Шпаргалка по "Генетика"

Самая мощная белоксинтезирующая система находится в клетках  молочной железы. Если поставить гены чужих белков под контроль казеинового  промотора, то экспрессия этих генов  будет мощной и стабильной, а белок  будет накапливаться в молоке (животное-ферментер). Уже получены трансгенные коровы, в молоке которых содержится человеческий белок лактоферрин. Этот белок планируют применять для профилактики гастроэнтерологических заболеваний у людей с низкой иммунорезистентностью. Это больные СПИДом, недоношенные младенцы, больные раком, прошедшие радиотерапию. Ведутся клинические испытания такого молока. Уже сейчас корпорация Genzyme Transgenics планирует исследования с целью создания трансгенного крупного рогатого скота, содержащего в молоке человеческий альбумин. Был куплен патент на получение эмбрионов, содержащих геном клеток соединительной ткани (фибробластов), включающий ген, ответственный за синтез человеческого белка.  Подобная технология позволяет увеличить эффективность создания трансгенных молочных животных, так как при обычном впрыскивании генов в оплодотворенную яйцеклетку рождается от только 5 - 10% трансформированных животных, из них - несколько самцов, не дающих молока.

Использование новой технологии клонирования позволяет получать животных только женского пола, дающих трансгенный протеин. Альбумин используется в терапии для поддержания осмотического давления в крови. Ежегодно в мире требуется около 440 тысяч литров плазмы крови для выделения этого белка (стоимость около 1,5 млрд. $). Каждая молочная корова может произвести 80 кг рекомбинантного человеческого альбумина ежегодно. Genzyme Transgenics занимается разработкой аналогичных методов получения человеческого гормона роста и β-интерферона.

В Англии созданы трансгенные овцы, молоко которых содержит фактор свертывания крови.

В нашей стране были попытки  создать овец, продуцирующих химозин (фермент для сыроварения). Было получено 2 овцы, у одной – ген не экспрессировался, у второй содержание химозина достигало 300 мг/л. Однако потомство этой овцы давало низкие удои – порядка 50 кг за период лактации. Причина заключалась в том, что химозин вырабатывается в виде предшественника – прохимозина, который превращается в активный фермент при рН=5. Было запланировано получать именно прохимозин, но в каких-то участках вымени происходило снижение рН, что приводило к активации химозина непосредственно в организме. Активный химозин свертывал молоко, а оно закупоривало протоки вымени. Сейчас пытаются решить эту проблему.

В Подмосковье получены кролики, выделяющие γ-интерферон, эритропоэтин, но кролики не являются традиционными продуцентами молока. Эксперименты же по трансформации сельскохозяйственных животных очень дорогостоящи – одно трансгенное животное стоит десятки и сотни тысяч долларов.

Трансгенных животных получают и для целей ксенотрансплантации. Одним из излюбленных доноров  органов являются свиньи, так как  имеется анатомическое сходство органов и сходство иммунологических свойств. Реакции отторжения при  трансплантации имеют сложный механизм. Одним из сигналов для атаки организма  на чужой орган являются белки, локализованные на внешней поверхности мембраны. У трансгенных свиней эти белки  заменены на человеческие.

Еще одно направление трансгеноза – получение устойчивых к болезням животных. Животноводство держится на вакцинах, так как селекция ведется преимущественно на хозяйственно ценные признаки – шерстистость, молочность и т. д. Повышение устойчивости – дело генных инженеров. К защитным белкам относятся интерфероны, поэтому ген интерферона встраивали различным животным. Трансгенные мыши получили устойчивость, они не болели или болели мало, а вот у свиней такого эффекта не обнаружено.

Другое направление –  введение генов, кодирующих антисмысловую РНК. Для животноводства острой проблемой являются лейкозы, вызываемые РНК-вирусами. Трансгенные кролики, несущие гены, отвечающие за присутствие в клетке антисмысловой РНК, были устойчивы к лейкозам.

Трансгенных животных можно  использовать для изучения наследственных заболеваний мозга и нервной  системы. Гены болезни Альцгеймера (отложение белка β-амилоида приводит к образованию характерных бляшек) и гены, отвечающие за развитие эпилепсии, болезней мозга вводятся в геном нормальных животных; при этом получают трансгенных животных-моделей, на которых можно испытывать различные терапевтические приемы.

Трансгенных животных стали  использовать для исследования воспалительных и иммунологических заболеваний  человека, например, ревматоидного  артрита. Моделируются болезни, связанные  с липидным обменом.

 

18-19. Получение трансгенных микроорганизмов

 

Началом промышленной генетической инженерии принято считать

1980 год (всего через  8 лет после работы Берга!), когда  в США был выдан

первый патент на модифицированный штамм микроорганизма, способного

разлагать нефть. Еще через  два года был разрешен для клинического использования полученный из бактерии первый лекарственный препарат –

человеческий инсулин. Сейчас прикладная промышленная микробиология

развивается по нескольким основным направлениям:

1) производство продуктов биосинтеза трансгенных микроорганизмов,  например,  антибиотиков, гормонов, ферментов и витаминов;

2) использование биомассы микроорганизмов – производство медицинских вакцин,  различных дрожжей, белково-витаминных концентратов и заквасок для получения кисломолочной продукции

3)  биотехнологии,  основанные на уникальных способностях некоторых бактерий производить органические кислоты, этанол, углеводы и метан. Сюда же можно отнести и переработку некоторых отходов с возможностью получения полезных соединений,  в

первую очередь,  горючих  газов.

