Генная инженерия

Доклад по биологии

На тему: Генная инженерия 
 
 

[Введите имя автора]

[Выберите дату] 

  Генная  инженерия

  Важной  составной частью биотехнологии  является генетическая инженерия. Она не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

   Генетическая инженерия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

 Цель  прикладной генетической инженерии  заключается в конструировании  таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму  свойства, полезные для человека. Например, получение «биологических реакторов» - микроорганизмов, растений и животных, продуцирующих фармакологически значимые для человека вещества, создание сортов растений и пород животных с определёнными  ценными для человека признаками. Методы генной инженерии позволяют  провести генетическую паспортизацию,  диагностировать генетические заболевания,  создавать  ДНК-вакцины, проводить генотерапию различных заболеваний.

 Родившись в начале 70-х годов, она добилась сегодня больших успехов. Методы генной инженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих  в "фабрики" для масштабного  производства любого белка. Это дает возможность детально анализировать  структуру и функции белков и  использовать их в качестве лекарственных  средств.

  В настоящее  время кишечная палочка стала  поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин. Ранее  инсулин получали из клеток поджелудочной  железы животных, поэтому стоимость  его была очень высока. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным  для широкого круга диабетиков. В 1978 году исследователи из компании "Генентек" впервые получили инсулин  в специально сконструированном  штамме кишечной палочки. Было показано, что он не содержит белков эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается.

  Соматотропин - гормон роста человека, секретируемый  гипофизом. Недостаток этого гормона  приводит к гипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его  недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4 - 6 мг соматотропина  в пересчете на конечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные  количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден и мог  содержать медленно развивающиеся  вирусы. Компания "Genentec" в 1980 году разработала технологию производства соматотропина с помощью бактерий, который был лишен перечисленных  недостатков. С 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР. Аналогичными методами получают также безопасные и дешевые вакцины.

  Технология  рекомбинантных ДНК сделала возможным  нетрадиционный подход "белок-ген", получивший название "обратная генетика". При таком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этого белка, модифицируют его, создавая мутантный  ген, кодирующий измененную форму белка. Полученный ген вводят в клетку. Если он экспрессируется, несущая его  клетка и ее потомки будут синтезировать  измененный белок. Таким образом, можно исправлять дефектные гены и лечить наследственные заболевания.

  Если гибридную  ДНК ввести в оплодотворенное  яйцеклетку, могут быть получены трансгенные  организмы, экспрессирующие мутантный  ген и передающие его потомками. Генетическая трансформация животных позволяет установить роль отдельных  генов и их белковых продуктов, как в регуляции активности других генов, так и при различных патологических процессах. С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками.

Генная  инженерия человека

 В применении к человеку генная инженерия могла  бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.

 Задача  изменения генома взрослого человека несколько сложнее, чем выведение  новых генно-инженерных пород животных, т.к. в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов ученые стараются избежать внедрения генно-инженерных ДНК в клетки половых органов и тем самым избежать воздействия на ещё нерождённых потомков пациента. Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генно-инженерных вирусов воспринимается некоторыми слоями общественности как угроза для всего человечества.

 С помощью генотерапии в будущем возможно улучшение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах. Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьезными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генно-инженерных вирусных векторов для исцеления взрослого самца обезьяны от дальтонизма.^[1] В этом же году дал потомство первый, генетически модифицированный примат (выращенный из модифицированной яйцеклетки) - игрунка обыкновенная.^[2]

Методы  генной инженерии

 Генетическая  инженерия - конструирование in vitro функционально  активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе - создание искусственных  генетических программ (Баев А. А.). По Э. С. Пирузян генетическая инженерия - система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать лабораторным путем (в пробирке) искусственные  генетические структуры в виде так  называемых рекомбинантных или гибридных  молекул ДНК.

 Генетическая  инженерия - получение новых комбинаций генетического материала путем  проводимых вне клетки манипуляций  с молекулами нуклеиновых кислот и переноса созданных конструкций  генов в живой организм, в результате которого достигается их включение  и активность в этом организме  и у его потомства. Речь идет о  направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма  с последующим введением их в  живой организм. При этом рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата рецепиентного  организма и сообщают ему новые  уникальные генетические, биохимические, а затем и физиологические  свойства.