Генная Инженерия: достижения и проблемы

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Российский государственный  профессионально-педагогический

университет» в г. Советском

Кафедра профессионально-педагогического  образования

 

 

 

Реферат

по дисциплине

«Биология »

на тему:

«Генная Инженерия: достижения и проблемы»

 

 

 

 

 

                                                                                            Выполнил: студентка группы

                                                                                              Св – 111 СГПР Леднева Ю.В.                   

                                                                                              Проверил: Крюкова Н.С.

 

 

 

 

Советский 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………3

1.Генная инженерия………………………………………………………4

    1.1.Проблемы и  перспективы………………………………………….7

    1.2.Достижения  развития……………………………...........................9

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………..12

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ  ИСТОЧНИКОВ …………………..13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

   В данном реферате рассматриваются основные характеристики, проблемы и перспективы такой новейшей технологии, как генная инженерия. 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. Так как генная инженерия большое развитие получила именно в наши дни, то еще очень мало выпущено книг, посвященных этой теме, и поэтому в работе использовались статьи, найденные в Internet.  
Генная инженерия -  направление исследований в молекулярной биологии и

генетике, конечной целью которых является получение с помощью  лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не втречающи-мися в  природе, комбинациями наследственных свойств. В  основе  генной  инженерии лежит обусловленная последними достижениями  молекулярной  биологии  и  генетики возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. К этим достижениям следует отнести  установление  универсальности генетического кода, то есть факта, что у всех  живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями  нуклеотидов  в цепи ДНК успехи генетической энзимологии, предоставившей враспоряже-не исследователя набор ферментов, позволяющих получить в  изолированном  виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты, осуществлять синтез фрагментов нуклеиновых кислот, объединить в единое целое полученные фрагменты. Таким  образом, изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из  различных фрагментов нового генетического

материала, введение этого материала в рецепиентный организм, создания

условий для его  функционирования и стабильного  наследования.

 

 

 1.ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.

  Генная инженерия — экспериментальная наука. Возникла на стыке молекулярной биологии и генетики официально в 1972 г., когда в лаборатории П. Берга (Стенфордский университет, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК на базе объединения генетического материала, полный геном вируса обезьян 40, часть генома измерного бактериофага и гены галактозного оперона.

Генная инженерия нацелена на создание организмов с новыми комбинациями наследственных свойств путем конструирования функционально-активных генетических структур в форме рекомбинантных ДНК из фрагментов геномов разных организмов, которые вводились в клетку.

Как отмечалось, впервые  рекомбинантную ДНК получила группа П. Берга в 1972 г.

  В 1973-74 гг. С. Коэном, Д. Хелинским, Г. Бойером и другими учеными впервые сконструированы функционально активные молекулы гибридной ДНК, то есть удалось их клонирование. Были созданы первые, не существующие в Природе, плазмиды (стабилизатор наследства) на базе ДНК из разных видов бактерий и высших организмов, из ДНК лягушки (кодирующей синтез рРНК), морского ежа (контролирующей синтез белков-гистон), и от мыши.

  Вскоре аналогичная работа была выполнена в нашей стране группой специалистов под руководством С. И. Алиханяна и А. А. Баева.

  Достижения генетики и химии нуклеиновых кислот позволили разработать методологию генной инженерии:

—открытие явления  рестрикции — модификации ДНК  и выделение ферментов рестриктаз для получения специфических ферментов;

—создание методов  химического и ферментативного  синтеза генов;

—выявление векторных  молекул ДНК, способных перенести в клетку чужеродную ДНК и обеспечить там экспрессию соответствующих генов;

— разработка методов  трансформации у различных организмов и отбор клонов, несущих рекомбинантные ДНК.

 Составляющие методики.

  Явление рестрикции — модификации ДНК впервые наблюдали Г. Бертани и Д. Ж. Вейгль, а его суть раскрыл В. Арберг: в бактериях действуют специальные ферменты, способные специфично распознать "свою" (бактериальную) ДНК от "чужой" (фаговой). Эти ферменты ограничивают возможность размножения фаговой ДНК в бактериях путем ее специфичной (в зависимости от типа фермента) деградации. Такие ферменты были названы эндонуклеазами рестрикции няирестриктазами.

  В 1971 г. группой Г. Смитга была выделена первая рестриктаза, специфично расщепляющая двухцепочную ДНК в строго определенных сайтах. Вскоре было установлено, что болынинство видов бактерий обладает специфичными системами рестрикции — модификации.

  В генной инженерии используют ферменты, разрывающие двухцепочную ДНК в зоне участка узнавания или на незначительном фиксированном расстоянии от него. Фермент распознает специфичную последовательность и разрезает ее. В последнем случае образуются выступающие одноцепочечные концы, получившие название "липких". В настоящее время известно несколько сотен таких рестриктаз, что обеспечивает возможность получения различных фрагментов ДНК, содержащих желаемые гены.

  Работы в направлении синтеза гена начались еще до 1972 г.

  Так в 1969 г. появились публикации по выделению генов при помощи физических и генетических методов.

  На начальном этапе развития генной инженерии широко использовался способ получения генов из природных источников, и он до сих пор применяется для создания банка генов.

В том же году группой  Корани впервые осуществлен химический синтез расшифрованного гена аланиновой тРНК дрожжей, но функционально не активный; позднее и активный ген супрессорный тирозиновой тРНК, галактозного оперона.

  Этому способствовало совершенствование методов определения первичных структур (секвенирования) нуклеиновых кислот, а также белков и других продуктов, кодируемых синтезированным геном.

  Секвенирование ДНК играет большую роль и в изучении функций генов и генетических систем.

  Метод химического синтеза генов и введения их в клетки микроорганизмов обеспечил возможность получения продуцентов инсулина человека для лечения больных диабетом, открылся путь для производства продуктов белковой природы.

Широкое распространение  нашел метод ферментативного синтеза генов по механизму обратной транскрипции. Не вдаваясь в его суть, отметим, что он позволяет синтезировать практически любой ген в присутствии соответствующих иРНК, методы выделения которых достаточно хорошо разработаны.

С его помощью  созданы и клонированы в бактериях  гены, кодирующие глобины человека, животных, птиц и т. п., интерферон человека, который используют для борьбы с вирусными инфекциями, злокачественными опухолями и рядом других заболеваний.

  Однако остается нерешенной проблема стабильности гибридных молекул. Вектор должен обеспечивать стабильное наследование рекомбинантных ДНК в автономном, реже интегрированном с хромосомой состоянии, иметь генетические маркеры для обнаружения трансформированных клеток, содержать сайт узнавания и др. Он используется для получения банка генов, так как клонированные в них большие фрагменты ДНК легко хранить, выделять и анализировать. Создаются специальные векторы и для клонирования рекомбинантных ДНК в клетках животных и растений, при этом в клетках животных ими могут быть некоторые вирусы, а растений — агробактерии на основе специальных плазмид и передаваться клеткам в естественных условиях бактериями.

 
  Одним из перспективных методов клеточной инженерии в культуре клеток человека, животного и растения является гибридизация соматических клеток (Б. Эфрусси и Г. Барски).

В культивируемые клетки млекопитающих или развивающиеся эмбрионы ДНК вводят методом микроинъекции ДНК в ядро с помощью микроманипулятора.

  Развитие методов микрохирургии клеток позволило заменять ядра оплодотворенных яйцеклеток на ядра из соматических клеток и в результате получать организм, идентичный тому, чье ядро было перенесено в яйцеклетку.

  Создание гибридов высших растений возможно путем слияния протопластов и соматической гибридизации растительных клеток.

  Все эти методы могут использоваться для конструирования новых форм микроорганизмов, животных и растений, несущих гены, детерминирующие желаемые признаки.

  Не менее важна генная инженерия как аппарат фундаментальных исследований.

  Потенциальные возможности генной инженерии в действительности очень велики, и они будут реализовываться.

  Клонирование есть воспроизведение живого существа из его неполовых клеток. Это попытка прорыва сквозь запреты Природы.

  Клонирование органов и тканей — это задача номер один в области трансплантологии, травматологии и др. областях медицины и биологии.

При пересадке клонированных  органов не возникает реакции  отторжения и возможных последствий (например, рака, развивающегося на фоне иммунодефицита). Клонированные органы — это спасение для людей, попавших в автомобильные аварии или иные катастрофы, а также нуждающихся в радикальной помощи из-за каких-либо заболеваний.

 

  Клонирование может дать возможность бездетным людям иметь своих собственных детей, поможет людям, страдающим тяжелыми генетическими заболеваниями. Так, если гены, определяющие какую-либо подобную болезнь, содержатся в хромосомах отца, то в яйцеклетку матери пересаживается ядро ее собственной соматической клетки, тогда появится ребенок, лишенный опасных генов, точная копия матери. Если эти гены содержатся в хромосомах матери, то в ее яйцеклетку будет перемещено ядро соматической клетки отца — появится здоровый ребенок, копия отца.

  Более скромная, но не менее важная задача клонирования — регуляция пола сельскохозяйственных животных, а также клонирование в них человеческих генов "терапевтических белков", которые используются для лечения людей, например гемофиликов, у которых мутировал ген, кодирующий белок, участвующий в процессе свертывания крови. Это тем более важно, поскольку гемофилики считаются "группой риска" по СПИДу.

  Бум, связанный с рождением овечки Долли, это всего лишь эпизод развитии клонирования. Когда она подрастет и обзаведется своим потомством, в ее молоке будет и человеческий белок, отличающийся от овечьего. Она станет на службу человечеству.

  Американские ученые несколько модифицировали метод шотландцев, использовав ядра эмбриональных (зародышевых) фибробластов — взятых у взрослого организма клеток. Это облегчило задачу введения "чужого" гена, поскольку в культуре фибробластов это делать значительно легче и дешевле.

  А, кроме того, так был обойден теломерасный (теломерас — бессмертие гена) запрет и смягчен запрет на клонирование (не распространяется на животных, отдельные органы и ткани, а клонирование людей отодвигается на 10 лет).

  Это сулит уникальные перспективы для человечества, несмотря на все высказанные политическими, религиозными, научными и общественными деятелями морально-этические и чисто биологические возражения по использованию клонирования.

  История развития ДНК.

  ДНК была открыта  Иоганном Фридрихом Мишером в  1869 году. Вначале новое вещество получило название нуклеин, а позже, когда Мишер определил, что это вещество обладает кислотными свойствами, вещество получило название нуклеиновая кислота.