Основы генной инженерии

                   СРС

                    На тему: Основы генной инженерии

 

 

 

 

                                             Выполнила:Рамазанова А.Д ОМ-144

                                             Проверила: Рогова Н.Р

 

                                         Караганда 2011

 

 

 

          Карагандинский  Государственный  медицинский   
                                                            университет 
         Кафедра  молекулярной   Биологии     и  медицинской    генетики

Введение:

 

   Важной составной частью биотехнологии  является генетическая инженерия.  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. 

 

             Генная инженерия

 

•                                                                                             направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств.

Основные  задачи генной инженерии:

 

1. Получение  изолированного гена.

2. Введение  гена в вектор для переноса  в организм.

3. Перенос  вектора с геном в модифицируемый  организм.

4. Преобразование  клеток организма. 

5. Отбор  генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые  не были успешно модифицированы.

 

• 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.

 

Жители  Кении проверяют, как растет новый  трансгенный сорт зерновых, устойчивых к насекомым-вредителям

История развития и  достигнутый уровень технологии

 

• Во второй половине XX века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Ф. Сенгером и американским учёным У. Гилбертом (Нобелевская премия по химии 1980 г.). Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках — это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов — химических ядов или излучений.

 

Фредерик  Сенгер

 

Уолтер  Гилберт

         Главные вехи в развитии генной инженерии

 

Годы	Достижения
1960-е -1970-е	Выделены и впервые  использованы для анализа структуры  ДНК рестрикционные ферменты (рестриктазы)
1972-1973	Разработаны методы клонирования, включающие получение рекомбинантных ДНК. Клонирован перый ген (бактериальный)
1974	Впервые осуществлена экспрессия чужеродного гена в бактериальной  клетке
1977	Впервые прочитан генетический код организма(нуклеотидная последовательность полного генома). Этим организмом был  бактериофаг фХ174 , длина его генома составляет 5375 п.н.
1978	Получен соматостатин человека с помощью бактерий,несущих искуственный ген. Позднее в том же году в бактериах с искусственного гена был синтезирован инсулин человека
1982	В Великобритании и Сша одобренно использование генноинженерного инсулина
1981-1982	Получены первые трансгенные  животные (мыши)
1983	Получены первые трансгенные растения
1985	Получены первые трансгенные сельскохозяйственные животные (кролики,свиньи и овцы)
1986	Впервые осуществлен контролируемый перенос  в окружающую среду  организмов, модифицированных  методами генной инженерии
1989	Впервые запатентовано трансгенное животное - онкомышь
1990	Начаты работы по проекту ,, Геном человека,,. Впервые в США  успешно  применена  генная терапия  муковисцидоза и тяжелого комбинированного иммунодефицита
1990-1992	Получены первые трансгенные  зерновые культуры (кукуруза и пшеница)
1992	В США и Европейском  Союзе введены правила, регулирующие использование генетически модифицированных  организмов (ГМО)
1993	В Великобритании стали использовать генную терапию муковисцидоза и тяжелого комбинированного иммунодефицита
1994-1996	На рынки США и Великобритании поступили трансгенные томаты
1997	Осуществлено клонирование животного из одиночной клетки.Овца Долли выращена из отдельной клетки вымени

• Генная инженерия находит широкое практическое применение в отраслях народного хозяйства, таких как микробиологическая промышленность, фармакологическая промышленность, пищевая промышленность и сельское хозяйство.

• Одним из наиболее значимых отраслей в генной инженерии является производство лекарственных препаратов. Современные технологии производства различных лекарств позволяют излечивать тяжелейшие заболевания, или хотя бы замедлять их развитие.

• С помощью генной инженерии исследователи из Университета Пенсильвании представили новый метод производства вакцин: с помощью генетически сконструированных грибов. В результате был ускорен процесс производства вакцин, что может, по мнению пенсильванцев, пригодиться в случае биотеррористической атаки или вспышки птичьего гриппа.

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.

 

*Гено́м  — совокупность всех генов  организма; его полный хромосомный  набор.

 

Нокаутные мыши

Применение в  научных исследованиях

 

• Нокаут гена. Для изучения функции того или иного гена может быть применен нокаут гена (gene knockout). Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию.

Применение в  научных исследованиях

 

• Искусственная экспрессия. Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.

Применение в  научных исследованиях

 

• Визуализация продуктов генов. Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка 

 

Схема строения зелёного флуоресцентного белка.

Применение в  научных исследованиях

 

• Исследование механизма экспрессии. В таких экспериментах задачей является изучение условий экспрессии гена. Особенности экспрессии зависят прежде всего от небольшого участка ДНК, расположенного перед кодирующей областью, который называется промотор и служит для связывания факторов транскрипции*. Этот участок вводят в организм, поставив после него вместо собственного гена репортерный, например, GFP** или фермента, катализирующего легко обнаруживаемую реакцию.

 

* Транскри́пция  — процесс синтеза РНК с  использованием ДНК в качестве  матрицы, происходящий во всех  живых клетках. Другими словами,  это перенос генетической информации  с ДНК на РНК.

 

**Зелёный флуоресцентный белок (англ. green fluorescent protein, GFP) — белок, выделенный из медузы Aequorea victoria, который флуоресцирует в зелёном диапазоне при освещении его синим светом.

Возможности генной инженерии

 

•  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.

 

 

 

 

 

 

 

 

• С помощью генной инженерии создаются препараты второго поколения, т.е. аналоги природных веществ, обладающих большей эффективностью действия.

 

 

Сущность : 

 

• Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала.

• 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.

Методы генной инженерии

 

• 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.

• Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов.

• 1. Рестрикция — разрезание ДНК, например, человека на фрагменты.
• 2. Лигирование — фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их.
• 3. Трансформация —введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства. Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков — клон.
• 4. Скрининг — отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые плазмиды, несущие нужный ген человека.

 

 

• Весь этот процесс называется клонированием

• С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого организма. Эксперименты по клонированию животных ведутся давно. Достаточно убрать из яйцеклетки ядро, имплантировать в нее ядро другой клетки, взятой из эмбриональной ткани, и вырастить ее — либо в пробирке, либо в чреве приемной матери. Клонированная овечка Доли была создана нетрадиционным путем. Ядро из клетки вымени 6-летней взрослой овцы одной породы пересадили в безъядерное яйцо овцы другой породы.

 

     Наиболее  перспективным и эффективным способом лечения наследственной патологии человека является коррекция генетического дефекта на уровне генов, то есть воздействие на этиологические факторы возникновения заболевания. Именно это направление в  лечении наследственной патологии часто обозначают как гемотерапия («молекулярное протезирование»).

Генотерапия

 

Среди технологий генотерапии в настоящее время актуальны следующие: генотерапия соматических клеток, генотерапия репродуктивных (половых) клеток, генотерапия с использованием рибозимов и антисенс-ДНК.