Генная инженерия

Содержание 

    ВВЕДЕНИЕ                                                                                                                  3

    Глава 1. История возникновения  и теоретические предпосылки      формирования генной инженерии                                                                                   5

1. Возникновение генной инженерии                                                                        5
2. Теоретические предпосылки формирования генной инженерии                       6

  1.2.1 Открытие двойной структуры ДНК и матричного синтеза                             6

    1.2.2 Рестриктационные эндонуклеазы                                                                       8

    1.2.3 Принципы технологий рекомбинантных ДНК                                                  9

    1.2.4 Идентификация анализов гена                                                                          12

    1.2.5 Гибридизация нуклеиновых кислот                                                                  12

    1.2.6 Сортировка хромосом                                                                                        14

    1.2.7 Секвенирование ДНК                                                                                         15

    1.2.8 Динамичность генома                                                                                        16                                                                                     

    Глава 2. Современные возможности  и задачи генетики и генной   инженерии                                                                                                                           18

    2.1 Трансгенные организмы                                                                                       22

    2.2 Химеры                                                                                                                   23

    2.3 Медико-генетическое консультирование                                                            25

    2.4 Клонирование                                                                                                         27

    2.5 Лечение и предупреждение наследственных  болезней                                     30

    Глава 3.  Проблемы генной инженерии                                                                32

    3.1 Экологические риски                                                                                            33

    3.2 Медицинские риски                                                                                               34

    3.3 Социально- экономические риски                                                                       36

    Заключение                                                                                                                 38

    Список  литературы                                                                                                   40 
 

                                                                                

    ВВЕДЕНИЕ 

    Человечеству  необходимо научиться эффективно изменять наследственную природу живых организмов, чтобы обеспечить себя доброкачественной  пищей и сырьем и при этом не привести планету к экологической  катастрофе. Поэтому не случайно главной задачей в наше время стало решение проблемы создания новых форм растений, животных и микроорганизмов, хорошо приспособленных к индустриальным способам производства, устойчиво переносящих неблагоприятные условия, эффективно использующих солнечную энергию и, что особенно важно, позволяющих получать биологически чистую продукцию без чрезмерного загрязнения окружающей среды. Принципиально новыми подходами к решению этой фундаментальной проблемы является использование генной и клеточной             инженерии [1].

    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 [5]. 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 рецепиентный организм, создания условий для его функционирования и стабильного наследования [4].

    Генная  инженерия является наиболее перспективной  и ведущей разработкой в сфере  современных биотехнологий. Биотехнология  – это обширное понятие, которое  включает в себя достаточно широкий  комплекс различных процессов по модификации биологических организмов для обеспечения потребностей человека. К методам биотехнологии можно  отнести, к примеру, эксперименты по гибридизации и науку о селекции, целями которых является изменение  различных биологических организмов с целью улучшения их качеств. Генная инженерия являет собой революционно новый способ изменения организмов путем непосредственного вмешательства в их геном [9].

    В данной курсовой работе рассматриваются  основные характеристики,  проблемы  и перспективы такой новейшей технологии, как  генная  инженерия.  В  настоящее время эта тема весьма актуальна. На  начало  21-го  века  в  мире  проживает около 5 млрд. человек. По прогнозам учёных  к  концу  21-го  века  население  Земли может увеличиться до 10 миллиардов. Как  прокормить  такое  количество людей качественной пищей, если и  при  5  миллиардах  в  некоторых  регионах население голодает? Впрочем, даже если бы такой  проблемы  не  существовало, то человечество, для решения других своих проблем, стремилось бы внедрять  в сельское хозяйство наиболее производительные биотехнологии. Одной  из  таких  технологий как раз и является генная инженерия [7]. 
 
 
 
 
 
 
 

    Глава 1. История возникновения и теоретические предпосылки формирования генной инженерии 

3. Возникновение 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 модель ДНК. Именно этот год принято считать  годом рождения молекулярной биологии [12].

    На  рубеже 50 - 60-х годов были выяснены свойства генетического кода, а к  концу 60-х годов его универсальность  была подтверждена экспериментально. Шло интенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой стали E. coli, 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 [2].

    Историю развития генетической инженерии можно  условно разделить на три этапа.

    Первый  этап связан с доказательством принципиальной возможности получения рекомбинантных молекул ДНК in vitro. Эти работы касаются получения гибридов между различными плазмидами. Была доказана возможность  создания 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 [12].

    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 вируса SV40, бактериофага и E. Coli [1]. 

    1.2 Теоретические предпосылки формирования генной инженерии  

    Теоретическими предпосылками формирования генной инженерии являются:

-  открытие двойной спирали ДНК;

- получение информации о матричном синтезе: репликации ДНК, транскрипции ДНК, трансляции ДНК;

- открытие  плазмид;   

- открытие  фрагментов рестриктаз;

- осуществление процесса рекомбинации хромосом;

- идентификация и анализ генов;

- способность к гибридизации цепей ДНК;

- секвенирование ДНК [1]. 

    1.2.1 Открытие двойной структуры ДНК  и матричного синтеза 

    Начальные работы американских учёных Уотсона и Крика, произведенные в 1953 году, дали возможность развиваться генной инженерии в качестве самостоятельного раздела науки.

    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. 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) [8].