Генетическая инженерия и биотехнология - статья

Вертьянов С. Ю.

Генетическая инженерия (ГИ) — совокупа способов, позволяющих искусственно переносить генетическую информацию из 1-го организма в другой при помощи специально сделанных генетических конструкций. Одна из задач ГИ — получение организмов с хотимыми качествами. Главным подходом ГИ является конструирование in vitro (вне организма) рекомбинантных молекул ДНК (искусственно скомбинированных из фрагментов) с Генетическая инженерия и биотехнология - статья данными наследными качествами, потому ГИ также именуют технологией рекомбинантных ДНК. Организмы, в которые при помощи способов ГИ введены нехарактерные им гены, носят заглавие трансгенных.

Главные принципы ГИ

Бурное развитие ГИ началось после 1970 г., когда из клеток микробов научились выделять рестриктазы — ферменты, защищающие бактерии от бактериофагов. Узнавая в чужеродной ДНК специфичный Генетическая инженерия и биотехнология - статья для каждой рестриктазы веб-сайт (последовательность из 4—6 нуклеотидов), рестриктазы делают в этом веб-сайте разрывы обеих цепей ДНК. В итоге чужеродная ДНК оказывается разрезанной на куски и нефункциональной. На сей день понятно около 3500 рестриктаз. К примеру, рестриктаза Eco RI ("еко-эр-один") из пищеварительной палочки (Escherichia coli Генетическая инженерия и биотехнология - статья) выяснит веб-сайт ГААТТЦ:

В итоге ступенчатого разреза образуются куски ДНК с выступающими однонитевыми концами, комплементарными друг дружке. Эти концы могут вновь соединяться, потому их именуют "липкими концами". Если взять ДНК, к примеру, человека и моркови, обработать одной и той же рестриктазой и смешать, то куски ДНК моркови и человека будут соединяться Генетическая инженерия и биотехнология - статья липкими концами. Но такая связь будет некрепкой: водородные связи меж всего только 4-мя парами оснований могут просто разойтись. Слипшиеся куски ДНК можно зафиксировать, если добавить в раствор ДНК-лигазу (2-ой по значимости фермент ГИ), сшивающую цепи ДНК, разрезанные рестриктазой. В итоге получится размеренная рекомбинантная ДНК.

Дальше нужно сохранить и Генетическая инженерия и биотехнология - статья размножить приобретенные рекомбинантные молекулы. С этой целью их встраивают в особые конструкции, именуемые векторными молекулами ДНК, либо векторами. Обычно векторы конструируют из бактериальных плазмид. Обычный вектор включает:

1. Веб-сайт узнавания определенной рестриктазой для встраивания в вектор мотивированной ДНК.

2. Ген стойкости к одному из лекарств для следующего отбора клеток Генетическая инженерия и биотехнология - статья, получивших рекомбинантный вектор.

3. Промотор, обеспечивающий экспрессию мотивированной ДНК.

Приведем пример использования вектора для получения штамма пищеварительной палочки, продуцирующей мотивированной белок. Для встраивания в вектор смесь фрагментов мотивированной ДНК (с геном, кодирующим мотивированной белок) и ДНК вектора обрабатывают поначалу одной и той же рестриктазой, потом ДНК-лигазой. В итоге появляется рекомбинантный Генетическая инженерия и биотехнология - статья вектор. Для размножения его вводят в клеточки пищеварительной палочки либо дрожжей. На поверхности жесткой питательной среды с антибиотиком любая клеточка, несущая рекомбинантный вектор, плодится и образует колонию из схожих клеток — клон. Любая клетка-родоначальница клона получила одну молекулу рекомбинантного вектора, которая реплицируется и передается всем клеточкам колонии. Потому такую Генетическая инженерия и биотехнология - статья функцию именуют молекулярным клонированием.

Первой реакцией научной общественности на создание ГИ-технологии было введение ограничений на опыты с рекомбинантными ДНК. Ученые считали, что объединение генов различных организмов может привести к возникновению нового организма с ненужными либо даже небезопасными качествами. Прошло пару лет, и исследователи удостоверились, что Генетическая инженерия и биотехнология - статья их опаски очень гиперболизированы. Мельчайшие организмы, модифицированные при помощи генно-инженерных манипуляций, во наружной среде не выдерживают конкуренции, так как значительную часть собственных ресурсов они затрачивают на синтез мотивированного белка, во вред своей конкурентоспособности.

Заслуги ГИ

С развитием ГИ ученые получили возможность синтезировать, выделять, сочетать и перемещать гены и любые Генетическая инженерия и биотехнология - статья другие куски ДНК. ГИ занесла революционный вклад в развитие многих био дисциплин: молекулярной биологии, микробиологии, вирусологии, цитологии, эмбриологии, мед генетики и генетики человека. Появилась ранее труднодоступная возможность исследования молекулярной организации геномов (в том числе высших эукариот), что привело к появлению геномики — раздела генетики, изучающего структурную компанию и функционирование геномов.

ГИ Генетическая инженерия и биотехнология - статья-методы позволили воплотить программки секвенирования (определения полных нуклеотидных последовательностей ДНК) геномов многих организмов. Уже секвенированы ДНК сотен видов микробов, дрожжей, плазмодия, риса, кукурузы, картофеля, дрозофилы, мыши; завершена интернациональная программка "Геном человека".

Зачем же необходимо секвенирование геномов? Одна из главных задач — узнать строение генома и его работу как Генетическая инженерия и биотехнология - статья одного целого. Полная нуклеотидная последовательность — это подготовительная карта генома организма. В начальном виде это просто длинноватая последовательность нуклеотидов, ни о чем же не говорящая. Для того чтоб с ней можно было работать, в ней выявляют гены, регуляторные элементы, мобильные элементы и другие последовательности ДНК, функция которых еще не известна. Для Генетическая инженерия и биотехнология - статья мед генетики принципиально нанести на нуклеотидную карту гены, ответственные за разные заболевания, чтоб разрабатывать способы молекулярной диагностики, находить методы исцеления и предотвращения болезней. На карту человека уже нанесены многие гены наследных болезней.

Генная терапия наследных болезней человека. Развитие этой многообещающей области стало вероятным после секвенирования генома человека. Генная терапия включает последующие Генетическая инженерия и биотехнология - статья этапы:

1. Получение клеток от хворого (в генной терапии разрешено использовать только соматические клеточки человека).

2. Введение в клеточки целебного гена для исправления генетического недостатка.

3. Отбор и размножение "исправленных" клеток.

4. Введение "исправленных" клеток в организм пациента.

В первый раз удачно применить генную терапию удалось в 1990 г. Четырехлетней девченке, страдающей томным Генетическая инженерия и биотехнология - статья иммунодефицитом (недостаток фермента аденозиндезаминазы), были введены собственные лимфоциты со интегрированным обычным геном аденозиндезаминазы. Целебный эффект сохранялся в течение нескольких месяцев, после этого функцию пришлось часто повторять, так как исправленные клеточки, как и другие клеточки организма, имеют ограниченный срок жизни. В текущее время генную терапию употребляют для исцеления более Генетическая инженерия и биотехнология - статья 10-ка наследных болезней, в т. ч. гемофилии, талассемии, муковисцидоза.

Способ полимеразной цепной реакции (ПЦР)

Для получения мотивированной ДНК в достаточных для работы количествах в ГИ обширно употребляется способ ПЦР, разработанный в 1985 г. Способ позволяет размножить в миллионы раз хоть какой участок ДНК размером до 5 тыщ пар нуклеотидов (см. с. 142). Первым практическим Генетическая инженерия и биотехнология - статья внедрением ПЦР была разработка тест-системы для диагностики серповидноклеточной анемии (нарушенные участки ДНК размножали до обнаружимых при электрофорезе количеств). При помощи ПЦР получают куски ДНК для клонирования, секвенируют мотивированные ДНК, выявляют патогенные вирусы либо бактерии, также наследные заболевания и аномалии. В судебной медицине ПЦР употребляют для идентификации Генетическая инженерия и биотехнология - статья личности, для установления схожих связей. В текущее время способ ПЦР стал обыденной процедурой, ежедневно применяемой в тыщах лабораторий.

Таким макаром, разработка способов ГИ и ПЦР привела к бурному прогрессу в биологии, но самые глубочайшие преобразования произошли в биотехнологии.

Биотехнология — ветвь науки, занимающаяся фабричным внедрением био процессов и живых организмов для производства Генетическая инженерия и биотехнология - статья фармацевтических средств и вакцин, сельскохозяйственных и потребительских товаров.

Биотехнологические процессы люди использовали с незапамятных времен, занимаясь хлебопечением, виноделием, пивоварением, изготовлением кисломолочных товаров. Суть этих процессов была выявлена только в XIX в. после научных открытий Л. Пастера. Работы ученого послужили развитию разных производств с внедрением микробов.

В конце Генетическая инженерия и биотехнология - статья 1970-х гг. на стыке классической биотехнологии и ГИ появилась молекулярная биотехнология. В ее базе лежит процедура переноса генов из 1-го организма в другой средством способов ГИ с целью сотворения принципно нового продукта либо промышленного производства уже известного продукта. 1-ая компания, производящая фармацевтические соединения при помощи способов ГИ, была Генетическая инженерия и биотехнология - статья сотворена в 1976 году.

Создание фармацевтических препаратов

Мельчайшие организмы после введения соответственных генов становятся продуцентами ценных для медицины белков. В биореакторах на особых питательных средах выращивают бактерии; грибы; дрожжи, продуцирующие лекарства; ферменты; гормоны; витамины и другие на биологическом уровне активные соединения. К примеру, клеточки пищеварительной палочки служат био фабриками по производству Генетическая инженерия и биотехнология - статья людского инсулина. До 1982 г. инсулин получали очень трудозатратным методом из поджелудочной железы свиней и обеспечивали только 10 % нездоровых сладким диабетом. С 1982 г. этой работой "занимается" пищеварительная палочка и обеспечивает инсулином 10-ки миллионов нездоровых по всему свету (в том числе и тех, у кого аллергия на животный инсулин). Пищеварительная палочка Генетическая инженерия и биотехнология - статья производит человечий гормон роста соматотропин (ранее его получали из трупного материала).

Антивирусный продукт интерферон в человеческом организме вырабатывается в очень малозначительных количествах. После выявления аминокислотной последовательности интерферона ген был искусственно синтезирован и встроен в вектор, потом вектор ввели в клеточки бактерии и получили штамм-продуцент интерферона.

Создание генно-инженерных Генетическая инженерия и биотехнология - статья вакцин

Классические вакцины делаются из вирусов, инактивированных нагреванием либо хим воздействием. Время от времени вирус остается жизнестойким и может при вакцинации вызвать болезнь. Применение ГИ-вакцин не имеет такового недочета. К примеру, сотворен продуцент белка поверхностной капсулы вируса гепатита. Этот белок достаточен для выработки в человеческом организме иммунитета против вируса гепатита Генетическая инженерия и биотехнология - статья, и такая вакцинация не в вызовет заразу. В текущее время интенсивно ведутся генно-инженерные разработки вакцины против СПИДа.

Создание ГИ-микроорганизмов, способных расти на нехарактерных для их средах, открывает ряд новых способностей. Такие мельчайшие организмы употребляют для био чистки среды (в т.ч. от нефти и нефтепродуктов Генетическая инженерия и биотехнология - статья). На отходах производства нефтепродуктов, гидролизатах древесной породы, на метаноле, этаноле, метане удачно культивируют дрожжи. Внедрение их в качестве кормового белка (дрожжи содержат до 60 % белка) позволяет получать дополнительно до 1 млн т мяса в год. Проходят работы по созданию микробов, производящих ацетон, спирт и другие горючие материалы на отходах сельского хозяйства, лесной Генетическая инженерия и биотехнология - статья и деревообрабатывающей индустрии, также на сточных водах. В дальнейшем, при истощении ресурсов нефти, этот путь получения горючих веществ возможно окажется очень животрепещущим. Сделаны установки, в каких бактерии перерабатывают навоз в биогаз. Из 1 т навоза получают 500 м3 биогаза, что эквивалентно 350 л бензина.

Биотехнология растений

Получены формы растений с ускоренным ростом, большей массой Генетическая инженерия и биотехнология - статья плодов, увеличенной длительностью хранения плодов; устойчивые к гербицидам, к патогенным вирусам и грибам, к вредным насекомым, также к засухе и засоленности почв. Растения продуцируют для человека вакцины, фармакологические белки и антитела. К примеру, внедрение гена биосинтеза каротина в геном риса позволило вывести "золотой" рис, обеспеченный этим Генетическая инженерия и биотехнология - статья ценным для человека провитамином.

В природе существует амеба Bacillus thuringiensis, вырабатывающая эндотоксин белковой природы, действующий на насекомых. Ген, кодирующий этот токсин, был выделен и встроен в ДНК картофеля. Таковой картофель личинки колорадского жука в еду употреблять не могут. Аналогичным образом удалось получить устойчивые к сельскохозяйственным вредителям трансгенные формы хлопка, кукурузы Генетическая инженерия и биотехнология - статья, томатов и рапса. После внедрения в геном винограда гена морозоустойчивости от дикорастущей капусты брокколи трансгенный виноград стал морозостойким. Эта процедура заняла всего год. Обычно на выведение новых видов винограда уходит 25—35 лет.

