Реферат генная инженерия растений

Обновлено: 04.07.2024

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

Глава 2. Перспективы генной инженерии

2.1.Успехи в сельском хозяйстве

Значительные успехи достигнуты в генной инженерии растений. В основе этой техники лежат методы культивирования клеток и тканей растений in vitro и возможность регенерации целого растения из отдельных клеток

С начала 80-х годов получено множество геномодифицированных сортов зерновых культур. На конец первого десятилетия XXI века ими засеяно 120 млн. га. земельных угодий по всему миру. Отмечен высокий уровень урожайности, его устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям и полное отсутствие паразитов, пожирающих необходимые для людей злаки.

Выведены невиданные раньше сорта картофеля, кукурузы, сои, риса, рапса, огурцов. Количество видов растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, превышает цифру 50. Трансгенные плоды имеют более длительный срок созревания, чем обычные культуры. Этот фактор прекрасно сказывается при транспортировке, когда не надо бояться, что продукт перезреет.

Отпадает надобность в селекции. Отличие генетической инженерии от традиционной селекции состоит в том, что при селекции перенос генов осуществляется только между близкородственными растениями, генная же инженерия позволяет перенести в растение гены из любого организма.

Основные направления генной инженерии растений связаны с созданием культур, устойчивых к насекомым-вредителям, гербицидам и вирусам, способных к азотфиксации, а также с повышением качества и количества пищевых продуктов.

1) Растения, устойчивые к насекомым. Для создания устойчивых к насекомым растений в их геном встраивают ген токсина, выделенный из Bacillus thuringiensis (этот микроорганизм вызывает болезни у чешуекрылых и развиваясь в организме насекомого, выделяет ВТ-токсин). Считается, что токсин не оказывает действия на человека. Растения, способные к синтезу токсина, проявляют устойчивость к некоторым вредителям. Это позволяет снизить применение пестицидов на полях, что снижает загрязнение окружающей среды. Наиболее безопасные проекты связаны с трансгенным хлопчатником, синтезирующим ВТ-токсин. Устойчивый к насекомым трансгенный рапс позволит получать техническое растительное масло с меньшими затратами и с меньшим вредом для окружающей среды (рапс сегодня - одна из наиболее химизированных культур)

3) Растения, устойчивые к гербицидам. Одной из технологий, позволяющей удешевить процесс борьбы с сорняками, является получение гербицид-устойчивых культурных растений. По новой технологии обработку полей неселективными гербицидами можно проводить весь сезон, что улучшает результаты их применения, сокращает расходы.

4) Повышение устойчивости растений. Для нашей страны актуально получение морозостойких сортов растений. Важно придать теплолюбивым культурам устойчивость к заморозкам. Основным повреждающим агентом при замерзании является кристаллический лед. Для предотвращения его образования некоторые рыбы и насекомые выделяют особые гидрофильные белки. Гены этих белков можно перенести в растения, и их морозостойкость повысится.

5) Биосинтез инсулина, антител и др. белков для нужд медицины. Производство генно-инженерных белков в трансгенных клетках бактерий или дрожжей практикуется уже достаточно давно. Однако, возникает проблема правильной можификации таких белков в бактериальных или дрожжевых клетках. Часто белок так и не принимает нужной конформации или слегка отличается по аминокислотному составу, что нежелательно. Растения являются эукариотными органзмами, достаточно близкими к животным биохимически, поэтому было предложено получать белки для нужд медицины из трансгенных растений. Поскольку организовать выращивание растений дешевле, чем выращивание бактерий или дрожжей, а получаемый продукт будет более качественным, можно ожидать большого экономического эффекта от внедрения этой технологии. В медицинской практике используется не вся биомасса растения, а выделенный из нее индивидуальный компонент (белок), т.е. препарат проходит предвартельную очистку и должен быть безопасным для здоровья людей.

2.2. Успехи в животноводстве

Животноводство также находится в зоне интересов генной инженерии. Исследования по созданию трансгенных овец, свиней, коров, кроликов, уток, гусей, кур считаются в наши дни приоритетными. Здесь большое внимание уделяется именно животным, которые могли бы синтезировать лекарственные препараты: инсулин, гормоны, интерферон, аминокислоты.

Генетически модифицированные коровы и козы могли бы давать молоко, в котором содержались бы необходимые составляющие для лечения такого страшного заболевания, как гемофилия. Инсулин, антитрипсин тоже можно получать из питательной белой жидкости. Не надо забывать и о стоимости. Создание такого типа биологических лекарств обойдётся раз в 20 дешевле, чем производство соответствующих медикаментов при помощи традиционной химии.

Следующий этап генной инженерии – создание трансгенных овец, которые синтезируют химозин в молоке. Небольшое стадо таких овец в нашей стране находится в Горках Ленинских под Москвой. Эти овцы синтезируют до 300мг/л фермента в молоке. Для процесса сыроварения белок можно не выделять, а использовать просто в составе молока. Одна трансгенная овца может произвести с молоком такое количество лекарств, которое достаточно для лечения сотен тысяч больных. Это ценное свойство трансгенные животные передают потомству.

Другой пример относится к биоматериалам. Ученые давно обратили внимание на очень ценные механические свойства материала, из которого пауки плетут сети, паутинки или, как еще называют паучий шелк. Паутинка примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Этот материал мягче хлопка, прочнее стали, обладает уникальной эластичностью, практически не меняет свойств при изменении температуры. Материал идеально подходит для многих практических целей: парашютного корда, бронежилетов и др.вопрос, где взять большое количество паутины по сходной цене? Разведение пауков не приемлимо с экономической и технической точек зрения.

На помощь пришла генная инженерия. Ученые выделили гены, ответственные за синтез белков паутины, и перенесли их в микроорганизмы.

Успешно ведутся работы по регулированию обмена веществ, от которого напрямую зависит продуктивность. В овцеводстве вполне реально создать животных, предрасположенных к быстрому росту шерсти. Массовое выведение более крупных пород свиней – дело ближайших лет. То же касается и домашней птицы.

Но самое наверное перспективное в генной инженерии – это клонирование животных. Под этим термином понимается копирование клеток, генов, антител и многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Такие экземпляры генетически одинаковы. Наследственная изменчивость возможна только в случае случайных мутаций или, если создана искусственно. Благодаря клонированию можно воспроизводить очень ценные с той или иной точки зрения особи. Это могут быть и представители пород крупного рогатого скота, и овец, и свиней, и скаковых лошадей, и редких пород собак. Примером такого процесса может служить овечка Долли, успешно клонированная из клетки другого взрослого существа. Она появилась на свет в Великобритании 5 июля 1996 года, прожила шесть с половиной лет и умерла 14 февраля 2003 года.

Приведенные примеры далеко не охватывают всех практических аспектов применения генной инженерии.

Содержание

Основная часть. 5

Генетическая инженерия как наука. 5

Направления генетической инженерии. 7

Генетическая инженерия растений. 9

Плюсы и минусы генетической инженерии. 11

Список использованной литературы.. 14

Прикрепленные файлы: 1 файл

генная инженерия 1.docx

Содержание:
Введение. 3

Основная часть. 5

Генетическая инженерия как наука. 5

Направления генетической инженерии. 7

Генетическая инженерия растений. 9

Плюсы и минусы генетической инженерии. 11

Список использованной литературы.. 14

Введение

В 1972 году появилась первая публикация, в которой сообщалось о получении in vitro рекомбинантной ДНК, состоящей из фрагментов разных молекул ДНК: вирусной, бактериальной и фаговой. Работа была выполнена американским ученым Полом Бергом с сотрудниками и ознаменовала рождение новой отрасли молекулярной биологии - генетической (генной) инженерии.

С тех пор началось бурное развитие этой науки. Однако после первых успешных экспериментов с рекомбинацией молекул ДНК в пробирке появились первые сомнения и опасения, не принесет ли генная инженерия вред природе и человечеству. В июле 1974 года несколько крупных ученых обратились к научной общественности с предложением наложить мораторий на работы с рекомбинантными ДНК in vitro. В феврале 1975 года в Калифорнии на Асиломарской конференции собрались 140 ученых разных стран, работающих в области генной инженерии. Всесторонне изучив результаты и возможные последствия, ученые пришли к выводу, что потенциальные опасности невелики, так как рекомбинантные штаммы в природных условиях нежизнеспособны и их бесконтрольное распространение маловероятно. Было решено прервать мораторий и продолжить исследования с соблюдением специально разработанных правил. Сегодня мы можем отметить, что почти за четверть века своего существования генная инженерия не причинила никакого вреда самим исследователям, не принесла ущерба ни природе, ни человеку. Свершения генной инженерии как в познании механизмов функционирования организмов, так и в прикладном плане весьма внушительны, а перспективы поистине фантастичны. Этими фактами обуславливается актуальность проблемы.

Цель работы – изучив материал о генетической инженерии, сформулировать ее плюсы и минусы
Задачи работы:

1. Изучить литературу по теме

2. Выделить направления генетической инженерии

Основная часть

Генетическая инженерия как наука

Генетическая инженерия — направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств.

В основе генной инженерии лежат достижения молекулярной биологии и прежде всего установление универсальности генетического кода (у всех организмов включение одних и тех же аминокислот в строящуюся полипептидную цепь белка кодируется одними и теми же последовательностями трех нуклеотидов в цепи ДНК). Методом генной инженерии получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон. И хотя эта технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине, например, это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. Таким путем получены продуценты ряда антибиотиков, аминокислот, витаминов, во много раз более эффективные, чем их продуценты, выведенные традиционными методами генетики и селекции. В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам. Из практических достижений Г. и. наиболее важными являются создание продуцентов биологически активных белков — инсулина, интерферона, гормона роста и др., а также разработка способов активизации звеньев обмена веществ, которые связаны с образованием низкомолекулярных биологически активных соединений. Таким путем получены продуценты ряда антибиотиков, аминокислот, витаминов, во много раз более эффективные, чем их продуценты, выведенные традиционными методами генетики и селекции. г и. разрабатываются способы получения чисто белковых вакцин против вирусов гепатита, гриппа, герпеса, ящура, реализована идея использования для вакцинации комбинированного вируса осповакцины, в геном которого встроены гены, кодирующие синтез белков других вирусов (например, вирусов гепатита или гриппа). В результате прививки таким вирусом организм получает возможность выработать иммунитет не только против оспы, но и против гепатита, гриппа или другого заболевания, вызываемого тем вирусом, синтез белка которого котируется встроенным геном.

Направления генетической инженерии

Можно выделить три направления генной инженерии:

1. Генетическая трансформация клеток бактерий

2. Введение генов в клетки млекопитающих

3. Генная инженерия растений

Более подробно остановимся на пунктах 2 и 3.

Лечение заболеваний с помощью генов получило название генотерапии. Сейчас в мире насчитывается порядка 400 проектов, посвященных лечению с помощью генотеропии.

Огромные перспективы открывает использование генотерапии для лечения онкологических заболеваний. Многолетние усилия ученых привели к пониманию того, что рак — это генетическое заболевание и его развитие происходит многостадийно, в результате серии генетических нарушений, накапливающихся в клетке. Следовательно, каждый из таких отдельных генетических эффектов может стать точкой приложения генотерапевтического подхода.

Получение трансгенных животных

Если вводить ДНК в клетки многоклеточного организма, то результатом трансформации будет изменение свойств лишь небольшого числа клеток, которые приобрели новый ген или гены. Следовательно, для изменения свойств всего организма следует изменять геном половых клеток, которые перенесут новые свойства потомкам. У растений и животных целесообразно изменять такие свойства, как скорость роста, устойчивость к заболеваниям, способность адаптироваться к новым внешним условиям. В качестве маркеров в этом случае можно использовать полиморфизм длины рестрикционных фрагментов (AFLP), анализ мини-сателлитов, анализ микросателлитной ДНК (SSR), гибридизацию и т.д. Трансгенных животных можно использовать для изучения наследственных заболеваний мозга и нервной системы. Гены болезни Альцгеймера (отложение белка β-амилоида приводит к образованию характерных бляшек) и гены, отвечающие за развитие эпилепсии, болезней мозга вводятся в геном нормальных животных; при этом получают трансгенных животных-моделей, на которых можно испытывать различные терапевтические приемы.

Трансгенных животных стали использовать для исследования воспалительных и иммунологических заболеваний человека, например, ревматоидного артрита. Моделируются болезни, связанные с липидным обменом.

Генетическая инженерия растений

Генетическая инженерия растений, принадлежащая к так называемым высоким технологиям, вызывает наибольшее количество споров и дискуссий среди различных кругов общественности.

Развитие генетической инженерии растений очень актуально в настоящее время в связи с тем, что число населения мира растет, а количество пахотных земель уменьшается. С помощью генной инженерии можно повысить питательную ценность пищевых продуктов, повысить устойчивость растений к внешним условиям и многое другое. Помимо производства продуктов питания обширными областями применения генетически модифицированных растений являются создание лекарственных средств, обеспечение промышленности сырьем и прочее.

В настоящее время получением и испытанием генетически модифицированных растений занимаются сотни коммерческих фирм во всем мире с совокупным капиталом более ста миллиардов долларов. В 1999 г. трансгенные растения были высажены на общей площади порядка 40 млн. га, что превышает размеры такой страны, как Великобритания. В США генетически модифицированные растения (GM Crops) составляют сейчас около 50% посевов кукурузы и сои и более 30-40% посевов хлопчатника. Это говорит о том, что генно-инженерная биотехнология растений уже стала важной отраслью производства продовольствия и других полезных продуктов, привлекающей значительные людские ресурсы и финансовые потоки. В ближайшие годы ожидается дальнейшее быстрое увеличение площадей, занятых трансгенными формами культурных растений.

Первая волна трансгенных растений, допущенных для практического применения, содержала дополнительные гены устойчивости (к болезням, гербицидам, вредителям, порче при хранении, стрессам).

Нынешний этап развития генетической инженерии растений получил название "метаболическая инженерия". При этом ставится задача не столько улучшить те или иные имеющиеся качества растения, как при традиционной селекции, сколько научить растение производить совершенно новые соединения, используемые в медицине, химическом производстве и других областях. Этими соединениями могут быть, например, особые жирные кислоты, полезные белки с высоким содержанием незаменимых аминокислот, модифицированные полисахариды, съедобные вакцины, антитела, интерфероны и другие "лекарственные" белки, новые полимеры, не засоряющие окружающую среду и многое, многое другое. Использование трансгенных растений позволяет наладить масштабное и дешевое производство таких веществ и тем самым сделать их более доступными для широкого потребления.
Достижения генетической инженерии растений:

1. Улучшение качества запасных белков

2. Создание гербицидоустойчивых растений

3. Повышение устойчивости растений к стрессовым условиям

4. Повышение эффективности биологической азотфиксации

5. Повышение эффективности фотосинтеза

6. Получение растений с новыми свойствами

Плюсы и минусы генетической инженерии

1. Генетическая трансформация растений может ускорить селекционный процесс, сохранить наиболее желательные признаки сорта и привить два-три новых полезных

2. С помощью применения ГМР создают более дешевые лекарства (инсулин), обеспечивают промышленность сырьем

4. С помощью методов генетической инженерии возможно лечение тяжелых заболеваний человека: онкологических, наследственных заболеваний мозга и нервной системы, для исследования воспалительных и иммунологических заболеваний человека.

1. Некоторые ГМ-растения, устойчивые к насекомым-вредителям, могут быть мутагенными и оказывать сильное негативное влияние на человеческие эмбрионы.

2. Риск образования опухолей существует и при использовании трансгенных растений, отличающихся повышенной урожайностью за счет ряда ферментов. В результате внутриклеточных процессов в некоторых ГМ-сортах табака и риса накапливаются биологически активные продукты разложения этих ферментов, способные спровоцировать развитие рака.

3. Некоторые чужеродные гены могут встраиваться в кишечную микрофлору человека. Большинство ГМ-растений содержит гены устойчивости к антибиотикам. Использование таких продуктов питания может привести к тому, что традиционные методы лечения с помощью антибиотиков будут малоэффективны.

4. Введение в пищевую цепочку человека мутагенной еды может привести к распространению новых штаммов болезнетворных бактерий, а также к увеличению числа людей страдающих пищевыми аллергиями.

5. Введение чужеродных генов в клетки млекопитающих, в частности человека, опасно возникновением химер и гибридов.

6. В России не существует законодательства о генетически-модифицированных продуктах, человек зачастую не имеет информации о покупаемом им продукте, который может быть вреден.

Вывод

Как и любое достижение науки, успехи генетической инженерии могут быть использованы не только на благо, но и во вред человеку. Специально проведенные исследования показали, что опасность неконтролируемого распространения гибридных (рекомбинантных) ДНК не так велика, как представлялось ранее. Гибридные ДНК и несущие их бактерии оказались очень неустойчивыми к влияниям окружающей среды, нежизнеспособными в организме человека и животных при случайном проникновении. Известно, что в природе и без вмешательства человека имеются условия, которые обеспечивают обмен генетической информацией (так называемый поток генов). Однако на пути случайного проникновения в организм чужеродной генетической информации природа создала много эффективных барьеров. При работе с большинством гибридных молекул ДНК вполне достаточно обычных мер предосторожности, которые применяют, например, микробиологи при работе с инфекционным материалом. Для особых случаев разработаны эффективные способы биологической защиты и физической изоляции экспериментальных объектов от человека и окружающей среды.

Список использованной литературы

1. Геном, клонирование, происхождение человека.- Век 2, 2004

2. Маниатис Г. Молекулярное клонирование (методы генетической инженерии) / Маниатис Г., Фрич Э., Сэмбрук Дж. – пер. с англ.. – М., 1984;

3. Молекулярная биология клетки / Албертс Б. [и др.] . –т.1. – М., 1994

4. Уотсон Дж. Рекомбинантные ДНК / Уотсон Дж., Туз Дж., Кури Ц. – пер. с англ.. – М., 1986

СОДЕРЖАНИЕ
1. Введение стр. 3
2. Инженерия Растений стр.4-5
3. Корончатые Галлы Растений стр. 6
4. Практическое Применение Генетической Инженерии Растений стр.7-8
5. Заключение стр.9
6. Приложения стр. 10
7. Список литературы стр. 12

ВВЕДЕНИЕ
Поиски путей введения чужеродных генов в клетки высших растений интенсивно ведутся во всем мире с начала 70-х годов.Одним из импульсов к развитию методов переноса чужеродных генов в растения стали результаты детального изучения молекулярно-генетических основ опухолевого роста у растений при участии бактерий рода Agrobacterium. В результате этих исследований оказалось, что офпухолеобразующие плазмиды агробактерий (Ti - tumor inducing, индуцирующая опухоль), представляющие собой мини-кольцевые ДНК, являются природнойвекторной системой, которую сейчас используют для переноса генов в растения. Плазмида агробактерии переносит часть своей ДНК в ДНК растительной клетки, в ДНК встраивается "нужный" ген. С помощью этого уникального вектора уже получено большое число трансгенных растений. Важно также то, что методы генной инженерии сейчас используют не только в практике, это важнейшая методология для познанияфундаментальных основ организации и функционирования растительного генома.

ИНЖЕНЕРИЯ РАСТЕНИЙ
Генетическая инженерия - это система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать искусственные генетические структуры в виде так называемых рекомбинантных (гибридных) молекул ДНК. Суть генетической инженерии сводится к переносу в растения чужеродных генов, которые могут сообщать растениям полезные свойства. Такиеманипуляции осуществляются с помощью соответствующих ферментов - рестрикционных эндонуклеаз, расщепляющих молекулы ДНК в строго определенных участках, и лигаз, сшивающих фрагменты в единую рекомбинантную молекулу ДНК.
Процедуры генетической инженерии сводятся к тому, что из набора фрагментов ДНК, содержащих нужный ген, собирают гибридную структуру, которую затем вводят в клетку. Введенная генетическаяинформация экспрессируется, что приводит к синтезу нового продукта. Таким образом, вводя в клетку новую генетическую информацию в виде гибридных молекул ДНК, можно получить измененный организм.
Растения имеют одно очень важное преимущество перед животными, а именно возможна их регенерация in vitro из недифференцированных соматических тканей с получением нормальных, фертильных (способныхзавязывать семена) растений. Это свойство (тотипотентность) открывает для молекулярных биологов большие возможности в изучении функционирования генов, введенных в растения, а также используется в селекции растений.
Для конструирования растений необходимо решить следующие задачи:
* выделить конкретный ген,
* разработать методы, обеспечивающие включение его в наследственный аппарат растительной клетки,* регенерировать из единичных клеток нормальное растение с измененным генотипом.
Таким образом, методология генетической инженерии в отношении растений направлена на коренное изменение методов традиционной селекции, с тем чтобы желаемые признаки растений можно было получать путем прямого введения в них соответствующих генов вместо длительной работы по скрещиваниям.
Формальной датой рождениягенетической инженерии растений является полученное с помощью Ti-плазмидного вектора первое в мире химерное растение санбин (sunbeen) как результат переноса гена запасного белка бобовых (фазеолина) в геном подсолнечника (sunflower + been). Это было первым ощутимым, хотя, быть может, и несовершенным свидетельством того, что в отношении растений генетическая инженерия сможет оправдать надеждыспециалистов в области молекулярной генетики, биологии и селекции.

КОРОНЧАТЫЕ ГАЛЛЫ РАСТЕНИЙ

В группе почвенных бактерий, известных под общим названием Agrobacteria, есть несколько видов, которые могут заражать растения и вызывать образование опухолей, называемых корончатыми галлами, состоящими из недифференцированной опухолевой ткани, растущей в месте заражения.

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: