива бактерии, в какви екологични ниши могат

съществуват? Но най-важното беше появата на опасения, че при производството и манипулирането на рекомбинантни ДНК молекули могат да се създадат генетични структури с непредвидени и опасни за човешкото здраве свойства, за исторически установения екологичен баланс. В същото време започнаха призиви за мораториум върху генното инженерство. Тези призиви предизвикаха международен отзвук и доведоха до международна конференция, проведена през 1975 г. в САЩ, на която бяха широко обсъдени възможните последици от изследванията в тази област. След това в страните, където започна да се развива генното инженерство, бяха разработени правила за работа с рекомбинантни ДНК молекули. Тези правила са насочени към предотвратяване навлизането на продукти от дейността на лабораториите за генно инженерство в местообитанието.

Друг аспект на нежеланите последици от работата по генно инженерство е свързан с опасността за здравето на персонала, работещ в лаборатории, където се използват методи на генно инженерство, тъй като такива лаборатории използват фенол, етидиев бромид, UV радиация, които са вредни фактори за здравето. Освен това в тези лаборатории съществува възможност за заразяване с бактерии, съдържащи рекомбинантни ДНК молекули, които контролират нежеланите свойства, като лекарствена резистентност на бактериите. Тези и други моменти определят необходимостта от подобряване на нивото на безопасност в работата по генно инженерство.

И накрая, проблемите с опасността от генетично модифицирани храни (генномодифицирани домати, картофи, царевица, соя), както и продукти като хляб, тестени изделия, сладкиши, сладолед, сирене, са широко дискутирани в обществото. растително масло, месни продукти, които в редица страни, особено в САЩ, са получили широко разпространение. За 12 000 години селско стопанство хората са използвали естествени продукти. Следователно се предполага, че с генетично модифицирана храна в човешкото тяло ще навлязат нови токсини, алергени, бактерии, канцерогени, което ще доведе до напълно нови заболявания на бъдещите поколения. Това повдига въпроса за истинска научна оценка на генетично модифицираните храни.

ВЪПРОСИ ЗА ОБСЪЖДАНЕ

1. Какво се разбира под генетично, клетъчно и генно инженерство? Има ли разлика между тези концепции и молекулярното клониране?

2. Какъв е прогресивният характер на генното инженерство в сравнение с други методи, използвани в биологията?

3. Избройте основните "инструменти" на генното инженерство.

4. Какво представляват рестрикционните ензими, какви са техните свойства и ролята им в генното инженерство?

5. Всички рестриктази образуват ли "лепкави" краища на изследваната ДНК и дали структурата на "лепкавите" краища зависи от вида на рестриктазата?

6. Дефинирайте генетичните вектори. Има ли естествени вектори?

7. Как се получават генетични вектори в лабораторията? Какви биологични обекти са изходен материал за получаване на вектори?

8. Каква е максималната дължина на последователностите на ДНК азотни бази, които все още могат да бъдат включени в генетичен вектор? Различават ли се векторите по "мощност"?

9. Опишете свойствата на ДНК лигазата и определете нейната роля в генното инженерство.

10. Как се свързва клониран ДНК сегмент (ген) с генетичен вектор?

11. Каква е честотата на въвеждане на рекомбинантни ДНК молекули в бактериални клетки?

12. На какъв принцип се основава селекцията на бактериални клетки, съдържащи рекомбинантни ДНК молекули? Дайте един пример за такъв избор.

14. Много щамове бактерии имат едни и същи ензими, които осигуряват почти същия метаболизъм. Междувременно нуклеотидната специфичност на бактериалните рестрикционно-модифицирани системи е различна. Можете ли да обясните този феномен?

15. Защо ДНК последователностите, представляващи местата за разпознаване на рестрикционни ензими, не могат да съдържат повече от осем базови двойки?

16. Колко пъти ще се появи HHCC последователността, разпозната от рестрикционния ензим Hae III в ДНК сегмент от 50 000 bp с 30, 50 и 70 процента съдържание на HC?

17. Рестрикционните ензими Bam HI и Bgl I стопяват G GATCC и T GATCA последователности, съответно. Могат ли ДНК фрагменти, произведени чрез Bgl I рестрикция, да бъдат включени в сайта Bam HI? Ако отговорът е да, защо? Ако използваният плазмид (вектор) съдържа едно Bgl I рестрикционно място, тогава кое хранителна средавъзможно ли е да се извърши селекция на бактерии, този плазмид?

18. Изчислете честотата на бактериална трансформация на ДНК молекула, ако се образуват 5-10 5 трансформанти на 5000 плазмидни базови двойки?

19. Възможно ли е да се клонира нулевата точка на репликация на ДНК E. coliи ако да как?

20. Възможно ли е да се определи колко ДНК молекули са необходими за трансформиране на една клетка Е. коли?

21. Възможно ли е да се определи мястото на сплайсинг на иРНК чрез полимеразна верижна реакция?

22. Как може да се използва полимеразната верижна реакция за въвеждане на желаното рестрикционно място в интересното място на ДНК фрагмента, който ще се клонира?

23. Назовете методите на клетъчното инженерство, приложени към животни. Каква е икономическата стойност на животните, произведени по тези методи?

24. Дефинирайте понятията "трансгенни растения" и "трансгенни животни". Трансгенните организми запазват ли своя вид или могат да се считат за организми от нови видове?

25. Какво представляват хибридомите и моноклоналните антитела? Как се приемат?

26. Приложимо ли е клетъчното инженерство за хората?

27. Да предположим, че инжектирането на чужда ДНК в яйцеклетка на мишка и имплантирането на оплодената по този начин яйцеклетка в тялото на мишка завърши с нейната бременност и раждането на мишки, съдържащи копия на инжектираната ДНК в генома. Мишките обаче се оказаха мозайки; някои от техните клетки съдържат копия на инжектираната ДНК, докато други нямат тази ДНК. Можете ли да обясните природата на това явление?

28. Смятате ли, че храната, приготвена от генетично модифицирани храни, е генетично опасна?

29. Необходим ли е научен преглед на генетично модифицираните храни?

Познанието се определя от това, което утвърждаваме като Истина.

П.А. Флоренски, 1923 г

(ДНК и РНК) и генетика на микроорганизмите. Занимава се със структурно декодиране, химичен или биохимичен синтез, клониране, вмъкване на изолирани или новосинтезирани организми с цел целенасочена промяна на техните наследствени свойства. Генното инженерство сбъдва вековната мечта на човечеството – контролът.

Две открития направиха възможно генното инженерство. Първият от тях е откриването на специфични такива – наречени рестриктази. Рестрикционните ензими разкъсват, нарязват последователността на нуклеотидите в ДНК, но не където и да е, а само на онези места, където има комбинация от определени нуклеотиди, разпознаваеми само от този рестриктазен ензим. Тези "умни" са изолирани от микроорганизми, които защитават от чужда генетична информация (например от ДНК). С помощта на рестриктази могат да се получат части от ДНК, изрязани на същите места, например включително нуклеотидна последователност, кодираща специфичен . Това може да бъде инсулин, необходим за лечение на диабет, човешки или използван за лечение на вирусни заболявания.

Важен за генното инженерство и друг - лигаза, "зашиваща" ДНК сегменти един към друг. С негова помощ е възможно чрез смесване на разтвори на различни нарязани (ограничени) ДНК молекули в епруветка да ги съшиете в едно, т.е. да свържете една последователност с друга.

Второто откритие в основата на генното инженерство е възпроизвеждането в генетични елементи. Това са кръгови ДНК молекули с относително малка дължина (не повече от 100 хиляди нуклеотидни двойки). Те се наричат ​​. Може би те произхождат от така наречените умерени фаги (виж) - които не убиват бактериите, но се предават от поколение на поколение. и умерените могат да се прехвърлят от към и, които са част от тяхната кръгова ДНК, могат да бъдат шаблони за синтеза на специфични според обичайния механизъм - чрез информационна (матрична) РНК с участието на рибозомите на гостоприемника (виж,) . Плазмидна и фагова ДНК може също да бъде нарязана чрез рестрикционни ензими и лигирана чрез лигази.

Генното инженерство възниква, когато учените откриват, че с помощта на рестриктази и лигази чужди могат да бъдат вмъкнати в или умерен фаг и след това да бъдат заразени с тях. Трудностите с вмъкването в бактерии и фаги (те се наричат ​​вектори, носители) на висши организми бяха бързо преодолени. Сега генните инженери усърдно търсят умерени, които биха могли да станат безопасни вектори за.

Още сега генното инженерство може да осигури неограничен брой други хора, необходими за лечението на генетични заболявания (например инсулин и др.). Те се синтезират чрез размножаване в големи количества, в които са въведени съответните. В близко бъдеще инхибитори (забавители) на злокачествени тумори, за лечение на вирусни заболявания, енкефалини и ендорфини за лечение на психично заболяване. По принцип е възможно да се форсира синтеза на месо или мляко. В края на нашия век проблемът с промяната на посоката вероятно ще бъде решен. висши растениякоето ще революционизира селското стопанство. Първо, нека поговорим за създаването

1. Възможности на генното инженерство. четири

2. История на генното инженерство. 6

3. Генното инженерство като наука. Методи на генното инженерство. 10

4. Области на приложение на генното инженерство. 12

5. Научни фактиопасностите от генното инженерство. осемнадесет

Заключение. 22

Използвана литература.. 23

Въведение

Темата за генното инженерство в последно времевсички се радват по популярен. Обърнато е най-голямо внимание на негативните последици, до които може да доведе развитието на този клон на науката, и са засегнати в много малка степен ползите, които генното инженерство може да донесе.

Най-обещаващата област на приложение е производството на лекарства с помощта на технологии за генно инженерство. Наскоро стана възможно да се получат полезни ваксини на базата на трансгенни растения. Не по-малък интерес представлява производството на хранителни продукти по същите технологии.

Генното инженерство е науката на бъдещето. На този моментпо целия свят милиони хектари земя са засети с трансгенни растения, създават се уникални лекарства и нови производители на полезни вещества. С течение на времето генното инженерство ще направи възможно постигането на нови постижения в медицината, селското стопанство, Хранително-вкусовата промишлености в животновъдството.

Целта на тази работа е да се проучат характеристиките на възможностите, историята на развитието и обхвата на генното инженерство.

1. Възможности на генното инженерство

Важен компонент на биотехнологията е генното инженерство. Родена в началото на 70-те, днес тя постигна голям успех. Техниките на генното инженерство трансформират клетки от бактерии, дрожди и бозайници във „фабрики“ за широкомащабно производство на всякакви протеини. Това дава възможност да се анализират в детайли структурата и функциите на протеините и да се използват като лекарства. В момента Escherichia coli (E. coli) се превърна в доставчик на такива важни хормони като инсулин и соматотропин. Преди това инсулинът се получаваше от животински клетки на панкреаса, така че цената беше много висока. За получаване на 100 g кристален инсулин са необходими 800-1000 kg панкреас, а една жлеза на крава тежи 200-250 грама. Това направи инсулина скъп и трудно достъпен за широк кръг от диабетици. През 1978 г. изследователи от Genentech направиха първия инсулин в специално разработен щам на Escherichia coli. Инсулинът се състои от две полипептидни вериги А и В с дължина 20 и 30 аминокиселини. Когато са свързани чрез дисулфидни връзки, се образува нативен двойноверижен инсулин. Доказано е, че не съдържа протеини на E. coli, ендотоксини и други примеси, странични ефекти, като животински инсулин, а по отношение на биологичната си активност не го прави

е различен. Впоследствие проинсулинът се синтезира в клетки на Е. coli, за които се синтезира ДНК копие върху РНК матрицата с помощта на обратна транскриптаза. След пречистване на получения проинсулин той се разделя и се получава нативен инсулин, като етапите на екстракция и изолиране на хормона се свеждат до минимум. От 1000 литра културална течност могат да се получат до 200 грама от хормона, което е еквивалентно на количеството инсулин, отделено от 1600 kg панкреас на прасе или крава.

Соматотропинът е човешки растежен хормон, секретиран от хипофизната жлеза. Липсата на този хормон води до хипофизен нанизъм. Ако соматотропинът се прилага в дози от 10 mg на kg телесно тегло три пъти седмично, тогава за една година дете, страдащо от неговия дефицит, може да порасне с 6 см. Краен фармацевтичен продукт. По този начин наличните количества хормон са ограничени, освен това хормонът, произведен чрез този метод, е хетерогенен и може да съдържа бавно развиващи се вируси. Компанията "Genentec" през 1980 г. разработи технология за производство на растежен хормон с помощта на бактерии, която беше лишена от тези недостатъци. През 1982 г. човешки растежен хормон е получен в култура на Е. coli и животински клетки в института Пастьор във Франция, а от 1984 г. в СССР започва промишлено производство на инсулин. При производството на интерферон се използват както Е. coli, S. cerevisae (дрожди), така и култура от фибробласти или трансформирани левкоцити. По подобни методи се получават и безопасни и евтини ваксини.

Производството на високоспецифични ДНК сонди се основава на технологията на рекомбинантната ДНК, с помощта на която те изучават генната експресия в тъканите, локализацията на гените в хромозомите и идентифицират гени, които имат свързани функции (например при хора и пилета). ). ДНК сондите се използват и при диагностицирането на различни заболявания.

Технологията на рекомбинантната ДНК направи възможен нетрадиционен протеиново-генен подход, наречен обратна генетика. С този подход се изолира протеин от клетката, генът на този протеин се клонира и се модифицира, създавайки мутантен ген, кодиращ променена форма на протеина. Полученият ген се въвежда в клетката. Ако се експресира, клетката, която го носи, и нейните потомци ще синтезират променения протеин. По този начин дефектните гени могат да бъдат коригирани и наследствените заболявания да бъдат лекувани.

Ако хибридната ДНК се въведе в оплодена яйцеклетка, могат да се получат трансгенни организми, които експресират мутантния ген и го предават на потомството. Генетичната трансформация на животните позволява да се установи ролята на отделните гени и техните протеинови продукти както в регулирането на активността на други гени, така и в различни патологични процеси. С помощта на генното инженерство, линии от животни, устойчиви на вирусни заболявания, както и породи животни с полезни за човека свойства. Например, микроинжектирането на рекомбинантна ДНК, съдържаща гена на говежди соматотропин, в зигота на заек, направи възможно получаването на трансгенно животно с хиперпродукция на този хормон. Получените животни са с изразена акромегалия.

Носителите на материалната основа на гените са хромозомите, които включват ДНК и протеини. Но гените на формирането не са химически, а функционални. От функционална гледна точка ДНК се състои от множество блокове, които съхраняват определено количество информация – гени. Действието на гена се основава на способността му да определя протеиновия синтез чрез РНК. В молекулата на ДНК, така да се каже, се записва информация, която определя химическата структура на протеиновите молекули. Генът е част от ДНК молекула, която съдържа информация за първичната структура на отделен протеин (един ген - един протеин). Тъй като в организмите има десетки хиляди протеини, има и десетки хиляди гени. Съвкупността от всички гени на една клетка съставлява нейния геном. Всички клетки на тялото съдържат един и същ набор от гени, но всяка от тях изпълнява различна част от съхранената информация. Затова напр. нервни клеткикакто по структурно-функционални, така и по биологични особености те се различават от чернодробните клетки.

Сега дори е трудно да се предвидят всички възможности, които ще се реализират през следващите няколко десетилетия.

2. История на генното инженерство

Историята на високите биомедицински технологии, методите за генетични изследвания, както и самото генно инженерство, е пряко свързано с вечното човешко желание да подобри породите домашни животни и тези, отглеждани от хората. култивирани растения. Избирайки определени индивиди от групи животни и растения и кръстосвайки ги помежду си, човек, който няма правилна представа за вътрешната същност на процесите, протичащи вътре в живите същества, въпреки това в продължение на много стотици и хиляди години създадоха подобрени породи животни и сортове растения, които притежаваха определени полезни и необходими свойства за хората.

През 18-ти и 19-ти век са правени много опити да се установи как знаците се предават от поколение на поколение. Едно важно откритие е направено през 1760 г. от ботаника Kellreuter, който кръстосва два вида тютюн чрез прехвърляне на прашец от един вид тичинка към друг вид плодник. Растенията, получени от хибридни семена, имат черти, междинни между тези на двамата родители. Kellerreiter логично заключава от това, че родителските черти се предават както чрез прашец (семенни клетки), така и чрез яйцеклетки (яйцеклетки). Но нито той, нито неговите съвременници, които се занимават с хибридизация на растения и животни, не успяват да разкрият естеството на механизма за предаване на наследствеността. Това отчасти се дължи на факта, че по това време цитологичната основа на този механизъм все още не е била известна, но главно на факта, че учените са се опитвали да изучават наследяването на всички черти на растенията едновременно.

Научният подход при изучаване на унаследяването на определени черти и свойства е разработен от австрийския католически монах Грегор Мендел, който през лятото на 1865 г. започва своите експерименти за хибридизация на растенията (кръстосване различни сортовеграх) на територията на неговия манастир. Той открива за първи път основните закони на генетиката. Грегор Мендел успя, защото изучаваше унаследяването на отделни, различни (контрастни) белези, преброи броя на потомството от всеки тип и внимателно водеше подробни записи на всички свои експерименти с кръстосване. Запознаването с основите на математиката му позволи да интерпретира правилно получените данни и да изложи предположението, че всяка черта се определя от два наследствени фактора. По-късно талантливият монах-изследовател успя ясно да покаже, че наследствените свойства не се смесват, а се предават на потомството под формата на определени единици. Това блестящо заключение впоследствие беше напълно потвърдено, когато беше възможно да се видят хромозомите и да се открият характеристиките различни видовеклетъчно делене: митоза (соматични клетки - телесни клетки), мейоза (полова, репродуктивна, зародишна) и оплождане.

Мендел докладва за резултатите от работата си на среща на Дружеството на естествоизпитателите в Брун и ги публикува в сборника на това общество. Значението на неговите резултати не беше разбрано от неговите съвременници и тези изследвания не привлякоха вниманието на селекционерите и естествоизпитателите в продължение на почти 35 години.

През 1900 г., след като стават известни подробностите за клетъчното делене според вида на митозата, мейозата и самото оплождане, трима изследователи - де Врис в Холандия, Коренс в Германия и Чермак в Австрия - провеждат серия от експерименти и независимо един от друг , преоткрива законите на наследствеността, описани по-рано от Мендел. По-късно, след като откриват статията на Мендел, в която тези закони са ясно формулирани 35 години преди тях, тези учени единодушно отдават почит на учения монах, назовавайки двата основни закона на наследствеността на негово име.

През първото десетилетие на 20 век са проведени експерименти с най-разнообразни растения и животни и са направени многобройни наблюдения относно унаследяването на черти при хората, които ясно показват, че наследствеността се подчинява на едни и същи основни закони при всички тези организми. Установено е, че факторите, описани от Мендел, които определят дадена черта, се намират в хромозомите на клетъчното ядро. Впоследствие, през 1909 г., тези единици са наречени гени от датския ботаник Йохансен (от гръцката дума "genos" - род, произход), а американският учен Уилям Сетън забелязва удивително сходство между поведението на хромозомите по време на образуването на гамети ( полови клетки), тяхното оплождане и пренос на менделски наследствени фактори – гени. Въз основа на тези блестящи открития е създадена така наречената хромозомна теория за наследствеността.

Строго погледнато, самата генетика, като наука за наследствеността и изменчивостта на живите организми и методите за управлението им, възниква в началото на 20 век. Американският генетик Т. Морган, заедно с колегите си, проведе множество експерименти, които позволиха да се разкрие генетичната основа на определянето на пола и да се обяснят редица необичайни форми на наследяване, при които предаването на черта зависи от пола на индивида (така наречените черти, свързани с пола). Следващата голяма стъпка напред е направена през 1927 г., когато Г. Мелер установява, че чрез облъчване на плодовата муха Drosophila и други организми с рентгенови лъчи е възможно изкуствено да се предизвикат генни промени в тях, тоест мутации. Това направи възможно получаването на много нови мутантни гени - допълнителен материалза изследване на наследствеността. Данните за природата на мутациите са послужили като един от ключовете за разбирането и структурата на самите гени.

През 20-те години на нашия век съветски учени от школата на A.S. Серебровски бяха проведени първите експерименти, показващи колко сложен е генът. Тези идеи са използвани от Дж. Уотсън и Ф. Крик, които успяват да създадат ДНК модел през 1953 г. в Англия и да дешифрират генетичния код. Разширената тогава изследователска работа, свързана с целенасоченото създаване на нови комбинации от генетичен материал, доведе до появата на самото генно инженерство.

По същото време през 40-те години на миналия век започва експериментално изследване на връзката между гените и ензимите. За тази цел широко се използва друг обект - плесенната гъба Neurospora, от която е възможно изкуствено да се получат и изследват редица биохимични мутации, свързани със загубата на един или друг специален ензим (протеин). През последните две десетилетия Escherichia coli и някои бактериофаги, които заразяват тази бактерия, са най-честите обекти на генетични изследвания.

От началото на 20-ти век има неотслабващ интерес към изучаването на унаследяването на някои (специфични) белези при хората и към наследственото предаване на желани и нежелани белези при домашните животни и култивираните растения. Въз основа на непрекъснато нарастващите познания за генетичните модели, генетиците и животновъдите са се научили, почти по поръчка, да отглеждат добитък, който може да оцелее в горещ климат, крави, които дават много мляко с високо съдържание на мазнини, пилета, които носят големи яйцатънкочерупкови сортове царевица и пшеница, които са силно устойчиви на определени заболявания.

През 1972 г. в САЩ в лабораторията на П. Берг е получена първата хибридна (рекомбинантна) ДНК. Вълнуващи прозрения за човешката генетика и генетични методиизследванията започват да се развиват широко и да се прилагат в самата медицина. През 70-те години на миналия век започва декодирането на човешкия геном. Повече от десетилетие съществува проект, наречен Човешки геном. От 3 милиарда двойки нуклеотиди, подредени в непрекъснати пасажи, досега са прочетени само около 10 милиона знака. В същото време се създават нови генетични техники, които увеличават скоростта на четене на ДНК. Директор на Медицинския генетичен център на Руската академия на медицинските науки V.I. Иванов категорично смята, че „до около 2020 г. ще бъде разчетен целият геном“.

3. Генното инженерство като наука. Методи на генното инженерство

Генното инженерство е in vitro изграждане на функционално активни генетични структури (рекомбинантна ДНК), или с други думи, създаването на изкуствени генетични програми (Баев А.А.). Според Е.С. Генното инженерство на Пирузян е система от експериментални методи, които позволяват да се конструират изкуствени генетични структури в лабораторни условия (in vitro) под формата на така наречените рекомбинантни или хибридни ДНК молекули.

Говорим за насочено, по предварително зададена програма, изграждане на молекулярно-генетични системи извън тялото с последващото им въвеждане в живия организъм. В този случай рекомбинантната ДНК става неразделна част от генетичния апарат на организма реципиент и му придава нови уникални генетични, биохимични и след това физиологични свойства.

Целта на приложното генно инженерство е да се проектират такива рекомбинантни ДНК молекули, които, когато бъдат въведени в генетичния апарат, да придадат на тялото свойства, полезни за хората.

Рекомбинантната ДНК технология използва следните методи:

Специфично разцепване на ДНК чрез рестрикционни нуклеази, ускоряващо изолирането и манипулирането на отделните гени;

Бързо секвениране на всички нуклеотиди на пречистен ДНК фрагмент, което ви позволява да определите границите на гена и аминокиселинната последователност, кодирана от него;

Конструиране на рекомбинантна ДНК;

Хибридизация на нуклеинова киселина, която позволява откриването на специфични РНК или ДНК последователности с по-голяма точност и чувствителност въз основа на тяхната способност да свързват комплементарни последователности на нуклеинова киселина;

ДНК клониране: in vitro амплификация чрез полимеразна верижна 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 приложение на генното инженерство

Научните открития, които в момента се правят в областта на човешката генетика, всъщност са от революционно значение, тъй като става дума за възможността за създаване на „карта на човешкия геном“ или „патологична анатомия на човешкия геном“. Тази генетична карта ще локализира гените на дългата верига на ДНК. отговоренза някои наследствени заболявания. Според генетиците тези неограничени възможности са в основата на идеята за прилагане в клиничната практика на т. нар. генна терапия, която е направление в лечението на пациентите, свързано с подмяна на засегнатите гени с помощта на високи биомедицински технологии. и генно инженерство. Проникването в състава на човешките генни системи и осигуряването на тяхната жизнена дейност е възможно както на ниво соматични (всяка телесна, имаща определени структурни и функционални различия) клетки на тялото, така и на ниво пол, репродукция (зародишни) и зародишни. (ембрионални) клетки.

Генното инженерство като вид терапия - лечение на определено генетично обусловено заболяване - е свързано с доставянето на подходяща недефектна ДНК молекула, за да се замени с нейна помощ този ген - участък от хромозомата, който съдържа дефект, или да го интегрира в човешкия генетичен материал чрез сливане с т.нар соматични клеткичовешко тяло с генетичен дефект. Задачата на генното инженерство по отношение на човек е да осигури подходящо целенасочено въздействие върху определен ген, за да го коригира в посока на правилното функциониране и да осигури на човек, страдащ от наследствено заболяване, нормална, непроменена версия на гена. . За разлика от лекарствената терапия, тази терапия, наречена генно инженерство, вероятно ще осигури на пациента дълго, продължително, високоефективно лечение, което носи голямо облекчение и полза.

Въпреки това, всички съвременни методи за въвеждане на ДНК в живи организми не са в състояние да я насочат и доставят до специфична популация от клетки, съдържащи променен и следователно неправилно функциониращ ген. С други думи, така нареченият насочен трансфер, транспортирането на гени в условията на тялото (в модела "in vivo"), в момента е невъзможен.

Друг методологичен подход, базиран на извличане на определена популация от клетки, съдържащи засегнатия ген, от тялото на пациента и манипулиране на генетичния материал чрез заместване на дефектни гени в клетки с помощта на генно инженерство (в модела „ин витро“) и връщането им на същото място в тялото, където са взети от пациента, в момента е възможно в условията на медицински генетични центрове. Този метод на генна терапия чрез генно инженерство вече е използван в експериментален опит за излекуване на двама пациенти, страдащи от рядко генетично обусловено заболяване, така наречената бета таласемия, която, подобно на сърповидноклетъчната анемия, също се причинява от наличието на необичайно подреден и следователно неправилно функциониращ протеин в червените кръвни клетки. Същността на манипулацията се състоеше в това, че от костния мозък на тези пациенти бяха изолирани т. нар. стволови клетки, в чиито хромозоми беше въведен участъкът от ДНК, отговорен за производството на нормалния хемоглобулин протеин - генът. След като неправилно функциониращите стволови клетки, останали в костния мозък на пациента, бяха почти напълно унищожени, на пациентите бяха въведени генетично модифицирани стволови клетки. За съжаление тези два опита бяха клинично неуспешни, тъй като пациентите починаха. Този първи случай на генно инженерство в болнични условия не беше разрешен или одобрен от съответните контролни комисии, а участниците в него бяха остро осъдени за грубо нарушаване на правилата за провеждане на изследвания в областта на човешката генетика.

