Генная и клеточная инженерия

 
 

Министерство  образования и науки российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Оренбургский  государственный  институт менеджмента 

Кафедра ____________________________________ 
 

Фамилия, имя, отчество _________________________________________

Адрес заочника, индекс _________________________________________

______________________________________________________________ 

Факультет ________________Курс __________ Группа _______________

Специальность _________________________________________________

Дисциплина ___________________________________________________

Тема контрольной  работы _______________________________________

______________________________________________________________                                 
 
 
 
 

ОТМЕТКА ПРЕПОДОВАТЕЛЯ 

Фамилия рецензента ____________________________________________

Дата получения  «____» _____________ 200_ г.

Дата проверки «_____» _____________ 200 _ г.

Оценка _______________________________________________________

Подпись преподавателя _________________________________________

Рецензия преподавателя _________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Оглавление

Введение ……………………………………………………………….…..… 3

1 Клеточная инженерия……….………………...……………………….…... 4

1.1 Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий …4

1.2 Клонирование………………….……………………………………..…... 6

1.3 Способы клонирования………………………………………………...... .7

1.4 Клонирование – ключ к вечной молодости…...….................................. 10

2 Генная инженерия……………………………...………………………...…12

2.1 Практические результаты генной инженерии…………..………..…..... 13

2.2 Возможности и значение генной инженерии…….………...……...……14

Заключение …………………………………………………………………...16

Библиографический список …….. …………………………………………..18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

     Концепция современного естествознания является одной из самых распространенных наук. Она изучает почти все  области жизнедеятельности человека: от литературы до математики и философии. Концепция современного естествознания неразрывно связана с биологией.

     Биология – это наука, которая в наши дни активно развивается и огромные надежды возлагаются именно на биотехнологии. Сейчас методы биотехнологии внедряются в промышленность, сельское хозяйство и медицину. Генетическая инженерия, клеточная инженерия и конечно клонирование наиболее актуальны в XXI веке [2,18с]. Я выбрала именно эту тему для своей работы так как хочется узнать больше о направлениях современной биологии. А именно в своей работе я раскрою такое направление в науке, как генная и клеточная инженерия.

     Генная  и клеточная инженерия - развитие молекулярной биологии привело к ряду открытий, имеющих важное практическое значение. Сейчас ученые научились выводить новые клетки из одной материнской, а также выводить совершенно новые клетки. Также ученые научились соединять клетки разных видов растений, объединяя их генетические программы. Человечество вступило в новую эпоху конструирования генетических программ, и на этой основе создаются новые виды микроорганизмов, растений, животных. В технике начинается широкое использование физико-химических принципов работы живой клетки, ее энергетических устройств, для решения практических задач и создания промышленных технологий. 
 
 
 
 
 
 

1 Клеточная инженерия

     Клеточная инженерия – это создание клеток нового типа на основе их гибридизации, реконструкции и культивирования. Клеточная инженерия включает реконструкцию жизнеспособной клетки из отдельных фрагментов разных клеток, объединение целых клеток, принадлежавших различным видам (и даже относящихся к разным царствам — растениям и животным), с образованием клетки, несущей генетический материал обеих клеток, и другие операции. Клеточная инженерия используется для решения теоретических проблем в биотехнологии и является одним из основных её методов для создания новых форм растений и животных. 

     1.1 Улучшение растений и животных на основе клеточных технологий

     Выращиваемые  на искусственных питательных средах клетки и ткани растений составляют основу разнообразных технологий в  сельском хозяйстве. Одни из них направлены на получение идентичных исходной форме растений, а другие - на создание растений, генетически отличных от исходных (путем или облегчения и ускорения традиционного селекционного процесса или создания генетического разнообразия и поиска и отбора генотипов с ценными признаками). В первом случае используют искусственное оплодотворение, культуру незрелых гибридных семяпочек и зародышей, регенерацию растений из тканей летальных гибридов, гаплоидные растения, полученные при культивировании пыльников или микроспор. Во втором — новые формы растений создаются на основе мутантов. Таким путем получены растения, устойчивые к вирусам и другим патогенам, гербицидам, растения, способные синтезировать токсины, патогенные для насекомых-вредителей, растения с чужеродными генами, контролирующими синтез белков холодоустойчивости и белков с улучшенным аминокислотным составом, растения с измененным балансом фитогормонов и т. д.

     Важную  роль в животноводстве сыграла разработка методов длительного хранения спермы в замороженном состоянии и искусственного осеменения [1,18с]. Реально же развернулись исследования по клеточной и генной инженерии на млекопитающих только с освоением техники оплодотворения, обеспечившей получение достаточного количества зародышей на ранних стадиях развития. Генетическое улучшение животных связано с разработкой технологии трансплантации эмбрионов и методов микроманипуляций с ними (получение однояйцевых близнецов, межвидовые пересадки эмбрионов и получение химерных животных, клонирование животных при пересадке ядер эмбриональных клеток в энуклеированные, т. е. с удаленным ядром, яйцеклетки). В 1996 шотландским ученым из Эдинбурга впервые удалось получить овцу из энуклеированной яйцеклетки, в которую было пересажено ядро соматической клетки (вымени) взрослого животного. Эта работа открывает широкие перспективы в области клонирования животных и принципиальную возможность клонирования в будущем и человека. В этой же лаборатории было получено еще пять клонированных ягнят, в ген одного из которых был встроен ген белка человека. Клеточная инженерия позволяет конструировать клетки нового типа с помощью мутационного процесса гибридизации и, более того, комбинировать отдельные фрагменты разных клеток, клетки различных видов относящиеся не только к разным родам, семействам, но и царствам. Это облегчает решение многих теоретических проблем и имеет практическое значение.

     Клеточная инженерия – широко используется в селекции растений. Выведены гибриды  томата и картофеля, яблони и вишни. Регенерированные из таких клеток растения с измененной наследственностью позволяют синтезировать новые формы, сорта, обладающие полезными свойствами и устойчивые к неблагоприятным условиям и болезням. Этот метод и широко используется для «спасения» ценных сортов, пораженных вирусными болезнями. Из их ростков в культуре выделяют несколько верхушечных клеток, еще не пораженных вирусом, и добиваются регенерации из них здоровых растений, сначала в пробирке, а затем пересаживают в почву и размножают.           

     1.2 Клонирование

     Клонирование  – получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения. По-другому определение клонирования звучит так - это процесс изготовления генетически идентичных копий отдельной клетки или организма. То есть эти организмы похожи не только внешне, но и генетический код, заложенный в них, одинаков.

     Возможности клонирования открывают новые перспективы  для садоводов-огородников, фермеров-животноводов, а также для его медицинского применения. Одной из главных задач в данной области является создание коров, в молоке которых будет содержаться сыворотка человеческого алгаомина. Эта сыворотка используется для лечения ожогов и иных травм, и мировая потребность в ней составляет от 500 до 600 тон в год. Это одно направление. Второе – создание органов животных, которые можно будет использовать для трансплантации человеку. Во всех странах существует серьезный недостаток донорских органов - почек, сердец, поджелудочных желез, печени. Поэтому идея, что можно создать практически конвейерное производство трансгенетических свиней, по графику поставляющих такие органы для пациентов, специально подготовленных для приема этих органов, вместо того, чтобы отчаянно пытаться найти подходящую ткань у донора-человека - такая идея является волнующей перспективой. Путём клонирования можно получать животных с высокой продуктивностью яиц, молока, шерсти или таких животных, которые выделяют нужные человеку ферменты (инсулин, интерферон, химозин). Человеческие ферменты можно получать и более простым способом: взяв нужную клетку крови человека, клонировать её и вырастить клеточную культуру, которая в лабораторных условиях будет производить нужный фермент. Комбинируя методы генной инженерии с клонированием, можно вывести трансгенные сельскохозяйственные растения, которые смогут сами себя защищать от вредителей или будут устойчивы к определённым болезням [6,18с]. 

     1.3 Способы клонирования 

     Как уже говорилось выше, получение идентичных потомков при помощи бесполого размножения  называется клонированием. Этот метод  возник в результате попыток доказать, что ядра зрелых клеток, которые закончили своё развитие, содержат всю информацию, необходимую для кодирования всех признаков организма, специализация каждой клетки обусловлена включением определённых генов или их выключением, а не утратой некоторых из них. Первый успех был достигнут профессором Корнельского университета Стюардом. Он доказал, что, выращивая отдельные клетки съедобной части моркови в среде, содержащей нужные питательные вещества и гормоны, можно индуцировать процессы клеточного деления, приводящие к образованию новых клеток моркови. Первым, кто доказал возможность искусственного получения близнецов, был немецкий эмбриолог Дриш. Разделив клетки двуклеточного зародыша морского ежа, он получил два генетически идентичных организма.  
Первые успешные опыты по трансплантации ядер клеток тела в яйцеклетку осуществили в 1952 году Бриге и Кинг, проводившие опыты с амебами. А в 1979 году англичанин Виладсен разработал метод получения однояйцевых близнецов из эмбрионов овцы и коровы. Однако развития эмбрионов добиться не удалось. А в 1976 году Дж. Гердон доказал возможность клонирования на лягушках. Лишь в 1983 году учёным удалось получить серийные клоны взрослых амфибий.

     Как же, вопреки строгой закономерности, можно заставить клетку развиваться  только с материнским диплоидным набором хромосом? Теоретически решение этой проблемы возможно двумя способами: хирургическим и «терапевтическим».

     Хронологически  второй метод изобретён намного  раньше. Сто лет назад зоолог Московского  университета А. А. Тихомиров открыл, что яйца тутового шелкопряда под воздействием различных химических и физических реакций могут развиваться без оплодотворения. Такое развитие было названо партеногенезом. Но оно рано останавливалось: партеногенетические эмбрионы погибали ещё до вылупления личинок из яиц.

     Клонировать млекопитающих можно, как упоминалось, и другим способом – хирургическим. Он основан на замене гаплоидного ядра яйцеклетки на диплоидное ядро, взятое из клеток эмбрионов. Эти клетки ещё не дифференцированы, то есть не началась закладка органов, поэтому их ядра легко заменяют функцию диплоидного ядра только что оплодотворённой клети. Таким методом в США (1952) У. Р. Бриггс и Т. Дж. Кинг, в Англии Д. Б. Гордон (1960) получили генетические копии лягушки, а в 1997 году шотландец И. Уилмут получает хирургическим путём знаменитую овцу Долли - генетическую копию матери. Для этого из клеток её вымени было взято ядро для пересадки в яйцеклетку другой овцы. Успеху способствовало то, что взамен инъецирования нового ядра применялись воздействия, приводящие к слиянию лишённой ядра яйцеклетки с обычной неполовой клеткой. После этого яйцеклетка с заменённым ядром развивалась как оплодотворённая. Очень важно, что этот метод позволяет взять ядро клонируемой особи в зрелом возрасте, когда уже известны её важные для человека хозяйственные признаки. Но у Долли были не слишком удачные предшественники. Её создатель, Ян Уилмут, произвёл 277 ядерных трансплантаций: получил 277 эмбрионов, из которых только 29 прожили дольше шести дней, и один из которых развился в полноценного ягнёнка, названного Долли [6,18с].