Значительные посевные площади заняты под трансгенные растения в США (68 % глобальных посевов трансгенных культур), Аргентине (22 %), Канаде (6 %) и Китае Генетическая инженерия и биотехнология - статья (3 %). В главном выращивают трансгенную сою (62 %), кукурузу (24 %), хлопок (9 %) и рапс (4 %).

Огромное значение в сельском хозяйстве имеет создание неподменных аминокислот, не синтезирующихся в организмах животных. В обычных кормах их недостаточно, потому приходится наращивать количество еды. Добавление в еду 1 т синтезированной микробиологическим методом аминокислоты лизин сберегает 10-ки тонн кормов.

Биотехнология животных

Получение трансгенных животных Генетическая инженерия и биотехнология - статья начинают с сотворения генетических конструкций, в каких мотивированной ген находится под контролем промотора, активного в определенной ткани организма, к примеру в клеточках молочной железы. Такую конструкцию вводят в оплодотворенную яйцеклетку и помещают животным для вынашивания. Выход здоровых животных пока невелик (наименее 1 % зародышей), но ученые продолжают исследования. Получены Генетическая инженерия и биотехнология - статья трансгенные скотины, овцы, козы, свиньи, птицы, рыбы.

От 20 трансгенных скотин можно получить до 100 кг мотивированного белка в год. Конкретно столько белка, используемого для предотвращения тромбов в кровяных сосудах, требуется населению земли раз в год. Для получения нужного людям белка-фактора свертывания крови (его используют для увеличения свертываемости крови у нездоровых гемофилией Генетическая инженерия и биотехнология - статья) довольно одной трансгенной скотины.

Животрепещуще создание пород домашних питомцев, устойчивых к паразитам, бактериальным и вирусным инфекциям. Встраивая гены стойкости к более всераспространенным болезням, можно существенно сберечь на вакцинах и сыворотках (до 20 % от цены конечного продукта).

Трансгенных млекопитающих употребляют в качестве модельных систем для поиска методов исцеления наследных Генетическая инженерия и биотехнология - статья болезней человека. На мышах отрабатывают способы борьбы со СПИДом, муковисцидозом, заболеванием Альтцгеймера, на зайчиках — с онкологическими болезнями.

Выводы

В итоге внедрения биотехнологии появились бактерии, растения, животные, которые являются естественными биореакторами. Они продуцируют новые либо модифицированные генные продукты, которые не могут быть сделаны классическими способами скрещивания, мутагенеза и селекции. Не Генетическая инженерия и биотехнология - статья считая того, молекулярная биотехнология дает принципно новые способы диагностики и исцеления разных болезней. Но в ряде всевозможных случаев рекламируемые перспективы оказываются гиперболизированными и не всегда соответствуют реальным способностям биотехнологии.

Сорта, приобретенные способами традиционной селекции, наименее впечатляющи, но имеют свои плюсы, они более устойчивы и надежны в использовании. Если традиционная селекция Генетическая инженерия и биотехнология - статья остается в естественных природных рамках, то современные технологии, оперируя на уровне клеток, хромосом и отдельных генов, выходят за границы природных закономерностей. Эти способы употребляют природные составляющие (клеточки, гены и т. д.), но сочетают их произвольно. Вероятные побочные эффекты в почти всех случаях тяжело прогнозируемы. Нужны долгие опыты на животных и растениях Генетическая инженерия и биотехнология - статья и суровые исследования. Понятно негативное отношение СМИ и широких слоев общественности в различных странах к продукции молекулярной биотехнологии — генно-модифицированным (ГМ) продуктам. Вкупе с тем становится все более понятным, что внедрение способов ГИ — один из вероятных путей обеспечения продуктами питания быстро растущего населения планетки. Для определения вероятных Генетическая инженерия и биотехнология - статья границ использования способов ГИ принципиально разобраться и в нравственных качествах вторжения человека в мир Божий.


generalnogo-shtaba-vooruzhennih-sil-o-merah-po-uluchsheniyu-organizatorskoj-raboti-komandirov-nachalnikov-v-povsednevnoj.html
generativnaya-funkciya-yaichnikov-ovogenez.html
generativnie-organi-rasteniya.html