Генная модификация в животноводстве реферат
Обновлено: 06.07.2024
Генетическую инженерию предполагают использовать с целью изменения ряда свойств организма: повышения продуктивности, резистентности к заболеваниям, увеличения скорости роста, улучшения качества продукции и других. Животных, несущих в своем геноме рекомбинантный ген, принято называть трансгенными, а ген, интегрированный в геном реципиента – трансгеном. Продукт этого гена (белок) является трасгенным.
Получение трансгенных животных предусматривает ряд этапов: приготовление раствора ДНК для микроинъекции, извлечение эмбрионов из донорных организмов, микроинъекция ДНК и пересадка инъецированных эмбрионов в яйцеводы или, после культивирования, в матку синхронизированных реципиентов. У родившегося потомства исследуют экспрессию трансгена на уровне транскрипции и трансляции.
Для трансформирования генов используют следующие приемы:
– микроинъекцию ДНК в пронуклеус зигот или в два пронуклеуса;
– введение ДНК с помощью ретровирусных векторов;
– получение трансгенных химер из генетически трансформированных клеток.
Наиболее распространена микроинъекция. Ее осуществляют с помощью специальной пипетки (внутренний диаметр около 1 мкм), количество инъецируемого раствора ДНК около 1…2 пкл (10 -9 ). После инъекции ДНК эмбрионы культивируют до момента пересадки реципиентам. Затем хирургическим путем эмбрионы переносят в яйцеводы. Каждому реципиенту мыши, кролика и свиньи обычно пересаживают от 20 до 30 инъецированных зигот, причем у свиней все эмбрионы транс плантируют в один яйцевод, у мышей и кроликов – раздельно по яйцеводам. Реципиенту овец, коз и крупного рогатого скота пересаживают по 2…4 эмбриона раздельно по яйцеводам.
Генетический анализ родившихся трансгенных животных и полученного от них потомства показал, что, несмотря на инъекцию ДНК на ранних стадиях, в трансгенных линиях могут появляться так называемые мозаики. К мозаикам относят животных, происходящих из одной зиготы, но имеющих разные генотипы. Помимо клеточных линий, содержащих трансген, они имеют еще и нетрансгенные клеточные линии. Около 30 % первичных трансгенных животных – мозаики, что затрудняет создание чистых трансгенных линий животных. Часть мозаик вообще не может дать начало трансгенным линиям, так как у них отсутствует передача трансгена по наследству.
Одной из задач сельскохозяйственной биотехнологии является создание животных-биореакторов – продуцентов биологически активных веществ. Интерес представляют гены, кодирующие белки каскада гормона роста: непосредственно гормон роста (ГР), релизинг-фактор гормона роста (РФ), инсулиноподобный фактор гормона роста (ИФГР).
В конце 70-х годов ХХ века на основе технологии рекомбинантной ДНК получили гормон роста микробного происхождения. Было показано, что гормон роста ГР оказывает такое же стимулирующее действие на лактацию и рост животного, как и гипофизарный ГР. Микробный ГР вызывал увеличение удоев на 23…31 % при дозе 13 мг в день. Инъекции ГР молодняку крупного рогатого скота, свиней и овец увеличивали суточный привес на 20…30 % при сокращении расхода кормов, кроме того, у свиней уменьшалось содержание жира и увеличивалось содержание белка в тканях, что повышало качество мясопродуктов.
Первые трансгенные мыши с геном ГР были получены в 1982 г. У них отмечалось повышение скорости роста и увеличение конечной живой массы. Однако, у трансгенных свиней с геном ГР (1989 г.) увеличение роста не наблюдалось.
По данным Л.К. Эрнста (1996 г) у трансгенных свиней с геном релизинг-фактора ГР конечная живая масса была на 15,7 % выше по сравнению с контрольными животными. У трансгенных овец с генами ГР и РФ, несмотря на повышенный уровень ГР, скорость роста не повышалась. И у овец, и у свиней понижалось содержание жира.
Расширяется возможность создания животных, у которых после синтеза лактозы она будет разлагаться β-галактозидазой, таким образом возможно получение безлактозного молока.
Другая задача сельскохозяйственной биотехнологии – создание трансгенных животных, устойчивых к заболеваниям. Ведутся работы в этом направлении, показано, что защитные механизмы от инфекционных заболеваний обусловлены либо препятствием вторжению возбудителя, либо изменением рецепторов.