Генното инженерство на възпроизвеждащи се (полови) клетки може да доведе до напълно различни последствия, тъй като въвеждането на ДНК в тези клетки се различава от коригирането на генетичен дефект в соматични (телесни, неполови) клетки. Известно е, че въвеждането на други гени в хромозомите на зародишните клетки води до тяхното предаване на следващите поколения. По принцип можем да си представим добавянето на определени участъци от ДНК на мястото на дефектни участъци към генетичния материал на всяка възпроизвеждаща се клетка на определен човек, който е болен от едно или друго генетично предопределено заболяване.

Наистина, това е постигнато при мишки. И така, от яйчника на женска е получена яйцеклетка, която впоследствие е оплодена в епруветка (in vitro), след което в хромозомата на оплодената яйцеклетка е въведен чужд ДНК сегмент. Същата оплодена яйцеклетка с модифициран геном е имплантирана (въведена) в майчината матка на женска мишка. Източникът на чужда ДНК в един експеримент е генетичният материал на заек, а в друг - човек.

За да се открие по време на периода на вътрематочно развитие на плода вероятността дете да се роди с определени генетични аномалии, като синдром на Даун или болест на Тай-Сакс, се използва изследователска техника на така наречената амниоцентеза - пренатален анализ , по време на което се взема проба от биологична течност, съдържаща зародишни клетки, взета от околоплодния сак в началото на втория триместър на бременността. В допълнение, методът на извличане различни клеткиплод от плацентарна кръвна проба на майката. Получените по този начин маточни клетки засега могат да се използват само за откриване на ограничен брой генетично обусловени заболявания, при които има изразени, груби нарушения в структурата на ДНК и промени, установени чрез биохимични анализи. Генното инженерство, използващо рекомбинантна ДНК при изследване на плода, отваря възможността за правилно диагностициране на различни и многобройни наследствени заболявания.

В този случай се разработват методи за създаване на така наречените генни "сонди", с помощта на които е възможно да се определи дали в хромозомата присъства нормален, непроменен ген или има анормален, дефектен ген. В допълнение, генното инженерство, свързано с използването на рекомбинантна ДНК, която е на един от етапите на своето формиране, в бъдеще ще позволи така нареченото "планиране" на човешки гени, така че определен ген, който носи изкривени, патологична информация и следователно представлява интерес за генетиците, може да бъде открита навреме и достатъчно бързо по аналогия с метода на използване на друг "белязан" ген. Тази усъвършенствана биомедицинска техника би трябвало да помогне при локализирането на всеки ген в клетките на матката, а не само тези, при които вероятността за откриване на различни нарушения е осъществима с помощта на техниката на амниоцентеза.

В тази връзка през последните години се появиха нови раздели на биомедицинските науки, като например високи ДНК технологии, ембрионална терапия и клетъчна терапия (цитотерапия), тоест вътрематочна диагностика и лечение на генетично обусловено заболяване като при етап на формиране и развитие на ембриона (ембрион), и на етапа на съзряване на плода. Намесите и манипулирането на ембрионален материал имат пряко въздействие върху наследяването на генетичните промени, тъй като те имат способността да се предават от поколение на поколение. Освен това самата генетична диагноза започва да се развива в генетична прогноза, тоест в определяне на бъдещата съдба на човек, консолидиране на основните революционни промени в самата медицина, които в резултат на сложни медицински генетични експерименти и техники станаха възможни много преди появата на „клиничната картина на заболяването“ , понякога дори преди раждането на човек, за да се определи какви наследствени заболявания го заплашват. Така, благодарение на усилията на генетици и специалисти в областта на генното инженерство, в дълбините на биомедицинските науки се роди така наречената „предсказуема медицина“, тоест медицина, която „прави прогнози за бъдещето“.

Въпреки това, различни технологиии техниките на генното инженерство позволяват да се предскаже още в пренаталния период от развитието на детето, преди неговото раждане, не само наличието на определено наследствено заболяване в него, но и да се опишат подробно медицинските и генетични свойства на растящия ембрион и плода.

С натрупването на нови данни за генетичното картографиране на човешкия геном и описанието (секвенирането) на неговата ДНК, а също и защото разработените съвременни методи за изследване на ДНК полиморфизмите позволяват да се предоставят генетична информацияотносно определени структурни и функционални (включително патологични) характеристики на човешкото тяло, които най-вероятно ще се проявят в бъдеще, но все още не са забележими сега, става възможно да се получи цялата генетична информация за детето с помощта на медицински генетична диагностика, не само предклинично, но яде преди проявата на определено наследствено заболяване и пренатално, тоест преди раждането му, но и прецептивно, тоест още преди зачеването му.

В обозримо бъдеще, благодарение на успеха и напредъка в областта на медицинската генетична диагностика, ще бъде възможно според ДНК диагностиката да се прецени доста уверено например какъв ще бъде ръстът на човек, неговия умствен капацитет, предразположеност към определени заболявания (по-специално към онкологични или психични), обречени на проява и развитие на всякакви наследствени заболявания.

Съвременните биомедицински технологии позволяват да се открият различни нарушения в гените, които могат да се проявят и да причинят определени заболявания, не само на етапа на клинично изразено заболяване, но и когато все още няма признаци на патология и самата болест няма да се прояви толкова скоро. Примери за това могат да бъдат засягане на човек на възраст над 40 години и дори на 70 години, болест на Алцхаймер и хорея на Хънтингтън. Но дори и в тези случаи е възможно да се открият гени, които могат да причинят подобни заболявания при хората, дори преди зачеването на самия пациент. Известно е също, че диабетможе да се класифицира като едно от тези заболявания. Предразположението към това заболяване и самата генетично обусловена патология са наследени и могат да се проявят в случай на неспазване на определен начин на живот в зряла или напреднала възраст. Може да се твърди с достатъчна сигурност, че ако и двамата родители или един от тях страдат от диабет, тогава вероятността от наследяване на гена "диабет" или комбинация от такива гени се предава на децата.

В същото време е възможно да се проведат подходящи биомедицински изследвания и да се постави правилна диагноза при наличие на микроскопично малки количества биологичен материал. Понякога за това са достатъчни няколко отделни клетки, които ще бъдат размножени в ин витро култура и от тях ще се получи "генетичен портрет" на изследваното лице, разбира се, не за всички гени от неговия геном (има десетки хиляди от тях!), но за онези от тях, за които има основателни причини да се подозират определени дефекти. Едновременното развитие на методите на клетъчното и генното инженерство ще позволи на следващите етапи от познаването на генома да се открие практическата възможност за произволно и предимно за терапевтични цели промяна на последователността и реда на гените, техния състав и структура.

Медицината не е единствената област на приложение на генното инженерство. Разграничаване на генното инженерство на растенията, генното инженерство на бактериологичните клетки.

Напоследък се появиха нови възможности за получаване на "ядливи" ваксини на базата на трансгенни растения.

За трансгенни растения в света постигнат голям успех. Те до голяма степен са свързани с факта, че проблемът за получаване на организъм от клетка, група клетки или незрял ембрион в растенията сега не е голяма работа. Клетъчните технологии, тъканните култури и създаването на регенерирани агенти са широко използвани в съвременната наука.

Помислете за постиженията в областта на растениевъдството, които са получени в Сибирския институт по физиология и биохимия на растенията, Сибирския клон на Руската академия на науките.

Така през последните години бяха получени редица трансгенни растения чрез прехвърляне на ugt, acp, acb, accc и други гени, изолирани от различни растителни обекти, в техния геном.

В резултат на въвеждането на тези гени се появиха трансгенни растения от пшеница, картофи, домати, краставици, соя, грах, рапица, ягоди, трепетлика и някои други.

Въвеждането на гени се извършва или чрез "обстрелване" на тъкани с "генен пистолет" (чийто дизайн е разработен в нашия институт), или чрез генетичен вектор, базиран на агробактериален плазмид с вградени целеви гени и съответните промотори .

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

Трансгенната пшеница (2 сорта), която има много по-интензивен растеж и братене, вероятно е по-устойчива на суша и други неблагоприятни фактори на околната среда. Проучва се продуктивността му и унаследяването на придобитите свойства.

Трансгенни картофи, които са наблюдавани в продължение на три години. Постоянно дава 50–90 процента по-висок добив от контролата, придобива почти пълна резистентност към ауксиновите хербициди и в допълнение клубените му „почерняват“ много по-малко при срязване поради намаляване на активността на полифенолоксидазата.

Трансгенен домат (няколко сорта), характеризиращ се с по-голямо братене и добив. В оранжерия добивът му е до 46 кг/кв.м (над два пъти повече от контролата).

Трансгенна краставица (няколко сорта) дава голямо количествофертилни цветове и съответно плодове с добив до 21 кг/кв.м срещу 13,7 в контролата.

Съществуват и трансгенни форми на други растения, много от които също притежават редица полезни стопански качества.

Генното инженерство е науката на днешния и утрешния ден. Вече в света десетки милиони хектари се засяват с трансгенни растения, нови лекарства, нови производители на полезни вещества. С течение на времето генното инженерство ще става все по-мощен инструмент за нови постижения в медицината, ветеринарната медицина, фармакологията, хранително-вкусовата промишленост и селското стопанство.

5. Научни факти за опасностите от генното инженерство

Трябва да се отбележи, че наред с напредъка, постигнат от развитието на генното инженерство, се разграничават някои факти за опасностите от генното инженерство, основните от които са представени по-долу.

1. Генното инженерство е коренно различно от отглеждането на нови сортове и породи. Изкуственото добавяне на чужди гени силно нарушава фино настроения генетичен контрол на нормалната клетка. Генната манипулация е фундаментално различна от комбинацията от майчини и бащини хромозоми, която се случва при естественото кръстосване.

2. В момента генното инженерство е технически несъвършено, тъй като не е в състояние да контролира процеса на вмъкване на нов ген. Следователно не е възможно да се предвиди мястото на вмъкване и ефектите на добавения ген. Дори ако местоположението на гена може да бъде определено след вмъкването му в генома, наличните познания за ДНК са много непълни, за да се предвидят резултатите.

