Достижения и перспективы генной инженерии.

Генная инженерия и биотехнология. Трансгенные формы растений и животных.

Биотехнология - наука об использовании живых организмов, их биологических особенностей и процессов жизнедеятельности в производстве необходимых человеку веществ.

Основным объектом, используемым в биотехнологических процессах, являются микроорганизмы.

Микроорганизмы - это группа прокариотических и эукариотических одноклеточных микроскопических организмов.

Наука, изучающая микроорганизмы, называется микробиологией.

Продуктивность диких форм бактерий невысокая, поэтому человек совершенствует и выводит новые штаммы.

В селекции микроорганизмов применяют традиционные и новейшие методы. К традиционным методам относят экспериментальный мутагенез и отбор по продуктивности.

Экспериментальный мутагенез - это воздействие на организм различных мутагенов с целью получения мутации. Этот метод имеет свои особенности при селекции бактерий:

- у селекционера имеется неограниченное количество материала для работы: за считанные дни в чашках Петри или пробирках на питательных средах можно вырастить бактерий

- значительно меньшее количество генов, их генетическая регуляция более простая, взаимодействия генов просты или отсутствуют миллиарды клеток;

- более эффективное использование мутационного процесса, поскольку геном микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выявить любые мутации уже в первом поколении;

- простота генетической организации

Но возможности традиционной селекции ограничены. Успехи же таких наук как молекулярная биология и генетика в изучении микроорганизмов, а так же возрастающие потребности практического использования микробных продуктов привели к созданию новейших методов целенаправленного и контролируемого получения микроорганизмов с заданными свойствами.

К новейшим методам селекции относят клеточную и генную инженерию. В генной инженерии используют два способа:

- выделение нужного гена из генома одного организма и внедрение его в геном бактерий;

- синтез искусственным путем гена и внедрение его в геном бактерий.

Генная инженерия. Совокупность методов, позволяющих посредством операций in vitro (в пробирке, вне организма), переносить генетическую информацию из одного организма в другой.

Цель генной инженерии в получении клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах вырабатывать некоторые « человеческие» белки; в возможности преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим( использование в селекции растений, животных). Генная инженерия – это совокупность методов, позволяющих посредством операций in vitro (в пробирке, вне организма), переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Цель генной инженерии в получении клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые “человеческие” белки; в возможности преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим (использование в селекции растений, животных).

2. История генной инженерии.

Формальной датой рождения генной инженерии считают 1972 год. В этот год группа исследователей во главе с американским биохимиком Полом Бергом, работавшим в Стэнфордском университете, что неподалеку от Сан-Франциско в Калифорнии, сообщила о создании вне организма первой рекомбинантной ДНК. Ее еще называют гибридной, т.к. она состоит из ДНК-фрагментов различных организмов. Первая рекомбинантная молекула ДНК состояла из фрагментов кишечной палочки (E. Coli – Escherihia coli), группы генов самой этой бактерии и полной ДНК вируса SV40, вызывающего развитие опухолей у обезьяны. Такая рекомбинантная структура теоретически могла обладать функциональной активностью в клетках, как кишечной палочки, так и обезьяны. Она могла как челнок “ходить” между бактерией и животным. За эту работу Полу Бергу в 1980 году присуждена Нобелевская премия. Основные методы генной инженерии были разработаны в начале 70-х годов прошлого (XX) века. Их суть заключается во введении в организм нового гена. Для этого создают специальные генетические конструкции ? векторы, т.е. устройство для доставки нового гена в клетку. В качестве вектора используют плазмиды.

Что такое плазмиды? ( Кольцевая двухцепочечная молекула ДНК, которая есть в бактериальной клетке. (Она состоит из нескольких тысяч пар нуклеотидов)).

В бактериальной клетке, кроме основной, не покидающей клетку ДНК, может содержаться несколько различных плазмид, которыми она обменивается с другими бактериями. Плазмиды являются автономными генетическими элементами, редуплицирующимися в бактериальной клетке не в то же время, что основная молекула ДНК. Плазмиды несут жизненно важные для бактерии гены – гены лекарственной устойчивости к антибактериальным препаратам. Бактерия, имеющая различные плазмиды, приобретает устойчивость к различным антибиотикам, к солям тяжелых металлов. Поскольку плазмиды могут переходить из одной бактериальной клетки в другую, то они быстро распространяясь среди бактерий, сохраняют им жизнь. Поэтому плазмиды называют даром природы генным инженерам.

3. Методы генной инженерии.

Наиболее распространенными методом генной инженерии является метод конструирования и переноса рекомбинантных ДНК. Этот метод включает несколько этапов.

1. Создание вектора. Этот этап состоит из двух последовательных стадий: рестрикции и лигирования.

Рестрикция – означает “разрезание”, “ограничение”. При помощи фермента ? рестрикционной эндонуклеазы или рестриктазы, открытой в 1974 году швейцарским ученым Вернером Арбером, происходит разрезание плазмидной ДНК, образуется расщепленная плазмида с “липкими” концами ? ТТАА и ААТТ. ( Бактериальные клетки вырабатывают рестриктазы для разрушения инородной ДНК, чтобы защищаться от вирусной инфекции.) Этой же рестриктазой разрезают ДНК человека (выделенную из клетки) на множество различных фрагментов, но с одинаковыми “липкими” концами. Поскольку используется один и тот же фермент ? рестриктаза ? “ липкие” концы плазмиды и “липкие” концы ДНК человека (чужеродный ген) будут являться комплементарными.

Лигирование - “сшивание”. Фрагменты ДНК человека включают в плазмиды и их комплементарные “липкие” концы “сшивают” ферментом лигазой. Образуется рекомбинантная плазмида.

2. Трансформация – введение.

Рекомбинантные плазмиды вводят в бактериальные клетки (E. Coli), обработанные специальным образом, чтобы они на короткое время стали проницаемы для макромолекул. Однако, плазмиды проникают лишь в часть обработанных клеток. Трансформированные бактерии вместе с плазмидой приобретают устойчивость к определённому антибиотику. Это позволяет отделить трансформированные бактерии от нетрансформированных, так как они погибают на среде, содержащей антибиотик. Чтобы их отделить друг от друга, бактерии высевают на питательную среду так, чтобы клетки находились на расстоянии друг от друга. Каждая из трансформированных клеток размножается и образует колонию из многочисленных потомков – клон.

3. Скрининг – отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые содержат плазмиды, несущие нужный ген человека.

Все бактериальные колонии покрывают специальным фильтром. Когда его снимают, на нём остаётся отпечаток колоний. Затем проводят молекулярную гибридизацию. Фильтры погружают в раствор с радиоактивно меченым зондом. Зонд – это полинуклеотид, комплементарный части искомого гена (Р32). Он гибридизируется лишь с теми рекомбинантными плазмидами, которые имеют нужный ген. После гибридизации на фильтр в темноте накладывают рентгеновскую плёнку и через несколько часов её проявляют. Засвечиваются те участки на плёнке, где располагаются клоны трансформированных бактерий с нужным геном. Их отбирают, размножают (клонируют), так как они способны вырабатывать белок, кодируемый этим геном.

Сегодня насчитывается более 100 наименований генетически модифицированных продуктов – «трансгенов» - это растения: соя, кукуруза, рис, картофель, помидоры, сахарная свекла, пшеница, горох, подсолнечник. и другие. Что касается животных, то их гораздо меньше. Например: светящийся в темноте кролик, получивший от медузы ген, лосось , живущий и в соленой и в пресной воде.

Клонирование. Клон – это ряд поколений наследственно однородных потомков одной особи. Черенкование малины или пересадка усов садовой земляники – это клонирование, только не на клеточном уровне.

В феврале 1997 году человечество было потрясено известием о генетическом клонировании овцы. Шотландский ученый Ян Вильмут с коллегами провели успешное клонирование овцы

Каков механизм появления ее на свет? У этой овечки нет отца, но зато 3 матери:

- овца породы Финский Дорсет, давшая свой генетический материал (из клеток тканей молочной железы этой взрослой овцы извлекли соматические ядра);

- овца породы шотландская черномордая, от которой взяли яйцеклетку (из её яйцеклетки удалили гаплоидное ядро и поместили в цитоплазму клетки без ядра диплоидное ядро из клетки первой овцы);

- овца – реципиент породы тоже шотландская черномордая, которая выносила за 148 дней знаменитого ягненка.

Из 256 попыток пересадки яйцеклеток – удалось только единожды.

К 2002 году сама Долли произвела на свет естественным способом 4 нормальных ягнят. Была кремирована в 2003 году.

Геном кишечной палочки был введен ген синтеза инсулина из генома человека, и таким образом получили инсулин, который используется для лечения больных сахарным диабетом.

Растения и животные, геном которых изменен с помощью подобных операций, называют трансгенными. Первые трансгенные растения были получены в 1983 г. учеными США, Бельгии, Германии. В Китайской Народной Республике выращивают трансгенный табак, устойчивый к листогрызущим насекомым. На современном этапе уже более чем в 17 странах выращивают трансгенные растения, которые имеют необходимые для человека сроки созревания, их плоды обладают способностью к длительному хранению и не теряют товарный вид при транспортировке. Уже получены трансгенные свиньи, овцы, кролики, в геном которых были введены гены различного происхождения - вирусов, микроорганизмов, грибов, человека; получены трансгенные растения с генами животных, микроорганизмов, вирусов и искусственно созданными генами. Большая часть трансгенных культур выращивается в США.

В Китае этим методом созданы быстрорастущие сорта риса, сои, томатов, которые могут расти на засоленных почвах.

Благодаря генной инженерии получены низкорослые сорта злаков, устойчивые к полеганию. За рост стебля отвечает фитогормон гиббереллин. У злаков убрали ген, вырабатывающий гиббереллин, и получили низкорослые злаковые культуры, при этом урожай увеличился в два раза и составил 30-60 ц с гектара.

Американские ученые создали новый сорт томата, у которого содержание ликонина (красный пигмент) возросло в 3,5 раза по сравнению с обычными сортами. Ликонин обладает окислительными свойствами, что снижает вероятность раковых заболеваний. Люди, употребляющие в пищу такие плоды, реже болеют раком желудка и 12-перстной кишки. Получены растения-вакцины, позволяющие предотвратить некоторые инфекционные болезни, в частности выращен картофель, синтезирующий антитела холеры.

Мы питаемся продуктами генной инженерии? Не так давно мы узнали, что огромное количество продуктов, которые мы употребляем, являются ничем иным, как детищем генной инженерии. Что же это такое «генная инженерия» в контексте агропромышленного сектора и насколько вредно употреблять модифицированную таким образом пищу?

В нем содержатся «правила», как правильно построить тот или иной белок, чтобы он, к примеру, мог выполнять функцию гормона или фермента. Таким образом, гены - это биологические конструкции, несущие специфические характеристики, присущие тому или иному живому организму. Пересадка генов изменяет «программу» организма-донора.

При помощи этого метода исследователи могут менять особые свойства и характеристики растений и животных в нужном им направлении. Они могут вывести сорт томатов с более длительным сроком хранения или сорт соевых бобов, устойчивых к воздействию гербицидов, получить прирост биомассы телят, регулировать содержание некоторых компонентов молочных продуктов и многое другое. Таких «генетических реципиентов», которым внедряют постороннюю ДНК, ученые называют трансгенными. В результате многочисленных экспериментов трансгенных растений «научили» давать несколько урожаев за сезон (ремантантные сорта), они имеют меньшие проценты накопления гербицидов и быстро растут даже в неблагоприятных климатических условиях.

Казалось, вроде бы все хорошо: и урожай большой, и продукты, как следствие, более дешевые, однако не все так просто. Дебаты относительно легализации или запрета трансгенных продуктов идут постоянно. Успехи генной инженерии достигли больших высот. Но единственным «пунктом», ограничивающим её массовую экспансию в сельское хозяйство, является отсутствие достоверной информации о последствиях употребления таких продуктов.

С одной стороны, что непоправимо вредного может случиться, если ты утром съел бутерброд не с натуральным пшеничным хлебом, а с хлебом, селекционно выведенным? Более того, производители кисломолочных продуктов утверждают, что генетически модифицированные штаммы бифидо- и лактобактерий, только повышают качество и биологическую ценность био-йогуртов, кефиров и сыра. Такие бактерии якобы лучше справляются с дисбактериозом и формируют устойчивую к патогенным инфекциям микрофлору кишечника.

Но с точки зрения безопасности, окончательно не ясно, как могут повлиять продукты с измененным ДНК на самого человека, если он будет их употреблять в пищу. В Европе есть расхождения по вопросу легализации трансгенных продуктов на потребительском рынке в то время, как в США и в России, данные продукты разрешены для продажи. Однако, справедливости ради, стоит заметить, что согласно недавнему распоряжению главного санитарного врача России Геннадия Онищенко, производители генетически модифицированных продуктов обязаны маркировать свой товар соответствующим образом. Так что возьмите пример с дотошных европейцев и старательно изучите упаковку.

Аббревиатура «ГМИ» указывает на генетически модифицированный источник продукта. Недавно был впервые опубликован список ГМ-товаров. Вот некоторые, наиболее известные лейблы: хлопья Corn Flaces, Smackcs, Frosted Krispiers Just Right & Nut шоколад: Toblerone, Cocolate Chip, Kit - Kat, M & M-s, Mars, Snickers, Milky Way, Twix, Nestle, Fruit & Nut, напитки: Сoca - cola, Sprite, Pepsi , Pepsi Cherry, 7 - Up, Mauntain Dew и др .

Как утверждают в Институте питания РАМН, российским ученым до сих пор не удалось обнаружить факты, которые свидетельствовали бы о потенциальной угрозе ГМ- сои или кукурузы для человеческого организма. Однако зарубежные ученые утверждают обратное. Джон Фейган, доктор медицинских наук, декан аспирантуры и профессор молекулярной биологии в Университете менеджмента Махариши (Фэарфилд, Айова), получил свыше 2,5 млн. долларов государственных субсидий на проведение исследований в области генной инженерии. Он считает, что «в действительности, несмотря на то, что гены могут быть извлечены и правильно скрещены в экспериментальной колбе, в жизни очень трудно прогнозировать последствия вживления генов в чужой организм. Внедренные гены могут также вызвать неожиданные побочные эффекты: генетически сфабрикованная пища может, к примеру, содержать токсины и аллергены или иметь пониженную питательность, в результате чего потребители могут заболеть.

Конечно, пока ученые-генетики окончательно не расставят все точки над i, вывод о вреде (или пользе) употребления генетически модифицированных продуктов придется делать вам. Однако лучше быть особо внимательными к своему рациону, и даже в условиях бешеного ритма жизни больших городов и быстрого распространения fast – food уметь грамотно питаться.

Российские ученые работают над созданием трансгенных кур, чтобы из их яиц получать ценные лекарственные белки. Пока их усилия при содействии РФФИ и гранта Президента РФ успехом не увенчались

Получать лекарственные вещества из яиц трансгенной птицы планируют специалисты Всероссийского государственного НИИ животноводства РАСХН под руководством академика РАСХН Л.К,Эрнста. Впрочем, пока в распоряжении ученых нет ни трансгенных яиц, ни курицы, способной их откладывать, ни даже петуха, который мог бы стать отцом такой курицы.

Коровы, овцы и козы давно привлекают внимание генных инженеров. Биологически активные белки человека, которые традиционно выделяли из донорской крови (гормоны, факторы свертывания и т.п.) во многих случаях гораздо эффективнее и безопаснее получать с молоком трансгенных животных. Ведь донорская кровь опасна для здоровья, а микроорганизмы не могут синтезировать функциональный человеческий белок. За рубежом есть трансгенные козы, которые продуцируют чужеродные белки в чрезвычайно высоких концентрациях ( до 4 мг/мл. В России таких животных нет. Попытки сотрудников Всероссийского государственного НИИ животноводства РАСХН получить животных-продуцентов успехом не увенчались. И тогда ученые обратили внимание на кур. Куры начинают нести яйца в возрасте шести месяцев. Вместе с яйцом трансгенная курица отложит и необходимые белки, останется только их съесть. Содержать птиц гораздо дешевле, чем стадо животных. Производство 1 г трансгенного белка из молочной железы трансгенного животного обходится за рубежом в 100 долларов, а такое же количество "яичного" белка будет стоить всего 10-25 центов.

Достижения и перспективы генной инженерии.

Благодаря развитию генной инженерии появилась возможность нарабатывать некоторые «человеческие» белки в промышленных масштабах. Так , с 1980 года гормон роста человека – соматотропин получают из бактерии Е. coli ( кишечной палочки). Соматотропин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Он вырабатывается в гипофизе и контролирует рост человеческого тела; его недостаток приводит к карликовости. Соматотропин – единственное средство лечения детей, страдающих карликовостью из-за недостатка этого гормона. До развития генной инженерии его выделяли из гипофизов от трупов. Соматотропин, синтезированный в специально сконструированных клетках бактерий, имеет очевидные преимущества: он доступен в больших количествах, его препараты являются биохимическими чистыми и свободны от вирусных загрязнений. В 1979 году из 60 млн. больных сахарным диабетом во всём мире лишь 4 млн. получали препарат инсулина – гормона поджелудочной железы, регулирующего уровень сахара в крови и клетках. Инсулин выделяли из поджелудочных желёз забиваемых коров и свиней, что сложно и дорого. С 1982 года этот гормон получают в промышленных масштабах из бактерий Е. coli, cодержащих ген человеческого инсулина. Также получают белок интерферон, который помогает справиться со многими вирусными инфекциями. Велико значение генной инженерии в селекционной работе. Выведены скороспелые и ультраскороспелые самые засухоустойчивые в мире сорта проса. Большое достижение селекции последних лет – создание фитофтороустойчивых сортов картофеля с потенциалом урожайности выше 50 т/га. Создан новый, устойчивый к полеганию с неосыпающимися семенами сорт гороха « Норд». Его урожайные возможности определяются 4,5 – 5,0 т/га.

В перспективе - использование генной инженерии для выведения морозоустойчивых, засухоустойчивых, скороспелых сортов растений.

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 827; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!