В медицине трансгенные животные используются для получения биологически активных соединений, за счет включения в клетки организма генов, вызывающих у них синтез новых белков.
Для молочной промышленности ведется целенаправленная трансгенная экспрессия в эпителиальные клетки молочной железы с целью выхода белков с молоком. Молочная железа – хороший продуцент чужеродных белков, которые можно получать из молока и использовать в фармацевтической промышленности. Из молока трансгенных животных извлекают следующие рекомбинантные белки: человеческий белок С, антигемофильный фактор IX, α-1-антитрипсин, тканевой плазменный антиватор, лактоферрин, сывороточный альбумин, урокиназу и химозин. Исследования проводятся на мышах.
Создание клеточных культур и их выращивание в промышленных реакторах, а также выведение трансгенных животных и их обслуживание – дорогие и сложные процедуры. Однако, трансгенные животные легко размножаются, содержание их сравнительно дешево, что делает их хорошими продуцентами разнообразных белков с низкой стоимостью.
В России группой ученых под руководством Л.К. Эрнста получены трансгенные овцы с геном химозина (фермент для получения сыра). В 1 л молока содержится от 200 до 300 мг химозина (3 л молока достаточно для производства 1 т сыра из коровьего молока). Стоимость трансгенного химозина будет в несколько раз ниже, чем традиционного, получаемого из сычугов молочных телят и ягнят.
Генная инженерия растений
Генетическая трансформация заключается в переносе чужеродных или модифицированных генов в эукариотические клетки. В качестве векторов используются плазмиды почвенной бактерии рода Agrobacteria.
Методами генной инженерии улучшают аминокислотный состав запасных белков растений; повышают эффективность фотосинтеза; улучшают процессы усвоения азота; повышают устойчивость растений к фитопатогенам, гербицидам, насекомым, к абиотичным стрессам.
ОСНОВЫ КЛЕТОЧНОЙ ИНЖЕНЕРИИ РАСТЕНИЙ
История предмета
Клеточная инженерия – важное направление в биотехнологии. Оно основано на использовании принципиально нового объекта – изолированной культуры клеток или тканей эукариотических организмов, а также на тотипотентности – уникальном свойстве растительных клеток.
С помощью клеточной инженерии в области фундаментальных наук стало осуществимым исследование таких проблем, как взаимодействие клеток в тканях, клеточная дифференцировка, морфогенез, реализация тотипотентности клеток, механизм появления раковых клеток и др.
На практике клеточная инженерия используется при селекции, получении ценных метаболитов растительного происхождения, например, дешевых лекарств, безвирусных растений, их клональное размножение и др.
Тотипотентность – способность любой соматической клетки полностью использовать свой потенциал развития, то есть способность каждой растительной клетки давать начало целому организму.
В 1922 г американец В. Роббинс и немец В. Котте независимо друг от друга показали возможность выращивания меристем кончиков корней томатов и кукурузы на синтетических питательных средах. (Меристема, от греч. меристос – делимый, образовательная ткань растений, долго сохраняющая способность к делению клеток)
С этого момента начались массовые исследования, и к 1959 г. насчитывалось уже 142 вида высших растений, выращиваемых в стерильных условиях на специально подобранной культуральной среде.
В 1955 г. Ф. Скуг и С. Миллер открыли новый класс фитогормонов – цитокинины. При их совместном действии с другими фитогормонами – ауксинами – появилась возможность стимулировать деление клеток, поддерживать рост каллусной ткани, индуцировать морфогенез в контролирумых условиях.
Биотехнология — это производство необходимых человеку продуктов и материалов с помощью живых организмов, культивируемых клеток и биологических процессов.
Возможности биотехнологии необычайно велики благодаря тому, что ее методы выгоднее обычных: они используются при оптимальных условиях (температуре и давлении), более производительны, экологически чисты и не требуют химических реактивов, отравляющих среду и др.
Объектами биотехнологии служат многочисленные представители групп живых организмов микроорганизмы (вирусы, бактерии, протисты, и др),
растения, животные, а также изолированные из них клетки и субклеточные структуры. Биотехнология базируется на протекающих в живых системах физиолого-биохимических процессах, в результате которых осуществляются выделение энергии, синтез и расщепление продуктов метаболизма, формирование химических и структурных компонентов клетки.
производство с помощью микроорганизмов и культивируемых эука-риотических клеток биологически активных соединений (ферментов, витаминов, гормональных препаратов), лекарственных препаратов (антибиотиков, вакцин, сывороток, высокоспецифичных антител и др.), а также белков, аминокислот, используемых в качестве кормовых добавок;
применение биологических методов борьбы с загрязнением окружающей среды (биологическая очистка сточных вод, загрязнений почвы и т. и.) и для защиты растений от вредителей и болезней;
создание новых полезных штаммов микроорганизмов, сортов растений, пород животных и т. п.
Задачи, методы и достижения биотехнологии. Главной задачей селекционеров - решение проблемы создания новых форм растений, животных и микроорганизмов, хорошо приспособленных к индустриальным способам производства, устойчиво переносящих неблагоприятные условия, эффективно использующих солнечную энергию и, что особенно важно, позволяющих получать биологически чистую продукцию без чрезмерного загрязнения окружающей среды. Принципиально новыми подходами к решению этой фундаментальной проблемы является использование в селекции генной и клеточной инженерии[1].
Генная (генетическая) инженерия — раздел молекулярной генетику связанный с целенаправленным созданием новых молекул ДНК, способных размножаться в клетке-хозяине и осуществлять контроль за синтезом необходимых метаболитов клетки. Возникнув на стыке химии нуклеиновых кислот и генетики микроорганизмов, генная инженерия занимается расшифровкой структуры генов, их синтезом и клонированием, вставкой выделенных из клеток живых организмов или вновь синтезированных генов в клетки растений и животных с целью направленного изменения их наследственных свойств[2].
выделение генов (отдельных фрагментов ДНК) из клеток бак- терий, растений или животных. В отдельных случаях эту операцию заменяют искусственным синтезом нужных генов;
соединение (сшивание) отдельных фрагментов ДНК любого происхождения в единую молекулу в составе плазмиды;
введение гибридной плазмидной ДНК, содержащей нужный ген, в клетки хозяина;
копирование (клонирование) этого гена в новом хозяине с обеспечением его работы.
Они содержат во всех своих клетках дополнительную ДНК-трансген, внедренную в клетки животного с хромосомами и там реализующуюся. Трансген наследуется, согласно законам Менделя.
Причины создания Трансгенных растения и животные различаются степенью сложности своего создания. Животные используются для решения теоретических задач в биомедицине и сельском хозяйстве. Среди причин создания трансгенных организмов можно обозначить следующие: животные с геном гормона роста в равных условиях содержания выдают повышенные темпы роста; для усиления иммунитета к инфекциям; для получения биологически активных веществ; для получения человеческого белка от трансгенных животных; использование животных как биореакторов для получения медпрепаратов. Первые такие животные были получены в 1974 году в Кембридже ученым по имени Рудольф Яниш. Он в эмбрион мыши ввел ДНК-вирус обезьяны. В России первые трансгенные животные были выведены в 1982 году [3] .
Клонированный ген вводят в ядро оплодотворенной яйцеклетки.
Оплодотворенные яйцеклетки с экзогенной ДНК имплантируют в рецепиентную женскую особь (поскольку успешное завершение развития эмбриона млекопитающих в иных условиях невозможно).
Отбирают потомков, развившихся из имплантированных яйцеклеток, которые содержат клонированный ген во всех клетках.
Скрещивают животных, которые несут клонированный ген в клетках зародышевой линии, и получают новую генетическую линию.
Все имеющиеся методы переноса генов (трансгеноз) пока еще не очень эффективны. Для получения одного трансгенного животного в среднем необходимы микроинъекции ДНК в 40 зигот мышей, 90 зигот козы, 100 зигот свиньи, 110 зигот овцы и в 1600 зигот коровы. При трансгенозе могут возникать неожиданные проблемы. Одна из первых работ по генетической транформации животных проводились путем встраивания генов гормона роста. Перенос гена гормона роста крысы мышам увеличивал рост мышей в 2 раза. Эксперименты по трансгенозу генов гормона роста быка кроликам также увенчались успехом. А вот аналогичные эксперименты по модификации крупного рогатого скота привели к увеличению прироста всего на 10-20% [6] .
В практических целях трансгенные животные используются различными зарубежными фирмами как коммерческие биореакторы, обеспечивающие производство разнообразных медицинских препаратов (антибиотиков, факторов свертываемости крови и др.). Кроме того, перенос новых генов позволяет получать трансгенных животных, отличающихся повышенными продуктивными свойствами (например, усиление роста шерсти у овец, понижение содержания жировой ткани у свиней, изменение свойств молока) или устойчивостью к различным заболеваниям, вызываемым вирусами и другими патогенами. В настоящее время человечество уже использует множество продуктов , получаемых с помощью трансгенных животных: медицинские препараты, органы, пища. Главными критериями в создании трансгенных особей являются их качественные и количественные показатели продуктивности, а не внешние признаки [5] .
Уже сейчас существуют коровы с генами зебу, которые отличаются невосприимчивостью ко многим кровепаразитарным заболеваниям. Введенные в геном крупного рогатого скота гены зебу кодируют сразу несколько признаков, благодаря чему полученные трансгенные животные вместе с устойчивостью к болезням приобрели повышенную жаровыносливость и неприхотливость к кормовой базе.
Методы создания трансгенных животных.
Процесс создания очень длительный и непростой. Существует несколько основных способов создания генных модификаций у высших животных:
- пронуклеарная микроинъекция;
- использование вирусных конструкций;
- использование эмбриональных стволовых клеток.
Метод пронуклеарной микроинъекции.
Один из наиболее удобных и часто используемых.
Его преимущества состоят в том, что он универсален: с его помощью можно вмешиваться в геном любых животных. Этот метод позволяет получить быстрый результат: требуемые показатели проявляются уже в первом поколении. Он не имеет ограничений по размеру внедряемого участка ДНК. Если при использовании вирусных конструкций можно вставить только 8 – 10 тысяч пар нуклеотидов, то с помощью пронуклеарной микроинъекции можно ввести во много раз больше – 100 тысяч и даже несколько миллионов пар нуклеотидов! Т. е. за одно вмешательство можно ввести намного больше целевой генетической информации. Суть этого способа следующая: у отобранных самок животных искусственно стимулируют овуляцию и оплодотворяют вышедшие яйцеклетки. Затем, либо в ядро мужского пронуклеуса, либо в ядро создавшейся клетки на стадии зиготы внедряют с помощью специального оборудования (микроманипулятора) нужный участок ДНК (или генную конструкцию) [1] .
Создание одной минимальной популяции из нескольких трансгенных животных стоит от 60 до 300 тысяч долларов США. Кроме того, для осуществления необходимых действий нужен микроманипулятор и другое дорогостоящее оборудование.
Метод с использованием вирусных конструкций.
Намного дешевле создавать трансгенных животных с помощью вирусов.
Для осуществления этого способа учёные сначала создают псевдовирус из обычного вируса. Суть преобразования состоит в том, что из вируса удаляют большинство его генов, оставляя только самые необходимые для его выживания, и прикрепляют нужный для создания трансгенного животного участок ДНК. После этого измененным, относительно безвредным вирусом обрабатывают зиготу. Вирус проникает в зиготу, самостоятельно встраивается в геном зиготы и одновременно встраивает нужный ген. Затем зиготу культивируют некоторое время в инкубаторе и трансплантируют в матку суррогатной матери, а по истечении срока беременности получают трансгенный молодняк. Это потомство тестируют на присутствие того гена, который планировалось ввести в его геном, отбирают нужных особей и размножают их с применением жёсткой выбраковки животных, не соответствующих заданным параметрам, искусственного отбора и подбора пар, как и в предыдущем случае[6].
Эффективность этого метода намного выше, чем микроинъекции – она составляет до 70%! Но есть и недостатки: не только чужой ген действует на геном эмбриона, но и сам геном влияет на чужеродный ген, изменяя его работу. Если вирус встроился в участок ДНК эмбриона, который активно не работает, то и этот целевой ген тоже работать не будет, несмотря не своё присутствие в геноме трансгенного животного. Впервые вирусы для переноса гена использовал Рудольф Яниш в 1970 году[7].
Метод с применением эмбриональных стволовых клеток
Для получения трансгенных животных использовались и другие методы, к которым относятся: применение сперматозоидов, обработанных экзогенной ДНК, для оплодотворения яйцеклеток в условиях invitro; использование липосом в качестве вектора чужеродной ДНК. Однако, эти методы имеют значительно менее широкое распространение, в сравнении с методом микроинъекции[2].
Использование трансгенных животных с современном мире.
