Перспективы развития генной инженерии реферат

Обновлено: 02.07.2024

Введение…………………………………………………………………… 2
Глава1. Возможности генной инженерии………………………………. 4
1.1. Генная инженерия ………………………………………………….. 4
1.2. Основные этапы развития генной инженерии …………………… 6
Глава 2. Перспективы генной инженерии ……………………………… 9
2.1.Успехи в сельском хозяйстве ………………………………………… 9
2.2. Успехи в животноводстве ………………………………………… 12
Глава 3. Проблемы генной инженерии ……………………………… 15
Заключение ………………………………………………………………18
Список использованной литературы………………………………… 19

Файлы: 1 файл

рефератКСЕ.doc

Тема работы: Генная инженерия: возможности, проблемы и перспективы

Глава1. Возможности генной инженерии………………………………. 4

Генная инженерия ………………………………………………….. 4
Основные этапы развития генной инженерии …………………… 6

Глава 2. Перспективы генной инженерии ……………………………… 9

2.1.Успехи в сельском хозяйстве ………………………………………… 9

2.2. Успехи в животноводстве ………………………………………… 12

Глава 3. Проблемы генной инженерии ……………………………… 15

Список использованной литературы………………………………… 19

Эпоха научно-технического и технологического прогресса, в которой обитает современное человечество, дополнилась в последние 20 лет стремительным развитием генной инженерии - биотехнологии, связанной с использованием биологических систем, живых организмов или их производных для изготовления или изменения продуктов с целью их конкретного использования. Генная инженерия расширяет наши границы и открывает новые перспективы в познании явлений природы, в решении актуальных проблем медицины, в совершенствовании и модернизации многочисленных отраслей промышленности и сельского хозяйства, в разрешении многих экологических и социальных проблем.

Успех генно-инженерных исследований уже способствовал появлению многих полезных веществ, и он, несомненно приведет и в дальнейшем к созданию и применению нового поколения вакцин, современных лекарственных препаратов и диагностических средств, пищевых продуктов и пищевых добавок, других необходимых в различных отраслях народного хозяйства веществ, а также к получению и выращиванию трансгенных (содержащих в себе не свойственные данному виду гены) микроорганизмов, растений или животных с нужными человеку признаками, к разработке новых оптимальных способов охраны окружающей среды.

Генная инженерия – самом мощный метод, имеющийся в арсенале прикладной генетики и биотехнологии, позволяющий посредством операций in vitro (в пробирке, вне организма), переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Цель генной инженерии – получение биологических структур (индивидуальных генов, белков, микроорганизмов, животных и растений) с передаваемыми по наследству свойствами, которые невозможно получить традиционными методами селекции.

Можно выделить следующие основные характеристики генетически модифицированного организма:

- это любой биологический организм способный к воспроизводству или передаче генетического материала;

- содержит искусственную генетическую программу;

- получен, с применением методов генной инженерии

Бурное развитие генно-инженерных технологий помимо неоспоримого прогресса может оказать не только положительное, но в некоторых случаях и отрицательное воздействие на окружающую среду и человека.

Целью данной работы является изучение генной инженерии

Задачи работы - рассмотреть возможности, проблемы и перспективы генной инженерии.

Работа состоит из введения, глав основной части, заключения, списка литературы.

Во введении определена цель и соответствующие ей задачи.

В первой главе рассмотрены возможности и основные этапы развития генной инженерии, возникновение идеи переноса генов от одного организма в другой .

Во второй главе рассмотрены успехи генной инженерии в сельском хозяйстве и животноводстве

Глава третья выделяет основные проблемы, возникающие в связи с применением методов генной инженерии в различных областях.

В заключении сделан вывод о вкладе генной инженерии в решение глобальних проблем человечества.

Глава1. Возможности генной инженерии

1.1. О генной инженерии.

Генная инженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики. На протяжении многих лет главным классом макромолекул считали белки. Существовало даже предположение, что гены имеют белковую природу. Лишь в 1944 году Эйвери, Мак Леод и Мак Карти показали, что носителем наследственной информации является ДНК. С этого времени начинается интенсивное изучение нуклеиновых кислот. Спустя десятилетие, в 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК. Именно этот год принято считать годом рождения молекулярной биологии. Формально датой рождения генетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг, С. Коэн, Х. Бойлер с сотрудниками создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. coli.

Сама идея переноса генов от одного организма в другой взята учеными из природы. Изучая почвенную бактерию Agrobacterium tumefaciens, образующую на стволах деревьев и кустарников характерные наросты, они обратили внимание на ее изощренную способность паразитировать. Эта бактерия, используя повреждение растения, внедряется туда и переносит в ядро его клетки фрагмент собственной ДНК, который встраивается в геном растения, вследствие чего оно начинает производить питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности агробактерий. Не менее яркий пример — возбудители различных заболеваний — вирусы, обладающие способностью встраиваться в геном клетки хозяина, которая затем при делении воспроизводит помимо собственного еще и вирусный геном. Такой природный механизм горизонтального переноса генов (между отдельно существующими организмами, а не от родителей к потомству) и стал принципом генной инженерии.

1.2. Основные этапы развития генной инженерии:

1972 г. – впервые синтезирован ген

Группа исследователей во главе с американским биохимиком Полом Бергом, работавшим в Стэнфордском университете в Калифорнии, сообщила о создании вне организма первой рекомбинантной ДНК. Ее еще называют гибридной, т.к. она состоит из ДНК-фрагментов различных организмов. Первая рекомбинантная молекула ДНК состояла из фрагментов кишечной палочки (E. Coli – Escherihia coli), группы генов самой этой бактерии и полной ДНК вируса SV40, вызывающего развитие опухолей у обезьяны. Такая рекомбинантная структура теоретически могла обладать функциональной активностью в клетках, как кишечной палочки, так и обезьяны. Она могла как челнок “ходить” между бактерией и животным. За эту работу Полу Бергу в 1980 году присуждена Нобелевская премия.

1973 г. – клонирован первый бактериальный ген (клонирование – получение множества идентичных копий);

1973 г. Стэнли Кохэн и Герберт Бойер впервые перенесли ген из организма в организм (внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli).) - рождение генной инженерии);

1976 г. – получены соматотропин и инсулин человека с помощью кишечной палочки;

Соматотропин - гормон роста человека - получают из бактерии Е.coli (кишечной палочки). Соматотропин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Он вырабатывается в гипофизе и контролирует рост человеческого тела; его недостаток приводит к карликовости. Соматотропин – единственное средство лечения детей, страдающих карликовостью из-за недостатка этого гормона. До развития генной инженерии его выделяли из гипофизов от трупов. Соматотропин, синтезированный в специально сконструированных клетках бактерий, имеет очевидные преимущества: он доступен в больших количествах, его препараты являются биохимическими чистыми и свободны от вирусных

1982 г. – получены первые трансгенные животные (мыши);

1983 г. – получены первые трансгенные растения;

Удалось успешно внедрить новые гены в десятки видов растений, создать растения табака со светящимися листьями, томаты, легко переносящие заморозки, кукурузу, устойчивую к воздействию пестицидов.

1985г.–получены первые трансгенные сельскохозяйственные животные (кролики, свиньи, овцы);

Достаточно убрать из яйцеклетки ядро, имплантировать в нее ядро другой клетки, взятой из эмбриональной ткани, и вырастить ее — либо в пробирке, либо в чреве приемной матери. Этот эксперимент открывает массу новых возможностей для клонирования элитных пород, взамен многолетней селекции.

1992 г. В США и ЕС введены правила, регулирующие использование ГМО;

1994 г. – на рынок США поступили трансгенные томаты;

Новым свойством помидора стала способность месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12 градусов. Но как лишь его помещают в тепло, он за несколько часов становит ся спелым.

1995 г. – на рынок США поступила трансгенная соя;

1996 г. – на рынок Великобритании поступили трансгенные томаты;

1997 г. – в США выращивают 18 трансгенных растений;

для профилактики слепоты у детей развивающихся стран, где рис – основной продукт питания

2000 г. – расшифрован геном человека;

Ожидается, что благодаря расшифровке генома будут разработаны препараты для лечения такого опасного заболевания, как СПИД, чуть позже будут определены гены, которые связаны со злокачественными новообразованиями, а к 2010-2015 году будут установлены механизмы возникновения почти всех видов рака. К 2020 году может быть завершена разработка препаратов, предотвращающих рак.

2001 г. ЕС отменил мораторий на ГМО;

2004 г. – уточнен геном человека.

Теоретические предпосылки формирования генной инженерии как науки. Создание трансгенных растений. Объекты, полученные в результате клонирования. Задача изменения генома взрослого человека. Преимущества генной инженерии, научные факторы ее опасности.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	17.06.2014
Размер файла	32,0 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Краевое государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

Генная инженерия, перспективы и опасности развития

студент 1 курса группы 120

специальности Акушерское дело 060102

1. Генетическая инженерия

1.1 Теоретические предпосылки формирования генной инженерии как науки

1.2 Общая характеристика генетической инженерии

1.3 Возможности генной инженерии

1.4 Области практического применения генной инженерии

2. Преимущества генной инженерии

3. Научные факторы опасности генной инженерии

4. Перспективы генной инженерии

В настоящее время в центр молекулярной генетики становятся методы генетической инженерии, с помощью которых осуществляется целенаправленное изменение генетических свойств организмов. Генетическая инженерия - область молекулярной биологии и генетики, которая ставит перед собой задачи конструирования генетических структур по ранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой. Генно-инженерные исследования вносят уникальный вклад в изучение структурно-функциональной организации геномов различных организмов. Методология генной инженерии постоянно совершенствуется, и все больше исследователей используют ее при решении самых разных задач биологической науки.

Возможности, открываемые генетической инженерией перед человечеством, как в области фундаментальной науки, так и во многих других областях, весьма велики и нередко даже революционны. Так, она позволяет осуществлять индустриальное массовое производство нужных белков, значительно облегчает технологические процессы для получения продуктов ферментации - энзимов и аминокислот, в будущем может применяться для улучшения растений и животных, а также для лечения наследственных болезней человека.

Таким образом, генетическая инженерия, будучи одними из магистральных направлений научно-технического прогресса, активно способствуют ускорению решения многих задач, таких, как продовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая, экологическая.

Но особенно большие возможности генетическая инженерия открывает перед медициной и фармацевтикой, поскольку ее применение может привести к коренным преобразованиям медицины. Многие болезни, для которых в настоящее время не существует адекватных методов диагностики и лечения (раковые, сердечнососудистые, вирусные и паразитные инфекции, нервные и умственные расстройства), с помощью генетической инженерии станут доступны и диагностике, и лечению.

1. Генетическая инженерия

1.1 Теоретические предпосылки формирования генной инженерии как науки

Начальные работы американских учёных Уотсона и Крика были произведены в 1953 году. Они дали возможность развиваться генной инженерии в качестве самостоятельного раздела науки. Эти открытия заключены в следующем: была открыта двойная структура ДНК и постулирован её матричный синтез. Двойная спираль ДНК при репликации разделится и вдоль нити ДНК, специальные ферменты-полимеры, собирают точные копии материнской ДНК, таким образом, в клетке перед делением две совершенно одинаковые молекулы ДНК, одна из которых после деления клетки попадает в дочернюю клетку. Таким образом, дочерняя клетка несет ту же самую информацию, что и материнская, следовательно, выполняет те же самые функции. Итак, в клетках живого организма возможен особый тип реакции - матричный синтез. Одна молекула - матрица, а вторая строится по её программе.

По тому же самому механизму осуществляется сборка РНК, только не двух спиралей, а одной. Этот процесс получил название - транскрипция. Поток информации в клетке обеспечивает реакции матричного синтеза: репликация ДНК (необходима для передачи наследственной информации дочерним клеткам), транскрипция (синтез и-РНК в ядре клетки) и трансляция (сборка белковой цепи на и-РНК при помощи рибосомы).

В прошлом генетика и медицинская генетика развивалась как относительно независимые отрасли науки, теперь многие из их разделов оказались вовлечёнными в общее русло молекулярно-генетических исследований, и провести между ними грань - трудно.

1.2 Общая характеристика генетической инженерии

Генетическая инженерия - это методы получения рекомбинантных ДНК, объединяющих последовательности равного происхождения, т.е. осуществляется перенос целых хромосом от клеток-доноров в клетки-реципиенты.

В основу генно-инженерных методов заложена способность ферментов рестриктаз расщеплять ДНК на отделочные нуклеотидные последовательности, которые могут быть использованы для встраивания их в гены бактериальных клеток с целью получения гибридных или химерных форм, эти гибридные формы состоят из собственной ДНК и дополнительно встроенных фрагментов несвойственной им ДНК. Поэтому методами генетической инженерии добиваются клонирования генов. Это когда выделяют нужный отрезок ДНК из какого-либо биообъекта и затем получают любое количество его, выращивая колонии генетически идентичных клеток, содержащих заданный участок ДНК. Клонирование ДНК - это получение ее генетически идентичных колоний.

Генетическая инженерия подразделяется на генную, геномную и хромосомную.

Сущность первой (генной) состоит в целенаправленном использовании перестроек естественного генома, для изменения генетических характеристик известных вирусов и клеток. В качестве примера можно привести перемещение в вирусные геномы некоторых клеточных генов, придающих вирусам свойства онкогенности.

Сущность геномной инженерии заключается в целенаправленной глубокой перестройке генома прокариот вплоть до создания новых видов. При геномной инженерии вносят большое количество дополнительной генетической информации и получают гибридный организм, который отличается от исходного, по многим признакам.

Хромосомная инженерия - сеть генетической инженерии, объектами ее является хромосомы клеток высших и низших микроорганизмов (прокариоты, эукариоты), благодаря хромосомной инженерии стало возможным лечение наследственных заболеваний, селекция пород животных, различных видов растений.

1.3 Возможности генной инженерии

На технологии рекомбинантных ДНК основано получение высокоспецифичных ДНК-зондов, с помощью которых изучают экспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены, обладающие родственными функциями (например, у человека и курицы). ДНК-зонды также используются в диагностике различных заболеваний.

Если гибридную ДНК ввести в оплодотворенное яйцеклетку, могут быть получены трансгенные организмы, экспрессирующие мутантный ген и передающие его потомками. Генетическая трансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковых продуктов, как в регуляции активности других генов, так и при различных патологических процессах. С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками. Например, микроинъекция рекомбинантной ДНК, содержавшей ген соматотропина быка, в зиготу кролика позволила получить трансгенное животное с гиперпродукцией этого гормона. Сейчас даже трудно предсказать все возможности, которые будут реализованы в ближайшие несколько десятков лет.

1.4 Области практического применения генной инженерии

Создание трансгенных растений.

Еще 10 лет тому назад биотехнология растений заметно отставала в своем развитии, но за последние 3 года наблюдается быстрый выброс на рынок трансгенных растений с новыми полезными признаками. Трансгенные растения в США в 1996 году занимали площадь 3 млн. акров, в 1997 году площадь увеличилась до 15 млн. акров, в 1998 году - до 60 млн. акров, а в 2000 году до 80 млн. акров. Темпы расширения площади просто поражают своей быстротой. Поскольку основные трансгенные формы кукурузы, сои, хлопчатника с устойчивостью к гербицидам и насекомым хорошо себя зарекомендовали, то не сложно догадаться, что площадь под генноиженерные растения в 2001 году увеличилась примерно в 4-5 раз.

В апреле 1998 года доля в процентах трансгенных форм растений в сельском хозяйстве составила: кукуруза - 6%; соя - 12%; хлопчатник - 15%; томаты -

Центральная проблема биологии - это управление жизнью, основанное на позиции ее сущности. Главная цель биологии - решение практических задач сельского хозяйства, медицины и управление эволюцией жизни. Задача состоит в создании условий для резкого подъёма продуктивности растений, животных и микроорганизмов; в овладении способами борьбы за здоровье, долголетие, длительную юность человека; в разработке методов управления генетическими процессами, лежащими в основе эволюции видов; в решении проблем, связанных с широким использованием атомной энергии, с химизацией на родного хозяйства, с полётами космических кораблей.

Наука не только решает задачи, которые ставит перед собой сегодняшний день, но и подготовляет завтрашний день техники, медицины, сельского хозяйства, межзвездных полётов, покорения природы. Одна из самых перспективных наук - генетика, изучающая явления наследственности и изменчивости организмов. Наследственность - одно из коренных свойств жизни, она определяет воспроизведение форм в каждом последующем поколении. И если мы хотим научиться управлять развитием жизненных форм, образованием полезных для нас и устранением вредных, - мы должны понять сущность наследственности и причины появления новых наследственных свойств у организмов.

Генетическая инженерия

Генная инженерия - это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.

Носителями материальных основ генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. Но гены образования не химические, а функциональные. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков, хранящих определенный объем информации - генов. В основе действия гена лежат его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК как бы записана информация, определяющая химическую структуру белковых молекул. Ген - участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка (один ген -- один белок). Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляет ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации

Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов, не связанные с видимыми в микроскопе изменениями строения хромосом. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК. Информация о структуре белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала. Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов.

Перспективы генной инженерии

Перспективы применения генной инженерии для совершенствования штаммов микроорганизмов сегодня кажутся почти неограниченными. Безусловно, будет развиваться такое направление, как создание штаммов-продуцентов белков человека, сельскохозяйственных животных и растений. Это направление связано не только с медициной и ветеринарией, но и с пищевой промышленностью. Близки к завершению работы по созданию микробиологической технологии производства ренина (фермента сычуга телят), используемого в сыроделии, сладкого белка — тау-матина (~ в 3000 раз слаще сахара) и других продуктов. Ведутся работы по совершенствованию штаммов дрожжей, используемых в пивоварении и виноделии. Этим организмам передаются гены, которые могут обеспечить усвоение пентоз, разрушение фенольных соединений, конкурентоспособность при росте в нестерильных условиях.

Начаты работы по созданию процесса переработки крахмала в этиловый спирт с помощью бактерий, что значительно ускоряет и удешевляет его производство.

Камнем преткновения часто является не методология генной инженерии, а неполное знание биохимических путей синтеза того или иного соединения, и недостаточная разработанность генетики многих промышленных штаммов. Именно по этим причинам до сих пор не создан этим методом ни один штамм-продуцент антибиотиков, очень ограничено число штаммов-продуцентов первичных и вторичных метаболитов.

Развитие генной инженерии в будущем по заявлению учёных может принести много благ для здоровья человека и его личностного потенциала. Будущее ставит перед человечеством множество проблем, с которыми эффективно могут справляться люди высокоорганизованные, здоровые с большим интеллектуальным потенциалом. Благодаря генной инженерии и генетике можно будет выращивать отдельные положительные качества людей, как в детском, так и во взрослом возрасте. Человек будет иметь возможность усилить свои умственные способности, иммунитет и продолжительность жизни благодаря лишь внедрению определённых генов в организм. Очень заманчивая перспектива, учитывая, что многие учёные, среди которых первооткрыватели ДНК говорят о том, что глупость основывается на генетике и может быть излечима.

Генная инженерия в перспективе сможет побороть генетические заболевания, и здоровье человека поднимется на новую ступень. Люди избавятся от старения, и им не придётся наблюдать за тем, как увядают их тела. К примеру, известно, что старение вызывается сокращением теломер в процессе деления клеток. Теломеры располагаются на концах хромосом и осуществляют функцию защиты ДНК. В конце 90-х годов двадцатого столетия учёные внедрили в клетку ген, который восстанавливает белок теломеразы, отвечающий за восстановление теломер. Таким образом, учёные сделали клетку бессмертной.

Некоторые особенности новых технологий 21 века могут привести к большим опасностям, чем существующие средства массового уничтожения. Прежде всего, - это способность к саморепликации. Разрушающий и лавинно самовоспроизводящийся объект, специально созданный или случайно оказавшийся вне контроля, может стать средством массового поражения всех или избранных. Для этого не потребуются комплексы заводов, сложная организация и большие ассигнования. Угрозу будет представлять само знание: устройства, изобретённые и изготовленные в единичных экземплярах, могут содержать в себе всё, необходимое для дальнейшего размножения, действия и даже дальнейшей эволюции - изменению своих свойств в заданном направлении. Успех в этой отрасли науки сможет радикально поднять производительность труда и способствовать решению многих существующих проблем, прежде всего, подъему уровня жизни каждого человека, но, в то же время, и создать новые разрушительные средства.

Заключение

Генная инженерия - удивительное явление в науке, когда разработка новой методологии дает мощный толчок развитию нашего понимания окружающей природы, ее сокровенных глубин.

Исследования в области генной инженерии вносят уникальный вклад в изучение структурной и функциональной организации геномов различных организмов. Методология генной инженерии постоянно совершенствуется, и все больше исследователей используют ее для решения самых разных задач биологической науки.

Штаммы бактерий, дрожжей и клеточные линии были созданы с использованием методов генной инженерии, которые с высокой эффективностью производят биологически активные белки человека и животных. Это позволяет получать эукариотические полипептиды в огромных количествах по сравнению с недавним прошлым, что упрощает процедуру их очистки до индивидуального состояния. Работа по созданию штаммов-продуцентов очень важна для медицины и ветеринарии и революционизирует быстро развивающуюся отрасль - биотехнологию. Чрезвычайно интересны исследования по созданию трансгенных животных и растений, содержащих и выражающих чужеродную генетическую информацию.

Общие принципы и методы генной инженерии

Генная инженерия - это новая отрасль экспериментальной молекулярной биологии. Возникновение его методологии стало возможным благодаря предыдущей работе многих исследователей в различных областях биохимии и молекулярной генетики. Основные достижения, которые привели к зарождению и успешному развитию генной инженерии, включают следующее:

доказательство в 1944 г. О. Эйвери с соавторами роли ДНК как носителя генетической информации и открытие в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком структуры ДНК;
экспериментальное подтверждение универсальности генетического кода;
интенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой являются в первую очередь бактерия Escherichia coli, а также ее вирусы и плазмиды;
разработка простых методов выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК плазмид и вирусов;
разработка методов введения в чувствительные клетки молекул ДНК вирусов и плазмид в биологически активной форме, обеспечивающей репликацию молекул ДНК и / или экспрессию кодируемых ими генов;
открытие ряда ферментов, использующих ДНК в качестве субстрата для катализируемых ими реакций, особенно рестрикционных ферментов и ДНК-лигаз.

Объединение в начале 1970-х гг. ранее независимо разработанные методы позволили создать современную стратегию генной инженерии, суть которой заключается в следующем:

фрагменты молекул ДНК любого исследуемого организма или искусственно синтезированные сегменты ДНК ферментативно встраиваются в небольшую молекулу ДНК, способную реплицироваться в клетке автономно от хромосомы (плазмидная или вирусная ДНК);
полученные молекулы (гибридная ДНК) вводятся в чувствительные прокариотические или эукариотические клетки, где они реплицируются, умножая встроенные фрагменты ДНК в свой состав;
с помощью определенных методов отбираются клоны клеток или вирусов, содержащие отдельные типы гибридных молекул ДНК;
идентифицированные гибридные ДНК подвергаются разностороннему структурно-функциональному изучению, особую роль играют высокоэффективные методы расшифровки нуклеотидной последовательности (секвенирование) фрагментов ДНК.

Применение генной инженерии в медицине

Синтез чужеродных белков для медицинского использования в растениях

Растения использовались в медицинских целях на протяжении тысяч лет, но генная инженерия позволила создать новые растения, белковые продукты которых важны для лечения различных заболеваний. Гены терапевтически важных белков человека и животных можно вводить в различные системы экспрессии, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Идеальная система экспрессии - это самая безопасная и обеспечивающая производство биологически активного продукта с наименьшими затратами. Система клеток млекопитающих может синтезировать человеческие и животные белки, которые максимально похожи на природные белки, но культивирование таких клеток является дорогостоящим и ограниченным по масштабу. Бактерии могут производиться в больших масштабах, но синтезируемые в них эукариотические белки не всегда имеют правильную третичную структуру. Кроме того, они не могут подвергаться посттрансляционной модификации.

Производство рекомбинантных белков в растениях имеет ряд потенциальных преимуществ перед другими системами экспрессии чужеродных генов. Растительные системы дешевле, чем выращивание в биореакторах (ферментерах). Все, что требуется для нормальной жизни растений, - это содержащиеся в почве минеральные соединения, вода, энергия солнечного света и углекислый газ. В растениях возможна посттрансляционная модификация синтезированных чужеродных полипептидов. Обязательным условием образования функционально активных белков является правильная укладка полипептидной цепи. У млекопитающих за это ответственны по крайней мере два шаперона, BiP / GRP78 и GRP94. У высших растений сигнальные последовательности (например, Lys-Arg-Glu-Leu на С-конце полипептида) направляют белки в эндоплазматический ретикулум, где обнаруживаются шапероны, гомологичные BiP / GRP78 и GRP94.

Важной особенностью растений по сравнению с культурами клеток млекопитающих и трансгенных животных является то, что они не могут вырабатывать такие патогены человека и животных, как вирусы, прионы и т. д., что обеспечивает гораздо большую безопасность генно-инженерных продуктов, выделенных из растений. Примеры в таблице.

Уже существуют технологии сбора и обработки растений в больших объемах, что значительно упрощает и удешевляет работу с посевами трансгенных растений.

Белки, образующиеся в семенах, клубнях и плодах, очень стабильны и могут храниться в них без изоляции в течение длительного времени.

Очистка значительно увеличивает стоимость медицинских рекомбинантных белков. Когда некоторые белки синтезируются в зернах риса, пшеницы, плодах томатов, бананов и т. д., возможно введение их в организм алиментарно (с пищей) без предварительной очистки, что значительно удешевит стоимость таких препаратов.

Наиболее впечатляющие практические достижения

Среди многих достижений генной инженерии, получивших применение в медицине, наиболее значительным является производство человеческого инсулина в промышленных масштабах.

Все широко и печально известны таким заболеванием, как сахарный диабет, когда человеческий организм теряет способность вырабатывать физиологически важный гормон инсулин. В результате в крови накапливается сахар, и пациент может умереть. Инсулин издавна получают из органов животных и применяют в медицинской практике. Однако длительное применение животного инсулина приводит к необратимому повреждению многих органов пациента из-за иммунологических реакций, вызванных инъекцией инсулина животного происхождения, чужеродного для человеческого организма. Но даже потребность в инсулине животного происхождения до недавнего времени удовлетворялась лишь на 60-70%. Так, в 1979 году из 6 миллионов пациентов во всем мире только 4 миллиона получали инсулин. Пациенты умерли без лечения инсулином. А если учесть, что среди больных сахарным диабетом много детей, становится ясно, что для многих стран эта болезнь превращается в национальную трагедию.

Генные инженеры решили клонировать ген инсулина в качестве первой практической задачи. Клонированные гены человеческого инсулина были вставлены с плазмидой в бактериальную клетку, где начался синтез гормона, который природные штаммы микробов никогда не синтезировали. С 1982 года фирмы в США, Японии, Великобритании и других странах производят генно-инженерный инсулин. Проблема решена. Приблизительно 200 г инсулина получается из 1000 литров бактериальной культуры, что равно количеству, полученному из 1600 кг поджелудочной железы животных. Параллельно решалась проблема иммунологического поражения организмов диабетиков инсулином животного происхождения.

Производство и продажа инсулина была начата американской фирмой Eli Lilly. Мировой рынок инсулина в настоящее время составляет более 400 миллионов долларов, годовое потребление - около 2500 кг.

Более двадцати фирм в Японии и несколько американских фирм разрабатывают еще один очень важный препарат - интерферон, который эффективен при различных вирусных заболеваниях и злокачественных новообразованиях. Первым из этих соединений, появившихся на рынке, был интерферон альфа, за ним последовал интерферон бета.

Другой эффективный противораковый препарат - интерлейкин - производится в Японии и США. Интересно отметить, что сегодня американский рынок генно-инженерных лекарств сопоставим с такими распространенными лекарствами, как антибиотики. К 2000 году стоимость продуктов, созданных с помощью генной инженерии, в Соединенных Штатах достигнет 50 миллиардов долларов в год.

В медицинскую практику уже внедрено около 200 новых диагностических препаратов, более 100 генно-инженерных препаратов проходят клинические исследования. Среди них лекарства, которые лечат артроз, сердечно-сосудистые заболевания, некоторые опухолевые процессы и, возможно, даже СПИД. Среди нескольких сотен фирм генной инженерии 60% работают над производством лекарств и диагностических продуктов.

Генная терапия

Неблагоприятная экологическая обстановка и ряд других подобных причин приводят к тому, что все больше детей рождается с серьезными наследственными дефектами. В настоящее время известно 4000 наследственных заболеваний, для большинства из которых не найдено эффективного лечения.

Генные инженеры уже внесли свой вклад в решение этой проблемы, разработав диагностические продукты, которые могут обнаруживать генетические аномалии во время беременности, что позволяет предотвратить рождение больного ребенка. Однако более одного процента всех новорожденных имеют генетические заболевания, которые приводят к физическим и умственным нарушениям, а также к ранней смерти.

Наиболее многообещающие результаты ожидаются в случаях, когда заболевание вызвано дефектом одного гена. В этом случае считается, что можно будет ввести нормальный ген в соматические клетки, нацеленный на то место на хромосоме, где находится дефектный ген. При гомологичной рекомбинации введенный ген заменит дефектный. В некоторых случаях одной такой процедуры будет достаточно, чтобы вылечить болезнь. Однако на практике очень сложно контролировать судьбу внедренной в клетки ДНК, и для одной правильной вставки в ген приходится более 1000 случайных. Разрабатывается другой подход, когда введенный ген не заменяет дефектный, а компенсирует его функцию, вставляя в хромосому в другом месте.

Исследования ведутся очень интенсивно, хотя до реализации программы лечения большинства наследственных заболеваний еще предстоит пройти долгий и трудный путь. Способность вылечить такие заболевания путем введения нормальных генов - это настолько благородное дело, что в некоторых странах исследования генной терапии считаются высшим приоритетом и финансируются в первую очередь.

Заключение

В заключение хочу скачать, что генная инженерия - молодая отрасль науки и сложно предсказать, что произойдет. Но ее вклад в медицину неоспорим, благодаря генной инженерии излечены многие болезни, и у нее много перспектив.

Генная инженерия может перевернуть всю сущность человечества и начать новую эру или вызвать смерть, если это не используется во благо человечества.

Список литературы

Посмотрите похожие темы рефератов возможно они вам могут быть полезны:

Читайте также: