Въведение

В работата си изследвам темата за генното инженерство. Възможностите, които генното инженерство открива пред човечеството, както в областта на фундаменталната наука, така и в много други области, са много големи и често дори революционни.

По този начин той позволява индустриално масово производство на необходимите протеини, значително улеснява технологичните процеси за получаване на ферментационни продукти - ензими и аминокиселини, а в бъдеще може да се използва за подобряване на растенията и животните, както и за лечение на наследствени заболявания на човека.

по този начин генно инженерство, като едно от основните направления на научно-техническия прогрес, активно допринася за ускоряване на решаването на много проблеми, като например проблемите на храните, селското стопанство, енергетиката и околната среда.

Но генното инженерство отваря особено големи възможности за медицината и фармацевтиката, тъй като използването на генното инженерство може да доведе до радикални трансформации в медицината.

1. Същността на генното инженерство.

1.1. История на генното инженерство.

Генното инженерство се появи благодарение на работата на много изследователи в различни клонове на биохимията и молекулярната генетика.

В продължение на много години протеините се смятаха за основния клас макромолекули. Имаше дори предположение, че гените са от протеинова природа.

Едва през 1944 г. Ейвъри, Маклауд и Маккарти показват, че ДНК е носител на наследствена информация.

От този момент нататък започва интензивно изследване на нуклеиновите киселини. Десетилетие по-късно, през 1953 г., Дж. Уотсън и Ф. Крик създават двуверижен ДНК модел. Тази година се смята за рождена година на молекулярната биология.

В началото на 50-60-те години свойствата на генетичния код са изяснени, а в края на 60-те години неговата универсалност е потвърдена експериментално.

Имаше интензивно развитие на молекулярната генетика, обект на която бяха Escherichia coli (E. Coli), нейните вируси и плазмиди.

Разработени са методи за изолиране на високо пречистени препарати от непокътнати ДНК молекули, плазмиди и вируси.

ДНК на вируси и плазмиди се въвежда в клетките в биологично активна форма, осигурявайки нейната репликация и експресия на съответните гени.

През 70-те години са открити редица ензими, които катализират реакциите на преобразуване на ДНК. Специална роля в развитието на методите на генното инженерство принадлежи на рестрикционните ензими и ДНК лигазите.

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

Първият етап е свързан с доказване на принципната възможност за получаване на рекомбинантни ДНК молекули in vitro. Тези работи се отнасят до производството на хибриди между различни плазмиди. Доказана е възможността за създаване на рекомбинантни молекули с помощта на първоначални ДНК молекули от различни видове и щамове бактерии, тяхната жизнеспособност, стабилност и функциониране.

Вторият етап е свързан с началото на работата по получаване на рекомбинантни ДНК молекули между хромозомните гени на прокариотите и различни плазмиди, доказващи тяхната стабилност и жизнеспособност.

Третият етап е началото на работата по включването на еукариотни гени, предимно животни, във векторни ДНК молекули (ДНК, използвана за генен трансфер и способна да бъде интегрирана в генетичния апарат на реципиентната клетка).

Формално датата на раждане на генното инженерство трябва да се счита за 1972 г., когато в Станфордския университет P. Berg и S. Cohen и техните сътрудници създадоха първата рекомбинантна ДНК, съдържаща ДНК фрагменти на вируса SV40, бактериофага и Е. coli.

1.2. Концепцията за генното инженерство

Един от клоновете на молекулярната генетика и молекулярната биология, намерил най-голямо практическо приложение, е генното инженерство.

Генното инженерство е сбор от методи, които позволяват трансфер на гени от един организъм в друг, или е технология за целенасочено изграждане на нови биологични обекти.

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 анализира подробно 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 му 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.

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 той не съдържа протеини на E. coli, ендотоксини и други примеси, не предизвиква странични ефекти като животинския инсулин и не се различава от него по биологична активност.

Соматотропинът е човешки растежен хормон, секретиран от хипофизната жлеза. Дефицитът на този хормон води до хипофизен нанизъм. Ако соматотропинът се прилага в дози от 10 mg на 1 kg тегло три пъти седмично, тогава за една година дете, страдащо от неговия дефицит, може да нарасне с 6 cm.

Преди това се получава от трупен материал, от един труп: 4 - 6 mg соматотропин по отношение на крайния фармацевтичен препарат. По този начин наличните количества от хормона са ограничени, освен това хормонът, получен по този метод, е хетерогенен и може да съдържа бавно растящи вируси.

През 1980 г. компанията Genentec разработва технология за производство на соматотропин с помощта на бактерии, която е 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 през 1984 г. започва промишлено производство на инсулин в СССР.

1.3. Цели и задачи на генното инженерство

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

Рекомбинантната ДНК технология се основава на производството на високоспецифични ДНК сонди, които се използват за изследване на експресията на гени в тъканите, локализирането на гени в хромозомите и идентифициране на гени със свързани функции (например при хора и пилета). ДНК сондите се използват и в диагностиката различни заболявания.

Технологията на рекомбинантната ДНК направи възможен нетрадиционен протеиново-генен подход, наречен обратна генетика. При този подход протеин се изолира от клетка, генът за този протеин се клонира и той се модифицира, създавайки мутантен ген, кодиращ променена форма на протеина. Полученият ген се въвежда в клетката. По този начин могат да се коригират дефектни гени и да се лекуват наследствени заболявания.

Ако хибридната ДНК се въведе в оплодена яйцеклетка, могат да се получат трансгенни организми, които предават мутантния ген на своето потомство.

Генетичната трансформация на животни 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.

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 в пречистен ДНК фрагмент, което дава възможност да се определят границите на гена и кодираната от него аминокиселинна последователност;

·конструиране на рекомбинантна ДНК;

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

ДНК клониране: in vitro амплификация с помощта на 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.


2.

2.1. Изолиране на гени, съдържащи необходимата информация.

Гените могат да бъдат получени по няколко начина: изолиране от ДНК, химико-ензимен синтез и ензимен синтез.

Изолирането на гени от ДНК се извършва с помощта на рестрикционни ензими, които катализират разцепването на ДНК в области, които имат определени нуклеотидни последователности (4–7 нуклеотидни двойки). Разцепването може да се извърши в средата на разпознаваема област от нуклеотидни двойки; в този случай и двете ДНК вериги се „отрязват“ на едно и също ниво. Получените ДНК фрагменти имат така наречените „тъпи“ краища. Разцепването на ДНК е възможно с изместване, като една от веригите изпъква с няколко нуклеотида. Образуваните в този случай "лепкави" краища, поради тяхната взаимно допълване, взаимодействат. Нуклеотидна последователност с лепкави краища може да бъде прикрепена към вектор (предварително обработен със същия рестрикционен ензим) и преобразувана в кръгова последователност в резултат на кръстосано свързване на взаимно допълващи се краища с лигази. Методът има значителни недостатъци, тъй като е доста трудно да се избере действието на ензимите за строго изолиране на желания ген. Заедно с гена се улавят „допълнителни“ нуклеотиди или, обратно, ензимите отрязват част от гена, превръщайки го във функционално дефектен.

Химико-ензимният синтез се използва, ако е известна първичната структура на протеина или пептида, чийто синтез генът кодира. Необходимо е пълно познаване на нуклеотидната последователност на гена. Този метод ви позволява точно да пресъздадете желаната нуклеотидна последователност, както и да въведете места за разпознаване на рестрикционни ензими, регулаторни последователности и т.н. в гените. Методът се състои от химичен синтез на едноверижни ДНК фрагменти (олигонуклеотиди) поради стъпката. -поетапно образуване на естерни връзки между нуклеотиди, обикновено 8-16 мер. В момента съществуват „генни машини“, които под контрола на микропроцесор синтезират много бързо специфични къси последователности от едноверижна ДНК

Желаната последователност от бази се въвежда на клавиатурата. Микропроцесорът отваря клапани, през които с помощта на помпа нуклеотидите, както и необходимите реагенти и разтворители се подават последователно към колоната за синтез. Колоната е пълна със силиконови перли, върху които се събират ДНК молекули. IN това устройствоВъзможно е да се синтезират вериги с дължина до 40 нуклеотида със скорост от 1 нуклеотид за 30 минути. Получените олигонуклеотиди са омрежени един с друг с помощта на ДНК лигаза за образуване на двойноверижен нуклеотид. По този метод са получени гени за А- и В-вериги на инсулин, проинсулин, соматостатин и др.

Ензимният генен синтез на базата на изолирана информационна РНК (тРНК) в момента е най-разпространеният метод. Първо, информационните РНК се изолират от клетките, сред които има иРНК, кодирана от гена, който трябва да бъде изолиран. След това, при одобрени условия, ДНК верига, комплементарна на иРНК (кДНК), се синтезира върху иРНК, изолирана от клетката, като върху матрица, с помощта на обратна транскриптаза (ревертаза). Получената комплементарна ДНК (cDNA) служи като шаблон за синтеза на втората верига на ДНК с помощта на ДНК полимераза или реверсаза. Праймерът в този случай е олигонуклеотид, комплементарен на 3’ края на иРНК; нова ДНК верига се образува от дезоксинуклеозид трифосфати в присъствието на магнезиеви йони.

Метод с голям успехизползван за получаване на гена за човешки растежен хормон (соматотропин) през 1979 г. Генът, получен по един или друг начин, съдържа информация за структурата на протеина, но не може да го реализира сам. Следователно са необходими допълнителни механизми за контрол на действието на гена. Прехвърлянето на генетична информация в реципиентната клетка се извършва като част от вектор. Векторът е, като правило, кръгова ДНК молекула, способна на независима репликация. Генът заедно с вектора образува рекомбинантна ДНК.

2.2. Избор на вектори (вируси, плазмиди), способни на независима репликация в реципиентната клетка.

Терминът "вектор" се отнася до молекула нуклеинова киселина, която, след като бъде въведена в клетка, е способна на автономно съществуване поради наличието на репликационни и транскрипционни сигнали в нея.

Векторните молекули трябва да имат следните свойства:

1) способността да се репликира автономно в клетката реципиент, т.е. да бъде независим репликон;

В зависимост от целите на експеримента векторите могат да бъдат разделени на две групи: 1) използвани за клониране и амплификация на желания ген; 2) специализирани, използвани за експресия на вградени чужди гени. Втората група вектори комбинира вектори, предназначени да осигурят синтеза на протеинови продукти на клонирани гени. Експресионните вектори съдържат ДНК последователности, които са необходими за транскрипцията на клонирани копия на гени и транслацията на тяхната иРНК в клетъчни щамове.

Като прокариотни вектори се използват плазмиди и бактериофаги; Като еукариотни вектори се използват животински и растителни вируси, вектори, базирани на 2 μm дрожди и митохондрии, както и редица изкуствено конструирани вектори, способни да се репликират както в бактериални, така и в еукариотни клетки (совалкови вектори).

Плазмидите са екстрахромозомни генетични елементи на про- и еукариоти, които автономно се репликират в клетките. Повечето плазмидни вектори са получени от естествени плазмиди ColE1, pMB1 и p15A.

Бактериалните плазмиди се разделят на два класа. Някои плазмиди (например добре проученият фактор F, който определя пола в Е. coli) сами по себе си са способни да се движат от клетка в клетка, докато други нямат тази способност. Поради редица причини и предимно за предотвратяване на неконтролираното разпространение на потенциално опасен генетичен материал, по-голямата част от бактериалните плазмидни вектори са базирани на втория клас плазмиди. Много естествени плазмиди вече съдържат гени, които определят резистентността на клетките към антибиотици (продуктите на тези гени са ензими, които модифицират или разграждат антибиотичните вещества). Освен това, когато се конструират вектори, в тези плазмиди се въвеждат допълнителни гени, които определят резистентността към други антибиотици.

На фиг. Фигура 1 показва един от най-разпространените E.coli плазмидни вектори - pBR322. Той е конструиран на базата на щателно проучен плазмид на E.coli - колициногенен фактор ColE1 - и съдържа началото на репликацията на този плазмид. Особеността на плазмида ColE1 (и съответно pBR322) е, че в присъствието на инхибитора на протеиновия синтез антибиотик хлорамфеникол (който косвено инхибира репликацията на хромозомата на гостоприемника), броят му в E. coli нараства от 20-50 до 1000 молекули. на клетка, което прави възможно получаването на големи количества клониран ген. При конструирането на вектора pBR322 от оригиналните плазмиди, редица "допълнителни" места за рестрикционни ензими бяха изтрити.

Понастоящем, заедно с много удобни векторни системи за Е. coli, плазмидни вектори са конструирани за редица други грам-отрицателни бактерии (включително такива промишлено важни като Pseudomonas, Rhizobium и Azotobacter), грам-положителни бактерии (Bacillus), по-ниски гъбички (дрожди) и растения.

Плазмидните вектори са удобни за клониране на относително малки фрагменти (до 10 хиляди базови двойки) на малки геноми. Ако е необходимо да се получи клонова библиотека (или библиотека) на гени на висши растения и животни, общата дължина на генома на които достига огромни размери, тогава конвенционалните плазмидни вектори са неподходящи за тези цели. Проблемът за създаване на генни библиотеки за висши еукариоти беше решен чрез използване на производни на бактериофаг l като вектори за клониране.

Сред фаговите вектори най-удобните системи са създадени на базата на геномите на бактериофагите l и M13 E. coli. ДНК на тези фаги съдържа разширени участъци, които могат да бъдат изтрити или заменени с чужда ДНК, без да се засяга способността им да се репликират в клетките на Е. coli. При конструирането на семейство от вектори на базата на l фагова ДНК, много рестрикционни сайтове първо бяха отстранени от него (чрез разделяне на къси участъци от ДНК) от региона, който не е от съществено значение за репликацията на ДНК, и такива сайтове бяха оставени в региона, предназначен за вмъкване на чужда ДНК. Маркерните гени често се вмъкват в същата тази област, за да се разграничи рекомбинантната ДНК от оригиналния вектор. Такива вектори се използват широко за генериране на „генни библиотеки“. Размерите на заменения фрагмент от фагова ДНК и съответно вмъкнатата област на чужда ДНК са ограничени до 15-17 хиляди нуклеотидни остатъци, тъй като геномът на рекомбинантния фаг, който е 10% по-голям или 75% по-малък от генома на дивия l фаг , вече не могат да бъдат пакетирани във фагови частици.

Фигура 1. Подробна рестрикционна карта на плазмид pBR322.

Такива ограничения теоретично не съществуват за вектори, конструирани на базата на нишковидния бактериофаг М13. Описани са случаи, при които в генома на този фаг е била вмъкната чужда ДНК с дължина около 40 хиляди нуклеотидни остатъка. Известно е обаче, че фаг М13 става нестабилен, когато дължината на чуждата ДНК надвиши 5 хиляди нуклеотидни остатъка. Всъщност векторите, получени от ДНК на фаг M13, се използват главно за секвениране и мутагенеза на гени и размерите на фрагментите, вмъкнати в тях, са много по-малки.

