Достижения генной инженерии

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ А.И. ГЕРЦЕНА, ФАКУЛЬТЕТ СОЦИАЛЬНЫХ НАУК, КАФЕДРА ПОЛИТОЛОГИИ

«Достижения генной инженерии»

Реферат по курсу «Концепции современного естествознания»

Выполнила Седельникова Екатерина Борисовна

08.12.2012

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ:

 

Введение____________________________________________________стр.3

Исторический аспект__________________________________________стр.3

Методы генной инженерии_____________________________________стр.4

Преимущества генной инженерии_______________________________стр.6

Недостатки генной инженерии__________________________________стр.7

Достижения генной инженерии_________________________________стр.8

Экологические, медицинские  и социально-экономические риски_____стр.11

Перспективы генной инженерии________________________________стр.14

Заключение__________________________________________________стр.14

Список использованной литературы_____________________________стр.15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Генная инженерия – совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого организма.

 

Генная инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя исследования таких биологических наук, как молекулярная биология, цитология, генетика, микробиология. Самым ярким событием, привлёкшим наибольшее внимание и очень важным по своим последствиям, была серия открытий, результатом которых явилось создание методов управления наследственностью живых организмов, причём управления путём проникновения в «святая святых» живой клетки – в её генетический аппарат.

 

Современный уровень наших  знаний биохимии, молекулярной биологии и генетики позволяет рассчитывать на успешное развитие новой биотехнологии  – генной инженерии, т.е. совокупности методов, позволяющих 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. Цель генной инженерии – не воплощение в реальность мифов, а получение  клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах  нарабатывать некоторые «человеческие» белки.

В настоящее время эта  тема весьма актуальна. На начало 21-го века в мире проживает около 5 млрд. человек. По прогнозам учёных к концу 21-го века население Земли может увеличиться до 10 миллиардов. Как прокормить такое количество людей

качественной пищей, если и при 5 миллиардах в некоторых  регионах население

голодает? Впрочем, даже если бы такой проблемы не существовало, то

человечество, для решения  других своих проблем, стремилось бы внедрять в

сельское хозяйство наиболее производительные биотехнологии. Одной  из таких

технологий как раз  и является генная инженерия.

Для написания реферата производился сбор материала, его обобщение и

систематизация, что было весьма затруднительно, потому что  в источниках

существует много разногласий, много точек зрения.

 

ИСТОРИЧЕСКИЙ  АСПЕКТ

 

Любое растение или животное имеет тысячи различных признаков. Например, у

растений: цвет листьев, величина семян, наличие в плодах определённого

витамина и тому подобное. За наличие каждого конкретного  признака отвечает

определённый ген. Ген - от греческого genos, и переводится как "род",

"происхождение". Ген  представляет собой маленький  отрезочек молекулы ДНК и

генерирует или порождает  определённый признак растения или  животного. Если

убрать ген, отвечающий за появление определённого признака, то исчезнет и сам

признак. И, наоборот, если добавить, например, растению новый ген, то у

растения появится и новый  признак. Изменённое же растение может  теперь

именоваться мутантом (с  лат. - изменённый).

А началось все с того, что в 1962 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик совершили  одно из

величайших открытий XX века, установив молекулярную структуру  ДНК

(дезоксирибонуклеиновой  кислоты, из которой и состоят  гены) и определив ее

роль в передаче наследственной информации. Десятью годами позже  группа

американских исследователей сообщила о выделении в лаборатории  первой

гибридной (рекомбинантной) молекулы ДНК – то есть вещества, объединившего в

себе гены разных организмов. С этого момента формально  и взяла старт генная

инженерия. Вживляя ген, "одолженный" у одного растения (или животного)

другому, биотехнологи добиваются появления новых видов с определенными

заданными свойствами. В 1983 году американцы вывели трансгенный  табак,

неуязвимый для определенного вида вредителей. И вот тогда начался настоящий

бум. Уже через 4 года трансгенные  растения, устойчивые к насекомым  и

гербицидам, поступили в  массовую продажу. Кроме того, необыкновенная

притягательность трансгенов кроется в том существенном факте, что

биотехнологии позволяют  выводить новые культуры за 2-3 года. Обычные же

методы селекции путем  отбора и скрещивания - это 10 и более  лет. За эти годы

получены, в частности, помидоры и картофель, огурцы и соя, кукуруза, рапс и

т.д.

 

 

МЕТОДЫ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ

 

Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужой ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК, состоящие из нескольких пар нуклеотидов. Плазмиды являются автономными генетическими элементами, реплицирующимися (т.е. размножающимися) в бактериальной клетке не в то же время, что основная молекула ДНК. Хотя на долю плазмид приходится лишь небольшая часть клеточной ДНК, именно они несут такие жизненно важные для бактерии гены, как гены лекарственной устойчивости. Разные плазмиды содержат разные гены устойчивости к антибактериальным препаратам.

 

Большая часть таких препаратов – антибиотиков используется в качестве лекарств при лечении ряда заболеваний человека и домашних животных. Бактерия, имеющая разные плазмиды, приобретает устойчивость к различным антибиотикам, к солям тяжелых металлов. При действии определенного антибиотика на бактериальные клетки плазмиды, придающие устойчивость к нему, быстро распространяются среди бактерий, сохраняя им жизнь. Простота устройства плазмид и легкость, с которой они проникают в бактерии, используются генными инженерами для введения в клетки бактерий генов высших организмов.

 

Мощным инструментом генной инженерии являются ферменты – рестрикционные эндонуклеазы, или рестриктазы. Рестрикция буквально означает «ограничение». Бактериальные клетки вырабатывают рестриктазы для разрушения инородной, в первую очередь фаговой ДНК, что необходимо для ограничения вирусной инфекции. Рестриктазы узнают определенные последовательности нуклеотидов и вносят симметричные, расположенные наискось друг от друга, разрывы в цепях ДНК на равных расстояниях от центра участка узнавания. В результате на концах каждого фрагмента рестриктированной ДНК образуются короткие одноцепочечные «хвосты» (их еще называют «липкими» концами).

 

Весь процесс получения  бактерий, называемый клонированием, состоит  из последовательных стадий:

 

1.  Рестрикция – разрезание  ДНК человека рестриктазой на  множество различных фрагментов, но с одинаковыми «липкими»  концами. Такие же концы получают  при разрезании плазмидной ДНК  той же рестриктазой.

 

2.  Лигитирование –  включение фрагментов ДНК человека  в плазмиды благодаря «сшиванию  липких концов» ферментом лигазой.

 

3.  Трансформация –  введение рекомбинантных плазмид  в бактериальные клетки, обработанные  специальным образом – так,  чтобы они на короткое время  стали проницаемыми для макромолекул. Однако плазмиды проникают лишь  в часть обработанных бактерий. Трансформированные бактерии вместе  с плазмидой приобретают устойчивость  к определенному антибиотику.  Это позволяет их отделить  от нетрансформированных бактерий, погибающих на среде, содержащей  этот антибиотик. Для этого бактерии  высеивают на питательную среду,  предварительно разведя так, чтобы  при рассеве клетки находились  на значительном расстоянии друг  от друга. Каждая из трансформированных  бактерий размножается и образует  колонию из многих тысяч потомков  – клон.

 

4.  Скрининг – отбор  среди клонов тех бактерий, которые  несут нужный ген человека. Для  этого все бактериальные колонии  накрывают специальным фильтром. Когда его снимают, на нем  остается отпечаток колоний, так  как часть клеток из каждого  клона прилипает к фильтру.  Затем проводят молекулярную  гибридизацию. Фильтры погружают  в раствор с радиоактивно меченым  зондом. Зонд – это полинуклеотид  комплементарной части искомого  гена. Он гибридизуется лишь с  теми рекомбинантными плазмидами, которые содержат нужный ген.  После гибридизации на фильтр  в темноте накладывают рентгеновскую  фотопленку и через несколько  часов ее проявляют. Положение  засвеченных участков на пленке  позволяет найти среди множества  клонов трансформированных бактерий  те, которые имеют плазмиды с  нужным геном.

 

Не всегда удается вырезать нужный ген с помощью рестриктаз. Поэтому в ряде случаев процесс  клонирования начинают с целенаправленного  получения нужного гена. Для этого  из клеток человека выделяют и-РНК, являющуюся транскрипционной копией этого гена, и с помощью фермента – обратной транскриптазы синтезируют комплементарную  ей цепь ДНК. Затем и-РНК, служившая  матрицей при синтезе ДНК, уничтожается специальным ферментом, способным  гидролизовать цепь РНК, спаренную с цепью ДНК. Оставшаяся цепь ДНК служит матрицей для синтеза обратной транскриптазой, комплетентарной второй цепи ДНК.

 

Получившаяся двойная  спираль ДНК носит название к-ДНК (комплементарная ДНК). Она соответствует  гену, с которого была считана и-РНК, запущенная в систему с обратной транскриптазой. Такая к-ДНК встраивается в плазмиду, которой трансформируют бактерии и получают клоны, содержащие только выбранные гены человека.

 

Чтобы осуществить перенос  генов, необходимо выполнить следующие  операции:

 

· Выделение из клеток бактерий, животных или растений тех генов, которые намечены для переноса.

 

· Создание специальных генетических конструкций, в составе которых  намеченные гены будут внедряться в  геном другого вида.

 

· Внедрение генетических конструкций сначала в клетку, а затем в геном другого  вида и выращивание измененных клеток в целые организмы.

 

ПРЕИМУЩЕСТВА  ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ

 

1. По заверениям ученых  демографов, в ближайшие двадцать  лет население

земного шара удвоится. Пользуясь  современными агрокультурами и

агротехнологиями, прокормить такое количество людей будет  просто невозможно.

Следовательно, уже сейчас пора подумать о том, как с наименьшими  потерями

поднять урожайность сельхозугодий  вдвое. Поскольку для обычной  селекции срок

в два десятилетия крайне мал, то остается механическая модификация

генетического кода растений. Можно, например, добавить ген устойчивости к

насекомым-вредителям или  сделать растение более плодовитым. Это основной

довод трансгенетиков.

2. С помощью генной  инженерии можно увеличить в генетически измененной

продукции содержание полезных веществ и витаминов по сравнению  с «чистыми»

сортами. Например, можно  «вставить» витамин А в рис, с тем чтобы выращивать

его в регионах, где люди испытывают его нехватку.

3. Можно существенно расширить  ареалы посева сельхозпродуктов, приспособив их

к экстремальным условиям, таким, как засуха и холод.

4. Путем генетической  модификации растений можно существенно  уменьшить

интенсивность обработки  полей пестицидами и гербицидами. Ярким примером здесь

является уже состоявшееся внедрение в геном кукурузы гена земляной бактерии

Bacillus thuringiensis, уже снабжающего растение собственной защитой, так

называемым Bt-токсином, и  делающего по замыслу генетиков  дополнительную

обработку бессмысленной.

5. Генетически измененным  продуктам могут быть приданы  лечебные свойства.

Ученым уже удалось  создать банан с содержанием  анальгина и салат,

вырабатывающий вакцину против гепатита B.

6. Еда из генетически  измененных растений может быть  дешевле и вкуснее.

7. Модифицированные виды  помогут решить и некоторые  экологические проблемы.

Конструируются растения, эффективно поглощающие цинк, кобальт, кадмий, никель

и прочие металлы из загрязненных промышленными отходами почв.

8. Генная инженерия позволит  улучшить качество жизни, очень  вероятно –

существенно продлить её; есть надежда найти гены, ответственные за