Создание новых животноводческих пород, дающих продукты с повышенным содержанием некоторых компонентов (например, в Великобритании существует стадо коров, молоко которых идеально подходит для приготовления сыра чеддер).
Создание животных, способных продуцировать несвойственные их виду белки (например, сообщалось о разработках направленных на получение свиней, способных продуцировать интерферон человека).
Создание трансгенных животных, являющихся донорами при трансплантациях органов человеку.
Технология создания трансгенных животных является одной из наиболее бурно развивающихся биотехнологий в последние 10 лет. Трансгенные животные широко используются как для решения большого числа теоретических задач, так и в практических целях для биомедицины и сельского хозяйства. Некоторые научные проблемы не могли бы быть решены без создания трансгенных животных. На модели трансгенных лабораторных животных проводятся широкие исследования по изучению функции различных генов, регуляции их экспрессии, фенотипическому проявлению генов, инсерционному мутагенезу и др. Трансгенные животные важны для различных биомедицинских исследований. Уже получены трансгенные коровы и козы, в молоке которых содержится человеческий белок лактоферрин[1].
Трансгенных животных получают и для целей ксенотрансплантации (пересадки органов человеку). Одним из излюбленных доноров органов являются свиньи, так как имеется анатомическое сходство органов и сходство иммунологических свойств. Реакции отторжения при трансплантации имеют сложный механизм. Одним из сигналов для атаки организма на чужой орган являются белки, локализованные на внешней поверхности мембраны. У трансгенных свиней эти белки заменены на человеческие[4].
Существует множество трансгенных животных, моделирующих различные заболевания человека (рак, атеросклероз, ожирение и др.). Так, получение трансгенных свиней с измененной экспрессией генов, определяющих отторжение органов, позволит использовать этих животных для ксенотрансплантации (пересадки органов свиньи человеку).
В практических целях трансгенные животные используются различными зарубежными фирмами как коммерческие биореакторы, обеспечивающие производство разнообразных медицинских препаратов (антибиотиков, факторов свертываемости крови и др.). Кроме того, перенос новых генов позволяет получать трансгенных животных, отличающихся повышенными продуктивными свойствами (например, усиление роста шерсти у овец, понижение содержания жировой ткани у свиней, изменение свойств молока) или устойчивостью к различным заболеваниям, вызываемым вирусами и другими патогенами. В настоящее время человечество уже использует множество продуктов, получаемых с помощью трансгенных животных: медицинские препараты, органы, пища[7].
Проблемы при трансгенезе
Для решения задачи генно-инженерного изменения количественных признаков животных, имеющих полигенную природу, очевидно, потребуется получение политрансгенных сельскохозяйственных животных только вследствие технических причин (поскольку для этого, возможно, потребуется осуществление многоступенчатого трансгенеза), но и из-за невозможности клонировать еще неизвестные гены. В связи с этим основной интерес большинства исследователей связан сейчас с генами, работа которых определяет относительно независимые морфофункциональные признаки животного (информационный генетический иммунитет, продукция белков животных и человека). Не исключено, однако, что на этом пути может быть получено положительное изменение каких-либо других хозяйственно-полезных признаков животных, определяемых единичными генами животных[5].
Заключение
Развитие биотехнологии сельскохозяйственных животных, в том числе генная инженерия, открывает новые возможности развития животноводства.
Важнейшим направлением генной инженерии является получение трансгенных особей с интегрированными в геном генными конструкциями, связанными с усилением иммунитета животных к инфекционным заболеваниям.
Другим актуальным направлением генной инженерии животных является получение животных продуцентов биологически активных веществ, необходимых в медицине, ветеринарии и технологии переработки продуктов животноводства. Многие биологически активные вещества не могут производиться традиционными методами в достаточных количествах и с желательным качеством.
Таким образом, главными критериями в создании трансгенных особей являются их качественные и количественные показатели продуктивности, а не внешние признаки. Генномодифицированные животные создаются преимущественно не для развлечения, а для рационального решения глобальных проблем, связанных с дальнейшим существованием человечества. Успехи в области молекулярной генетики и биологии гена должны обеспечить дальнейший прогресс в проблеме трансгенеза сельскохозяйственных животных, а, следовательно, в повышении эффективности и рентабельности производства многообразной животноводческой продукции.
Основная проблема, которую нужно решить для того, чтобы создание любых трансгенных животных с помощью метода переноса ядер стало реальным, - это сохранение плюрипотентности клеток в непрерывной культуре.
Клеточная инженерия – методика конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции.
Задачи — клеточной инженерии:
- получение и применение культур клеток животных, человека, растений и бактерий для культивирования вирусов с целью создания вакцин, сывороток, диагностических препаратов.
- культивирование культур клеток для получения биологически активных веществ.
- получение моноклональных антител (гибридом) для использования в медицине и ветеринарии.
- генно-инженерные манипуляции с клетками для получения новых форм, новых культур клеток, биопрепаратов и др.
Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий
Важную роль в животноводстве сыграла разработка методов длительного хранения спермы в замороженном состоянии и искусственного осеменения. Реально же развернулись исследования по клеточной и генной инженерии на млекопитающих только с освоением техники оплодотворения, обеспечившей получение достаточного количества зародышей на ранних стадиях развития. Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии трансплантации эмбрионов и методов микроманипуляций с ними (получение однояйцевых близнецов, межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных животных, клонирование животных при пересадке ядер эмбриональных клеток в энуклеированные, т. е. с удаленным ядром, яйцеклетки). В 1996 шотландским ученым из Эдинбурга впервые удалось получить овцу из энуклеированной яйцеклетки, в которую было пересажено ядро соматической клетки (вымени) взрослого животного. Эта работа открывает широкие перспективы в области клонирования животных и принципиальную возможность клонирования в будущем и человека. В этой же лаборатории было получено еще пять клонированных ягнят, в ген одного из которых был встроен ген белка человека. Клеточная инженерия позволяет конструировать клетки нового типа с помощью мутационного процесса гибридизации и, более того, комбинировать отдельные фрагменты разных клеток, клетки различных видов относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам. Это облегчает решение многих теоретических проблем и имеет практическое значение.
Генная инженерия и ее практические результаты
Генетическая инженерия — это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Основа прикладной генетической инженерии — теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.
Генетическая инженерия возникла в 1972 году, в Станфордском университете, в США. Тогда лаборатория П. Берга получила первую рекомбинатную (гибридную) ДНК или (рекДНК). Она соединяла в себе фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса SV40
Генная инженерия — направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. В основе генной инженерии лежит обусловленная последними достижениями молекулярной биологии и генетики возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. К этим достижениям следует отнести установление универсальности генетического кода, то есть факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями нуклеотидов в цепи ДНК; успехи генетической энзимологии, предоставившей в распоряжение исследователя набор ферментов, позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты. Таким образом, изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов нового генетического материала, введение этого материала в рецепиентный организм, создания условий для его функционирования и стабильного наследования.
В результате интенсивного развития методов генетической инженерии получены клоны множества генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК, гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.
На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная “индустрией ДНК”. Это одна из современных ветвей биотехнологии.
Нужна помощь в написании доклада?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Наша система гарантирует сдачу работы к сроку без плагиата. Правки вносим бесплатно.
Для лечебного применения допущен инсулин человека (хумулин), полученный посредством рек ДНК. Кроме того, на основе многочисленных мутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданы высокоэффективные тест-системы для выявления генетической активности факторов среды, в том числе для выявления канцерогенных соединений. Генная инженерия может дать в неограниченном количестве гормоны и другие белки человека, необходимые для лечения генетических болезней (например, инсулин, гормон роста и др.). Усилия генной инженерии направлены на получение бактерий с высокоактивной нитрогеназой, способных в больших количествах связывать и накапливать азот. Еще более интересны попытки биологов включить ген нитрогеназы в растительную клетку. В генной инженерии бактериофаги используются для переноса генетического материала, т. е. В качестве векторов . Задача генной инженерии – активная и целенаправленная перестройка генов живых существ и их конструирование, т.е. управление наследственностью. Разработаны методы, позволяющие выращивать организмы из отдельных клеток и тканей. Благодаря генетической инженерии и слиянию клеток, теперь становится возможным производить биотехнологическим методом в промышленных масштабах синтезируемые живыми организмами в ничтожных количествах. Это интерферон, гормон роста человека или некоторые антитела. Так ген для гормона роста переносят в бактерию таким образом, чтобы она была способна производить его. Генетика способствует изучению закономерностей развития организма человека и появление его наследственных особенностей, в том числе индивидуальных, творческих, физических и интеллектуальных особенностей. Очевидна роль генетики и в изучении наследственных болезней человека и способов их профилактики, лечения, а так же путем предотвращения вредного воздействия на наследственность физических и химических факторов окружающей среды.
За короткий срок генная инженерия оказала огромное влияние на развитие молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться по пути познания строения и функционирования генетического аппарата. Значительный прогресс достигнут в практической области создания новых продуктов для медицинской промышленности и лечения болезней человека.
В настоящее время фармацевтическая промышленность завоевала лидирующие позиции в мире, что нашло отражение не только в объёмах промышленного производства, но и в финансовых средствах, вкладываемых в эту промышленность (по оценкам экономистов, она вошла в лидирующую группу по объёму купли-продажи акций на рынках ценных бумаг). Важной новинкой стало и то, что фармацевтические компании включили в свою сферу выведение новых сортов сельскохозяйственных растений и животных, и тратят на это десятки миллионов долларов в год, они же мобилизировали выпуск химических веществ для быта. Добавок к продукции строительной индустрии и так далее. Уже не десятки тысяч, а возможно, несколько сот тысяч высококвалифицированных специалистов заняты в исследовательских и промышленных секторах фарминдустрии, и именно в этих областях интерес к геномным и генно-инженерным исследованиям исключительно высок. Очевидно, поэтому любой прогресс биотехнологий растений будет зависеть от разработки генетических систем и инструментов, которые позволят более эффективно управлять трансгенами.
Кроме этого учёные занимаются поиском генов, кодирующих новые полезные признаки. Ситуация в этой области меняется радикальным образом, прежде всего, существованию публичных баз данных, которые содержат информацию о большинстве генов, бактерий, дрожжей, человека и растений, а также в следствии разработки методов, позволяющих одновременно анализировать экспрессию большого количества генов с очень высокой пропускной способностью. Применяемые на практике методы можно разделить на две категории:
б) позиционное клонирование, заключается в создании за счет инсерционного мутагенеза мутантов с нарушениями в интересующем нас признаке или свойстве, с последующим клонированием соответствующего гена как такового, который заведомо содержит известную последовательность (инсерция).
Заключение
В ходе выполнения данной работы, я выяснила, что генная и клеточная инженерия очень важны для развития огромного количества направлений. Например, в медицине биотехнологические приемы и методы играют ведущую роль при создании новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов, предназначенных для ранней диагностики и лечения различных заболеваний.
Развитие биотехнологии сельскохозяйственных животных, в том числе генная инженерия, открывает новые возможности развития животноводства. Уже имеющиеся результаты по получению трансгенных животных говорят о возможности изменения ряда важнейших хозяйственно-ценных признаков. Например, трансгенные животные (свиньи, куры, кролики) с геном гормона роста при равных условиях характеризуются повышенными темпами роста.
Другим важнейшим направлением генной инженерии является получение трансгенных особей с интегрированными в геном генными конструкциями, связанными с усилением иммунитета животных к инфекционным заболеваниям.
Третьим актуальным направлением генной инженерии животныж является получение животных продуцентов биологически активных веществ, необходимых в медицине, ветеринарии и технологии переработки продуктов животноводства. Многие биологически активные вещества не могут производиться традиционными методами в достаточных количествах и с желательным качеством. Существует огромный коммерческий интерес к производству этих белков. В сыроделии существует значительный дефицит молокосвертывающих энзимов, в частности, химозина, необходимого для получения высококачественных твердых сортов сыра. Первым экземпляром трангенного животного стала мышь, размерами вдвое превосходящая обычную особь в нее был введен ген, синтезирующий гормон роста крысы. И ученых сразу заинтересовала возможность трансгенеза у сельскохозяйственных животных. Направление, связанное с получением из трансгенных сельских животных человеческих белков уже приближается к стадии коммерциализации. Ученые небезуспешно пытаются синтезировать человеческие белки в бактериях и дрожжах. Но это дорого и технически сложно: из бактериальных культур не всегда удается выделить чистый белок. К тому же некоторые белки невозможно получить в бактериях в силу громоздкости генов, определяющих их синтез. Биореактор в виде коровы или овцы лишен этих недостатков, и он гораздо производительнее, а конечный продукт (белок) получается в десятки раз дешевле. Но началось все опять-таки с мыши. В 1987 году в США вывели трансгенных мышей, в молоке которых содержался тканевый плазмино-генный активатор, способствующий рассасыванию тромбов в человеческих сосудах. После этого успеха направление заинтересовало крупный капитал (рынок лекарственных белков оценивается приблизительно в 10 млрд. долларов), и в надежде на эффективность новой технологии на будущем рынке начали внедряться биотехнологические гиганты, активно инвестируя в НИОКР. За неполные десять лет, прошедшие с американского достижения, от трансгенных коз, овец, свиней, кроликов и даже коров было получено семнадцать лекарственных белков. Причем десять из этих белков выделялись с молоком в приличной концентрации - около одного грамма на литр молока. Это большое количество, поскольку для курса лечения некоторых болезней требуется всего несколько миллиграммов. А сейчас таким способом научились синтезировать гораздо больше белков. Как минимум три препарата, полученных от трансгенных животных, проходят сегодня последние клинические испытания.
В то же время у козы, как биологического объекта для генно-инженерных работ, имеется немало преимуществ. На килограмм живой массы коза дает в 2-3 раза больше молока, чем корова, ее репродуктивный цикл практически вдвое короче, и, наконец, она менее прихотлива и более устойчива. И все же наиболее важная проблема - доставка генной конструкции не просто в ядро яйцеклетки, а в нужную хромосому. По мнению многих специалистов, требующие тонкой и точной работы микроинъекции генов в зиготу могут быть заменены в недалеком будущем более эффективной и тиражируемой технологией. И, судя по публикациям, ученые приближаются к решению этой задачи. Пока же более эффективным методом, чем микроинъекции гена в зиготу, представляется метод клонирования той клетки, которая была отобрана в результате многочисленных опытов в лабораторных условиях. Потомство, родившееся с применением такой технологии, будет стопроцентно трансгенным. Впрочем, эта технология только разрабатывается, ее механизм еще не отработан. Можно только с достаточной уверенностью предположить, что уже в ближайшее десятилетие технология клонирования может стать превалирующей
В заключение хотелось бы подчеркнуть, что, разработка теории трансгенеза сельскохозяйственных животных и поиски путей практического использования этого метода идут параллельно, в связи с чем получение как положительных так и отрицательных результатов вполне возможно. Последнее десятилетие XX века знаменательно глубоким интегрированием биотехнологии и молекулярной генетики в современную зоотехнию и в практику селекционно-племенной работы. Это взаимодействие начинается с планирования генных конструкций, которое базируется на фундаментальных данных об обменных процессах, происходящих в организме животных и знании основных генетических закономерностей, управляющих формированием их продуктивности и заканчивается объективной оценкой эффекта интеграции в геном животных чужеродного гена. Очевидно также, что возможность получения трансгенных сельскохозяйственных животных реализовалась в результате развития метода трансплантации эмбрионов, что само по себе является серьезным достижением зоотехнической науки. Как и следовало ожидать, интеграция в геном животных чужеродных генов, вне зависимости от того, аналогичны они уже имеющимся, или являются новыми, затрагивающими жизненно важные функции организма, вызывает при активной их экспрессии нарушение физиологического гомеостаза как на клеточном так и на организменном уровнях. При переходе порога внутренних возможностей коррекции усиленного генно-инженерным путем признака метаболическими системами животных наступало развитие различных патологических изменений, в том числе и прогрессирующих, приводящих к сокращению продолжительности жизни трансгенных животных, нарушению их воспроизводительной функции (Эрнст Л.К. и соавт.,1993). Для решения задачи генно-инженерного изменения количественных признаков животных, имеющих полигенную природу, очевидно, потребуется получение политрансгенных сельскохозяйственных животных только вследствие технических причин (поскольку для этого, возможно, потребуется осуществление многоступенчатого трансгенеза), но и из-за невозможности клонировать еще неизвестные гены. В связи с этим основной интерес большинства исследователей связан сейчас с генами, работа которых определяет относительно независимые морфофункциональные признаки животного (информационный генетический иммунитет, продукция белков животных и человека). Не исключено, однако, что на этом пути может быть получено положительное изменение каких-либо других хозяйственно-полезных признаков животных, определяемых единичными генами животных.
Таким образом, успехи в области молекулярной генетики и биологии гена должны обеспечить дальнейший прогресс в проблеме трансгенеза сельскохозяйственных животных, а, следовательно, в повышении эффективности и рентабельности производства многообразной животноводческой продукции.
Читайте также: