Kejuruteraan genetik ialah satu set kaedah, teknik dan teknologi untuk mengasingkan gen daripada sel atau organisma, mendapatkan RNA dan DNA rekombinan, melakukan pelbagai manipulasi dengan gen, serta memperkenalkannya ke dalam organisma lain. Disiplin ini membantu untuk mendapatkan ciri-ciri yang dikehendaki bagi organisma yang diubah suai.

Kejuruteraan genetik bukanlah sains dalam erti kata yang luas, tetapi dianggap sebagai alat bioteknologi. Ia menggunakan penyelidikan dari sains seperti genetik dan mikrobiologi molekul.

Kaedah kejuruteraan genetik yang dicipta berkaitan dengan pengurusan keturunan merupakan salah satu peristiwa yang paling menarik dalam perkembangan sains.

Para saintis, ahli biologi molekul dan ahli biokimia telah belajar untuk menukar, mengubah suai gen dan mencipta yang benar-benar baharu dengan menggabungkan gen daripada organisma yang berbeza. Mereka juga belajar cara mensintesis bahan mengikut corak yang diberikan. Para saintis mula memperkenalkan bahan tiruan ke dalam organisma, memaksa mereka untuk bekerja. Kejuruteraan genetik adalah berdasarkan semua kerja ini.

Walau bagaimanapun, terdapat beberapa batasan "bahan biologi". Para saintis cuba menyelesaikan masalah ini dengan bantuan dan Pakar ambil perhatian bahawa laluan ini agak menjanjikan. Sejak beberapa dekad yang lalu, saintis telah membangunkan teknik di mana tumbuhan atau sel tumbuhan tertentu boleh dipaksa untuk membangun dan membiak secara bebas, secara berasingan daripada organisma.

Pencapaian kejuruteraan genetik adalah sangat penting. digunakan dalam eksperimen, serta dalam pengeluaran industri bahan tertentu yang tidak boleh diperoleh menggunakan kultur bakteria. Walau bagaimanapun, terdapat kesukaran dalam bidang ini juga. Sebagai contoh, masalahnya ialah kekurangan keupayaan dalam sel haiwan untuk membahagi sebanyak tidak terhingga

Semasa eksperimen, penemuan asas telah dibuat. Oleh itu, buat pertama kalinya, gen terpencil "tulen kimia" telah dibiakkan. Selepas itu, saintis menemui enzim ligase dan sekatan. Dengan bantuan yang terakhir, ia menjadi mungkin untuk memotong gen menjadi kepingan - nukleotida. Dan dengan bantuan ligase, sebaliknya, anda boleh menyambung, "gam" kepingan ini bersama-sama, tetapi dalam kombinasi baru, mencipta, membina gen yang berbeza.

Para saintis juga telah membuat kemajuan yang ketara dalam proses "membaca" maklumat biologi. Selama bertahun-tahun, W. Gilbert dan F. Sanger, saintis Amerika dan Inggeris, telah mentafsir data yang terkandung dalam gen.

Pakar ambil perhatian bahawa kejuruteraan genetik sepanjang tempoh kewujudannya tidak memberi kesan negatif kepada penyelidik sendiri, tidak menyebabkan kemudaratan kepada manusia dan tidak menyebabkan kerosakan kepada alam semula jadi. Para saintis mencatatkan bahawa hasil yang dicapai dalam proses mengkaji fungsi mekanisme yang memastikan kehidupan organisma dan dalam industri gunaan sangat mengagumkan. Pada masa yang sama, prospek kelihatan sangat hebat.

Di sebalik kepentingan genetik dan kejuruteraan genetik dalam pertanian dan perubatan, keputusan utamanya masih belum dicapai.

Para saintis menghadapi banyak cabaran. Ia adalah perlu untuk menentukan bukan sahaja fungsi dan tujuan setiap gen, tetapi juga keadaan di mana pengaktifannya berlaku, dalam tempoh kehidupan apa, di bawah pengaruh faktor apa, di bahagian badan mana ia dihidupkan dan mencetuskan sintesis protein yang sepadan. Di samping itu, adalah penting untuk mengetahui peranan protein ini dalam kehidupan badan, tindak balas yang dicetuskan, sama ada ia melampaui had selular, dan maklumat yang dibawanya. Masalah lipatan protein agak kompleks. Penyelesaian kepada ini dan banyak masalah lain dijalankan oleh saintis dalam rangka kerja kejuruteraan genetik.

Kejuruteraan genetik

Biologi moden pada asasnya berbeza daripada biologi tradisional bukan sahaja dalam kedalaman perkembangan idea kognitif yang lebih mendalam, tetapi juga dalam hubungan yang lebih rapat dengan kehidupan masyarakat dan dengan amalan. Kita boleh mengatakan bahawa pada zaman kita biologi telah menjadi satu cara untuk mengubah dunia hidup untuk memenuhi keperluan material masyarakat. Kesimpulan ini digambarkan terutamanya oleh hubungan rapat biologi dengan bioteknologi, yang telah menjadi bidang pengeluaran bahan yang paling penting, rakan kongsi teknologi mekanikal dan kimia yang sama yang dicipta oleh manusia, serta dengan perubatan.

Sejak penubuhannya, biologi dan bioteknologi sentiasa berkembang bersama, dengan biologi menjadi asas saintifik bioteknologi sejak awal lagi. Walau bagaimanapun, untuk masa yang lama, kekurangan datanya sendiri tidak membenarkan biologi mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap bioteknologi. Keadaan berubah secara dramatik dengan penciptaan pada separuh kedua abad ke-20. metodologi kejuruteraan genetik, yang difahami sebagai manipulasi genetik untuk tujuan membina baru dan membina semula genotip sedia ada. Oleh kerana sifatnya sebagai pencapaian metodologi, kejuruteraan genetik tidak membawa kepada pemecahan idea-idea sedia ada tentang fenomena biologi, tidak menjejaskan prinsip asas biologi, sama seperti astronomi radio tidak menggoncang prinsip asas astrofizik, penubuhan " setara mekanikal haba" tidak membawa kepada perubahan dalam undang-undang kekonduksian terma, tetapi bukti teori atom jirim tidak mengubah hubungan antara termodinamik, hidrodinamik dan teori keanjalan (A.A. Baev).

Namun begitu, kejuruteraan genetik telah membuka era baru dalam biologi kerana peluang baru telah muncul untuk menembusi kedalaman fenomena biologi untuk mencirikan lagi bentuk kewujudan bahan hidup, mengkaji dengan lebih berkesan struktur dan fungsi gen di tahap molekul, dan memahami mekanisme halus operasinya. Kejayaan kejuruteraan genetik bermakna revolusi dalam moden

sains semula jadi. Mereka menentukan kriteria untuk nilai idea moden tentang ciri struktur dan fungsi tahap molekul dan selular bahan hidup. Data moden mengenai makhluk hidup adalah sangat penting dalam pendidikan, kerana ia memberikan pemahaman tentang salah satu aspek terpenting dunia organik dan dengan itu memberi sumbangan yang tidak ternilai kepada penciptaan gambaran saintifik dunia. Oleh itu, dengan meluaskan asas kognitifnya secara dramatik, biologi melalui kejuruteraan genetik juga mempunyai pengaruh utama ke atas kebangkitan bioteknologi.

Kejuruteraan genetik mencipta asas mengenai laluan untuk memahami kaedah dan cara "membina" organisma baharu atau menambah baik sedia ada, memberikan mereka nilai ekonomi yang lebih besar dan keupayaan untuk meningkatkan produktiviti proses bioteknologi secara mendadak. Walau bagaimanapun, kejuruteraan genetik telah mencipta horizon baru untuk perubatan dalam diagnosis dan rawatan banyak penyakit, baik bukan keturunan dan keturunan. Ia telah membuka jalan baharu dalam mencari ubat dan bahan baharu yang digunakan dalam perubatan. Kejuruteraan genetik dan bioteknologi telah merangsang pembangunan teknik bionoteknologi.

Dalam kerangka kejuruteraan genetik terdapat genetik Dan selular kejuruteraan. Kejuruteraan genetik merujuk kepada manipulasi untuk mencipta molekul DNA rekombinan. Metodologi ini sering dirujuk sebagai pengklonan molekul, pengklonan gen, teknologi DNA rekombinan, atau hanya manipulasi genetik. Adalah penting untuk menekankan bahawa objek kejuruteraan genetik adalah molekul DNA dan gen individu. Sebaliknya, kejuruteraan sel merujuk kepada manipulasi genetik sel individu terpencil atau kumpulan sel tumbuhan dan haiwan.

KEJURUTERAAN GENETIK DAN ALATNYA

Kejuruteraan genetik ialah satu set pelbagai teknik eksperimen (teknik) yang menyediakan reka bentuk (pembinaan semula) dan pengklonan molekul dan gen DNA untuk tujuan tertentu.

Kaedah kejuruteraan genetik digunakan dalam urutan tertentu (Rajah 127), dan beberapa peringkat dibezakan dalam pelaksanaan.

bukan eksperimen kejuruteraan genetik biasa yang bertujuan untuk mengkloning gen, iaitu:

1. Pengasingan DNA plasmidial daripada sel organisma yang diminati (awal) dan pengasingan vektor DNA.

2. Memotong (sekatan) DNA organisma asal kepada serpihan yang mengandungi gen yang diminati menggunakan salah satu enzim sekatan dan mengasingkan gen ini daripada campuran sekatan. Pada masa yang sama, DNA vektor dipotong (terhad), mengubahnya daripada struktur bulat menjadi satu linear.

3. Menghubungkan segmen DNA kepentingan (gen) dengan DNA vektor untuk mendapatkan molekul DNA hibrid.

4. Pengenalan molekul DNA rekombinan melalui transformasi kepada beberapa organisma lain, contohnya menjadi E coli atau sel somatik.

5. Menyemai bakteria di mana molekul DNA hibrid diperkenalkan pada media nutrien yang membenarkan pertumbuhan hanya sel yang mengandungi molekul DNA hibrid.

6. Pengenalpastian koloni yang terdiri daripada bakteria yang mengandungi molekul DNA hibrid.

7. Pengasingan DNA klon (gen klon) dan penciriannya, termasuk penjujukan bes nitrogen dalam serpihan DNA klon.

nasi. 127.Peringkat berturut-turut percubaan kejuruteraan genetik

Semasa evolusi, bakteria membangunkan keupayaan untuk mensintesis enzim sekatan yang dipanggil (endonucleases), yang menjadi sebahagian daripada sistem pengubahsuaian sekatan selular (bakteria). Dalam bakteria, sistem pengubahsuaian sekatan ialah sistem imun intraselular untuk melindungi daripada DNA asing. Tidak seperti organisma yang lebih tinggi, di mana pengiktirafan dan pemusnahan virus, bakteria dan patogen lain berlaku secara ekstraselular, dalam bakteria, perlindungan daripada DNA asing (DNA tumbuhan dan haiwan di mana badan mereka hidup) berlaku secara intraselular, i.e. apabila DNA asing menembusi sitoplasma bakteria. Untuk melindungi diri mereka, bakteria juga telah mengembangkan keupayaan untuk "menandai" DNA mereka sendiri dengan asas metilasi pada urutan tertentu. Atas sebab yang sama, DNA asing, kerana ketiadaan kumpulan metil pada urutan yang sama, dicairkan (dipotong) menjadi serpihan oleh pelbagai enzim sekatan bakteria, dan kemudian didegradasi oleh exonucleases bakteria kepada sifar. Kita boleh mengatakan bahawa dengan cara ini bakteria melindungi diri mereka daripada DNA tumbuhan dan haiwan, di mana badan mereka hidup sementara (sebagai patogen) atau secara kekal (sebagai saprofit).

Enzim sekatan mula-mula diasingkan daripada E coli pada tahun 1968. Ternyata mereka mampu memotong (mencairkan) molekul DNA di tapak sekatan (lokasi) yang berbeza. Enzim ini dipanggil endonucleases kelas I Kemudian endonucleases kelas II ditemui dalam bakteria, yang secara khusus mengenali tapak sekatan dalam DNA asing dan juga menjalankan sekatan di tapak ini. Enzim kelas ini mula digunakan dalam kejuruteraan genetik. Pada masa yang sama, enzim kelas III telah ditemui yang mencairkan DNA berhampiran tapak pengecaman, tetapi enzim ini tidak penting dalam kejuruteraan genetik.

Tindakan sistem pengubahsuaian sekatan "dirasionalkan" oleh urutan palindromik (pengiktirafan) asas nitrogen, yang merupakan tapak sekatan DNA. Urutan palindromik ialah urutan tapak yang membaca dengan cara yang sama ke hadapan dan ke belakang, seperti urutan huruf radar. Oleh kerana untaian DNA mempunyai arah antiselari, jujukan dianggap palindromik jika ia sama apabila dibaca dalam arah dari hujung 5" hingga 3" di bahagian atas dan pada helai bawah dari hujung 3" hingga 5" , iaitu:

Palindrom boleh dalam sebarang saiz, tetapi kebanyakan palindrom yang digunakan sebagai tapak pengecaman enzim sekatan terdiri daripada 4, 5, 6, dan jarang 8 bes.

Enzim sekatan adalah alat yang sangat diperlukan dalam kejuruteraan genetik untuk memotong serpihan kepentingan (gen) daripada molekul DNA yang besar. Memandangkan lebih daripada 100 enzim sekatan diketahui, ini membolehkan pemilihan enzim sekatan dan pengasingan terpilih serpihan daripada DNA asal.

Satu ciri yang luar biasa bagi enzim sekatan ialah ia memotong molekul menjadi beberapa serpihan (sekatan) DNA dengan langkah-langkah, akibatnya pada hujung yang terhasil satu rantai lebih panjang daripada yang lain, membentuk sejenis ekor. Hujung (ekor) sedemikian dipanggil hujung "melekit", kerana ia mampu melengkapi diri.

Mari kita pertimbangkan keputusan sekatan menggunakan contoh salah satu enzim sekatan yang paling terkenal Eco RI daripada sistem pengubahsuaian sekatan E. coI. Daripada mencairkan DNA di tengah-tengah jujukan pengecaman palindromik, enzim ini mencairkan DNA di luar pusat dan menghasilkan 4 hujung pelengkap diri (“melekit”) yang terdiri daripada nombor nukleotida yang berbeza, iaitu:

Hujung melekit ini berguna dalam eksperimen kejuruteraan genetik kerana ia boleh dicantum semula secara pelengkap pada suhu rendah, membolehkan penutupan serpihan DNA dengan cekap.

Tapak pengecaman dan tapak lebur dalam kes enzim sekatan lain mempunyai kandungan yang berbeza, iaitu:

Berikutan sekatan DNA, serpihan DNA sekatan (serpihan sekatan DNA) diasingkan daripada campuran sekatan, yang kemudiannya perlu untuk digabungkan dengan vektor. Untuk mengasingkan enzim sekatan DNA, elektroforesis digunakan, kerana dengan kaedah ini sangat mudah untuk memfraksinasi DNA terhad kerana saiz serpihan sekatan dan nisbah cas-jisim elektrik yang berterusan. Serpihan dalam medan elektrik berhijrah semasa elektroforesis pada frekuensi bergantung pada saiznya (jisim). Lebih besar (lebih panjang) serpihan, lebih perlahan ia berhijrah dalam medan elektrik. Bahan yang digunakan untuk elektroforesis ialah agarose atau poliakrilamida tidak boleh dicas. Untuk mengenal pasti serpihan, etidium bromida digunakan, yang mewarnai serpihan, yang menjadikannya lebih mudah untuk dikesan.

Kecekapan elektroforesis adalah sangat tinggi, kerana ia boleh digunakan untuk memisahkan serpihan yang saiznya berkisar antara 2 hingga 50,000 bes.

Selepas elektroforesis, serpihan diasingkan daripada agarose menggunakan pelbagai kaedah. Berdasarkan keputusan perbandingan saiz

daripada enzim sekatan DNA yang sama yang diperoleh menggunakan enzim sekatan yang berbeza, peta sekatan dibina, yang menunjukkan tapak sekatan bagi setiap enzim sekatan yang digunakan. Dari segi praktikal, peta sekatan membolehkan untuk menentukan bukan sahaja saiz tapak sekatan, tetapi juga untuk menentukan lokasi lokus gen tertentu dalam molekul DNA.

Oleh kerana dalam organisma yang lebih tinggi, DNA heterogen disintesis semasa transkripsi, yang diperbetulkan dengan pemprosesan, kejuruteraan genetik biasanya menggunakan DNA pelengkap (cDNA), yang diperoleh dengan menggunakan mRNA sebagai templat, di mana transkripase terbalik mensintesis DNA untai tunggal (cDNA) , yang merupakan salinan mRNA. DNA untai tunggal ini kemudiannya ditukarkan kepada DNA untai dua. cDNA dianggap mengandungi jujukan nukleotida berterusan (ditranskripsi dan diterjemahkan). Ia adalah cDNA yang digunakan untuk sekatan.

Serpihan DNA (sekatan) diasingkan selepas elektroforesis daripada gel agarose boleh terlebih dahulu tertakluk kepada penjujukan, i.e. tentukan urutan nukleotida mereka. Untuk tujuan ini, kaedah penjujukan kimia dan enzimatik digunakan. Kaedah kimia adalah berdasarkan mendapatkan serpihan yang dilabel dengan fosforus radioaktif (32 P) dan mengeluarkan salah satu bes daripada serpihan ini, diikuti dengan mengambil kira keputusan autoradiografi gel yang mengandungi serpihan ini. Kaedah enzimatik adalah berdasarkan pengenalan nukleotida pada penghujung serpihan yang dianalisis, yang kemudiannya digunakan dalam sintesis serpihan yang berbeza. dalam vitro, dianalisis untuk urutan nukleotida secara elektroforesis. Untuk mengkaji urutan nukleotida tertentu dalam molekul DNA, gunakan

juga hibridisasi DNA-DNA, RNA-RNA, DNA-RNA, Utara

dan tompok Selatan.

Vektor genetik. Segmen DNA (gen) yang bertujuan untuk pengklonan molekul mesti mempunyai keupayaan untuk mereplikasi apabila dipindahkan ke dalam sel bakteria, i.e. menjadi replika. Namun, dia tidak mempunyai kebolehan seperti itu. Oleh itu, untuk memastikan pemindahan dan pengesanan gen klon dalam sel, mereka digabungkan dengan apa yang dipanggil vektor genetik. Yang terakhir mesti mempunyai sekurang-kurangnya dua sifat. Pertama, vektor mestilah mampu untuk mereplikasi

dalam sel, dan pada beberapa hujung. Kedua, mereka mesti menyediakan kemungkinan memilih sel yang mengandungi vektor, i.e. mempunyai penanda yang boleh digunakan untuk memilih balas sel yang mengandungi vektor bersama gen klon (molekul DNA rekombinan). Plasmid dan fag memenuhi keperluan ini. Plasmid adalah vektor yang baik kerana ia adalah replika dan boleh mengandungi gen untuk ketahanan terhadap mana-mana antibiotik, yang membolehkan pemilihan bakteria untuk ketahanan terhadap antibiotik ini dan, oleh itu, pengesanan mudah molekul DNA rekombinan

(Gamb. 128).

nasi. 128. Vektor pBRl

Oleh kerana tiada vektor plasmid semulajadi, semua vektor plasmid yang diketahui sehingga kini telah dibina secara buatan. Bahan permulaan untuk penciptaan beberapa vektor genetik ialah R-plasmid, di mana lebihan urutan DNA, termasuk yang mempunyai beberapa tapak sekatan, telah dikeluarkan menggunakan enzim sekatan. Penghapusan ini ditentukan oleh fakta bahawa vektor plasmid harus mempunyai hanya satu tapak pengecaman untuk satu enzim sekatan, dan tapak ini harus terletak di kawasan genom plasmid yang tidak berfungsi. Sebagai contoh, vektor plasmid pBR 322, yang mempunyai gen rintangan kepada ampicillin dan tetracycline, yang menjadikannya sangat mudah

untuk pemilihan bakteria yang mengandungi segmen DNA klon, ia mempunyai tapak sekatan tunggal untuk lebih daripada 20 enzim sekatan, termasuk enzim sekatan yang terkenal seperti Eco RI, Hind III, Pst I, Pva II dan Sal I.

Vektor Phage juga mempunyai beberapa kelebihan. Ia mungkin termasuk serpihan DNA klon yang lebih besar (lebih panjang) berbanding dengan vektor plasma. Selanjutnya, pemindahan serpihan klon oleh fag ke dalam sel akibat jangkitan mereka terhadap yang terakhir adalah lebih berkesan daripada transformasi DNA. Akhir sekali, vektor fag membenarkan pemeriksaan (pengiktirafan) yang lebih cekap pada permukaan agar koloni yang mengandungi sel yang membawa gen yang diklon. Banyak vektor phage adalah berdasarkan lambda phage.

Sebagai tambahan kepada fag, vektor virus lain yang dibina berdasarkan virus herpes, serta vektor yang dibina berdasarkan DNA yis, juga digunakan.

Jika pengklonan gen dijalankan menggunakan sel mamalia atau tumbuhan, maka keperluan untuk vektor adalah sama seperti dalam kes pengklonan dalam sel bakteria.

Pembinaan molekul DNA rekombinan. Pembinaan langsung molekul DNA rekombinan berikutan selepas sekatan DNA yang dikaji dan DNA vektor diperolehi. Ia terdiri daripada penggabungan segmen sekatan DNA yang dikaji dengan sekatan DNA vektor, yang, akibat sekatan, ditukar daripada DNA bulat kepada linear.

Untuk menyambungkan serpihan DNA yang dikaji dengan DNA vektor, ligase DNA digunakan (Rajah 129). Ligasi akan berjaya jika struktur saling mengunci mempunyai kumpulan 3"-hidroksil dan 5"-fosfat dan jika kumpulan ini diposisikan dengan sewajarnya berbanding satu sama lain. Serpihan-serpihan itu bergabung melalui hujung melekitnya sebagai hasil pelengkapan diri. Pada kepekatan serpihan yang tinggi, yang terakhir dari semasa ke semasa menjadi dalam kedudukan yang betul (bertentangan antara satu sama lain). Banyak enzim sekatan, seperti Eco RI, menghasilkan hujung melekit yang terdiri daripada empat bes. Proses pengikatan hujung "melekit", yang terdiri daripada empat pangkalan, berlaku pada suhu rendah (sehingga 12? C).

nasi. 129. Pengikatan DNA

Jika penghadaman sekatan menghasilkan serpihan tanpa hujung melekit, ia "secara paksa" ditukar menjadi molekul dengan hujung melekit menggunakan pemindahan enzim. Enzim ini menambah nukleotida pada hujung 3" DNA. Ekor poli-A boleh ditambah pada satu serpihan dan ekor poli-T pada satu lagi. Tindak balas rantai polimerase (PCR) juga digunakan untuk menghasilkan sebarang hujung DNA yang dikehendaki. Prinsip PCR adalah berdasarkan kepada denaturasi DNA yang diasingkan daripada sel dan "penyepuhlindapannya" dengan penambahan oligonukleotida DNA, yang terdiri daripada 15-20 nukleotida setiap satu, kepada rantaian renaturasi ini mesti menjadi pelengkap kepada urutan dalam rantai dipisahkan dengan jarak 50-2000 nukleotida dalam vitro, mereka membenarkan polimerase DNA menyalin bahagian tersebut yang terletak di antara "primer". Penyalinan ini menghasilkan sejumlah besar salinan serpihan DNA yang sedang dikaji.

Pengenalan molekul DNA rekombinan ke dalam sel. Selepas serpihan DNA yang diminati (gen) digabungkan dengan vektor genetik menggunakan ligase DNA, molekul rekombinan yang terhasil dimasukkan ke dalam sel untuk mencapai replikasinya (disebabkan oleh vektor genetik) dan meningkatkan bilangan salinan. Cara yang paling popular untuk memperkenalkan molekul DNA rekombinan ke dalam sel, di mana plasmid berfungsi sebagai vektor, adalah transformasi E coli. Untuk tujuan ini, sel-sel bakteria dirawat terlebih dahulu dengan kalsium atau rubidium (ion), mengikut urutan

supaya mereka menjadi "cekap" dalam persepsi DNA rekombinan. Untuk meningkatkan kekerapan penembusan DNA ke dalam sel, kaedah elektroporasi digunakan, yang melibatkan mendedahkan sel secara ringkas kepada medan elektrik yang sengit. Rawatan ini mewujudkan rongga dalam membran sel, yang membolehkan sel melihat DNA dengan lebih baik. Selepas memperkenalkan molekul DNA rekombinan ke dalam bakteria, yang terakhir disalut pada MPA (agar peptone daging) yang diperkaya dengan antibiotik untuk memilih sel yang dikehendaki, i.e. sel yang mengandungi molekul DNA rekombinan. Kekerapan transformasi adalah rendah. Biasanya, satu transforman muncul setiap 10 5 sel berbiji. Jika vektor adalah faj, maka mereka menggunakan pemindahan sel (bakteria atau yis) dengan faj. Bagi sel somatik haiwan, ia ditransfeksi dengan DNA dengan kehadiran bahan kimia yang memudahkan laluan DNA melalui membran plasma. Suntikan mikro DNA terus ke dalam oosit, sel somatik yang dikultur dan embrio mamalia juga boleh dilakukan.

Perkara yang paling penting yang dikaitkan dengan pengklonan molekul ialah mencari cara untuk menentukan sama ada serpihan klon sebenarnya termasuk dalam vektor dan, bersama-sama dengan vektor, membentuk molekul DNA rekombinan, memasuki sel. Jika kita bercakap tentang sel bakteria, maka salah satu kaedah adalah berdasarkan mengambil kira ketidakaktifan sisipan gen rintangan plasmid (vektor). Sebagai contoh, dalam vektor plasmid pBR 322, yang menentukan rintangan terhadap ampisilin dan tetrasiklin, satu-satunya tapak untuk enzim sekatan Pst I terletak di lokus yang diduduki oleh gen rintangan ampicillin. Gabungan PstI di tapak ini menghasilkan hujung melekit, membolehkan pengikatan serpihan klon kepada vektor DNA. Walau bagaimanapun, dalam kes ini, gen rintangan ampicillin plasmid (vektor) tidak diaktifkan, manakala gen rintangan tetracycline pada vektor kekal utuh. Ia adalah gen rintangan tetrasiklin yang digunakan untuk pemilihan sel yang diubah oleh molekul DNA rekombinan. Ini memungkinkan untuk memastikan bahawa sel-sel koloni yang tumbuh pada medium dengan tetrasiklin sebenarnya mengandungi molekul DNA rekombinan, ia diperiksa menggunakan apa yang dipanggil "ujian titik" pada sepasang hidangan dengan medium pepejal, salah satunya mengandungi ampisilin; manakala yang satu lagi tiada antibiotik ini. DNA yang akan diklonkan ialah

hanya dalam transforman yang tahan terhadap tetrasiklin. Bagi transforman yang secara serentak tahan terhadap ampicillin dan tetracycline (ArTc), ia mengandungi molekul plasmid (vektor) yang secara spontan memperoleh bentuk bulat tanpa kemasukan DNA asing (klon).

Kaedah lain untuk mengesan kemasukan serpihan asing (klon) ke dalam vektor plasmid adalah berdasarkan penggunaan vektor yang mengandungi gen β-galactosidase. Penyisipan DNA asing ke dalam gen ini tidak dapat dielakkan menyahaktifkan sintesis β-galactosidase, yang boleh dikesan dengan menyadurkan sel yang diubah pada media yang mengandungi substrat β-galactosidase. Medium ini membolehkan pemilihan koloni sel berwarna. Terdapat kaedah lain.

Seperti yang telah dinyatakan, serpihan sekatan linear DNA vektor mampu memulihkan struktur bulat tanpa memasukkan segmen klon. Untuk mengurangkan kekerapan pembentukan spontan molekul DNA vektor bulat tersebut, pembatas DNA vektor dirawat dengan fosfatase. Akibatnya, pembentukan molekul DNA bulat menjadi mustahil, kerana hujung 5"-PO 4 yang diperlukan untuk tindakan ligase akan tiada.

Set koloni transforman yang ditanam pada medium terpilih ialah satu set sel yang mengandungi klon serpihan (gen) berbeza genomik atau cDNA yang diklon. Koleksi klon ini membentuk apa yang dipanggil perpustakaan DNA, digunakan secara meluas dalam kerja kejuruteraan genetik.

Peringkat akhir pengklonan gen ialah pengasingan dan kajian DNA klon, termasuk penjujukan. Strain bakteria atau sel somatik yang menjanjikan yang mengandungi molekul DNA rekombinan yang mengawal sintesis protein yang diminati yang mempunyai nilai komersial dipindahkan ke industri.

KEJURUTERAAN SEL

Seperti yang dinyatakan pada permulaan bab, kejuruteraan sel merujuk kepada manipulasi genetik sel haiwan dan tumbuhan terpencil. Manipulasi ini sering dilakukan dalam vitro, dan matlamat utama mereka adalah untuk mendapatkan genotip organisma ini dengan sifat tertentu, terutamanya berguna dari segi ekonomi. Untuk-

Sejak manusia, kejuruteraan sel ternyata boleh digunakan untuk sel kumannya.

Prasyarat untuk pembangunan kejuruteraan sel pada manusia dan haiwan ialah pembangunan kaedah untuk memupuk sel somatik mereka pada media nutrien tiruan, serta mendapatkan hibrid sel somatik, termasuk hibrid interspesifik. Seterusnya, kemajuan dalam penanaman sel somatik telah mempengaruhi kajian sel kuman dan persenyawaan pada manusia dan haiwan. Sejak tahun 60-an. abad XX Di beberapa makmal di seluruh dunia, banyak eksperimen telah dijalankan ke atas pemindahan nukleus sel somatik ke dalam telur secara buatan tanpa nukleus. Keputusan eksperimen ini selalunya bercanggah, tetapi secara amnya ia membawa kepada penemuan keupayaan nukleus sel untuk memastikan perkembangan normal telur (lihat Bab IV).

Berdasarkan hasil kajian perkembangan telur yang disenyawakan pada tahun 60-an. abad XX Penyelidikan juga dimulakan untuk menentukan kemungkinan menyuburkan telur di luar badan ibu. Sangat cepat, kajian ini membawa kepada penemuan kemungkinan menyuburkan telur dengan sperma secara in vitro dan perkembangan selanjutnya embrio yang terbentuk dengan cara ini apabila ditanam dalam rahim wanita. Penambahbaikan lanjut kaedah yang dibangunkan di kawasan ini telah membawa kepada fakta bahawa kelahiran kanak-kanak "tiub ujian" telah menjadi kenyataan. Sudah pada tahun 1981, 12 kanak-kanak dilahirkan di dunia, yang hidupnya diberikan di makmal, dalam tiub ujian. Pada masa ini, bahagian kejuruteraan sel ini telah meluas, dan bilangan kanak-kanak "tiub uji" sudah berpuluh-puluh ribu (Rajah 130). Di Rusia, kerja untuk mendapatkan kanak-kanak "tiub ujian" bermula hanya pada tahun 1986.

Pada tahun 1993, teknik untuk menghasilkan kembar manusia monozigotik telah dibangunkan dalam vitro dengan membahagikan embrio kepada blastomer dan mengembangkan yang terakhir kepada 32 sel, selepas itu ia boleh ditanam ke dalam rahim wanita.

Dipengaruhi oleh keputusan yang berkaitan dengan pengeluaran kanak-kanak "tiub ujian", teknologi juga dibangunkan pada haiwan, dipanggil pemindahan embrio. Ia dikaitkan dengan pembangunan kaedah untuk mendorong poliovulasi, kaedah untuk persenyawaan tiruan telur dan implantasi embrio ke dalam badan haiwan - ibu angkat. Intipati teknologi ini adalah seperti berikut:

malu. Seekor lembu yang sangat produktif disuntik dengan hormon, mengakibatkan poliovulasi, yang melibatkan pematangan 10-20 sel sekaligus. Telur kemudiannya disenyawakan secara buatan dengan sel pembiakan lelaki dalam oviduk. Pada hari ke-7-8, embrio dicuci keluar dari rahim dan dipindahkan ke dalam rahim lembu lain (ibu angkat), yang kemudiannya melahirkan anak kembar. Anak lembu mewarisi status genetik ibu bapa asal mereka.

nasi. 130.kanak-kanak tabung uji

Satu lagi bidang kejuruteraan sel haiwan ialah penciptaan haiwan transgenik. Cara paling mudah untuk mendapatkan haiwan tersebut adalah dengan memperkenalkan molekul DNA linear ke dalam telur haiwan asal. Haiwan yang berkembang daripada telur yang disenyawakan dengan cara ini akan mengandungi salinan gen yang diperkenalkan pada salah satu kromosom mereka dan, sebagai tambahan, mereka akan meneruskan gen ini kepada warisan. Kaedah yang lebih kompleks untuk menghasilkan haiwan transgenik telah dibangunkan pada tikus yang berbeza dalam warna bulu, dan bermuara kepada yang berikut. Pertama, embrio berusia empat hari dikeluarkan dari badan tikus kelabu yang hamil dan dihancurkan ke dalam sel individu. Kemudian nukleus dikeluarkan dari sel embrio dan dipindahkan ke telur tikus hitam, sebelum ini kehilangan nukleus. Telur tikus hitam yang mengandungi nukleus asing diletakkan di dalam tabung uji

dengan larutan nutrien untuk perkembangan selanjutnya. Embrio yang terbentuk daripada telur tikus hitam ditanam ke dalam rahim tikus putih. Oleh itu, dalam eksperimen ini, adalah mungkin untuk mendapatkan klon tikus dengan warna bulu kelabu, i.e. mengklon sel embrio dengan sifat tertentu. Dalam Bab IV, kami meneliti hasil persenyawaan telur kambing biri-biri ternyah nuklear buatan dengan bahan nuklear daripada sel somatik haiwan daripada spesies yang sama. Khususnya, nukleus dikeluarkan daripada telur biri-biri, dan kemudian nukleus sel somatik (sel embrio, janin atau dewasa) disuntik ke dalam telur tersebut, selepas itu telur yang disenyawakan itu disuntik ke dalam rahim biri-biri dewasa. Anak-anak kambing yang dilahirkan adalah sama dengan kambing betina penderma. Contohnya ialah Dolly the sheep. Anak lembu klon, tikus, arnab, kucing, baghal dan haiwan lain juga diperolehi. Pembinaan haiwan transgenik sedemikian adalah cara langsung untuk mengklonkan haiwan dengan ciri-ciri berguna dari segi ekonomi, termasuk individu daripada jantina tertentu.

Haiwan transgenik juga diperoleh menggunakan bahan permulaan yang dimiliki oleh spesies yang berbeza. Khususnya, terdapat kaedah yang diketahui untuk memindahkan gen yang mengawal hormon pertumbuhan daripada tikus ke dalam telur tikus, serta kaedah menggabungkan blastomer biri-biri dengan blastomer kambing, yang membawa kepada kemunculan haiwan hibrid (biri-biri). Eksperimen ini menunjukkan kemungkinan untuk mengatasi ketidakserasian spesies pada peringkat awal pembangunan. Prospek yang sangat menarik terbuka (jika ketidakserasian spesies diatasi sepenuhnya) dalam cara persenyawaan telur satu spesies dengan nukleus sel somatik spesies lain. Kami bercakap tentang prospek sebenar untuk mencipta kacukan haiwan yang bernilai ekonomi yang tidak boleh diperolehi dengan menyeberang.

Perlu diingatkan bahawa kerja pemindahan nuklear masih belum begitu berkesan. Eksperimen yang dilakukan ke atas amfibia dan mamalia secara amnya menunjukkan keberkesanannya adalah rendah, dan ia bergantung kepada ketidakserasian antara nukleus penderma dan oosit penerima. Di samping itu, penyimpangan kromosom yang terbentuk dalam nukleus yang dipindahkan semasa pembangunan selanjutnya, yang disertai dengan kematian haiwan transgenik, juga merupakan penghalang kepada kejayaan.

Di persimpangan kajian hibridisasi sel dan penyelidikan imunologi, timbul masalah yang berkaitan dengan pengeluaran dan kajian antibodi monoklonal yang dipanggil. Seperti yang dinyatakan di atas, antibodi yang dihasilkan oleh badan sebagai tindak balas kepada pengenalan antigen (bakteria, virus, sel darah merah, dll.) ialah protein yang dipanggil immunoglobulin dan membentuk bahagian asas sistem pertahanan badan terhadap patogen. Tetapi mana-mana badan asing yang dimasukkan ke dalam badan adalah campuran antigen yang berbeza yang akan merangsang pengeluaran antibodi yang berbeza. Sebagai contoh, sel darah merah manusia mempunyai antigen bukan sahaja untuk kumpulan darah A (II) dan B (III), tetapi juga banyak antigen lain, termasuk faktor Rh. Selanjutnya, protein dalam dinding sel bakteria atau kapsid virus juga boleh bertindak sebagai antigen yang berbeza, menyebabkan pembentukan antibodi yang berbeza. Pada masa yang sama, sel limfoid sistem imun badan biasanya diwakili oleh klon. Ini bermakna walaupun atas sebab ini sahaja, antibodi dalam serum darah haiwan yang diimunisasi sentiasa merupakan campuran yang terdiri daripada antibodi yang dihasilkan oleh sel klon yang berbeza. Sementara itu, untuk keperluan praktikal, antibodi hanya satu jenis diperlukan, i.e. yang dipanggil sera monospesifik yang mengandungi antibodi hanya satu jenis atau, seperti yang dipanggil, antibodi monoklonal.

Dalam mencari kaedah untuk menghasilkan antibodi monoklonal, penyelidik Switzerland pada tahun 1975 menemui kaedah hibridisasi antara limfosit tikus yang diimunisasi dengan antigen tertentu dan sel tumor berbudaya sumsum tulang. Hibrid sedemikian dipanggil "hibridoma". Dari bahagian "limfositik", yang diwakili oleh limfosit satu klon, hibridoma tunggal mewarisi keupayaan untuk menyebabkan pembentukan antibodi yang diperlukan, satu jenis, dan terima kasih kepada bahagian "tumor (myeloma)", ia menjadi mampu, seperti semua sel tumor, membiak tanpa had pada media nutrien tiruan, memberikan populasi kacukan yang besar. Dalam Rajah. 131 menunjukkan gambar rajah pengasingan garisan sel yang mensintesis antibodi monoklonal. Garis sel antibodi monoklonal tikus diasingkan dengan menggabungkan sel mieloma dengan limfosit daripada limpa tikus yang diimunisasi lima hari sebelumnya.

antigen yang dikehendaki. Pelaburan sel dicapai dengan mencampurkannya dengan kehadiran polietilena glikol, yang mendorong percantuman membran sel, dan kemudian menyemainya pada medium nutrien yang membolehkan pertumbuhan dan pembiakan hanya sel hibrid (hibridoma). Hibridoma dibiakkan dalam medium cecair, di mana ia berkembang lebih jauh dan merembeskan antibodi ke dalam cecair kultur, hanya satu jenis, dan dalam kuantiti yang tidak terhad. Antibodi ini dipanggil monoklonal. Untuk meningkatkan kekerapan pembentukan antibodi, mereka menggunakan hibridoma pengklonan, i.e. kepada pemilihan koloni hibridoma individu yang mampu menyebabkan pembentukan bilangan antibodi terbesar jenis yang dikehendaki. Antibodi monoklonal telah menemui penggunaan meluas dalam perubatan untuk diagnosis dan rawatan beberapa penyakit. Walau bagaimanapun, kelebihan terpenting teknologi monoklonal ialah ia boleh menghasilkan antibodi terhadap bahan yang tidak boleh disucikan. Sebaliknya, antibodi monoklonal boleh diperolehi terhadap membran sel (plasma) neuron haiwan. Untuk melakukan ini, tikus diimunisasi dengan membran neuron terpencil, selepas itu limfosit splenik mereka digabungkan dengan sel myeloma, dan kemudian meneruskan seperti yang diterangkan di atas.

nasi. 131. Mendapatkan antibodi monoklonal

KEJURUTERAAN GENETIK DAN PERUBATAN

Kejuruteraan genetik telah terbukti sangat menjanjikan untuk perubatan, terutamanya dalam penciptaan teknologi baru untuk penghasilan protein aktif fisiologi yang digunakan sebagai ubat (insulin, somatostatin, interferon, somatotropin, dll.).

Insulin digunakan untuk merawat pesakit diabetes, yang merupakan penyebab kematian ketiga paling biasa (selepas penyakit jantung dan kanser). Keperluan global untuk insulin adalah beberapa puluh kilogram. Secara tradisinya, ia diperoleh daripada kelenjar pankreas babi dan lembu, tetapi hormon haiwan ini sedikit berbeza daripada insulin manusia. Insulin babi berbeza dalam satu asid amino, manakala insulin lembu berbeza dalam tiga. Adalah dipercayai bahawa insulin haiwan sering menyebabkan kesan sampingan. Walaupun sintesis kimia insulin telah dijalankan untuk masa yang lama, sehingga kini pengeluaran industri hormon kekal sangat mahal. Kini insulin murah dihasilkan menggunakan kaedah kejuruteraan genetik melalui sintesis kimia-enzimatik gen insulin, diikuti dengan pengenalan gen ini ke dalam Escherichia coli, yang kemudiannya mensintesis hormon. Insulin ini lebih "biologi", kerana ia sama secara kimia dengan insulin yang dihasilkan oleh sel pankreas manusia.

Interferon adalah protein yang disintesis oleh sel terutamanya sebagai tindak balas kepada jangkitan badan oleh virus. Interferon dicirikan oleh kekhususan spesies. Sebagai contoh, pada manusia terdapat tiga kumpulan interferon yang dihasilkan oleh sel yang berbeza di bawah kawalan gen yang sepadan. Minat terhadap interferon ditentukan oleh fakta bahawa ia digunakan secara meluas dalam amalan klinikal untuk merawat banyak penyakit manusia, terutamanya virus.

Bersaiz besar, molekul interferon tidak mudah diakses untuk sintesis. Oleh itu, kebanyakan interferon kini diperoleh daripada darah manusia, tetapi hasil daripada kaedah pengeluaran ini adalah kecil. Sementara itu, keperluan interferon sangat tinggi. Ini menetapkan tugas untuk mencari kaedah yang berkesan untuk menghasilkan interferon dalam kuantiti industri. Kejuruteraan genetik mendasari pengeluaran moden interferon "bakteria".

Pengaruh kejuruteraan genetik terhadap teknologi bahan-bahan perubatan yang telah lama dicipta menggunakan teknologi biologi telah meningkat. Kembali pada 40-50an. abad XX telah dicipta

industri biologi untuk pengeluaran antibiotik, yang merupakan bahagian paling berkesan dalam senjata perubatan moden. Walau bagaimanapun, dalam beberapa tahun kebelakangan ini terdapat peningkatan yang ketara dalam rintangan ubat bakteria, terutamanya terhadap antibiotik. Sebabnya ialah pengedaran meluas dalam dunia mikrob plasmid yang menentukan rintangan dadah bakteria. Inilah sebabnya mengapa banyak antibiotik yang terkenal sebelum ini telah kehilangan keberkesanannya dahulu. Satu-satunya cara untuk mengatasi rintangan bakteria terhadap antibiotik setakat ini adalah dengan mencari antibiotik baru. Menurut pakar, kira-kira 300 antibiotik baru dicipta setiap tahun di dunia. Walau bagaimanapun, kebanyakannya sama ada tidak berkesan atau toksik. Hanya beberapa antibiotik yang diperkenalkan ke dalam amalan setiap tahun, yang memaksa kita bukan sahaja untuk mengekalkan, tetapi juga untuk meningkatkan kapasiti industri antibiotik berdasarkan perkembangan kejuruteraan genetik.

Tugas utama kejuruteraan genetik dalam teknologi bahan perubatan di mana mikroorganisma adalah pengeluar ubat ditentukan oleh keperluan untuk pembinaan semula kejuruteraan genetik yang terakhir untuk meningkatkan aktiviti mereka. Pada masa yang sama

Sejak itu, idea untuk mencipta ubat dalam bentuk molekul kecil telah mula dilaksanakan, yang menyumbang kepada keberkesanannya yang lebih besar.

Bioteknologi imun terutamanya dikaitkan dengan pengeluaran vaksin generasi baru untuk pencegahan penyakit berjangkit pada manusia dan haiwan. Produk komersial pertama yang dicipta menggunakan kejuruteraan genetik ialah vaksin terhadap hepatitis manusia, penyakit kaki dan mulut haiwan, dan beberapa yang lain. Arah yang sangat penting dalam bidang ini dikaitkan dengan pengeluaran antibodi monoklonal, reagen yang diperlukan untuk diagnosis patogen, serta untuk pembersihan hormon, vitamin, protein pelbagai sifat (enzim, toksin, dll.).

Kepentingan praktikal yang ketara ialah kaedah menghasilkan hemoglobin tiruan dengan memperkenalkan gen hemoglobin ke dalam tumbuhan tembakau, di mana, di bawah kawalan gen ini, rantai α- dan β globin dihasilkan, yang digabungkan menjadi hemoglobin. Hemoglobin yang disintesis dalam sel tumbuhan tembakau berfungsi sepenuhnya (mengikat oksigen). Kejuruteraan selular, seperti yang digunakan untuk manusia, dikaitkan bukan sahaja dengan menyelesaikan masalah asas biologi manusia, tetapi juga dengan mengatasi, pertama sekali, ketidaksuburan wanita. Sejak kekerapan kes positif implantasi embrio diperolehi ke dalam rahim wanita dalam vitro, adalah kecil, kemudian memperoleh embrio kembar monozigotik dalam vitro juga penting, kerana kemungkinan implantasi berulang disebabkan oleh embrio "ganti" meningkat. Yang menarik adalah prospek untuk menggunakan sel stem sebagai sumber penggantian sel dan tisu dalam rawatan penyakit seperti diabetes, kecederaan saraf tunjang, sakit jantung, osteoarthritis, dan penyakit Parkinson. Tetapi untuk merealisasikan prospek ini, kajian mendalam tentang biologi sel stem adalah perlu.

Dalam penggunaan kejuruteraan genetik berhubung dengan masalah perubatan, tugas membangunkan kaedah kejuruteraan genetik untuk rawatan radikal penyakit keturunan, yang, malangnya, belum dapat dirawat dengan kaedah sedia ada, telah memperoleh kepentingan khusus. Kandungan tugas ini adalah untuk membangunkan cara untuk membetulkan (menormalkan) mutasi yang mengakibatkan penyakit keturunan, dan untuk memastikan penghantaran "pembetulan" melalui warisan. Adalah dipercayai bahawa kejayaan pembangunan kaedah kejuruteraan genetik untuk rawatan penyakit keturunan akan

menyumbang kepada data tentang genom manusia yang diperoleh hasil daripada program saintifik antarabangsa "Genom Manusia".

MASALAH EKOLOGI KEJURUTERAAN GENETIK

Membawa bioteknologi ke tahap baru, kejuruteraan genetik juga telah menemui aplikasi dalam pembangunan cara untuk mengenal pasti dan menghapuskan bahan pencemar alam sekitar. Khususnya, strain bakteria telah dibina yang merupakan penunjuk unik bagi aktiviti mutagenik bahan cemar kimia. Sebaliknya, strain bakteria telah direka bentuk secara genetik untuk mengandungi plasmid, di bawah kawalan sintesis enzim berlaku yang mampu memusnahkan banyak sebatian kimia yang mencemarkan alam sekitar. Khususnya, sesetengah bakteria yang mengandungi plasmid mampu menguraikan minyak dan produk petroleum kepada sebatian tidak berbahaya yang telah berakhir di alam sekitar akibat daripada pelbagai kemalangan atau sebab lain yang tidak menguntungkan.

Walau bagaimanapun, kejuruteraan genetik adalah transformasi bahan genetik yang tidak wujud dalam alam semula jadi. Akibatnya, produk kejuruteraan genetik adalah produk baru yang tidak wujud secara semula jadi. Oleh itu, disebabkan sifat produknya yang tidak diketahui, ia sendiri penuh dengan bahaya untuk alam semula jadi dan alam sekitar, dan untuk kakitangan yang bekerja di makmal di mana mereka menggunakan kaedah kejuruteraan genetik atau bekerja dengan struktur yang dicipta semasa kerja kejuruteraan genetik.

Oleh kerana kemungkinan pengklonan gen tidak terhad, walaupun pada awal kajian ini, persoalan timbul di kalangan saintis tentang sifat organisma yang dicipta. Pada masa yang sama, beberapa akibat yang tidak diingini daripada metodologi ini telah dicadangkan, dan andaian ini mendapat sokongan di kalangan orang awam. Khususnya, perselisihan timbul mengenai sifat bakteria yang menerima gen haiwan dalam eksperimen kejuruteraan genetik. Sebagai contoh, adakah bakteria mengekalkan E coli identiti spesies mereka kerana kandungan gen yang diperkenalkan dari haiwan (contohnya, gen insulin) atau adakah mereka harus dianggap sebagai spesies baru? Selanjutnya, sejauh manakah bakteria tersebut tahan lama, dalam ceruk ekologi yang mana ia boleh

wujud?

Tetapi perkara yang paling penting mula menjadi kemunculan kebimbangan bahawa semasa pengeluaran dan manipulasi molekul DNA rekombinan, struktur genetik dengan sifat yang tidak dijangka dan berbahaya kepada kesihatan manusia boleh dicipta untuk keseimbangan ekologi yang telah ditetapkan secara sejarah. Pada masa yang sama, seruan untuk moratorium kejuruteraan genetik bermula. Panggilan ini menyebabkan bantahan antarabangsa dan membawa kepada persidangan antarabangsa, yang berlangsung pada tahun 1975 di Amerika Syarikat, di mana kemungkinan implikasi penyelidikan dalam bidang ini telah dibincangkan secara meluas. Kemudian, di negara-negara di mana kejuruteraan genetik mula berkembang, peraturan untuk bekerja dengan molekul DNA rekombinan telah dibangunkan. Peraturan ini bertujuan untuk menghalang produk makmal kejuruteraan genetik daripada memasuki alam sekitar.

Akhir sekali, masalah bahaya produk yang diubah suai secara genetik (tomato diubahsuai secara genetik, kentang, jagung, kacang soya), serta produk seperti roti, pes, gula-gula, ais krim, keju, minyak sayuran, produk daging, yang di beberapa negara , terutamanya di Amerika Syarikat, telah tersebar luas. Selama 12,000 tahun pertanian, manusia telah mengambil makanan yang berasal dari sumber semula jadi. Oleh itu, diandaikan bahawa makanan yang diubah suai secara genetik akan memperkenalkan toksin, alergen, bakteria, dan karsinogen baru ke dalam tubuh manusia, yang akan membawa kepada penyakit baru sepenuhnya untuk generasi akan datang. Ini menimbulkan persoalan tentang penilaian yang benar-benar saintifik terhadap makanan yang diubah suai secara genetik.

ISU UNTUK PERBINCANGAN

1. Apakah yang dimaksudkan dengan kejuruteraan genetik, selular dan genetik? Adakah terdapat perbezaan antara konsep ini dan pengklonan molekul?

2. Apakah progresif kejuruteraan genetik berbanding kaedah lain yang digunakan dalam biologi?

3. Senaraikan "alat" utama kejuruteraan genetik.

4. Apakah enzim sekatan, apakah sifatnya dan peranannya dalam kejuruteraan genetik?

5. Adakah semua enzim sekatan membentuk hujung "melekit" DNA yang sedang dikaji, dan adakah struktur hujung "melekit" bergantung pada jenis enzim sekatan?

6. Takrifkan vektor genetik. Adakah terdapat vektor semula jadi?

7. Bagaimanakah vektor genetik diperolehi di makmal? Apakah objek biologi yang menjadi bahan permulaan untuk mendapatkan vektor?

8. Berapakah panjang maksimum jujukan bes nitrogen DNA yang masih boleh dimasukkan ke dalam vektor genetik? Adakah vektor berbeza dalam "kuasa"?

9. Mencirikan sifat ligase DNA dan menentukan peranannya dalam kejuruteraan genetik.

10. Bagaimanakah segmen DNA klon (gen) disambungkan kepada vektor genetik?

11. Apakah kekerapan pengenalan molekul DNA rekombinan ke dalam sel bakteria?

12. Pada prinsip apakah pemilihan sel bakteria yang mengandungi molekul DNA rekombinan berdasarkan? Berikan satu contoh pemilihan tersebut.

14. Banyak strain bakteria mempunyai enzim yang sama yang memastikan metabolisme mereka dengan cara yang hampir sama. Sementara itu, kekhususan nukleotida sistem pengubahsuaian sekatan bakteria adalah berbeza. Bolehkah anda menjelaskan fenomena ini?

15. Mengapakah urutan DNA yang mewakili tapak pengecaman enzim sekatan tidak boleh mengandungi lebih daripada lapan pasangan bes?

16. Berapa kalikah jujukan HGC, yang diiktiraf oleh enzim sekatan Hae III, berlaku dalam segmen DNA pasangan bes 50,000 dengan kandungan GC 30, 50, dan 70 peratus?

17. Enzim sekatan Bam HI dan Bgl I mencairkan jujukan G GATCC dan T GATCA, masing-masing. Adakah mungkin untuk memasukkan serpihan DNA yang dihasilkan oleh sekatan Bgl I ke dalam tapak Bam HI? Jika ya, mengapa? Jika plasmid (vektor) yang digunakan mengandungi satu tapak sekatan Bgl I, maka pada medium nutrien apakah plasmid ini boleh dipilih untuk bakteria?

18. Kira kekerapan perubahan bakteria bagi setiap molekul DNA jika 5-10 5 transforman terbentuk bagi setiap 5000 pasangan asas plasmid?

19. Adakah mungkin untuk mengklon titik replikasi DNA 0? E coli dan jika ya, bagaimana?

20. Adakah mungkin untuk menentukan berapa banyak molekul DNA yang diperlukan untuk mengubah satu sel? E coli?

21. Adakah mungkin untuk menentukan tapak splice pada mRNA menggunakan tindak balas rantai polimerase?

22. Bagaimanakah tindak balas rantai polimerase boleh digunakan untuk memperkenalkan tapak sekatan yang diingini ke lokasi yang menarik pada sekeping DNA untuk diklon?

23. Namakan kaedah kejuruteraan sel yang digunakan untuk haiwan. Apakah nilai ekonomi haiwan yang dihasilkan oleh kaedah ini?

24. Takrifkan konsep “tumbuhan transgenik” dan “haiwan transgenik”. Adakah organisma transgenik mengekalkan identiti spesiesnya atau bolehkah ia dianggap organisma spesies baharu?

25. Apakah hibridoma dan antibodi monoklonal? Bagaimana anda mendapatkannya?

26. Adakah kejuruteraan sel boleh digunakan untuk manusia?

27. Mari kita anggap bahawa suntikan DNA asing ke dalam telur tikus dan implantasi telur yang disenyawakan dengan cara ini ke dalam badan tikus mengakibatkan kehamilan dan kelahiran tikus yang mengandungi salinan DNA yang disuntik dalam genom. Walau bagaimanapun, tikus kecil itu ternyata menjadi mozek, i.e. Sesetengah sel mereka mengandungi salinan DNA yang disuntik, yang lain kekurangan DNA ini. Bolehkah anda menerangkan sifat fenomena ini?

28. Adakah anda menganggap makanan yang disediakan daripada produk yang diubah suai secara genetik berbahaya secara genetik?

29. Adakah ujian saintifik terhadap makanan yang diubah suai secara genetik perlu?

Pengetahuan ditentukan oleh apa yang kita sahkan sebagai Kebenaran.

P.A. Florensky, 1923

Kejuruteraan genetik (genetik).

Kejuruteraan genetik (genetik).– pembinaan tiruan struktur genetik dan organisma yang diubah suai secara turun temurun. Kejuruteraan genetik ialah bahagian (cawangan gunaan) genetik molekul yang dikaitkan dengan penciptaan sasaran molekul DNA baharu yang mampu membiak dalam sel perumah. Dalam kes ini, perubahan tiruan dan bertujuan dalam genotip organisma (mikroorganisma) berlaku dan pembentukan ciri dan sifat baru. Kejuruteraan genetik berkaitan dengan penyahkodan struktur gen, sintesis dan pengklonannya, dan penyisipan gen yang diasingkan daripada sel organisma hidup ke dalam sel tumbuhan dan haiwan untuk mengubah ciri genetiknya secara khusus.

Kaedah kejuruteraan genetik yang dibangunkan dengan baik ialah transgenesis, sintesis mikrobiologi, dsb.

Transgenesis– pemindahan gen daripada satu jenis organisma kepada yang lain. Transgenesis dijalankan dengan memotong dan menjahit bahagian DNA dengan penyertaan enzim - enzim sekatan dan ligase.

Peringkat transgenesis:

a) pengasingan gen (serpihan DNA) daripada sel bakteria, tumbuhan atau haiwan menggunakan enzim enzim sekatan;

b) sambungan (menghubungkan) gen (serpihan DNA) dengan plasmid menggunakan enzim ligase;

c) pengenalan DNA plasmid hibrid yang mengandungi gen yang dikehendaki ke dalam sel perumah;

d) menyalin (pengklonan) gen ini dalam sel perumah dan memastikan operasinya mengikut skema: "kod DNA - transkripsi - terjemahan - protein"

Alat kejuruteraan genetik adalah enzim yang ditemui pada tahun 1974 - enzim sekatan (restriction endonucleases). Enzim sekatan mengenali bahagian (tapak) DNA dan membuat pemotongan pada helai DNA. Di hujung setiap serpihan, ekor beruntai tunggal terbentuk, dipanggil " hujung melekit" kerana mereka boleh, seolah-olah, bersatu kerana saling melengkapi.

Enzim sekatan mengiktiraf urutan spesifik nukleotida DNA dalam DNA untai dua. Enzim sekatan kemudian melekat pada tapak nukleotida yang diiktiraf dan memotongnya di tapak lampiran. Lebih kerap, enzim sekatan mengenali kawasan 4–6 pasangan nukleotida dalam molekul DNA dan memotong kedua-dua helai DNA di tengah-tengah kawasan ini atau biasanya dengan offset. Contoh enzim sekatan: enzim sekatan Eco RI, yang mengiktiraf serpihan DNA enam nukleotida GAATTC (tapak potong antara nukleotida G dan A kedua-dua helai DNA); enzim sekatan Hind III mengenali rantau AAGCTT (tapak potong antara nukleotida A dan A kedua-dua helai DNA); enzim sekatan Bam I mengenali rantau GGATCC (tapak potong antara nukleotida G dan G kedua-dua helai DNA); enzim sekatan Hae III mengenali tapak GGC (tapak potong antara nukleotida G dan C kedua-dua helai DNA); enzim sekatan Hpa II mengenali rantau CCGG (tapak pemotongan antara nukleotida C dan C kedua-dua helai DNA).

Seterusnya, untuk membina organisma yang diubah suai secara genetik, adalah perlu untuk memperkenalkan gen yang dikehendaki ke dalam sel organisma ini. Pengenalan gen asing ke dalam badan dijalankan menggunakan vektor plasmid. Vektornya ialah plasmid – molekul DNA bulat kecil yang diekstrak daripada sitoplasma sel bakteria. Plasmid– faktor keturunan yang terletak di luar kromosom, mewakili DNA extrachromosomal.

nasi. 37.

A– Skim untuk memasukkan DNA asing ke dalam plasmid bakteria menggunakan enzim (restriction endonuclease dan ligase).

B– Skim pemindahan gen manusia yang bertanggungjawab untuk sintesis hormon insulin dan pembentukan DNA vektor.

Sifat plasmid: 1) mempunyai keupayaan untuk replikasi autonomi; 2) mengandungi gen pengekodan antibiotik; 3) dapat berintegrasi ke dalam kromosom sel penerima; 4) mengenali bahagian DNA yang boleh dipotong oleh enzim sekatan; 5) enzim sekatan boleh memotong plasmid dan memindahkannya ke keadaan linear. Penyelidik menggunakan sifat plasmid ini untuk mendapatkan DNA rekombinan (hibrid).

Urutan memasukkan DNA ke dalam plasmid (vektor plasmid) menggunakan enzim sekatan(Gamb. 37 A):

1) sekatan– pemotongan molekul DNA dengan enzim sekatan, pembentukan serpihan DNA dan pengasingan gen yang diperlukan;

2) kemasukan gen terpencil ke dalam plasmid, iaitu, mendapatkan DNA rekombinan (hibrid) dengan memasukkan serpihan DNA asing ke dalam plasmid;

3) pengikatan– penghubung silang enzim ligase plasmid (vektor) dan serpihan DNA asing; dalam kes ini, hujung vektor dan DNA asing (yang dipanggil "hujung melekit") adalah pelengkap antara satu sama lain;

4) transformasi– pengenalan plasmid rekombinan ke dalam genom sel lain (sel penerima), khususnya sel bakteria.

Perlu diingatkan bahawa plasmid hanya menembusi sebahagian daripada bakteria yang dirawat. Bakteria yang diubah, bersama-sama dengan plasmid, memperoleh ketahanan terhadap antibiotik tertentu, yang memungkinkan untuk memisahkannya daripada bakteria tidak berubah yang mati pada medium yang mengandungi antibiotik. Setiap bakteria yang diubah, diletakkan pada medium nutrien, membiak dan membentuk koloni beribu-ribu keturunan - klon.

5) saringan– pemilihan antara bakteria yang telah diubah bagi yang mengandungi plasmid dengan gen yang dikehendaki.

Haiwan dan tumbuhan transgenik

Gen yang diklon dimasukkan ke dalam telur mamalia atau protoplas tumbuhan (sel terpencil tanpa dinding sel) menggunakan suntikan mikro, dan kemudian haiwan atau tumbuhan ditanam daripadanya, di mana gen asing genomnya beroperasi. Tumbuhan dan haiwan yang genomnya telah diubah melalui operasi kejuruteraan genetik dipanggil organisasi transgenik (tumbuhan dan haiwan transgenik), kerana ia mengandungi gen asing. Tikus transgenik, arnab, babi, dan biri-biri diperolehi. Genom mereka mengandungi gen daripada bakteria, mamalia, dan manusia. Tumbuhan transgenik (jagung, lada, tomato, gandum, rai, kekacang, kentang, dll.) yang mengandungi gen daripada spesies yang tidak berkaitan telah diperolehi. Tumbuhan transgenik tahan terhadap racun rumpai, serangga, keadaan hujan yang tidak baik, dan lain-lain. Masalah perubahan keturunan banyak tumbuhan pertanian sedang diselesaikan secara beransur-ansur.

Peta genetik kromosom. Terapi gen

Peta genetik kromosom ialah gambar rajah susunan relatif gen yang terletak dalam kumpulan pautan yang sama. Peta sedemikian disusun untuk setiap pasangan kromosom homolog. Peta genetik menunjukkan susunan gen pada kromosom dan jarak antara mereka (peratusan persilangan antara gen tertentu). Oleh itu, penciptaan strain baru mikroorganisma yang mampu mensintesis hormon, protein, dan ubat-ubatan adalah berdasarkan pengetahuan tentang peta genetik mikroorganisma. Peta genetik manusia adalah penting untuk genetik perubatan. Pengetahuan tentang penyetempatan gen pada kromosom tertentu digunakan dalam diagnosis beberapa penyakit keturunan, serta dalam terapi gen untuk membetulkan struktur dan fungsi gen.

Terapi gen - menggantikan gen yang rosak dengan yang utuh, atau membetulkan strukturnya.

Untuk memerangi penyakit keturunan, onkologi dan berkaitan usia, kaedah terapi gen yang selamat untuk sel manusia sedang dibangunkan. Menggunakan kaedah terapi gen, adalah mungkin untuk menggantikan gen yang rosak dalam badan di mana mutasi titik telah berlaku dengan yang utuh. Pada masa kini, saintis menguasai kaedah biokeselamatan manusia: pengenalan gen yang diperlukan ke dalam sel tubuh manusia. Ini akan membolehkan anda menyingkirkan banyak penyakit keturunan.

Sintesis mikrobiologi

Kaedah kejuruteraan genetik telah memungkinkan untuk dilaksanakan sintesis mikrobiologi(Gamb. 37 B). Menggunakan kaedah kejuruteraan genetik, ahli mikrobiologi dapat memperoleh strain bakteria, berkat sintesis mikrobiologi yang berjaya dijalankan. Untuk melakukan ini, sel bakteria yang diperlukan yang tidak mengandungi plasmid dipilih. Molekul DNA dengan urutan nukleotida tertentu diasingkan, yang menentukan perkembangan sifat yang dikehendaki. Plasmid dengan bahagian DNA bersepadu (genom) dimasukkan ke dalam sel bakteria, di mana bahagian DNA terbina dalam mula berfungsi (replikasi, transkripsi, proses terjemahan berlaku), dan protein yang diperlukan (interferon, geneferon, immunoglobulin, insulin, somatotropin, dll.) disintesis dalam sel bakteria). Hormon (insulin, somatotropin), banyak asid amino, antibiotik, vaksin, dan lain-lain diperoleh dalam kuantiti industri Bakteria tersebut didarab pada skala industri dan menghasilkan protein yang diperlukan.

Menggunakan kaedah genetik, strain mikroorganisma Pseudomonas denitrificans telah diperolehi, yang menghasilkan puluhan kali lebih banyak vitamin C dan vitamin B daripada bentuk asal; strain baru bakteria Micrococcus glutamicus merembes ratusan kali lebih banyak asid amino lisin daripada kultur asal (liar) bakteria penghasil lisin.

Kejuruteraan sel

Kejuruteraan sel– penanaman sel atau tisu individu dalam media buatan khas, pembangunan kaedah untuk mencipta jenis sel baharu dengan menghibridkannya, menggantikan kromosom dan mengembangkan kacukan daripadanya.

1. Kaedah kultur tisu

Kaedah ini terdiri daripada menanam sel terpencil atau kepingan tisu pada medium nutrien buatan di bawah keadaan mikroklimat yang sesuai. Hasil daripada penanaman, sel tumbuhan atau kepingan tisu dijana semula menjadi keseluruhan tumbuhan. Dengan penyebaran mikroklonal sel atau kepingan tisu individu (biasanya meristem apikal batang atau akar), banyak tumbuhan berguna boleh diperolehi. Keadaan mikroklimat dan media nutrien untuk penjanaan semula tumbuhan hiasan, budaya dan ubatan dipilih secara eksperimen. Kultur tisu juga digunakan untuk menghasilkan tumbuhan diploid selepas merawat bentuk haploid asal dengan colchicine.

2. Hibridisasi somatik

Hibridisasi somatik termasuk pengeluaran sel hibrid, dan daripada mereka - bentuk baru; persenyawaan buatan telur.

Mendapatkan tumbuhan hibrid baharu melalui gabungan protoplas (nukleus dan sitoplasma) pelbagai sel dalam kultur tisu. Untuk menggabungkan protoplas, dinding sel tumbuhan dimusnahkan dengan bantuan enzim dan protoplas terpencil diperoleh. Apabila protoplas spesies tumbuhan yang berbeza ditanam, ia bergabung dan membentuk bentuk dengan ciri berguna baharu. Persenyawaan buatan telur dijalankan menggunakan kaedah persenyawaan in vitro (IVF), yang membolehkan persenyawaan telur secara in vitro dengan implantasi embrio seterusnya pada peringkat awal perkembangan, dan untuk mengatasi beberapa bentuk ketidaksuburan pada manusia.

3. Kejuruteraan kromosom– penggantian kromosom individu dalam sel tumbuhan atau penambahan yang baru. Diploid mempunyai pasangan kromosom homolog, dan organisma sedemikian dipanggil disomik. Jika satu kromosom ditinggalkan dalam mana-mana satu pasangan, maka monosomi terbentuk. Jika anda menambah kromosom homolog ketiga kepada mana-mana pasangan, trisomik terbentuk, dsb. Ia adalah mungkin untuk menggantikan kromosom individu bagi satu spesies dengan kromosom spesies lain. Menerima borang dipanggil diganti.

Kejuruteraan genetik berfungsi untuk mendapatkan kualiti yang dikehendaki bagi organisma yang boleh diubah atau diubah suai secara genetik. Tidak seperti pemilihan tradisional, di mana genotip tertakluk kepada perubahan hanya secara tidak langsung, kejuruteraan genetik membenarkan campur tangan langsung dalam radas genetik menggunakan teknik pengklonan molekul. Contoh aplikasi kejuruteraan genetik ialah penghasilan varieti baru tanaman bijirin yang diubah suai secara genetik, penghasilan insulin manusia menggunakan bakteria yang diubahsuai secara genetik, penghasilan erythropoietin dalam kultur sel atau baka baru tikus eksperimen untuk penyelidikan saintifik.

Eksperimen pertama sedang dijalankan ke atas penggunaan bakteria dengan DNA yang disusun semula untuk merawat pesakit.

Asas industri mikrobiologi, biosintetik ialah sel bakteria. Sel-sel yang diperlukan untuk pengeluaran perindustrian dipilih mengikut ciri-ciri tertentu, yang paling penting ialah keupayaan untuk menghasilkan, mensintesis, dalam kuantiti maksimum yang mungkin, sebatian tertentu - asid amino atau antibiotik, hormon steroid atau asid organik. . Kadangkala anda perlu mempunyai mikroorganisma yang boleh, sebagai contoh, menggunakan minyak atau air sisa sebagai "makanan" dan memprosesnya menjadi biojisim atau protein yang agak sesuai untuk bahan tambahan makanan. Kadangkala kita memerlukan organisma yang boleh berkembang pada suhu tinggi atau dengan kehadiran bahan yang pastinya boleh membawa maut kepada jenis mikroorganisma lain.

Tugas untuk mendapatkan strain industri sedemikian adalah sangat penting untuk pengubahsuaian dan pemilihannya, banyak kaedah mempengaruhi sel secara aktif telah dibangunkan - daripada rawatan dengan racun yang kuat kepada penyinaran radioaktif. Matlamat teknik ini adalah satu - untuk mencapai perubahan dalam alat genetik sel yang diwarisi. Hasilnya ialah penghasilan banyak mikrob mutan, daripada ratusan dan ribuan daripadanya saintis kemudian cuba memilih yang paling sesuai untuk tujuan tertentu. Penciptaan teknik untuk mutagenesis kimia atau sinaran merupakan pencapaian cemerlang dalam biologi dan digunakan secara meluas dalam bioteknologi moden.

Tetapi keupayaan mereka terhad oleh sifat mikroorganisma itu sendiri. Mereka tidak dapat mensintesis beberapa bahan berharga yang terkumpul dalam tumbuhan, terutamanya dalam tumbuhan ubatan dan minyak pati. Mereka tidak boleh mensintesis bahan yang sangat penting untuk kehidupan haiwan dan manusia, sejumlah enzim, hormon peptida, protein imun, interferon, dan banyak sebatian lebih mudah yang disintesis dalam badan haiwan dan manusia. Sudah tentu, kemungkinan mikroorganisma jauh dari habis. Daripada keseluruhan banyak mikroorganisma, hanya sebahagian kecil yang telah digunakan oleh sains, dan terutamanya oleh industri. Untuk tujuan pemilihan mikroorganisma, yang sangat menarik ialah, contohnya, bakteria anaerobik yang boleh hidup tanpa oksigen, fototrof yang menggunakan tenaga cahaya seperti tumbuhan, chemoautotrophs, bakteria termofilik yang boleh hidup pada suhu, seperti yang ditemui baru-baru ini, kira-kira 110 ° C, dsb.

Namun batasan "bahan semula jadi" adalah jelas. Mereka telah mencuba dan cuba mengatasi sekatan dengan bantuan kultur sel dan tisu tumbuhan dan haiwan. Ini adalah laluan yang sangat penting dan menjanjikan, yang juga sedang dilaksanakan dalam bioteknologi. Sejak beberapa dekad yang lalu, saintis telah membangunkan kaedah di mana sel tisu individu tumbuhan atau haiwan boleh dibuat untuk membesar dan membiak secara berasingan daripada badan, seperti sel bakteria. Ini adalah pencapaian penting - kultur sel yang terhasil digunakan untuk eksperimen dan untuk pengeluaran industri bahan tertentu yang tidak boleh diperoleh menggunakan kultur bakteria.

Satu lagi arah penyelidikan ialah penyingkiran daripada DNA gen yang tidak diperlukan untuk pengekodan protein dan fungsi organisma dan penciptaan organisma buatan dengan "set terpotong" gen berdasarkan DNA tersebut. Ini memungkinkan untuk meningkatkan secara mendadak ketahanan organisma yang diubah suai kepada virus.

Sejarah pembangunan dan kaedah

Pada separuh kedua abad ke-20, beberapa penemuan dan ciptaan penting telah dibuat yang mendasarinya Kejuruteraan genetik. Bertahun-tahun percubaan untuk "membaca" maklumat biologi yang "ditulis" dalam gen telah berjaya diselesaikan. Kerja ini dimulakan oleh saintis Inggeris Frederick Sanger dan saintis Amerika Walter Gilbert (Hadiah Nobel dalam Kimia 1980). Seperti yang diketahui, gen mengandungi maklumat-arahan untuk sintesis molekul RNA dan protein, termasuk enzim, dalam badan. Untuk memaksa sel mensintesis bahan baru yang luar biasa untuknya, set enzim yang sepadan perlu disintesis di dalamnya. Dan untuk ini adalah perlu sama ada sengaja menukar gen yang terletak di dalamnya, atau memperkenalkan gen baru yang sebelum ini tidak hadir ke dalamnya. Perubahan dalam gen dalam sel hidup adalah mutasi. Mereka berlaku di bawah pengaruh, sebagai contoh, mutagen - racun kimia atau radiasi. Tetapi perubahan tersebut tidak boleh dikawal atau diarahkan. Oleh itu, saintis telah menumpukan usaha mereka untuk cuba membangunkan kaedah untuk memperkenalkan gen baru yang sangat spesifik yang diperlukan oleh manusia ke dalam sel.

Semua kaedah kejuruteraan genetik Teknik kejuruteraan genetik ) digunakan untuk melaksanakan salah satu daripada peringkat berikut untuk menyelesaikan masalah kejuruteraan genetik:

1. Mendapatkan gen terpencil.
2. Pengenalan gen ke dalam vektor untuk dipindahkan ke dalam badan.
3. Pemindahan vektor dengan gen ke dalam organisma yang diubah suai.
4. Transformasi sel badan.
5. Pemilihan organisma yang diubah suai secara genetik ( GMO) dan menghapuskan yang tidak berjaya diubah suai.

Proses sintesis gen kini dibangunkan dengan sangat baik malah sebahagian besarnya automatik. Terdapat peranti khas yang dilengkapi dengan komputer, dalam ingatan yang mana program untuk sintesis pelbagai urutan nukleotida disimpan. Radas ini mensintesis segmen DNA sehingga 100-120 asas nitrogen panjangnya (oligonukleotida). Satu teknik telah menjadi meluas yang memungkinkan untuk menggunakan tindak balas rantai polimerase untuk mensintesis DNA, termasuk DNA mutan. Enzim termostabil, polimerase DNA, digunakan di dalamnya untuk sintesis DNA templat, yang mana kepingan asid nukleik yang disintesis secara buatan - oligonukleotida - digunakan sebagai benih. Enzim reverse transcriptase membolehkan, menggunakan primer sedemikian, untuk mensintesis DNA pada templat RNA yang diasingkan daripada sel. DNA yang disintesis dengan cara ini dipanggil DNA pelengkap (RNA) atau cDNA. Gen terpencil, "tulen secara kimia" juga boleh didapati daripada perpustakaan phage. Ini adalah nama penyediaan bakteriofaj, ke dalam genom yang mana serpihan rawak daripada genom atau cDNA terbina dalam, dihasilkan semula oleh fag bersama semua DNAnya.

Teknik memperkenalkan gen ke dalam bakteria telah dibangunkan selepas Frederick Griffith menemui fenomena transformasi bakteria. Fenomena ini berdasarkan proses seksual primitif, yang dalam bakteria disertai dengan pertukaran serpihan kecil DNA bukan kromosom, plasmid. Teknologi plasmid membentuk asas untuk pengenalan gen buatan ke dalam sel bakteria.

Kesukaran yang ketara dikaitkan dengan pengenalan gen siap pakai ke dalam alat keturunan sel tumbuhan dan haiwan. Walau bagaimanapun, secara semula jadi terdapat kes apabila DNA asing (virus atau bacteriophage) dimasukkan ke dalam alat genetik sel dan, dengan bantuan mekanisme metaboliknya, mula mensintesis protein "nya". Para saintis mengkaji ciri-ciri pengenalan DNA asing dan menggunakannya sebagai prinsip untuk memasukkan bahan genetik ke dalam sel. Proses ini dipanggil pemindahan.

Jika organisma unisel atau kultur sel multisel tertakluk kepada pengubahsuaian, maka pada peringkat ini pengklonan bermula, iaitu pemilihan organisma tersebut dan keturunannya (klon) yang telah mengalami pengubahsuaian. Apabila tugasnya adalah untuk mendapatkan organisma multiselular, sel dengan genotip yang diubah digunakan untuk pembiakan vegetatif tumbuhan atau dimasukkan ke dalam blastokista ibu tumpang apabila ia berkaitan dengan haiwan. Akibatnya, anak-anak dilahirkan dengan genotip yang berubah atau tidak berubah, di antaranya hanya mereka yang mempamerkan perubahan yang diharapkan dipilih dan disilangkan antara satu sama lain.

Aplikasi dalam penyelidikan saintifik

Walaupun dalam skala kecil, kejuruteraan genetik sudah digunakan untuk memberi wanita yang mengalami beberapa jenis ketidaksuburan peluang untuk hamil. Untuk tujuan ini, telur dari wanita yang sihat digunakan. Akibatnya, kanak-kanak itu mewarisi genotip daripada seorang bapa dan dua ibu.

Walau bagaimanapun, kemungkinan membuat perubahan yang lebih ketara kepada genom manusia menghadapi beberapa masalah etika yang serius. Pada 2016, di Amerika Syarikat, sekumpulan saintis menerima kelulusan untuk ujian klinikal kaedah merawat kanser menggunakan sel imun pesakit sendiri, tertakluk kepada pengubahsuaian genetik menggunakan teknologi CRISPR / Cas9.

Pada penghujung 2018, dua kanak-kanak dilahirkan di China, yang genomnya diubah secara buatan (gen CCR5 dimatikan) pada peringkat embrio menggunakan kaedah CRISPR/Cas9, sebagai sebahagian daripada penyelidikan yang dijalankan sejak 2016 untuk memerangi HIV ibu bapa (bapa) dijangkiti HIV, dan anak-anak, menurut kenyataan itu, dilahirkan sihat. Oleh kerana eksperimen itu tidak dibenarkan (sebelum ini, semua eksperimen sedemikian pada embrio manusia hanya dibenarkan pada peringkat awal perkembangan dengan pemusnahan bahan eksperimen berikutnya, iaitu, tanpa implantasi embrio ke dalam rahim dan kelahiran kanak-kanak), saintis yang bertanggungjawab untuknya tidak memberikan bukti untuk kenyataannya yang dibuat pada persidangan antarabangsa mengenai penyuntingan genom. Pada penghujung Januari 2019, pihak berkuasa China secara rasmi mengesahkan fakta eksperimen ini. Sementara itu, saintis itu dilarang melakukan aktiviti saintifik dan dia ditahan.

Kejuruteraan sel

Kejuruteraan selular adalah berdasarkan penanaman sel dan tisu tumbuhan dan haiwan yang mampu menghasilkan bahan yang diperlukan untuk manusia di luar badan. Kaedah ini digunakan untuk pembiakan klon (aseksual) bentuk tumbuhan yang berharga; untuk mendapatkan sel hibrid yang menggabungkan sifat, sebagai contoh, limfosit darah dan sel tumor, yang memungkinkan untuk mendapatkan antibodi dengan cepat.

Kejuruteraan genetik di Rusia

Adalah diperhatikan bahawa selepas pengenalan pendaftaran negeri GMO, aktiviti beberapa organisasi awam dan timbalan Duma Negeri individu, cuba menghalang pengenalan bioteknologi inovatif dalam pertanian Rusia, telah meningkat dengan ketara. Lebih daripada 350 saintis Rusia menandatangani surat terbuka daripada Persatuan Pekerja Saintifik untuk menyokong pembangunan kejuruteraan genetik di Persekutuan Rusia. Surat terbuka itu menyatakan bahawa larangan ke atas GMO di Rusia bukan sahaja akan menjejaskan persaingan sihat dalam pasaran pertanian, tetapi akan membawa kepada ketinggalan yang ketara dalam teknologi pengeluaran makanan, peningkatan pergantungan kepada import makanan, dan akan menjejaskan prestij Rusia sebagai sebuah negara. di mana kursus ke arah pembangunan inovatif telah diumumkan secara rasmi [ kepentingan fakta? ] .

lihat juga

Nota

1. Alexander Panchin Memukul Tuhan // Mekanik Popular. - 2017. - No 3. - P. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
2. Olga Volkova. 12 kaedah dalam gambar: kejuruteraan genetik. Bahagian I, sejarah (Bahasa Rusia). Biomolekul. Dicapai pada 25 Mac 2019.
3. Michael Waldholz Transformers // Dalam dunia sains. - 2017. - No. 5-6. - Hlm. 126 - 135.
4. Penyuntingan genom dalam vivo menggunakan sistem TALEN berkecekapan tinggi(Bahasa Inggeris). alam semula jadi. Dicapai pada 10 Januari 2017.
5. Elemen - berita sains: Monyet disembuhkan daripada buta warna menggunakan terapi gen (tidak ditentukan) (18 September 2009). Dicapai pada 10 Januari 2017.
6. Monyet transgenik melahirkan anak pertama (tidak ditentukan) . membrana (29 Mei 2009). Dicapai pada 10 Januari 2017.
7. Bayi yang dilahirkan secara genetik (tidak ditentukan) . BBC. Diperoleh pada 26 April 2008. Diarkibkan pada 22 Ogos 2011.
8. B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, 2008. "Biologi molekul sel," ed. ke-5, Sains Garland, Amerika Syarikat, pp. 1302-1303
9. Kimmelman J. (2009) "Etika penyelidikan klinikal pemindahan gen kanser," Kaedah dalam Biologi Molekul 542, 423-445
10. Wagner AM, Schoeberlein A, Surbek D. (2009) "Terapi gen janin: peluang dan risiko", Ulasan Penghantaran Ubat Lanjutan 61, 813-821
11. Gatzidou E, Gatzidou G, Theocharis SE. (2009) "Rekod dunia yang diubah secara genetik: realiti atau dalam sfera fantasi?", Monitor Sains Perubatan 15, RA41-47
12. Lowenstein PR. (2008) "Ujian klinikal dalam terapi gen: etika persetujuan termaklum dan masa depan perubatan eksperimen," Pendapat Semasa dalam Terapi Molekul 10, 428-430

1. Kemungkinan kejuruteraan genetik. 4

2. Sejarah kejuruteraan genetik. 6

3. Kejuruteraan genetik sebagai sains. Kaedah kejuruteraan genetik. 10

4. Bidang aplikasi kejuruteraan genetik. 12

5. Fakta saintifik tentang bahaya kejuruteraan genetik. 18

Kesimpulan. 22

Rujukan.. 23

pengenalan

Topik kejuruteraan genetik baru-baru ini menjadi semakin popular. Kebanyakan perhatian diberikan kepada akibat negatif yang boleh membawa kepada perkembangan cabang sains ini, dan sangat sedikit liputan diberikan kepada faedah yang boleh dibawa oleh kejuruteraan genetik.

Bidang aplikasi yang paling menjanjikan ialah pengeluaran ubat menggunakan teknologi kejuruteraan genetik. Baru-baru ini, telah menjadi mungkin untuk mendapatkan vaksin berguna berdasarkan tumbuhan transgenik. Yang tidak kurang menariknya ialah pengeluaran produk makanan menggunakan teknologi yang sama.

Kejuruteraan genetik adalah sains masa depan. Pada masa ini, di seluruh dunia, berjuta-juta hektar tanah disemai dengan tumbuhan transgenik, persediaan perubatan yang unik dan pengeluar baru bahan berguna sedang dicipta. Dari masa ke masa, kejuruteraan genetik akan memungkinkan untuk mencapai kemajuan baharu dalam bidang perubatan, pertanian, industri makanan dan penternakan.

Tujuan kerja ini adalah untuk mengkaji ciri-ciri kemungkinan, sejarah pembangunan dan bidang aplikasi kejuruteraan genetik.

1. Kemungkinan kejuruteraan genetik

Bahagian penting dalam bioteknologi ialah kejuruteraan genetik. Dilahirkan pada awal 70-an, dia telah mencapai kejayaan besar hari ini. Teknik kejuruteraan genetik mengubah sel bakteria, yis dan mamalia menjadi "kilang" untuk pengeluaran mana-mana protein secara besar-besaran. Ini memungkinkan untuk menganalisis secara terperinci struktur dan fungsi protein dan menggunakannya sebagai ubat. Pada masa ini, Escherichia coli (E. coli) telah menjadi pembekal hormon penting seperti insulin dan somatotropin. Sebelum ini, insulin diperoleh daripada sel pankreas haiwan, jadi kosnya sangat tinggi. Untuk mendapatkan 100 g insulin kristal, 800-1000 kg pankreas diperlukan, dan satu kelenjar lembu seberat 200 - 250 gram. Ini menjadikan insulin mahal dan sukar untuk diakses oleh pelbagai pesakit kencing manis. Pada tahun 1978, penyelidik dari Genentech pertama kali menghasilkan insulin dalam strain Escherichia coli yang direka khas. Insulin terdiri daripada dua rantai polipeptida A dan B, 20 dan 30 asid amino panjang. Apabila ia disambungkan oleh ikatan disulfida, insulin rantai dua asli terbentuk. Telah ditunjukkan bahawa ia tidak mengandungi protein E. coli, endotoksin dan kekotoran lain, tidak menghasilkan kesan sampingan seperti insulin haiwan, dan tidak mempunyai aktiviti biologi.

adalah berbeza. Selepas itu, proinsulin disintesis dalam sel E. coli, yang mana salinan DNA disintesis pada templat RNA menggunakan transkripase terbalik. Selepas memurnikan proinsulin yang terhasil, ia dibahagikan kepada insulin asli, manakala peringkat pengekstrakan dan pengasingan hormon diminimumkan. Daripada 1000 liter cecair kultur, sehingga 200 gram hormon boleh diperolehi, yang bersamaan dengan jumlah insulin yang dirembeskan daripada 1600 kg pankreas babi atau lembu.

Somatotropin adalah hormon pertumbuhan manusia yang dirembeskan oleh kelenjar pituitari. Kekurangan hormon ini membawa kepada kerdil pituitari. Jika somatotropin diberikan dalam dos 10 mg per kg berat badan tiga kali seminggu, maka dalam setahun kanak-kanak yang mengalami kekurangannya boleh membesar 6 cm Sebelum ini, ia diperoleh daripada bahan kadaver, dari satu mayat: 4 - 6 mg somatotropin dari segi produk farmaseutikal akhir. Oleh itu, jumlah hormon yang tersedia adalah terhad, di samping itu, hormon yang diperoleh melalui kaedah ini adalah heterogen dan boleh mengandungi virus yang tumbuh perlahan. Pada tahun 1980, syarikat Genentec membangunkan teknologi untuk pengeluaran somatotropin menggunakan bakteria, yang tidak mempunyai kelemahan ini. Pada tahun 1982, hormon pertumbuhan manusia diperolehi dalam budaya E. coli dan sel haiwan di Institut Pasteur di Perancis, dan pada tahun 1984, pengeluaran industri insulin bermula di USSR. Dalam pengeluaran interferon, kedua-dua E. coli, S. cerevisae (yis), dan budaya fibroblas atau leukosit yang diubah digunakan. Vaksin yang selamat dan murah juga diperoleh menggunakan kaedah yang sama.

Teknologi DNA rekombinan adalah berdasarkan penghasilan probe DNA yang sangat spesifik, yang digunakan untuk mengkaji ekspresi gen dalam tisu, penyetempatan gen pada kromosom, dan mengenal pasti gen dengan fungsi yang berkaitan (contohnya, pada manusia dan ayam). Probe DNA juga digunakan dalam diagnosis pelbagai penyakit.

Teknologi DNA rekombinan telah memungkinkan pendekatan gen protein yang tidak konvensional yang dipanggil genetik terbalik. Dalam pendekatan ini, protein diasingkan daripada sel, gen untuk protein ini diklon, dan ia diubah suai, mencipta gen mutan yang mengekod bentuk protein yang diubah. Gen yang terhasil dimasukkan ke dalam sel. Jika ia dinyatakan, sel yang membawanya dan keturunannya akan mensintesis protein yang diubah. Dengan cara ini, gen yang rosak dapat diperbetulkan dan penyakit keturunan dapat dirawat.

Jika DNA hibrid dimasukkan ke dalam telur yang disenyawakan, organisma transgenik boleh dihasilkan yang mengekspresikan gen mutan dan meneruskannya kepada anak-anak mereka. Transformasi genetik haiwan memungkinkan untuk mewujudkan peranan gen individu dan produk protein mereka dalam pengawalseliaan aktiviti gen lain dan dalam pelbagai proses patologi. Dengan bantuan kejuruteraan genetik, barisan haiwan yang tahan terhadap penyakit virus telah dicipta, serta baka haiwan dengan sifat yang bermanfaat kepada manusia. Sebagai contoh, suntikan mikro DNA rekombinan yang mengandungi gen somatotropin lembu ke dalam zigot arnab memungkinkan untuk mendapatkan haiwan transgenik dengan hiperproduksi hormon ini. Haiwan yang terhasil telah menyatakan akromegali.

Pembawa asas bahan gen adalah kromosom, yang termasuk DNA dan protein. Tetapi gen pembentukan bukan kimia, tetapi berfungsi. Dari sudut fungsi, DNA terdiri daripada banyak blok yang menyimpan sejumlah maklumat - gen. Tindakan gen adalah berdasarkan keupayaannya untuk menentukan sintesis protein melalui RNA. Molekul DNA mengandungi, seolah-olah, maklumat yang menentukan struktur kimia molekul protein. Gen ialah bahagian molekul DNA yang mengandungi maklumat tentang struktur utama mana-mana satu protein (satu gen - satu protein). Kerana terdapat puluhan ribu protein dalam organisma, terdapat puluhan ribu gen. Keseluruhan semua gen sel membentuk genomnya. Semua sel badan mengandungi set gen yang sama, tetapi setiap daripada mereka melaksanakan bahagian maklumat yang disimpan yang berbeza. Oleh itu, sebagai contoh, sel saraf berbeza daripada sel hati dalam kedua-dua ciri struktur, fungsi dan biologi.

Kini, adalah sukar untuk meramalkan semua peluang yang akan direalisasikan dalam beberapa dekad akan datang.

2. Sejarah kejuruteraan genetik

Sejarah teknologi bioperubatan yang tinggi, kaedah penyelidikan genetik, serta kejuruteraan genetik itu sendiri, secara langsung berkaitan dengan keinginan abadi manusia untuk meningkatkan baka haiwan domestik dan tumbuhan yang ditanam yang diusahakan oleh manusia. Dengan memilih individu tertentu daripada kumpulan haiwan dan tumbuh-tumbuhan dan menyilangkan antara satu sama lain, manusia, tanpa mempunyai idea yang betul tentang intipati dalaman proses yang berlaku di dalam makhluk hidup, namun, selama beratus-ratus dan beribu-ribu tahun, ia telah mencipta peningkatan. baka haiwan dan jenis tumbuhan yang mempunyai sifat berguna dan perlu tertentu untuk manusia.

Pada abad ke-18 dan ke-19, banyak percubaan telah dibuat untuk mengetahui bagaimana sifat-sifat itu diturunkan dari generasi ke generasi. Satu penemuan penting telah dibuat pada tahun 1760 oleh ahli botani Koelreuther, yang melintasi dua jenis tembakau, memindahkan debunga dari stamen satu spesies ke pistil spesies lain. Tumbuhan yang diperoleh daripada benih hibrid mempunyai ciri-ciri pertengahan antara kedua-dua induk. Koelreuter membuat kesimpulan logik daripada ini bahawa ciri-ciri ibu bapa dihantar melalui kedua-dua debunga (sel benih) dan melalui ovul (ovul). Walau bagaimanapun, baik dia mahupun sezamannya, yang terlibat dalam hibridisasi tumbuhan dan haiwan, tidak dapat mendedahkan sifat mekanisme penghantaran keturunan. Ini sebahagiannya dijelaskan oleh fakta bahawa pada masa itu asas sitologi mekanisme ini belum diketahui, tetapi terutamanya oleh fakta bahawa saintis cuba mengkaji warisan semua ciri tumbuhan secara serentak.

Pendekatan saintifik untuk mengkaji warisan sifat dan sifat tertentu telah dibangunkan oleh rahib Katolik Austria Gregor Mendel, yang pada musim panas tahun 1865 memulakan eksperimennya dalam hibridisasi tumbuhan (melintasi pelbagai jenis kacang) di wilayah biaranya. Dia adalah orang pertama yang menemui undang-undang asas genetik. Gregor Mendel mencapai kejayaan kerana dia mengkaji pewarisan individu, sifat yang jelas berbeza (berbeza), mengira bilangan keturunan setiap jenis, dan berhati-hati menyimpan rekod terperinci semua eksperimen lintasannya. Kebiasaan dengan asas matematik membolehkannya mentafsir data yang diperoleh dengan betul dan mengemukakan andaian bahawa setiap sifat ditentukan oleh dua faktor keturunan. Seorang penyelidik rahib yang berbakat kemudiannya dapat menunjukkan dengan jelas bahawa sifat keturunan tidak bercampur, tetapi diturunkan kepada keturunan dalam bentuk unit tertentu. Kesimpulan yang cemerlang ini kemudiannya disahkan sepenuhnya apabila mungkin untuk melihat kromosom dan mengetahui ciri-ciri pelbagai jenis pembahagian sel: mitosis (sel somatik - sel badan), meiosis (seksual, pembiakan, germinal) dan persenyawaan.

Mendel melaporkan hasil kerjanya pada mesyuarat Persatuan Naturalis Brunn dan menerbitkannya dalam prosiding pertubuhan ini. Kepentingan keputusannya tidak difahami oleh sezamannya, dan kajian ini tidak menarik perhatian penternak tumbuhan dan naturalis selama hampir 35 tahun.

Pada tahun 1900, selepas butiran pembahagian sel mengikut jenis mitosis, meiosis dan persenyawaan itu sendiri diketahui, tiga penyelidik - de Vries di Holland, Correns di Jerman dan Chermak di Austria - menjalankan satu siri eksperimen dan, secara bebas antara satu sama lain, menemui semula undang-undang keturunan, yang sebelum ini diterangkan oleh Mendel. Kemudian, setelah menemui artikel oleh Mendel di mana undang-undang ini telah dirumuskan dengan jelas 35 tahun lebih awal, para saintis ini sebulat suara memberi penghormatan kepada saintis sami dengan menamakan dua undang-undang asas keturunan selepas beliau.

Pada dekad pertama abad ke-20, eksperimen telah dijalankan dengan pelbagai jenis tumbuhan dan haiwan, dan banyak pemerhatian dibuat mengenai pewarisan watak pada manusia, yang jelas menunjukkan bahawa dalam semua organisma ini keturunan mematuhi undang-undang asas yang sama. Didapati bahawa faktor yang diterangkan oleh Mendel yang menentukan sifat individu terletak dalam kromosom nukleus sel. Selepas itu, pada tahun 1909, unit ini dipanggil gen oleh ahli botani Denmark Johansen (dari perkataan Yunani "ge-nos" - genus, asal), dan saintis Amerika William Sutton melihat persamaan yang mengejutkan antara tingkah laku kromosom semasa pembentukan gamet (sel seks), persenyawaan mereka dan penghantaran faktor keturunan Mendelian - gen. Berdasarkan penemuan cerdik ini, apa yang dipanggil teori keturunan kromosom dicipta.

Sebenarnya, genetik itu sendiri, sebagai sains keturunan dan kebolehubahan organisma hidup dan kaedah mengawalnya, timbul pada awal abad ke-20. Ahli genetik Amerika T. Morgan, bersama-sama rakan sejawatnya, menjalankan banyak eksperimen yang memungkinkan untuk mendedahkan asas genetik penentuan jantina dan menjelaskan beberapa bentuk pewarisan yang luar biasa di mana penghantaran sifat bergantung kepada jantina individu. (yang dipanggil ciri-ciri berkaitan seks). Langkah besar seterusnya ke hadapan dibuat pada tahun 1927, apabila G. Möller menetapkan bahawa dengan menyinari lalat buah Drosophila dan organisma lain dengan sinar-X, adalah mungkin untuk mendorong perubahan gen secara buatan di dalamnya, iaitu mutasi. Ini memungkinkan untuk mendapatkan banyak gen mutan baru - bahan tambahan untuk kajian keturunan. Data tentang sifat mutasi berfungsi sebagai salah satu kunci kepada pemahaman dan struktur gen itu sendiri.

Pada 20-an abad kita, saintis Soviet dari sekolah A.S. Serebrovsky menjalankan eksperimen pertama yang menunjukkan betapa kompleksnya gen itu. Idea ini digunakan oleh J. Watson dan F. Crick, yang berjaya pada tahun 1953 di England untuk mencipta model DNA dan menguraikan kod genetik. Kerja penyelidikan seterusnya yang berkaitan dengan penciptaan sasaran gabungan baru bahan genetik membawa kepada kemunculan kejuruteraan genetik itu sendiri.

Pada masa yang sama, pada tahun 40-an, kajian eksperimen tentang hubungan antara gen dan enzim bermula. Untuk tujuan ini, objek lain digunakan secara meluas - acuan Neurospora, dari mana ia mungkin untuk mendapatkan dan mengkaji secara buatan beberapa mutasi biokimia yang berkaitan dengan kehilangan satu atau satu lagi enzim khas (protein). Sepanjang dua dekad yang lalu, sasaran penyelidikan genetik yang paling biasa ialah Escherichia coli dan bakteria tertentu yang menjangkiti bakteria ini.

Sejak awal abad ke-20, terdapat minat yang berterusan dalam kajian pewarisan sifat tertentu (khusus) pada manusia dan dalam penghantaran keturunan sifat yang diingini dan tidak diingini pada haiwan peliharaan dan tumbuhan yang ditanam. Berdasarkan pengetahuan tentang corak genetik yang semakin meningkat, pakar genetik dan penternak telah belajar, hampir untuk memesan, untuk membiak baka ternakan yang boleh hidup dalam iklim panas, lembu yang menghasilkan banyak susu dengan kandungan lemak yang tinggi, ayam yang bertelur besar. dengan cangkerang nipis, dan jenis jagung dan gandum, yang sangat tahan terhadap penyakit tertentu.

Pada tahun 1972, DNA hibrid (rekombinan) pertama diperoleh di Amerika Syarikat di makmal P. Berg. Idea-idea menarik dalam bidang genetik manusia dan kaedah penyelidikan genetik telah mula dikembangkan dan diaplikasikan secara meluas dalam bidang perubatan itu sendiri. Pada tahun 70-an, penyahkodan genom manusia bermula. Selama lebih daripada beberapa dekad, terdapat projek yang dipanggil Genom Manusia. Daripada 3 bilion pasangan nukleotida yang disusun dalam laluan berterusan berterusan, hanya kira-kira 10 juta aksara telah dibaca setakat ini. Pada masa yang sama, teknik genetik baru sedang dicipta yang meningkatkan kelajuan bacaan DNA. Pengarah Pusat Genetik Perubatan Akademi Sains Perubatan Rusia V.I. Ivanov pasti percaya bahawa "keseluruhan genom akan dibaca sekitar 2020."

3. Kejuruteraan genetik sebagai sains. Kaedah kejuruteraan genetik

Kejuruteraan genetik ialah pembinaan in vitro struktur genetik yang berfungsi secara aktif (DNA rekombinan), atau dengan kata lain, penciptaan program genetik buatan (Baev A.A.). Menurut E.S. Kejuruteraan genetik Piruzyan ialah sistem teknik eksperimen yang memungkinkan untuk membina struktur genetik buatan di makmal (in vitro) dalam bentuk molekul DNA rekombinan atau hibrid yang dipanggil.

Kita bercakap tentang yang diarahkan, mengikut program yang telah ditetapkan, pembinaan sistem genetik molekul di luar badan dengan pengenalan seterusnya ke dalam organisma hidup. Dalam kes ini, DNA rekombinan menjadi sebahagian daripada radas genetik organisma penerima dan memberikannya sifat genetik, biokimia, dan kemudian fisiologi yang unik.

Matlamat kejuruteraan genetik gunaan adalah untuk mereka bentuk molekul DNA rekombinan yang, apabila dimasukkan ke dalam radas genetik, akan memberikan sifat badan yang berguna kepada manusia.

Teknologi DNA rekombinan menggunakan kaedah berikut:

Pembelahan spesifik DNA oleh nuklease sekatan, mempercepatkan pengasingan dan manipulasi gen individu;

Penjujukan pantas semua nukleotida dalam serpihan DNA yang telah disucikan, yang memungkinkan untuk menentukan sempadan gen dan jujukan asid amino yang dikodkan olehnya;

Pembinaan DNA rekombinan;

Hibridisasi asid nukleik, yang membolehkan pengesanan jujukan RNA atau DNA tertentu dengan ketepatan dan kepekaan yang lebih tinggi, berdasarkan keupayaannya untuk mengikat jujukan asid nukleik pelengkap;

Pengklonan DNA: penguatan in vitro menggunakan tindak balas rantai polimerase atau pengenalan serpihan DNA ke dalam sel bakteria, yang, selepas transformasi sedemikian, menghasilkan semula serpihan ini dalam berjuta-juta salinan;

Pengenalan DNA rekombinan ke dalam sel atau organisma.

4. Bidang aplikasi kejuruteraan genetik

Penemuan saintifik semasa dalam bidang genetik manusia sebenarnya mempunyai kepentingan revolusioner, kerana kita bercakap tentang kemungkinan mencipta "peta genom manusia", atau "anatomi patologi genom manusia". Peta genetik ini akan memungkinkan untuk menentukan lokasi gen pada heliks DNA panjang yang bertanggungjawab untuk penyakit keturunan tertentu. Menurut saintis genetik, kemungkinan tanpa had ini menjadi asas kepada idea menggunakan terapi gen yang dipanggil dalam amalan klinikal, iaitu sejenis rawatan untuk pesakit yang melibatkan penggantian gen terjejas menggunakan teknologi bioperubatan tinggi dan kejuruteraan genetik. Pencerobohan ke dalam komposisi sistem gen manusia dan memastikan aktiviti pentingnya mungkin berlaku pada tahap somatik (semua sel badan dengan perbezaan struktur dan fungsi tertentu) sel badan, dan pada tahap pembiakan, pembiakan (germinal) dan germinal sel (embrionik).

Kejuruteraan genetik sebagai sejenis terapi - rawatan penyakit tertentu yang ditentukan secara genetik - dikaitkan dengan bekalan molekul DNA tidak rosak yang sepadan untuk tujuan menggantikannya dengan bantuan gen - bahagian kromosom yang mengandungi kecacatan, atau untuk integrasi ke dalam bahan genetik manusia dengan bergabung dengan apa yang dipanggil sel somatik badan manusia yang mempunyai kecacatan genetik. Tugas kejuruteraan genetik berhubung dengan seseorang adalah untuk memberikan kesan sasaran yang sesuai pada gen tertentu untuk membetulkannya ke arah berfungsi dengan betul dan menyediakan seseorang yang menderita penyakit keturunan dengan versi gen yang normal dan tidak berubah. Berbeza dengan terapi ubat, terapi ini, yang dipanggil kejuruteraan genetik, nampaknya akan dapat menyediakan pesakit dengan rawatan jangka panjang, berpanjangan, sangat berkesan yang membawa kelegaan dan manfaat yang besar.

Walau bagaimanapun, semua kaedah moden untuk memperkenalkan DNA ke dalam organisma hidup tidak dapat mengarahkan dan menghantarnya kepada populasi sel tertentu yang mengandungi gen yang diubah dan oleh itu tidak berfungsi. Dalam erti kata lain, apa yang dipanggil pemindahan terarah, pengangkutan gen dalam badan (dalam model "in vivo") pada masa ini adalah mustahil.

Satu lagi pendekatan metodologi, berdasarkan mengekstrak daripada badan pesakit populasi tertentu sel yang mengandungi gen yang terjejas, dan memanipulasi bahan genetik dengan menggantikan gen yang rosak dalam sel menggunakan kejuruteraan genetik (dalam model "in vitro") dan mengembalikannya kepada itu. tempat di dalam badan, di mana mereka diambil dari pesakit pada masa ini mungkin di pusat genetik perubatan. Kaedah terapi gen melalui kejuruteraan genetik ini telah pun digunakan dalam percubaan eksperimen untuk menyembuhkan dua pesakit yang menghidap penyakit genetik yang jarang dipanggil talasemia beta, yang, seperti anemia sel sabit, juga disebabkan oleh kehadiran kecacatan dan oleh itu tidak berfungsi dengan betul protein dalam sel darah merah. Intipati manipulasi adalah bahawa sel stem yang dipanggil telah diasingkan daripada sumsum tulang pesakit ini, ke dalam kromosom di mana bahagian DNA yang bertanggungjawab untuk pengeluaran protein hemoglobin biasa diperkenalkan - gen. Selepas sel stem tidak berfungsi yang tinggal di sumsum tulang pesakit hampir musnah sepenuhnya, pesakit telah disuntik dengan sel stem kejuruteraan genetik. Malangnya, kedua-dua percubaan ini secara klinikal tidak berjaya, kerana pesakit meninggal dunia. Kes pertama kejuruteraan genetik dalam persekitaran hospital ini tidak dibenarkan atau diluluskan oleh jawatankuasa semakan yang berkaitan, dan pesertanya dikecam sekeras-kerasnya kerana melanggar peraturan penyelidikan dalam bidang genetik manusia.

Kejuruteraan genetik sel pembiakan (reproduktif) boleh membawa kepada akibat yang sama sekali berbeza, kerana pengenalan DNA ke dalam sel ini berbeza daripada membetulkan kecacatan genetik dalam sel somatik (badan, bukan pembiakan). Adalah diketahui bahawa pengenalan gen lain ke dalam kromosom sel kuman membawa kepada penghantaran mereka ke generasi berikutnya. Pada dasarnya, seseorang boleh membayangkan menambah bahagian tertentu DNA untuk menggantikan bahagian yang rosak kepada bahan genetik setiap sel pembiakan orang tertentu yang terjejas oleh satu atau satu lagi penyakit yang ditentukan secara genetik.

Sesungguhnya, ini telah dicapai pada tikus. Oleh itu, telur diperolehi daripada ovari wanita, yang kemudiannya disenyawakan secara in vitro (in vitro), dan kemudian bahagian DNA asing dimasukkan ke dalam kromosom telur yang disenyawakan. Telur yang disenyawakan itu sendiri dengan genom yang diubah telah ditanam (diperkenalkan) ke dalam rahim ibu seekor tikus betina. Sumber DNA asing dalam satu eksperimen adalah bahan genetik arnab, dan dalam satu lagi, bahan genetik manusia.

Untuk mengesan semasa tempoh perkembangan janin kemungkinan mempunyai anak dengan kelainan genetik tertentu, seperti sindrom Down atau penyakit Tay-Sachs, teknik penyelidikan yang dipanggil amniosentesis digunakan - analisis pranatal, di mana sampel cecair biologi. mengandungi sel-sel kuman, diambil dari kantung amniotik pada awal trimester kedua kehamilan. Di samping itu, teknik mengekstrak pelbagai sel janin daripada sampel darah plasenta ibu dikembangkan lagi. Sel-sel rahim yang diperolehi dengan cara ini pada masa ini hanya boleh digunakan untuk mengenal pasti bilangan terhad penyakit yang ditentukan secara genetik di mana terdapat jelas, gangguan kasar dalam struktur DNA dan perubahan yang ditentukan menggunakan ujian biokimia. Kejuruteraan genetik menggunakan DNA rekombinan semasa penyelidikan pranatal membuka kemungkinan untuk mendiagnosis pelbagai dan banyak penyakit keturunan dengan betul.

Dalam kes ini, teknik sedang dibangunkan untuk mencipta apa yang dipanggil "probe" gen, yang boleh digunakan untuk menentukan sama ada kromosom mengandungi gen yang normal, tidak berubah atau gen yang tidak normal dan cacat. Di samping itu, kejuruteraan genetik yang berkaitan dengan penggunaan DNA rekombinan, yang berada pada salah satu peringkat pembentukannya, pada masa akan datang akan memungkinkan untuk melaksanakan apa yang dipanggil "perancangan" gen manusia, supaya gen tertentu yang membawa maklumat patologi yang diputarbelitkan dan oleh itu menarik minat ahli genetik, boleh dikenal pasti tepat pada masanya dan cukup cepat dengan analogi dengan teknik menggunakan gen "ditandakan" lain. Teknik perubatan dan biologi yang kompleks ini harus membantu dalam menentukan lokasi mana-mana gen dalam sel rahim, dan bukan hanya pada mereka yang pelbagai gangguan mungkin dikesan menggunakan teknik amniosentesis.

Dalam hal ini, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahagian baru sains bioperubatan telah muncul, seperti, contohnya, teknologi DNA tinggi, terapi embrio dan terapi sel (sitoterapi), iaitu, diagnosis intrauterin dan rawatan penyakit yang ditentukan secara genetik kedua-duanya di peringkat pendidikan dan perkembangan embrio (embrio), dan pada peringkat kematangan janin. Pencerobohan dan manipulasi bahan embrio mempunyai kesan langsung ke atas warisan perubahan genetik, kerana mereka mempunyai keupayaan untuk dihantar dari generasi ke generasi. Lebih-lebih lagi, diagnosis genetik itu sendiri mula berkembang menjadi ramalan genetik, iaitu, untuk menentukan nasib masa depan seseorang, menyatukan perubahan revolusioner utama dalam perubatan itu sendiri, yang, sebagai hasil daripada eksperimen dan teknik perubatan-genetik yang kompleks, mendapat peluang. lama sebelum kemunculan "gambar klinikal penyakit" , kadang-kadang sebelum kelahiran seseorang, untuk menentukan penyakit keturunan yang mengancamnya. Oleh itu, terima kasih kepada usaha pakar genetik dan pakar dalam bidang kejuruteraan genetik, apa yang dipanggil "perubatan ramalan" dilahirkan di kedalaman sains bioperubatan, iaitu, perubatan yang "membuat ramalan untuk masa depan."

Pada masa yang sama, pelbagai teknologi dan kaedah kejuruteraan genetik memungkinkan untuk meramalkan dalam tempoh pranatal perkembangan kanak-kanak, sebelum kelahirannya, bukan sahaja kehadiran penyakit keturunan tertentu, tetapi juga untuk menerangkan secara terperinci perubatan dan genetik. sifat-sifat embrio dan janin yang sedang membesar.

Dengan pengumpulan data baharu mengenai pemetaan genetik genom manusia dan penerangan (jujukan) DNAnya, dan juga kerana kaedah moden mengkaji polimorfisme DNA yang sedang dibangunkan memungkinkan untuk menyediakan maklumat genetik tentang struktur dan fungsi tertentu ( termasuk patologi) ciri-ciri tubuh manusia, yang, nampaknya, akan muncul pada masa akan datang, tetapi belum dapat dilihat sekarang, ia menjadi mungkin untuk mendapatkan, dengan bantuan diagnostik genetik perubatan, semua maklumat genetik tentang kanak-kanak itu bukan sahaja secara praklinik, iaitu, sebelum manifestasi penyakit keturunan tertentu, dan pranatal, iaitu, sebelum kelahirannya, tetapi juga preceptively, iaitu, sebelum konsepnya.

Pada masa hadapan yang boleh dijangka, terima kasih kepada kejayaan dan kemajuan dalam bidang diagnostik genetik perubatan, berdasarkan data diagnostik DNA, boleh menilai dengan cukup yakin, sebagai contoh, ketinggian seseorang, kebolehan mental, kecenderungan kepada penyakit tertentu. (khususnya, kanser) akan atau mental), ditakdirkan untuk manifestasi dan perkembangan mana-mana penyakit keturunan.

Teknologi perubatan dan biologi moden memungkinkan untuk mengesan pelbagai gangguan dalam gen yang boleh menampakkan diri dan menyebabkan penyakit tertentu, bukan sahaja pada peringkat penyakit yang dinyatakan secara klinikal, tetapi juga apabila belum ada tanda-tanda patologi dan penyakit itu sendiri tidak akan menampakkan diri begitu cepat. Contohnya termasuk penyakit Alzheimer dan Huntington's chorea, yang memberi kesan kepada seseorang yang berumur lebih dari 40 tahun, atau bahkan 70 tahun. Walau bagaimanapun, walaupun dalam kes ini, adalah mungkin untuk mengesan gen yang boleh menyebabkan penyakit yang sama pada manusia, walaupun sebelum konsepsi pesakit. Ia juga diketahui bahawa diabetes mellitus boleh diklasifikasikan sebagai salah satu penyakit ini. Kecenderungan kepada penyakit ini dan patologi yang ditentukan secara genetik itu sendiri diwarisi dan boleh menampakkan diri sekiranya tidak mematuhi gaya hidup tertentu pada masa dewasa atau usia tua. Kita boleh mengatakan dengan kepastian yang munasabah bahawa jika kedua-dua ibu bapa atau salah seorang daripada mereka menghidap diabetes, maka kemungkinan untuk mewarisi gen "diabetes" atau gabungan gen tersebut diturunkan kepada kanak-kanak.

Dalam kes ini, ternyata mungkin untuk menjalankan kajian perubatan dan biologi yang sesuai dan membuat diagnosis yang betul dengan kehadiran kuantiti bahan biologi yang kecil secara mikroskopik. Kadang-kadang beberapa sel individu cukup untuk ini, yang akan didarab dalam budaya in vitro, dan dari mereka "potret genetik" orang yang diuji akan diperoleh, tentu saja, bukan untuk semua gen genomnya (terdapat puluhan daripada beribu-ribu daripada mereka!), tetapi bagi mereka, yang berkenaan dengannya terdapat alasan yang munasabah untuk mengesyaki kehadiran kecacatan tertentu. Pembangunan serentak kaedah kejuruteraan selular dan genetik akan memungkinkan, pada peringkat pengetahuan genom berikutnya, untuk membuka kemungkinan praktikal secara sewenang-wenangnya, dan, di atas semua, untuk tujuan terapeutik, mengubah urutan dan susunan gen, komposisi dan struktur mereka.

Perubatan bukan satu-satunya bidang aplikasi kejuruteraan genetik. Terdapat kejuruteraan genetik tumbuhan dan kejuruteraan genetik sel bakteriologi.

Baru-baru ini, peluang baharu telah muncul dalam mendapatkan vaksin "boleh dimakan" berasaskan tumbuhan transgenik.

Kemajuan besar telah dicapai dalam tumbuhan transgenik di dunia. Mereka sebahagian besarnya disebabkan oleh fakta bahawa masalah mendapatkan organisma daripada sel, sekumpulan sel atau embrio yang belum matang dalam tumbuhan kini tidak begitu sukar. Teknologi sel, kultur tisu dan penciptaan regeneran digunakan secara meluas dalam sains moden.

Mari kita pertimbangkan pencapaian dalam bidang penanaman tumbuhan yang diperolehi di Institut Fisiologi Tumbuhan dan Biokimia Siberia Cawangan Siberia Akademi Sains Rusia.

Oleh itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini, beberapa tumbuhan transgenik telah diperolehi dengan memindahkan gen ugt, acp, acb, accc dan lain-lain ke dalam genomnya yang diasingkan daripada pelbagai objek tumbuhan.

Hasil daripada pengenalan gen ini, tumbuhan transgenik gandum, kentang, tomato, timun, kacang soya, kacang, biji sesawi, strawberi, aspen dan beberapa yang lain muncul.

Pengenalan gen dilakukan sama ada dengan "mensasarkan" tisu daripada "senjata gen" (reka bentuk yang dibangunkan di institut kami), atau oleh vektor genetik berdasarkan plasmid agrobakteria dengan gen sasaran terbina dalam dan promoter yang sepadan. .

Akibatnya, beberapa bentuk transgenik baru telah terbentuk. Berikut adalah sebahagian daripadanya.

Gandum transgenik (2 varieti), yang mempunyai pertumbuhan dan penanaman yang lebih intensif dengan ketara, mungkin lebih tahan terhadap kemarau dan faktor persekitaran lain yang tidak menguntungkan. Produktiviti dan pewarisan harta yang diperoleh sedang dikaji.

Kentang transgenik, yang telah dipantau selama tiga tahun. Ia secara konsisten menghasilkan hasil yang 50-90 peratus lebih tinggi daripada kawalan, telah memperoleh rintangan hampir lengkap terhadap racun herba auksin dan, di samping itu, ubinya "menghitam" dengan ketara kurang pada pemotongan kerana penurunan dalam aktiviti polifenol oksidase.

Tomato transgenik (beberapa jenis), dicirikan oleh semak dan hasil yang lebih besar. Dalam rumah hijau, hasilnya adalah sehingga 46 kg setiap meter persegi (lebih daripada dua kali lebih tinggi daripada kawalan).

Timun transgenik (beberapa varieti) menghasilkan lebih banyak bunga yang subur dan, akibatnya, buah-buahan dengan hasil sehingga 21 kg setiap meter persegi berbanding 13.7 dalam kawalan.

Terdapat bentuk transgenik tumbuhan lain, kebanyakannya juga mempunyai beberapa ciri ekonomi yang berguna.

Kejuruteraan genetik ialah sains hari ini dan esok. Sudah, berpuluh-puluh juta hektar sedang disemai dengan tumbuhan transgenik di seluruh dunia, ubat-ubatan baru dan pengeluar baru bahan berguna sedang dicipta. Dari masa ke masa, kejuruteraan genetik akan menjadi alat yang semakin berkuasa untuk kemajuan baharu dalam bidang perubatan, perubatan veterinar, farmakologi, industri makanan dan pertanian.

5. Fakta saintifik tentang bahaya kejuruteraan genetik

Perlu diingatkan bahawa seiring dengan kemajuan yang dibawa oleh pembangunan kejuruteraan genetik, terdapat juga beberapa fakta tentang bahaya kejuruteraan genetik, yang utamanya dibentangkan di bawah.

1. Kejuruteraan genetik pada asasnya berbeza daripada pembangunan varieti dan baka baharu. Penambahan tiruan gen asing sangat mengganggu kawalan genetik sel normal yang dikawal dengan baik. Manipulasi gen pada asasnya berbeza daripada gabungan kromosom ibu dan bapa yang berlaku dalam persilangan semula jadi.

2. Pada masa ini, kejuruteraan genetik secara teknikalnya tidak sempurna, kerana ia tidak dapat mengawal proses memasukkan gen baru. Oleh itu, adalah mustahil untuk meramalkan tapak penyisipan dan kesan gen tambahan. Walaupun lokasi gen boleh ditentukan setelah ia dimasukkan ke dalam genom, maklumat DNA yang ada adalah sangat tidak lengkap untuk meramalkan keputusannya.

3. Akibat penambahan tiruan gen asing, bahan berbahaya mungkin secara tidak dijangka terbentuk. Dalam kes yang paling teruk, ini mungkin bahan toksik, alergen atau bahan lain yang berbahaya kepada kesihatan. Maklumat tentang jenis kemungkinan ini masih sangat tidak lengkap.

4. Tiada kaedah yang boleh dipercayai sepenuhnya untuk menguji ketakbahayaan. Lebih daripada 10% daripada kesan sampingan serius ubat-ubatan baru tidak dapat dikesan, walaupun kajian keselamatan dijalankan dengan teliti. Risiko bahawa sifat berbahaya bagi makanan kejuruteraan genetik baharu akan tidak dapat dikesan berkemungkinan besar lebih besar daripada kes dadah.

5. Keperluan semasa untuk ujian tidak berbahaya adalah sangat tidak mencukupi. Mereka direka dengan jelas untuk memudahkan proses kelulusan. Mereka membenarkan penggunaan kaedah ujian tidak berbahaya yang sangat tidak sensitif. Oleh itu, terdapat risiko besar bahawa produk makanan berbahaya akan dapat lulus pemeriksaan tanpa dapat dikesan.

6. Produk makanan yang dicipta sehingga kini menggunakan kejuruteraan genetik tidak mempunyai sebarang nilai yang signifikan untuk manusia. Produk ini memenuhi terutamanya kepentingan komersial sahaja.

7. Pengetahuan tentang kesan organisma ubah suai genetik yang diperkenalkan ke alam sekitar tidak mencukupi sama sekali. Ia masih belum dibuktikan bahawa organisma yang diubah suai oleh kejuruteraan genetik tidak akan memberi kesan berbahaya kepada alam sekitar. Ahli alam sekitar telah mencadangkan pelbagai komplikasi alam sekitar yang berpotensi. Sebagai contoh, terdapat banyak peluang untuk penyebaran gen yang berpotensi berbahaya yang tidak terkawal yang digunakan oleh kejuruteraan genetik, termasuk pemindahan gen oleh bakteria dan virus. Komplikasi yang disebabkan oleh persekitaran berkemungkinan mustahil untuk diperbetulkan kerana gen yang dilepaskan tidak boleh diambil semula.

8. Virus baru dan berbahaya mungkin muncul. Telah ditunjukkan secara eksperimen bahawa gen virus yang tertanam dalam genom boleh bergabung dengan gen virus berjangkit (kononnya penggabungan semula). Virus baharu ini mungkin lebih agresif daripada virus asal. Virus juga mungkin menjadi kurang spesifik spesies. Sebagai contoh, virus tumbuhan boleh menjadi berbahaya kepada serangga yang bermanfaat, haiwan, dan juga manusia.

9. Pengetahuan tentang bahan keturunan iaitu DNA sangat tidak lengkap. Fungsi hanya tiga peratus DNA diketahui. Adalah berisiko untuk memanipulasi sistem yang kompleks tentang pengetahuan yang tidak lengkap. Pengalaman luas dalam bidang biologi, ekologi dan perubatan menunjukkan bahawa ini boleh menyebabkan masalah dan gangguan serius yang tidak dapat diramalkan.

10. Kejuruteraan genetik tidak akan membantu menyelesaikan masalah kelaparan dunia. Dakwaan bahawa kejuruteraan genetik boleh memberi sumbangan besar untuk menyelesaikan masalah kelaparan dunia adalah mitos yang tidak berasas secara saintifik.

Kesimpulan

Kejuruteraan genetik ialah kaedah bioteknologi yang berkaitan dengan penyelidikan penstrukturan semula genotip. Genotip bukan sekadar jumlah mekanikal gen, tetapi sistem kompleks yang telah dibangunkan semasa evolusi organisma. Kejuruteraan genetik membolehkan untuk memindahkan maklumat genetik daripada satu organisma kepada organisma lain melalui operasi in vitro. Pemindahan gen memungkinkan untuk mengatasi halangan interspesies dan memindahkan ciri-ciri keturunan individu satu organisma kepada yang lain.

Penyusunan semula genotip, apabila melaksanakan tugas kejuruteraan genetik, mewakili perubahan kualitatif dalam gen yang tidak dikaitkan dengan perubahan dalam struktur kromosom yang boleh dilihat dalam mikroskop. Perubahan gen terutamanya dikaitkan dengan transformasi struktur kimia DNA. Maklumat tentang struktur protein, yang ditulis sebagai urutan nukleotida, dilaksanakan sebagai urutan asid amino dalam molekul protein yang disintesis. Perubahan dalam urutan nukleotida dalam DNA kromosom, kehilangan beberapa dan kemasukan nukleotida lain, mengubah komposisi molekul RNA yang terbentuk pada DNA, dan ini, seterusnya, menentukan urutan baru asid amino semasa sintesis. Akibatnya, protein baru mula disintesis dalam sel, yang membawa kepada penampilan sifat baru dalam badan. Intipati kaedah kejuruteraan genetik ialah gen individu atau kumpulan gen dimasukkan ke dalam atau dikecualikan daripada genotip sesuatu organisma. Hasil daripada memasukkan gen yang sebelum ini tidak hadir ke dalam genotip, sel boleh dipaksa untuk mensintesis protein yang tidak disintesis sebelum ini.

Bibliografi

2. Lee A., Tinland B. Integrasi t-DNA ke dalam genom tumbuhan: prototaip dan realiti // Fisiologi Tumbuhan. 2000. - Jilid 47. - No. 3.

3. Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. et al. - St. Petersburg: Nauka, 2000. - 539 p.

4. Lyadskaya M. Kejuruteraan genetik boleh melakukan apa sahaja - malah menanam vaksin di taman // Buletin Farmaseutikal. - 2000. - No. 7.

5. Romanov G. A. Kejuruteraan genetik tumbuhan dan cara untuk menyelesaikan masalah biokeselamatan // Fisiologi Tumbuhan, 2000. - Jilid 47. - No. 3.

6. Salyaev R. Mitos dan realiti kejuruteraan genetik // Sains di Siberia. - 2002. - No. 7.

7. Favorova O. O. Rawatan dengan gen - fiksyen atau realiti? // Buletin Farmaseutikal. - 2002. - No. 5.

Kuzmina N.A. Asas bioteknologi: buku teks. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 p.

Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. et al. - St. Petersburg: Nauka, 2000. - 539 p.

Lyadskaya M. Kejuruteraan genetik boleh melakukan apa sahaja - malah menanam vaksin di taman // Buletin Farmaseutikal. - 2000. - No. 7.

Kuzmina N.A. Asas bioteknologi: buku teks. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 p.

Favorova O. O. Rawatan dengan gen - fiksyen atau realiti? // Buletin Farmaseutikal. - 2002. - No. 5.

Salyaev R. Mitos dan realiti kejuruteraan genetik // Sains di Siberia. - 2002. - No. 7.

Kuzmina N.A. Asas bioteknologi: buku teks. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 p.