Достижения генной инженерии высших растений

Сегодня доставка ДНК в растительные клетки стала рутиной, однако доставка белков и ферментов в животные и растительные клетки оказалась  гораздо более сложной задачей. Американские ученые впервые смогли одновременно с помощью наночастиц доставить в растительные клетки и ДНК, и белки. Это большое  достижение, поскольку оно открывает  возможности для более сложных  и целенаправленных генных модификаций  растений.

В ходе демонстрационных экспериментов  с помощью наночастиц, несущих  ДНК и белки, ученые смогли изменить цвет растительных клеток

Ученые использовали специально разработанные  мезопористые наночастицы диоксида кремния. Изначально исследователи  создали частицы небольшого размера, 100 нанометров, в которых трудно было разместить какие-либо функциональные молекулы, такие как белки и  ферменты. Новое поколение наночастиц в пять раз больше - 500 нм. Для сравнения: вирус ВИЧ имеет около 100 нанометров в диаметре.

Наночастицы из пористого кремния  покрыты тончайшим слоем золота, которое придает частице вес  и позволяет пробивать клеточную  стенку, доставляя ДНК и белки  непосредственно в клетку. Для  демонстрации работы новой технологии ученые успешно отправили ДНК  и белки внутрь клеток лука, табака и кукурузы.

Новая технология генной инженерии  позволит создавать растения со сложным  набором свойств, например растения с повышенным содержанием крахмала и при этом устойчивые к заморозкам.

Рис.1. Использование наночастицы для генной инженерии растений.

 

.  2.3.Борющиеся с загрязнениями растения

Ученые Вашингтонского университета работают над созданием тополей, которые могут очищать загрязненные места при помощи впитывания через  корневую систему загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах. После этого растения разлагают  загрязнители на безвредные побочные продукты, которые впитываются корнями, стволом и листьями или высвобождаются в воздух.(Рис.2.)

В лабораторных испытаниях трансгенные  растения удаляют ни много, ни мало 91% трихлорэтилена из жидкого раствора, химического вещества, являющегося  самым распространенным загрязнителем  подземных вод.

 

Рис.2.Борющиеся с загрязнениями  растения

 

2.4.Ядовитая капуста

Ученые недавно выделили ген, отвечающий за яд в хвосте скорпиона, и начали искать способы введения его в  капусту. Зачем нужна ядовитая капуста? Чтобы уменьшить использование  пестицидов и при этом не давать гусеницам портить урожай. Это  генетически модифицированное растение будет производить яд, убивающий  гусениц после укуса листьев, но токсин изменен так, чтобы быть безвредным для людей.(Рис.3.)

Рис.3. Ядовитая капуста

2.5.Помидор Flavr Savr

Помидор Flavr Savr был первым коммерчески  выращиваемым и генетически созданным  продуктом питания, которому предоставили лицензию для потребления человеком. Добавляя антисмысловый ген, компания «Calgene» надеялась замедлить процесс  созревания помидора, чтобы предотвратить  процесс размягчения и гниения, давая при этом ему возможность  сохранить природный вкус и цвет. В итоге помидоры оказались слишком  чувствительными к перевозке  и совершенно безвкусными.(Рис.4.)

Рис.4. Помидор Flavr Savr

 

2.6.Банановые вакцины

Вскоре люди смогут получать вакцину  от гепатита Б и холеры, просто укусив банан. Исследователи успешно создали  бананы, картофель, салат-латук, морковь  и табак для производства вакцин, но, по их словам, идеальными для этой цели оказались именно бананы.(Рис.5.)

Когда измененная форма вируса вводится в молодое банановое дерево, его  генетический материал быстро становится постоянной частью клеток растения. С  ростом дерева его клетки производят вирусные белки, но не инфекционную часть  вируса. Когда люди съедают кусок  генетически созданного банана, заполненного вирусными белками, их иммунная системасоздает антитела для борьбы с болезнью; то же происходит и с обычной вакциной.

 

Рис.5. Банановые вакцины

 

 

 

2.7.Генетически модифицированные деревья  
 Деревья изменяются генетически для более быстрого роста, лучшей древесины и даже для обнаружения биологических атак. Сторонники генетически созданных деревьев говорят, что биотехнологии могут помочь остановить обезлесение и удовлетворить потребности в древесине и бумаге. Например, австралийское эвкалиптовое дерево изменено для устойчивости к низким температурам, была создана ладанная сосна с меньшим содержанием лигнина – вещества, дающего деревьям твердость. В 2003 году Пентагон даже наградил создателей сосны, меняющей цвет во время биологической или химической  атаки.(Рис.6.) 
 Однако критики заявляют, что знаний о том, как созданные деревья влияют на природное окружение, еще недостаточно; среди иных недостатков они могут распространять гены на природные деревья или увеличивать риск воспламенения.

 

 

Рис.6. Генетически модифицированные деревья

 

 

2.8.Активно связывающие углерод растения

 Ежегодно люди добавляют около девяти гигатонн углерода в атмосферу, а растения впитывают около пяти из этого количества. Оставшийся углерод способствует парниковому эффекту и глобальному потеплению, но ученые работают над созданием генетически модифицированных растений для улавливанияэтихостатковуглерода.(Рис.7.)

Углерод может в течение  десятилетий оставаться в листьях, ветвях, семенах и цветах растений, а тот, что попадает в корни, может  быть там столетия. Таким образом, исследователи надеются создать  биоэнергетические культуры с обширной корневой системой, которые смогут связывать и сохранять углерод  под землей. Ученые в настоящее  время работают над генетическим модифицированием многолетних растений, как просо прутьевидное и мискант, что связано с их большими корневыми  системами.

 

Рис.7. Активно связывающие углерод растения 
 

 
 

 

 

Вывод

Генная инженерия является наиболее перспективной и ведущей  разработкой в сфере современных  биотехнологий.

Генная инженерия уже  находится на достаточно высоком  уровне развития, однако имеет большие  перспективы, предоставляя возможность  решения многих проблем человечества в сфере медицины, сельского хозяйства  и других областях, которые на данный момент являются довольно животрепещущими.

Генная инженерия служит для получения желаемых качеств  изменяемого или генетически  модифицированного организма. В  отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия  позволяет непосредственно вмешиваться  в генетический аппарат, применяя технику  молекулярного клонирования. Примерами  применения генной инженерии являются получение новых генетически  модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных  бактерий, производство эритропоэтина  в культуре клеток или новых пород  экспериментальных мышей для  научных исследований.

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.

 

Литература:

 

1. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология клетки. Т. 1 - 3. М.: Мир, 1994.

2. Анализ генома. Методы / Под ред.  К. Дейвиса. М.: Мир, 1990. 246 с.

3. Атанасов А. Биотехнология  в растениеводстве. Новосибирск:  ИЦиГСО РАН, 1993. – 241 с.

4. Барановов В. С. Генная терапия  – медицина XXI века // Соросовский  образовательный журнал. № 3. 1999. С. 3 – 68.

5. Бекер М. Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис  Е.П. Биотехнология. М.: Агропромиздат, 1990. 334 с.

6. Борисюк Н.В. Молекулярно - генетическая  конституция соматических гибридов // Биотехнология. Итоги науки  и техники ВИНИТИ АН СССР. М., 1988. Т. 9. С. 73 -113.

7. Валиханова Г. Ж. Биотехнология  растений. Алматы: Конжык, 1996. 272 с.

8. Глеба Ю. Ю. Биотехнология  растений // Соросовский образовательный  журнал. № 6. 1998. С. 3 – 8.

9. Глебов О. К. Генетическая  трансформация соматических клеток // Методы культивирования клеток. Л.: Наука, 1988.

10. Гольдман И. Л., Разин С. В., Эрнст Л. К., Кадулин С. Г., Гращук  М. А. Молекулярно-биологические  аспекты проблемы позиционно-независимой  экспрессии чужеродных генов  в клетках трансгенных животных // Биотехнология. 1994. № 2.

11. Дыбан А. П., Городецкий С.  И. Интродукция в геном млекопитающих  чужеродных генов: пути и перспективы  // Молекулярные и клеточные аспекты  биотехнологии. Л.: Наука, 1986. С. 82 - 97.

12. Егоров Н. С., Самуилов В.  Д. Современные методы создания  промышленных штаммов микроорганизмов  // Биотехнология. Кн. 2. М.: Высшая  школа, 1988. 208 с.

13. Зверева С. Д., Романов Г.  А. Репортерные гены для генетической  инженерии растений: хара¬ктеристика  и методы тестирования // Физиология  растений. 2000. Т. 47, № 3. С. 479-488.

14. Лещинская И. Б. Генетическая  инженерия // Соросовский образовательный  журнал. 1996. №1. С. 33 - 39.

15. Ли А., Тинланд Б. Интеграция  т-ДНК в геном растений: прототип  и реальность // Физиология растений. 2000, том 47, № 3. С. 354-359

16. Лутова Л. А., Проворов Н.  А., Тиходеев О. Н. и др. Генетика  развития растений. СПб.: Наука, 200. 539 с.

17. Льюин Б. Гены. М.: Мир, 1987. 544 с.

18. Пирузян Э. С., Андрианов В.  М. Плазмиды агробактерий и  генная инженерия растений.М.: Наука, 1985. 280 с.

19. Пирузян Э. С. Генетическая  инженерия растений.М.: Знание, 1988. 64 с.

20. Пирузян Э. С. Основы генетической  инженерии растений.М.: Наука, 1988. 304 с.

21. Пирузян Э. С. Проблемы экспрессии  чужеродных генов в растениях  // Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Биотехнология. 1990. Т. 23. 176 с.

22. Попов Л. С., Языков А. А.  Трансгенные животные как модели  для изучения репродукции эмбрионального  развития и заболеваний человека // Успехи современной биологии.1999. Т 119, № 1. С. 30-41.

23. Романов Г. А. Генетическая  инженерия растении и пути  решения проблемы биобезопасности  // Физиология растений, 2000. Том 47, № 3. С. 343-353

24. Сельскохозяйственная биотехнология:  Учеб. / В. С. Шевелуха, Е. А. Калашникова,  С. В. Дегтярев и др.: Под ред.  В. С. Шевелухи. М.: Высш. школа, 1998. 416 с.

25. Сингер М., Берг П. Гены и  геномы. Т. 1-2. М.: Мир, 1998.

26. Томилин Н. В., Глебов О. К.  Генетическая трансформация клеток  млекопитающих // Молекулярные и  клеточные аспекты биотехнологии.  Л.: Наука, 1986. С. 62 - 82.

27. Фаворова О. О. Лечение генами  – фантастика или реальность? // Соросовский образовательный журнал. № 2. 1997. С. 21 – 27.

28. Щелкунов С. Н. Генетическая  инженерия. Ч. 1. Новосибирск: Изд-во  Новосибирского ун-та, 1994. 304 с.

Источник: cnews.ru