Гмо и векторный перенос реферат

Обновлено: 05.07.2024

Генетически модифицированный организм (ГМО) — организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и микроорганизмов. Генетические изменения, как правило, производятся в научных или сельскохозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутационного процесса.
Основным видом генетической модификации в настоящее время является использование трансгенов для создания трансгенных организмов.

Содержание работы

Введение
● История генетического модифицирования
● Виды ГМО
● Классификация ГМО
● Направления использования ГМО:
- ● Использование ГМО в научных целях
- ● Использование ГМО в медицинских целях
- ● Использование ГМО в сельском хозяйстве
- ● Другие направления использования
● Цели создания ГМО
● Экономическое значение
● История развития и достигнутый уровень технологии
● Плюсы и минусы ГМО
● Заключение

Файлы: 1 файл

Реферат по ГМО в сельском хозяйстве1.doc

6. Устойчивые к климатическим и погодным условиям

Как правило, это модифицированные культуры, способные выживать в засушливых районах, солончаках, в районах с обильными осадками и низкой температурой (морозоустойчивые культуры). Именно выращивание подобных культур может помочь местному населению расширить ассортимент продуктов питания, а, следовательно, повысить шансы на выживание, укрепление иммунитета.

Лекарства и вакцины, создаваемые при помощи ГМО — это инсулин, гормоны щитовидной железы и вакцины против гепатита В. Это делает проще и дешевле в производстве этих препаратов, следовательно, и более доступными. Инсулин является одним из наиболее старых примеров ГМО продуктов.

8. Пищевые добавки

Многие пищевые добавки также создаются с помощью ГМО. Некоторые из

наиболее широко известных примеров — аспартам и дрожжи. Однако многие другие виды добавок могут содержать ингредиенты, полученные с использованием ГМО.

9. Модифицированные животные и люди

Это как домашние животные, так и животные, употребляемые в пищу (сельскохозяйственные) с улучшенными визуальными характеристиками (цвет шерсти, чешуи, светящиеся в темноте животные) и вкусовыми, питательными свойствами (животные больших размеров, содержащие больше питательных веществ) соответственно.

Что касается человека, уже созданы первые модифицированные люди и в 2015 году они уже закончат общеобразовательную школу в Великобритании.

Направления использования ГМО

1. Использование ГМО в научных целях

В настоящее время генетически модифицированные организмы широко используются в фундаментальных и прикладных научных исследованиях. С помощью ГМО исследуются закономерности развития некоторых заболеваний (болезнь Альцгеймера, рак), процессы старения и регенерации, изучается функционирование нервной системы, решается ряд других актуальных проблем биологии и медицины.

2. Использование ГМО в медицинских целях

На стадии клинических испытаний находится проинсулин, полученный из генетически модифированного сафлора.

Успешно прошло испытания и одобрено к использованию лекарство против тромбозов на основе белка из молока трансгенных коз.

Бурно развивается новая отрасль медицины — генотерапия. В её основе лежат принципы создания ГМО, но в качестве объекта модификации выступает геном соматических клеток человека.

В настоящее время генотерапия — один из главных методов лечения некоторых заболеваний. Генотерапию, кроме использования в лечении, предлагают также использовать для замедления процессов старения.

3. Использование ГМО в сельском хозяйстве

Генная инженерия используется для создания новых сортов растений, устойчивых к неблагоприятным условиям среды и вредителям, обладающих лучшими ростовыми и вкусовыми качествами. Создаваемые новые породы животных отличаются, в частности, ускоренным ростом и продуктивностью. Созданы сорта и породы, продукты из которых обладают высокой питательной ценностью и содержат повышенные количества незаменимых аминокислот и витаминов.

Проходят испытания генетически модифицированные сорта лесных пород со значительным содержанием целлюлозы в древесине и быстрым ростом.

4. Другие направления использования

Разрабатываются генетически модифицированные бактерии, способные производить экологически чистое топливо. В 2009 году выходит в продажу генно-модифицированный сорт розы с цветами синего цвета.

Цели создания ГМО

Разработка ГМО некоторыми учеными рассматриваются, как естественное развитие работ по селекции животных и растений. Другие же, напротив, считают генную инженерию полным отходом от классической селекции, так как ГМО это не продукт искусственного отбора, то есть постепенного выведения нового сорта (породы) организмов путем естественного размножения, а фактически искусственно синтезированный в лаборатории новый вид. Во многих случаях использование трансгенных растений сильно повышает урожайность. Есть мнение, что при нынешнем размере населения планеты только ГМО могут избавить мир от угрозы голода, так как при помощи генной модификации можно увеличивать урожайность и качество пищи. Противники этого мнения считают, что при современном уровне агротехники и механизации сельскохозяйственного производства уже существующие сейчас, полученные классическим путем, сорта растений и породы животных способны сполна обеспечить население планеты высококачественным продовольствием.

Сельскохозяйственная организация рассматривает использование методов генетической инженерии для создания трансгенных сортов растений и животных как неотъемлемую часть сельскохозяйственной биотехнологии. Прямой перенос генов, отвечающих за полезные признаки, является естественным развитием работ по селекции животных и растений, расширивших возможности селекционеров в части управляемости процесса создания новых сортов и расширения его возможностей, в частности, передачи полезных признаков между нескрещивающимися видами.

Использование, как отдельных генов различных видов, так и их комбинаций в создании новых трансгенных сортов является частью стратегии по характеризации, сохранению и использованию генетических ресурсов в сельском хозяйстве.

Во многих случаях использование трансгенных растений сильно повышает урожайность. Есть мнение, что при нынешней численности населения планеты только ГМО могут избавить мир от угрозы голода, так как при помощи генной модификации можно увеличивать урожайность и качество пищи. Противники этого мнения считают, что при современном уровне агротехники и механизации сельскохозяйственного производства уже существующие сейчас, полученные классическим путём, сорта растений и породы животных способны сполна обеспечить население планеты высококачественным продовольствием.

Генетическая инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путем использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований. Основой микробиологической, биосинтетической промышленности является бактериальная клетка. Необходимые для промышленного производства клетки подбираются по определённым признакам, самый главный из которых — способность производить, синтезировать, при этом в максимально возможных количествах, определённое соединение — аминокислоту или антибиотик, стероидный гормон или органическую кислоту. Иногда надо иметь микроорганизм, способный, например, использовать в качестве "пищи" нефть или сточные воды и перерабатывать их в биомассу или даже вполне пригодный для кормовых добавок белок. Иногда нужны организмы, способные развиваться при повышенных температурах или в присутствии веществ, безусловно смертельных для других видов микроорганизмов. Задача получения таких промышленных штаммов очень важна, для их видоизменения и отбора разработаны многочисленные приёмы активного воздействия на клетку — от обработки сильно действующими ядами до радиоактивного облучения. Цель этих приёмов одна — добиться изменения наследственного, генетического аппарата клетки.

Их результат — получение многочисленных микробов-мутантов, из сотен и тысяч которых учёные потом стараются отобрать наиболее подходящие для той или иной цели. Создание приёмов химического или радиационного мутагенеза было выдающимся достижением биологии и широко применяется в современной биотехнологии. Но их возможности ограничиваются природой самих микроорганизмов. Они не способны синтезировать ряд ценных веществ, которые накапливаются в растениях, прежде всего в лекарственных и эфирномасличных. Не могут синтезировать вещества, очень важные для жизнедеятельности животных и человека, ряд ферментов, пептидные гормоны, иммунные белки, интерфероны да и многие более просто устроенные соединения, которые синтезируются в организмах животных и человека. Разумеется, возможности микроорганизмов далеко не исчерпаны. Из всего изобилия микроорганизмов использована наукой, и особенно промышленностью, лишь ничтожная доля. Для целей селекции микроорганизмов большой интерес представляют, например, бактерии анаэробы, способные жить в отсутствие кислорода, фототрофы, использующие энергию света подобно растениям, хемоавтотрофы, термофильные бактерии, способные жить при температуре, как оказалось недавно, около 110 гр. C, и др. И всё же ограниченность "природного материала" очевидна. Обойти ограничения пытались и пытаются с помощью культур клеток и тканей растений и животных. Это очень важный и перспективный путь, который также реализуется в биотехнологии. За последние несколько десятилетий учёные создали методы, благодаря которым отдельные клетки тканей растения или животного можно заставить расти и размножаться отдельно от организма, как клетки бактерий. Это было важное достижение — полученные культуры клеток используют для экспериментов и для промышленного получения некоторых веществ, которые с помощью бактериальных культур получить невозможно.

История развития и достигнутый уровень технологии

Во второй половине ХХ века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки "прочитать" ту биологическую информацию, которая "записана" в генах. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках — это мутации. Такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому учёные сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определённых генов, нужных человеку.

Основные этапы решения генно-инженерной задачи следующие:

1. Получение изолированного гена.

2. Введение гена в вектор для переноса в организм.

3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.

4. Преобразование клеток организма.

5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифи цированы.

Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован.

Цели и задачи: Цель: 1. Изучить состав и классификацию

Цель: 1. Изучить состав и классификацию ГМО в пищевых добавках, раскрыть их значение и возможные нежелательные последствия их применения.
2. Привлечь внимание к составу продуктов, которые мы покупаем в магазинах, необходимости контролировать потребление ГМО с целью сохранения своего здоровья.
Задачи: 1. Изучить литературу об использовании ГМО в пищевой промышленности, их классификацию.
2. Иметь представление о ГМО, ароматизаторах, консервантах, о нежелательных последствия применения некоторых ГМО.
3. Провести анализ анкетирования среди учащихся 9 классов ГБОУ СОШ №212.
4. Ознакомиться с применением и использованием ГМО.
5. Убедить учащихся в необходимости вести здоровый образ жизни, формировать умение заботиться о своем питании.

Содержание : 1.Цели и задачи работы 2

1.Цели и задачи работы
2.Что такое ГМО?
3.Цели создания ГМО.
4.История создания ГМО.
5.Основные этапы создания ГМО.
6.Применение ГМО.
7.Мнение учёных о пользе и вреде.
8. Результаты анкетирования одноклассников.
9.Личный опыт.
11.Список литература.

Определения: Генная инженерия Генно-модифицированный организм (ГМО)

Генно-модифицированный организм (ГМО)

Трансгенные организмы

Генетически модифицированные организмы создаются методами генной инженерии - науки, которая позволяет вводить в геном растения, животного или микроорганизма фрагмент

Генетически модифицированные организмы создаются методами генной инженерии -науки, которая позволяет вводить в геном растения, животного или микроорганизма фрагмент ДНК из любого другого организма с целью придания ему определенных свойств.

Что же такое ГМО? ГМО - живой организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии

Что же такое ГМО?

ГМО - живой организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии.

Пол Берг создал первый трансгенный организм

Начиная с 1970-х годов слала активна развиваться генная инженерия

История создания ГМО

Конец 90-х Поступление продуктов с

Поступление продуктов с ГМО в широкую продажу

Появление ГМ продукции в России

Без ГМ растений нельзя обойтись в современном мире

Без ГМ растений нельзя обойтись в современном мире. Ежегодно миллионы людей умирают от голода. Сейчас на земле проживает более 7,6 млрд. человек, а к 2050 году будет около 11 млрд. Прокормить такое население только традиционными способами невозможно. ГМ продукты же отличаются большей устойчивостью к неблагоприятным условиям и более долгим сроком хранения.

Цели создания ГМО

Цели создания ГМО Сельское хозяйство

Цели создания ГМО

Основные этапы создания ГМО: Получение изолированного гена

Основные этапы создания ГМО:

Получение изолированного гена.
Введение гена в вектор для переноса в организм.
Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.
Преобразование клеток организма.
Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

Первыми ГМП стали морозоустойчивые томаты, в

Первыми ГМП стали морозоустойчивые
томаты, в ДНК которых встроен ген североамереканской морской камбалы.

Пшеница устойчивая к засухе и к паразитам и вредителям сельского хозяйства, генетики использовали гены скорпионов.

Применение ГМО В научных целях

В научных целях
В медицине
В сельском хозяйстве
В других целях

Получение человеческого инсулина в промышленных масштабах;

Получение человеческого инсулина в промышленных масштабах;
Разработка интерферона.
Около 200 новых диагностических препаратов (не белковых, а генных) уже введены в медицинскую практику,
Более 100 генно-инженерных лекарственных веществ находится на стадии клинического изучения.

Синтезирование новых веществ в фармакологии- лекарства в пищевой промышленности- ферменты в медицине- органы и ткани для трансплантации

Синтезирование новых веществ

в фармакологии-
лекарства
в пищевой промышленности-
ферменты
в медицине-
органы и ткани для трансплантации

Продукты питания, содержащие ГМО, могут стать полезными для здоровья, если встроить в них вакцины против различных болезней

Продукты питания, содержащие ГМО, могут стать полезными для здоровья, если встроить в них вакцины против различных болезней.
Трансгенными продуктами можно накормить всех голодных.
Отпадает нужда в удобрениях, гербицидах,
пестицидах, отравляющих внешнюю среду.

Что же полезного в ГМО? В качестве альтернативы лечения раковых заболеваний генетики предложили почвенную бактерию

Что же полезного в ГМО?

В качестве альтернативы лечения раковых заболеваний генетики предложили почвенную бактерию Сlostridium novyi-NT

Минусы После употребления ГМО организм становится устойчивым к определённым антибиотикам

После употребления ГМО организм становится устойчивым к определённым антибиотикам. Это обстоятельство теоретически грозит ситуацией бесполезного приёма лекарственных средств.
Снижает иммунитет.
Приводит к аллергическим реакциям.
Вызывает бесплодие и мутации.

После употребления ГМО организм становится устойчивым к определенным антибиотикам

После употребления ГМО
организм становится
устойчивым к определенным
антибиотикам. Это
обстоятельство теоретически
грозит ситуацией
бесполезного приёма
лекарственных препаратов.

После эксперимента над
крысами наибольшее
беспокойство вызвал тот
факт, что у крыс
уменьшился объем мозга,
после употребления
модифицированной сои.

МИНУСЫ ГМО

ГМ-продукты – выход или тупик?

N Ответ (да / нет) 1 Знаете, ли вы о генетически модифицированных продуктах? 2

Знаете, ли вы о генетически модифицированных продуктах?

Знаете ли вы о их вреде?

Знаете ли вы о пользе генетически модифицированных продуктов?

Знаете ли вы производителей данной продукции?

Вы изучаете данные о содержании ГМО на упаковке продуктов питания, когда покупаете их в магазине?

3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.

4. Преобразование клеток организма.

5. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

6. Методы осуществления каждого из этих этапов составляют в совокупности методы генетической инженерии.

Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают программы синтеза различных нуклеотидных последовательностей. Такой аппарат синтезирует отрезки ДНК длиной до 100—120 азотистых оснований (олигонуклеотиды).

Схематически генно-инженерные работы можно описать поэтапно

1.Выделение или синтез гена, предназначенного к переносу в другой

2. Для успешного переноса выделенного гена в клетку необходимо в

первую очередь сконструировать молекулы вектора- это молекулы –

переносчики, которые должны обеспечить сначала перенос, а затем и

интеграцию выделенного гена в геном клетки реципиента. Для

создания вектора обычно используют плазмиды. Плазмиды

представляют собой внехромосомные генетические элементы. Каждый

тип вектора имеет свои биологические особенности ,которые делают

его наиболее пригодным для определённых целей. Сшивают вектор и

выделенный ген с помощью фермента ДНК – лигазы (синтетазы).

3. И, наконец, на заключительном этапе, вводят рекомбинантную

конструкцию из вектора и встроенного гена в клетки реципиента.

Таким образом селекция и гибридизация -это вертикальный перенос

генов(от родителей к потомкам).

Генная инженерия – это горизонтальный перенос генов, когда организм получает себе новые гены от других организмов, можно сказать ровесников. У микроорганизмов это нормальное явление. Селекционер может всю жизнь заниматься выведением желаемого результата - и не получить его. Генному инженеру ,при хорошем финансировании ,понадобится год или два для конструирования несуществующих в природе организмов.

Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как Фредерик Гриффит открыл явление бактериальной трансформации. В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки. Популярными методами введения вектора в клетку растений является использование почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens или генной пушки.

Рис 1. - Бактерии Agrobacterium tumefaciens

Это вид грамотрицательных, облигатно аэробных палочковидных почвенных бактерий рода Rhizobium. Способна трансформировать клетки растений при помощи специальной плазмиды.

Для генетической инженерии животных используют трансфекцию, вектора, на основе ретровирусов и другие методы.

Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детёныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения.

Рис 2. – Технология получение ГМО

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Продолжаем знакомить вас с тонкостями работы биотехнологов. Готовы поспорить, что каждый из чтецов этого текста слышал о генно-модифицированных организмах, сокращенно ГМО. Кто-то их боится, кто-то считает их спасением от глобальных проблем человечества, кому-то абсолютно все равно.

Однако мы готовы поспорить, что большая часть читателей даже не представляет, как на практике создают этих самых ГМО или, как их правильнее называть в среде ученых, трансгенных организмов и генетических химер.

Химера или химерный организм — организм, несущий в себе генетический материал, принадлежащий двум и более видам живых существ. Химерой может быть как многоклеточный организм, так и одноклеточный. Кроме того, различают химер по тому, насколько и в каком качестве присутствует чужеродный геном: заимствована ли часть генов, встроены ли они в хромосому реципиента, или же оба генома сохранены полностью, но располагаются в разных клетках. Впрочем, это тема для отдельного поста.

Итак, чтобы создать генетически модифицированный организм, надо изменить его геном. В научной среде изменение генома называется трансформацией.

Трансформация генов – это изменение генетического состава клеток путем привнесения извне чужеродного генетического материала, перенос чужеродных (природных или искусственно созданных) донорских генов в клетки-реципиенты растений, животных и микроорганизмов, и получение таким образом трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками.

Секундное отступление. Трансформация — не изобретение человека. Бактерии умели передавать друг другу ДНК, захватывать чужую и встраивать ее в свой геном еще задолго даже до появления вирусов. Более того, эти свойства не утрачены даже у более развитых организмов. И, что еще более интересно, природная трансформация, также известная как горизонтальный перенос генов, играет огромную роль в эволюционных механизмах. Но это весьма обширная тема.

Стоит отметить, что трансформация имеет свои особенности для растений и животных. Растительные клетки из-за плотной клеточной стенки поверх мембраны неспособны самостоятельно поглощать фрагменты чужеродной ДНК и воспроизводить их, тогда как клетки животных могут различными способами поглощать фрагменты ДНК, встраивая их в свой геном, или поддерживать их воспроизведение в цитоплазме.

Исходя из этого учеными было разработано два основных метода генетической трансформации растений и еще пять – для животных. Разумеется, на самом деле их гораздо больше, однако по большей части это модификации основных семи. Рассмотрим вкратце каждый из них.

Векторный

По сути является лабораторной адаптацией механизма, называемого трансдукцией — обмен генами у бактерий и некоторых простейших. Пожалуй, он так же заслуживает отдельной статьи, но постараемся кратко.

Вектор — трансформирующий фактор, основой которого является самостоятельный фрагмент ДНК, несущий все необходимое для синтеза РНК и белка. Обычно на основе ДНК или РНК вируса, плазмиды или космиды (свободные генетические элементы бактерий и простейших).

В промышленной и сельскохозяйственной биотехнологии обычно создают векторы с помощью Ti-плазмид бактерий, так как они небольшие по объему, и относительно устойчивые.
Как их создают? Из плазмид выделяют участки Т-ДНК (транспортной), ответственные за встраивание в молекулу ДНК клетки-мишени и создают векторные ДНК (векторы), способные переносить и встраивать нужные последовательности, включая части, кодирующие нужный признак и вещество, а также маркеры (репортерные гены — они нужны для проверки — встроился ли вектор в ДНК реципиента).

Модифицированные агробактерии (или освобожденные плазмиды) помещают в одну среду с растительными клетками-реципиентами, откуда с помощью антибиотиков удаляют нетрансформированные клетки.

К векторной трансформации также относят перенос ДНК с помощью ретровирусов. Векторный перенос можно осуществить только при отсутствии клеточной стенки (т.е. необходимо привести клетку-донор в состояние протопласта).

Трансформированные клетки помещают в питательную среду для культивации (образование каллуса), впоследствии регенерируя из них целое растение.

Плюсы: адресность (можно сделать так, чтобы вектор встраивался только в определенные участки), возможность проконтролировать встраивание вектора и его сохранность в следующих поколениях клеток.
Минусы: большая подготовительная работа по синтезу и созданию вектора и его размножению, опасность случайных встраиваний.

Биобаллистический (Генный пистолет)

Пожалуй, это самый фантастический способ трансформации. И самый страшный для людей, которые всерьез боятся стать жертвами генной модификации. Ведь его принцип действия полностью соответствует его названию. Да, именно так — это пистолет, стреляющий… генами.

В специальных установках микрочастицы золота или вольфрама с нанесенной на них ДНК ускоряют при помощи сжатого гелия, и они проникают в ДНК клеток-мишеней. Как вариант этого метода встречается магнетофекция – перенос с помощью намагниченных металлических частиц.

Плюсы: мобильность (можно таскать с собой в поле) и массовость (обработка большого количества клеток разом или целого растения).
Минусы: внесенная ДНК практически ничем не защищена и может быстро потерять активность, нельзя проконтролировать встраивание.

