11523 (647101), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ АСПЕКТЫ.

Генная инженерия — экспериментальная наука. Возникла на стыке молекулярной биологии и генетики официально в 1972 г., когда в лаборатории П. Берга (Стенфордский университет, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК на базе объединения генетического материала, полный геном вируса обезьян 40, часть генома измерного бактериофага и гены галактозного оперона.

Генная инженерия нацелена на создание орга­низмов с новыми комбинациями наследственных свойств пу­тем конструирования функционально-активных генетических структур в форме рекомбинантных ДНК из фрагментов гено­мов разных организмов, которые вводились в клетку.

Как отмечалось, впервые рекомбинантную ДНК получи­ла группа П. Берга в 1972 г.

В 1973-74 гг. С. Коэном, Д. Хелинским, Г. Бойером и други­ми учеными впервые сконструированы функционально актив­ные молекулы гибридной ДНК, то есть удалось их клонирова­ние. Были созданы первые, не существующие в Природе, плазмиды (стабилизатор наследства) на базе ДНК из разных видов бактерий и высших организмов, из ДНК лягушки (кодирующей синтез рРНК), морского ежа (контролирующей синтез белков-гистон), и от мыши.

Вскоре аналогичная работа была выполнена в нашей стра­не группой специалистов под руководством С. И. Алиханяна и А. А. Баева.

Достижения генетики и химии нуклеиновых кислот позво­лили разработать методологию генной инженерии:

—открытие явления рестрикции — модификации ДНК и выделение ферментов рестриктаз для получения специфи­ческих ферментов;

—создание методов химического и ферментативного синте­за генов;

—выявление векторных молекул ДНК, способных перенес­ти в клетку чужеродную ДНК и обеспечить там экспрессию со­ответствующих генов;

— разработка методов трансформации у различных организ­мов и отбор клонов, несущих рекомбинантные ДНК.

Составляющие методики.

Явление рестрикции — модификации ДНК впервые наблю­дали Г. Бертани и Д. Ж. Вейгль, а его суть раскрыл В. Арберг: в бактериях действуют специальные ферменты, способные спе­цифично распознать "свою" (бактериальную) ДНК от "чужой" (фаговой). Эти ферменты ограничивают возможность размно­жения фаговой ДНК в бактериях путем ее специфичной (в за­висимости от типа фермента) деградации. Такие ферменты были названы эндонуклеазами рестрикции няирестриктазами.

В 1971 г. группой Г. Смитга была выделена первая рестриктаза, специфично расщепляющая двухцепочную ДНК в строго определенных сайтах. Вскоре было установлено, что болынинство видов бактерий обладает специфичными системами рест­рикции — модификации.

В генной инженерии используют ферменты, разрывающие двухцепочную ДНК в зоне участка узнавания или на незначи­тельном фиксированном расстоянии от него. Фермент распоз­нает специфичную последовательность и разрезает ее. В пос­леднем случае образуются выступающие одноцепочечные кон­цы, получившие название "липких". В настоящее время извест­но несколько сотен таких рестриктаз, что обеспечивает возмож­ность получения различных фрагментов ДНК, содержащих же­лаемые гены.

Работы в направлении синтеза гена начались еще до 1972 г.

Так в 1969 г. появились публикации по выделению генов при помощи физических и генетических методов.

На начальном этапе развития генной инженерии широко ис­пользовался способ получения генов из природных источников, и он до сих пор применяется для создания банка генов.

В том же году группой Корани впервые осуществлен хими­ческий синтез расшифрованного гена аланиновой тРНК дрож­жей, но функционально не активный; позднее и активный ген супрессорный тирозиновой тРНК, галактозного оперона.

Этому способствовало совершенствование методов опреде­ления первичных структур (секвенирования) нуклеиновых кис­лот, а также белков и других продуктов, кодируемых синтези­рованным геном.

Секвенирование ДНК играет большую роль и в изучении функций генов и генетических систем.

Метод химического синтеза генов и введения их в клетки микроорганизмов обеспечил возможность получения продуцен­тов инсулина человека для лечения больных диабетом, открыл­ся путь для производства продуктов белковой природы.

Широкое распространение нашел метод ферментативного синтеза генов по механизму обратной транскрипции. Не вдава­ясь в его суть, отметим, что он позволяет синтезировать практи­чески любой ген в присутствии соответствующих иРНК, мето­ды выделения которых достаточно хорошо разработаны.

С его помощью созданы и клонированы в бактериях гены, кодирующие глобины человека, животных, птиц и т. п., интер­ферон человека, который используют для борьбы с вирусными инфекциями, злокачественными опухолями и рядом других за­болеваний.

Однако остается нерешенной проблема стабильности гиб­ридных молекул. Вектор должен обеспечивать стабильное на­следование рекомбинантных ДНК в автономном, реже интег­рированном с хромосомой состоянии, иметь генетические мар­керы для обнаружения трансформированных клеток, содержать сайт узнавания и др. Он используется для получения банка ге­нов, так как клонированные в них большие фрагменты ДНК лег­ко хранить, выделять и анализировать. Создаются специальные векторы и для клонирования рекомбинантных ДНК в клетках животных и растений, при этом в клетках животных ими могут быть некоторые вирусы, а растений — агробактерии на основе специальных плазмид и передаваться клеткам в естественных условиях бактериями.

Схема, используемая в генной инженерии, едина:

1. Обработка кольцевой векторной молекулы рестриктазой с образованием линейной формы ДНК.

2. Формирование гибридной структуры путем слияния ее с фрагментом чужеродной ДНК.

3. Введение гибрида в клетку реципиента.

4. Отбор клонов трансформированных клеток на селектив­ных средах.

5. Доказательство присутствия рекомбинантной ДНК в этих клонах путем ее выделения из клеток, обработки соответству­ющими рестриктазами и анализа образовавшихся фрагментов методом электрофореза.

Известно несколько методов объединения фрагментов ДНК из разных источников, позволяющих включить клонируемую донорную ДНК в состав вектора.

Одним из перспективных методов клеточной инженерии в культуре клеток человека, животного и растения является гиб­ридизация соматических клеток (Б. Эфрусси и Г. Барски).

В культивируемые клетки млекопитающих или развивающи­еся эмбрионы ДНК вводят методом микроинъекции ДНК в ядро с помощью микроманипулятора.

Развитие методов микрохирургии клеток позволило заменять ядра оплодотворенных яйцеклеток на ядра из соматических кле­ток и в результате получать организм, идентичный тому, чье ядро было перенесено в яйцеклетку.

Создание гибридов высших растений возможно путем слия­ния протопластов и соматической гибридизации растительных клеток.

Все эти методы могут использоваться для конструирования новых форм микроорганизмов, животных и растений, несу­щих гены, детерминирующие желаемые признаки.

Не менее важна генная инженерия как аппарат фундамен­тальных исследований.

Потенциальные возможности генной инженерии в действи­тельности очень велики, и они будут реализовываться.

3. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

Эмбриогенез — это феноменальный процесс, при котором информация, заложенная в линейной структуре ДНК, реализу­ется в трехмерный организм.

ДНК представляет запись после­довательности аминокислот для построения молекул различных белков. В эмбриональном развитии в разное время появляются разные белки. Существуют гены-регуляторы, которые опреде­ляют время и скорость синтеза. Установлены состав и структу­ра гена, но неизвестно как кодируется форма организма и, соот­ветственно, как линейные спирали цепочной структуры белков соединяются в объемные структуры.

Клонирование есть воспроизведение живого существа из его неполовых клеток. Это попытка прорыва сквозь запреты При­роды.

Клонирование органов и тканей — это задача номер один в области трансплантологии, травматологии и др. областях меди­цины и биологии.

При пересадке клонированных органов не возникает реакции отторжения и возможных последствий (например, рака, развивающегося на фоне иммунодефицита). Кло­нированные органы — это спасение для людей, попавших в авто­мобильные аварии или иные катастрофы, а также нуждающихся в радикальной помощи из-за каких-либо заболеваний.

Клонирование может дать возможность бездетным людям иметь своих собственных детей, поможет людям, страдающим тяжелыми генетическими заболеваниями. Так, если гены, оп­ределяющие какую-либо подобную болезнь, содержатся в хро­мосомах отца, то в яйцеклетку матери пересаживается ядро ее собственной соматической клетки, тогда появится ребенок, ли­шенный опасных генов, точная копия матери. Если эти гены со­держатся в хромосомах матери, то в ее яйцеклетку будет пере­мещено ядро соматической клетки отца — появится здоровый ребенок, копия отца.

Более скромная, но не менее важная задача клонирования — регуляция пола сельскохозяйственных животных, а также кло­нирование в них человеческих генов "терапевтических белков", которые используются для лечения людей, например гемофи­ликов, у которых мутировал ген, кодирующий белок, участвую­щий в процессе свертывания крови. Это тем более важно, по­скольку гемофилики считаются "группой риска" по СПИДу.

Бум, связанный с рождением овечки Долли, это всего лишь эпизод развитии клонирования. Когда она подрастет и обзаве­дется своим потомством, в ее молоке будет и человеческий бе­лок, отличающийся от овечьего. Она станет на службу челове­честву.

Американские ученые несколько модифицировали метод шотландцев, использовав ядра эмбриональных (зародышевых) фибробластов — взятых у взрослого организма клеток. Это об­легчило задачу введения "чужого" гена, поскольку в культуре фибробластов это делать значительно легче и дешевле.

А, кроме того, так был обойден теломерасный (теломерас — бессмер­тие гена) запрет и смягчен запрет на клонирование (не распро­страняется на животных, отдельные органы и ткани, а клониро­вание людей отодвигается на 10 лет).

Это сулит уникальные перспективы для человечества, несмотря на все высказанные политическими, религиозными, научными и общественными деятелями морально-этические и чисто биологические возражения по использованию клонирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ:

Естествознание затрагивает широкий спектр вопросов о мно­гочисленных и всесторонних проявлениях свойств Природы.

В 70-е годы XX века создана техника выделения гена из ДНК, а также методика размножения нужного гена. В резуль­тате этого возникла генная инженерия. Внедрение в живой орга­низм чужеродной генетической информации и приемы, зас­тавляющие организм эту информацию реализовывать, состав­ляют одно из самых перспективных направлений в развитии биотехнологии. Методами генетической инженерии удалось получить интерферон и инсулин. Объектом биотехнологии вы­ступает сегодня не только отдельный ген, но и клетка в целом.

Клеточная инженерия открывает широкие возможности практического использования биомассы культивируемых кле­ток и создания на их основе промышленных технологий, на­пример, для быстрого клонального микроразмножения и оздо­ровления растений.

Применение методов клеточной инжене­рии позволяет существенно интенсифицировать процесс созда­ния новых форм организмов. Метод гибридизации соматичес­ких клеток — новый метод, дающий возможность получать меж­видовые гибриды, т.е. преодолевать естественный барьер меж­видовой нескрещиваемости, чего нельзя было достичь тради­ционными методами селекции. Для этого в искусственно со­зданных условиях выделяют и сливают протопласты - клетки, лишенные стенок, — обоих родительских растений и получают гибридные клетки, которые могут затем регенерировать целое гибридное растение с признаками обоих родителей. Это позво­ляет получать совершенно новые организмы, не существовав­шие в природе. Но при этом возникает опасность, что искус­ственно созданные организмы могут вызвать непредсказуемые и необратимые последствия для всего живого на Земле, в том числе, и для человека.

Генная и клеточная инженерия обратили внимание челове­чества на необходимость общественного контроля за всем, что происходит в науке.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 1997.

2. Денисов С.Ф., Дмитриева Л.М. Естественные и технические науки в мире культуры. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997.

3. Жигалов Ю.И. Концепции современного естествознания – М.: Гелиос АРВ, 2002

4. Идеи и наш мир: Великие концепции прошлого и настоящего / Под ред. Р. Стюарта. – М.: ББМ АО, ТЕРРА – книжный клуб, 1998.

5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. – 400 с.

6. Масленникова И.С., Шапошникова Т.А., Дыбов А.М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие / СПбГИЭА. – СПб., 1998.

7. Солопов Е. Ф. Концепции современного естествознания . – М.: ВЛАДОС, 2001

8. Фолта Я. Н. История естествознания в датах. – М.: Прогресс, 1987.

ПРИЛОЖЕНИЕ:

ХРОНОЛОГИЯ КЛОНИРОВАНИЯ

1883 год — открытие яйцеклетки немецким цитологом Ос­каром Гертвигом (1849 -1922).

1943 год — журнал "Сайенс" сообщил об успешном опло­дотворении яйцеклетки в "пробирке".

Характеристики

Список файлов реферата