Методы генной инженерии

Федеральное бюджетное учреждение высшего профессионального  образования

  Нижегородский  Государственный Технический Университет  им. Р. Е. Алексеева

                       Факультет: «Экономики, менеджмента  и инноваций»

                    

 

 

 

 

 

 

 

                  Реферат

                           по дисциплине: «Основы биотехнологии»

                          

                             на тему: «Генная инженерия»

 

 

                                                                                                               Выполнил: студент гр. 09-УИ

                                                                                                  Цепилова Юлия

                                                                                       Проверил: Калинина

                                                                                            Александра Александровна

 

                                                                                                  

 

 

                                                                     г. Нижний Новгород

                                                                                2012 год

                                               Содержание

1.История развития генной инженерии………………………………………………………………………………….3

2.Методы генной инженерии………………………………………………………………………………………………….5

2.1.Рестриктазы………………………………………………………………………………………………………………………..6

2.2.Плазмиды………………………………………………………………………………………………………………………..…7

2.3. Встраивание фрагмента чужеродной ДНК в плазмиду…………………………………………………..8

3.Значение  генной инженерии………………………………………………………………………………………….…10

3.1.Генная инженерия в сельском  хозяйстве……………………………………………………………………...10

3.2.Генная инженерия животных…………………………………………………………………………………………11

3.3.Первое клонированное  животное…………………………………………………………………………………12

3.4.Генная инженерия человека………………………………………………………………………………………….12

4.Проект «Геном человека»………………………………………………………………………………………………….13

5.Научные факты опасности генной инженерии………………………………………………………………..14

6.Список  литературы…………………………………………………………………………………………………………….16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                             1.История развития генной инженерии

Генетическая  инжене́рия (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. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

Генная  инженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики. На протяжении многих лет главным классом макромолекул считали белки. Существовало даже предположение, что гены имеют белковую природу. Лишь в 1944 году Эйвери, Мак Леод и Мак Карти показали, что носителем наследственной информации является ДНК. С этого времени начинается интенсивное изучение нуклеиновых кислот. Спустя десятилетие, в 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК. Именно этот год принято считать годом рождения молекулярной биологии.

На рубеже 50 - 60-х годов были выяснены свойства генетического кода, а к концу 60-х годов его универсальность  была подтверждена экспериментально. Шло интенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой стали  ее вирусы и плазмиды. Были разработаны  методы выделения высокоочищенных  препаратов неповрежденных молекул  ДНК, плазмид и вирусов. ДНК вирусов  и плазмид вводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая  ее репликацию и экспрессию соответствующих  генов. В 70-х годах был открыт ряд  ферментов, катализирующих реакции  превращения ДНК. Особая роль в развитии методов генной инженерии принадлежит  рестриктазам и ДНК-лигазам.

Историю развития генетической инженерии можно  условно разделить на три этапа.

Первый этап связан с доказательством принципиальной возможности получения рекомбинантных молекул ДНК in vitro. Эти работы касаются получения гибридов между различными плазмидами. Была доказана возможность создания рекомбинантных молекул с использованием исходных молекул ДНК из различных видов и штаммов бактерий, их жизнеспособность, стабильность и функционирование.

1938 г.-Г. Шпеманн использует ядра клеток зародыша саламандры для клонирования идентичных близнецов.

1945-1950 гг.–выращиваются первые клеточные культуры животных.

1953 г.-Р. Бриггс и Т. Кинг сообщили об успешной разработке метода «нуклеотрансфера»-переноса ядра клетки в гигантские икринки африканской шпорцевой лягушки «ксенопус».

50-е  годы 20 века - выращены первые клеточные культуры человека; проводится искусственное оплодотворение домашнего скота с помощью замороженной спермы; обнаружены плазмиды бактерий.

1970 г.-Г. Смит и В. Арбер выделили рестриктазу.

1972 г.-П. Берг получил in vitro рекомбинантную ДНК, состоящую из фрагментов ДНК вируса обезьян sv-40, ДНК бактерии E.coli и ДНК фага λ.

Второй этап связан с началом работ по получению рекомбинантных молекул ДНК между хромосомными генами прокариот и различными плазмидами, доказательством их стабильности и жизнеспособности.

1973 г.-Л. Шетлз из Колумбийского университета Нью-Йорка заявил, что он готов произвести на свет первого «бэби из пробирки», после чего последовали запреты Ватикана и пресвитерианской церкви США.

1975 г.-Ф. Сэнгер предложил первый прямой метод определения последовательности ДНК.

1975г.-Э. Саузерн и Р. Дейвис разработали метод, который позволяет идентифицировать конкретные гены и другие рестрикционные фрагменты ДНК после их электрофоретического разделения.

1977 г.-Дж. Коллинзом и Б. Холманом разработан метод клонирования ДНК с использованием космид.

1977 г.-А. Максамом и У. Гилбертом разработан метод секвенирования ДНК.

1978г.-создан генно – инженерный инсулин, который практически полностью идентичен естественному белку. Это открытие позволило спасти миллионы жизней больных диабетом.

1978 г.- синтезирован генно-инженерный гормон роста человека.

1978г.- рождение в Англии Луизы Браун, первого ребенка «из пробирки».

Третий этап - начало работ по включению в векторные молекулы ДНК (ДНК, используемые для переноса генов и способные встраиваться в генетический аппарат клетки-рецепиента) генов эукариот, главным образом, животных. Формально датой рождения генетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер с сотрудниками создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. coli.

1979 г.- завершена публикация серии статей о работах профессора Оксфордского университета Дж. Гердона, в ходе которых было клонировано 50 лягушек.

1981 г.- К. Илмензе и П. Хоппе получили серых мышей, перенеся ядра клеток серого зародыша в цитоплазму яйцеклетки, полученной от черной самки, после чего эмбрионы были перенесены в белых самок, которые и выносили потомство.

4 января 1985 г.- в одной из клиник Лондона родилась девочка у миссис Коттон-первой суррогатной матери («бэби Коттон», как назвали девочку, была зачата не из яйцеклетки миссис Коттон).  Был вынесен парламентский запрет на эксперименты с человеческими эмбрионами старше 14 дней.

1986 г.- создана генно-инженерная вакцина против гепатита В и генно-инженерный интерферон против различных вирусных заболеваний и злокачественных новообразований.

1987 г.- первые полевые испытания генетически модифицированных сельскохозяйственных растений (томат, устойчивый к вирусным заболеваниям).

1990 г.- начало международного проекта по созданию генетической карты человека (Human Genom Project).

1990 г.- проведена успешная генная терапия, спасшая жизнь четырехлетней девочке, с нарушением иммунитета.

1993 г.- генетически измененные продукты допущены на прилавки магазинов мира.

1993 г.- К. Мюллис за разработку метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) удостоен звания лауреата Нобелевской премии.

1997 г.- журнал «Сайенс» сообщает о рождении шести овец, полученных по рослинскому методу. Три из них, в том числе и овечка Полли, несли человеческий ген «антигемофильного фактора IX».

1998 г.- успешно выращиваются эмбриональные стволовые клетки; создана полная генетическая карта животного (секвенирование генома «Круглого червя»).

1998 г.- французские ученые объявили о рождении клонированной телочки.

2001 г.- создана первая полная генетическая карта сельскохозяйственного растения (риса).

2002 г.- почти полностью расшифрован геном человека.

 

 

                     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.

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.

Технология рекомбинантных ДНК  использует следующие методы:

-специфическое расщепление ДНК  рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее  выделение и манипуляции с  отдельными генами;

-быстрое секвенирование всех  нуклеотидов очищенном фрагменте  ДНК, что позволяет определить  границы гена и аминокислотную  последовательность, кодируемую им;

-конструирование рекомбинантной  ДНК;

-гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические  последовательности РНК или ДНК  с большей точностью и чувствительностью,  основанную на их способности  связывать комплементарные последовательности  нуклеиновых кислот;

-клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной  реакции или введение фрагмента  ДНК в бактериальную клетку, которая  после такой трансформации воспроизводит  этот фрагмент в миллионах  копий;

-введение рекомбинантной ДНК  в клетки или организмы.

 

 

2.1.Рестриктазы

В середине 70-х годов было сделано странное и не сразу понятое во всей своей  значительности открытие. Из некоторых  бактерий удалось выделить ферменты, обладающие способностью «разрезать»  двойную спираль ДНК любого происхождения, т. е. способностью разрывать сахаро-фосфатные  цепочки в обеих нитях. Условием такого разрезания оказалось наличие  в этой ДНК короткой, но вполне определенной последовательности нуклеотидов (считая по одной из нитей в направлении 51--3'), так называемого «сайта узнавания» рестриктазы. Этот сайт может насчитывать  от 4-х до 8 нуклеотидов. Ошибочно думать, что столь короткие последовательности должны встречаться очень часто. Даже серия из 4-х, наперед заданных нуклеотидов имеет реальный шанс появиться лишь один раз на отрезке  ДНК длиной в 44 = 256 пар оснований. Для одной из наиболее часто используемых рестриктаз (EcoRl), сайт которой (ГААТТЦ) насчитывает 6 нуклеотидов, такой шанс появляется в среднем один раз  на участке ДНК длиной в 46 = 4 096 пар  оснований. Для некоторых рестриктаз (тип I и III) место разреза не однозначно связано с положением сайта узнавания. Такие рестриктазы неудобны для  исследовательских целей. У типа II разрез локализован в самом  сайте узнавания, что делает эту  операцию определенной.

Два последних  десятилетия поиск новых рестриктаад  производился столь интенсивно, что  к концу 1999 года их было найдено и  очищено более 2 500. Такое изобилие обусловлено множеством видов бактерий, у которых рестриктазы служат средством защиты от вторжения в  них вирусов, чью ДНК они и  разрушают. Для исследовательских целей в настоящее время используют около 300 рестриктаз, которые имеются на рынке биохимических препаратов.