Генная инженерия растений

Генная инженерия  растений.

Первые трансгенные растения (растения табака со встроенными генами из микроорганизмов) были получены в 1983 г. Первые успешные полевые испытания трансгенных растений (устойчивые к вирусной инфекции растения табака) были проведены в США уже в 1986 г.                                 Нынешний этап развития генетической инженерии растений получил название "метаболическая инженерия". При этом ставится задача не столько улучшить те или иные имеющиеся качества растения, как при традиционной селекции, сколько научить растение производить совершенно новые соединения, используемые в медицине, химическом производстве и других областях. Этими соединениями могут быть, например, особые жирные кислоты, полезные белки с высоким содержанием незаменимых аминокислот, модифицированные полисахариды, съедобные вакцины, антитела, интерфероны и другие "лекарственные" белки, новые полимеры, не засоряющие окружающую среду и многое, многое другое. Использование трансгенных растений позволяет наладить масштабное и дешевое производство таких веществ и тем самым сделать их более доступными для широкого потребления.

Формальной датой рождения генетической инженерии растений

принято считать 1982 год, когда  было получено первое в мире химерное

растение санбин. Оно было так названо потому, что в геном подсолнеч-

ника был искусственно перенесен ген запасного белка бобовых фазео-

лин (по-английски, sunflower + been = sunbeen).

Улучшение качества запасных белков                                                                                           Запасные белки основных культурных видов кодируются семейством близкородственных генов. Накопление запасных белков семян – сложный биосинтетический процесс. Первая генноинженерная попытка улучшения свойства одного растения путем введения гена запасного белка от другого была, проведена Д. Кемпом и Т. Холлом в 1983 г. в США. Ген фазеолина бобов с помощью Ti-плазмиды был перенесен в геном подсолнечника. Результатом этого опыта было лишь химерное растение, получившее название санбин.                                                                                                                        Более реальной задачей для генетической инженерии считается улучшение аминокислотного состава белков.

Создание гербицидоустойчивых растений                                                                                       Повышение устойчивости растений к стрессовым условиям                                                             Это касается работы с отдельными генами, контролирующими метаболические ответы растений на стрессовые условия, например сверхпродукцию пролина в ответ на осмотический шок, на действие засоления, синтез особых белков в ответ на тепловой шок и т. д.

Повышение эффективности  биологической азотфиксации                                                                         Лучше всех среди азотфиксаторов изучены ризобии, образующие симбиоз с бобовыми растениями, и свободноживущая бактерия Klebsiella pneumoniae. Установлено, что у этих бактерий за фиксацию азота ответственно 17 генов — так называемых nif-генов. Опыты показали, что диазотрофность (азот-фиксация) свойственна исключительно прокариотическим организмам, и nif-гены не смогли преодолеть барьер, разделяющий прокариоты и эукариоты, из-за слишком сложной своей структуры и регуляции генами, расположенными вне nif-области.                                                                         Более реально использование генноинженерных методов для решения следующих задач: повышение способности ризобии колонизировать бобовые растения, повышение эффективности фиксации и ассимиляции азота путем воздействия на генетический механизм, создание новых азотфиксирующих микроорганизмов путем введения в них nif-генов, передача способности к симбиозу от бобовых растений к другим.                                                                                                                    Традиционными методами генетики и селекции удалось получить лабораторные штаммы ризобий с более высокой колонизирующей способностью. Но они в полевых условиях испытывают конкуренцию со стороны местных штаммов. Повышение их конкурентоспособности, видимо, можно осуществить генноинженерными методами.

Повышение эффективности  фотосинтеза                                                                                                   Одной из задач, стоящих перед генетической инженерией, является исследование возможности создания РуБФК с преобладающей карбоксилазной активностью.

Создание трансгенных растений в настоящее время развиваются по следующим направлениям:

1. Получение сортов с/х культур с более высокой урожайностью
2. Получение с/х культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремантантные сорта клубники, дающие два урожая за лето)
3. Создание сортов с/х культур, токсичных для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок)
4. Создание сортов с/х культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона)
5. Создание сортов растений, способных синтезировать некоторые белки животного происхождения (например, в Китае получен сорт табака синтезирующий лактоферрин человека).

Метод 1:Существует бактерия Agrobacterium tumefaciens (Лат.- полевая бактерия, вызывающая опухоли), которая обладает способностью встраивать участки своей ДНК в растения, после чего пораженные клетки растения начинают очень быстро делиться и образуется опухоль. Сначала ученые получили штамм этой бактерии, не вызывающий опухолей, но не лишенный возможности вносить свою ДНК в клетку. В дальнейшем нужный ген сначала клонировали в Agrobacterium tumefaciens и затем заражали уже этой бактерией растение. После чего инфецированые клетки растения приобретали нужные свойства, а вырастить целое растение из одной его клетки сейчас не проблема.

Метод 2:Клетки, предварительно обработанные специальными реагентами, разрушающими толстую клеточную  оболочку, помещают в раствор, содержащий: ДНК и вещества, способствующие ее проникновению в клетку. После  чего как и в первом случае выращивали из одной клетки целое растение.

Метод 3:Существует метод бомбардировки растительных клеток специальными, очень маленькими вольфрамовыми пулями, содержащими ДНК. С некоторой вероятностью такая пуля может правильно передать генетический материал клетке и так растение получает новые свойства. А сама пуля ввиду ее микроскопических размеров не мешает нормальному развитию клетки.

 

Достижения генетической инженерии животных.

Как и  в случае с растениями трансгенными могут называться те животные, в которых успешно функционирует ген (или гены) из других видов животных или людей.

 

До сих пор на рынке  нет ни одного генетически модифицированного  животного для использования  в хозяйственной деятельности. Это  связано с определенными техническими (сложность получения и размножения), финансовыми и этическими проблемами. Тем не менее успехи в генетической инженерии животных очевидны. Разработаны различные методы переноса генов в генетический материал животных и получены трансгенные особи у млекопитающих, низших позвоночных и беспозвоночных. Созданы эффективные технологии клонирования, основанные на замене ядер у оплодотворенных яйцеклеток. Ученые научились не только переносить отдельные гены, но и «выключать» или заменять конкретные гены.

Основным направлением исследований является выведение пород с повышенной продуктивностью, устойчивостью к  болезням, из которых можно получать продукцию с новыми, привлекательными для потребителя качествами. Уже  созданы трансгенные формы разных видов рыб, в геном которых добавлен ген, кодирующий биосинтез гормона роста. Рыбы быстрее растут, эффективнее используют корма. Трансгенные свиньи с добавленным геном гормона роста более мускулистые и менее жирные. Свиньи, с добавленным геном фитазы (один из ферментов переваривания пищи), эффективнее усваивают корма за счет лучшей усвояемости фосфора, что выражается в усилении их роста. Трансгенные свиноматки с добавленным геном более эффективно вскармливают поросят.

Улучшение потребительских  свойств. Улучшение качества шерсти овец, выведение пород скота, в молоке которого снижена концентрация p-лактоглобулина, ответственного за аллергенность.

Улучшение здоровья и повышение устойчивости к болезням: добавка генов, повышающих устойчивость, удаление восприимчивых к болезням генов, замена на аналогичные, но более устойчивые гены.

Например, в подмосковных Горках живет стадо трансгенных овец. Эти животные, которым был "подсажен" ген от быка, продуцируют с молоком химозин крупного рогатого скота - фермент, необходимый для производства твердого сыра. По старой технологии химозин получали из экстрактов ткани желудка новорожденных телят. Теперь их жизнь сохранена. Только от одной овцы за одну лактацию можно получить до 30 г фермента, которого хватит для того, чтобы осадить казеин в 300,000 кг молока и получить 30 т сыра.

В настоящее время биотехнология  на

основе использования  трансгенных микроорганизмов предлагает новые

подходы к разработке и  производству лекарственных, диагностических и

профилактических лекарственных  препаратов, а также позволяет  произ-

водить в достаточных  количествах широкий спектр лекарственных

средств, которые раньше были малодоступны.

К самому большому классу лекарств, получаемых путем микроб-

ного синтеза, относятся антибиотики. Вторым классом лекарственных препаратов, производимых био-

технологическим путем, являются гормоны. Особое место среди лекарственных средств занимают ферменты. Получение профилактических препаратов (вакцины).

 

 
Химерой – термином, заимствованным из древнегреческой мифологии, –  называется  
организм, в котором сочетаются клетки, ткани или органы различного  
происхождения. Такие животные иногда получаются и в естественных условиях, если  
в утробе матери смешиваются части двух одновременно развивающихся эмбрионов.  
Клетки второго эмбриона могут распределиться равномерно (мозаично) и  
присутствовать в небольшом количестве во всех тканях будущего организма.  
Возможен и вариант скопления этих клеток в одном месте, что приводит к появлению  
целого чужеродного органа.

Методика создания:

• выделяют яйцеклетки из доноров с различающимися генотипами;
• культивируют эмбрионы на стандартных питательных средах (основа-солевой буфер,  ПВК и   лактат, глюкоза, альбумин) до стадии 8 бластомеров;
• агрегируют морулы (8-кл.) (агрегационный метод) и культивируют in vitro до стадии бластоцисты;
• имплантируют химерный эмбрион в матку самки-рецепиента

 

Межвидовые  химерные зародыши между мышью и  крысой путем агрегации были получены только в 70-х годах. Первые химерные животные были получены только в 1973 году Р. Гарднером и М. Джонсоном. В 1984 году были получены межвидовые химеры между овцой и козой - овцекозы, причем практически одновременно в Англии и ФРГ. 
Химерные животные не передают потомкам генетическую мозаичность. У них происходит расщепление, как у гетерозигот, поэтому ценные генетические комбинации нарушаются. Но на протяжении 1 поколения хозяйственно ценные признаки поддерживаются.

Химерность довольно часто встречается и у растений. Примером видимой мутации хлоропластов и образования химерного растения является пестролистность или появление секторов ткани другого цвета.