Какво е дефиницията на генното инженерство. Какво е генно инженерство и какво изучава?

Генното инженерство служи за получаване на желаните качества на променлив или генетично модифициран организъм. За разлика от традиционната селекция, при която генотипът се променя само индиректно, генното инженерство позволява директна намеса в генетичния апарат с помощта на техниката на молекулярно клониране. Примери за приложение на генното инженерство са производството на нови генетично модифицирани сортове зърнени култури, производството на човешки инсулин с помощта на генетично модифицирани бактерии, производството на еритропоетин в клетъчни култури или нови породи опитни мишки за научни изследвания.

Провеждат се първите експерименти за използване на бактерии с пренаредена ДНК за лечение на пациенти.

Основата на микробиологичната, биосинтетична индустрия е бактериалната клетка. Клетките, необходими за промишленото производство, се подбират по определени характеристики, най-важният от които е способността да произвеждат, синтезират в максимални възможни количества определено съединение - аминокиселина или антибиотик, стероиден хормон или органична киселина . Понякога трябва да имате микроорганизъм, който може например да използва нефт или отпадъчни води като „храна“ и да ги преработва в биомаса или дори протеин, който е доста подходящ за фуражни добавки. Понякога се нуждаем от организми, които могат да се развиват при повишени температури или в присъствието на вещества, които със сигурност са смъртоносни за други видове микроорганизми.

Задачата за получаване на такива промишлени щамове е много важна, за тяхната модификация и селекция са разработени многобройни методи за активно въздействие върху клетката - от третиране с мощни отрови до радиоактивно облъчване. Целта на тези техники е една – да се постигнат изменения в наследствения, генетичния апарат на клетката. Техният резултат е производството на множество мутантни микроби, от стотици и хиляди от които учените след това се опитват да изберат най-подходящия за определена цел. Създаването на техники за химична или радиационна мутагенеза е изключително постижение в биологията и се използва широко в съвременната биотехнология.

Но техните възможности са ограничени от природата на самите микроорганизми. Те не са в състояние да синтезират редица ценни вещества, които се натрупват в растенията, предимно в лечебните и етерично-маслените растения. Те не могат да синтезират вещества, които са много важни за живота на животните и хората, редица ензими, пептидни хормони, имунни протеини, интерферони и много по-прости съединения, които се синтезират в телата на животни и хора. Разбира се, възможностите на микроорганизмите далеч не са изчерпани. От цялото изобилие от микроорганизми само малка част е била използвана от науката и особено от индустрията. За целите на селекцията на микроорганизми голям интерес представляват например анаеробни бактерии, които могат да живеят в отсъствие на кислород, фототрофи, които използват светлинна енергия като растенията, хемоавтотрофи, термофилни бактерии, които могат да живеят при температури, както наскоро беше открито около 110 ° C и др.

И все пак ограниченията на „естествения материал“ са очевидни. Те са се опитвали и се опитват да заобиколят ограниченията с помощта на клетъчни и тъканни култури на растения и животни. Това е много важен и перспективен път, който се реализира и в биотехнологиите. През последните няколко десетилетия учените са разработили методи, чрез които отделни тъканни клетки на растение или животно могат да бъдат накарани да растат и да се възпроизвеждат отделно от тялото, като бактериални клетки. Това беше важно постижение - получените клетъчни култури се използват за експерименти и за промишлено производство на определени вещества, които не могат да бъдат получени с помощта на бактериални култури.

Друга насока на изследване е премахването от ДНК на гени, които са ненужни за кодирането на протеини и функционирането на организмите и създаването на изкуствени организми с „скъсен набор“ от гени на базата на такава ДНК. Това дава възможност драстично да се увеличи устойчивостта на модифицираните организми към вируси.

История на развитието и методи

През втората половина на 20 век са направени няколко важни открития и изобретения, които са в основата генното инженерство. Многогодишните опити за „разчитане“ на биологичната информация, „записана“ в гените, са успешно завършени. Тази работа е започната от английския учен Фредерик Сангер и американския учен Уолтър Гилбърт (Нобелова награда за химия 1980 г.). Както е известно, гените съдържат информация-инструкции за синтеза на РНК молекули и протеини, включително ензими, в организма. За да принудите клетката да синтезира нови необичайни за нея вещества, е необходимо в нея да се синтезират съответните набори от ензими. И за това е необходимо или целенасочено да се променят гените, разположени в него, или да се въведат нови, липсващи преди това гени в него. Промените в гените в живите клетки са мутации. Те възникват под въздействието например на мутагени - химически отрови или радиация. Но такива промени не могат да бъдат контролирани или насочвани. Затова учените са съсредоточили усилията си в опитите да разработят методи за въвеждане на нови, много специфични гени, необходими на хората, в клетките.

Всички методи на генното инженерство Техники на генното инженерство ) се използват за изпълнение на един от следните етапи на решаване на проблем с генното инженерство:

Получаване на изолиран ген.
Въвеждане на ген във вектор за трансфер в тялото.
Трансфер на вектор с ген в модифицирания организъм.
Трансформация на телесни клетки.
Селекция на генетично модифицирани организми ( ГМО) и елиминиране на тези, които не са били успешно модифицирани.

Процесът на генен синтез вече е много добре развит и дори до голяма степен автоматизиран. Има специални устройства, оборудвани с компютри, в паметта на които се съхраняват програми за синтез на различни нуклеотидни последователности. Този апарат синтезира ДНК сегменти с дължина до 100-120 азотни бази (олигонуклеотиди). Широко разпространена е техника, която прави възможно използването на полимеразната верижна реакция за синтеза на ДНК, включително мутантна ДНК. В него се използва термостабилен ензим ДНК полимераза за матрична ДНК синтеза, за която като зародиши се използват изкуствено синтезирани парчета нуклеинова киселина - олигонуклеотиди. Ензимът обратна транскриптаза позволява, като се използват такива праймери, да се синтезира ДНК върху матрица на РНК, изолирана от клетките. Синтезираната по този начин ДНК се нарича комплементарна ДНК (РНК) или сДНК. Изолиран, "химически чист" ген може също да бъде получен от фагова библиотека. Това е наименованието на препарат от бактериофаг, в чийто геном са вградени произволни фрагменти от генома или кДНК, възпроизведени от фага заедно с цялата му ДНК.

Техниката за въвеждане на гени в бактерии е разработена, след като Фредерик Грифит открива феномена на бактериалната трансформация. Това явление се основава на примитивен полов процес, който при бактериите е придружен от обмен на малки фрагменти от нехромозомна ДНК, плазмиди. Плазмидните технологии са в основата на въвеждането на изкуствени гени в бактериалните клетки.

Значителни трудности бяха свързани с въвеждането на готов ген в наследствения апарат на растителни и животински клетки. В природата обаче има случаи, когато чужда ДНК (на вирус или бактериофаг) се включва в генетичния апарат на клетката и с помощта на своите метаболитни механизми започва да синтезира „своя“ протеин. Учените изследвали особеностите на въвеждането на чужда ДНК и го използвали като принцип за въвеждане на генетичен материал в клетка. Този процес се нарича трансфекция.

Ако едноклетъчните организми или многоклетъчните клетъчни култури са обект на модификация, тогава на този етап започва клонирането, т.е. подборът на онези организми и техните потомци (клонинги), които са претърпели модификация. Когато задачата е да се получат многоклетъчни организми, клетки с променен генотип се използват за вегетативно размножаване на растения или се въвеждат в бластоцистите на сурогатна майка, когато става въпрос за животни. В резултат на това малките се раждат с променен или непроменен генотип, сред които само тези, които показват очакваните промени, се избират и кръстосват помежду си.

Приложение в научните изследвания

Макар и в малък мащаб, генното инженерство вече се използва, за да даде шанс на жени с някои видове безплодие да забременеят. За целта се използват яйцеклетки от здрава жена. В резултат на това детето наследява генотипа от един баща и две майки.

Въпреки това, възможността за извършване на по-значителни промени в човешкия геном е изправена пред редица сериозни етични проблеми. През 2016 г. в Съединените щати група учени получиха одобрение за клинични изпитвания на метод за лечение на рак с помощта на собствени имунни клетки на пациента, подложени на генетична модификация с помощта на технологията CRISPR / Cas9.

В края на 2018 г. в Китай се родиха две деца, чийто геном беше изкуствено променен (генът CCR5 беше изключен) в ембрионален стадий по метода CRISPR/Cas9, като част от изследванията, провеждани от 2016 г. за борба с ХИВ. родителите (бащата) са били заразени с ХИВ, а децата, според изявлението, са родени здрави. Тъй като експериментът е бил неразрешен (преди това всички подобни експерименти върху човешки ембриони бяха разрешени само в ранните етапи на развитие с последващо унищожаване на експерименталния материал, т.е. без имплантиране на ембриона в матката и раждане на деца), отговорният за това учен не предостави доказателства за своите твърдения, направени на международната конференция за редактиране на генома. В края на януари 2019 г. китайските власти официално потвърдиха фактите за този експеримент. Междувременно на учения е забранено да се занимава с научна дейност и той е арестуван.

Клетъчно инженерство

Клетъчното инженерство се основава на култивирането на растителни и животински клетки и тъкани, способни да произвеждат вещества, необходими на човека извън тялото. Този метод се използва за клонално (безполово) размножаване на ценни растителни форми; за получаване на хибридни клетки, които съчетават свойствата например на кръвни лимфоцити и туморни клетки, което прави възможно бързото получаване на антитела.

Генно инженерство в Русия

Отбелязва се, че след въвеждането на държавната регистрация на ГМО значително се е увеличила активността на някои обществени организации и отделни депутати от Държавната дума, които се опитват да предотвратят въвеждането на иновативни биотехнологии в руското селско стопанство. Повече от 350 руски учени подписаха отворено писмо от Дружеството на научните работници в подкрепа на развитието на генното инженерство в Руската федерация. В отвореното писмо се отбелязва, че забраната на ГМО в Русия не само ще навреди на здравата конкуренция на селскостопанския пазар, но ще доведе до значително изоставане в технологиите за производство на храни, повишена зависимост от внос на храни и ще подкопае престижа на Русия като държава в който официално е обявен курс към иновативно развитие [ значението на факта? ] .

Вижте също

Бележки

Александър ПанчинДа победиш Бог // Популярна механика. - 2017. - № 3. - С. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
Олга Волкова. 12 метода в снимки: генно инженерство. Част I, историческа (Руски). Биомолекула. Посетен на 25 март 2019.
Майкъл ВалдхолцТрансформатори // В света на науката. - 2017. - № 5-6. - С. 126 - 135.
Редактиране на геном in vivo с помощта на високоефективна система TALEN(Английски) . Природата. Посетен на 10 януари 2017.
Elements - научни новини: Маймуни, излекувани от цветна слепота с помощта на генна терапия (недефиниран) (18 септември 2009 г.). Посетен на 10 януари 2017.
Трансгенните маймуни раждат първо потомство (недефиниран) . membrana (29 май 2009 г.). Посетен на 10 януари 2017.
Родени генетично модифицирани бебета (недефиниран) . Би Би Си. Посетен на 26 април 2008. Архивиран на 22 август 2011.
Б. Албъртс, А. Джонсън, Дж. Луис, М. Раф, К. Робъртс, П. Уолтър, 2008 г. „Молекулярна биология на клетката“, 5-то издание, Garland Science, САЩ, стр. 1302-1303
Kimmelman J. (2009) „Етика на клиничните изследвания за трансфер на ракови гени“, Методи в молекулярната биология 542, 423-445
Wagner AM, Schoeberlein A, Surbek D. (2009) „Фетална генна терапия: възможности и рискове“, Advanced Drug Delivery Reviews 61, 813-821
Gatzidou E, Gatzidou G, Theocharis SE. (2009) „Генетично трансформирани световни рекорди: реалност или в сферата на фантазията?“, Medical Science Monitor 15, RA41-47
Ловенщайн PR. (2008) „Клинични изпитания в генната терапия: етика на информираното съгласие и бъдещето на експерименталната медицина“, Current Opinion in Molecular Therapy 10, 428-430

Генното инженерство

Материали от Wikipedia - свободната енциклопедия

Генното инженерство е набор от техники, методи и технологии за получаване на рекомбинантна РНК и ДНК, изолиране на гени от организъм (клетки), манипулиране на гени и въвеждането им в други организми.

Генното инженерство не е наука в широк смисъл, а е инструмент на биотехнологията, използващ изследвания от биологични науки като молекулярна и клетъчна биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

1 Стопанско значение

2 История на развитието и достигнато ниво на технологиите

3 Приложения в научните изследвания

4 Човешко генно инженерство

5 бележки

7 Литература

Икономическо значение

Генното инженерство служи за получаване на желаните качества на модифициран или генетично модифициран организъм. За разлика от традиционната селекция, при която генотипът се променя само индиректно, генното инженерство позволява директна намеса в генетичния апарат с помощта на техниката на молекулярно клониране. Примери за приложения на генното инженерство включват производството на нови генетично модифицирани сортове зърнени култури, производството на човешки инсулин с помощта на генетично модифицирани бактерии, производството на еритропоетин в клетъчни култури или нови породи експериментални мишки за научни изследвания.

Задачата за получаване на такива промишлени щамове е много важна, за тяхната модификация и селекция са разработени многобройни методи за активно въздействие върху клетката - от третиране с мощни отрови до радиоактивно облъчване. Целта на тези техники е една – да се постигнат изменения в наследствения, генетичния апарат на клетката. Техният резултат е производството на множество мутантни микроби, от стотици и хиляди от които учените след това се опитват да изберат най-подходящия за определена цел. Създаването на методи за химична или радиационна мутагенеза е изключително постижение на биологията и се използва широко в съвременната биотехнология.

Но техните възможности са ограничени от природата на самите микроорганизми. Те не са в състояние да синтезират редица ценни вещества, които се натрупват в растенията, предимно в лечебните и етерично-маслените растения. Те не могат да синтезират вещества, които са много важни за живота на животните и хората, редица ензими, пептидни хормони, имунни протеини, интерферони и много по-прости съединения, които се синтезират в телата на животни и хора. Разбира се, възможностите на микроорганизмите далеч не са изчерпани. От цялото изобилие от микроорганизми само малка част е била използвана от науката и особено от индустрията. За целите на селекцията на микроорганизмите голям интерес представляват например анаеробни бактерии, които могат да живеят при липса на кислород, фототрофи, които използват светлинна енергия като растенията, хемоавтотрофи, термофилни бактерии, които могат да живеят при температури, както наскоро се оказа, около 110 ° C и т.н.

[редактиране]

История на развитието и достигнато ниво на технологиите

През втората половина на двадесети век бяха направени няколко важни открития и изобретения, които са в основата на генното инженерство. Многогодишните опити за „разчитане“ на биологичната информация, „записана“ в гените, са успешно завършени. Тази работа е започната от английския учен Ф. Сангер и американския учен У. Гилбърт (Нобелова награда за химия 1980 г.). Както е известно, гените съдържат информация-инструкции за синтеза на РНК молекули и протеини, включително ензими, в организма. За да принудите клетката да синтезира нови необичайни за нея вещества, е необходимо в нея да се синтезират съответните набори от ензими. И за това е необходимо или целенасочено да се променят гените, разположени в него, или да се въведат нови, липсващи преди това гени в него. Промените в гените в живите клетки са мутации. Те възникват под въздействието например на мутагени - химически отрови или радиация. Но такива промени не могат да бъдат контролирани или насочвани. Затова учените са съсредоточили усилията си в опитите да разработят методи за въвеждане на нови, много специфични гени, необходими на хората, в клетките.

Основните етапи на решаване на проблема с генното инженерство са следните:

1. Получаване на изолиран ген.

2. Въвеждане на гена във вектор за трансфер в тялото.

3. Трансфер на вектора с гена в модифицирания организъм.

4. Трансформация на клетките на тялото.

5. Селекция на генетично модифицирани организми (ГМО) и елиминиране на тези, които не са били успешно модифицирани.

Процесът на генен синтез вече е много добре развит и дори до голяма степен автоматизиран. Има специални устройства, оборудвани с компютри, в паметта на които се съхраняват програми за синтез на различни нуклеотидни последователности. Този апарат синтезира ДНК сегменти с дължина до 100-120 азотни бази (олигонуклеотиди). Широко разпространена е техника, която прави възможно използването на полимеразната верижна реакция за синтезиране на ДНК, включително мутантна ДНК. В него се използва термостабилен ензим ДНК полимераза за матрична ДНК синтеза, за която като зародиши се използват изкуствено синтезирани парчета нуклеинова киселина - олигонуклеотиди. Ензимът обратна транскриптаза позволява, като се използват такива праймери, да се синтезира ДНК върху матрица от РНК, получена от клетки. Синтезираната по този начин ДНК се нарича комплементарна ДНК (РНК) или сДНК. Изолиран, "химически чист" ген може също да бъде получен от фагова библиотека. Това е наименованието на препарат от бактериофаг, в чийто геном са вградени произволни фрагменти от генома или кДНК, възпроизведени от фага заедно с цялата му ДНК.

За вмъкване на ген във вектор се използват ензими - рестрикционни ензими и лигази, които също са полезни инструменти за генното инженерство. Използвайки рестрикционни ензими, генът и векторът могат да бъдат нарязани на парчета. С помощта на лигази такива парчета могат да бъдат „слепени заедно“, комбинирани в различна комбинация, конструирайки нов ген или го затваряйки във вектор. За откриването на рестрикционни ензими Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтън Смит също са удостоени с Нобелова награда (1978).

Ако едноклетъчните организми или многоклетъчните клетъчни култури претърпят модификация, тогава клонирането започва на този етап, т.е. селекция на онези организми и техните потомци (клонинги), които са претърпели модификация. Когато задачата е да се получат многоклетъчни организми, клетки с променен генотип се използват за вегетативно размножаване на растения или се въвеждат в бластоцистите на сурогатна майка, когато става въпрос за животни. В резултат на това малките се раждат с променен или непроменен генотип, сред които само тези, които показват очакваните промени, се избират и кръстосват помежду си.

Приложение в научните изследвания

Генетичен нокаут. Генетичният нокаут може да се използва за изследване на функцията на определен ген. Това е името на техниката за премахване на един или повече гени, която позволява да се изследват последствията от такава мутация. За нокаут се синтезира същият ген или негов фрагмент, модифициран така, че генният продукт да загуби своята функция. За да се произведат нокаут мишки, получената генетично модифицирана конструкция се въвежда в ембрионални стволови клетки и замества нормалния ген с него, а променените клетки се имплантират в бластоцистите на сурогатна майка. При плодовата муха Drosophila мутациите се инициират в голяма популация, от която след това се търси потомство с желаната мутация. По подобен начин се получават нокаути в растения и микроорганизми.

Изкуствен израз. Логично допълнение към нокаута е изкуственото изразяване, т.е. добавяне на ген към тялото, който преди това не е имало. Тази техника на генно инженерство може да се използва и за изследване на генната функция. По същество процесът на въвеждане на допълнителни гени е същият като при нокаут, но съществуващите гени не се заменят или увреждат.

Етикетиране на генни продукти. Използва се, когато целта е да се изследва локализацията на генен продукт. Един от начините за маркиране е да се замени нормалният ген с един слят с репортерен елемент, например генът на зеления флуоресцентен протеин (GRF). Този протеин, който флуоресцира в синя светлина, се използва за визуализиране на продукта от генетична модификация. Въпреки че тази техника е удобна и полезна, нейните странични ефекти могат да бъдат частична или пълна загуба на функцията на протеина, който представлява интерес. По-сложен, макар и не толкова удобен, метод е да се добавят по-малки олигопептиди към изследвания протеин, които могат да бъдат открити с помощта на специфични антитела.

Изследване на механизма на експресия. При такива експерименти целта е да се изследват условията на генна експресия. Характеристиките на експресията зависят предимно от малка част от ДНК, разположена пред кодиращия регион, който се нарича промотор и служи за свързване на транскрипционни фактори. Този раздел се въвежда в тялото, замествайки го с репортерен ген, например същия GFP или ензим, който катализира добре откриваема реакция. В допълнение към факта, че функционирането на промотора в определени тъкани в един или друг момент става ясно видимо, такива експерименти позволяват да се изследва структурата на промотора чрез премахване или добавяне на ДНК фрагменти към него, както и изкуствено подобряване на неговата функции.

[редактиране]

Човешко генно инженерство

Когато се прилага върху хора, генното инженерство може да се използва за лечение на наследствени заболявания. Има обаче значителна разлика между лечението на самия пациент и промяната на генома на неговите потомци.

Макар и в малък мащаб, генното инженерство вече се използва, за да помогне на жени с някои видове безплодие да забременеят. За целта се използват яйцеклетки от здрава жена. В резултат на това детето наследява генотипа от един баща и две майки. С помощта на генното инженерство е възможно да се получат потомци с променен външен вид, умствени и физически способности, характер и поведение. По принцип е възможно да се създадат по-сериозни промени, но по пътя на такива трансформации човечеството трябва да реши много етични проблеми.

Бележки

BBC News. news.bbc.co.uk. Посетен на 26 април 2008 г

Литература

Сингър М., Берг П. Гени и геноми. - Москва, 1998 г.

Стент Г., Калиндар Р. Молекулярна генетика. - Москва, 1981 г.

Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Молекулярно клониране. - 1989 г.

Какво е генно инженерство?

Генното инженерство е нова, революционна технология, с която учените могат да извличат гени от един организъм и да ги въвеждат във всеки друг. Гените са програмата на живота - това са биологичните конструкции, които изграждат ДНК и които определят специфичните характеристики, присъщи на един или друг жив организъм. Генната трансплантация променя програмата на реципиентния организъм и неговите клетки започват да произвеждат различни вещества, които от своя страна създават нови характеристики в този организъм.
Използвайки този метод, изследователите могат да променят специфични свойства и характеристики в желаната от тях посока, например, те могат да разработят сорт домати с по-дълъг срок на годност или сорт соя, който е устойчив на хербициди. Генното инженерство е метод на биотехнологията, който се занимава с изследване на преструктурирането на генотипите. Генотипът не е просто механична сума от гени, а сложна система, която се е развила в хода на еволюцията на организмите. Генното инженерство прави възможно прехвърлянето на генетична информация от един организъм в друг чрез in vitro операции. Трансферът на гени позволява да се преодолеят междувидовите бариери и да се прехвърлят индивидуалните наследствени характеристики на един организъм в друг. Носителите на материалната основа на гените са хромозоми, които включват ДНК и протеини. Но гените на формирането не са химически, а функционални.
От функционална гледна точка ДНК се състои от множество блокове, които съхраняват определено количество информация – гени. Действието на гена се основава на способността му да определя протеиновия синтез чрез РНК. Молекулата на ДНК съдържа, така да се каже, информация, която определя химическата структура на протеиновите молекули. Генът е част от ДНК молекула, която съдържа информация за първичната структура на всеки един протеин (един ген - един протеин). Тъй като в организмите има десетки хиляди протеини, има десетки хиляди гени.

Съвкупността от всички гени на една клетка съставлява нейния геном. Всички клетки на тялото съдържат един и същ набор от гени, но всяка от тях изпълнява различна част от съхранената информация. Ето защо, например, нервните клетки се различават от чернодробните както по структурни, така и по функционални и биологични характеристики. Пренареждането на генотипите при изпълнение на задачи на генното инженерство представлява качествени промени в гените, които не са свързани с промени в структурата на хромозомите, видими под микроскоп. Генните промени са свързани предимно с трансформацията на химическата структура на ДНК.
Информацията за структурата на протеина, записана като последователност от нуклеотиди, се внедрява като последователност от аминокиселини в синтезираната протеинова молекула. Промяната в последователността на нуклеотидите в хромозомната ДНК, загубата на някои и включването на други нуклеотиди, променя състава на РНК молекулите, образувани върху ДНК, и това от своя страна определя нова последователност от аминокиселини по време на синтеза. В резултат на това в клетката започва да се синтезира нов протеин, което води до появата на нови свойства в тялото. Същността на методите на генното инженерство е, че отделни гени или групи от гени се вмъкват или изключват от генотипа на даден организъм. В резултат на вмъкване на отсъстващ преди това ген в генотипа, клетката може да бъде принудена да синтезира протеини, които преди това не е синтезирала.

Проблеми на генното инженерство

Възможностите на едно от най-важните творения на науката на ХХ век - генното инженерство - отдавна вълнуват въображението на човечеството, тъй като то се е доближило до най-важното нещо в човешкото тяло, законите на живота на тялото му. Но ако преди петнадесет години резултатите от работата на биотехнолозите бяха свързани предимно с разработването на нови сортове моркови или нова порода млечни крави, тогава преди няколко години се оказа възможно да се общува с малката овца Доли , клониран от шотландски биолози, а миналата година беше обявено създаването на първата повече или по-малко обща карта на човешкия геном. На фона на постиженията в областта на биологията, хитовете от предишните сезони - новите информационни технологии - остават на заден план. Сега малко хора се интересуват от въпроса кога човек ще може да се разхожда свободно на Марс; дебатът за това кога ще бъде възможно да се клонира човек и съответно как да се предотврати това е много по-належащ - един вид кимване към морала и етиката.

Генното инженерство - враг или приятел? Историческа перспектива...

Историческа перспектива

Както знаете, животът се е зародил на Земята преди приблизително 4,6 милиарда години и, независимо какви форми е приемал, едно и също вещество е отговорно за жизнените прояви на всеки организъм - дезоксирибонуклеиновата киселина (известна още като ДНК). ДНК, заложена в гените, определя и все още определя (и в бъдеще, очевидно, под строгото ръководство на човека) метаболитната активност на клетките, необходима за тяхното оцеляване, и това е животът в най-простата му дефиниция. Всъщност терминът "гени" не е бил използван до началото на миналия век, въпреки че изследванията за тяхното функциониране започват през 19 век. Австрийският монах Грегор Мендел прекарва дълги години в наблюдение на потомството на граховите растения, които отглежда в градината на манастира. Чрез записване на външни характеристики - височината на стъблото, цвета на венчелистчетата, формата на граховите зърна, той успя теоретично да предположи съществуването на определени „фактори“, които се наследяват от потомството от родителските растения. Подобно на Колумб, Мендел умира, без да знае какво е открил. От началото на двадесети век се наблюдава бум в изследванията на клетъчната структура. Биолозите успяха да установят какви функции изпълнява клетъчното ядро и да разрешат мистерията на природата на хромозомите. Най-важното беше, че естеството на транслацията на ДНК молекулите стана ясно: по време на меозата, която предшества появата на яйцеклетките и спермата, броят на хромозомите, които съдържат ДНК, намалява наполовина, което впоследствие със сливането на зародишни клетки, ще позволят ядрата им да бъдат обединени в едно цяло - да се даде началото на нов организъм с напълно уникален набор от гени. През 1953 г. най-накрая беше възможно да се изолира двойната спирална структура на ДНК, която сега всеки ученик познава с очите си. ДНК вече е призната за универсален биологичен език, който ще обедини всички организми, живеещи на Земята: хора и бактерии, гъби и растения. Все пак двадесети век е век не само на фундаментални открития, но и век на инженерството – практическото приложение на същите тези открития. Ето защо, заедно с продължаващите изследвания за това как „всичко това работи като цяло“, различни клонове на генното инженерство и различни биотехнологии се развиват с големи скокове. От самото начало инженерната мисъл от този вид се занимава предимно с това как едни живи организми с определен ген могат да бъдат използвани, за да подобрят други - говорим за растения или животни. През седемдесетте години учените се научиха да изрязват части от ДНК на един организъм и да го трансплантират в друг, което направи малка революция в производството на различни лекарства - инсулин, човешки растежен хормон и др. От много години се правят опити за прилагане на т. нар. човешка генна терапия – на хора, на които липсват определени компоненти в генния им набор или са в някаква степен дефектни, се трансплантират гени на други хора. Знанията, получени чрез генетиката, се използват доста широко в областта на човешката репродукция. Много хора знаят, че при определени условия е напълно възможно да се отглеждат деца „от епруветка“, а в някои ситуации на женско безплодие - да се обърнат за помощ към сурогатни майки. Генетично модифицирани растения (мразоустойчиви зърнени култури, трансгенни картофи, бързо узряване на домати и др.) Вече се появяват на масите за вечеря, въпреки че засега не предизвикват голямо вълнение.

Генното инженерство - враг или приятел? Възможностите на генното инженерство...

Възможности на генното инженерство, Проект за човешкия геном

Естествено, успешните манипулации с гените на растенията и животните не можеха да не доведат до един доста хлъзгав въпрос: какво да кажем за хората? Ако е възможно да се подобрят животните, тогава защо да не се подобрят и хората. Първо обаче трябва да разберете човешкия генен набор. Така през 1990 г. се появи инициатива за картографиране на човешки хромозоми, състоящи се от 26-30 хиляди гена. Проектът се наричаше просто Човешки геном и се очакваше да създаде пълна карта на генома някъде през 2005 г. Проектът включва изследователски групи от различни страни, а от края на 90-те години. създават се специални компании, чиято основна задача е да улеснят и ускорят комуникацията между такива групи. До началото на 2001 г. вече бяха напълно картографирани 2 хромозоми: 21 и 22.

Но основната сензация на миналата година беше откритието от групата на Крейг Вентър на обща карта на човешкия геном. Учените казват, че ако сравним тази карта с обикновените, едва ли би било възможно да я използваме, за да стигнем до магазина на съседната улица, но във всеки случай самият факт на нейното съществуване говори за началото на ерата на ген. патентоване, а това от своя страна повдига много въпроси, които вече не са биологични, а етични и правни. Въпреки че учените твърдят, че основната цел на картографирането на генома е необходимостта да се разбере как функционира човешкото тяло, за да се противопоставя по-ефективно на различни заболявания и това знание може значително да улесни създаването на нови лекарства, необходимостта от законово регулиране на въпроса все още става очевидно: как и какво може да се направи с човешкото тяло и отговорът на въпроса: къде трябва да спрем? Може ли човек да стане като Създателя и сам да започне да създава нови създания? Картографирането на човешкия геном често се сравнява с такива революционни събития като кацането на човек на Луната, например. Сега обаче има една съществена разлика: ако космическите програми са една от задачите на държавата, тогава групите, участващи в проекта, като правило имат частно финансиране, следователно недържавните компании ще имат авторските права върху своите разработки . Какво ще правят с тях?

Нека си представим, че в близко бъдеще картата ще бъде съставена доста точно и всеки човек ще може да бъде описан по този начин. Възниква въпросът – кой ще има достъп до тази информация? До каква степен човек може да запази непокътната най-„интимната“ информация за себе си? Ще откажат ли работодателите да наемат човек, който има генетична предразположеност към всякакъв вид рак? Ще бъде ли възможно здравното осигуряване при положение, че геномът на всеки отделен човек ще дава информация за всички потенциални заболявания? Тони Блеър говори за необходимостта от съставяне на генетични портрети на престъпниците. И изглежда, че учените са готови да работят върху откриването на специални гени, отговорни за девиантното поведение на хората. Много експерти обаче вече са уплашени от перспективата, че в близко бъдеще обществото ще измести решението на различни проблеми - престъпност, бедност, расизъм и т.н. - за генетиците и генното инженерство: „те казват, че всичко е въпрос на гени, ако нещо не е наред, тогава това не е грижа на обществото, а генетичното предразположение на индивидите.“ В края на краищата, като цяло, много хора забравят, че само някои редки заболявания се причиняват единствено от набор от гени, а тези заболявания, които обикновено наричаме генетични - рак, сърдечно-съдови заболявания - са само частично от генетично естество, в много отношения вероятността на тяхното възникване на първо място обратът зависи от стъпките, предприети от самия човек и обществото, и следователно не може да има нищо по-лошо от едно общество да си измие ръцете от подобна ситуация. Най-често срещаният метод на генното инженерство е методът за получаване на рекомбинантни, т.е. съдържащ чужд ген, плазмид. Плазмидите са кръгли двойноверижни ДНК молекули, състоящи се от няколко хиляди нуклеотидни двойки.

Този процес се състои от няколко етапа:
1. Ограничаване - нарязване на ДНК, например човешка ДНК на фрагменти.
2. Лигиране - фрагмент с желания ген се включва в плазмидите и се зашива заедно.
3. Трансформацията е въвеждането на рекомбинантни плазмиди в бактериални клетки. Трансформираните бактерии придобиват определени свойства. Всяка от трансформираните бактерии се размножава и образува колония от много хиляди потомци - клонинг.
4. Скринингът е подбор сред клонове на трансформирани бактерии на тези с плазмиди, носещи желания човешки ген.

Целият този процес се нарича клониране. С помощта на клониране е възможно да се получат повече от милион копия на всеки фрагмент от ДНК от човек или друг организъм. Ако клонираният фрагмент кодира протеин, тогава е възможно експериментално да се изследва механизмът, който регулира транскрипцията на този ген, както и да се произведе този протеин в необходимото количество. В допълнение, клониран ДНК фрагмент от един организъм може да бъде въведен в клетките на друг организъм. Това може да постигне например високи и стабилни добиви благодарение на въведения ген, който осигурява устойчивост на редица заболявания. Ако въведете в генотипа на почвените бактерии гените на други бактерии, които имат способността да фиксират атмосферния азот, тогава почвените бактерии ще могат да преобразуват този азот във фиксиран почвен азот. Чрез въвеждането в генотипа на бактерията E. coli на ген от човешкия генотип, който контролира синтеза на инсулин, учените постигнаха производството на инсулин чрез такава E. coli. С по-нататъшното развитие на науката ще стане възможно въвеждането на липсващи гени в човешкия ембрион и по този начин да се избегнат генетични заболявания.

Експериментите с клониране на животни се провеждат отдавна. Достатъчно е да се отстрани ядрото от яйцеклетката, да се имплантира в нея ядрото на друга клетка, взета от ембрионална тъкан, и да се отгледа - в епруветка или в утробата на осиновителка. Клонираната овца Доли е създадена по нетрадиционен начин. Ядро от клетка на вимето на 6-годишна възрастна овца от една порода беше трансплантирано в безядрено яйце на овца от друга порода. Развиващият се ембрион е поставен в овца от третата порода. Тъй като новороденото агне е получило всички гени от първата овца донор, то е нейно точно генетично копие. Този експеримент разкрива много нови възможности за клониране на елитни породи, вместо дългогодишна селекция. Учени от Тексаския университет успяха да удължат живота на няколко вида човешки клетки. Обикновено една клетка умира след като е преминала през около 7-10 процеса на делене, но те са постигнали сто клетъчни деления. Стареенето, според учените, се случва, защото клетките губят теломерите, молекулярните структури, които се намират в краищата на всички хромозоми, с всяко делене.

Учените имплантирали открития от тях ген, отговорен за производството на теломераза, в клетките и по този начин ги направили безсмъртни. Може би това е бъдещият път към безсмъртието. От 80-те години се появяват програми за изследване на човешкия геном. В процеса на изпълнение на тези програми вече са разчетени около 5 хиляди гена (пълният човешки геном съдържа 50-100 хиляди). Открити са редица нови човешки гени. Генното инженерство става все по-важно в генната терапия. Защото много заболявания се определят на генетично ниво. Именно в генома има предразположеност или устойчивост към много заболявания. Много учени смятат, че геномната медицина и генното инженерство ще функционират през 21 век. Никой учен, който наистина стои твърдо на платформата на научната обективност, никога не би казал, че всичко може да излекува абсолютно всичко или че нещо е „абсолютно безопасно“, особено когато става дума за генно инженерство, което манипулира отделни нива на Природния закон, като същевременно пренебрегва неговата цялост. Както вече видяхме при ядрените изследвания, енергията, освободена в резултат на такива манипулации, може да бъде огромна, но възможната опасност също е огромна. Когато ядрената технология беше в етап на развитие, никой не можеше да си представи, че само след няколко години човечеството ще бъде под заплахата от многократно унищожение, което и двете противоположни сили биха могли да осигурят еднакво. И когато ядрената енергия започна да се използва за производство на електричество, никой не знаеше, че в резултат ще се окажем с милиони тонове радиоактивни отпадъци, които ще останат токсични в продължение на десетки хиляди години. Никой не знаеше нищо за това, но ние все пак направихме сляп скок, като по този начин създадехме сериозни проблеми за себе си и за бъдещите поколения. Затова трябва да бъдем много внимателни при използването на генното инженерство, което действа на нивото, където се съдържа пълната информация за най-дълбоката структура на живота.

Отне милиони години на живота на Земята, за да се развие във високо балансирана, динамична екосистема, каквато е днес, с цялото безбройно разнообразие от форми на живот, познати ни днес. Сега живеем във време, когато след едно или по-малко поколение най-важните култури ще претърпят радикални промени в резултат на намесата на генното инженерство и тези промени ще навредят сериозно на екосистемата като цяло и ще застрашат цялото човечество. Докато не бъде доказана безопасността на продуктите, получени в резултат на генното инженерство, този въпрос винаги ще остава под съмнение - и това е гледната точка, която защитава Партията на естествения закон. Необходимо е използването на генно инженерство да бъде придружено от строг научен контрол за безопасност. С почти пълна сигурност може да се каже, че генното инженерство ще доведе до химическо замърсяване на околната среда. Отглеждането на сортове зърна с повишена устойчивост на хербициди ще доведе до факта, че фермерите ще бъдат принудени да използват три пъти повече химически пестициди за борба с плевелите, отколкото преди, а това от своя страна ще увеличи замърсяването на почвата и подземните води на Америка. Например, химическата компания Monsanto вече е разработила сортове царевица, соя и захарно цвекло, които са устойчиви на хербицида Раундъп, произвеждан от същата компания. Представители на индустрията многократно са казвали, че Roundup е безопасен за живите организми и бързо се неутрализира от околната среда. Въпреки това, предварителни изследвания в Дания показват, че Roundup остава в почвата в продължение на три години (и следователно може да бъде усвоен от следващите култури, засадени в района), а друга научна работа показва, че употребата му Хербицидът причинява токсични реакции при фермерите, нарушава репродуктивната функция на бозайниците и вреди на рибите, земните червеи и полезните насекоми.

Привържениците на генното инженерство често твърдят, че технологията е просто подобрение на вида кръстосване, което е било използвано от хилядолетия за подобряване на породата култури и домашни животни. Но всъщност намесата на генното инженерство прониква през естествените репродуктивни бариери между видовете, които поддържат баланса и целостта на живота на Земята. Традиционната система за развъждане на нови породи и сортове може да кръстоса една порода свине с друга, или кон с магаре, или два сорта домати, но не може да кръстоса домати с риби - природата не позволява такова смесване на гени. И с помощта на генното инженерство учените вече са комбинирали гените на рибата и доматите - и тези домати, немаркирани по никакъв начин, сега тихо лежат на нашите рафтове. Освен това почти всички зърнени, бобови, зеленчуци и плодове вече са преминали през генно инженерство и хранително-вкусовата промишленост възнамерява да въведе всички тези продукти на пазара през следващите 5-8 години. Pioneer Hybrid International, най-голямата компания за семена в света, използва генно инженерство, за да разработи нов сорт соя, включващ гена на бразилския орех, за да увеличи съдържанието на протеини в соята. Но имплантираният компонент от бразилски орех в соята предизвика алергична реакция при повечето потребители и тогава Pioneer отмени проекта. И когато японската компания Showa Denko чрез генно инженерство промени структурата на естествена бактерия, за да произвежда по-ефективно хранителна добавка, наречена триптофан, тези генетични манипулации доведоха до факта, че тази бактерия, като част от триптофан, започна да произвежда силно токсично вещество, което е открито едва след пускането на продукта на пазара през 1989 г. В резултат: 5000 души се разболяват, 1500 остават трайно инвалидизирани, а 37 умират. Изследователите са много развълнувани от използването на генно инженерство за разработване на сортове пшеница с по-високи добиви, създаване на по-хранителни храни и премахване на определени болести, като по този начин се надяват да подобрят човешкия живот на Земята. Но в действителност, въпреки факта, че гените могат да бъдат извлечени и правилно кръстосани в експериментална колба, в реалния живот е много трудно да се предвидят последствията от имплантирането на гени в тялото на някой друг.

