Генная инженерия примеры достижений. Причудливые примеры генной инженерии. Интересные факты генной инженерии

19.06.2019

Вы, скорее всего, слышали о светящихся в темноте кошках, созданных в Южной Корее. Это генетически модифицированные кошки с люминесцентной пигментацией в коже, что позволяет им светиться красным цветом под ультрафиолетовым светом. Затем ученые клонировали их, и они успешно передали флуоресцентный ген следующему поколению клонов кошек. К лучшему ли это или к худшему ещё не известно, но понятно одно – генная инженерия прочно обосновалась, и будет развиваться в дальнейшем, что и наводит на вопросы: когда мы поймём, что зашли слишком далеко? В чём заключается черта, разделяющая научный прогресс и необратимые изменения ДНК живого существа?

Если вам это кажется маловероятным, то десять поразительных примеров генной инженерии, представленных ниже, убедят вас в обратном.

10. Паучьи козы

Паутина применяется в примерно полутора миллионах целей, и с каждым днем это число растёт. Благодаря её невероятной прочности по отношению к размеру, её тестировали для использования в пуленепробиваемых жилетах, искусственных сухожилиях, бинтах, и даже компьютерных чипах и волоконно-оптических кабелях для хирургии. Однако получение достаточного количества паутины требует десятков тысяч пауков и долгого времени ожидания, не говоря уже о том, что пауки, как правило, убивают других пауков на своей территории, поэтому их нельзя разводить так как, скажем, пчел.

Поэтому, взгляд учёных пал на коз, единственных животных в мире, которые могли бы принести пользу за счет добавления ДНК паука в их ДНК. Профессор Рэнди Льюис (Randy Lewis) из Университета Вайоминга (University of Wyoming), изолировал гены, которые позволяют паукам производить каркасную нить паутины или самый сильный тип паутины, который пауки используют при постройке своих паутин (большинство пауков производит шесть различных типов нитей). Затем он соединил эти гены с теми генами, которые отвечают за выработку молока у коз. Затем он спарил несколько раз козу с изменёнными генами, в результате чего получилось семь козлят, три из которых унаследовали ген, ответственный за выработку паутины.

Всё что сейчас остаётся это доить коз и отфильтровывать паутину, ну ещё может изредка бороться с преступностью. Профессор Льюис не чужд иронии – его офис завешан постерами Человека-Паука.

9. Поющие Мыши

В большинстве случаев учёные проводят эксперименты с какой-либо целью. Тем не менее, в некоторых случая они просто впрыскивают кучу генов в мышей и ждут результатов. Именно так вывели мышку, которая чирикает как птица. Этот результат был получен в результате одного из исследований «Проекта Развитая Мышь» (Evolved Mouse Project), японского научно-исследовательского проекта, который использует грубый подход к генной инженерии – они модифицируют мышей, дают им размножаться, и отмечают результаты.

Одним прекрасным утром, проверяя новый помёт мышей, они обнаружили, что одна мышка «поёт как птичка». Ободрённые полученным результатом они сфокусировали своё внимание на этой мыши и теперь в их распоряжении находятся сто подобных экземпляров. Кроме того они заметили ещё кое-что интересное: когда обычные мыши росли вместе с поющими, они начинали использовать различные звуки и тоны, наподобие диалекта, используемого людьми. Ниже представлено видео одной из таких мышей.

Для чего же могут использоваться поющие мыши? Кто знает. Но целью проекта является искусственное ускорение эволюции, и это ускорение как минимум набирает странные обороты. Профессор Такеши Яги (Takeshi Yagi) также утверждает, что у них есть мышь «с короткими конечностями и хвостом, похожая на таксу». Странно это всё.

8. Супер Лосось

Этот пример, вероятно, появятся в супермаркетах довольно скоро: генетически модифицированный атлантический лосось, спроектирован специально для того, чтобы быть в два раза больше обычного и, кроме того, сделать это в два раза быстрее, чем обычный лосось. В ДНК этого лосося, созданного компанией «AquaBounty» и названного «лосось AquaAdvantage» есть два изменения: первое это ген чавыча, который не используется в качестве пищи настолько же широко, насколько атлантический лосось, но который, тем не менее, растёт гораздо быстрее в молодом возрасте.

Второе изменение это ген бельдюги, рыбы похожей на мурену, живущей на дне, которая растёт круглый год – в то время как лосось обычно растёт только в летний период. В результате получился постоянно растущий лосось, и он находится на первом месте в списке генно-модифицированных животных, которых одобрят для употребления людьми. Кстати говоря, управление по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств США уже одобрило его в декабре прошлого года.

7. Бананы-вакцины

В 2007 году индийская команда учёных опубликовала свои исследования по созданию вида бананов, которые прививают людей против гепатита Б. Кроме того, группа успешно изменила морковь, салат, картофель и табак, чтобы в них содержались вакцины, но по их словам бананы являются наиболее надежной транспортной системой.

Вакцина работает следующим образом: ослабленный вариант вируса или микроба вводится человеку. Введённый вирус или микроб не достаточно сильны, чтобы вы заболели, однако его достаточно для того, чтобы ваш организм начал производить антитела. Эти антитела смогут вас защитить в том случае, если сильный вариант вируса попытается попасть к вам в организм.

Но существует много причин, по которым вакцины могут оказаться бесполезными или даже вредными, начиная от аллергических реакций и заканчивая тем фактом, что они могут просто не сработать. Так почему же рекомендуется делать прививки от гриппа каждый год? Всё потому, что вирусы адаптируются к вакцине, а это значит, что нужно будет постоянно разрабатывать новые виды модифицированных бананов, чтобы угнаться за гонкой генетических модификаций вируса. Ну а что если вы не хотите вакцину? Легко предотвратить поход к врачу, сложнее избежать попадания на ваш стол генномодифицированных продуктов, учитывая, что не все ГМО продукты обязаны носить соответствующие ярлыки.

6. Экологически чистые свиньи

Иногда матушка природа как будто специально строит нам пакости. Для начала она заложила всё мясо в животных, которые могли убежать от нас. Затем она превратила этих животных в загрязнителей окружающей среды. К счастью в этот момент наука приходит нам на помощь. Она помогла нам изобрести «зелёных свиней» (Enviropig) - свиней, генетически модифицированных специально для того, чтобы они поглощали больше фитиновой кислоты, которая в свою очередь снижает количество фосфорсодержащих отходов, выделяемых свиньями.

Целью является снижение загрязнения фосфором, который исходит от размазывания свиного навоза по земле - один из многих способов того, как свинофермы разбираются с избыточными отходами свиней. Избыток фосфора в обычном свином навозе накапливается в почве и попадает в близлежащие источники воды, что и является проблемой. Из-за дополнительного фосфора в воде, водоросли растут с повышенной скоростью, забирая весь кислород из воды, и таким образом лишают всю рыбу необходимого кислорода.

В ходе проекта было выведено 10 поколений «зелёных свиней», однако в 2012 году его перестали финансировать.

5. Лекарства, основанные на куриных яйцах

Если у человека рак, то в конечном итоге он сможете вылечить его, употребляя в пищу больше яиц. Но не просто яиц, а яиц содержащих человеческие гены. Британский исследователь Хелен Санг (Helen Sang) разработала кур с геном человеческой ДНК, которая содержит белки, способные бороться с раком кожи.

Когда куры несут яйца, половина обычного белка, который составляет яичные белки, будет содержать белки препарата используемые в лечении против рака. Эти лекарства могут быть выделены и переданы пациентам. Идея состоит в том, что выработка лекарств, таким образом, будет намного дешевле и эффективней, и не потребует дорогостоящих биореакторов, которые на данный момент являются стандартом индустрии.

У этой системы есть много потенциальных преимуществ, однако некоторые люди подняли вопрос о том, будут ли куры, используемые для производства лекарств, классифицированы как «медицинское оборудование» или как «животные», потому как в первом случае это позволит производителям обойти законы о защите прав животных.

4. Очеловеченное коровье молоко

Видимо очеловеченных кур было мало, поэтому учёные из Китая уже ввели человеческие гены более 200 коровам в попытке заставить их вырабатывать человеческое грудное молоко. И что самое интересное – это сработало. По словам главного исследователя Нинга Ли (Ning Li) в настоящее время все 200 коров производят молока идентичное молоку, вырабатываемому кормящими женщинами.

Их метод включал в себя клонирование человеческих генов и смешивание их с ДНК зародышей коров. Они планируют разработать генно-модифицированную альтернативу детскому питанию, которую можно будет давать новорожденным, однако люди обеспокоены безопасностью кормления новорожденных генно-модифицированных грудным молоком.

3. Скорпионовая капуста

Скорпион вида Androctonus australis является одним из самых опасных скорпионов в мире. По силе, его яд настолько же токсичен, насколько токсичен яд чёрной мамбы, и может привести к повреждению тканей и кровотечению, не говоря уже о смертях нескольких человек в год. С другой стороны у нас есть капуста - овощ, который идет в суп и из которого делают квашеную капусту. В 2002 году исследователи из Колледжа естественных наук (College of Life Sciences) в Пекине объединили их и объявили получившийся продукт безопасным для употребления человеком.

Они специально выделили особый токсин из яда скорпиона и изменили геном капусты таким образом, чтобы он производил токсин по мере роста овоща. Но зачем им было создавать ядовитый овощ? Очевидно, токсин, который они использовали, AaIT, ядовит только для насекомых, а для людей он безопасен. Другими словами, он действует как встроенный пестицид, поэтому, когда какое-то насекомое вроде гусеницы попытается съесть капусту, его сразу же парализует, а затем у него начнутся такие сильные спазмы, что он умрёт от судорог.

Вызывает опасения лишь тот факт, что генетическая составляющая организма меняется с каждым последующим поколением. Если в геноме капусты уже будут присутствовать ядовитые гены, сколько же времени пройдёт до того, как гены мутируют в то, что будет по-настоящему токсично для людей?

2. Свиньи с человеческими органами

Наверное, дальше всех кто пытался скрестить геном человека и животных зашли несколько отдельных исследователей, которые начали размножать свиней с органами, готовыми к трансплантации человеку. Ксенотрансплантация или трансплантация органов других видов человеку, оставалась неразрешённой задачей из-за специфического фермента, вырабатываемого свиньями, который отторгался человеческим телом.

Рэндалл Пратер (Randall Prather), исследователь из Университета Миссури (University of Missouri) клонировал четырёх свиней, которые лишены гена, ответственного за производство этого фермента. Шотландская компания, та же что успешно клонировала овечку Долли, также успешно клонировала пять свиней, которые тоже лишены этого гена.
Вполне возможно, что в ближайшем будущем такие генно-модифицированные свиньи будут выращиваться, как заводы по производству органов. Другой вероятностью является то, что реальные человеческие органы будут выращиваться внутри свиней. Это исследование еще вызывает множество споров, однако крысиную поджелудочную железу уже удалось вырастить внутри мыши.

1. Суперсолдаты Дарпы (Darpa)

Компания «DARPA» министерства обороны США интересовалась человеческим геномом в течение многих лет, и, как и можно ожидать от компании, которая создала 99 процентов смертельных роботов в мире, их интерес не ограничивается образовательными целями. Обойти запрет на создание гибридных эмбрионов человека довольно сложно, тем не менее, они экспериментируют с разными способами создания «суперсолдатов», углубляя своё исследование человеческого генома.

В бюджете, запланированном на 2013 год, одному из проектов было выделено $44,5 миллионов. Деньги были выделены на разработку «биологических систем, которые способны пересечь многочисленные грани биологической архитектуры человеческого тела и его функции, начиная с молекулярного уровня и заканчивая генетическим уровнем». Целью проекта является создание солдатов с супер возможностями для боевых действий.

Однако у них в запасе есть ещё один проект, который на самом деле просто ужасает: их программа «Нейронные устройства, управляемые людьми» (Human Assisted Neural Devices) ставит целью «определить, можно ли дифференциально модулировать сети нейронов с помощью оптогенетической нейростимуляции у животных». Оптогенетика это мрачная ветвь нейробиологии, которая используется для «манипуляции неврональной активности и для контроля поведения животных».

В бюджете также указывается, что они надеются получить работающую демонстрацию этой технологии на «низшем примате» уже в этом году, что является свидетельством того, что они уже далеко продвинулись. Это определённо позволяет сделать вывод, что это технология будет впоследствии использоваться для создания суперсолдат или людей-зомби.

Что же мы натворили…

Сумасшедшая наука

Светящиеся в темноте коты? Это может звучать, как научная фантастика, но они существуют уже многие годы. Капуста, производящая яд скорпионов? Сделано. Да, и в следующий раз, когда вам понадобится вакцина, доктор может просто дать вам банан.

Эти и многие другие генетически измененные организмы существуют сегодня, их ДНК была изменена и смешана с другой ДНК, чтобы получить полностью новый набор генов. Вы можете не знать этого, но многие из этих генетически модифицированных организмов являются частью жизни и даже частью повседневного питания. К примеру, в США около 45% кукурузы и 85% соевых бобов генетически модифицированы, и оценочно 70-75% бакалейных продуктов на полках продуктовых магазинов содержат генетически созданные ингредиенты.

Ниже представлен список самых странных растений и животных, созданных методами генной инженерии и существующих сегодня.

Светящиеся в темноте коты

В 2007 году южнокорейский ученый изменил ДНК кота, чтобы заставить его светиться в темноте, а затем взял эту ДНК и клонировал из нее других котов, создав целую группу пушистых флуоресцирующих кошачьих. И вот, как он это сделал: исследователь взял кожные клетки мужских особей турецкой ангоры и, используя вирус, ввел генетические инструкции по производству красного флуоресцентного белка. Затем он поместил генетически измененные ядра в яйцеклетки для клонирования, и эмбрионы были имплантированы назад донорским котам, что сделало их суррогатными матерями для собственных клонов.

Так для чего же нужно домашнее животное, работающее по совместительству ночником? Ученые говорят, что животные с флуоресцентными протеинами дадут возможность искусственно изучать на них человеческие генетические болезни.

Эко-свинья

Эко-свинья, или как критики ее еще называют Франкенсвин - это свинья, которая была генетически изменена для лучшего переваривания и переработки фосфора. Свиной навоз богат формой фосфора фитатом, а потому, когда фермеры используют его как удобрение, это химическое вещество попадает в водосборы и становится причиной цветения водорослей, которые, в свою очередь, уничтожают кислород в воде и убивают водную жизнь.

Борющиеся с загрязнениями растения

Ученые Вашингтонского университета работают над созданием тополей, которые могут очищать загрязненные места при помощи впитывания через корневую систему загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах. После этого растения разлагают загрязнители на безвредные побочные продукты, которые впитываются корнями, стволом и листьями или высвобождаются в воздух.

В лабораторных испытаниях трансгенные растения удаляют ни много, ни мало 91% трихлорэтилена из жидкого раствора, химического вещества, являющегося самым распространенным загрязнителем подземных вод.

Ядовитая капуста

Ученые недавно выделили ген, отвечающий за яд в хвосте скорпиона, и начали искать способы введения его в капусту. Зачем нужна ядовитая капуста? Чтобы уменьшить использование пестицидов и при этом не давать гусеницам портить урожай. Это генетически модифицированное растение будет производить яд, убивающий гусениц после укуса листьев, но токсин изменен так, чтобы быть безвредным для людей.

Плетущие паутину козы

Крепкий и гибкий паутиний шелк является одним из самых ценных материалов в природе, его можно было бы использовать для производства целого ряда изделий от искусственных волокон до парашютных строп, если бы была возможность производства в коммерческих объемах. В 2000 году компания «Nexia Biotechnologies» заявила, что имеет решение: коза, производящая в своем молоке паутинный белок паука.

Исследователи вложили ген каркасной нити паутины в ДНК козы таким образом, чтобы животное стало производить паутинный белок только в своем молоке. Это «шелковое молоко» затем можно использовать для производства паутинного материала под названием «Биосталь».

Быстрорастущий лосось

Генетически модифицированный лосось компании «AquaBounty» растет в два раза быстрее, чем обычная рыба этого вида. На фото показаны два лосося одного возраста. В компании говорят, что рыба имеет тот же вкус, строение ткани, цвет и запах, как и обычный лосось; однако все еще идут споры о ее съедобности.
Генетически созданный атлантический лосось имеет дополнительный гормон роста от чавычи, который позволяет рыбе производить гормон роста круглый год. Ученым удалось сохранить активность гормона при помощи гена, взятого у схожей на угря рыбы под названием «американская бельдюга» и действующего как «включатель» для гормона.

Если Федеральное управление США по контролю качества продуктов питания, напитков и лекарственных препаратов согласует продажу лосося, то это станет первым случаем, когда американское правительство разрешит распространять модифицированное животное для потребления человеком. В соответствии с федеральными положениями рыбу не надо будет помечать как генетически модифицированную.

Помидор Flavr Savr

Помидор Flavr Savr был первым коммерчески выращиваемым и генетически созданным продуктом питания, которому предоставили лицензию для потребления человеком. Добавляя антисмысловый ген, компания «Calgene» надеялась замедлить процесс созревания помидора, чтобы предотвратить процесс размягчения и гниения, давая при этом ему возможность сохранить природный вкус и цвет. В итоге помидоры оказались слишком чувствительными к перевозке и совершенно безвкусными.

Банановые вакцины

Вскоре люди смогут получать вакцину от гепатита Б и холеры, просто укусив банан. Исследователи успешно создали бананы, картофель, салат-латук, морковь и табак для производства вакцин, но, по их словам, идеальными для этой цели оказались именно бананы.

Когда измененная форма вируса вводится в молодое банановое дерево, его генетический материал быстро становится постоянной частью клеток растения. С ростом дерева его клетки производят вирусные белки, но не инфекционную часть вируса. Когда люди съедают кусок генетически созданного банана, заполненного вирусными белками, их иммунная система создает антитела для борьбы с болезнью; то же происходит и с обычной вакциной.

Менее страдающие от метеоризма коровы

Коровы производят значительные объемы метана в результате процессов пищеварения. Он производится бактерией, являющейся побочным продуктом богатой целлюлозой диеты, включающей траву и сено. Метан - второй по объему после двуокиси углерода загрязнитель, вызывающий парниковый эффект, и потому ученые работали над созданием коровы, производящей меньше этого газа.

Исследователи в сфере сельского хозяйства Университета Альберты обнаружили бактерию, отвечающую за производство метана, и создали линию скота, выделяющего на 25% меньше газа, чем обычная корова.

Генетически модифицированные деревья

Деревья изменяются генетически для более быстрого роста, лучшей древесины и даже для обнаружения биологических атак. Сторонники генетически созданных деревьев говорят, что биотехнологии могут помочь остановить обезлесение и удовлетворить потребности в древесине и бумаге. Например, австралийское эвкалиптовое дерево изменено для устойчивости к низким температурам, была создана ладанная сосна с меньшим содержанием лигнина - вещества, дающего деревьям твердость. В 2003 году Пентагон даже наградил создателей сосны, меняющей цвет во время биологической или химической атаки.

Однако критики заявляют, что знаний о том, как созданные деревья влияют на природное окружение, еще недостаточно; среди иных недостатков они могут распространять гены на природные деревья или увеличивать риск воспламенения.

Лекарственные яйца

Британские ученые создали породу генетически модифицированных кур, которые производят в яйцах лекарства против рака. Животным добавили в ДНК гены людей, и, таким образом, человеческие белки секретируются в белок яиц вместе со сложными лекарственными белками, схожими с препаратами, используемыми для лечения рака кожи и других заболеваний.

Что же именно содержится в этих борющихся с болезнями яйцах? Куры несут яйца с miR24 - молекулой, способной лечить злокачественные опухоли и артрит, а также с человеческим интерфероном b-1a - антивирусным лекарством, схожим на современные препараты от множественного склероза.

Активно связывающие углерод растения

Ежегодно люди добавляют около девяти гигатонн углерода в атмосферу, а растения впитывают около пяти из этого количества. Оставшийся углерод способствует парниковому эффекту и глобальному потеплению, но ученые работают над созданием генетически модифицированных растений для улавливания этих остатков углерода.

Углерод может в течение десятилетий оставаться в листьях, ветвях, семенах и цветах растений, а тот, что попадает в корни, может быть там столетия. Таким образом, исследователи надеются создать биоэнергетические культуры с обширной корневой системой, которые смогут связывать и сохранять углерод под землей. Ученые в настоящее время работают над генетическим модифицированием многолетних растений, как просо прутьевидное и мискант, что связано с их большими корневыми системами.

28 августа 1976 года в Массачусетсе был впервые синтезирован искусственный ген. За это время наука зашла далеко вперед. Сегодня вспомним, каких невероятных высот достигла генная инженерия за 4 десятилетия.

1. Светящиеся коты

Невероятно, но факт: южнокорейский ученый изменил ДНК кота, чтобы тот мог светиться в темноте. На достигнутом он не стал останавливаться и клонировал из этой ДНК целую группу флуоресцирующих животных. Исследователь взял клетки кожи мужских особей ангорской кошки и ввел красный светящийся белок. Генетически измененные ядра клеток были помещены в яйцеклетки, которые использовались для клонирования, а эмбрионы вживлены донорским кошкам. Так кошки-доноры стали суррогатными матерями для клонов самих себя.

2. Морковка-иммуномодулятор

Российские ученые вживили белок человеческого ДНК в морковь. Таким образом привычный нам овощ приобрел свойство иммуномодулятора, усиливающего защитные функции организма. Ученые надеются, что употребление в пищу такой моркови поможет успешно бороться с такими иммунозависимыми болезнями, как рак и СПИД.

3. Ядовитая капуста

Все дачники знают, как трудно бороться с капустной гусеницей естественным путем. Приходится использовать пестициды, которые вовсе не полезны для нашего здоровья. Ученые-генетики решили эту проблему по-своему. Они выделили ген, отвечающий за выработку яда в хвосте скорпиона, и стали искать способ введения его в капусту. Такое генномодифицированное растение будет производить яд, убивающий его пожирателей. А как же отразятся такие изменения на людях, которые будут употреблять его в пищу? Об этом ученые тоже позаботились. Токсин изменен так, чтобы быть абсолютно безвредным для людей.

4. Быстрорастущий лосось

Генетически модифицированный лосось растет гораздо быстрее своих обычных собратьев. Все дело в том, что такая рыба имеет дополнительный гормон роста. Ученым удалось активизировать этот гормон при помощи гена, который был взят у рыбы под названием американская белуга. Этот ген действует как «включатель» гормона роста. Правда, до сих пор идут споры о съедобности такого лосося, хотя он и имеет строение ткани, цвет и запах как обычный лосось.

5. Козы, плетущие паутину

Паутинный шелк – один из самых ценных материалов в природе. Как один из самых крепких и гибких материалов, он мог бы использоваться для производства различных изделий – от искусственных волокон до парашютных строп. Проблема заключается в его производстве в коммерческих объемах. Но в 2000 году одна из компаний нашла решение. Исследователи заявили, что вложили ген каркасной нити паутины в ДНК обычной козы таким образом, чтобы животное производило белок паутины в своем молоке. Материал, произведенный таким способом, ученые назвали «Биосталь».

6. Лекарственные яйца

Британским ученым удалось вывести породу кур, которые в своих яйцах производят лекарство от рака. Курам добавили в ДНК гены людей, и такие генномодифицированные птицы несут яйца с молекулой miR24, способной лечить раковые опухоли и артрит. Эти яйца также содержат человеческий интерферон b-1a – антивирусное лекарство, идентичное современным препаратам от множественного склероза.

Факультет Биотехнологий и Ветеринарной медицины

КафедраИБЗ и ВСЭ

Специальность Ветеринария

Форма обучения очная

Курс II

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ОБУЧАЮЩЕГОСЯ

ДисциплинаВетеринарная Вирусология и биотехнологияАнатомия животных

Студент Фазылова МавлудабонуИзатуллоевна

Руководитель:

Кбн, Доцент
Николаева Оксана Николаевна
(ученая степень, звание, Ф.И.О)

Оценка при защите:

____________________________

(подпись)

«____»_________________ 20__г.

1. Генетическая инженерия в микробиологии и вирусологии…………………3

1.1 Методы генной инженерии……………………………………………….…5

1.2 Интересные факты генной инженерии………………………………..…..12

2. Динамический (роллерный способ) культивирования культуры клеток.…13

3. Приготовление диагностических сывороток и их контроль………………16

3.1 Контроль диагностических сывороток……………………………………19

Библиографический список…………………………………………………….21

Генетическая инженерия в микробиологии и вирусологии

Генетическая инженерия - это сумма методов, позволяющих переносить гены из одного организма в другой, или - это технология направленного конструирования новых биологических объектов. Генетическая инженерия не является наукой – это только набор инструментов, использующий современные достижения клеточной и молекулярной биологии, генетики, микробиологии и вирусологии. Работы по изменению существующих органических форм стали возможны только после того, как в 1953 году была расшифрована молекула ДНК. Мы наконец-то поняли сущность гена, его значение для белков, прочитали код геномов живых организмов и естественно наши ученные не стали останавливаться на достигнутом. Мы научились выделять ген из организма и синтезировать его в лабораторных условиях. Освоили технологии видоизменения гена для придания ему нужной структуры; нашли способы введения в ядро клетки преобразованного гена и присоединения его к существующим генетическим образованиям.

Генетическая инженерия является сердцевиной биотехнологии. Она по существу сводится к генетической рекомбинации, т.е. обмену генами между двумя хромосомами, которая приводит к возникновению клеток или организмов с двумя и более наследственными детерминантами (генами), по которым родители различались между собой. Метод рекомбинации invitro или генетической инженерии заключается в выделении или синтезе ДНК из отличающихся друг от друга организмов или клеток, получении гибридных молекул ДНК, введении рекомбинантных (гибридных) молекул в живые клетки, создании условий для экспрессии и секреции продуктов, кодируемых генами.

Гены, кодирующие те или иные структуры, или выделяют (клонируют) как таковые (хромосомы, плазмиды), или прицельно выщепляют из этих генетических образований с помощью ферментов рестрикции. Эти ферменты, а их уже известно более тысячи, способны резать ДНК по многим определенным связям, что является важным инструментом генной инженерии. В последнее время обнаружены ферменты, расщепляющие по определенным связям РНК, наподобие рестриктаз ДНК. Эти ферменты названы рибозимами. Сравнительно небольшие гены могут быть получены с помощью химического синтеза. Для этого вначале расшифровывают число и последовательность аминокислот в белковой молекуле вещества, а затем по этим данным узнают очередность нуклеотидов в гене, поскольку каждой аминокислоте соответствуют три нуклеотида (кодон). С помощью синтезатора создают химическим путем ген, аналогичный природному гену. Полученный одним из способов целевой ген с помощью ферментов лигаз сшивают с другим геном, который используется в качестве вектора, для встраивания гибридного гена в клетку. Вектором могут служить плазмиды, бактериофаги, вирусы человека, животных и растений. Экспрессируемый ген в виде рекомбинатной ДНК (плазмида, фаг, вирусная ДНК) встраивается в бактериальную или животную клетку, которая приобретает новое свойство - продуцировать несвойственное этой клетке вещество, кодируемое экспрессируемым геном. В качестве реципиентов экспрессируемого гена чаще всего используют E. coli, B. subtilis, псевдомонады, нетифоидныесеровары сальмонелл, дрожжи, вирусы. Методом генной инженерии созданы сотни препаратов медицинского и ветеринарного назначения, получены рекомбинантные штаммы-суперпродуценты, многие из которых нашли практическое применение. Уже используются в медицине полученные методом генной инженерии вакцины против гепатита В, интерлейкины-1, 2, 3, 6, инсулин, гормоны роста, интерфероны α, β, γ, фактор некроза опухолей, пептиды тимуса, миелопептиды, тканевый активатор плазминогена, эритропоэтин, антигены ВИЧ, фактор свертывания крови, моноклональные антитела и многие антигены для диагностических целей.

Методы генной инженерии

1. Гибридологический анализ - основной метод генетики. Он основан на использовании системы скрещивания в ряде поколений для определения характера наследования признаков и свойств.

2. Генеалогический метод заключается в использовании родословных. Для изучения закономерностей наследования признаков, в том числе наследственных болезней. Этот метод в первую очередь принимается при изучении наследственности человека и медленно плодящихся животных.

3. Цитогенетический метод служит для изучения строения хромосом, их репликации и функционирования, хромосомных перестроек и изменчивости числа хромосом. С помощью цитогенетики выявляют разные болезни и аномалии, связанные с нарушением в строении хромосом и изменение их числа.

4. Популяционно - статический метод применяется при обработке результатов скрещиваний, изучения связи между признаками, анализе генетической структуры популяций и т.д.

5. Иммуногенетический метод включают серологические методы, иммуноэлектрофорез и др., кот используют для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови тканей. С его помощью можно установить иммунологическую несовместимость, выявить иммунодефициты и т.д.

6. Онтогенетический метод используют для анализа действия и проявление генов в онтогенезе при различных условиях среды. Для изучения явлений наследственности и изменчивости используют биохимический, физиологический и другие методы.

Технология рекомбинантных ДНК использует следующие методы:

1. специфическое расщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами;

2. быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;

3. конструирование рекомбинантной ДНК;

4. гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью;

5. клонирование ДНК: амплификация invitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;

6. введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.

Суть генной инженерии сводится к следующему: биологи, зная, какой ген за что отвечает, выделяют его из ДНК одного организма и встраивают в ДНК другого. В результате можно заставить клетку синтезировать новые белки, что придает организму новые свойства.Мы знаем, что обмен генетической информацией происходит и в природе, но только между особями одного вида. Случаи же скрещивания особей разных видов (например, собаки и волка) являются исключением.Перенос генов от родителей к потомкам внутри одного вида называется вертикальным. Так как возникающие при этом особи, как правило, очень похожи на родителей, в природе генетический аппарат обладает высокой точностью и обеспечивает постоянство каждого вида. Всё это стало возможно благодаря ферментам – образованиям на основе белка, отвечающим за организацию работы клетки. В частности можно назвать такие ферменты, как рестриктазы. Одна из их функций – защита клетки от инородных генов. Чужая ДНК разрезается этим надёжным стражем на отдельные части, причём существует множество различных рестриктаз, каждая из которых наносит удар в строго определённом месте.Подобрав набор таких ферментов, можно без труда расчленять молекулу на требуемые участки. Затем необходимо их соединить, но уже по новому. Тут помогает природное свойство генетического материала воссоединяться друг с другом. Помощь в этом оказывают также ферменты лигазы, задача которых заключается именно в соединении двух молекул с образованием новой химической связи.Непохожий ни на что гибрид создан. Представляет он собой молекулу ДНК, несущую новую генетическую информации. Такое образование в генной инженерии называют вектором. Его главная задача – передача новой программы воспроизводства намеченному для этой цели живому организму. Но ведь последний может её проигнорировать, отторгнуть и руководствоваться только родными генетическими программами.

Такое невозможно, благодаря явлению, которое носит название трансформация у бактерий и трансфекция у человека и животных. Суть его заключается в том, что если клетка организма поглотила свободную молекулу ДНК из окружающей среды, то она всегда встраивает её в геном. Это влечёт за собой появление у такой клетки новых наследственных признаков, запрограммированных в поглощённую ДНК.Поэтому, чтобы новая генетическая программа начала работать, необходимо только одно, – чтобы она оказалась в нужной клетке. Это сделать не просто, так как такое сложное образование, как клетка, имеет множество защитных механизмов, препятствующих проникновению в неё чужеродных объектов.Любые преграды можно обойти. Для начала маленькие – к примеру, введение чужеродных генов в бактерии. Здесь, в качестве вектора, вполне можно использовать плазмиду – кольцевую молекула ДНК малых размеров, располагающуюся в клетках вне хромосом и несущую дополнительные половые признаки. Бактерии постоянно обмениваются плазмидами, поэтому не составляет никакого труда перепрограммировать указанную молекулу и направить в клетку.Значительно более трудно ввести готовый ген в наследственный аппарат клеток растений и животных. Здесь на помощь приходят вирусы – генетические элементы, одетые в белковую оболочку и способные переходить из одной клетки в другую. Для такой работы прекрасно подходят молекулы ДНК вирусов – фаги. Их «переделывают» под нужные параметры и включают в генетический аппарат животного или растительного организма.Всё, дело сделано. Внедрённый генетический код начинает работать. Иногда бывают сбои, если часть генов новой ДНК окажутся «молчащими». Таких много в каждом организме. У одних живых существ они прекрасно функционируют, у других же не проявляют себя никак.Накладки и недоработки учитываются и тщательно анализируются. Непрерывно идут работы, изучающие различные комбинации генов: удаление части их из молекулы или наоборот – добавление составляющих, совсем не свойственных данному живому организму.Горизонтальный перенос генов упрокариот – это не просто лабораторный результат генной инженерии, а распространенное природное явление.

Установлены три основных механизма латерального переноса: трансформация, коньюгация и трансдукция.

1. Трансформация – это нормальная физиологическая функция обмена генетическим материалом у некоторых бактерий.

2. Конъюгация имеет наименьшее число ограничений для межвидового обмена генетической информацией, но предполагает тесный физический контакт между микроорганизмами, легче всего достижимый в биопленках.

3. Трансдукция (от лат. transductio – перемещение) – это перенос генетического материала из одной клетки в другую с помощью некоторых вирусов (бактериофагов), что приводит к изменению наследственных свойств клетки реципиента.

К наиболее опасным заболеваниям, вызываемым вирусами у животных и человека, относят бешенство, оспу, грипп, полиомиелит, СПИД, гепатит и др. Вирусы обладают вирулентность – это степень болезнетворного действия микроба. Ее можно рассматривать как способность адаптироваться к организму хозяина и преодолевать его защитные механизмы.

Преимущества генной инженерии:

А) С помощью генной инженерии можно увеличить в генетически измененной продукции содержание полезных веществ и витаминов по сравнению с «чистыми» сортами. Например, можно «вставить» витамин А в рис, с тем чтобы выращивать его в регионах, где люди испытывают его нехватку.

Б) Можно существенно расширить ареалы посева сельхозпродуктов, приспособив их к экстремальным условиям, таким, как засуха и холод.

В) Путем генетической модификации растений можно существенно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами и гербицидами. Ярким примером здесь является уже состоявшееся внедрение в геном кукурузы гена земляной бактерии Bacillusthuringiensis, уже снабжающего растение собственной защитой, так называемым Bt-токсином, и делающего по замыслу генетиков дополнительную обработку бессмысленной.

Г) Генетически измененным продуктам могут быть приданы лечебные свойства. Ученым уже удалось создать банан с содержанием анальгина и салат, вырабатывающий вакцину против гепатита B.

Д) Еда из генетически измененных растений может быть дешевле и вкуснее.

Е) Модифицированные виды помогут решить и некоторые экологические проблемы. Конструируются растения, эффективно поглощающие цинк, кобальт, кадмий, никель и прочие металлы из загрязненных промышленными отходами почв.

Ё) Генная инженерия позволит улучшить качество жизни, очень вероятно - существенно продлить её; есть надежда найти гены, ответственные за старение организма и реконструировать их.

Недостатки генной инженерии:

В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как она не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена. Выведение генетически модифицированных видов растений и животных представляет определенную опасность, обусловленную непредсказуемостью их развития и поведения в естественной среде.

Экологические риски:

1) появление супервредителей;

2) нарушение природного баланса;

3) выход трансгенов из-под контроля.

Медицинские риски:

1) Повышенная аллергеноопасность;

2) Возможная токсичность и опасность для здоровья;

3) Устойчивость к действиям антибиотиков;

4) могут возникнуть новые и опасные вирусы.

Социально - экономических причин по которым генетически измененные растения считаются опасными:

1. они представляют угрозу для выживания миллионов мелких фермеров.

2. Они сосредоточат контроль над мировыми пищевыми ресурсами в руках небольшой группы людей. Всего десять компаний могут контролировать 85% глобального агрохимического рынка.

3. Они лишат западных потребителей свободы выбора в приобретении продуктов.

Интересные факты генной инженерии

1. Факт. В 2005 году на биотехнологические продукцию и услуги в области ветеринарии в США планировалось потратить более 5 млрд. долларов. По данным Департамента сельского хозяйства США (USDA), на различные виды биотехнологической продукции для животных выдано 105 лицензий. Это – ветеринарные вакцины, биопрепараты и средства диагностики.

2. Факт. Первые живые существа, полученные с помощью генной инженерии – декоративные рыбки GloFish – появились на рынке в январе 2004 года. В них вживили ген морского анемона, и если наблюдать за этими рыбками в темноте, они флюоресцируют ярким красным светом.

3. Факт. Домашние животные, такие, как собаки и кошки, получают немало пользы от произведенных с помощью биотехнологии вакцин и диагностических наборов.

4. Факт. Проведенные исследования показали, что животные - клоны едят, пьют и ведут себя абсолютно также, как и обычные животные.

5. Факт. Успешно были клонированы, по крайней мере, три вида исчезающих животных: европейский муфлон и дикие быки гаур и бантенг. Клонированного бантенга вы можете увидеть в зоопарке города Сан-Диего, Калифорния.

6. Факт. В 1984 году в одной из американских клиник пациенту вживили сердце бабуина, которое проработало в течение 20 дней. Сегодня врачи регулярно используют сердечные клапаны свиней для пересадки их человеку, а также пересаживают кожу этих животных людям, пострадавшим от ожогов. Несколько групп исследователей в разных странах работают над созданием генетически модифицированных свиней, органы которых при пересадке человеку не будут отторгаться его иммунной системой.

7. Факт. Животные, выращенные с помощью биотехнологии, если и отличаются от обычных животных, то в лучшую сторону: клонирование и генная инженерия – это всего лишь еще один инструмент для выведения новых пород, а этим люди тысячи лет занимались неосознанно и около ста лет – на основе данных генетики. Ученые и технический персонал заботятся об экспериментальных животных куда лучше, чем фермер – о своем стаде обычных животных.

8. Факт. Несколько групп ученых в разных странах исследовали мясо и молоко клонированных животных по сотне показателей и не нашли отличий от мяса и молока животных, зачатых обычным путем.

9. Факт. Действительно, при клонировании или получении генетически модифицированных животных многие эмбрионы оказываются нежизнеспособными, а смертность при родах – выше, чем при обычном разведении животных.

10. Факт. В целом состояние здоровья клонов и традиционных животных не отличаются – это доказали десятилетние исследования, проведенные в том числе Национальной академией наук США.

11. Факт. За животными - клонами и за животными, которых используют в генной инженерии, ухаживают, как показывают наблюдения ветеринаров, с особой заботой.

12. Факт. В действительности Долли прожила даже дольше, чем обычно живут овцы, и умерла в преклонном возрасте из-за развития артрита. Смерть наступила из-за обычной старости, и это никак не связанно с тем, что она была клонирована.

Создано 30.08.2011 17:33

Светящиеся в темноте коты

Эко-свинья

Борющиеся с загрязнениями растения

Ядовитая капуста

Плетущие паутину козы

Быстрорастущий лосось

Помидор Flavr Savr

Банановые вакцины

Менее страдающие от метеоризма коровы

Коровы производят значительные объемы метана в результате процессов пищеварения. Он производится бактерией, являющейся побочным продуктом богатой целлюлозой диеты, включающей траву и сено. Метан – второй по объему после двуокиси углерода загрязнитель, вызывающий парниковый эффект, и потому ученые работали над созданием коровы, производящей меньше этого газа.

Генетически модифицированные деревья

Деревья изменяются генетически для более быстрого роста, лучшей древесины и даже для обнаружения биологических атак. Сторонники генетически созданных деревьев говорят, что биотехнологии могут помочь остановить обезлесение и удовлетворить потребности в древесине и бумаге. Например, австралийское эвкалиптовое дерево изменено для устойчивости к низким температурам, была создана ладанная сосна с меньшим содержанием лигнина – вещества, дающего деревьям твердость. В 2003 году Пентагон даже наградил создателей сосны, меняющей цвет во время биологической или химической атаки.

Лекарственные яйца

Что же именно содержится в этих борющихся с болезнями яйцах? Куры несут яйца с miR24 – молекулой, способной лечить злокачественные опухоли и артрит, а также с человеческим интерфероном b-1a – антивирусным лекарством, схожим на современные препараты от множественного склероза.

Активно связывающие углерод растения

Генная инженерия примеры достижений. Причудливые примеры генной инженерии. Интересные факты генной инженерии

Интересные статьи

Интересные статьи