Достижения генной инженерии. 2
РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ |
«Достижения генной инженерии» |
Реферат по курсу «Концепции современного естествознания» |
Выполнила Седельникова Екатерина Борисовна |
08.12.2012 |
ОГЛАВЛЕНИЕ:
Введение______________________
Исторический аспект___________
Методы генной инженерии_____________________
Преимущества генной инженерии_____________________
Недостатки генной инженерии_____________________
Достижения генной инженерии_____________________
Экологические, медицинские
и социально-экономические
Перспективы генной инженерии_____________________
Заключение____________________
Список использованной литературы____________________
ВВЕДЕНИЕ
Генная инженерия – совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого организма.
Генная инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя исследования таких биологических наук, как молекулярная биология, цитология, генетика, микробиология. Самым ярким событием, привлёкшим наибольшее внимание и очень важным по своим последствиям, была серия открытий, результатом которых явилось создание методов управления наследственностью живых организмов, причём управления путём проникновения в «святая святых» живой клетки – в её генетический аппарат.
Современный уровень наших знаний биохимии, молекулярной биологии и генетики позволяет рассчитывать на успешное развитие новой биотехнологии – генной инженерии, т.е. совокупности методов, позволяющих путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим. Цель генной инженерии – не воплощение в реальность мифов, а получение клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые «человеческие» белки.
В настоящее время эта тема весьма актуальна. На начало 21-го века в мире проживает около 5 млрд. человек. По прогнозам учёных к концу 21-го века население Земли может увеличиться до 10 миллиардов. Как прокормить такое количество людей
качественной пищей, если и при 5 миллиардах в некоторых регионах население
голодает? Впрочем, даже если бы такой проблемы не существовало, то
человечество, для решения других своих проблем, стремилось бы внедрять в
сельское хозяйство наиболее производительные биотехнологии. Одной из таких
технологий как раз и является генная инженерия.
Для написания реферата производился сбор материала, его обобщение и
систематизация, что было весьма затруднительно, потому что в источниках
существует много разногласий, много точек зрения.
ИСТОРИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
Любое растение или животное имеет тысячи различных признаков. Например, у
растений: цвет листьев, величина семян, наличие в плодах определённого
витамина и тому подобное. За наличие каждого конкретного признака отвечает
определённый ген. Ген - от греческого genos, и переводится как "род",
"происхождение". Ген представляет собой маленький отрезочек молекулы ДНК и
генерирует или порождает определённый признак растения или животного. Если
убрать ген, отвечающий за
появление определённого
признак. И, наоборот, если добавить, например, растению новый ген, то у
растения появится и новый признак. Изменённое же растение может теперь
именоваться мутантом (с лат. - изменённый).
А началось все с того, что в 1962 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик совершили одно из
величайших открытий XX века, установив молекулярную структуру ДНК
(дезоксирибонуклеиновой кислоты, из которой и состоят гены) и определив ее
роль в передаче наследственной информации. Десятью годами позже группа
американских исследователей сообщила о выделении в лаборатории первой
гибридной (рекомбинантной) молекулы ДНК – то есть вещества, объединившего в
себе гены разных организмов. С этого момента формально и взяла старт генная
инженерия. Вживляя ген, "одолженный" у одного растения (или животного)
другому, биотехнологи добиваются появления новых видов с определенными
заданными свойствами. В 1983 году американцы вывели трансгенный табак,
неуязвимый для определенного вида вредителей. И вот тогда начался настоящий
бум. Уже через 4 года трансгенные растения, устойчивые к насекомым и
гербицидам, поступили в массовую продажу. Кроме того, необыкновенная
притягательность трансгенов кроется в том существенном факте, что
биотехнологии позволяют выводить новые культуры за 2-3 года. Обычные же
методы селекции путем отбора и скрещивания - это 10 и более лет. За эти годы
получены, в частности, помидоры и картофель, огурцы и соя, кукуруза, рапс и
т.д.
МЕТОДЫ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ
Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужой ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, состоящие из нескольких пар нуклеотидов. Плазмиды являются автономными генетическими элементами, реплицирующимися (т.е. размножающимися) в бактериальной клетке не в то же время, что основная молекула ДНК. Хотя на долю плазмид приходится лишь небольшая часть клеточной ДНК, именно они несут такие жизненно важные для бактерии гены, как гены лекарственной устойчивости. Разные плазмиды содержат разные гены устойчивости к антибактериальным препаратам.
Большая часть таких препаратов – антибиотиков используется в качестве лекарств при лечении ряда заболеваний человека и домашних животных. Бактерия, имеющая разные плазмиды, приобретает устойчивость к различным антибиотикам, к солям тяжелых металлов. При действии определенного антибиотика на бактериальные клетки плазмиды, придающие устойчивость к нему, быстро распространяются среди бактерий, сохраняя им жизнь. Простота устройства плазмид и легкость, с которой они проникают в бактерии, используются генными инженерами для введения в клетки бактерий генов высших организмов.
Мощным инструментом генной инженерии являются ферменты – рестрикционные эндонуклеазы, или рестриктазы. Рестрикция буквально означает «ограничение». Бактериальные клетки вырабатывают рестриктазы для разрушения инородной, в первую очередь фаговой ДНК, что необходимо для ограничения вирусной инфекции. Рестриктазы узнают определенные последовательности нуклеотидов и вносят симметричные, расположенные наискось друг от друга, разрывы в цепях ДНК на равных расстояниях от центра участка узнавания. В результате на концах каждого фрагмента рестриктированной ДНК образуются короткие одноцепочечные «хвосты» (их еще называют «липкими» концами).
Весь процесс получения бактерий, называемый клонированием, состоит из последовательных стадий:
1. Рестрикция – разрезание
ДНК человека рестриктазой на
множество различных
2. Лигитирование –
включение фрагментов ДНК
3. Трансформация –
введение рекомбинантных
4. Скрининг – отбор
среди клонов тех бактерий, которые
несут нужный ген человека. Для
этого все бактериальные
Не всегда удается вырезать
нужный ген с помощью рестриктаз.
Поэтому в ряде случаев процесс
клонирования начинают с целенаправленного
получения нужного гена. Для этого
из клеток человека выделяют и-РНК, являющуюся
транскрипционной копией этого гена,
и с помощью фермента – обратной
транскриптазы синтезируют
Получившаяся двойная спираль ДНК носит название к-ДНК (комплементарная ДНК). Она соответствует гену, с которого была считана и-РНК, запущенная в систему с обратной транскриптазой. Такая к-ДНК встраивается в плазмиду, которой трансформируют бактерии и получают клоны, содержащие только выбранные гены человека.
Чтобы осуществить перенос генов, необходимо выполнить следующие операции:
· Выделение из клеток бактерий, животных или растений тех генов, которые намечены для переноса.
· Создание специальных генетических конструкций, в составе которых намеченные гены будут внедряться в геном другого вида.
· Внедрение генетических конструкций сначала в клетку, а затем в геном другого вида и выращивание измененных клеток в целые организмы.
ПРЕИМУЩЕСТВА ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ
1. По заверениям ученых демографов, в ближайшие двадцать лет население
земного шара удвоится. Пользуясь современными агрокультурами и
агротехнологиями, прокормить такое количество людей будет просто невозможно.
Следовательно, уже сейчас пора подумать о том, как с наименьшими потерями
поднять урожайность сельхозугодий вдвое. Поскольку для обычной селекции срок
в два десятилетия крайне мал, то остается механическая модификация
генетического кода растений. Можно, например, добавить ген устойчивости к
насекомым-вредителям или сделать растение более плодовитым. Это основной
довод трансгенетиков.
2. С помощью генной инженерии можно увеличить в генетически измененной
продукции содержание полезных веществ и витаминов по сравнению с «чистыми»
сортами. Например, можно «вставить» витамин А в рис, с тем чтобы выращивать
его в регионах, где люди испытывают его нехватку.
3. Можно существенно расширить
ареалы посева
к экстремальным условиям, таким, как засуха и холод.
4. Путем генетической
модификации растений можно
интенсивность обработки
полей пестицидами и
является уже состоявшееся внедрение в геном кукурузы гена земляной бактерии
Bacillus thuringiensis, уже снабжающего растение собственной защитой, так
называемым Bt-токсином, и делающего по замыслу генетиков дополнительную
обработку бессмысленной.
5. Генетически измененным продуктам могут быть приданы лечебные свойства.
Ученым уже удалось создать банан с содержанием анальгина и салат,
вырабатывающий вакцину против гепатита B.
6. Еда из генетически
измененных растений может
7. Модифицированные виды помогут решить и некоторые экологические проблемы.
Конструируются растения, эффективно поглощающие цинк, кобальт, кадмий, никель
и прочие металлы из загрязненных промышленными отходами почв.
8. Генная инженерия позволит
улучшить качество жизни,
существенно продлить её; есть надежда найти гены, ответственные за
старение организма и реконструировать их.
НЕДОСТАТКИ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ
В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как она не в
состоянии управлять процессом встраивания нового гена. Поэтому невозможно
предвидеть место встраивания и эффекты добавленного гена. Даже в том случае,
если местоположение гена окажется возможным установить после его встраивания
в геном, имеющиеся сведения о ДНК очень неполны для того, чтобы предсказать
результаты.
В середине 1998 года английский ученый Арпад Пустаи на основании проведенных
опытов впервые заявил о том, что употребление подопытными крысами генетически
модифицированного картофеля
привело к серьезным
органов и иммунной системы. У животных возник целый набор серьезных изменений
желудочно-кишечного тракта, печени, зоба, селезенки. Но самое зловещее -
уменьшился объем мозга.
Это заявление вызвало противоречивую реакцию научной общественности. С одной
стороны, институт, в котором работал Пустаи, заявил, что результаты его
исследований являются необъективными.
Однако независимая комиссия, созданная из 20 ученых из разных стран,
признала, что выводы Пустаи правильны, а безвредность генетически
модифицированных продуктов действительно подлежит существенной переоценке.
Дополнительным подтверждением того, что воздействие генетически измененных
продуктов на организм человека и окружающую среду является мало изучено,
стало заявление года ученого Джона Лузи.
Так, в мае 1999 года он сообщил о том, что пыльца генетически
модифицированной пшеницы, изначально содержащая небольшую долю пестицидов,
способна убивать личинок бабочки-данаиды.
В то же время некоторые ученые опять высказали мнение о том, что лабораторные
исследования не могут смоделировать условия живой природы, поэтому на них
нельзя полностью полагаться.
В ноябре 1999 года для обсуждения результатов исследований Пустаи и Лузи была
организована специальная научная конференция, однако ее участникам не удалось
выработать общего подхода к этому вопросу.
При этом само существование подобных противоречий свидетельствует, что
выведение генетически модифицированных видов растений и животных представляет
определенную опасность,
обусловленную
поведения в естественной среде.
Риски, связанные с применением генной инженерии к продуктам питания, можно
разделить на три категории:
экологические, медицинские и социально-
ДОСТИЖЕНИЯ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ
Группа Кораны синтезировала ген аланиновой тРНК дрожжей, структура которого к тому времени была полностью расшифрована. Этот ген длиной 77 п. н. не содержал регуляторных последовательностей и поэтому не обладал функциональной активностью. Позднее та же группа авторов синтезировала первый функционально активный ген — ген супрессорной тирозиновой тРНК Е. coli длиной около 200 п. н.
Генная инженерия открыла
путь для производства
В различных лабораториях в СССР и за рубежом были созданы штаммы Е. coli, синтезирующие в составе гибридных белков гормон роста человека (соматотропин), пептидные гормоны — брадикинин и ангиотензин, нейропептид лей-энкефалин и др.
Ген гормона роста человека длиной 584 п. н.— наиболее длинный из искусственно синтезированных в настоящее время. Он был встроен в плазмиду, реплицирующуюся в Е. coli под контролем промотора триптофанового оперона. Трансформированные полученной химерной плазмидой клетки Е. coli продуцировали при индукции промотора около 3 млн. молекул гормона роста человека в расчете на клетку. Этот полипептид, как было установлено в экспериментах на крысах с удаленным гипофизом, по функциям оказался полностью идентичен гормону роста человека.
В 1976 г. Гилберт и
Максам в Гарвардском
Еще один важнейший
этап—это синтез биополимеров
по установленной структуре.
Метод химического синтеза генов обеспечил также возможность получения штаммов бактерий продуцентов инсулина человека, важного лечебного препарата для больных диабетом. «Ген инсулина синтезировали в вида более 40 в основном шестичленных олигонуклеотидов, которые затем объединяли в единую структуру с помощью ДНК-лигаэы. Полученные двух цепочечные полинуклеотиды длиной 271 и 286 пар оснований были встроены в плазмидные векторы. Туда же были встроены и регуляторные участки ДНК, обеспечивающие экспрессию гибридных молекул. Клонированные гены кодировали синтез проинсулина, который путем несложной химической обработки можно превратить в активный инсулин, включающий две полипептидные цепи А и В из 21 и 30 аминокислотных остатков, соединенных между собой сульфгидрильными связями».
Таким способом получены
и клонированы гены, кодирующие
глобины человека, животных и
птиц, белок хрусталика глаза
быка, яичный белок, фиброин шелка,
продуцируемый тутовым
В 1980 г. Итакура создал
первый синтезатор генов.
Компания «Био-Лоджикалс»
намеревалась до конца 1982 г.
выпустить две модели
К открытиям связанным
с достижениями генной
После восьми лет
работы многих
В лабораториях мира
полным ходом идет расшифровка
генома человека. Эта международная
программа была начата в 1989
году, тогда же благодаря инициативе
и энергии выдающегося биолога,
Расшифровка, или, как
говорят биологи,
Естественно, расшифровать
геном таких гигантских
И вот с 1990 года
началось само секвенирование. Его
темп составлял в 1992 году 1 миллион
пар нуклеотидов в год. Если
бы такой темп сохранился, на
расшифровку всего генома
C. elegans, пришлось расстаться
с двумя заблуждениями. Во-
Если у дрожжей функция
половины генов в геноме
Значение секвенирования
генома нематоды, конечно, выходит
далеко за рамки того, что можно
назвать полигоном для
Программа "Геном
человека", как уже говорилось,
- программа общечеловеческая. Каждая
лаборатория, в какой бы
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ, МЕДИЦИНСКИЕ
И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
Экологические риски
1. Появление супервредителей.
В сущности, такие уже появились. На Bt-кукурузе и хлопке уже живет коробочный
(хлопковый) червь, которому
наиболее ценный природный
thuringensis (Bt) не приносит вреда. Наивно думать, что вредители на
ухищрения ученых не ответят своим контрударом. Как известно, в экстремальных

- Достижения генной инженерии
- Достижения древнеиндийской медицины в области хирургии
- Достижения древнерусской и российской этики в культуре человечества
- Достижения древнерусской и российской этики в культуре человечества
- Достижения индо-буддийской культуры
- Достижения и проблемы культуры независимой Украины
- Достижения китайцев в области географических открытий в средние века
- Достижение Узбекистаном национальной независимости
- Достижение Узбекистаном национальной независимости
- Достижение цели
- Достижения арабских ученых
- Достижения в борьбе с заразными болезнями животных
- Достижения в области информационных технологий в судебной экспертизе
- Достижения в сфере управленческой науки представителей школы научного управления: супругов Френк и Лилии Гилберт; Генри Гантта