Такива операции могат да причинят мутации, в резултат на което се потиска активността на естествените гени на тялото. Въведените гени също могат да причинят неочаквани странични ефекти: Генно модифицираната храна може например да съдържа токсини и алергени или да има намалена хранителна стойност, което кара потребителите да се разболяват или дори, както се е случвало, да умрат. В допълнение, организмите, отгледани с помощта на генно инженерство, са способни независимо да се възпроизвеждат и кръстосват с естествени популации, които не са претърпели генетична намеса, причинявайки необратими биологични промени в цялата екосистема на Земята. С пълна увереност можем да кажем, че генното инженерство със сигурност е една перспективна област, която у нас, за съжаление, не е финансирана и няма собствен производител. Русия, разбира се, се занимава с разработки в тази област, но е принудена да продава своите изобретения в чужбина. Нашите учени изобретиха човешки интерферон, аспартам и паяжина. Важното е, че когато се създава едно лекарство, то не влиза в употреба, докато структурата му не се доближи до човешкия геном. В този случай лекарството е абсолютно безвредно. При производството на аспартам две аминокиселини се смесват, но катализаторът на процеса са микроорганизмите. Задачата на генетиката е да извърши разработката така, че пречистването на лекарството от микроорганизми да премине 100% проверка. Това е качеството на работата. Ние сме отговорни за качеството и професионалната гледна точка е, че генното инженерство е в разумна степен полезно за човечеството.

Генното инженерство - враг или приятел? Опасностите от генното инженерство...

Научни факти за опасностите от генното инженерство

1. Генното инженерство е коренно различно от разработването на нови сортове и породи. Изкуственото добавяне на чужди гени значително нарушава фино регулирания генетичен контрол на нормалната клетка. Генната манипулация е фундаментално различна от комбинацията от майчини и бащини хромозоми, която се случва при естествено кръстосване.

2. В момента генното инженерство е технически несъвършено, тъй като не е в състояние да контролира процеса на въвеждане на нов ген. Следователно е невъзможно да се предвиди мястото на вмъкване и ефектите на добавения ген. Дори ако местоположението на ген може да бъде определено, след като е бил вмъкнат в генома, наличната информация за ДНК е много непълна, за да се предскажат резултатите.

3. В резултат на изкуственото добавяне на чужд ген могат неочаквано да се образуват опасни вещества. В най-лошия случай това може да са токсични вещества, алергени или други вещества, вредни за здравето. Информацията за подобни възможности все още е твърде непълна.

4. Няма напълно надеждни методи за тестване за безвредност. Повече от 10% от сериозните странични ефекти на новите лекарства не могат да бъдат открити въпреки внимателно проведените проучвания за безопасност. Рискът опасните свойства на новите генетично модифицирани храни да останат незабелязани вероятно е значително по-голям, отколкото в случая с лекарствата.

5. Сегашните изисквания за тестване на безопасността са изключително недостатъчни. Те са ясно предназначени да опростят процеса на одобрение. Те позволяват използването на изключително нечувствителни методи за изпитване на безвредност. Поради това съществува значителен риск опасните хранителни продукти да могат да преминат проверката незабелязани.

6. Хранителните продукти, създадени досега с помощта на генно инженерство, нямат съществена стойност за човечеството. Тези продукти задоволяват предимно търговски интереси.

7. Познанията за въздействието на генетично модифицираните организми, въведени в околната среда, са напълно недостатъчни. Все още не е доказано, че организмите, модифицирани чрез генно инженерство, няма да имат вредно въздействие върху околната среда. Еколозите предполагат различни потенциални екологични усложнения. Например, има много възможности за неконтролирано разпространение на потенциално вредни гени, използвани от генното инженерство, включително трансфер на гени от бактерии и вируси. Усложненията, причинени от околната среда, вероятно ще бъдат невъзможни за коригиране, тъй като освободените гени не могат да бъдат върнати обратно.

8. Възможно е да се появят нови и опасни вируси. Експериментално е доказано, че вирусните гени, вградени в генома, могат да се комбинират с гените на инфекциозните вируси (т.нар. рекомбинация). Тези нови вируси може да са по-агресивни от оригиналните. Вирусите също могат да станат по-малко специфични за вида. Например растителните вируси могат да станат вредни за полезни насекоми, животни, а също и за хора.

9. Познаването на наследственото вещество, ДНК, е много непълно. Известна е функцията само на три процента от ДНК. Рисковано е да се манипулират сложни системи, за които знанията са непълни. Богатият опит в областта на биологията, екологията и медицината показва, че това може да причини сериозни непредвидими проблеми и нарушения.

10. Генното инженерство няма да реши проблема с глада по света. Твърдението, че генното инженерство може да допринесе значително за решаването на проблема с глада по света, е научно необоснован мит.

Въведение

В работата си изследвам темата за генното инженерство. Възможностите, които генното инженерство открива пред човечеството, както в областта на фундаменталната наука, така и в много други области, са много големи и често дори революционни.

По този начин той позволява индустриално масово производство на необходимите протеини, значително улеснява технологичните процеси за получаване на ферментационни продукти - ензими и аминокиселини, а в бъдеще може да се използва за подобряване на растенията и животните, както и за лечение на наследствени заболявания на човека.

По този начин генното инженерство, като едно от основните направления на научно-техническия прогрес, активно допринася за ускоряване на решаването на много проблеми, като например храните, селското стопанство, енергетиката и околната среда.

Но генното инженерство отваря особено големи възможности за медицината и фармацевтиката, тъй като използването на генното инженерство може да доведе до радикални трансформации в медицината.

1. Същността на генното инженерство.

1.1. История на генното инженерство.

Генното инженерство се появи благодарение на работата на много изследователи в различни клонове на биохимията и молекулярната генетика.

В продължение на много години протеините се смятаха за основния клас макромолекули. Имаше дори предположение, че гените са от протеинова природа.

Едва през 1944 г. Ейвъри, Маклауд и Маккарти показват, че ДНК е носител на наследствена информация.

От този момент нататък започва интензивно изследване на нуклеиновите киселини. Десетилетие по-късно, през 1953 г., Дж. Уотсън и Ф. Крик създават двуверижен ДНК модел. Тази година се смята за рождена година на молекулярната биология.

В началото на 50-60-те години свойствата на генетичния код са изяснени, а в края на 60-те години неговата универсалност е потвърдена експериментално.

Имаше интензивно развитие на молекулярната генетика, обект на която бяха Escherichia coli (E. Coli), нейните вируси и плазмиди.

Разработени са методи за изолиране на високопречистени препарати от непокътнати ДНК молекули, плазмиди и вируси.

ДНК на вируси и плазмиди се въвежда в клетките в биологично активна форма, осигурявайки нейната репликация и експресия на съответните гени.

През 70-те години бяха открити редица ензими, които катализират реакциите на преобразуване на ДНК. Специална роля в развитието на методите на генното инженерство принадлежи на рестрикционните ензими и ДНК лигазите.

Историята на развитието на генното инженерство може да бъде разделена на три етапа:

Първият етап е свързан с доказване на принципната възможност за получаване на рекомбинантни ДНК молекули in vitro. Тези работи се отнасят до производството на хибриди между различни плазмиди. Доказана е възможността за създаване на рекомбинантни молекули с помощта на първоначални ДНК молекули от различни видове и щамове бактерии, тяхната жизнеспособност, стабилност и функциониране.

Вторият етап е свързан с началото на работата по получаване на рекомбинантни ДНК молекули между хромозомните гени на прокариотите и различни плазмиди, доказващи тяхната стабилност и жизнеспособност.

Третият етап е началото на работата по включването на еукариотни гени, предимно животни, във векторни ДНК молекули (ДНК, използвана за генен трансфер и способна да бъде интегрирана в генетичния апарат на реципиентната клетка).

Формално датата на раждане на генното инженерство трябва да се счита за 1972 г., когато в Станфордския университет P. Berg и S. Cohen и техните сътрудници създадоха първата рекомбинантна ДНК, съдържаща ДНК фрагменти на вируса SV40, бактериофага и Е. coli.

1.2. Концепцията за генното инженерство

Един от клоновете на молекулярната генетика и молекулярната биология, намерил най-голямо практическо приложение, е генното инженерство.

Генното инженерство е сбор от методи, които позволяват трансфер на гени от един организъм в друг, или е технология за целенасочено изграждане на нови биологични обекти.

Родена в началото на 70-те, днес тя постигна голям успех. Техниките на генното инженерство трансформират клетки от бактерии, дрожди и бозайници във „фабрики“ за широкомащабно производство на всякакви протеини.

Това дава възможност да се анализират в детайли структурата и функциите на протеините и да се използват като лекарства.

В момента Escherichia coli (E. coli) се превърна в доставчик на такива важни хормони като инсулин и соматотропин.

Преди това инсулинът се получаваше от животински клетки на панкреаса, така че цената му беше много висока. За получаването на 100 g кристален инсулин са необходими 800-1000 kg панкреас, а една жлеза на крава тежи 200-250 грама. Това направи инсулина скъп и трудно достъпен за широк кръг от диабетици.

Инсулинът се състои от две полипептидни вериги А и В с дължина 20 и 30 аминокиселини. Когато са свързани чрез дисулфидни връзки, се образува нативен двойноверижен инсулин.

Доказано е, че той не съдържа протеини на E. coli, ендотоксини и други примеси, не предизвиква странични ефекти като животинския инсулин и не се различава от него по биологична активност.

Соматотропинът е човешки растежен хормон, секретиран от хипофизната жлеза. Дефицитът на този хормон води до хипофизен нанизъм. Ако соматотропинът се прилага в дози от 10 mg на 1 kg тегло три пъти седмично, тогава за една година дете, страдащо от неговия дефицит, може да нарасне с 6 cm.

Преди това се получава от трупен материал, от един труп: 4 - 6 mg соматотропин по отношение на крайния фармацевтичен препарат. По този начин наличните количества от хормона са ограничени, освен това хормонът, получен по този метод, е хетерогенен и може да съдържа бавно растящи вируси.

През 1980 г. компанията Genentec разработва технология за производство на соматотропин с помощта на бактерии, която е лишена от тези недостатъци. През 1982 г. човешки растежен хормон е получен в култура на Е. coli и животински клетки в Института Пастьор във Франция, а през 1984 г. започва промишлено производство на инсулин в СССР.

1.3. Цели и задачи на генното инженерство

Целта на приложното генно инженерство е да се проектират такива рекомбинантни ДНК молекули, които, когато бъдат въведени в генетичния апарат, биха придали на тялото свойства, полезни за хората.

Рекомбинантната ДНК технология се основава на производството на високоспецифични ДНК сонди, които се използват за изследване на експресията на гени в тъканите, локализирането на гени в хромозомите и идентифициране на гени със свързани функции (например при хора и пилета). ДНК сондите се използват и при диагностицирането на различни заболявания.

Технологията на рекомбинантната ДНК направи възможен нетрадиционен протеиново-генен подход, наречен обратна генетика. При този подход протеин се изолира от клетка, генът за този протеин се клонира и той се модифицира, създавайки мутантен ген, кодиращ променена форма на протеина. Полученият ген се въвежда в клетката. По този начин могат да се коригират дефектни гени и да се лекуват наследствени заболявания.

Ако хибридната ДНК се въведе в оплодена яйцеклетка, могат да се получат трансгенни организми, които предават мутантния ген на своето потомство.

Генетичната трансформация на животни позволява да се установи ролята на отделните гени и техните протеинови продукти както в регулирането на активността на други гени, така и в различни патологични процеси.

Рекомбинантната ДНК технология използва следните методи:

·специфично разцепване на ДНК чрез рестрикционни нуклеази, ускоряващо изолирането и манипулирането на отделните гени;

· бързо секвениране на всички нуклеотиди на пречистен ДНК фрагмент, което ви позволява да определите границите на гена и аминокиселинната последователност, кодирана от него;

·конструиране на рекомбинантна ДНК;

·хибридизация на нуклеинови киселини, позволяваща идентифициране на специфични РНК или ДНК последователности с по-голяма точност и чувствителност;

ДНК клониране: in vitro амплификация с помощта на полимеразна верижна реакция или въвеждане на ДНК фрагмент в бактериална клетка, която след такава трансформация възпроизвежда този фрагмент в милиони копия;

·Въвеждане на рекомбинантна ДНК в клетки или организми.

2.1. Изолиране на гени, съдържащи необходимата информация.

Гените могат да бъдат получени по няколко начина: изолиране от ДНК, химико-ензимен синтез и ензимен синтез.

Изолирането на гени от ДНК се извършва с помощта на рестрикционни ензими, които катализират разцепването на ДНК в области, които имат определени нуклеотидни последователности (4–7 нуклеотидни двойки). Разцепването може да се извърши в средата на разпознаваема област от нуклеотидни двойки; в този случай и двете ДНК вериги се „отрязват“ на едно и също ниво. Получените ДНК фрагменти имат така наречените „тъпи“ краища. Разцепването на ДНК е възможно с изместване, като една от веригите изпъква с няколко нуклеотида. Образуваните в този случай „лепкави“ краища си взаимодействат поради взаимното си допълване. Нуклеотидна последователност с лепкави краища може да бъде прикрепена към вектор (предварително обработен със същия рестрикционен ензим) и преобразувана в кръгова последователност в резултат на кръстосано свързване на взаимно допълващи се краища с лигази. Методът има значителни недостатъци, тъй като е доста трудно да се избере действието на ензимите за строго изолиране на желания ген. Заедно с гена се улавят „допълнителни“ нуклеотиди или, обратно, ензимите отрязват част от гена, превръщайки го във функционално дефектен.

Химико-ензимният синтез се използва, ако е известна първичната структура на протеина или пептида, чийто синтез генът кодира. Необходимо е пълно познаване на нуклеотидната последователност на гена. Този метод ви позволява точно да пресъздадете желаната нуклеотидна последователност, както и да въведете в гените сайтове за разпознаване на рестрикционни ензими, регулаторни последователности и т. н. Методът се състои от химичен синтез на едноверижни ДНК фрагменти (олигонуклеотиди) поради стъпката - поетапно образуване на естерни връзки между нуклеотиди, обикновено 8-16 мер. В момента съществуват „генни машини“, които под контрола на микропроцесор синтезират много бързо специфични къси последователности от едноверижна ДНК

Желаната последователност от бази се въвежда на клавиатурата. Микропроцесорът отваря клапани, през които с помощта на помпа нуклеотидите, както и необходимите реагенти и разтворители се подават последователно към колоната за синтез. Колоната е пълна със силиконови перли, върху които се събират ДНК молекули. Това устройство може да синтезира вериги с дължина до 40 нуклеотида със скорост 1 нуклеотид за 30 минути. Получените олигонуклеотиди са омрежени един с друг с помощта на ДНК лигаза за образуване на двойноверижен нуклеотид. По този метод са получени гени за А- и В-вериги на инсулин, проинсулин, соматостатин и др.

Ензимният генен синтез на базата на изолирана информационна РНК (тРНК) в момента е най-разпространеният метод. Първо, информационните РНК се изолират от клетките, сред които има иРНК, кодирана от гена, който трябва да бъде изолиран. След това, при одобрени условия, ДНК верига, комплементарна на иРНК (кДНК), се синтезира върху иРНК, изолирана от клетката, като върху матрица, с помощта на обратна транскриптаза (ревертаза). Получената комплементарна ДНК (cDNA) служи като шаблон за синтеза на втората верига на ДНК с помощта на ДНК полимераза или реверсаза. Праймерът в този случай е олигонуклеотид, комплементарен на 3’ края на иРНК; нова ДНК верига се образува от дезоксинуклеозид трифосфати в присъствието на магнезиеви йони.

Методът е използван с голям успех за получаване на гена за човешки растежен хормон (соматотропин) през 1979 г. Генът, получен по един или друг начин, съдържа информация за структурата на протеина, но не може да го реализира сам. Следователно са необходими допълнителни механизми за контрол на действието на гена. Прехвърлянето на генетична информация в реципиентната клетка се извършва като част от вектор. Векторът е, като правило, кръгова ДНК молекула, способна на независима репликация. Генът заедно с вектора образува рекомбинантна ДНК.

2.2. Избор на вектори (вируси, плазмиди), способни на независима репликация в реципиентната клетка.

Терминът "вектор" се отнася до молекула нуклеинова киселина, която след като бъде въведена в клетка, е способна на автономно съществуване поради наличието на репликационни и транскрипционни сигнали в нея.

Векторните молекули трябва да имат следните свойства:

1) способността да се репликира автономно в клетката реципиент, т.е. да бъде независим репликон;

В зависимост от целите на експеримента векторите могат да бъдат разделени на две групи: 1) използвани за клониране и амплификация на желания ген; 2) специализирани, използвани за експресия на вградени чужди гени. Втората група вектори комбинира вектори, предназначени да осигурят синтеза на протеинови продукти на клонирани гени. Експресионните вектори съдържат ДНК последователности, които са необходими за транскрипцията на клонирани копия на гени и транслацията на тяхната иРНК в клетъчни щамове.

Като прокариотни вектори се използват плазмиди и бактериофаги; Като еукариотни вектори се използват животински и растителни вируси, вектори на базата на 2 μm дрожди и митохондрии, както и редица изкуствено конструирани вектори, способни да се репликират както в бактериални, така и в еукариотни клетки (совалкови вектори).

Плазмидите са екстрахромозомни генетични елементи на про- и еукариоти, които автономно се репликират в клетките. Повечето плазмидни вектори са получени от естествени плазмиди ColE1, pMB1 и p15A.

Бактериалните плазмиди се разделят на два класа. Някои плазмиди (например добре проученият фактор F, който определя пола в Е. coli) сами по себе си са способни да се движат от клетка в клетка, докато други нямат тази способност. Поради редица причини и предимно за предотвратяване на неконтролираното разпространение на потенциално опасен генетичен материал, по-голямата част от бактериалните плазмидни вектори са базирани на втория клас плазмиди. Много естествени плазмиди вече съдържат гени, които определят резистентността на клетките към антибиотици (продуктите на тези гени са ензими, които модифицират или разграждат антибиотичните вещества). В допълнение, допълнителни гени, които определят резистентността към други антибиотици, се въвеждат в тези плазмиди при конструирането на вектори.

На фиг. Фигура 1 показва един от най-разпространените E.coli плазмидни вектори - pBR322. Той е конструиран на базата на щателно проучен плазмид на E.coli - колициногенен фактор ColE1 - и съдържа началото на репликацията на този плазмид. Особеността на плазмида ColE1 (и съответно pBR322) е, че в присъствието на инхибитора на протеиновия синтез антибиотик хлорамфеникол (който косвено инхибира репликацията на хромозомата на гостоприемника), неговият брой в E. coli нараства от 20-50 до 1000 молекули. на клетка, което прави възможно получаването на големи количества клониран ген. При конструирането на вектора pBR322 от оригиналните плазмиди, редица "допълнителни" места за рестрикционни ензими бяха изтрити.

Понастоящем, заедно с много удобни векторни системи за Е. coli, плазмидни вектори са конструирани за редица други грам-отрицателни бактерии (включително такива промишлено важни като Pseudomonas, Rhizobium и Azotobacter), грам-положителни бактерии (Bacillus), по-ниски гъбички (дрожди) и растения.

Плазмидните вектори са удобни за клониране на относително малки фрагменти (до 10 хиляди базови двойки) на малки геноми. Ако е необходимо да се получи клонова библиотека (или библиотека) от гени на висши растения и животни, общата дължина на генома на които достига огромни размери, тогава конвенционалните плазмидни вектори са неподходящи за тези цели. Проблемът за създаване на генни библиотеки за висши еукариоти беше решен чрез използване на производни на бактериофаг l като вектори за клониране.

Сред фаговите вектори най-удобните системи са създадени на базата на геномите на бактериофагите l и M13 E. coli. ДНК на тези фаги съдържа разширени региони, които могат да бъдат изтрити или заменени с чужда ДНК, без да се засяга способността им да се репликират в клетките на Е. coli. При конструирането на семейство от вектори на базата на l фагова ДНК, много рестрикционни сайтове първо бяха отстранени от него (чрез разделяне на къси участъци от ДНК) от региона, който не е от съществено значение за репликацията на ДНК, и такива сайтове бяха оставени в региона, предназначен за вмъкване на чужда ДНК. Маркерните гени често се вмъкват в същата тази област, което прави възможно разграничаването на рекомбинантната ДНК от оригиналния вектор. Такива вектори се използват широко за генериране на „генни библиотеки“. Размерите на заменения фрагмент от фагова ДНК и съответно вмъкнатата област на чужда ДНК са ограничени до 15-17 хиляди нуклеотидни остатъци, тъй като геномът на рекомбинантния фаг, който е 10% по-голям или 75% по-малък от генома на дивия l фаг , вече не могат да бъдат пакетирани във фагови частици.

Фигура 1. Подробна рестрикционна карта на плазмид pBR322.

Такива ограничения теоретично не съществуват за вектори, конструирани на базата на нишковидния бактериофаг М13. Описани са случаи, при които в генома на този фаг е била вмъкната чужда ДНК с дължина около 40 хиляди нуклеотидни остатъка. Известно е обаче, че фаг М13 става нестабилен, когато дължината на чуждата ДНК надвиши 5 хиляди нуклеотидни остатъка. Всъщност векторите, получени от ДНК на фаг M13, се използват главно за секвениране и мутагенеза на гени и размерите на фрагментите, вмъкнати в тях, са много по-малки.

Тези вектори са изградени от репликативната (двуверижна) форма на ДНК на фаг M13, в която са вградени "полилинкерни" региони (пример за такъв дизайн е показан на фиг. 5). ДНК е включена във фаговата частица като едноверижна молекула. По този начин този вектор прави възможно получаването на клониран ген или негов фрагмент както в двуверижна, така и в едноверижна форма. Едноверижни форми на рекомбинантна ДНК понастоящем се използват широко за определяне на нуклеотидната последователност на ДНК с помощта на метода на Sanger и за олигодезоксинуклеотидно-насочена мутагенеза на гени.

Трансферът на чужди гени в животинските клетки се извършва с помощта на вектори, получени от ДНК на редица добре проучени животински вируси - SV40, някои аденовируси, говежди папиломен вирус, вирус на едра шарка и др. Конструирането на тези вектори се извършва по стандартната схема: премахване на "допълнителни" места за рестрикционни ензими, въвеждане на маркерни гени в региони на ДНК, които не са от съществено значение за нейната репликация (например гена на тимидин киназата (tk) от HSV (херпесен вирус)), въвеждане на регулаторни региони, повишаване на нивото на генна експресия.

Така наречените „совалкови вектори“, способни да се репликират както в животински клетки, така и в бактериални клетки, се оказаха удобни. Те се правят чрез зашиване заедно на големи сегменти от животински и бактериални вектори (например SV40 и pBR322), така че регионите, отговорни за репликацията на ДНК, да останат незасегнати. Това прави възможно извършването на основните операции за конструиране на вектор в бактериална клетка (което технически е много по-просто) и след това да се използва получената рекомбинантна ДНК за клониране на гени в животинска клетка.

Фигура 2. Рестрикционна карта на вектора M13 mp8.

2.3. Получаване на рекомбинантна ДНК.

Същността на конструирането на рекомбинантна ДНК е интегрирането на ДНК фрагменти, сред които се намира интересуващата ни ДНК област, в така наречените векторни ДНК молекули (или просто вектори) - плазмидна или вирусна ДНК, които могат да бъдат прехвърлени в про - или еукариотни клетки и се репликират автономно там.цит. На следващия етап се извършва селекция на тези клетки, които носят рекомбинантна ДНК (използвайки маркерни характеристики, които самият вектор притежава), и след това отделни клонинги с интересуващия ни ДНК сегмент (използвайки характеристики или сонди, специфични за даден ген или ДНК сегмент).

При решаването на редица научни и биотехнологични проблеми изграждането на рекомбинантна ДНК изисква и създаването на системи, които осигуряват максимална експресия на клонирания ген.

Има три основни начина за интегриране на чужда ДНК във векторни молекули. В първия случай 3" краищата на ДНК фрагменти, сред които се намира интересуващата ни ДНК област (ген или негов сегмент, регулаторна област), се удължават с хомополинуклеотидна последователност (например поли(Т)) използвайки крайния ензим нуклеотидил трансфераза. 3" краищата са с линейна форма векторна ДНК се разширява по същия начин с хомополинуклеотидна последователност, комплементарна към нея (тоест поли (А)). Това позволява две ДНК молекули да бъдат съединени чрез допълващо сдвояване на изкуствено произведени "лепкави" краища.

Във втория случай "лепкавите" краища се създават чрез разцепване на ДНК молекули (както векторни, така и съдържащи интересния за нас фрагмент) от една от рестрикционните ендонуклеази (рестрикционни ензими). Рестрикционните ензими се характеризират с изключително висока специфичност. Те "разпознават" последователност от няколко нуклеотидни остатъка в ДНК и разцепват строго определени междунуклеотидни връзки в тях. Следователно, дори в голяма ДНК, рестрикционните ензими въвеждат ограничен брой прекъсвания.

Третият метод е комбинация от първите два, когато лепкавите краища на ДНК, образувани от рестрикционен ензим, се удължават със синтетични последователности (фиг. 3).

Краищата на ДНК фрагментите могат да бъдат превърнати в „лепкави“ чрез удължаването им с двойноверижни олигонуклеотиди („линкери“), които включват място за рестрикционно разпознаване

Фигура 3. Схема за конструиране на рекомбинантна ДНК с използване на PstI рестрикционни ензими и поли(G)-поли(С)-линкер.

зой. Обработката на такъв фрагмент с този рестрикционен ензим го прави подходящ за интегриране във векторна ДНК молекула, разцепена със същия рестрикционен ензим. Често полинуклеотидните фрагменти се използват като „линкери“, които съдържат специфични места за няколко рестрикционни ензима наведнъж (те се наричат „полилинкери“).

След въвеждане на чужда ДНК във вектора, тяхното ковалентно омрежване се осъществява от ДНК лигаза. Ако размерът на празнината в рекомбинираната молекула надвишава една фосфодиестерна връзка, тя се поправя in vitro с помощта на ДНК полимераза или in vivo с помощта на системи за възстановяване на клетките.

2.4. Въвеждане на рекомбинантна ДНК в реципиентната клетка

Трансферът на рекомбинантна ДНК се извършва чрез трансформация или конюгация. Трансформацията е процесът на промяна на генетичните свойства на клетката в резултат на проникването на чужда ДНК в нея. За първи път е открит в пневмококи от F. Giffith, който показва, че някои клетки от невирулентни щамове бактерии, когато заразяват мишки заедно с вирулентни щамове, придобиват патогенни свойства. Впоследствие трансформацията беше демонстрирана и изследвана в различни бактериални видове. Установено е, че само няколко, така наречените „компетентни“ клетки (способни да включат чужда ДНК и да синтезират специален трансформиращ протеин) са способни на трансформация. Компетентността на клетката също се определя от факторите на околната среда. Това може да се улесни чрез третиране на клетки с полиетилен гликол или калциев хлорид. След проникване в клетката една от рекомбинантните ДНК вериги се разгражда, а другата, поради рекомбинация с хомоложна област на реципиентната ДНК, може да бъде включена в хромозомна или екстрахромозомна единица. Трансформацията е най-универсалният начин за предаване на генетична информация и е от голямо значение за генетичните технологии.

Конюгацията е един от методите за обмен на генетичен материал, при който има еднопосочен трансфер на генетична информация от донора към реципиента. Този трансфер е под контрола на специални конюгативни плазмиди (фактор на плодовитостта). Прехвърлянето на информация от клетката донор към клетката реципиент се осъществява чрез специални генитални власинки (пили). Възможно е също така да се прехвърля информация с помощта на неконюгирани плазмиди с участието на помощни плазмиди.Трансферът на целия набор от вирусни или фагови гени, водещ до развитието на фагови частици в клетката, се нарича трансфекция. Техниката, приложена към бактериални клетки, включва получаване на сферопласти, пречистване на инкубационната среда от нуклеази и добавяне на пречистена фагова ДНК (наличието на протамин сулфат повишава ефективността на трансфекцията). Техниката е приложима за животински и растителни клетки, използващи специални совалкови вирусни вектори.

Когато се прилага върху хора, генното инженерство може да се използва за лечение на наследствени заболявания. Технически обаче има значителна разлика между лечението на самия пациент и промяната на генома на неговите потомци.

Задачата за промяна на генома на възрастен е малко по-сложна от развъждането на нови генетично модифицирани породи животни, тъй като в този случай е необходимо да се промени геномът на множество клетки на вече оформен организъм, а не само на едно ембрионално яйце. За да направите това, се предлага да се използват вирусни частици като вектор. Вирусните частици са в състояние да проникнат в значителен процент от клетките на възрастни хора, вграждайки в тях своята наследствена информация; възможно е контролирано възпроизвеждане на вирусни частици в тялото. В същото време, за да намалят страничните ефекти, учените се опитват да избегнат въвеждането на генетично модифицирана ДНК в клетките на гениталните органи, като по този начин избягват въздействието върху бъдещите потомци на пациента. Заслужава да се отбележи и значителна критика към тази технология в медиите: разработването на генетично модифицирани вируси се възприема от мнозина като заплаха за цялото човечество.

С помощта на генната терапия е възможно в бъдеще да се промени човешкият геном. Понастоящем ефективните методи за модифициране на човешкия геном са на етап разработка и тестване върху примати. Дълго време генното инженерство на маймуните се сблъсква със сериозни трудности, но през 2009 г. експериментите се увенчаха с успех: в списание Nature се появи публикация за успешното използване на генетично модифицирани вирусни вектори за излекуване на възрастна мъжка маймуна от цветна слепота. През същата година първият генетично модифициран примат (отгледан от модифицирано яйце) ражда потомство – обикновената мармозетка.

Макар и в малък мащаб, генното инженерство вече се използва, за да даде шанс на жени с някои видове безплодие да забременеят, използвайки яйцеклетки от здрава жена. В резултат на това детето наследява генотипа от един баща и две майки.

Въпреки това, възможността за извършване на по-значителни промени в човешкия геном е изправена пред редица сериозни етични проблеми.

Заключение

В резултат на интензивното развитие на методите на генното инженерство са създадени клонове на много гени за рибозомна, транспортна и 5S РНК, хистони, миши, заешки, човешки глобин, колаген, овалбумин, човешки инсулин и други пептидни хормони, човешки интерферон и др. е получено.

Това направи възможно създаването на щамове бактерии, които произвеждат много биологично активни вещества, използвани в медицината, селското стопанство и микробиологичната индустрия.

Въз основа на генното инженерство се появи клон на фармацевтичната индустрия, наречен "ДНК индустрия". Това е един от съвременните клонове на биотехнологиите.

Човешкият инсулин (хумулин), получен с помощта на recDNA, е одобрен за терапевтична употреба. В допълнение, въз основа на множество мутанти за отделни гени, получени по време на тяхното изследване, са създадени високоефективни тестови системи за идентифициране на генетичната активност на факторите на околната среда, включително идентифицирането на канцерогенни съединения.

ПРЕПРАТКИ:

1) Бекиш О.-Я.Л. Медицинска биология. – Мн.: Ураджай, 2000. – с. 114-119.

2) Мутовин Г.Р. Основи на клиничната генетика. – М.: Висше училище, 1997. – с. 83-84.

3) Хеър Р.С. Основи на медицинската генетика. – Мн.: Висше училище, 1998. – с. 60-65.

4) biotechnolog.ru

план:

Въведение.

1. Същността на генното инженерство.

1.1. История на генното инженерство

1.2. Концепцията за генното инженерство

1.3. Цели и задачи на генното инженерство

2. Етапи на създаване на организми с генетично модифицирана програма.

2.1. Изолиране на гени (естествени или синтезирани), съдържащи необходимата информация.

2.2. Избор на вектори (вируси, плазмиди), способни на независима репликация в реципиентната клетка.

2.3. Получаване на рекомбинантна ДНК.

2.4. Въвеждане на рекомбинантна ДНК в реципиентната клетка.

3.Приложение на технологиите на генното инженерство в медицината.

1. Възможности на генното инженерство. 4

2. История на генното инженерство. 6

3. Генното инженерство като наука. Методи на генното инженерство. 10

4. Области на приложение на генното инженерство. 12

5. Научни факти за опасностите от генното инженерство. 18

Заключение. 22

Използвана литература.. 23

Въведение

Темата за генното инженерство напоследък става все по-популярна. Обръща се най-голямо внимание на негативните последици, до които може да доведе развитието на този клон на науката, и много малко се засягат ползите, които може да донесе генното инженерство.

Най-обещаващата област на приложение е производството на лекарства с помощта на технологии за генно инженерство. Наскоро стана възможно да се получат полезни ваксини на базата на трансгенни растения. Не по-малък интерес представлява производството на хранителни продукти по същите технологии.

Генното инженерство е науката на бъдещето. В момента по целия свят милиони хектари земя са засети с трансгенни растения, създават се уникални медицински препарати и нови производители на полезни вещества. С течение на времето генното инженерство ще направи възможно постигането на нови постижения в медицината, селското стопанство, хранително-вкусовата промишленост и животновъдството.

Целта на тази работа е да се проучат характеристиките на възможностите, историята на развитието и областите на приложение на генното инженерство.

1. Възможности на генното инженерство

Важна част от биотехнологията е генното инженерство. Родена в началото на 70-те, днес тя постигна голям успех. Техниките на генното инженерство трансформират клетки от бактерии, дрожди и бозайници във „фабрики“ за широкомащабно производство на всякакви протеини. Това дава възможност да се анализират в детайли структурата и функциите на протеините и да се използват като лекарства. В момента Escherichia coli (E. coli) се превърна в доставчик на такива важни хормони като инсулин и соматотропин. Преди това инсулинът се получаваше от животински клетки на панкреаса, така че цената му беше много висока. За получаването на 100 g кристален инсулин са необходими 800-1000 kg панкреас, а една жлеза на крава тежи 200-250 грама. Това направи инсулина скъп и трудно достъпен за широк кръг от диабетици. През 1978 г. изследователи от Genentech за първи път произвеждат инсулин в специално създаден щам на Escherichia coli. Инсулинът се състои от две полипептидни вериги А и В с дължина 20 и 30 аминокиселини. Когато са свързани чрез дисулфидни връзки, се образува нативен двойноверижен инсулин. Доказано е, че не съдържа протеини на E. coli, ендотоксини и други примеси, не предизвиква странични ефекти като животински инсулин и няма биологична активност

е различен. Впоследствие проинсулинът се синтезира в клетки на Е. coli, за които се синтезира ДНК копие върху РНК матрица с помощта на обратна транскриптаза. След пречистване на получения проинсулин, той се разделя на нативен инсулин, докато етапите на екстракция и изолиране на хормона са сведени до минимум. От 1000 литра културална течност могат да се получат до 200 грама от хормона, което е еквивалентно на количеството инсулин, отделено от 1600 kg панкреас на прасе или крава.

Соматотропинът е човешки растежен хормон, секретиран от хипофизната жлеза. Дефицитът на този хормон води до хипофизен нанизъм. Ако соматотропинът се прилага в дози от 10 mg на kg телесно тегло три пъти седмично, тогава за една година дете, страдащо от неговия дефицит, може да нарасне с 6 см. Преди това се получаваше от трупен материал, от един труп: 4 - 6 mg соматотропин по отношение на краен фармацевтичен продукт. По този начин наличните количества от хормона са ограничени, освен това хормонът, получен по този метод, е хетерогенен и може да съдържа бавно растящи вируси. През 1980 г. компанията Genentec разработва технология за производство на соматотропин с помощта на бактерии, която е лишена от тези недостатъци. През 1982 г. човешки растежен хормон е получен в култура на Е. coli и животински клетки в Института Пастьор във Франция, а през 1984 г. започва промишлено производство на инсулин в СССР. При производството на интерферон се използват както Е. coli, S. cerevisae (дрожди), така и култура от фибробласти или трансформирани левкоцити. По подобни методи се получават и безопасни и евтини ваксини.

Технологията на рекомбинантната ДНК направи възможен нетрадиционен протеиново-генен подход, наречен обратна генетика. При този подход протеин се изолира от клетка, генът за този протеин се клонира и той се модифицира, създавайки мутантен ген, кодиращ променена форма на протеина. Полученият ген се въвежда в клетката. Ако се експресира, клетката, която го носи, и неговите потомци ще синтезират променения протеин. По този начин могат да се коригират дефектни гени и да се лекуват наследствени заболявания.

Ако хибридната ДНК се въведе в оплодена яйцеклетка, могат да бъдат произведени трансгенни организми, които експресират мутантния ген и го предават на своето потомство. Генетичната трансформация на животни позволява да се установи ролята на отделните гени и техните протеинови продукти както в регулирането на активността на други гени, така и в различни патологични процеси. С помощта на генното инженерство са създадени линии животни, устойчиви на вирусни заболявания, както и породи животни с полезни за човека черти. Например, микроинжектирането на рекомбинантна ДНК, съдържаща гена на говежди соматотропин, в зигота на заек, направи възможно получаването на трансгенно животно с хиперпродукция на този хормон. Получените животни са с изразена акромегалия.

Носителите на материалната основа на гените са хромозоми, които включват ДНК и протеини. Но гените на формирането не са химически, а функционални. От функционална гледна точка ДНК се състои от множество блокове, които съхраняват определено количество информация – гени. Действието на гена се основава на способността му да определя протеиновия синтез чрез РНК. Молекулата на ДНК съдържа, така да се каже, информация, която определя химическата структура на протеиновите молекули. Генът е част от ДНК молекула, която съдържа информация за първичната структура на всеки един протеин (един ген - един протеин). Тъй като в организмите има десетки хиляди протеини, има десетки хиляди гени. Съвкупността от всички гени на една клетка съставлява нейния геном. Всички клетки на тялото съдържат един и същ набор от гени, но всяка от тях изпълнява различна част от съхранената информация. Ето защо, например, нервните клетки се различават от чернодробните както по структурни, така и по функционални и биологични характеристики.

Сега дори е трудно да се предвидят всички възможности, които ще се реализират през следващите няколко десетилетия.

2. История на генното инженерство

Историята на високите биомедицински технологии, методите за генетични изследвания, както и самото генно инженерство, са пряко свързани с вечното желание на човека да подобри породите домашни животни и култивираните растения, отглеждани от хората. Избирайки определени индивиди от групи животни и растения и кръстосвайки ги един с друг, човекът, без да има правилна представа за вътрешната същност на процесите, протичащи вътре в живите същества, въпреки това, в продължение на много стотици и хиляди години, създава подобрени породи животни и сортове растения, които имат определени полезни и необходими свойства за хората.

През 18-ти и 19-ти век са правени много опити да се установи как чертите се предават от поколение на поколение. Едно важно откритие е направено през 1760 г. от ботаника Koelreuther, който кръстосва два вида тютюн, пренасяйки прашеца от тичинките на един вид към плодниците на друг вид. Растенията, получени от хибридни семена, имат характеристики, междинни между тези на двамата родители. Koelreuter направи логичното заключение от това, че родителските характеристики се предават както чрез цветен прашец (семенни клетки), така и чрез яйцеклетки (яйцеклетки). Но нито той, нито неговите съвременници, които се занимаваха с хибридизация на растения и животни, не успяха да разкрият естеството на механизма на предаване на наследствеността. Това отчасти се обяснява с факта, че по това време цитологичната основа на този механизъм все още не е била известна, но главно с факта, че учените са се опитвали да изучават наследяването на всички характеристики на растенията едновременно.

Научният подход за изучаване на унаследяването на определени черти и свойства е разработен от австрийския католически монах Грегор Мендел, който през лятото на 1865 г. започва експериментите си по хибридизация на растенията (кръстосване на различни сортове грах) на територията на своя манастир. Той е първият, който открива основните закони на генетиката. Грегор Мендел постигна успех, защото изучаваше унаследяването на отделни, ясно различими (контрастни) белези, преброи броя на потомството от всеки тип и внимателно водеше подробни записи на всички свои експерименти с кръстосване. Познаването на основите на математиката му позволи да интерпретира правилно получените данни и да изложи предположението, че всяка черта се определя от два наследствени фактора. По-късно талантлив монах-изследовател успя ясно да покаже, че наследствените свойства не се смесват, а се предават на потомството под формата на определени единици. Това блестящо заключение впоследствие беше напълно потвърдено, когато беше възможно да се видят хромозомите и да се открият характеристиките на различните видове клетъчно делене: митоза (соматични клетки - телесни клетки), мейоза (полова, репродуктивна, зародишна) и оплождане.

Мендел докладва резултатите от работата си на среща на Дружеството на естествоизпитателите в Брун и ги публикува в сборника на това общество. Значението на неговите резултати не беше разбрано от неговите съвременници и тези изследвания не привлякоха вниманието на селекционерите и естествоизпитателите в продължение на почти 35 години.

През 1900 г., след като стават известни подробностите за клетъчното делене по тип митоза, мейоза и самото оплождане, трима изследователи - де Врис в Холандия, Коренс в Германия и Чермак в Австрия - провеждат серия от експерименти и независимо един от друг преоткриват законите на наследствеността, описани преди това от Мендел. По-късно, след като откриха статия на Мендел, в която тези закони бяха ясно формулирани преди 35 години, тези учени единодушно отдадоха почит на учения монах, като нарекоха двата основни закона на наследствеността на негово име.

През първото десетилетие на 20-ти век бяха проведени експерименти с голямо разнообразие от растения и животни и бяха направени многобройни наблюдения относно унаследяването на характерите при хората, което ясно показа, че при всички тези организми наследствеността се подчинява на едни и същи основни закони. Установено е, че факторите, описани от Мендел, които определят индивидуалната черта, се намират в хромозомите на клетъчното ядро. Впоследствие, през 1909 г., тези единици са наречени гени от датския ботаник Йохансен (от гръцката дума "ge-nos" - род, произход), а американският учен Уилям Сътън забелязва изненадващо сходство между поведението на хромозомите по време на образуването на гамети (полови клетки), тяхното оплождане и предаване на менделски наследствени фактори – гени. Въз основа на тези гениални открития е създадена така наречената хромозомна теория за наследствеността.

Всъщност самата генетика, като наука за наследствеността и изменчивостта на живите организми и методите за управлението им, възниква в началото на 20 век. Американският генетик Т. Морган, заедно със своите сътрудници, проведе множество експерименти, които позволиха да се разкрие генетичната основа на определянето на пола и да се обяснят редица необичайни форми на наследяване, при които предаването на черта зависи от пола на индивида (така наречените черти, свързани с пола). Следващата голяма стъпка напред е направена през 1927 г., когато Г. Мьолер установява, че чрез облъчване на плодовата муха Drosophila и други организми с рентгенови лъчи е възможно изкуствено да се предизвикат генни промени в тях, тоест мутации. Това направи възможно получаването на много нови мутантни гени - допълнителен материал за изследване на наследствеността. Данните за природата на мутациите послужиха като един от ключовете към разбирането и структурата на самите гени.

През 20-те години на нашия век съветски учени от школата на A.S. Серебровски провежда първите експерименти, които показват колко сложен е генът. Тези идеи са използвани от Дж. Уотсън и Ф. Крик, които успяват през 1953 г. в Англия да създадат ДНК модел и да дешифрират генетичния код. Последвалата изследователска работа, свързана с целенасоченото създаване на нови комбинации от генетичен материал, доведе до появата на самото генно инженерство.

В същото време, през 40-те години, започва експериментално изследване на връзките между гените и ензимите. За тази цел широко се използва друг обект - плесента Neurospora, от която е възможно изкуствено да се получат и изследват редица биохимични мутации, свързани със загубата на един или друг специален ензим (протеин). През последните две десетилетия най-честите цели на генетичните изследвания са Escherichia coli и някои бактериофаги, които заразяват тази бактерия.

От самото начало на 20-ти век продължава интересът към изучаването на унаследяването на определени (специфични) черти при хората и към наследственото предаване на желани и нежелани черти при домашни животни и култивирани растения. Въз основа на непрекъснато нарастващите познания за генетичните модели, генетиците и животновъдите са се научили, почти по поръчка, да отглеждат породи животни, които могат да оцелеят в горещ климат, крави, които дават много мляко с високо съдържание на мазнини, пилета, които снасят големи яйца с тънки черупки и сортове царевица и пшеница, които са силно устойчиви на определени заболявания.

През 1972 г. в САЩ в лабораторията на П. Берг е получена първата хибридна (рекомбинантна) ДНК. Вълнуващи идеи в областта на човешката генетика и генетичните методи на изследване започнаха широко да се развиват и прилагат в самата медицина. През 70-те години започва декодирането на човешкия геном. Повече от десетилетия съществува проект, наречен Човешки геном. От 3 милиарда нуклеотидни двойки, подредени в непрекъснати непрекъснати пасажи, досега са прочетени само около 10 милиона знака. В същото време се създават нови генетични техники, които увеличават скоростта на четене на ДНК. Директор на Медицинския генетичен център на Руската академия на медицинските науки V.I. Иванов категорично вярва, че „целият геном ще бъде разчетен около 2020 г.“.

3. Генното инженерство като наука. Методи на генното инженерство

Генното инженерство е in vitro изграждане на функционално активни генетични структури (рекомбинантна ДНК), или с други думи, създаването на изкуствени генетични програми (Баев А.А.). Според Е.С. Пирузянското генно инженерство е система от експериментални техники, които позволяват да се конструират изкуствени генетични структури в лаборатория (in vitro) под формата на така наречените рекомбинантни или хибридни ДНК молекули.

Говорим за насочено, по предварително зададена програма, изграждане на молекулярно-генетични системи извън тялото с последващото им въвеждане в живия организъм. В този случай рекомбинантната ДНК става неразделна част от генетичния апарат на реципиентния организъм и му придава нови уникални генетични, биохимични и след това физиологични свойства.

Рекомбинантната ДНК технология използва следните методи:

Специфично разцепване на ДНК чрез рестрикционни нуклеази, ускоряващо изолирането и манипулирането на отделните гени;

Бързо секвениране на всички нуклеотиди в пречистен ДНК фрагмент, което дава възможност да се определят границите на гена и кодираната от него аминокиселинна последователност;

Конструиране на рекомбинантна ДНК;

Хибридизация на нуклеинова киселина, която позволява откриването на специфични РНК или ДНК последователности с по-голяма точност и чувствителност, въз основа на тяхната способност да свързват комплементарни последователности на нуклеинова киселина;

Въвеждане на рекомбинантна ДНК в клетки или организми.

4. Области на приложение на генното инженерство

Настоящите научни открития в областта на човешката генетика всъщност имат революционно значение, тъй като става дума за възможността за създаване на „карта на човешкия геном“ или „патологична анатомия на човешкия геном“. Тази генетична карта ще позволи да се определи местоположението на гените върху дългата спирала на ДНК, които са отговорни за някои наследствени заболявания. Според генетиците тези неограничени възможности са в основата на идеята за използване на така наречената генна терапия в клиничната практика, което е насока за лечение на пациенти, която включва заместване на засегнатите гени с помощта на високи биомедицински технологии и генно инженерство. Инвазията в състава на човешките генни системи и осигуряването на тяхната жизнена дейност е възможна както на ниво соматични (всички телесни клетки с определени структурни и функционални различия) клетки на тялото, така и на ниво репродуктивни, репродуктивни (зародишни) и зародишни. (ембрионални) клетки.

Генното инженерство като вид терапия - лечение на специфично генетично обусловено заболяване - е свързано с доставянето на съответна недефектна ДНК молекула с цел заместването й с помощта на ген - участък от хромозома, който съдържа дефект или за интегриране в човешкия генетичен материал чрез сливане с така наречените соматични клетки на човешкото тяло, които имат генетичен дефект. Задачата на генното инженерство по отношение на човек е да осигури подходящо целенасочено въздействие върху определен ген, за да го коригира към правилно функциониране и да осигури на човек, страдащ от наследствено заболяване, нормална, непроменена версия на гена. За разлика от лекарствената терапия, тази терапия, наречена генно инженерство, очевидно ще може да осигури на пациента дългосрочно, продължително, високоефективно лечение, което носи голямо облекчение и полза.

Въпреки това, всички съвременни методи за въвеждане на ДНК в живи организми не са в състояние да я насочат и доставят до специфична популация от клетки, съдържащи променен и следователно неправилно функциониращ ген. С други думи, така нареченият насочен трансфер, транспортът на гени в тялото (в модела „in vivo“) в момента е невъзможен.

Друг методологичен подход, базиран на извличане от тялото на пациента на определена популация от клетки, съдържащи засегнатия ген, и манипулиране на генетичния материал чрез заместване на дефектни гени в клетките с помощта на генно инженерство (в модела „ин витро“) и връщането им към това място в тялото, където са били взети от пациента, в момента е възможно в медицински генетични центрове. Този метод на генна терапия чрез генно инженерство вече е използван в експериментален опит за излекуване на двама пациенти, страдащи от рядко генетично заболяване, наречено бета таласемия, което, подобно на сърповидноклетъчната анемия, също се причинява от наличието на малформиран и следователно неправилно функциониращ протеин в червените кръвни клетки. Същността на манипулацията се състоеше в това, че от костния мозък на тези пациенти се изолират т. нар. стволови клетки, в чиито хромозоми се въвежда участъкът от ДНК, отговорен за производството на нормалния хемоглобулин протеин - генът. След като неправилно функциониращите стволови клетки, останали в костния мозък на пациентите, бяха почти напълно унищожени, пациентите бяха инжектирани с генетично модифицирани стволови клетки. За съжаление тези два опита бяха клинично неуспешни, тъй като пациентите починаха. Този първи случай на генно инженерство в болнична обстановка не беше разрешен или одобрен от съответните ревизионни комисии и участниците в него бяха строго осъдени за грубо нарушаване на правилата за изследване в областта на човешката генетика.

Генното инженерство на репродуктивни (репродуктивни) клетки може да доведе до напълно различни последствия, тъй като въвеждането на ДНК в тези клетки се различава от коригирането на генетичен дефект в соматичните (телесни, нерепродуктивни) клетки. Известно е, че въвеждането на други гени в хромозомите на зародишните клетки води до тяхното предаване на следващите поколения. По принцип може да си представим добавяне на определени участъци от ДНК, които да заменят дефектните участъци към генетичния материал на всяка възпроизвеждаща се клетка на определен човек, който е засегнат от едно или друго генетично обусловено заболяване.

Наистина, това е постигнато при мишки. Така от яйчника на женска е получена яйцеклетка, която впоследствие е оплодена in vitro (ин витро), след което в хромозомата на оплодената яйцеклетка е въведена чужда ДНК секция. Самата оплодена яйцеклетка с променен геном е имплантирана (въведена) в майчината матка на женска мишка. Източникът на чужда ДНК в един експеримент е заешки генетичен материал, а в другия човешки генетичен материал.

За да се открие по време на периода на развитие на плода вероятността от раждане на дете с определени генетични аномалии, като синдром на Даун или болест на Тей-Сакс, се използва изследователска техника, наречена амниоцентеза - пренатален анализ, по време на който се взема проба от биологична течност съдържащи зародишни клетки, взети от амниотичния сак в началото на втория триместър на бременността. В допълнение, техниката за извличане на различни фетални клетки от проба от плацентарната кръв на майката беше допълнително разработена. Получените по този начин маточни клетки засега могат да се използват само за идентифициране на ограничен брой генетично обусловени заболявания, при които има изразени, груби нарушения в структурата на ДНК и промени, установени чрез биохимични тестове. Генното инженерство, използващо рекомбинантна ДНК по време на пренатални изследвания, отваря възможността за правилно диагностициране на различни и многобройни наследствени заболявания.

В този случай се разработват техники за създаване на така наречените генни „сонди“, с помощта на които е възможно да се определи дали дадена хромозома съдържа нормален, непроменен ген или анормален, дефектен ген. В допълнение, генното инженерство, свързано с използването на рекомбинантна ДНК, която е на един от етапите на своето формиране, в бъдеще ще позволи да се извърши така нареченото „планиране“ на човешки гени, така че определен ген който носи изкривена, патологична информация и следователно представлява интерес за генетиците, може да бъде идентифициран навреме и достатъчно бързо по аналогия с метода на използване на друг „маркиран“ ген. Тази сложна медицинска и биологична техника трябва да помогне при определянето на местоположението на всеки ген в клетките на матката, а не само в тези, в които има вероятност да бъдат открити различни нарушения с помощта на техниката на амниоцентеза.

В тази връзка през последните години се появиха нови раздели на биомедицинските науки, като например високи ДНК технологии, ембриотерапия и клетъчна терапия (цитотерапия), тоест вътрематочна диагностика и лечение на генетично обусловено заболяване както при образователен етап и развитието на ембриона (ембриона), и на етапа на съзряване на плода. Инвазията и манипулирането на ембрионален материал има пряко въздействие върху наследяването на генетичните промени, тъй като те имат способността да се предават от поколение на поколение. Освен това самата генетична диагноза започва да се развива в генетично прогнозиране, тоест в определяне на бъдещата съдба на човек, консолидиране на основните революционни промени в самата медицина, която в резултат на сложни медико-генетични експерименти и техники получи възможността много преди появата на „клиничната картина на заболяването“, понякога дори преди раждането на човек, за да се определи какви наследствени заболявания го заплашват. Така, благодарение на усилията на генетици и специалисти в областта на генното инженерство, в дълбините на биомедицинските науки се роди така наречената „предсказуема медицина“, тоест медицина, която „прави прогнози за бъдещето“.

В същото време различни технологии и методи на генното инженерство позволяват да се предскаже в пренаталния период от развитието на детето, преди неговото раждане, не само наличието на определено наследствено заболяване, но и да се опише подробно медицинското и генетичното свойства на растящия ембрион и плод.

С натрупването на нови данни за генетичното картографиране на човешкия геном и описанието (секвенирането) на неговата ДНК, а също и защото съвременните методи за изследване на ДНК полиморфизмите, които се разработват, позволяват да се направи достъпна генетична информация за определени структурни и функционални ( включително патологични) характеристики на човешкото тяло, които очевидно ще се появят в бъдеще, но все още не са забележими сега, става възможно да се получи с помощта на медицинска генетична диагностика цялата генетична информация за детето не само предклинично, т.е. преди проявата на определено наследствено заболяване и пренатално, т.е. преди раждането му, но също и прецептивно, т.е. дори преди зачеването му.

В обозримо бъдеще, благодарение на успеха и напредъка в областта на медицинската генетична диагностика, ще бъде възможно, въз основа на данни от ДНК диагностика, да се прецени доста уверено, например какъв е ръстът, умствените способности, предразположеността към определени заболявания. (по-специално рак) ще бъде. или психически), обречен на проява и развитие на всякакви наследствени заболявания.

Съвременните медицински и биологични технологии позволяват да се открият различни нарушения в гените, които могат да се проявят и да причинят определени заболявания, не само на етапа на клинично изразено заболяване, но и когато все още няма признаци на патология и самата болест няма се проявява толкова скоро. Примери за това включват болестта на Алцхаймер и хореята на Хънтингтън, които засягат хора над 40-годишна възраст или дори над 70-годишна възраст. Но дори и в тези случаи е възможно да се открият гени, които могат да причинят подобни заболявания при хората, дори преди зачеването на пациента. Известно е също, че захарният диабет може да бъде класифициран като едно от тези заболявания. Предразположението към това заболяване и самата генетично обусловена патология са наследени и могат да се проявят в случай на неспазване на определен начин на живот в зряла или напреднала възраст. Можем да кажем с достатъчна сигурност, че ако и двамата родители или един от тях страдат от диабет, тогава вероятността от наследяване на гена „диабет“ или комбинация от такива гени се предава на децата.

В този случай се оказва възможно да се проведат подходящи медико-биологични изследвания и да се постави правилна диагноза при наличие на микроскопично малки количества биологичен материал. Понякога за това са достатъчни няколко отделни клетки, които ще бъдат размножени в култура ин витро и от тях ще се получи "генетичен портрет" на изследваното лице, разбира се, не за всички гени от неговия геном (има десетки). на хиляди от тях!), но за тези от тях, по отношение на които има основателни причини да се подозира наличието на определени дефекти. Едновременното развитие на методите на клетъчното и генното инженерство ще направи възможно на следващите етапи от познаването на генома да се отвори практическата възможност за произволна и преди всичко за терапевтични цели промяна на последователността и реда на гените, техния състав и структура.

Медицината не е единствената област на приложение на генното инженерство. Има генно инженерство на растения и генно инженерство на бактериологични клетки.

Напоследък се появиха нови възможности за получаване на „годни за консумация“ ваксини на базата на трансгенни растения.

Голям напредък е постигнат в трансгенните растения в света. Те до голяма степен се дължат на факта, че проблемът за получаване на организъм от клетка, група клетки или незрял ембрион в растенията вече не е много труден. Клетъчните технологии, тъканните култури и създаването на регенеранти са широко използвани в съвременната наука.

Нека разгледаме постиженията в областта на растениевъдството, получени в Сибирския институт по физиология на растенията и биохимия на Сибирския клон на Руската академия на науките.

Така през последните години бяха получени редица трансгенни растения чрез прехвърляне в техния геном на гените ugt, acp, acb, accc и други, изолирани от различни растителни обекти.

В резултат на въвеждането на тези гени се появиха трансгенни растения от пшеница, картофи, домати, краставици, соя, грах, рапица, ягоди, трепетлика и някои други.

Въвеждането на гени се извършва или чрез „насочване“ към тъкани от „генен пистолет“ (чийто дизайн е разработен в нашия институт), или чрез генетичен вектор, базиран на агробактериален плазмид с вградени целеви гени и съответните промотори .

В резултат на това се образуват редица нови трансгенни форми. Ето някои от тях.

Трансгенната пшеница (2 сорта), която има значително по-интензивен растеж и братене, вероятно е по-устойчива на суша и други неблагоприятни фактори на околната среда. Проучва се продуктивността му и наследяването на придобитите свойства.

Трансгенни картофи, които са били наблюдавани в продължение на три години. Той постоянно произвежда добив, който е с 50-90 процента по-висок от контролата, придобил е почти пълна резистентност към ауксиновите хербициди и в допълнение клубените му „почерняват“ значително по-малко при срязване поради намаляване на активността на полифенолоксидазата.

Трансгенен домат (няколко сорта), характеризиращ се с по-голяма храстовидност и добив. В оранжерия добивът му е до 46 кг/кв.м (над два пъти повече от контролата).

Трансгенната краставица (няколко сорта) дава по-голям брой фертилни цветове и съответно плодове с добив до 21 кг на квадратен метър срещу 13,7 в контролата.

Съществуват трансгенни форми на други растения, много от които също притежават редица полезни стопански качества.

Генното инженерство е науката на днешния и утрешния ден. Вече десетки милиони хектари по света се засяват с трансгенни растения, създават се нови лекарства и нови производители на полезни вещества. С течение на времето генното инженерство ще става все по-мощен инструмент за нови постижения в медицината, ветеринарната медицина, фармакологията, хранително-вкусовата промишленост и селското стопанство.

5. Научни факти за опасностите от генното инженерство

Трябва да се отбележи, че наред с напредъка, който носи развитието на генното инженерство, има и някои факти за опасностите от генното инженерство, основните от които са представени по-долу.

2. В момента генното инженерство е технически несъвършено, тъй като не е в състояние да контролира процеса на вмъкване на нов ген. Следователно е невъзможно да се предвиди мястото на вмъкване и ефектите на добавения ген. Дори ако местоположението на ген може да бъде определено, след като е бил вмъкнат в генома, наличната информация за ДНК е много непълна, за да се предскажат резултатите.

3. В резултат на изкуствено добавяне на чужд ген могат неочаквано да се образуват опасни вещества. В най-лошия случай това може да са токсични вещества, алергени или други вещества, вредни за здравето. Информацията за тези видове възможности все още е много непълна.

4. Няма напълно надеждни методи за тестване за безвредност. Повече от 10% от сериозните странични ефекти на новите лекарства не могат да бъдат открити, въпреки внимателно проведените проучвания за безопасност. Рискът опасните свойства на новите генетично модифицирани храни да останат незабелязани вероятно е значително по-голям, отколкото в случая с лекарствата.

5. Настоящите изисквания за изпитване за безвредност са крайно недостатъчни. Те са ясно предназначени да опростят процеса на одобрение. Те позволяват използването на изключително нечувствителни методи за изпитване на безвредност. Поради това съществува значителен риск опасните хранителни продукти да могат да преминат проверката незабелязани.

6. Хранителните продукти, създадени до момента с помощта на генно инженерство, нямат съществена стойност за човечеството. Тези продукти задоволяват предимно търговски интереси.

9. Познаването на наследствената субстанция, ДНК, е много непълно. Известна е функцията само на три процента от ДНК. Рисковано е да се манипулират сложни системи, за които знанията са непълни. Богатият опит в областта на биологията, екологията и медицината показва, че това може да причини сериозни непредвидими проблеми и нарушения.

10. Генното инженерство няма да помогне за решаването на проблема с глада по света. Твърдението, че генното инженерство може да допринесе значително за решаването на проблема с глада по света, е научно необоснован мит.

Заключение

Генното инженерство е метод на биотехнологията, който се занимава с изследване на преструктурирането на генотипите. Генотипът не е просто механична сума от гени, а сложна система, която се е развила в хода на еволюцията на организмите. Генното инженерство прави възможно прехвърлянето на генетична информация от един организъм в друг чрез in vitro операции. Трансферът на гени позволява да се преодолеят междувидовите бариери и да се прехвърлят индивидуалните наследствени характеристики на един организъм в друг.

Пренареждането на генотипите при изпълнение на задачи на генното инженерство представлява качествени промени в гените, които не са свързани с промени в структурата на хромозомите, видими под микроскоп. Генните промени са свързани предимно с трансформацията на химическата структура на ДНК. Информацията за структурата на протеина, записана като последователност от нуклеотиди, се внедрява като последователност от аминокиселини в синтезираната протеинова молекула. Промяната в последователността на нуклеотидите в хромозомната ДНК, загубата на някои и включването на други нуклеотиди, променя състава на РНК молекулите, образувани върху ДНК, и това от своя страна определя нова последователност от аминокиселини по време на синтеза. В резултат на това в клетката започва да се синтезира нов протеин, което води до появата на нови свойства в тялото. Същността на методите на генното инженерство е, че отделни гени или групи от гени се вмъкват или изключват от генотипа на даден организъм. В резултат на вмъкване на отсъстващ преди това ген в генотипа, клетката може да бъде принудена да синтезира протеини, които преди това не е синтезирала.

Библиография

2. Лий А., Тинланд Б. Интегриране на t-ДНК в растителния геном: прототип и реалност // Физиология на растенията. 2000. - Том 47. - № 3.

3. Лутова Л. А., Проворов Н. А., Тиходеев О. Н. и др., Генетика на развитието на растенията. - Санкт Петербург: Наука, 2000. - 539 с.

4. Lyadskaya M. Генното инженерство може да направи всичко - дори да отгледа ваксина в градината // Фармацевтичен бюлетин. - 2000. - № 7.

5. Романов Г. А. Генетично инженерство на растенията и начини за решаване на проблема с биобезопасността // Физиология на растенията, 2000. - Том 47. - № 3.

6. Саляев Р. Митове и реалности на генното инженерство // Науката в Сибир. - 2002. - № 7.

7. Фаворова О. О. Лечение с гени - измислица или реалност? // Фармацевтичен бюлетин. - 2002. - № 5.

Кузмина Н.А. Основи на биотехнологията: учебник. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256 с.

Лутова Л. А., Проворов Н. А., Тиходеев О. Н. и др., Генетика на развитието на растенията. - Санкт Петербург: Наука, 2000. - 539 с.

Лядская М. Генното инженерство може да направи всичко - дори да отгледа ваксина в градината // Фармацевтичен бюлетин. - 2000. - № 7.

Кузмина Н.А. Основи на биотехнологията: учебник. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256 с.

Фаворова О. О. Лечение с гени - измислица или реалност? // Фармацевтичен бюлетин. - 2002. - № 5.

Саляев Р. Митове и реалности на генното инженерство // Науката в Сибир. - 2002. - № 7.

Кузмина Н.А. Основи на биотехнологията: учебник. - Омск: ОГПУ, 2001. - 256 с.