Векторный и биобаллистический методы универсальны и для растений, и для бактерий, и для животных. Теперь же переходим к методам, характерным для трансформации животных клеток. В принципе, их так же можно применить на растительных клетках, однако придется лишить их клеточной стенки, и знатно повозиться с подготовкой клетки.

Метод микроинъекций

Это самый простой способ внести ДНК в клетку. Вы часто видели его в научно-фантастических фильмах на тему утечки какого-нибудь патогена из секретной лаборатории.

Суть ее заключается во введении целевых генов непосредственно в ядро животной клетки при помощи микрокапиллярной пипетки. Под микроскопом в ядро клетки вводится 1 × 10^(−10)—1 × 10^(−12) л раствора трансформирующей ДНК (несколько тысяч копий генов).

Плюс: главный плюс этого метода в том, что введенный ген сохраняется внутри клетки, а клеточные структуры почти не повреждаются.
Минус: при делении клетки только одна из дочерних клеток наследует дополнительную ДНК

Электропорация

Впервые была разработана в лаборатории Е. Неймана в 1982 т. для введения чужеродных нуклеиновых кислот в эукариотические клетки.

В многочисленных опытах было показано, что обработка клеток животных электрическими импульсами с напряженностью поля 5-10 кВ/см в течение 5-10 мкс приводит к поглощению клетками молекул ДНК, находящихся в среде.

Плюсы: простота использования (кладем клетки в ванну с электролитом, капаем ДНКу, врубаем ток, профит!).
Минусы: плохая контролируемость встраивания, повреждения ДНК и клеточных мембран.

Липофекция

С чем-то подобным сталкиваются блюстители красоты, пользующиеся лосьонами с мицеллами и принимающие жирорастворимые витамины.

Липосомы (мицеллы, везикулы) — “пузырьки” из одного или двух слоев липидов, по свойствам схожих с естественной клеточной мембраной. В основном различают так: липосомы — двухслойные, содержат комплекс гликолипидов, мицеллы — однослойные, преимущественно липидные. Но это не точно:)

Липосомный (везикулярный) метод – пиноцитозное (захват раствора) поглощение метафазных хромосом, заключённых в синтетическую фосфолипидную оболочку (линохромосом или липоплекса). Изолированные метафазные хромосомы способны проникать в чужеродную клетку и функционировать в ней в течение некоторого времени.

Большая часть поглощенных хромосом деградирует, распадаясь на отдельные фрагменты, осуществляющие перенос содержащихся в них генов. Фрагменты могут существовать в свободном состоянии. Гены трансгенома функционируют наряду с другими своими хромосомными генами клетки. Такие популяции клеток называют нестабильными.

При постоянном действии генов трансгенома появляются стабильные популяции клеток (клоны) – когда сохранившийся фрагмент интегрируется с хромосомой клетки реципиента. Интеграция происходит не путем рекомбинаций через двойной кроссинговер, а через транслоцирование фрагментов на негомологичные участки генома реципиента.

Соматическая гибридизация

Слияние соматических клеток с объединением их геномов — образование гибридома. Производится электрическим, химическим и механическим путем. Частный случай гибридизации – использование микрокеток, иногда объединяют с липофекцией.

Введение с помощью микроклеток – клетки доноров обрабатываются таким образом, что часть хромосом или отдельные хромосомы оказываются заключенными в часть цитоплазмы. Слияние микроклетки донора с полноценной клеткой реципиента ведет к тому, что реципиент получает группу или отдельные хромосомы донора.

Это один из самых трудоемких методов создания трансформированных клеток. Однако он полностью оправдывает себя — так, например, производят антитела для лечения редких заболеваний, иммуноглобулины и создают из клеток больных раком пациентов индивидуальные лекарства.

Химическая преципитация

Метод несколько схож с генным пистолетом с той лишь разницей, что частицы ДНК не выстреливаются, а доставляются на соли.

Например, преципитация фосфатом кальция выглядит следующим образом. ДНК добавляют к смеси раствора СаСl2 и фосфатного буфера, ДНК адсорбируется на кристаллах фосфата кальция (Грэхем Ван дер Эб, 1973). Образуются частицы кальциевого преципитата. Они поглощаются клеткой путем фагоцитоза.

Основные методы трансформации закончились. Познакомимся с редкими, но все же встречающимися — некоторые из них весьма любопытны.

Органическая преципитация. Катионные полимеры

По сути, гибрид химической преципитации и фагоцитоза. В основном используют ДЕАЕ-декстран. Преципитация диэтиламиноэтил-декстраном (ДЕАЕ-декстраном) – использование положительно заряженных (катионных) водорастворимых полимеров, таких как ДЭАЭ-декстран, полиэтиленимин, поли-L-лизин или хитозан. Отрицательно заряженная ДНК связывает поликатионы, и образовавшийся положительно заряженный комплекс (полиплекс) взаимодействует с отрицательно заряженной мембраной клетки, что приводит к проникновению ДНК в клетку-мишень путем эндоцитоза. Метод считается малоэффективным из-за сложности с синтезом комплекса и слабом контроле доставки ДНК в ядро.

Фототрансфекция

Перенос фрагментов ДНК через поры, образованные в результате сверхкороткого облучения лазером. По сути, та же электропорация, только вместо тока — свет определенной длины волны.

Трансдукция

Вариация векторного метода для животных клеток. Имеет ряд отличий, например, в качестве вектора применяется фрагмент вирусной ДНК (ретровирусы, ДНК-вирусы, ВИЧ), чаще всего заключенный в реконструированную вирусную оболочку для облегчения проникновения в клетку и обеспечения тканеспецифичности.

Есть и еще менее популярные методы, как, например, трансформация тепловым шоком. Однако она сама по себе не привносит ДНК извне, лишь изменяя структуру существующей ДНК за счет температурных повреждений. Либо тепловой шок может служить тем же фактором повреждения мембраны, что и электрошок, открывая путь для проникновения ДНК. Но в таком случае, по сути он ничем не отличается от вышеназванных.

Итак, мы рассмотрели основные методы создания химерной (трансформированной) клетки или популяции клеток. Несмотря на то, что их характеристика по большей части уместилась в паре строк, каждый из них сопряжен с колоссальными усилиями как при подготовке, так и при исполнении, и тем более при контроле результата. Последнее особенно важно, так как любая клетка имеет свои механизмы защиты.

Мало трансформировать геном, надо еще обеспечить его сохранность и устойчивость — в противном случае, клетка быстро избавится от чужеродного фрагмента, вырезав его или растворив в лизосоме.

Для чего это делают?

На самом деле, трансформированные организмы давно уже нас окружают и служат нам. Стоит только подумать над тем, что первые научные работы на эту тему (на тему трансформации у бактерий) датированы до 1962 года, т.е. до подтверждения структуры ДНК! А сами бактериальные химеры стали применять аж в 1980-х.

Выше мы уже упоминали, что с помощью гибридов изготовляют лекарства от рака и редких заболеваний. Также с помощью трансформированных клеток производят гормоны (человеческий инсулин, ген которого перенесли в кишечную палочку), иммуноглобулины, белки, витамины (витамин С с помощью той же кишечной палочки, фитогормоны для растений с помощью сенной палочки), ферменты для пищевой, текстильной, химической промышленности, биоудобрения и биопрепараты для борьбы с паразитами и вредителями, антибиотики и даже очищают сахар (хотя это совсем уж редкий случай).

Биотехнология: учебник и практикум для вузов / под редакцией Н. В. Загоскиной, Л. В. Назаренко. — 3-е изд., испр. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2020. — 381 с.

Биотехнология / Т. Г. Волова. – Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения Российской Академии наук, 1999. – 252 с

Биотехнология. Принципы и применение / Под ред. И.Хиггенса.- М.: Мир, 1980
Чечина, О. Н. Общая биотехнология: учебное пособие для вузов / О. Н. Чечина. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва: Издательство Юрайт, 2019. — 231 с.

Clough SJ, Bent AF. Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J. 1998 Dec;16(6):735-43.

Godfrey J, Leukam MJ, Smith SM. An update in treating transformed lymphoma. Best Pract Res Clin Haematol. 2018 Sep;31(3):251-261.

Alton, E. W. F. W., Armstrong, D. K., Ashby, D., Bayfield, K. J., Bilton, Diana, Bloomfield, E. V.,… Wolstenholme-Hogg, P. (2015). Repeated nebulisation of non-viral CFTR gene therapy in patients with cystic fibrosis: A randomised, double-blind, placebo-controlled, phase 2b trial. Lancet Respiratory Medicine, 3(9), 684-691.

Читайте также: