Генная инженерия. Достижения и недостатки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

 

 

 

                                     Реферат

     на тему: «Генная инженерия. Достижения и недостатки»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

1. Введение……………………………………………………………………..3
2. История развития генной инженерии……………………………………..5
3. Генная инженерия. Научно-исследовательские аспекты……………….10
4. Генная инженерия. Практические результаты……………………..……16
5. Недостатки генной инженерии……………………………………..…….22
6. Заключение…………………………………………………………..…….23

Список использованной литературы………………………………..……25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Генная инженерия. Новые возможности и проблемы.

Генная инженерия, едва насчитывающая несколько десятилетий, заставляет сегодня «работать» гены человека или животных в микроорганизмах или совсем других клетках. Это представляет большой интерес для медицины и промышленности: ведь отныне можно будет получать в большом количестве, до сих пор дефицитные активные вещества. По большей части эти вещества - белки человека. Себестоимость их производства по новой технологии значительно ниже, чем прежде.

Совершенный уровень наших знаний позволяет рассчитывать на успешное развитие генной инженерии. Некоторые исследователи предвидят такое время, когда станет возможным вводить в яйцеклетку человека или же в зародыш на ранних стадиях его развития какие-нибудь недостающие гены, и тем самым избавлять людей от страданий, вызываемых генетическими болезнями. Однако, генная инженерия может оказаться крайне опасной, если ее попытаются применить в других целях.

Один из методов генной инженерии получил развитие в наше время. Это создание рекомбинантной ДНК, то есть, введение ДНК одного организма в клетки другого. Сейчас многие гены высших организмов вводят в бактериальные клетки. Сначала ген, предназначенный к переносу, вводят путем сращивания (сплайсинга) в небольшую кольцевую молекулу ДНК, называемую плазмидой. Эта плазмида проникает в бактериальную клетку и здесь разделяет судьбу бактериальной ДНК. Новый ген перед делением клетки реплицируется вместе с бактериальной ДНК, и бактерия получает возможность вырабатывать белок, кодируемый ее новой ДНК.

Поскольку бактерии размножаются очень быстро, эта методика позволяет получить очень много идентичных копий интересующего гена. Эти копии можно затем использовать для определения нуклеотидной последовательности данного гена или для получения его белкового продукта в тех случаях, такой продукт требуется в большом количестве. Первое практическое применение связано с получением в промышленном масштабе некоторых важных белков.

Интенсивное развитие молекулярной биологии началось после открытия (Дж. Уотсон, Ф. Крик, М. Уилкинс, 1953) структуры наследственного материала живой клетки (ДНК) и последующей расшифровки принципов генетического кодирования. Последовательность пар оснований кодирует порядок расположения аминокислот в пептидной молекуле. Основу молекулярной биологии составляет принцип комплементарности: ДНК— саморепродуцирующаяся молекула; кроме самой себя, она способна воспроизводить копии химически родственного полимера — рибонуклеиновые кислоты, которые, в свою очередь, служат матрицами для производства клеточных белков. Белок или комплекс белков определяют конк- ретный признак живого организма. Этот путь — центральная догма молекулярной биологии: ДНК - ДНК - РНК - белок-признак. Первая двунаправленная стрелка символизирует процесс репликации (удвоения ДНК), вторая — процесс транскрипции, который, в случае РНК-содержащих вирусов, может также идти в обратном направлении от РНК к ДНК.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что за сто лет своего существования генетика добралась до человека, и теперь уже она его не оставит. Она нарисует его индивидуальный генетический портрет, даст ему в руки миниатюрный прибор, в котором будет собрана вся его наследственная информация. Каждый получит предупреждение, в каком возрасте болезнь Альцгеймера приступит к разрушению его памяти, насколько велик для него риск, заболеть раком или диабетом. Генетика порождает новую медицину-

к этому и стремились сто лет назад ее основатели.

 

2. История генной инженерии

 

 

Генная инженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики. На протяжении многих лет главным классом макромолекул считали белки. Существовало даже предположение, что гены имеют белковую природу. Лишь в 1944 году Эйвери, Мак Леод и Мак Карти показали, что носителем наследственной информации является ДНК. С этого времени начинается интенсивное изучение нуклеиновых кислот. Спустя десятилетие, в 1953 году Дж.Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модельДНК. Именно этот год на рубеже 50-60-х годов были выяснены свойств агенетического кода, а к концу 60-х годов его универсальность была подтверждена экспериментально. Шло интенсивное развитие молекулярной генетики, объектамикоторой стали ее вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов.ДНК вирусов и плазмид вводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию и экспрессию соответствующих генов. В 70-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК.  Особая роль в развитии методов генной инженерии принадлежит рестриктазам и ДНК-лигазам. Историю развития генетической инженерии можно условно разделить на триэтапа:

Первый этап связан с доказательством принципиальной возможности получения рекомбинантных молекул ДНК in vitro. Эти работы касаются получения гибридов между различными плазмидами, создание рекомбинантных молекул с использованием исходных молекул ДНК из различных видов и штаммов бактерий, их жизнеспособность, стабильность и функционирование.

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

Третий этап - начало работ по включению в векторные молекулы ДНК (ДНК, используемые для переноса генов и способные встраиваться в генетический аппарат клетки рецепиента) генов эукариот, главным образом, животных. Формально датой рождения генетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер с сотрудниками создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вирусаSV40, бактериофага и E. coli.

Работы Грегора Менделя

В 1865 году монах Грегор Мендель (занимавшийся изучением гибридизации растений в Августинском монастыре в Брюнне (Брно), ныне на территории Чехии) обнародовал на заседании местного общества естествоиспытателей результаты исследований о передаче по наследству признаков при скрещиванииг ороха (работа Опыты над растительными гибридами была опубликована в трудах общества в 1866 году). Мендель показал, что некоторые наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей к потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Сформулированные им закономерности наследования позже получили название законов Менделя. При жизни его работы были малоизвестны и воспринимались критически (результаты опытов на другом растении, ночной красавице, на первый взгляд, не подтверждали выявленные закономерности, чем весьма охотно пользовались критики его наблюдений).

Классическая генетика

В начале XX века работы Менделя вновь привлекли внимание в связи с исследованиями Карла Корренса, Эриха Чермака и Гуго Де Фриза по гибридизации растений, в которых были подтверждены основные выводы о независимом наследовании признаков и о численных соотношениях при «расщеплении» признаков в потомстве.

Вскоре английский натуралист Уильям Бэтсон ввёл в употребление название новой научной дисциплины: генетика (в 1905 г. в частном письме и в 1906 г. публично). В 1909 году датским ботаником Вильгельмом Йогансеном введён в употребление термин «ген».

Важным вкладом в развитие генетики стала хромосомная теория наследственности, разработанная, прежде всего, благодаря усилиям американского генетика Томаса Ханта Моргана и его учеников и сотрудников, избравших объектом своих исследований плодовую мушку Drosophila melanogaster. Изучение закономерностей сцепленного наследования позволило путем анализа результатов скрещиваний составить карты расположения генов в «группах сцепления» и сопоставить группы сцепления с хромосомами (1910—1913 гг.).

Молекулярная генетика

Эпоха молекулярной генетики начинается с появившихся в 1940—1950-х гг. работ, доказавших ведущую роль ДНК в передаче наследственной информации. Важнейшими шагами стали расшифровка структуры ДНК, триплетного кода, описание механизмов биосинтеза белка, обнаружение рестриктаз исеквенирование ДНК.

Генетика в России и СССР

Если не считать опытов по гибридизации растений в XVIII веке, первые работы по генетике в России были начаты в начале XX века как на опытных сельскохозяйственных станциях, так и в среде университетских биологов, преимущественно тех, кто занимался экспериментальной ботаникой и зоологией.

После революции и гражданской войны в 1917—1922 годах началось стремительное организационное развитие науки. К концу 1930-х годов в СССР была создана обширная сеть научно-исследовательских институтов и опытных станций (как в Академии наук СССР, так и во Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени Ленина (ВАСХНИЛ)), а также вузовских кафедр генетики. Признанными лидерами направления были Н. И. Вавилов, Н. К. Кольцов, А. С. Серебровский,С. С. Четвериков и др. В СССР издавали переводы трудов иностранных генетиков, в том числеТ. Х. Моргана, Г. Мёллера, ряд генетиков участвовали в международных программах научного обмена. Американский генетик Г. Мёллер работал в СССР (1934—1937), советские генетики работали за границей. Н. В. Тимофеев-Ресовский — в Германии (с 1925 года), Ф. Г. Добржанский — в США (с 1927 года).

В 1930-е годы в рядах генетиков и селекционеров наметился раскол, связанный с энергичной деятельностью Т. Д. Лысенко и И. И. Презента. По инициативе генетиков был проведён ряд дискуссий (наиболее крупные — в 1936 и 1939 годах), направленных на борьбу с подходом Лысенко.

На рубеже 1930—1940-х гг. в ходе так называемого Большого террора большинство сотрудников аппарата ЦК ВКП(б), курировавших генетику, и ряд видных генетиков были арестованы, многие расстреляны или погибли в тюрьмах (в том числе, Н. И. Вавилов). После войны дебаты возобновились с новой силой. Генетики, опираясь на авторитет международного научного сообщества, снова попытались склонить чашу весов в свою сторону, однако с началом холодной войны ситуация значительно изменилась. В 1948 году на августовской сессии ВАСХНИЛ Т. Д. Лысенко, пользуясь поддержкой И. В. Сталина, объявил генетику лженаукой. Лысенко воспользовался некомпетентностью партийного руководства в науке, «пообещав партии» быстрое создание новых высокопродуктивных сортов зерна («ветвистая пшеница») и др. С этого момента начался период гонений на генетику, который получил название лысенковщины и продолжался вплоть до снятия Н. С. Хрущева с поста генерального секретаря ЦК КПСС в 1964 году.

Лично Т. Д. Лысенко и его сторонники получили контроль над институтами отделения биологии АН СССР, ВАСХНИЛ и вузовскими кафедрами. Были изданы новые учебники для школ и вузов, написанные с позиций «Мичуринской биологии». Генетики вынуждены были оставить научную деятельность или радикально изменить профиль работы. Некоторым удалось продолжить исследования по генетике в рамках программ по изучению радиационной и химической опасности за пределами организаций, подконтрольных Т. Д. Лысенко и его сторонникам.

Сходные с лысенковщиной явления наблюдались и в других науках. Наиболее известные кампании прошли в цитологии (в связи с учением О. Б. Лепешинской о живом веществе), физиологии (борьбаК. М. Быкова и его сторонников за «наследие» И. П. Павлова) и микробиологии (теории Г. М. Бошьяна).

После открытия и расшифровки структуры ДНК, физической базы генов (1953 г.), с середины 1960-х годов началось восстановление генетики. Министр просвещения РСФСР В. Н. Столетов инициировал широкую дискуссию между лысенковцами и генетиками, в результате было опубликовано много новых работ по генетике. В 1963 году на основе этих работ вышел в свет стандартизованный университетский учебник М. Е. Лобашёва «Генетика», выдержавший впоследствии несколько изданий. Вскоре появился и новый школьный учебник «Общая биология» под редакцией Ю. И. Полянского, использовавшийся, наряду с другими, до недавнего времени.

 

 

 

3. Генная инженерия. Научно-исследовательские аспекты

Генетика — наука о наследственности, способах передачи признаков от родителей к детям, о механизмах индивидуальной изменчивости организмов и способах управления ею.

 

  Генетическая инженерия - получение новых комбинаций генетического материала путем проводимых вне клетки манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот и переноса созданных конструкций генов в живой организм, в результате которого достигается их включение и активность в этом организме и у его потомства. Речь идет о направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма с последующим введением их в живой организм. При этом рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата рецепиентного организма и сообщают ему новые уникальные генетические, биохимические, а затем и физиологические свойства. Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппаратпридавали бы организму свойства, полезные для человека. Например, получение «биологических реакторов» - микроорганизмов, растений и животных, продуцирующих фармакологически значимые для человека вещества, создание сортов растений и пород животных с определенными, ценными для человека, признаками. Методы генной инженерии позволяют провести генетическую паспортизацию, диагностировать генетические заболевания, создавать ДНК