Кратка порака од генетскиот инженеринг. Генетскиот инженеринг

Енциклопедиски YouTube

1 / 5
Генетскиот инженеринг служи за добивање на посакуваните квалитети на променлив или генетски модифициран организам. За разлика од традиционалната селекција, при која генотипот е подложен на промени само индиректно, генетскиот инженеринг дозволува директна интервенција во генетскиот апарат со помош на техниката на молекуларно клонирање. Примери за примена на генетски инженеринг се производство на нови генетски модифицирани сорти на житни култури, производство на човечки инсулин со користење на генетски модифицирани бактерии, производство на еритропоетин во клеточна култура или нови раси на експериментални глувци за научни истражувања.

Основата на микробиолошката, биосинтетичка индустрија е бактериската клетка. Клетките неопходни за индустриско производство се избираат според одредени карактеристики, од кои најважна е способноста да произведуваат, синтетизираат, во максимални можни количини, одредено соединение - аминокиселина или антибиотик, стероиден хормон или органска киселина. . Понекогаш треба да имате микроорганизам кој може, на пример, да користи масло или отпадна вода како „храна“ и да ги преработи во биомаса или дури и протеин сосема погодни за адитиви за добиточна храна. Понекогаш ни се потребни организми кои можат да се развијат на покачени температури или во присуство на супстанции кои се секако смртоносни за други видови на микроорганизми.
Задачата за добивање на такви индустриски соеви е многу важна за нивна модификација и селекција, развиени се бројни методи за активно влијание врз клетката - од третман со моќни отрови до радиоактивно зрачење; Целта на овие техники е една - да се постигнат промени во наследниот, генетскиот апарат на клетката. Нивниот резултат е производство на бројни мутантни микроби, од стотици и илјадници од кои научниците потоа се обидуваат да го изберат најсоодветниот за одредена цел. Создавањето методи на хемиска или радијациона мутагенеза беше извонредно достигнување на биологијата и широко се користи во модерната биотехнологија.
Но, нивните способности се ограничени од природата на самите микроорганизми. Тие не се способни да синтетизираат голем број вредни материи кои се акумулираат во растенијата, пред се во лековитите и етерични масла. Тие не можат да синтетизираат супстанции кои се многу важни за животот на животните и луѓето, голем број ензими, пептидни хормони, имунолошки протеини, интерферони и многу поедноставни соединенија кои се синтетизираат во телото на животните и луѓето. Се разбира, можностите на микроорганизмите се далеку од исцрпени. Од целото изобилство на микроорганизми, само мал дел е користен од науката, а особено од индустријата. За целите на селекција на микроорганизми, од голем интерес се, на пример, анаеробните бактерии кои можат да живеат во отсуство на кислород, фототрофите кои користат светлосна енергија како што се растенијата, хемоавтотрофите, термофилните бактерии кои можат да живеат на температури, како што неодамна беше откриено, околу 110 ° C, итн.
А сепак ограничувањата на „природниот материјал“ се очигледни. Тие се обидоа и се обидуваат да ги заобиколат ограничувањата со помош на клеточни и ткивни култури на растенија и животни. Ова е многу важен и ветувачки пат, кој се спроведува и во биотехнологијата. Во текот на изминатите неколку децении, научниците развија методи со кои поединечните ткивни клетки на растение или животно може да се натераат да растат и да се репродуцираат одделно од телото, како бактериски клетки. Ова беше важно достигнување - добиените клеточни култури се користат за експерименти и за индустриско производство на одредени супстанции кои не можат да се добијат со помош на бактериски култури.
Друга насока на истражување е отстранување од ДНК на гени кои се непотребни за кодирање на протеините и функционирањето на организмите и создавање на вештачки организми со „отсечен сет“ на гени врз основа на таквата ДНК. Ова овозможува драматично да се зголеми отпорноста на модифицираните организми на вируси.

Историја на развој и постигнато ниво на технологија

Во втората половина на 20 век, беа направени неколку важни откритија и пронајдоци кои лежат во основата генетскиот инженеринг. Долгогодишните обиди да се „прочитаат“ биолошките информации што се „запишуваат“ во гените се успешно завршени. Оваа работа ја започнаа англискиот научник Фредерик Сангер и американскиот научник Волтер Гилберт (Нобеловата награда за хемија 1980 година). Како што е познато, гените содржат информации-инструкции за синтеза на РНК молекули и протеини, вклучително и ензими, во телото. За да се принуди клетката да синтетизира нови супстанции кои се невообичаени за неа, неопходно е во неа да се синтетизираат соодветните групи на ензими. И за ова е неопходно или намерно да се променат гените лоцирани во него, или да се воведат нови, претходно отсутни гени во него. Промените во гените во живите клетки се мутации. Тие се јавуваат под влијание, на пример, на мутагени - хемиски отрови или зрачење. Но, таквите промени не можат да бидат контролирани или насочени. Затоа, научниците ги насочија своите напори на обидот да развијат методи за воведување на нови, многу специфични гени кои им се потребни на луѓето во клетките.
Главните фази на решавање на проблемот со генетскиот инженеринг се како што следува:
1. Добивање на изолиран ген.
2. Воведување на ген во вектор за пренос во телото.
3. Трансфер на вектор со ген во модифицираниот организам.
4. Трансформација на телесните клетки.
5. Избор на генетски модифицирани организми ( ГМО) и елиминирање на оние кои не беа успешно изменети.
Процесот на синтеза на гени сега е многу добро развиен, па дури и во голема мера автоматизиран. Постојат специјални уреди опремени со компјутери, во чија меморија се чуваат програми за синтеза на различни нуклеотидни секвенци. Овој апарат синтетизира ДНК сегменти до 100-120 азотни бази во должина (олигонуклеотиди). Стана широко распространета техника која овозможува користење на полимеразна верижна реакција за синтеза на ДНК, вклучително и мутантна ДНК. Термостабилен ензим, ДНК полимераза, се користи во него за синтеза на ДНК на шаблон, за што како семиња се користат вештачки синтетизирани парчиња нуклеинска киселина - олигонуклеотиди. Ензимот реверзна транскриптаза овозможува, користејќи такви прајмери, да се синтетизира ДНК на шаблон на РНК изолиран од клетките. ДНК синтетизирана на овој начин се нарекува комплементарна ДНК (РНК) или cDNA. Изолиран, „хемиски чист“ ген може да се добие и од библиотека на фаги. Ова е името на препаратот на бактериофаг, во чиј геном се вградени случајни фрагменти од геномот или cDNA, репродуцирани од фагот заедно со целата негова ДНК.
Техниката на воведување гени во бактерии е развиена откако Фредерик Грифит го откри феноменот на бактериска трансформација. Овој феномен се заснова на примитивен сексуален процес, кој кај бактериите е придружен со размена на мали фрагменти од нехромозомска ДНК, плазмиди. Плазмидните технологии ја формираа основата за воведување на вештачки гени во бактериските клетки.
Значајни тешкотии беа поврзани со воведувањето на готов ген во наследниот апарат на растителните и животинските клетки. Меѓутоа, во природата има случаи кога странската ДНК (на вирус или бактериофаг) е вклучена во генетскиот апарат на клетката и со помош на неговите метаболички механизми почнува да го синтетизира „својот“ протеин. Научниците ги проучувале карактеристиките на воведувањето на туѓа ДНК и ја користеле како принцип за воведување генетски материјал во клетката. Овој процес се нарекува трансфекција.
Доколку едноклеточните организми или повеќеклеточните клеточни култури се предмет на модификација, тогаш во оваа фаза започнува клонирањето, односно селекцијата на оние организми и нивните потомци (клонови) кои претрпеле модификација. Кога задачата е да се добијат повеќеклеточни организми, клетките со изменет генотип се користат за вегетативно размножување на растенијата или се внесуваат во бластоцистите на сурогат мајка кога станува збор за животните. Како резултат на тоа, младенчињата се раѓаат со променет или непроменет генотип, меѓу кои само оние кои ги покажуваат очекуваните промени се избираат и вкрстуваат едни со други.

Примена во научно истражување

Иако во мал обем, генетскиот инженеринг веќе се користи за да им се даде шанса на жените со некои видови неплодност да забременат. За таа цел се користат јајца од здрава жена. Како резултат на тоа, детето го наследува генотипот од еден татко и две мајки.
Сепак, можноста за правење позначајни промени во човечкиот геном се соочува со голем број сериозни етички проблеми. Во 2016 година, во Соединетите држави, група научници добија одобрение за клинички испитувања на метод за лекување на рак со користење на сопствените имунолошки клетки на пациентот, подложени на генетска модификација со помош на технологијата CRISPR / Cas9.

Клеточно инженерство

Клеточното инженерство се заснова на одгледување растителни и животински клетки и ткива способни да произведуваат супстанции неопходни за луѓето надвор од телото. Овој метод се користи за клонално (асексуално) размножување на вредни растителни форми; да се добијат хибридни клетки кои ги комбинираат својствата на, на пример, крвните лимфоцити и клетките на туморот, што овозможува брзо да се добијат антитела.

Генетски инженеринг во Русија

Забележано е дека по воведувањето на државната регистрација на ГМО, активноста на некои јавни организации и поединечни пратеници на Државната дума, обидувајќи се да го спречат воведувањето на иновативни биотехнологии во руското земјоделство, значително се зголеми. Повеќе од 350 руски научници потпишаа отворено писмо од Друштвото на научни работници за поддршка на развојот на генетскиот инженеринг во Руската Федерација. Во отвореното писмо се истакнува дека забраната за ГМО во Русија не само што ќе ѝ наштети на здравата конкуренција на земјоделскиот пазар, туку ќе доведе до значително заостанување во технологиите за производство на храна, зголемена зависност од увозот на храна и ќе го поткопа престижот на Русија како држава. во кој е официјално објавен курс кон иновативен развој [ значењето на фактот? ] .

исто така види

Белешки
1. Александар ПанчинТепајќи го Бога // Популарна механика. - 2017. - бр. 3. - стр. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
2. Ин-виво-геном-уредување-користење-а-високоефикасен-TALEN-систем(Англиски) . Природата. Преземено на 10 јануари 2017 година.
3. Елементи - „наука“ новости: „мајмуни“ излечени од „далтонизам“ со помош на генска терапија (недефинирано) (18 септември 2009 година). Преземено на 10 јануари 2017 година.
Испратете ја вашата добра работа во базата на знаење е едноставна. Користете ја формата подолу

Студентите, дипломираните студенти, младите научници кои ја користат базата на знаење во нивните студии и работа ќе ви бидат многу благодарни.

Објавено на http://www.allbest.ru/

Генетскиот инженеринг,збир на методи на биохемија и молекуларна генетика, со помош на кои се врши насочена комбинирана генетска информација на кој било организам.

Генетскиот инженеринг овозможува да се надминат природните меѓувидови бариери кои ја спречуваат размената на генетски информации помеѓу таксономски оддалечените видови на организми и да се создадат клетки и организми со комбинации на гени кои не постојат во природата, со наведени наследни својства. Главниот предмет на влијанието на генетскиот инженеринг е носител на генетски информации - деоксирибонуклеинска киселина (ДНК), чија молекула обично се состои од два синџири. Строгата специфичност на спарувањето на пуринските и пиримидинските бази го одредува својството на комплементарност - меѓусебната кореспонденција на нуклеотидите во два синџири. Создавањето нови комбинации на гени се покажа дека е можно поради фундаменталната сличност во структурата на молекулите на ДНК кај сите видови организми, а всушност, универзалноста на генетскиот код обезбедува изразување на странски гени (манифестација на нивните функционални активност) во било кој тип на клетка. Ова беше олеснето и со акумулацијата на знаење од областа на хемијата на нуклеинските киселини, идентификацијата на молекуларните карактеристики на организацијата и функционирањето на гените (вклучително и воспоставување механизми за регулирање на нивното изразување и можноста за подредување на гените на дејството на „ странски“ регулаторни елементи), развој на методи за секвенционирање на ДНК и откривање на верижна реакција на полимераза, што овозможи брзо синтетизирање на кој било фрагмент на ДНК. Важни предуслови за појавата на генетскиот инженеринг беа: откривањето на плазмиди способни за автономна репликација и трансфер од една бактериска клетка во друга и феноменот на трансдукција - пренос на одредени гени од бактериофаги, што овозможи да се формулира идејата за вектори: молекули - носители на гени. Ензимите вклучени во трансформацијата на нуклеинските киселини одиграа огромна улога во развојот на методологијата за генетско инженерство: ензими за ограничување (препознаваат строго дефинирани секвенци - места - во молекулите на ДНК и ја „сечат“ двојната жичка на овие места), ДНК лигази (ковалентно се врзуваат поединечни фрагменти на ДНК), реверзна транскриптаза (синтетизира комплементарна копија на ДНК, или cDNA, на шаблон РНК) итн. Само со нивната достапност, создавањето на вештачки структури стана технички изводлива задача. Ензимите се користат за добивање поединечни ДНК фрагменти (гени) и создавање молекуларни хибриди - рекомбинантна ДНК (recDNA) врз основа на ДНК на плазмиди и вируси. Вториот го доставува саканиот ген во клетката домаќин, обезбедувајќи нејзина репродукција таму (клонирање) и формирање на финалниот генски производ (неговото изразување).

Принципи на создавањеанализа на рекомбинантните молекули на ДНК

Терминот „Генетски инженеринг“ стана широко распространет откако во 1972 година П. Берг и неговите колеги првпат добија рекомбинантна ДНК, која беше хибрид во кој ДНК фрагменти од бактеријата Ешерихија коли, нејзиниот вирус (бактериофаг а) и ДНК на симианскиот вирус SV40 беа комбинирани. Во 1973, С. двоверижна молекула на ДНК. Тие беа наречени „лепливи“ затоа што можеа да се парат (да се лепат заедно, како да е) еден со друг. Кога таквата ДНК беше измешана со фрагменти од туѓа ДНК третирани со истиот рестриктивен ензим и со исти лепливи краеви, беа добиени нови хибридни плазмиди, од кои секоја содржеше најмалку еден фрагмент од туѓа ДНК вметната во местото EcoRI на плазмидот. Стана очигледно дека фрагменти од различна туѓа ДНК добиени и од микроорганизми и од повисоки еукариоти може да се вметнат во таквите плазмиди.

Главната модерна стратегија за добивање на recDNA е како што следува:

1) ДНК фрагменти кои припаѓаат на друг организам кои содржат одредени гени или вештачки добиени нуклеотидни секвенци од интерес за истражувачот се вметнуваат во ДНК на плазмид или вирус што може да се репродуцира независно од хромозомот;

2) Добиените хибридни молекули се внесуваат во чувствителни прокариотски или еукариотски клетки, каде што се реплицираат (множат, засилуваат) заедно со фрагменти од ДНК вградени во нив;

3) Клеточните клонови се избираат во форма на колонии на специјални хранливи подлоги (или вируси во форма на зони за чистење - плаки на слој на континуиран раст на бактериски клетки или култури на животинско ткиво) кои ги содржат потребните типови на молекули на recDNA и ги изложуваат до сеопфатни структурни и функционални студии.

За да се олесни изборот на клетки во кои е присутна recDNA, се користат вектори кои содржат еден или повеќе маркери. Во плазмидите, на пример, гените за отпорност на антибиотици можат да послужат како такви маркери (клетките што содржат recDNA се избираат врз основа на нивната способност да растат во присуство на одреден антибиотик). RecDNA што ги носи саканите гени е избрана и внесена во клетките приматели. Од овој момент започнува молекуларното клонирање - добивање копии од реките на ДНК и, следствено, копии од целните гени во неговиот состав. Само ако е можно да се одвојат сите трансфицирани или инфицирани клетки, секој клон ќе биде претставен со посебна колонија на клетки и ќе содржи одредена количина на ДНК. Во последната фаза се идентификуваат клоновите кои го содржат саканиот ген. Едниот се заснова на фактот дека вметнувањето во ДНК поток одредува некое уникатно својство на клетката што ја содржи (на пример, изразниот производ на вметнатиот ген). Во експериментите за молекуларно клонирање, се почитуваат 2 основни принципи: ниту една од клетките каде што се клонираат ДНК реките не треба да прима повеќе од една плазмидна молекула или вирусна честичка; вториот мора да биде способен за репликација.

Широк опсег на плазмидни и вирусни ДНК се користат како векторски молекули во генетскиот инженеринг. Најпопуларните вектори за клонирање содржат неколку генетски маркери и имаат едно место на дејство за различни рестриктивни ензими. Ваквите барања, на пример, најдобро ги исполнува плазмидот pBR322, кој е конструиран од првично природен плазмид користејќи методи што се користат при работа со recDNA; содржи гени за отпорност на ампицилин и тетрациклин, како и едно место за препознавање на 19 различни рестриктивни ензими. Посебен случај на вектори за клонирање се експресивните вектори, кои заедно со засилувањето обезбедуваат правилна и ефективна експресија на туѓи гени во клетките приматели. Во некои случаи, молекуларните вектори можат да обезбедат интеграција на туѓа ДНК во геномот на клетката или вирусот (тие се нарекуваат интегративни вектори).

Една од најважните задачи на генетскиот инженеринг е создавање на соеви на бактерии или квасец, клеточни линии од животински или растителни ткива, како и трансгенски растенија и животни кои би обезбедиле ефективно изразување на гените клонирани во нив. Високо ниво на производство на протеини се постигнува ако гените се клонираат во вектори со повеќе копии, бидејќи во овој случај целниот ген ќе биде присутен во големи количини во клетката. Важно е дека секвенцата за кодирање на ДНК е под контрола на промотер кој е ефикасно препознаен од клеточната РНК полимераза, и дека добиената mRNA е релативно стабилна и ефикасно преведена. Покрај тоа, странски протеин синтетизиран во клетките приматели не треба да биде предмет на брза деградација од страна на интрацелуларните протеази. Кога се создаваат трансгенски животни и растенија, често се постигнува ткивна специфична експресија на воведените целни гени.

Бидејќи генетскиот код е универзален, можноста за генска експресија се одредува само со присуството во неговиот состав на сигнали за започнување и завршување на транскрипцијата и преводот, правилно препознаени од клетката домаќин. Бидејќи повеќето гени на повисоките еукариоти имаат дисконтинуирана структура на егзон-интрон, како резултат на транскрипцијата на таквите гени, се формира шаблон РНК прекурсор, од кој, при последователно спојување, некодирачките секвенци - интрони - се расцепуваат и созреваат mRNA се формира. Таквите гени не можат да се изразат во бактериски клетки каде што нема систем за спојување. Со цел да се надмине оваа пречка, ДНК копија (cDNA) се синтетизира на зрели mRNA молекули со помош на реверзна транскриптаза, на која се додава втора влакно со помош на ДНК полимераза. Таквите фрагменти на ДНК што одговараат на кодираната секвенца на гените (веќе не се одделени со интрони) може да се вметнат во соодветен молекуларен вектор.

Знаејќи ја амино киселинската секвенца на целниот полипептид, можно е да се синтетизира нуклеотидната секвенца што ја кодира, да се добие генски еквивалент и да се вметне во соодветниот експресивен вектор. При создавањето на еквивалентен ген, тие обично ја земаат предвид дегенеративноста на генетскиот код (20 аминокиселини се кодирани со 61 кодон) и зачестеноста на појавата на кодони за секоја аминокиселина во клетките во кои се планира да се внесе овој ген. , бидејќи составот на кодоните може значително да се разликува кај различни организми. Правилно избраните кодони можат значително да го зголемат производството на целниот протеин во клетката примач.

Важноста на генетскиот инженеринг

Генетскиот инженеринг значително ги прошири експерименталните граници на молекуларната биологија, бидејќи стана возможно да се воведе странска ДНК во различни типови на клетки и да се проучат нејзините функции. Ова овозможи да се идентификуваат општите биолошки обрасци на организација и изразување на генетските информации во различни организми. Овој пристап отвори перспективи за создавање фундаментално нови микробиолошки производители на биолошки активни супстанции, како и животни и растенија кои носат функционално активни туѓи гени. Многу претходно недостапни биолошки активни човечки протеини, вклучувајќи интерферони, интерлеукини, пептидни хормони, крвни фактори, почнаа да се произведуваат во големи количини во клетките на бактериите, квасецот или цицачите и широко се користат во медицината. Покрај тоа, стана можно вештачки да се создадат гени кои кодираат химерни полипептиди кои имаат својства на два или повеќе природни протеини. Сето ова даде моќен поттик за развојот на биотехнологијата.

Главните објекти на генетскиот инженеринг се бактериите Escherichia coli (Escherichia coli) и Bacillus subtilis (bacillus subtilis), пекарскиот квасец Saccharomices cereuisiae и разни клеточни линии на цицачи. Опсегот на објекти на генетско инженерско влијание постојано се шири. Истражувачките области за создавање на трансгенски растенија и животни интензивно се развиваат. Најновите генерации вакцини против разни инфективни агенси се создаваат со помош на методи на генетски инженеринг (првата од нив е создадена врз основа на квасец кој произведува површински протеин на човечкиот Б вирус). Големо внимание се посветува на развојот на вектори за клонирање базирани на вируси на цицачи и нивната употреба за создавање живи поливалентни вакцини за ветеринарни и медицински потреби, како и на молекуларни вектори за генска терапија на тумори на рак и наследни болести. Развиен е метод за директно внесување на recDNA во телото на животните и луѓето, насочувајќи го производството на антигени на различни инфективни агенси во нивните клетки (ДНК вакцинација). Најновата насока на генетскиот инженеринг е создавање на јастиви вакцини базирани на трансгенски растенија, како што се домати, моркови, компири, пченка, зелена салата итн., кои произведуваат имуногени протеини на инфективни агенси. рекомбинантна молекула за генетско инженерство

Загриженост поврзани со спроведувањетоексперименти со генетско инженерство

Набргу по првите успешни експерименти за добивање реки од ДНК, група научници предводени од П. Берг предложија ограничување на спроведувањето на голем број експерименти за генетско инженерство. Овие грижи се засноваа на фактот дека својствата на организмите што содржат странски генетски информации е тешко да се предвидат. Тие можат да добијат непожелни карактеристики, да ја нарушат еколошката рамнотежа и да доведат до појава и ширење на необични болести кај луѓето, животните и растенијата. Дополнително, беше забележано дека човечката интервенција во генетскиот апарат на живите организми е неморална и може да предизвика непожелни социјални и етички последици. Во 1975 година, овие проблеми беа дискутирани на меѓународна конференција во Асиломар (САД). Нејзините учесници дојдоа до заклучок дека е неопходно да се продолжи со користење на методите на генетски инженеринг, но под услов задолжително да се почитуваат одредени правила и препораки. Последователно, овие правила, воспоставени во голем број земји, беа значително релаксирани и сведени на техники вообичаени во микробиолошките истражувања, создавањето на специјални заштитни уреди кои го спречуваат ширењето на биолошките агенси во животната средина, употребата на безбедни вектори и клетки примачи кои не се размножуваат во природни услови.

Често, генетскиот инженеринг се подразбира само како работа со ДНК, а термините „молекуларно клонирање“, „клонирање на ДНК“ и „клонирање на гени“ се користат како синоними за генетско инженерство. Сепак, сите овие концепти ја рефлектираат содржината на само поединечни операции на генетски инженеринг и затоа не се еквивалентни на терминот „генетски инженеринг“. Во Русија, терминот „генетски инженеринг“ е широко користен како синоним за генетски инженеринг. Сепак, семантичката содржина на овие поими е различна: генетскиот инженеринг има за цел да создаде организми со нова генетска програма, додека терминот „генетски инженеринг“ објаснува како тоа се прави - со манипулирање со гените.

Објавено на Allbest.ru

Слични документи
Економско значење

Генетскиот инженеринг служи за добивање на посакуваните квалитети на променлив или генетски модифициран организам. За разлика од традиционалната селекција, при која генотипот е подложен на промени само индиректно, генетскиот инженеринг дозволува директна интервенција во генетскиот апарат со помош на техниката на молекуларно клонирање. Примери за примена на генетски инженеринг се производство на нови генетски модифицирани сорти на житни култури, производство на човечки инсулин со користење на генетски модифицирани бактерии, производство на еритропоетин во клеточна култура или нови раси на експериментални глувци за научни истражувања.

Основата на микробиолошката, биосинтетичка индустрија е бактериската клетка. Клетките неопходни за индустриско производство се избираат според одредени карактеристики, од кои најважна е способноста да произведуваат, синтетизираат, во максимални можни количини, одредено соединение - аминокиселина или антибиотик, стероиден хормон или органска киселина. . Понекогаш треба да имате микроорганизам кој може, на пример, да користи масло или отпадна вода како „храна“ и да ги преработи во биомаса или дури и протеин сосема погодни за адитиви за добиточна храна. Понекогаш ни се потребни организми кои можат да се развијат на покачени температури или во присуство на супстанции кои се секако смртоносни за други видови на микроорганизми.

Задачата за добивање на такви индустриски соеви е многу важна за нивна модификација и селекција, развиени се бројни методи за активно влијание врз клетката - од третман со моќни отрови до радиоактивно зрачење; Целта на овие техники е една - да се постигнат промени во наследниот, генетскиот апарат на клетката. Нивниот резултат е производство на бројни мутантни микроби, од стотици и илјадници од кои научниците потоа се обидуваат да го изберат најсоодветниот за одредена цел. Создавањето методи на хемиска или радијациона мутагенеза беше извонредно достигнување на биологијата и е широко користен во современите биотехнологијата.

Но, нивните способности се ограничени од природата на самите микроорганизми. Тие не се способни да синтетизираат голем број вредни материи кои се акумулираат во растенијата, пред се во лековитите и етерични масла. Тие не можат да синтетизираат супстанции кои се многу важни за животот на животните и луѓето, голем број ензими, пептидни хормони, имунолошки протеини, интерферони и многу поедноставни соединенија кои се синтетизираат во телото на животните и луѓето. Се разбира, можностите на микроорганизмите се далеку од исцрпени. Од целото изобилство на микроорганизми, само мал дел е користен од науката, а особено од индустријата. За целите на селекција на микроорганизми, од голем интерес се, на пример, анаеробните бактерии способни да живеат во отсуство на кислород, фототрофите кои користат светлосна енергија како што се растенијата, хемоавтотрофите, термофилните бактерии способни да живеат на температури, како што неодамна беше откриено, околу 110 ° C, итн.

А сепак ограничувањата на „природниот материјал“ се очигледни. Тие се обидоа и се обидуваат да ги заобиколат ограничувањата со помош на клеточни и ткивни култури на растенија и животни. Ова е многу важен и ветувачки пат, кој исто така се спроведува во биотехнологијата. Во текот на изминатите неколку децении, научниците развија методи со кои поединечните ткивни клетки на растение или животно може да се натераат да растат и да се репродуцираат одделно од телото, како бактериски клетки. Ова беше важно достигнување - добиените клеточни култури се користат за експерименти и за индустриско производство на одредени супстанции кои не можат да се добијат со помош на бактериски култури.

Историја на развој и постигнато ниво на технологија

Во втората половина на 20 век, беа направени неколку важни откритија и пронајдоци кои лежат во основата генетскиот инженеринг. Долгогодишните обиди да се „прочитаат“ биолошките информации што се „запишуваат“ во гените се успешно завршени. Оваа работа ја започнаа англискиот научник Ф. Сангер и американскиот научник В. Гилберт (Нобелова награда за хемија). Како што е познато, гените содржат информации-инструкции за синтеза на РНК молекули и протеини, вклучително и ензими, во телото. За да се принуди клетката да синтетизира нови супстанции кои се невообичаени за неа, неопходно е во неа да се синтетизираат соодветните групи на ензими. И за ова е неопходно или намерно да се променат гените лоцирани во него, или да се воведат нови, претходно отсутни гени во него. Промените во гените во живите клетки се мутации. Тие се јавуваат под влијание, на пример, на мутагени - хемиски отрови или зрачење. Но, таквите промени не можат да бидат контролирани или насочени. Затоа, научниците ги насочија своите напори на обидот да развијат методи за воведување на нови, многу специфични гени кои им се потребни на луѓето во клетките.

Главните фази на решавање на проблемот со генетскиот инженеринг се како што следува:
1. Добивање на изолиран ген. 2. Воведување на генот во вектор за пренос во телото. 3. Трансфер на векторот со генот во модифицираниот организам. 4. Трансформација на телесните клетки. 5. Избор на генетски модифицирани организми ( ГМО) и елиминирање на оние кои не беа успешно изменети.
Процесот на синтеза на гени сега е многу добро развиен, па дури и во голема мера автоматизиран. Постојат специјални уреди опремени со компјутери, во чија меморија се чуваат програми за синтеза на различни нуклеотидни секвенци. Овој апарат синтетизира ДНК сегменти до 100-120 азотни бази во должина (олигонуклеотиди). Стана широко распространета техника која овозможува користење на полимеразна верижна реакција за синтеза на ДНК, вклучително и мутантна ДНК. Термостабилен ензим, ДНК полимераза, се користи во него за синтеза на ДНК на шаблон, за што како семиња се користат вештачки синтетизирани парчиња нуклеинска киселина - олигонуклеотиди. Ензимот реверзна транскриптаза овозможува, користејќи такви прајмери, да се синтетизира ДНК на шаблон на РНК изолиран од клетките. ДНК синтетизирана на овој начин се нарекува комплементарна ДНК (РНК) или cDNA. Изолиран, „хемиски чист“ ген може да се добие и од библиотека на фаги. Ова е името на препаратот на бактериофаг, во чиј геном се вградени случајни фрагменти од геномот или cDNA, репродуцирани од фагот заедно со целата негова ДНК.

Техниката на воведување гени во бактерии е развиена откако Фредерик Грифит го откри феноменот на бактериска трансформација. Овој феномен се заснова на примитивен сексуален процес, кој кај бактериите е придружен со размена на мали фрагменти од нехромозомска ДНК, плазмиди. Плазмидните технологии ја формираа основата за воведување на вештачки гени во бактериските клетки.

Значајни тешкотии беа поврзани со воведувањето на готов ген во наследниот апарат на растителните и животинските клетки. Меѓутоа, во природата има случаи кога странската ДНК (на вирус или бактериофаг) е вклучена во генетскиот апарат на клетката и со помош на неговите метаболички механизми почнува да го синтетизира „својот“ протеин. Научниците ги проучувале карактеристиките на воведувањето на туѓа ДНК и ја користеле како принцип за воведување генетски материјал во клетката. Овој процес се нарекува трансфекција.

Доколку едноклеточните организми или повеќеклеточните клеточни култури се предмет на модификација, тогаш во оваа фаза започнува клонирањето, односно селекцијата на оние организми и нивните потомци (клонови) кои претрпеле модификација. Кога задачата е да се добијат повеќеклеточни организми, клетките со изменет генотип се користат за вегетативно размножување на растенијата или се внесуваат во бластоцистите на сурогат мајка кога станува збор за животните. Како резултат на тоа, младенчињата се раѓаат со променет или непроменет генотип, меѓу кои само оние кои ги покажуваат очекуваните промени се избираат и вкрстуваат едни со други.

Примена во научно истражување

Иако во мал обем, генетскиот инженеринг веќе се користи за да им се даде шанса на жените со некои видови неплодност да забременат. За таа цел се користат јајца од здрава жена. Како резултат на тоа, детето го наследува генотипот од еден татко и две мајки.

Сепак, можноста за правење позначајни промени во човечкиот геном се соочува со голем број сериозни етички проблеми.

Генетскиот инженеринг е метод на биотехнологија кој се занимава со истражување на реструктуирање на генотипови. Генотипот не е само механичка сума на гени, туку комплексен систем кој се развил за време на еволуцијата на организмите. Генетскиот инженеринг овозможува пренос на генетски информации од еден организам на друг преку ин витро операции. Трансферот на гени овозможува да се надминат меѓувидовите бариери и да се пренесат индивидуалните наследни карактеристики на еден организам на друг.

Носители на материјалната основа на гените се хромозомите, кои вклучуваат ДНК и протеини. Но, гените на формирање не се хемиски, туку функционални. Од функционална гледна точка, ДНК се состои од многу блокови кои складираат одредена количина на информации - гени. Дејството на генот се заснова на неговата способност да ја одредува синтезата на протеини преку РНК. Молекулата на ДНК содржи, како што беше, информации што ја одредуваат хемиската структура на протеинските молекули. Генот е дел од молекулата на ДНК што содржи информации за примарната структура на кој било протеин (еден ген - еден протеин). Бидејќи во организмите има десетици илјади протеини, постојат десетици илјади гени. Севкупноста на сите гени на клетката го сочинува нејзиниот геном. Сите клетки на телото содржат ист збир на гени, но секоја од нив имплементира различен дел од складираните информации. Затоа, на пример, нервните клетки се разликуваат од клетките на црниот дроб и по структурни, функционални и биолошки карактеристики.

Преуредувањето на генотиповите, при извршување на задачи од генетски инженеринг, претставува квалитативни промени во гените кои не се поврзани со промени во структурата на хромозомите видливи во микроскоп. Промените на гените првенствено вклучуваат промени во хемиската структура на ДНК. Информациите за структурата на протеинот, напишани како низа од нуклеотиди, се имплементирани како низа од амино киселини во синтетизираната протеинска молекула. Промената на низата нуклеотиди во хромозомската ДНК, губењето на некои и вклучувањето на други нуклеотиди, го менува составот на молекулите на РНК формирани на ДНК, а тоа, пак, одредува нова низа на амино киселини за време на синтезата. Како резултат на тоа, во клетката почнува да се синтетизира нов протеин, што доведува до појава на нови својства во телото. Суштината на методите на генетско инженерство е дека поединечни гени или групи на гени се вметнуваат или се исклучуваат од генотипот на организмот. Како резултат на вметнување на претходно отсутен ген во генотипот, клетката може да биде принудена да синтетизира протеини што претходно не ги синтетизирала.

Најчестиот метод на генетско инженерство е методот на добивање рекомбинантна, т.е. кој содржи странски ген, плазмид. Плазмидите се кружни двоверижни ДНК молекули кои се состојат од неколку илјади нуклеотидни парови. Овој процес се состои од неколку фази.

1. Ограничување - сечење на ДНК, на пример, на личност, на фрагменти.

2. Лигација - фрагмент со саканиот ген е вклучен во плазмидите и се зашива заедно.

3. Трансформација - воведување на рекомбинантни плазмиди во бактериски клетки. Трансформираните бактерии добиваат одредени својства. Секоја од трансформираните бактерии се размножува и формира колонија од многу илјади потомци - клон.

4. Скрининг - избор меѓу клоновите на трансформираните бактерии на оние со плазмиди кои го носат саканиот човечки ген.

Целиот овој процес се нарекува клонирање. Со користење на клонирање, можно е да се добијат повеќе од милион копии од кој било фрагмент на ДНК од личност или друг организам. Ако клонираниот фрагмент шифрира протеин, тогаш е можно експериментално да се проучи механизмот што ја регулира транскрипцијата на овој ген, како и да се произведе овој протеин во потребната количина. Покрај тоа, клониран ДНК фрагмент од еден организам може да се внесе во клетките на друг организам. Ова може да постигне, на пример, високи и стабилни приноси благодарение на воведениот ген кој обезбедува отпорност на голем број болести. Ако во генотипот на почвените бактерии ги внесете гените на другите бактерии кои имаат способност да го фиксираат атмосферскиот азот, тогаш почвените бактерии ќе можат да го претворат овој азот во фиксен почвен азот. Со внесување во генотипот на бактеријата E. coli ген од човечкиот генотип кој ја контролира синтезата на инсулинот, научниците постигнале производство на инсулин преку таквите E. coli. Со понатамошниот развој на науката, ќе стане возможно да се воведат гени кои недостасуваат во човечкиот ембрион и со тоа да се избегнат генетски болести.

Експериментите за клонирање животни траат долго време. Доволно е да се отстрани јадрото од јајце клетката, да се всади во неа јадрото на друга клетка земена од ембрионско ткиво и да се одгледува - или во епрувета или во утробата на мајка посвоител. Клонираната овца Доли е создадена на неконвенционален начин. Јадрото од клетката на вимето на 6-годишна возрасна овца од една раса беше пресадено во јајце без нуклеарно јајце на овца од друга раса. Ембрионот во развој беше ставен во овца од третата раса. Бидејќи новороденото јагне ги добило сите гени од првата овца-донатор, тоа е неговата точна генетска копија. Овој експеримент отвора многу нови можности за клонирање на елитни раси, наместо долгогодишна селекција.

Научниците од Универзитетот во Тексас успеаја да го продолжат животот на неколку видови човечки клетки. Обично една клетка умира откако ќе помине низ околу 7-10 процеси на делење, но тие постигнаа сто клеточни делби. Стареењето, според научниците, се случува затоа што клетките ги губат теломерите, молекуларните структури кои се наоѓаат на краевите на сите хромозоми, при секоја поделба. Научниците го вградија генот што го открија, кој е одговорен за производството на теломераза, во клетките и со тоа ги направија бесмртни. Можеби ова е идниот пат кон бесмртноста.

Од 80-тите се појавија програми за проучување на човечкиот геном. Во процесот на извршување на овие програми, веќе се прочитани околу 5 илјади гени (целосниот човечки геном содржи 50-100 илјади). Откриени се голем број нови човечки гени. Генетскиот инженеринг станува сè поважен во генската терапија. Бидејќи многу болести се одредуваат на генетско ниво. Токму во геномот постои предиспозиција или отпорност на многу болести. Многу научници веруваат дека геномската медицина и генетскиот инженеринг ќе функционираат во 21 век.

Кратка порака од генетскиот инженеринг. Генетскиот инженеринг

Енциклопедиски YouTube

Историја на развој и постигнато ниво на технологија

Примена во научно истражување

Клеточно инженерство

Генетски инженеринг во Русија

исто така види

Белешки

Испратете ја вашата добра работа во базата на знаење е едноставна. Користете ја формата подолу

Слични документи

Економско значење

Историја на развој и постигнато ниво на технологија

Примена во научно истражување