3. В резултат на изкуственото добавяне на чужд ген, неочаквано, опасни вещества. В най-лошия случай това могат да бъдат токсични вещества, алергени или други нездравословни вещества. Информацията за този вид възможности е все още много непълна.

4. Няма абсолютно надеждни методи за тестване за безвредност. Повече от 10% от сериозните странични ефекти на новите лекарства не могат да бъдат идентифицирани въпреки внимателно проведените проучвания за безопасност. Степента на риск от това опасни свойстванови, генетично модифицирани храни ще останат незабелязани, вероятно в много по-голяма степен, отколкото в случая с лекарствата.

5. Настоящите изисквания за изпитване за безвредност са крайно недостатъчни. Те са ясно изготвени по такъв начин, че да опростят процеса на одобрение. Те позволяват използването на изключително нечувствителни методи за тестване за безвредност. Поради това съществува значителен риск нездравословните храни да преминат проверката незабелязани.

6. Генно модифицираната храна досега няма съществена стойност за човечеството. Тези продукти обслужват предимно търговски интереси.

7. Познаването на въздействието върху околната среда на организми, модифицирани чрез генно инженерство и пренесени там, е напълно недостатъчно. Все още не е доказано, че генетично модифицираните организми няма да имат вредно въздействие върху околната среда. Еколозите спекулират за различни потенциални екологични усложнения. Например, има много възможности за неконтролирано разпространение на потенциално вредни гени, използвани от генното инженерство, включително трансфер на гени от бактерии и вируси. Усложненията, причинени от околната среда, вероятно са непоправими, тъй като освободените гени не могат да бъдат върнати обратно.

8. Възможно е да се появят нови и опасни вируси. Експериментално е доказано, че вградените в генома гени на вирусите могат да се комбинират с гените на инфекциозните вируси (т.нар. рекомбинация). Тези нови вируси може да са по-агресивни от оригиналните. Вирусите също могат да станат по-малко специфични за видовете. Например растителните вируси могат да станат вредни за полезните насекоми, животните, както и за хората.

9. Познаването на наследствената субстанция, ДНК, е много непълно. Само 3% от ДНК е известно, че функционира. Рисковано е да се манипулират сложни системи, познанията за които са непълни. Богатият опит в областта на биологията, екологията и медицината показва, че това може да причини сериозни непредвидими проблеми и нарушения.

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

Заключение

Генното инженерство е биотехнологичен метод, който се занимава с изследване на пренареждането на генотипите. Генотипът не е просто механична сума от гени, а сложна система, която се е развила в процеса на еволюцията на организмите. Генното инженерство позволява чрез операции в епруветка да се прехвърля генетична информация от един организъм в друг. Трансферът на гени позволява да се преодолеят междувидовите бариери и да се прехвърлят индивидуалните наследствени черти на един организъм в друг.

Преструктурирането на генотипите при изпълнение на задачите на генното инженерство е качествена промяна в гените, която не е свързана с промени в структурата на хромозомите, видими под микроскоп. Промените в гените са свързани преди всичко с трансформацията на химическата структура на ДНК. Информацията за структурата на протеина, записана под формата на последователност от нуклеотиди, се реализира под формата на последователност от аминокиселини в синтезираната протеинова молекула. Промяната в нуклеотидната последователност в хромозомната ДНК, загубата на някои и включването на други нуклеотиди, променят състава на РНК молекулите, образувани върху ДНК, и това от своя страна причинява нова аминокиселинна последователност по време на синтеза. В резултат на това в клетката започва да се синтезира нов протеин, което води до появата на нови свойства в тялото. Същността на методите на генното инженерство се състои в това, че отделни гени или групи от гени се вграждат или изключват от генотипа на даден организъм. В резултат на вмъкване на отсъстващ преди това ген в генотипа е възможно клетката да бъде принудена да синтезира протеини, които преди това не е синтезирала.

Библиография

2. Лий А., Тинланд Б. Интегриране на t-ДНК в растителния геном: прототип и реалност // Физиология на растенията. 2000. - Том 47. - № 3.

3. Л. А. Лутова, Н. А. Проворов, О. Н. Тиходеев и др., Генетика на развитието на растенията. - Санкт Петербург: Наука, 2000. - 539 с.

4. Лядская М. Генното инженерство може всичко - дори да отгледа ваксина в градината // Фармацевтичен бюлетин. - 2000. - № 7.

5. Романов Г. А. Генно инженерство на растенията и начини за решаване на проблема с биобезопасността // Физиология на растенията, 2000. - Том 47. - № 3.

6. Саляев Р. Митове и реалности на генното инженерство // Науката в Сибир. - 2002. - № 7.

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

Кузмина Н.А. Основи на биотехнологията: учебник. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256s.

Лутова Л. А., Проворов Н. А., Тиходеев О. Н. и др., Генетика на развитието на растенията. - Санкт Петербург: Наука, 2000. - 539 с.

Лядская М. Генното инженерство може всичко - дори да отгледа ваксина в градината // Фармацевтичен бюлетин. - 2000. - № 7.

Кузмина Н.А. Основи на биотехнологията: учебник. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256s.

Фаворова О. О. Лечение с гени - фантазия или реалност? // Фармацевтичен бюлетин. - 2002. - № 5.

Саляев Р. Митове и реалности на генното инженерство // Науката в Сибир. - 2002. - № 7.

Кузмина Н.А. Основи на биотехнологията: учебник. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256s.