Тези вектори са изградени от репликативната (двуверижна) форма на ДНК на фаг М13, в която са вградени "полилинкерни" региони (пример за такъв дизайн е показан на фиг. 5). ДНК е включена във фаговата частица като едноверижна молекула. По този начин този вектор прави възможно получаването на клониран ген или негов фрагмент както в двуверижна, така и в едноверижна форма. Едноверижни форми на рекомбинантна ДНК понастоящем се използват широко за определяне на нуклеотидната последователност на ДНК с помощта на метода на Sanger и за олигодезоксинуклеотидно-насочена мутагенеза на гени.

Трансферът на чужди гени в животинските клетки се извършва с помощта на вектори, получени от ДНК на редица добре проучени животински вируси - SV40, някои аденовируси, говежди папиломен вирус, вирус на едра шарка и др. Конструирането на тези вектори се извършва по стандартната схема: премахване на "допълнителни" места за рестрикционни ензими, въвеждане на маркерни гени в региони на ДНК, които не са от съществено значение за нейната репликация (например гена на тимидин киназата (tk) от HSV (херпесен вирус)), въвеждане на регулаторни региони, повишаване на нивото на генна експресия.

Така наречените „совалкови вектори“, способни да се репликират както в животински клетки, така и в бактериални клетки, се оказаха удобни. Те се правят чрез зашиване заедно на големи сегменти от животински и бактериални вектори (например SV40 и pBR322), така че регионите, отговорни за репликацията на ДНК, да останат незасегнати. Това прави възможно извършването на основните операции за конструиране на вектор в бактериална клетка (което технически е много по-просто) и след това да се използва получената рекомбинантна ДНК за клониране на гени в животинска клетка.

Фигура 2. Рестрикционна карта на вектора M13 mp8.

2.3. Получаване на рекомбинантна ДНК.

Същността на конструирането на рекомбинантна ДНК е интегрирането на ДНК фрагменти, сред които се намира интересуващата ни ДНК област, в така наречените векторни ДНК молекули (или просто вектори) - плазмидна или вирусна ДНК, които могат да бъдат прехвърлени в про - или еукариотни клетки и се репликират там. На следващия етап се извършва селекция на тези клетки, които носят рекомбинантна ДНК (използвайки маркерни характеристики, които самият вектор притежава), и след това отделни клонове с ДНК сегмента, който ни интересува (използвайки характеристики или сонди, специфични за даден ген или ДНК сегмент).

При решаването на редица научни и биотехнологични проблеми изграждането на рекомбинантна ДНК изисква и създаването на системи, които осигуряват максимална експресия на клонирания ген.

Има три основни начина за интегриране на чужда ДНК във векторни молекули. В първия случай 3" краищата на ДНК фрагменти, сред които се намира интересуващата ни ДНК област (ген или негов сегмент, регулаторна област), се удължават с хомополинуклеотидна последователност (например поли(Т)) използвайки крайния ензим нуклеотидил трансфераза, 3" краищата са с линейна форма, векторната ДНК се разширява по същия начин с хомополинуклеотидна последователност, комплементарна на нея (тоест поли (A)). Това позволява две ДНК молекули да бъдат съединени чрез допълващо сдвояване на изкуствено произведени "лепкави" краища.

Във втория случай "лепкавите" краища се създават чрез разцепване на ДНК молекули (както векторни, така и съдържащи интересния за нас фрагмент) от една от рестрикционните ендонуклеази (рестрикционни ензими). Рестрикционните ензими се характеризират с изключително висока специфичност. Те "разпознават" последователност от няколко нуклеотидни остатъка в ДНК и разцепват строго определени междунуклеотидни връзки в тях. Следователно, дори в голяма ДНК, рестрикционните ензими въвеждат ограничен брой прекъсвания.

Третият метод е комбинация от първите два, когато лепкавите краища на ДНК, образувани от рестрикционен ензим, се удължават със синтетични последователности (фиг. 3).

Краищата на ДНК фрагментите могат да бъдат превърнати в „лепкави“ чрез удължаването им с двойноверижни олигонуклеотиди („линкери“), които включват място за рестрикционно разпознаване

Фигура 3. Схема за конструиране на рекомбинантна ДНК с използване на PstI рестрикционни ензими и поли(G)-поли(С)-линкер.

зой. Обработката на такъв фрагмент с този рестрикционен ензим го прави подходящ за интегриране във векторна ДНК молекула, разцепена със същия рестрикционен ензим. Често като "линкер" се използват полинуклеотидни фрагменти, които съдържат специфични места за няколко рестрикционни ензима наведнъж (те се наричат ​​"полилинкери").

След въвеждане на чужда ДНК във вектора, тяхното ковалентно омрежване се осъществява от ДНК лигаза. Ако размерът на празнината в рекомбинираната молекула надвишава една фосфодиестерна връзка, тя се поправя in vitro с помощта на ДНК полимераза или in vivo с помощта на системи за възстановяване на клетките.

2.4. Въвеждане на рекомбинантна ДНК в реципиентната клетка

Трансферът на рекомбинантна ДНК се извършва чрез трансформация или конюгация. Трансформацията е процесът на промяна на генетичните свойства на клетката в резултат на проникването на чужда ДНК в нея. За първи път е открит в пневмококи от F. Giffith, който показва, че някои клетки от невирулентни щамове бактерии, когато заразяват мишки заедно с вирулентни щамове, придобиват патогенни свойства. Впоследствие трансформацията беше демонстрирана и изследвана в различни бактериални видове. Установено е, че само няколко, така наречените „компетентни“ клетки (способни да включат чужда ДНК и да синтезират специален трансформиращ протеин) са способни на трансформация. Компетентността на клетката също се определя от фактори външна среда. Това може да се улесни чрез третиране на клетки с полиетилен гликол или калциев хлорид. След проникване в клетката една от рекомбинантните ДНК вериги се разгражда, а другата, поради рекомбинация с хомоложна област на реципиентната ДНК, може да бъде включена в хромозомна или екстрахромозомна единица. Трансформацията е най-универсалният начин за предаване на генетична информация и има най-висока стойностза генетични технологии.

Конюгацията е един от методите за обмен на генетичен материал, при който се извършва еднопосочен трансфер на генетична информация от донора към реципиента. Този трансфер е под контрола на специални конюгативни плазмиди (фактор на плодовитостта). Прехвърлянето на информация от клетката донор към клетката реципиент се осъществява чрез специални генитални власинки (пили). Възможно е също така да се пренесе информация с помощта на неконюгирани плазмиди с участието на помощни плазмиди Прехвърлянето на целия набор от вирусни или фагови гени, което води до развитието на фагови частици в клетката, се нарича трансфекция. Техниката, приложена към бактериални клетки, включва получаване на сферопласти, пречистване на инкубационната среда от нуклеази и добавяне на пречистена фагова ДНК (наличието на протамин сулфат повишава ефективността на трансфекцията). Техниката е приложима за животински и растителни клетки, използващи специални совалкови вирусни вектори.

3.

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

Задачата за промяна на генома на възрастен е малко по-сложна от отглеждането на нови генетично модифицирани породи животни, тъй като в този случай е необходимо да се промени геномът на множество клетки на вече оформен организъм, а не само на едно ембрионално яйце. За да направите това, се предлага да се използват вирусни частици като вектор. Вирусните частици са в състояние да проникнат в значителен процент от клетките на възрастни хора, вграждайки в тях своята наследствена информация; възможно е контролирано възпроизвеждане на вирусни частици в организма. В същото време, за да намалят страничните ефекти, учените се опитват да избегнат въвеждането на генетично модифицирана ДНК в клетките на гениталните органи, като по този начин избягват въздействието върху бъдещите потомци на пациента. Заслужава да се отбележи и значителна критика към тази технология в медиите: разработването на генетично модифицирани вируси се възприема от мнозина като заплаха за цялото човечество.

С помощта на генната терапия е възможно в бъдеще да се промени човешкият геном. В момента ефективни методипромените в човешкия геном се разработват и тестват върху примати. Дълго време генното инженерство на маймуни се сблъсква със сериозни трудности, но през 2009 г. експериментите се увенчаха с успех: в списание Nature се появи публикация за успешното използване на генетично модифицирани вирусни вектори за излекуване на възрастна мъжка маймуна от цветна слепота. През същата година първият генетично модифициран примат (отгледан от модифицирано яйце) ражда потомство – обикновената мармозетка.

Макар и в малък мащаб, генното инженерство вече се използва, за да даде шанс на жени с някои видове безплодие да забременеят, използвайки яйцеклетки от здрава жена. В резултат на това детето наследява генотипа от един баща и две майки.

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

Заключение

В резултат на интензивното развитие на методите на генното инженерство са създадени клонове на много гени за рибозомна, транспортна и 5S РНК, хистони, миши, заешки, човешки глобин, колаген, овалбумин, човешки инсулин и други пептидни хормони, човешки интерферон и др. е получено.

Това направи възможно създаването на щамове бактерии, които произвеждат много биологично активни вещества, използвани в медицината, селско стопанствои микробиологична индустрия.

Появи се индустрия, основана на генното инженерство фармацевтичната индустрия, наречена "ДНК индустрията". Това е един от съвременните клонове на биотехнологиите.

Човешкият инсулин (хумулин), получен с помощта на recDNA, е одобрен за терапевтична употреба. В допълнение, въз основа на множество мутанти за отделни гени, получени по време на тяхното изследване, са създадени високоефективни тестови системи за идентифициране на генетичната активност на факторите на околната среда, включително идентифицирането на канцерогенни съединения.


ИЗПОЛЗВАНА ЛИТЕРАТУРА:

1) Бекиш О.-Я.Л. Медицинска биология. – Мн.: Ураджай, 2000. – с. 114-119.

2) Мутовин Г.Р. Основи на клиничната генетика. – М.: Висше училище, 1997. – с. 83-84.

3) Хеър Р.С. Основи на медицинската генетика. – Мн.: Висше училище, 1998. – с. 60-65.

4) biotechnolog.ru

план:

Въведение.

1. Същността на генното инженерство.

1.1. История на генното инженерство

1.2. Концепцията за генното инженерство

1.3. Цели и задачи на генното инженерство

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

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

2.2. Избор на вектори (вируси, плазмиди), способни на независима репликация в реципиентната клетка.

2.3. Получаване на рекомбинантна ДНК.

2.4. Въвеждане на рекомбинантна ДНК в реципиентната клетка.

3.Приложение на технологиите на генното инженерство в медицината.

Генното инженерство и съвременната биотехнология възникват в резултат на развитието на микробиологията, генетиката и биохимията. Напредъкът в молекулярната биология, молекулярната генетика, клетъчната биология, както и новооткритите експериментални методи и ново оборудване осигуриха невероятни темпове на развитие на генното инженерство и биотехнологиите.

Целта на генното инженерство

Целта на генното инженерство е да промени структурата на гените, тяхното местоположение в хромозомата и да регулира тяхната дейност в съответствие с човешките нужди. За да постигнете тази цел, използвайте различни методи, което позволява производството на протеини в индустриален мащаб, създаването на нови сортове растения и породи животни, които най-добре отговарят на изискванията, както и диагностицирането и лечението на различни инфекциозни и наследствени заболявания на човека.

Обекти на изследване на генното инженерство са вируси, бактерии, гъбички, животни (включително човешкото тяло) и растителни клетки. След като молекулата на ДНК на тези живи същества се пречисти от други клетъчни вещества, материалните различия между тях изчезват. Пречистена ДНК молекула може да бъде разцепена с помощта на ензими на специфични сегменти, които след това могат да бъдат свързани заедно с помощта на омрежващи ензими, ако е необходимо. Съвременни методиГенното инженерство ви позволява да възпроизведете всеки ДНК сегмент или да замените всеки нуклеотид в ДНК верига с друг. Разбира се, тези успехи са постигнати в резултат на последователно изучаване на законите на наследствеността.

Генното инженерство (генното инженерство) възниква в резултат на откриването на ензими, които специално разделят материалната основа на наследствеността - молекулата на ДНК на сегменти и свързват тези сегменти с краища един към друг, както и електрофоретичния метод, който го прави възможно за точно разделяне на ДНК сегменти по дължината им. Създаването на методи и оборудване за определяне на специфичната последователност от нуклеотиди, които образуват ДНК молекула, както и за автоматичен синтез на всеки желан ДНК сегмент, осигури бързото развитие на генното инженерство.

Развитието на желанието на учените да контролират наследствеността беше улеснено от доказателства, които показват, че основата на наследствеността на всички растения и животни е молекулата на ДНК, че бактериите и фагите също се подчиняват на законите на наследствеността, че процесът на мутация е общ за всички живи същества и може да се регулира с експериментални методи.

Луис Пастър

Великият френски учен Луи Пастьор, след като разработи метод за получаване на клонинги, беше първият, който показа, че бактериите са разнообразни, имат наследственост и техните свойства са тясно свързани с последната (фиг. 1, 2).

Туорт и Д'Ерел

През 1915 г. Twort и D'Herrel доказаха, че фагите (фагите са вируси, които се възпроизвеждат в бактерии), спонтанно размножаващи се вътре в бактериите, могат да ги унищожат. Микробиолозите възлагат своите надежди на използването на фаги срещу микроби - опасни патогени инфекциозни заболявания. Бактериите обаче са резистентни към фагите поради спонтанни мутации. Наследяването на тези мутации предпазва бактериите от унищожаване от фаги.

Размножавайки се вътре в клетката, вирусите и фагите могат да я унищожат или, въвеждайки се в генома на клетката, да променят нейната наследственост. За промяна на наследствеността на организма широко се използват процесите на трансформация и трансдукция.

Джошуа и Естер Ледерберг

През 1952 г. Джошуа и Естер Ледерберг, използвайки метода на копиране (репликация) на бактериални колонии, доказват съществуването на спонтанни мутации в бактериите (фиг. 3). Те разработиха метод за изолиране на мутантни клетки чрез репликация. Под въздействието на външната среда честотата на мутациите нараства. Специални методипозволяват клонингите на нови щамове, образувани в резултат на мутации, да се видят с просто око.

Метод на репликация бактериални колониисе извършва по следния начин. Стерилизирана кадифена тъкан се опъва върху повърхността на дървено устройство и се нанася върху колония от бактерии, растящи върху повърхността на петриево блюдо, предназначено за трансплантация на реплики. След това колониите се прехвърлят в чиста петриева паничка с изкуствена хранителна среда. Материал от сайта

Етапи на генното инженерство

Генното инженерство се извършва на няколко етапа.

  • Идентифицира се интересен ген въз основа на неговата функция, след което се изолира, клонира и структурата му се изследва.
  • Изолираният ген се комбинира (рекомбинира) с ДНК на някакъв фаг, транспозон или плазмид, който има способността да се рекомбинира с хромозома, и по този начин се създава векторна конструкция.
  • Векторната конструкция се вмъква в клетката (трансформация) и се получава трансгенна клетка.
  • Зрели организми могат да бъдат получени от трансгенна клетка при изкуствени условия.
11 юли 2008 г

Генно инженерство(генно инженерство) - набор от методи и технологии, включително технологии за производство на рекомбинантни рибонуклеинови и дезоксирибонуклеинови киселини, за изолиране на гени от тялото, манипулиране на гени и въвеждането им в други организми.

Генното инженерство е неразделна част от съвременната биотехнология, нейната теоретична основа е молекулярната биология и генетиката. Същността на новата технология е целенасочено, по предварително зададена програма, изграждане на молекулярно-генетични системи извън тялото (ин витро) с последващо въвеждане на създадените структури в жив организъм. В резултат на това се постига тяхното включване и активност в даден организъм и неговото потомство. Възможностите на генното инженерство - генетична трансформация, пренасяне на чужди гени и други материални носители на наследственост в клетките на растенията, животните и микроорганизмите, производството на модифицирани чрез генно инженерство (генетично модифицирани, трансгенни) организми с нови уникални генетични, биохимични и физиологични свойства и характеристики, правят тази посока стратегическа.

От методологична гледна точка генното инженерство съчетава фундаментални принципи (генетика, клетъчна теория, молекулярна биология, системна биология), постиженията на най-съвременните постгеномни науки: геномика, метаболомика, протеомика с реални постижения в приложни области: биомедицина, агробиотехнологии , биоенергетика, биофармакология, биоиндустрия и др.

Генното инженерство принадлежи (заедно с биотехнологиите, генетиката, молекулярната биология и редица други науки за живота) към областта на природните науки.

Исторически фон

Генното инженерство се появи благодарение на работата на много изследователи в различни клонове на биохимията и молекулярната генетика. През 1953 г. Дж. Уотсън и Ф. Крик създават двуверижен модел на ДНК в началото на 50-те и 60-те години на 20 век, свойствата на генетичния код са изяснени и до края на 60-те години неговата универсалност е; потвърдено експериментално. Имаше интензивно развитие на молекулярната генетика, обект на която бяха E. coli, нейните вируси и плазмиди. Разработени са методи за изолиране на високо пречистени препарати от непокътнати ДНК молекули, плазмиди и вируси. ДНК на вируси и плазмиди се въвежда в клетките в биологично активна форма, осигурявайки нейната репликация и експресия на съответните гени. През 1970 г. Г. Смит пръв изолира редица ензими - рестрикционни, подходящи за целите на генното инженерство. G. Smith установи, че пречистеният ензим HindII, получен от бактерии, запазва способността да разрязва молекулите на нуклеинова киселина (нуклеазна активност), характерна за живите бактерии. Комбинацията от ДНК рестрикционни ензими (за нарязване на ДНК молекули на специфични фрагменти) и ензими, ДНК лигази, изолирани през 1967 г. (за „свързване“ на фрагменти в произволна последователност) може с право да се счита за централна връзка в технологията на генното инженерство.

Така до началото на 70-те години са формулирани основните принципи на функционирането на нуклеиновите киселини и протеините в живия организъм и са създадени теоретичните предпоставки за генното инженерство.

Академик А.А. Баев е първият учен у нас, който повярва в перспективите на генното инженерство и ръководи изследвания в тази област. Генното инженерство (по своята дефиниция) е in vitro изграждане на функционално активни генетични структури (рекомбинантна ДНК), или с други думи, създаване на изкуствени генетични програми.

Цели и методи на генното инженерство

Добре известно е, че традиционното развъждане има редица ограничения, които възпрепятстват производството на нови породи животни, сортове растения или раси от практически ценни микроорганизми:

1. липса на рекомбинация при несвързани видове. Съществуват твърди бариери между видовете, които затрудняват естествената рекомбинация.
2. невъзможността да се контролира процеса на рекомбинация в тялото отвън. Липсата на хомология между хромозомите води до невъзможност за приближаване и обмен на отделни участъци (и гени) по време на образуването на зародишни клетки. В резултат на това става невъзможно да се прехвърлят необходимите гени и да се осигури оптимална комбинация от гени, получени от различни родителски форми в новия организъм;
3. невъзможност за точно уточняване на характеристиките и свойствата на потомството, т.к Процесът на рекомбинация е статистически.

Естествените механизми, които пазят чистотата и стабилността на генома на организма, са почти невъзможни за преодоляване с класическите методи за селекция.

Технологията за получаване на генетично модифицирани организми (ГМО) решава фундаментално въпросите за преодоляване на всички природни и междувидови рекомбинационни и репродуктивни бариери. За разлика от традиционната селекция, при която генотипът се променя само индиректно, генното инженерство позволява директна намеса в генетичния апарат с помощта на техниката на молекулярно клониране. Генното инженерство ви позволява да работите с всякакви гени, дори изкуствено синтезирани или принадлежащи на несвързани организми, да ги прехвърляте от един вид в друг и да ги комбинирате в произволен ред.

Технологията включва няколко етапа на създаване на ГМО:

1. Получаване на изолиран ген.
2. Въвеждане на гена във вектор за интегриране в тялото.
3. Трансфер на вектора с конструкта в модифицирания приемен организъм.
4. Молекулярно клониране.
5. Селекция на ГМО.

Първият етап – синтез, изолиране и идентифициране на таргетни ДНК или РНК фрагменти и регулаторни елементи е много добре разработен и автоматизиран. Изолираният ген може също да бъде получен от фагова библиотека.

Вторият етап е създаването in vitro (в епруветка) на генетичен конструкт (трансген), който съдържа един или повече ДНК фрагменти (кодиращи аминокиселинната последователност на протеините) в комбинация с регулаторни елементи (последните осигуряват активността на трансгени в тялото). След това трансгените се вмъкват в ДНК на клониращ вектор с помощта на инструменти за генно инженерство - рестрикционни ензими и лигази. За откриването на рестрикционни ензими Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтън Смит са удостоени с Нобелова награда (1978 г.). По правило като вектор се използват плазмиди, малки кръгови ДНК молекули от бактериален произход.

Следващият етап е същинската “генна модификация” (трансформация), т.е. прехвърляне на конструкцията „вградена векторна ДНК“ в отделни живи клетки. Въвеждането на готов ген в наследствения апарат на растителни и животински клетки е сложна задача, която беше решена след изучаване на особеностите на въвеждането на чужда ДНК (вирус или бактерия) в генетичния апарат на клетката. Процесът на трансфекция се използва като принцип за въвеждане на генетичен материал в клетка.

Ако трансформацията е успешна, тогава след ефективна репликация много дъщерни клетки, съдържащи изкуствено създаден генетичен конструкт, възникват от една трансформирана клетка. Основата за появата на нов признак в организма е биосинтезата на нови за организма протеини - трансгенни продукти, например растения - устойчивост на суша или насекоми вредители в ГМ растения.

За едноклетъчните организми процесът на генетична модификация е ограничен до вмъкване на рекомбинантен плазмид с последваща селекция на модифицирани потомци (клонове). За висши многоклетъчни организми, например растения, е задължително да се включи конструкцията в ДНК на хромозоми или клетъчни органели (хлоропласти, митохондрии), последвано от регенерация на цялото растение от отделна изолирана клетка върху хранителна среда. При животните в бластоцидите на сурогатната майка се въвеждат клетки с променен генотип. Първите генетично модифицирани растения са получени през 1982 г. от учени от Института по растителни науки в Кьолн и компанията Монсанто.

Основни направления

Постгеномната ера през първото десетилетие на 21 век издигна развитието на генното инженерство на ново ниво. Така нареченият Кьолнски протокол „Към основана на знанието биоикономика“ дефинира биоикономиката като „трансформиране на знанията в областта на науките за живота в нови, устойчиви, екологично ефективни и конкурентни продукти“. Пътна картагенното инженерство включва редица области: генна терапия, биоиндустрия, технологии, базирани на животински стволови клетки, ГМ растения, ГМ животни и др.

Генетично модифицирани растения

Чуждата ДНК може да бъде въведена в растенията по различни начини.

За двусемеделните растения съществува естествен вектор за хоризонтален генен трансфер: плазмиди на Agrobacterium. Що се отнася до едносемеделните, въпреки че през последните години бяха постигнати известни успехи в тяхната трансформация с агробактериални вектори, такъв път на трансформация все още среща значителни трудности.

За трансформиране на растения, устойчиви на Agrobacteria, са разработени методи за директен физически трансфер на ДНК в клетката, те включват: бомбардиране с микрочастици или балистичен метод; електропорация; обработка с полиетилен гликол; ДНК трансфер в липозоми и др.

След като растителната тъкан е трансформирана по един или друг начин, тя се поставя in vitro върху специална среда с фитохормони, която насърчава клетъчната пролиферация. Средата обикновено съдържа селективен агент, към който трансгенните клетки, но не и контролните клетки, придобиват резистентност. Регенерацията най-често преминава през етапа на калус, след което с правилния избор на среда започва органогенезата (образуване на издънки). Формираните издънки се прехвърлят в среда за вкореняване, често съдържаща и селективен агент за по-строга селекция на трансгенни индивиди.

Първите трансгенни растения (тютюневи растения с вмъкнати гени от микроорганизми) са получени през 1983 г. Първите успешни полеви опити на трансгенни растения (тютюневи растения, устойчиви на вирусни инфекции) са извършени в САЩ още през 1986 г.

След преминаване на всички необходими тестове за токсичност, алергенност, мутагенност и др. Първите трансгенни продукти станаха търговски достъпни в Съединените щати през 1994 г. Това бяха доматите Flavr Savr със забавено узряване на Calgen и устойчивата на хербициди соя на Monsanto. В рамките на 1-2 години биотехнологичните фирми пускат на пазара цял набор от генетично модифицирани растения: домати, царевица, картофи, тютюн, соя, рапица, тиквички, репички, памук.

В Руската федерация през 1990 г. беше показана възможността за получаване на трансгенни картофи чрез бактериална трансформация с Agrobacterium tumefaciens.

В момента стотици търговски фирми по света с общ капитал над 100 милиарда долара се занимават с производството и тестването на генетично модифицирани растения. Генното инженерство, растителната биотехнология вече се превърна във важен клон на производството на храни и други здравословни продукти, привличайки значителни човешки ресурси и финансови потоци.

В Русия под ръководството на академик К.Г. Скрябин (Център за биоинженерство, Руската академия на науките), получени и характеризирани са генетично модифицираните сортове картофи Елизавета Плюс и Луговской Плюс, устойчиви на колорадския бръмбар. Въз основа на резултатите от проверка на Федералната служба за надзор в областта на защитата на правата на потребителите и благосъстоянието на човека, въз основа на експертно становище от Държавния научноизследователски институт по хранене на Руската академия на медицинските науки, тези сортове преминаха държавно регистрация и бяха включени в държавен регистъри са разрешени за внос, производство и обращение на територията на Руската федерация.

Тези ГМ сортове картофи се различават фундаментално от конвенционалните по наличието на интегриран ген в своя геном, който определя 100% защита на реколтата от колорадския бръмбар без използването на каквито и да било химикали.

Първата вълна от трансгенни растения, одобрени за практическа употреба, съдържаше допълнителни гени за устойчивост (към болести, хербициди, вредители, разваляне по време на съхранение, стрес).

Настоящият етап от развитието на генното инженерство на растенията се нарича "метаболитно инженерство". В този случай задачата не е толкова да се подобрят някои съществуващи качества на растението, както при традиционното отглеждане, а да се научи растението да произвежда напълно нови съединения, използвани в медицината, химическото производство и други области. Тези съединения могат да бъдат например специални мастни киселини, здравословни протеини с високо съдържание на незаменими аминокиселини, модифицирани полизахариди, годни за консумация ваксини, антитела, интерферони и други „лечебни“ протеини, нови полимери, които не запушват средаи много, много повече. Използването на трансгенни растения позволява да се установи широкомащабно и евтино производство на такива вещества и по този начин да ги направи по-достъпни за широка консумация.

Генетично модифицирани животни

Животинските клетки се различават значително от бактериалните клетки по способността си да абсорбират чужда ДНК, така че методите и методите за въвеждане на гени в ембрионални клетки на бозайници, мухи и риби остават във фокуса на вниманието на генните инженери.

Най-генетично изследваният бозайник е мишката. Първият успех датира от 1980 г., когато Д. Гордън и колегите му демонстрират възможността за въвеждане и интегриране на чужда ДНК в генома на мишки. Интеграцията беше стабилна и продължи в потомството. Трансформацията се извършва чрез микроинжектиране на клонирани гени в единия или двата пронуклеуса (ядра) на нов ембрион в едноклетъчен стадий (зигота). По-често се избира мъжкият пронуклеус, въведен от спермата, тъй като размерът му е по-голям. След инжектирането яйцеклетката веднага се имплантира в яйцепровода на осиновителката или се оставя да се развие в култура до стадия на бластоциста, след което се имплантира в матката.

По този начин бяха инжектирани гени на човешки интерферон и инсулин, ген на β-глобин на заек, ген на тимидин киназа на вируса на херпес симплекс и cDNA на вируса на миша левкемия. Броят на молекулите, приложени на инжекция, варира от 100 до 300 000, а размерът им варира от 5 до 50 kb. Обикновено 10–30% от яйцата оцеляват, а делът на мишките, родени от трансформирани яйца, варира от няколко до 40%. Така че реалната ефективност е около 10%.

Този метод е използван за производство на генетично модифицирани плъхове, зайци, овце, прасета, кози, телета и други бозайници. У нас са получени прасета, носители на гена соматотропин. Те не се различават по скорост на растеж от нормалните животни, но промяната в метаболизма се отразява на съдържанието на мазнини. При такива животни процесите на липогенеза са инхибирани и протеиновият синтез е активиран. Вмъкването на гени на инсулиноподобен фактор също води до промени в метаболизма. ГМ прасетата са създадени за изследване на веригата от биохимични трансформации на хормона, а страничният ефект е укрепването на имунната система.

Най-мощната система за синтез на протеини се намира в клетките на млечната жлеза. Ако поставите гените на чужди протеини под контрола на казеиновия промотор, тогава експресията на тези гени ще бъде мощна и стабилна и протеинът ще се натрупва в млякото. С помощта на животински биореактори (трансгенни крави) вече е произведено мляко, което съдържа човешкия протеин лактоферин. Този протеин се планира да се използва за профилактика на гастроентерологични заболявания при хора с ниска имунорезистентност: пациенти със СПИН, недоносени бебета, пациенти с рак, които са били подложени на лъчетерапия.

Важна област на трансгенозата е производството на устойчиви на болести животни. Генът на интерферона, свързан със защитните протеини, беше вмъкнат в различни животни. Трансгенните мишки получиха резистентност - не се разболяха или боледуваха малко, но при прасетата не беше установен такъв ефект.

Приложение в научните изследвания

Генният нокаут е техника за премахване на един или повечегени, което прави възможно изследването на генните функции. За да се произведат нокаут мишки, получената генетично модифицирана конструкция се въвежда в ембрионални стволови клетки, където конструкцията претърпява соматична рекомбинация и замества нормалния ген, а променените клетки се имплантират в бластоцистите на сурогатната майка. По подобен начин се получават нокаути в растения и микроорганизми.

Изкуствената експресия е добавянето на ген към тялото, който преди това не е имало, също и с цел изследване на генната функция. Визуализация на генен продукт – Използва се за изследване на местоположението на генен продукт. Заместването на нормален ген с конструиран ген, слят с репортерен елемент (например ген на зеления флуоресцентен протеин) осигурява визуализация на продукта от генетичната модификация.

Изследване на механизма на експресия. В тялото се въвежда малък участък от ДНК, разположен пред кодиращия регион (промотор) и служещ за свързване на транскрипционни фактори, последван от репортерен ген, например GFP, който катализира лесно откриваема реакция вместо собствения си ген. В допълнение към факта, че функционирането на промотора в определени 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 на гена изразяване.

Биобезопасност на дейностите по генно инженерство

Още през 1975 г. учени от цял ​​свят на конференцията в Асиломар повдигнаха най-важния въпрос: ще има ли появата на ГМО потенциално отрицателно въздействие върху биологично разнообразие? От този момент нататък, едновременно с бързото развитие на генното инженерство, започва да се развива ново направление - биобезопасността. Основната му задача е да оцени дали използването на ГМО има нежелани ефекти върху околната среда, здравето на хората и животните, а основната цел е да отвори пътя за използване на постиженията на съвременните биотехнологии, като същевременно гарантира безопасност.

Стратегията за биобезопасност се основава на научни изследвания на характеристиките на ГМО, опит с тях, както и информация за тяхното предназначение и средата, в която ще бъдат въведени. Чрез съвместни дългосрочни усилия на международни организации (UNEP, WHO, OECD), експерти от различни страни, включително Русия, бяха разработени основни концепции и процедури: биологична безопасност, биологична опасност, риск, оценка на риска. Едва след успешното приключване на пълния цикъл от проверки се изготвя научно заключение за биобезопасността на ГМО. През 2005 г. СЗО публикува доклад, според който консумацията на ГМ растения, регистрирани като храна, е толкова безопасна, колкото и традиционните им аналози.

Как се гарантира биобезопасността в Русия? Началото на включването на Русия в световна системабиобезопасността може да се счита за ратифицирането на „Конвенцията за биологичното разнообразие“ през 1995 г. От този момент нататък започва формирането на национална система за биобезопасност, отправна точкакоето беше влизането в сила на Федералния закон на Руската федерация „За държавно регулиранев областта на генно-инженерните дейности” (1996 г.). Федералният закон установява основните понятия и принципи на държавното регулиране и контрол на всички видове работа с ГМО. Федералният закон установява рискови нива в зависимост от вида на ГМО и вида работа, дефинира затворени и отворени системи, освобождаване на ГМО и др.

През последните години Русия разработи една от най-строгите регулаторни системи. Необичайно е, че системата за държавно регулиране на ГМО стартира превантивно през 1996 г., преди да бъдат обявени за комерсиализация в Русия истински генетично модифицирани организми (първият ГМО - ГМ соята - е регистриран за употреба през 1999 г.). Основните правни инструменти са държавна регистрация на генетично модифицирани организми, както и продукти, получени от тях или съдържащи ги, предназначени за употреба като храни и фуражи.

За да разберем сегашната ситуация, е важно, че през 25-те години, изминали от първото навлизане на ГМ растения на пазара, не е установено нито едно надеждно отрицателно въздействие върху околната среда и здравето на хората и животните, нито по време на тестване, нито по време на търговска употреба. Само един от световните източници - докладът на авторитетното общество AGBIOS "Essential Biosafety" съдържа повече от 1000 препратки към проучвания, доказващи, че храните и фуражите, получени от биотехнологични култури, са толкова безопасни, колкото и традиционните продукти. Въпреки това днес в Русия няма регулаторна рамка, която да позволява освобождаването в околната среда на ГМ растения, както и продукти, получени от тях или съдържащи ги, на територията на нашата страна. В резултат на това към 2010 г. нито едно ГМ растение не се отглежда на територията на Руската федерация за търговски цели.

Според прогнозата, според Кьолнския протокол (2007 г.), до 2030 г. отношението към ГМ земеделските култури ще се промени в посока одобрение на използването им.

Постижения и перспективи за развитие

Генно инженерство в медицината

Нуждите от здравеопазване и необходимостта от решаване на проблемите на застаряващото население създават стабилно търсене на генетично модифицирани фармацевтични продукти (с годишни продажби от $26 милиарда) и медицински и козметични продукти от растителни и животински суровини (с годишни продажби от около $40 милиарда). САЩ).

Сред многото постижения на генното инженерство, използвани в медицината, най-значимото е производството на човешки инсулин в индустриален мащаб.

В момента, според СЗО, около 110 милиона души в света страдат от диабет. Инсулинът, чиито инжекции са показани за пациенти с това заболяване, отдавна се получава от животински органи и се използва в медицинската практика. Продължителната употреба на животински инсулин обаче води до необратими увреждания на много от органите на пациента поради имунологични реакции, причинени от инжектирането на животински инсулин, чужд на човешкото тяло. Но дори нуждите от животински инсулин доскоро бяха задоволени само с 60-70%. Като първа практическа задача, генните инженери клонираха инсулиновия ген. Клонираните човешки инсулинови гени са въведени с плазмид в бактериална клетка, където започва синтезата на хормон, който естествените микробни щамове никога не са синтезирали. От 1982 г. компании в САЩ, Япония, Великобритания и други страни произвеждат генно модифициран инсулин. В Русия производството на генно модифициран човешки инсулин - Insuran - се извършва в Института по биоорганична химия на името на. ММ. Шемякин и Ю.А. Овчинников RAS. Днес вътрешният инсулин се произвежда в обем, достатъчен за доставка на пациенти с диабет в Москва. В същото време търсенето на целия руски пазар за генетично модифициран инсулин се задоволява главно от вносни доставки. Глобалният инсулинов пазар в момента е на стойност повече от 400 милиона долара, с годишно потребление от около 2500 kg.

Развитието на генното инженерство през 80-те години на миналия век постави добра основа за Русия в създаването на генно-инженерни щамове микроорганизми със зададени свойства - продуценти на биологично активни вещества, в разработването на генно-инженерни методи за реконструкция на генетичния материал на вируси, при производството на лекарствени вещества, включително с помощта на компютърно моделиране. Рекомбинантен интерферон и лекарствени форми на негова основа за медицински и ветеринарни цели, интерлевкин (b-левкин) и еритропоетин са доведени до етап на производство. Въпреки нарастващото търсене на високопречистени лекарства, местното производство на имуноглобулини, албумин и плазмол осигурява 20% от нуждите на вътрешния пазар.

Активно се провеждат изследвания за разработване на ваксини за профилактика и лечение на хепатит, СПИН и редица други заболявания, както и ново поколение конюгирани ваксини срещу най-социално значимите инфекции. Полимерно-субединовите ваксини от ново поколение се състоят от високо пречистени защитни антигени от различно естество и носител – имуностимуланта полиоксидоний, който осигурява повишено нивоспецифичен имунен отговор. Русия би могла да осигури ваксинации срещу по-голямата част от известните инфекции въз основа на собственото си имунологично производство. Само производството на ваксина срещу рубеола напълно липсва.

Генно инженерство за селското стопанство

Генетичното подобряване на културите и декоративните растения е дълъг и непрекъснат процес, използващ все по-прецизни и предвидими технологии. В научен доклад на ООН (1989 г.) се казва: „Тъй като молекулярните техники са по-прецизни, тези, които ги използват, имат по-голямо доверие в чертите, които придават на растенията, и следователно е по-малко вероятно да изпитат нежелани ефекти, отколкото когато използват конвенционални методи за селекция.“

Ползите от новите технологии вече се използват широко в страни като САЩ, Аржентина, Индия, Китай и Бразилия, където генетично модифицирани култури се отглеждат на големи площи.

Новите технологии също правят голяма разлика за бедните фермери и хората в бедните страни, особено жените и децата. Например, генетично модифицираните устойчиви на вредители памук и царевица изискват значително по-малко използване на инсектициди (което прави земеделието по-безопасно). Такива култури помагат за увеличаване на производителността, което позволява на фермерите да получават повече висок доход, намаляване на бедността и риска от отравяне на населението с химически пестициди, което е особено характерно за редица страни, включително Индия, Китай, Южна Африка и Филипините.

Най-разпространените ГМ растения са тези, които са устойчиви на евтините, най-малко токсични и най-широко използваните хербициди. Отглеждането на такива култури ви позволява да получите по-висок добив на хектар, да се отървете от изтощителното ръчно плевене, да харчите по-малко пари поради минимална обработка или без обработка, което от своя страна води до намаляване на ерозията на почвата.

През 2009 г. генномодифицираните култури от първо поколение бяха заменени с продукти от второ поколение, което за първи път доведе до увеличаване на добива сам по себе си. Пример за нов клас биотехнологична култура (по която са работили много изследователи) е устойчивата на глифозат соя RReady2Yield™, отгледана през 2009 г. в САЩ и Канада на повече от 0,5 милиона хектара.

Въвеждането на генното инженерство в съвременната агробиология може да бъде илюстрирано следните фактиот редица чуждестранни експертни прегледи, включително годишния преглед на независимата Международна служба за мониторинг на приложението на селскостопански биотехнологии (ISAAA), ръководена от световноизвестния експерт Клайв Джеймс: (www.isaaa.org)

През 2009 г. 25 страни по света са отглеждали ГМ култури на площ от 134 милиона хектара (което е 9% от 1,5 милиарда хектара цялата обработваема земя в света). Шест страни от ЕС (от 27) отглеждат Bt царевица, като през 2009 г. площта с Bt царевица достигна повече от 94 750 хектара. Анализ на глобалното икономическо въздействие от използването на биотехнологични култури за периода от 1996 до 2008 г. показва увеличение на печалбите от $51,9 милиарда поради два източника: първо, намаляване на производствените разходи (50%) и второ, значително увеличение на добива (50%) от 167 милиона тона.

През 2009 г. общата пазарна стойност на семена от ГМ култури в света беше 10,5 милиарда долара. Общата биотехнологична стойност на зърното от царевица и соя, както и памук, беше 130 милиарда долара през 2008 г. и се очаква да нараства с 10-15% годишно.

Изчислено е, че ако биотехнологиите бъдат напълно възприети, до края на периода 2006–2015 г. доходът на всички страни като БВП ще се увеличи с 210 милиарда долара годишно.

Наблюденията след въвеждането на устойчиви на хербициди култури в селското стопанство предоставят убедителни доказателства, че фермерите са успели да контролират по-ефективно плевелите. В същото време полетата за разрохкване и оран губят значението си като средство за борба с плевелите. В резултат на това се намалява разходът на гориво на трактора, подобрява се структурата на почвата и се предотвратява ерозията. Целевите инсектицидни програми за Bt памук включват по-малко пръскания на културите и следователно по-малко пътувания, което води до намалена ерозия на почвата. Всичко това несъзнателно насърчава въвеждането на технология за консервираща обработка на почвата, насочена към намаляване на ерозията на почвата, нивата на въглероден диоксид и намаляване на загубата на вода.

Съвременното състояние на науката се характеризира с интегриран подход, създаване на единни технологични платформи за провеждане на широк спектър от изследвания. Те съчетават не само биотехнологии, молекулярна биология и генно инженерство, но и химия, физика, биоинформатика, транскриптомика, протеомика, метаболомика.

Препоръчителна литература
1. Дж. Уотсън. Молекулярна биология на гена. М.: Мир. 1978 г.
2. Стент Г., Калиндар Р. Молекулярна генетика. М.: Мир. 1981 г
3. С.Н. Щелкунов „Генетично инженерство“. Новосибирск, Издателство на Сибирския университет, 2008 г
4. Глик Б. Молекулярна биотехнология. Принципи и приложение / Б. Глик, Й. Пастернак. М.: Мир, 2002
5. Генно инженерство на растенията. Лабораторен наръчник. Под редакцията на J. Draper, R. Scott, F. Armitage, R. Walden. М.: "Мир". 1991 г.
6. Агробиотехнологиите в света. Изд. Скрябина К.Г. М.: Център “Биоинженерство” РАН, 2008. – 135 с.
7. Кларк. Д., Ръсел Л. Молекулярната биология е прост и забавен подход. М.: АД "КОНД компания". 2004 г

Връзки
1. „За държавното регулиране на дейностите по генно инженерство.“ Федерален закон-86 с измененията 2000 г., чл
2. Кьолнският протокол, Кьолнският документ, беше приет на конференцията „Към основана на знанието биоикономика“ (Кьолн, 30 май 2007 г.), организирана от Европейския съюз по време на германското председателство на ЕС.

.(Източник: „Биология. Съвременна илюстрована енциклопедия“. Главен редактор А. П. Горкин; М.: Росман, 2006.)


Вижте какво е „генно инженерство“ в други речници:

    Генно инженерство- клон на молекулярната генетика, свързан с целенасоченото създаване in vitro на нови комбинации от генетичен материал (рекомбинантна ДНК), способни да се възпроизвеждат и функционират в клетка гостоприемник. Източник... Речник-справочник на термините на нормативната и техническата документация

    Същото като генното инженерство... Голям енциклопедичен речник

    Съгласно определението на Федералния закон за държавното регулиране в областта на дейностите по генно инженерство от 5 юни 1996 г., набор от техники, методи и технологии, вкл. технологии за производство на рекомбинантни рибонуклеинови и дезоксирибонуклеинови киселини, според ... Юридически речник

    ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО, техника за създаване на молекула на ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) с желан ген, който след това се въвежда в клетката на бактерия, гъба (дрожди), растение или бозайник, така че да произведе желания протеин. Методология... ... Научно-технически енциклопедичен речник

    Клон на генетиката, който разработва техники за манипулиране на NK и използва тези методи за генетични изследвания и получаване на организми със смесени геноми, включително полезни за медицината и национална икономика. (Източник: „Речник на термините... ... Речник по микробиология

    Генно инженерство- набор от методи и технологии, включително технологии за производство на рекомбинантни рибонуклеинови и дезоксирибонуклеинови киселини, за изолиране на гени от тялото, манипулиране на гени и въвеждането им в други организми;... Източник ... Официална терминология

    генно инженерство- - Теми на биотехнологиите EN биомолекулярно инженерство ... Ръководство за технически преводач

    ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО- съвкупност от техники, методи и технологии, вкл. технологии за производство на рекомбинантни рибонуклеинови (РНК) и дезоксирибонуклеинови (ДНК) киселини, за изолиране на гени от тялото, манипулиране на гени и въвеждането им в други... ... Юридическа енциклопедия

    Терминът генно инженерство Терминът на английски език genetic engineering Синоними genetic engineering Съкращения Сродни термини доставка на ген, биоинженерство, биологични двигатели, геном, ДНК, РНК, олигонуклеотид, плазмид, ензим, генна терапия ... Енциклопедичен речник по нанотехнологии

    Същото като генното инженерство. * * * ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО, същото като генното инженерство (вижте ГЕННО ИНЖЕНЕРСТВО) ... Енциклопедичен речник

    генно инженерство- Генно инженерство Генно инженерство Рекомбинантна ДНК технология. Промяна, с помощта на биохимични и генетични техники, хромозомен материал - основната наследствена субстанция на клетките. Хромозомният материал се състои от... Обяснителна Английско-руски речниквърху нанотехнологиите. - М.

Книги

  • Генно инженерство в биотехнологиите. Учебник, Журавлева Галина Анатолиевна. Учебникът "Генно инженерство в биотехнологиите" е изготвен в съответствие с Федералния държавен образователен стандарт за висше професионално образование по специалност 020400 "Биология" и се основава на лекции, изнасяни повече от 10 години в Биологическия факултет...