ГОУ СПО БК № 45 
 
 
 
 

                                               Реферат

                                        по дисциплине

          биологии

                                        на тему:»Генная  инженерия» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                                           Студентки № 108 группы 

                                                                               Вильдановой Алсу 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                    Москва 2010 
 
 
 

    Содержание 
 

    Введение………………………………………………………..3 

    Генная инженерия……………………………………………4 
 

    Генетическая информация………………………………...5 

Генетическая  карта и её значение в генной

инженерии………………………………………………..……6 
 

    Генетический анализ и его виды…………………………7 
 

    Список  используемой литературы……………………..8  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        Генная  инженерия – раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием in vitro новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена. Возникла в 1972 году, когда в лаборатории П. Берга (Станфордский университет, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК (рекДНК), в которой были соединены фрагменты ДНК фага лямбда и кишечной палочки с кольцевой ДНКобезьярьего вируса SV40.

    Kключевое значение при конструировании рекДНК in vitro имеют фрагменты –рестриктазы, рассекающие молекулу ДНК на фрагменты по строго определенным местам , и ДНК –лигазы ,сшивающие фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких фрагментов создание искусственных генетических стуктур стало технически выполнимой задачей. Рекомбинантная молекула ДНК имеет форму кольца, она содержит ген (гены), составляющий объект генетических манипуляций, и так называемый вектор-фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение рек ДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетической системы-белков. Последнее происходит уже в клетке –хозяине, куда вводится рек ДНК. Гены, подлежащие клонированию, могут быть получены в составе фрагментов путем механического или рестриктазного дробления тотальной ДНК. Но структурные гены, как правило, приходиться либо синтезировать химико-биологическим путем, либо получать в виде ДНК- копии информационных РНК, соответсвующих избранному гену. Структурные гены содержат только кодированную запись конечного продукта (белка, РНК), полностью лишены регуляторных участков и потому неспособны, функционировать ни в клетке- хозяине, ни in vitro.

    Функциональные  свойства рекДНК придает вектор, в  котором присутствуют участки начало репликации (обеспечивает размножение  рекДНК), генетические маркеры, необходимые  для селекции, регуляторные участки, обязательные для  траксрипции и  трансляции генов. Большая часть  векторов получена из плазмин кишечной палочки и других бактерий. Используя  также векторы на основе фага лямбда, вирусов SV40 и полиомы, дрожжей,  Agrobacterium tumefaciens и другие.  

      При получении рекДНК образуется  чаще всего несколько структур, из которых только одна является  нужной. Поэтому  обязательный  этап составляет селекция и  молекулярное клонирование рекДНК, введенной путем трансформации  в клетку-хозяина. Наиболие часто  в качестве клетки-хозяина используют  кишечную палочку, однако применяют и другие бактерии, а так же дрожжи (Saccharomyces cerevisiae),животные и растительные клетки. Система вектор-хозяин

    Не  может быть произвольной: вектор подгоняется  к клетке-хозяину,его выбор зависет  от видовой специфичности и целей  иследователя.  

Существует  три пути селекции рекДНК : генетический (по маркерам, с помощью избирательных сред), иммунохимическй и гибридизационный с мечеными ДНК и РНК. РекДНК характеризуют физическим картированием (расщепление рекстриктазами и электрофорез фрагментов в геле) и анализом первичной структуры. В результате интенсивного развития методов генной инженерии получены клоны многих генов рибосомальной, транспортной и 5S PHK, гистонов, глобина мыши,кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека, а совсем недавнее открытие- расшировка генома человка, сделанное в январе двухтысячного года, позволет в скором  будущем клонировать человека.На основе генной инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, называемая  “индустрией ДНК” и представляющая собой одну из современых ветвей биотехнологии. Допущен для лечебного применения инсулин человека (хумулин) ,полученный по средством рекомбинантных ДНК. Генная инженерия за короткий срок оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться на пути познания строения и функционирования геннетического аппарата.В основе же генной инженерии заложенны знания о свойствах организмов,которые передаются по наследству –это так называемая геннетическая информация.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Генетическая  информация. 

      Генетическая  информация записана последовательностью  нуклеотидов молекул нуклеиновых  кислот (ДНК, у некоторых вирусов  также РНК). Содержит сведения о строении всех (около 10 000)ферментов, структурных  белков и РНК клетки, а также  о регуляции их синтеза. Информация о свойствах организма, которая  передается по наследству. Генетическая информация  записана последовательностью нуклеотидов молекул нуклеиновых кислот (ДНК, у некоторых вирусов также РНК). Содержит сведения о строении всех (около 10 000) ферментов, структурных белков и РНК клетки, а также о регуляции их синтеза. Считывают генетическую информацию разные ферментные комплексы клетки. Один из таких комплексов - аппарат трансляции, состоит из более чем 200 разных макромолекул ( даже у такого сравнительно простого организма, как кишечная палочка). Генетическая информация, которая считывается в процессе трансляции, складывается из значений триплетов генетического  кода и включает знаки начало и окончания белкового синтеза. Другие составляющие генетической информации считываются аппаратами репликации, транскрипции, а также аппаратами иных процессов, оперирующих молекулами, нуклеиновых кислот (таких, как репарация, рестрикция, модификация, рекомендация, сеграция) и разными регуляторными белками. У  многоклеточных организмов при половом размножении генетическая информация  передается из поколения в поколение через посредство половых клеток у прокариотичных микроорганизмов имеются особые типы передачи генетической информации - трансдукция, трансформация.

    Итак, обладая генетической информацией  можно построить карты хромосом с нанесением на них порядка расположения генов, что успешно осуществил Томас  Гент Морган (1866-1945) тчательно изучив явление сцепления и перекреста, происходящего между гомологичными  хромосомами и осуществляющего  рекомбинацию генов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Генетическая  карта. 

    Генетическая  карта хромосомы - схема взаимного  расположения генов, находящихся в  одной группе сцепления. Для сотавления генетических карт хромосом необходимо выявление множество мутантных  генов и проведения многочисленных скрещиваний. Расстояние между генами на генетической карте хромосом определяют по чистоте кроссинговера между  ними. Единицей расстояния генетической карте хромосом мейотически делящихся  клеток является морганида, соотвеьсвующая одному проценту кроссинговера. Для  построения генетической карты хромосомы  эукариот (наиболее подробная гентические  карты сотавленны для дрозофилы, у которой изучено более тысячи мутантных генов, а также для  кукурузы,  имеющей в десяти группых  сцепления с выше четырехсот генов) используют меотический  и митотический кроссинговер.  Сравнение генетических карт хромосом, построенных разными  методами у одного и того же вида, выявляет одинаковый порядок расположение генов, хотя расстоуние между конкретными  генами на мейотических и митотических генетических картах хромосом могут  различаться. В норме генетические карты хромосом у эукариот линейные, однако, например, при построении генетических карт хромосом у гетерозигот по транслакации получается генетическая карта хромосом в виде креста. Это указывает на то,  что форма карт отражает характер конъюгации хромосом. У прокариот  и вирусов генетические карты  хромосом также строят с помощью  рекомбинации. При картировании генов  у бактерий с помощью конъюгации получается кольцевая генетическая карта хромосомы. Значение генетических карт позволяет планировать работу по получению организмов  с определенными  сочетаниями признаков, что используется в генетических экспериментах селекционной практике. Сравнение генетических карт хромосом разных видов способствует эволюциоонному процессу. На основе же генетических карт проводят генетический анализ. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Генетический  анализ. 
 

    Генетический  анализ -  это совокупность методов  иследований наследственных свойств  организма (его генотипа), поскольку  анализ элементов генотипа (групп  сцепления, генов и внутригенных структур) осуществляется, как правило, опосредованно, через признаки, геннетический  анализ является по существу анализом признаков, контролируемых теми или  иными элементами генотипа. В зависимости  от задачи и особенностей изучаемого объекта генетический анализ проводят на популяционном, организменном, клеточном  и молекулярном уровнях.

    К основным методам геннетического анализа  относятся:

    Селекционный  метод, с помощью которого осуществляют подбор или создание исходного материала,подвергающегося дальнейшему анализу (например,. Г. Мендель ,  который по существу является основоположником генетического анализа, начинал свою работу с получения константных- гомозиготных-форм гороха путем самоопыления);

    Гибридологический метод, представляющий собой систему специальных скрещиваний и учетов их результатов;

    Цитогенетичедский метод, заключающийся в цитологическом анализе генетических структур и явлений на основе гибридологического анализа с целью сопоставления генетических явлений со структурой и поведением хромосом и их участков (анализ хромосомных и геномных мутаций, построение  цитологических карт хромосом ,цитохимическое изучение активности генов). Частный случай цитогенетичского метода – геномный анализ. На основе популяционного метода изучают генетическую структуру популяций различных организмов: количественно оценивают распределение особей разных генотипов в популяции, анализируют динамику генетической структуры популяций под действием различных факторов (при этом используют создание модельных популяций).

    Молекулярно-генетический метод представляет собой биохимическое и физико-химическое изучение структуры и функции генетического материала и направлен на выяснение этапов пути «ген – признак» и механизмов взаимодействия различных молекул на этом пути.

    Мутационый  метод позволяет (на основе всестороннего анализа мутации) установить особенности, закономерности и механизмы мутагенеза помогает в изучении структуры и функции генов . Особое значение мутационный  метод приобретает при работе с организмами, размножающимися бесполым путем и в генетике человека, где возможности гибридологического анализа крайне затруднены.

    Близнецовый метод, заключающийся в анализе  и сравнении изменчивости признаков  в пределах различных групп близнецов, позволяет оценить относительную  роль генотипа  и  внешних условий  наблюдаемой изменчивости. Особнно  важен эттот  метод при работе с малоплодовитыми организмами, имеющими поздние сроки наступления  половой зрелости (например, крупный  рогатый скот), а так же в генетике человека.

    В генетическом анализе используют и  многие другие методы (онтогенетический, иммуногенетический, математический и  так далее), позволяющие комплексно изучать генетический материал.

    Генетический  анализ является исходным и необходимым  этапом  на пути к генетическому  синтезу (получению организмов с  заданными свойствами), в том числе  методами генетической инженерии.

    Уже в 80-ых гг. геная инжененерия могла  дать в неограниченном количестве гормоны  и другие белки человека, необходимые  дла лечения генетических болезней (например, инсулин, гормон роста и  другие). Величайшее же открытие, сделанное  учеными в 2000 году – расшифровка  генома человека, позволело клонировать  не только органы, но и человека. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    ГЕННАЯ  ИНЖЕНЕРИЯ, или технология рекомбинантных ДНК, изменение с помощью биохимических и генетических методик хромосомного материала – основного наследственного вещества клеток. Хромосомный материал состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Биологи изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть.

      Методом генной инженерии получен уже  ряд препаратов, в том числе  инсулин человека и противовирусный  препарат интерферон. И хотя эта  технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов  и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине, например, это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. В сельском хозяйстве с  помощью рекомбинантной ДНК могут  быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.

      Перенос плазмид у бактерий. Большая часть работ по переносу участков ДНК, или генов, проводилась до последнего времени на бактериях. У бактерий генетическая информация заключена в одной большой молекуле ДНК – хромосоме бактерии. Поскольку бактерии размножаются бесполым путем, эта генетическая информация на протяжении многих поколений остается в значительной степени неизменной. В бактериальной клетке имеются, помимо главной ее хромосомы, еще и небольшие кольцевые сегменты ДНК. Эти молекулы ДНК, т.н. плазмиды, часто несут в себе гены, ответственные за устойчивость к антибиотикам.

      Плазмиды  можно извлечь из одной клетки и перенести в другую. Такие  работы проводятся, например, на Esсherichia coli (кишечной палочке), безвредной бактерии, обитающей в желудочно-кишечном тракте человека. Некоторые из клеток E. coli содержат плазмиду с генами устойчивости к антибиотику тетрациклину. Такие плазмиды – их называют факторами устойчивости – легко отделить от главной хромосомной ДНК. Неустойчивые к тетрациклину (разрушаемые им) бактерии можно заставить включить в себя эти плазмиды, подвергнув клетки соответствующей химической обработке, которая сделает оболочку проницаемой для чужих плазмид.

      Клетки, получившие таким способом фактор устойчивости, выживают на культуральной среде, содержащей тетрациклин, тогда как неустойчивые клетки погибают. Из каждой клетки –  в результате многократных делений  – возникает клон, т.е. собрание точных копий одной-единственной клетки, полученных путем бесполого размножения. Плазмида воспроизводится в каждой клетке клона, и ее воспроизведение называют молекулярным клонированием. 

      Соединение  разных плазмид. Плазмиды можно разрезать, фрагменты сращивать друг с другом, а затем такие комбинированные плазмиды вводить в клетки. Можно соединять фрагменты ДНК одного и того же вида или же разных видов. 

      Поскольку плазмидная ДНК представляет собой  замкнутую кольцевую молекулу, кольцо нужно сперва разорвать таким  образом, чтобы свободные концы  были в химическом отношении реакционноспособными, пригодными для последующего соединения. Достичь этого удается либо простым  механическим путем (например, сильным  встряхиванием), либо с помощью различных  ферментов, называемых нуклеазами (рестриктазами). Затем фрагменты ДНК соединяют  с помощью лигаз – ферментов, исправляющих повреждения в ДНК  и сшивающих концы ее разорванных  нитей. Именно таким путем плазмиды из штамма E. coli, устойчивого к тетрациклину, и плазмиды из штамма, устойчивого к другому антибиотику, каномицину, можно соединить и получить штамм E. coli, устойчивый к обоим антибиотикам.

      Эксперименты  с двумя видами. Плазмиды другого вида бактерий, например Staphylococcus aureus (золотистого стафилококка), сами по себе не способны размножаться в клетках E. coli. Однако в них могут размножаться гибридные плазмиды, составленные искусственным путем из куска плазмиды S. aureus и фрагмента плазмиды E. coli. Был проведен эксперимент, в котором соединили плазмиды S. aureus, устойчивого к пенициллину, и плазмиды штамма E. coli, устойчивого к тетрациклину. Когда затем гибридные плазмиды были введены в клетки E. coli, полученный штамм оказался устойчивым и к пенициллину, и к тетрациклину. Этот эксперимент, в котором был осуществлен перенос генетической информации между неродственными организмами, позволил предположить, что в клетки бактерии можно вводить молекулы ДНК и высших организмов и что они будут в этих клетках реплицироваться (копироваться).

      Перенос генов животных. Из генов животных первыми были введены в бактерию гены шпорцевой лягушки Xenopus laevis. Эти гены хорошо изучены и легко поддаются идентификации. Их ввели в клетки штамма E. coli, устойчивого к тетрациклину, и они здесь реплицировались. У полученных клонов состав ДНК соединял в себе характеристики X. laevis и E. coli.

В настоящее  время научились уже переносить гены от одного животного к другому  и от животного к растениям.

Получены «трансгенные»  мыши, свиньи, овцы, коровы и рыбы. ДНК  можно прямо инъецировать в оплодотворенное  яйцо вида-реципиента, или можно  использовать в качестве переносчика  вирус, который, проникнув в клетку, внесет с собой и нужный ген. Третий метод связан с использованием неспециализированных стволовых (т.е. родоначальных) клеток эмбриона. Гены вводят в стволовые  клетки путем инъекции или с помощью  вируса, и полученные в результате трансгенные клетки инъецируют другому  зародышу, который включает эти чужие  клетки в свои ткани. Гены человека вводили и в растения, например в табак, в надежде получить таким  способом большие количества нужных белков, в частности антител и  ферментов. В этих экспериментах  перенос генов оказался довольно простым делом. Была придумана специальная  «генная пушка», выстреливающая ДНК  прямо в листья растений.

      Практическое  применение. Теперь умеют уже синтезировать гены, и с помощью таких синтезированных генов, введенных в бактерии, получают ряд веществ, в частности гормоны и интерферон. Их производство составило важную отрасль биотехнологии.

Интерферон –  белок, синтезируемый организмом в  ответ на вирусную инфекцию, изучают  сейчас как возможное средство лечения  рака и СПИДа. Понадобились бы тысячи литров крови человека, чтобы получить такое количество интерферона, какое  дает всего один литр бактериальной  культуры. Ясно, что выигрыш от массового  производства этого вещества очень  велик. Очень важную роль играет также  получаемый на основе микробиологического  синтеза инсулин, необходимый для  лечения диабета. Методами генной инженерии  удалось создать и ряд вакцин, которые испытываются сейчас для  проверки их эффективности против вызывающего  СПИД вируса иммунодефицита человека (ВИЧ). С помощью рекомбинантной ДНК  получают в достаточных количествах  и человеческий гормон роста, единственное средство лечения редкой детской  болезни – гипофизарной карликовости.

      Еще одно перспективное направление  в медицине, связанное с рекомбинантной ДНК, – т.н. генная терапия. В этих работах, которые пока еще не вышли  из экспериментальной стадии, в организм для борьбы с опухолью вводится сконструированная  по методу генной инженерии копия  гена, кодирующего мощный противоопухолевый  фермент. Генную терапию начали применять  также для борьбы с наследственными  нарушениями в иммунной системе.

      В сельском хозяйстве удалось генетически  изменить десятки продовольственных  и кормовых культур. В животноводстве использование гормона роста, полученного  биотехнологическим путем, позволило  повысить удои молока; с помощью  генетически измененного вируса создана вакцина против герпеса  у свиней.

      Общественное  мнение. Несмотря на явную пользу от генетических исследований и экспериментов, само понятие «генная инженерия» породило различные подозрения и страхи, стало предметом озабоченности и даже политических споров. Многие опасаются, например, что какой-нибудь вирус, вызывающий рак у человека, будет введен в бактерию, обычно живущую в теле или на коже человека, и тогда эта бактерия будет вызывать рак.

      Возможно  также, что плазмиду, несущую ген  устойчивости к лекарственным препаратам, введут в пневмококк, в результате чего пневмококк станет устойчивым к  антибиотикам и пневмония не будет  поддаваться лечению. Такого рода опасности, несомненно, существуют.

      Генетические  исследования ведутся серьезными и  ответственными учеными, а методы, позволяющие  свести к минимуму возможность случайного распространения потенциально опасных  микробов, все время совершенствуются. Оценивая возможные опасности, которые  эти исследования в себе таят, следует  сопоставлять их с подлинными трагедиями, вызванными недоеданием и болезнями, губящими и калечащими людей.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЛИТЕРАТУРА Албертс Б., Брей Д., Льюс Дж. и др. Молекулярная биология клетки, т. 1. М., 1994

Биологический энциклопедический  словарь       

    Москва, «советская  энциклопедия» -  1989 г.;  главный редактор   М.С. Гиляров  

( Девис Р., Ботстайн  Д., Рот Дж., методы  генетической инженерии.  Генетика бактерий, пер. с анг.,  М., 1984; Маниатист  Т., Фрич Э., Сембурк  Дж., Методы генетической  инженерии. Молекулярное  клонирование, пер.  с анг., М., 1984; ПирузиянЭ.  С., Андрианов В.  М., Плазмиды агробактерий  игенетическая инженерия  растений, М., 1985; Biotechnology and genetic engineering reviews, v. 1, ed. by  G. E. Russel, Newcastle upon Myne, 1984; Genetic manipulation; impact on man and society, ed. by W.Arber [ a.o.] , Camb., 1984.).                                                                                                     

  Энциклопедический  словарь юного  биолога

Москва, « Педагогика»-1986 г.; составитель М.Е.Аспиз