Генная инженерия: возможности и перспективы

                                     Министерство образования и науки РФ

 

                                                           ФГБОУ ВПО

             «Кемеровский Технологический Институт Пищевой Промышленности»

 

 

                                                                                                 Кафедра«Бионанотехнология»

 

 

                        Реферат

       На тему  «Генная инженерия: возможности  и перспективы»

 

 

 

                                                                                                                                                 Выполнила:

                                                                                                                 студентка гр.ПБз-031

                                                                                                          Петухова Надежда

 

                                                                                                                                  Проверила:

                                                                                                                                                Дышлюк Л.С.

 

 

 

 

 

                                                      

                                                   Кемерово 2014

Содержание

 

Введение                                                                                                                         3                       

Возникновение генной инженерии                                                                                 4

Современные возможности генной инженерии                                                            9      

Перспективы генной инженерии                                                                                  15                                                                               

Интересные факты                                                                                                       25

Заключение                                                                                                                   28

Список используемой литературы                                                                              29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Генная инженерия - это область биотехнологий, включающая в себя действия по перестройке генотипов. Суть генной инженерии сводится к пониманию того, что любой организм, будь то животного или растительного происхождения, имеет множество характерных признаков. К примеру, у растений это цвет коры, листьев, наличие или отсутствие тех или иных витаминов в плодах, структура ствола и так далее. Каждый признак определяется наличием гена.

 Ген в переводе с греческого (Genos) означает наследственный фактор. Ген является маленьким отрезком молекулы ДНК и если его убрать, тогда организм потеряет и тот признак, за который отвечает этот ген. Также существует и обратная ситуация, когда в клетку вводится новый для неё ген, и организм приобретает новое качество, ранее ему не присущее. Другими словами, генная инженерия помогает включать или выключать отдельные гены, благодаря чему появляется возможность контролировать деятельность организма, а также позволяет переносить наследственные схемы из другого организма, в том числе организма другого вида.

По мере того, как генетики больше узнают о работе генов и белков, всё более реальной становится возможность программировать генотип, достигая любых результатов: таких, как устойчивость к радиации, способность жить под водой, способность к регенерации повреждённых органов и т.д.

Таким образом, с помощью генной инженерии можно решить многие социальные и экономические проблемы, в том числе проблемы здоровья человека и сельскохозяйственные проблемы, что становится особо актуально в контексте перенаселения планеты и нехватки запасов еды. По крайней мере, так заявляют многие учёные.

Достоинством генетической инженерии в отличие от традиционного метода получения качественного продукта - селекции, является возможность напрямую вмешиваться в генный аппарат и получать заданный результат.

 

 

Возникновение генной инженерии

 

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 E. coli, 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.

А началось все с того, что в 1962 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик совершили одно из величайших открытий XX века, установив молекулярную структуру ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты, из которой и состоят гены) и определив ее роль в передаче наследственной информации. Десятью годами позже группа американских исследователей сообщила о выделении в лаборатории первой гибридной (рекомбинантной) молекулы ДНК – то есть вещества, объединившего в себе гены разных организмов. С этого момента формально и взяла старт генная инженерия. Вживляя ген, "одолженный" у одного растения (или животного) другому, биотехнологи добиваются появления новых видов с определенными заданными свойствами.

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

В 1983 году американцы вывели трансгенный табак, неуязвимый для определенного вида вредителей. И вот тогда начался настоящий бум. Уже через 4 года трансгенные растения, устойчивые к насекомым и гербицидам, поступили в массовую продажу. Кроме того, необыкновенная притягательность трансгенов кроется в том существенном факте, что биотехнологии позволяют выводить новые культуры за 2-3 года. Обычные же методы селекции путем отбора и скрещивания - это 10 и более лет. За эти годы получены, в частности, помидоры и картофель, огурцы и соя, кукуруза, рапс и т.д. 
Современный уровень наших знаний биохимии, молекулярной биологии и генетики позволяет рассчитывать на успешное развитие новой биотехнологии – генной инженерии, т.е. совокупности методов, позволяющих путем операций in vitro (в пробирке) переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим. Цель генной инженерии – не воплощение в реальность мифов о кентаврах (человеко-конях) и русалках (человеко-рыбах), а получение клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые «человеческие» белки. Так, с 1980 г. Гормон роста человека – соматотропин получают из бактерии E. coli (кишечной палочки). Соматотропин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Он вырабатывается в гипофизе и контролирует рост человеческого тела; его недостаток приводит к карликовости. Соматотропин – единственное средство лечения детей, страдающих карликовостью из-за недостатка этого гормона. До развития генной инженерии его выделяли из гипофизов от трупов. Соматотропин, синтезированный в специально сконструированных клетках бактерий, имеет очевидные преимущества: он доступен в больших количествах, его препараты являются биохимически чистыми и свободными от вирусных загрязнений. 
В 1979 г. из 60 млн. больных сахарным диабетом во всем мире лишь 4 млн. получали препарат инсулина – гормона поджелудочной железы, регулирующий уровень сахара в крови и клетках. Инсулин выделяли из поджелудочной железы забиваемых коров и свиней, что сложно и дорого. С 1982 г. этот гормон получают в промышленных масштабах из бактерий E. coli, содержащих ген человеческого инсулина.

В нашей стране благодаря развитию молекулярной генетики и молекулярной биологии, а также правильной оценке тенденций развития современной биологии 4 мая 1972 г. в Научном центре биологических исследований Академии наук СССР в г. Пущино (под Москвой) состоялось первое рабочее совещание по генетической инженерии. С этого совещания и ведется отсчет всех этапов развития генетической инженерии в России. При этом генную инженерию можно определить как систему экспериментальных приемов, позволяющих лабораторным путем создать искусственные генетические детерминанты в виде так называемых рекомбинантных (гибридных) молекул ДНК. Введение в клетку новой генетической информации в виде рекомбинантных молекул ДНК изменяет ее генотип и фенотип, благодаря чему экспериментатор получает микроорганизм, измененный соответственно поставленной цели. Здесь прослежена история создания генной инженерии и отмечено, что ее характерной чертой является то, что лабораторное воспроизведение некоторых ключевых генетических процессов осуществлено на молекулярном уровне.

То, что в природе составляет привилегию целого организма, в лаборатории стало операцией, выполняемой на уровне клетки и молекул. Таким образом ученый обращается с геном без мистического благоговения, как с фрагментом ДНК, выделенным из природных источников или синтезированным. Здесь также проанализированы перспективы использования генной инженерии в медицине (многое из намеченного уже реализовано), включая фармацевтическую промышленность.

Результаты достижений генной инженерии: возможность идентификации патологических генов, разработки молекул, важных для человека, что позволило использовать их в широком уровне (инсулин, гормоны роста, вакцины), создание растений и животных с особыми признаками. Итак, имеем следующие цели генетической инженерии: диагностическая, терапевтическая, продуктивная, перестройки, экспериментальная (деструктивная).

Генная инженерия делает возможным генную терапию. Ее задача - "расшифровать" человеческий геном, то есть познать полную информацию на тему наследственного оснащение человека. На сегодня известно, что многие болезни имеет наследственную основу. Чтобы их предотвратить или лечить, необходимо познать генотип человека. Генная терапия - это введение в человеческий организм или клетки гена, т.е. фрагмента ДНК, с целью предупреждения или лечения патологических состояний. Генетические манипуляции несправедливые, когда редуцирующих человеческую жизнь в качестве предмета, если при этом забывают, что имеют дело с лицом умным и свободным. 
Генетики никак не останавливаются на лечении, а, ссылаясь на свободу научных исследований, хотят экспериментировать, с целью создания определенного типа сверхлюдей, которые могли бы возобладать над другими. В такой перспективе генетика легко заменяется на евгенику со всеми ее негативными последствиями. Нельзя замалчивать того, что эти открытия можно использовать для селекции эмбрионов заключается в элиминации тех, которые имеют какие-то генетические болезни или патологические генетические черты. Такова была, между прочим, идеология гитлеризма. Опасная и "семейная евгеника", когда родители, в частности те, которые имеют финансы, стараться "улучшить" генетический материал своих будущих детей. 
Важно не только сохранить жизнь, но и уважать генетическую идентичность каждого человеческого индивида - это главный этический принцип, на котором должны основываться генетические вмешательства.

 

Основные даты в истории развития генной инженерии

 

1944 – Эвери, Мак-Леод и МакКарти показали, что «вещество наследственности» – это ДНК. 
1953 – Джеймс Уотсон и Френсис Крик определили структуру молекулы ДНК – двойную спираль. 
1961–1966 – расшифрован генетический код – принцип записи в ДНК и РНК последовательности аминокислот в белках. 
1970 – выделена первая рестриктаза. 
1973 – Гобинда Корана синтезировал полноразмерный ген; Герберт Бойер и Стенли Коэн предложили стратегию создания рекомбинантных ДНК. 
1976–1977 – разработаны методы определения нуклеотидных последовательностей (секвенирования) любых ДНК. 
1978 – фирма «Genentech» выпустила рекомбинантный инсулин, производимый человеческим геном, введенным в бактериальную клетку. 
1980 – Верховный суд США вынес вердикт о законности патентования трансгенных микроорганизмов. 
1981 – поступили в продажу автоматические синтезаторы ДНК. 
1982 – в США впервые поданы заявки на проведение полевых испытаний трансгенных организмов; в Европе разрешена первая вакцина для животных, полученная методами генной инженерии. 
1983 – для трансформации растений применены гибридные Ti-плазмиды; компания Monsanto начала создание трансгенных растений. 
1985–1988 – разработан метод полимеразной цепной реакции (ПЦР). 
1990 – в США утвержден план испытаний генной терапии с использованием человеческих клеток; официально начаты работы над всемирным проектом «Геном человека». 
1994 – получено первое разрешение на возделывание трансгенного растения (помидора сорта FlavrSavr) 
1996 – началось массовое выращивание трансгенных растений. 
1998 – Европейский Союз ввел мораторий на регистрацию новых ГМ-культур, действовавший до 2002 года. 
2000 – принят Картахенский протокол по биобезопасности (вступил в силу в 2003 году), установивший наиболее общие международные нормы обращения с трансгенными организмами 
2003 – опубликована предварительная генетическая карта человека, что ознаменовало формальное завершение проекта «Геном человека». Были сиквенированы фрагменты генома, содержащие 99% генов человека. 
2006 – ученые, работающие над расшифровкой генома человека, опубликовали полную генетическую карту хромосомы 1, которая была последней из не полностью сиквенированных хромосом.

 

 

 

 

 

Современные возможности генной инженерии

 

Генная инженерия — это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.