Доповідь генна інженерія - сьогодення і майбутнє
1. Методи генної інженерії
2. Досягнення генної інженерії
3. Генна інженерія: за і проти
4. Перспективи генної інженерії
Список використаної літератури
Генна інженерія - сукупність прийомів, методів і технологій отримання рекомбінантних РНК і ДНК, виділення генів з організму (клітин), здійснення маніпуляцій з генами і введення їх в інші організми. Генна інженерія служить для отримання бажаних якостей змінюваного організму.
Генна інженерія не є наукою в широкому сенсі, але є інструментом біотехнології, використовуючи дослідження таких біологічних наук, як молекулярна біологія, цитологія, генетика, мікробіологія. Найяскравішою подією, що привернула найбільшу увагу і дуже важливим за своїми наслідками, була серія відкриттів, результатом яких стало створення методів управління спадковістю живих організмів, причому управління шляхом проникнення в «святая святих» живої клітини - в її генетичний апарат.
Сучасний рівень наших знань біохімії, молекулярної біології і генетики дозволяє розраховувати на успішний розвиток нової біотехнології - генної інженерії. тобто сукупності методів, що дозволяють шляхом операцій в пробірці переносити генетичну інформацію з одного організму в інший. Перенесення генів дає можливість долати міжвидові бар'єри і передавати окремі спадкові ознаки одних організмів іншим. Мета генної інженерії - не втілення в реальність міфів, а отримання клітин (в першу чергу бактеріальних), здатних в промислових масштабах напрацьовувати деякі «людські» білки.
1. Методи генної інженерії
Найбільш поширеним методом генної інженерії є метод отримання рекомбінантних, тобто містять чужий ген, плазмід. Плазміди є кільцеві дволанцюжкові молекули ДНК, що складаються з декількох пар нуклеотидів. Плазміди є автономними генетичними елементами, реплікується (тобто розмножуються) в бактеріальної клітці не в той же час, що основна молекула ДНК. Хоча на частку плазмід доводиться лише невелика частина клітинної ДНК, саме вони несуть такі життєво важливі для бактерії гени, як гени лікарської стійкості. Різні плазміди містять різні гени стійкості до антибактеріальних препаратів.
Велика частина таких препаратів - антибіотиків використовується в якості ліків при лікуванні ряду захворювань людини і домашніх тварин. Бактерія, що має різні плазміди, набуває стійкість до різних антибіотиків, до солей важких металів. При дії певного антибіотика на бактеріальні клітини плазміди, що додають стійкість до нього, швидко поширюються серед бактерій, зберігаючи їм життя. Простота пристрою плазмід і легкість, з якою вони проникають в бактерії, використовуються генними інженерами для введення в клітини бактерій генів вищих організмів.
Потужним інструментом генної інженерії є ферменти - рестрикційні ендонуклеази, або рестріктази. Рестрикція буквально означає «обмеження». Бактеріальні клітини виробляють рестріктази для руйнування чужорідної, в першу чергу фаговой ДНК, що необхідно для обмеження вірусної інфекції. Рестріктази дізнаються певні послідовності нуклеотидів і вносять симетричні, розташовані навскіс один від одного, розриви в ланцюгах ДНК на рівних відстанях від центру ділянки впізнавання. В результаті на кінцях кожного фрагмента рестріктірованной ДНК утворюються короткі одноцепочечниє «хвости» (їх ще називають «липкими» кінцями).
Весь процес отримання бактерій, званий клонуванням, складається з послідовних стадій:
1. Рестрикція - розрізання ДНК людини рестриктазой на безліч різних фрагментів, але з однаковими «липкими» кінцями. Такі ж кінці отримують при розрізанні плазмідної ДНК тієї ж рестриктазой.
2. Лігітірованіе - включення фрагментів ДНК людини в плазміди завдяки «зшивання липких кінців» ферментом лігази.
3. Трансформація - введення рекомбінантних плазмід в бактеріальні клітини, оброблені спеціальним чином - так, щоб вони на короткий час стали проникними для макромолекул. Однак плазміди проникають лише в частину оброблених бактерій. Трансформовані бактерії разом з плазмидой набувають стійкості до певного антибіотика. Це дозволяє їх відокремити від нетрансформованих бактерій, що гинуть на середовищі, що містить цей антибіотик. Для цього бактерії висівають на живильне середовище, попередньо розвівши так, щоб при розсіві клітини знаходилися на значній відстані один від одного. Кожна з трансформованих бактерій розмножується і утворює колонію з багатьох тисяч нащадків - клон.
4. Скринінг - відбір серед клонів тих бактерій, які несуть потрібний ген людини. Для цього всі бактеріальні колонії накривають спеціальним фільтром. Коли його знімають, на ньому залишається відбиток колоній, так як частина клітин з кожного клону прилипає до фільтру. Потім проводять молекулярну гібридизацію. Фільтри занурюють в розчин з радіоактивно міченим зондом. Зонд - це полинуклеотид комплементарної частини шуканого гена. Він гибрідизуючою лише з тими рекомбінантними плазмідами, які містять потрібний ген. Після гібридизації на фільтр в темряві накладають рентгенівську фотоплівку і через кілька годин її виявляють. Положення засвічених ділянок на плівці дозволяє знайти серед безлічі клонів трансформованих бактерій ті, які мають плазміди з потрібним геном.
Не завжди вдається вирізати потрібний ген за допомогою рестриктаз. Тому в ряді випадків процес клонування починають з цілеспрямованого отримання потрібного гена. Для цього з клітин людини виділяють і-РНК, що є транскрипционной копією цього гена, і за допомогою ферменту - зворотної транскриптази синтезують комплементарних їй ланцюг ДНК. Потім і-РНК, що служила матрицею при синтезі ДНК, знищується спеціальним ферментом, здатним гідролізувати ланцюг РНК, спарену з ланцюгом ДНК. Частина, що залишилася ланцюг ДНК служить матрицею для синтезу зворотного транскриптазой, комплетентарной другий ланцюга ДНК.
Отримана подвійна спіраль ДНК носить назву к-ДНК (комплементарна ДНК). Вона відповідає гену, з якого була зчитана і-РНК, запущена в систему зі зворотним транскриптазой. Така к-ДНК вбудовується в плазміду, якої трансформують бактерії і отримують клони, що містять тільки вибрані гени людини.
Щоб здійснити перенесення генів, необхідно виконати наступні операції:
· Виділення з клітин бактерій, тварин або рослин тих генів, які намічені для перенесення.
· Створення спеціальних генетичних конструкцій, в складі яких намічені гени будуть впроваджуватися в геном іншого виду.
· Впровадження генетичних конструкцій спочатку в клітку, а потім в геном іншого виду і вирощування змінених клітин в цілі організми.
2. Досягнення генної інженерії
генна інженерія біотехнологія спадковість
Тепер вміють вже синтезувати гени, і за допомогою таких синтезованих генів, введених в бактерії, отримують ряд речовин, зокрема гормони і інтерферон. Їх виробництво склало важливу галузь біотехнології.
Так, в 1980 році гормон росту - соматотропін - отримали з бактерії кишкової палички. До розвитку генної інженерії його виділяли з гіпофізів від трупів. Соматотропін, синтезований в спеціально сконструйованих клітинах бактерій, має очевидні переваги: він доступний у великих кількостях, його препарати є біохімічно чистими і вільними від вірусних забруднень.
У 1982 році гормон інсулін стали отримувати в промислових масштабах з бактерій, що містять ген людського інсуліну. До цього часу інсулін виділяли з підшлункової залоз забитих корів і свиней, що складно і дорого.
Інтерферон - білок, що синтезується організмом у відповідь на вірусну інфекцію, вивчають зараз як можливий засіб лікування раку та СНІДу. Знадобилися б тисячі літрів крові людини, щоб отримати таку кількість інтерферону, яке дає всього один літр бактеріальної культури. Ясно, що виграш від масового виробництва цієї речовини дуже великий. Дуже важливу роль відіграє також одержуваний на основі мікробіологічного синтезу інсулін, необхідний для лікування діабету. Методами генної інженерії вдалося створити і ряд вакцин, які випробовуються зараз для перевірки їхньої ефективності проти викликає СНІД вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ).
Ще один перспективний напрям в медицині, пов'язане з рекомбінантної ДНК, - генна терапія. У цих роботах, які поки ще не вийшли з експериментальної стадії, в організм для боротьби з пухлиною вводиться сконструйована за методом генної інженерії копія гена, що кодує потужний протипухлинний фермент. Генну терапію почали застосовувати також для боротьби зі спадковими порушеннями в імунній системі.
У сільському господарстві вдалося генетично змінити десятки продовольчих і кормових культур. У тваринництві використання гормону росту, отриманого біотехнологічним шляхом, дозволило підвищити надої молока; за допомогою генетично зміненого вірусу створена вакцина проти герпесу у свиней.
3. Генна інженерія: за і проти
Незважаючи на явну користь від генетичних досліджень і експериментів, саме поняття «генна інженерія» породило різні підозри і страхи, стало предметом стурбованості й навіть політичних суперечок. Багато хто побоюється, наприклад, що який-небудь вірус, що викликає рак у людини, буде введений в бактерію, зазвичай живе в тілі або на шкірі людини, і тоді ця бактерія буде викликати рак. Можливо також, що плазмиду, несучу ген стійкості до лікарських препаратів, введуть в пневмокок, в результаті чого пневмокок стане стійким до антибіотиків і пневмонія не піддаватиметься лікуванню. Такого роду небезпеки, безсумнівно, існують.
Генна інженерія - це потужний спосіб змінити життя, але її потенціал може становити небезпеку, причому в першу чергу треба враховувати складні і важко передбачувані ефекти, пов'язані з можливим впливом на навколишнє середовище. Уявіть собі якийсь отрута, більш дешевий у виробництві, ніж складні гербіциди з виборчим дією, але який не може бути використаний в агротехніці через те, що він вбиває корисні рослини нарівні з бур'янами. Тепер уявіть, що, припустимо, в пшеницю, впровадили ген, який робить її стійкою до цієї отрути. Фермери, засіяних свої поля трансгенної пшеницею, можуть безкарно запилювати їх смертоносним отрутою, збільшуючи свої доходи, але завдаючи непоправної шкоди навколишньому середовищу. З іншого боку, генетики можуть досягти і протилежного ефекту, якщо виведуть таку культуру, яка не потребує гербіцидах.
Генна інженерія кинула людству унікальний виклик. Що несе нам генна інженерія, щастя або біду? Попереджають про можливу небезпеку генетично змінених продуктів для здоров'я людини сурмить вже весь світ. Однозначної і єдиної думки вчених з цього приводу немає. Одні вважають, що генна інженерія врятує людство від голодної смерті, інші - що генетично змінені продукти погублять все живе на землі разом з людиною. Вчені, що займаються цим, стверджують, що генетично змінені рослини більш урожайні, більш стійкі до отрутохімікатів, економічно вигідніше звичайних. Тому за ними майбутнє. Однак фахівці, не пов'язані з виробниками даного товару, далекі від оптимізму.
Передбачити віддалені наслідки, які можуть настати в результаті споживання генетично зміненою продукції, на даний момент взагалі неможливо. Відносно спокійно ставляться до ГМ - продуктів (генетично модифікованим) - в США, де вирощується сьогодні близько 80 відсотків усіх генетичних культур. Європа ж ставиться до цього крайней негативно. Під натиском громадськості і організацій споживачів, які хочуть знати, що вони їдять, в деяких країнах запроваджено мораторій на ввезення таких продуктів (Австрія, Франція, Греція, Великобританія, Люксембург).
Вчені вважають, що за допомогою генетично змінених рослин можна скоротити втрати врожаю. Сьогодні вУкаіни завершуються випробування американського картоплі, стійкої до колорадського жука. Можливо, вже в цьому році буде отримано дозвіл на його промислове виробництво. Є у подібних сортів одне істотне "але". Коли отримують рослина з різко підвищеною стійкістю до будь-якого шкідника, через два-три покоління цей шкідник пристосується до рослини, і буде пожирати його ще сильніше. Отже, стійкий картопля може породити таких агресивних шкідників, з якими світ ще не стикався.
4. Перспективи генної інженерії
Розвиток науки дає нам потенціал як для поганого, так і для гарного. Тому важливо, що б ми зробили правильний вибір. Основні труднощі носить політичний характер, - це вирішення питання хто є «ми» в цій пропозиції. Якщо залишити це питання на свавілля ринкової стихії, швидше за все, постраждають довгострокові інтереси навколишнього середовища. Але це можна сказати і про багато інших аспектів життя.
Список використаної літератури
1. Нейман Б.Я. Індустрія мікробів. - Знання, 1983.