Проблематика генной инженерии

                                              СОДЕРЖАНИЕ

 

   Введение………………………………………………………………....2                                              

1. Теоретические предпосылки формирования генной инженерии……....3

1.1.   Открытие двойной структуры ДНК и матричного синтеза………....3                  

2. Возможности генной инженерии..............................................................5                           

3. Области практического  применения генной инженерии……………...6      

1.1.   Создание трансгенных растений…………………………………....6                                                          

1.2. Изменение свойств сельскохозяйственных технических растений…..7    

1.3.Генетическая модификация пластид……………………………….....8                                                   

1.4.   Генные вакцины. Актуальность разработки новых вакцин………….8                                                                                                                                  

1.5. Разработка ДНК-вакцин……………………………………………...9                                                                        

1.6.   Генная инженерия человека………………………………………..10                                                                 

4. Молекулярная генетика наследственных патологий…………………10         

     4.1.   Наследственные болезни – объект обратной генетики……………..12                     

     4.2.   Транс- действующие мутации……………………………………...13                                                              

5. Проблематика генной инженерии……………………………………...14                                                                 

     5.1.   Потенциальная опасность генно–инженерных методов……………14                   

     5.2.   Биоэтика. Центральные постулаты биоэтического кодекса………...15              

     5.3.   Реальные опасности генной инженерии…………………………….16                                              

     5.4.   Этические проблемы генной инженерии……………………………17                                             

     5.5.   Юридические проблемы генной инженерии………………………...18                                        

  Заключение………………………………………………………………..19                                           

  Список литературы……………………………………………………......20                                     

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

Генная инженерия - направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью  которых является получение с  помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. В основе генной инженерии лежит обусловленная последними достижениями молекулярной биологии и генетики возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. К этим достижениям следует отнести установление универсальности генетического кода, то есть факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями нуклеотидов в цепи ДНК; успехи генетической энзимологии, предоставившей в распоряжение исследователя набор ферментов, позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты, осуществлять in vitro синтез фрагментов нуклеиновых кислот, объединить в единое целое полученные фрагменты. Таким образом, изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов нового генетического материала, введение этого материала в реципиентный организм, создания условий для его функционирования и стабильного наследования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ.

1.1. Открытие  двойной структуры ДНК и матричного  синтеза.

Начальные работы американских учёных Уотсона и Крика  были произведены в 1953 году. Они дали возможность развиваться генной инженерии в качестве самостоятельного раздела науки. Эти открытия заключены в следующем:

Была открыта  двойная структура ДНК и постулирован её матричный синтез. Двойная спираль  ДНК при репликации разделится, и вдоль нити ДНК специальные ферменты-полимеры собирают точные копии материнской ДНК, таким образом в клетке перед делением две совершенно одинаковые молекулы ДНК, одна из которых после деления клетки попадает в дочернюю клетку. Таким образом дочерняя клетка несет ту же самую информацию, что и материнская, следовательно выполняет те же самые функции. Итак, в клетках живого организма возможен особый тип реакции – матричный синтез. Одна молекула – матрица, а вторая строится по её программе, репликация ДНК, синтез всех видов РНК и сборка молекул белка, в соответствии со структурой и-РНК – это все варианты матричного синтеза, который происходит всегда при участии нуклеиновых кислот.

По тому же самому механизму осуществляется сборка РНК, только не двух спиралей, а одной. Этот процесс получил название – транскрипция. Поток информации в клетке обеспечивает реакции матричного синтеза: репликация ДНК(необходима для передачи наследственной информации дочерним клеткам), транскрипция(синтез и-РНК в ядре клетки) и трансляция(сборка белковой цепи на и-РНК при помощи рибосомы).

Казалось  бы, что на рубеже 70-х годов молекулярная биология достигла определённой степени  завершенности: были установлены структура  и механизм репликации ДНК, провозглашена  «центральная догма» экспрессии гена (транскрипция и трансляция), выявлены основные аспекты регуляции активности гена. В этот период главным объектом молекулярно-генетических исследований были микроорганизмы. Переход к эукариотам(включая человека) встретился с дополнительными проблемами и трудностями, и кроме того, существовавшие в то время методы не позволяли рассчитывать на получение принципиально новых результатов.

Стремительный порыв в развитии молекулярной генетики в начале 70-х годов начался, благодаря появлению нового экспериментального инструмента – рестриктационных эндонуклеаз. Был открыт путь для широкомасштабного получения генных продуктов(физически значимых белков) и для генетического манипулирования с различными организмами. Наши знания о структуре генетического материала и эукариот, в разных областях, таких как: действие гена, популяционная генетика, эволюция и генетическая консультация, включая пренатальную диагностику. Достигнутые успехи заставили ученых задуматься об этической стороне манипулирования с человеческим зародышем  при  возникновении различных болезней в процессе генно-инженерных исследований. Многие из этих вопросов были подняты самими учеными, активно работающих в данной области. В настоящее время большинство исследователей считают, что опасения, касающиеся генной инженерии, не имеют достаточно оснований, но многие этические проблемы остаются нерешенными, и продолжают возникать новые.

В прошлом, генетика и медицинская генетика развивались, как относительно независимые отрасли науки, теперь многие из их разделов оказались вовлечёнными в общее русло молекулярно-генетических исследований, и провести между ними грань достаточно трудно.

Можно сделать заключение, что теоретическими предпосылками формирования генной инженерии как науки, явились:

1.Открытие двойной спирали ДНК.

2.Получение информации о матричном синтезе:

   Репликации ДНК.

   Транскрипции ДНК.

   Трансляции ДНК.

3. Открытие  плазмид.

4. Открытие  фрагментов рестриктаз.

5. Осуществление  процесса рекомбинации хромосом

6. Идентификация и анализ генов.

7. Способность к гибридизации цепей ДНК.

8. Секвенирование ДНК.

 

2. ВОЗМОЖНОСТИ  ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ.

Значительный  прогресс достигнут в практической области создания новых продуктов  для медицинской промышленности и лечения болезней человека (табл.2).

ТАБЛИЦА 2.

Использование генно-инженерных продуктов в медицине.

Продукт	Природные продукты и сфера применения генно-инженерных продуктов
Антикоагуляторы	Активатор тканевого  плазминогена (АТП), активирует плазмин. Фермент, вовлечённый в рассасывание тромбов; эффективен при лечении  больных инфарктом миокарда.
Факторы крови	Фактор VIII ускоряет образование сгустков; дефицитен  у гемофиликов. Использование фактора VIII, полученного генно-инженерными  методами, устраняет риск связанный  с переливанием крови.
Факторы, стимулирующие образование колоний	Ростовые  факторы иммунной системы, которые  стимулируют образование лейкоцитов. Применяют для лечения иммунодефицита и борьбе с инфекциями.
Эритропоэтин	Стимулирует образование эритроцитов. Применяют  для лечения анемии у больных  с почечной недостаточностью.
Ростовые  факторы	Стимулируют дифференциацию и рост различных  типов клеток. Применяют для ускорения лечения ран.
Гормон роста  человека	Применяют при  лечении карликовости.
Человеческий  инсулин	Используется  для лечения диабета
Интерферон	Препятствует размножению вирусов. Также используется для лечения некоторых форм раковых заболеваний.
Лейксины	Активируют  и стимулируют работу различных  типов лейкоцитов. Возможно применение при залечивании ран, при заражении  ВИЧ, раковых заболеваний, иммунодефиците.
Моноклональные           антитела	Высочайшая  специфичность связанная с антителами используется в диагностических  целях. применяют также для адресной доставки лекарств, токсинов, радиоактивных  и изотопных соединений к раковым  опухолям при терапии раков, имеется много других сфер применения.
Супероксид  дисмутаз	Предотвращает поражение тканей реактивными оксипроизводными в условиях кратковременной нехватки кислорода, особенно в ходе хирургических  операций, когда нужно внезапно восстановить ток крови.
Вакцины	Искусcтвенно полученные вакцины (первой была получена вакцина против гепатита В) по многим показателям лучше обычных вакцин.

3. ОБЛАСТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ.

3.1. Создание трансгенных растений.

Еще 10 лет  тому назад биотехнология растений заметно отставала в своем развитии, но за последние 3 года наблюдается быстрый выброс на рынок трансгенных растений с новыми полезными признаками. Трансгенные растения в США в 1996 году занимали площадь 3 млн. акров, в 1997 году площадь увеличилась до 15 млн. акров, в 1998 году – до 60 млн. акров, а в прошлом году до 80 млн. акров. Поскольку основные трансгенные формы кукурузы, сои, хлопчатника с устойчивостью к гербицидам и насекомым хорошо себя зарекомендовали, есть все основания ожидать, что площадь под генно-иженерные растения в будущем (2001 году) увеличатся в 4-5 раз.

Так как число  жителей за последнее столетие увеличилось  с 1.5 до 5.5 млрд. человек, а к 2020 году предполагается вырост до 8 млрд., таким образом возникает  огромная проблема, стоящая перед человечеством. Эта проблема заключается в огромном увеличении производства продуктов питания, несмотря на то, что за последние 40 лет производство увеличилось в 2.5 раза, все равно этого не достаточно. И в мире в связи с этим наблюдается социальный застой, который становится все более настоятельным. Другая проблема возникла с медицинским лечением. Несмотря на огромные достижения современной медицины, производимые сегодня лекарственные препараты столь дороги, что большой % населения  Земли сейчас полностью полагается на традиционные донаучные методы лечения, прежде всего на неочищенные препараты растительного происхождения.

В развитых странах  лекарственные средства на 25% состоят  из природных веществ, выделенных из растений. Открытия последних лет (противоопухолевые препараты: таксол, подофиллотоксин) свидетельствуют о том, что растения еще долго будут оставаться источником полезных биологически-активных веществ (БТА), и что способности растительной клетки к синтезу сложных БТА все еще значительно превосходят синтетические способности инженера-химика. Вот почему ученые взялись за проблему создания трансгенных растений.

3.2. Изменение свойств сельскохозяйственных технических растений.

Современная биотехнология в состоянии манипулировать многими важнейшими признаками, которые можно разделить на три группы:

Сельскохозяйственные  производства. К ним можно отнести процент общей продуктивности растений за счет регулирования синтеза фитогормонов или дополнительного снабжения кислородом растительных клеток, а также признаки, обеспечивающие устойчивость к разного рода вредителям, кроме этого в создании форм растений с мужской стерильностью и возможностью дольше сберегать урожай.