Ни для кого не секрет, что такая актуальная сейчас проблема со-

стояния здоровья человека в значительной степени зависит  от обеспече-

ния необходимыми медикаментами. В настоящее время биотехнология на

основе использования  трансгенных микроорганизмов предлагает новые

подходы к разработке и  производству лекарственных, диагностических и

профилактических лекарственных  препаратов,  а также позволяет  произ-

водить в достаточных  количествах широкий спектр лекарственных

средств, которые раньше были малодоступны. Биотехнологические меди-

цинские препараты по объему продаж в настоящее время составляют бо-

лее 5%  общего мирового рынка,  а по прогнозам к 2005  году достигнут

более 15%. Среди примерно 50 новых видов лекарств, вакцин и  препара-

тов для диагностики, появляющихся на рынке ежегодно, 10–15 получены

с помощью биотехнологических методов. Еще более 350 новых биопре-

паратов находится сейчас в стадии клинического изучения, причем боль-

шинство из них предназначены для лечения болезней, которые ранее счи-

тались неизлечимыми. 

К самому большому классу лекарств, получаемых путем микроб-

ного синтеза,  относятся антибиотики.  По разнообразию и показаниям к

применению они занимают первое место среди продукции  мировой фар-

мацевтической промышленности. Сегодня известно более 6000 видов ан-

тибиотиков,  более 100  из которых находят применение в медицинской

практике,  в том числе  при лечении таких тяжелых  заболеваний,  как ту-

беркулез, менингит, плеврит, пневмония. Отдельные антибиотики приме-

няют при лечении онкозаболеваний. Объем мирового рынка антибиоти-

ков увеличивается в последнее  время на 10–20% в год и составляет более

23 млрд долларов.

Вторым классом лекарственных  препаратов,  производимых био-

технологическим путем,  являются гормоны. В медицинских  целях приме-

няются два основных типа гормонов,  различающихся по молекулярному

строению:  стероидные и  пептидные.  Среди стероидных гормонов можно4

выделить кортизон и преднизолон, которые широко применяют при лече-

нии различных аллергических заболеваний,  в том числе такого тяжелого,

как бронхиальная астма, а  также ревматоидного артрита  и других недугов.

Другой обширной группой  стероидов являются половые гормоны,  такие

как эстроген, широко применяемые  для оральной контрацепции и лечения

ряда заболеваний. Пептидные  гормоны сейчас практически целиком  произ-

водятся путем синтеза с помощью генетически модифицированных микро-

организмов.  Сюда можно  отнести уже упоминавшийся инсулин,  а также

такие антивирусные, антиопухолевые и иммуномодулирующие агенты как

интерфероны и интерлейкины.

Особое место среди  лекарственных средств занимают ферменты.

Как и пептидные гормоны, они имеют белковую природу, то есть состоят

из аминокислот. Это вызывает значительные трудности для их получения

традиционным фармацевтическим путем – химическим синтезом. Генная

инженерия дает возможность  обеспечить многих нуждающихся самыми

различными ферментами. Например, при лечении заболеваний пищевари-

тельных органов применяются  протеолитические ферменты. Эти же фер-

менты используют при лечении  ожоговых поражений и различных  ран

для удаления некротических  тканей. При лечении патологии  обмена ве-

ществ применяют также липазы,  расщепляющие жиры.  Протеиназы с

фибринолитическим действием используют для растворения тромбов,  а

антикоагулянты,  например плазмин,  эффективны при лечении  инфаркта

миокарда. С помощью таких  препаратов, как стрептокиназа и урокиназа,

лечат тромбоз коронарных сосудов сердца, легких, конечностей. Подоб-

ное перечисление можно продолжать бесконечно, практически для каж-

дой болезни сейчас найдется лекарство, полученное с применением ген-

но-инженерных методик.

Важный вклад микробной  биотехнологии в медицину состоит  в

получении профилактических препаратов,  причем этот вид продукции не

имеет дублера в химической промышленности. В первую очередь  это про-

изводство вакцин против различных инфекций.  Необходимый антиген

можно получить с помощью  непатогенного (аттенуированного) микроорга-

низма, полученного генно-инженерными методами, и таким образом избе-

жать опасностей,  связанных  с применением обычных вакцин.  Только в

США в результате массовой вакцинации за последние 45  лет заболевае-

мость полиомиелитом снизилась в 4000 раз. Также быстро снизилась забо-

леваемость корью, краснухой, дифтерией после введения соответствующих

вакцин в практику. 5

К числу важных практических достижений генной инженерии

необходимо отнести и  получение диагностических препаратов. Сегодня

уже более 200 новых диагностикумов введены в медицинскую практику,

разработаны способы диагностики  такого опасного заболевания,  как

СПИД. Широко применяются  методы генной диагностики,  то есть вы-

явления дефектных генов, включая пренатальную диагностику. 

Использование биомассы ГМ микроорганизмов

Согласно прогнозам,  к 2050  году население Земли возрастет  до 

10 млрд человек и для обеспечения его потребности в продукции сельско-

го хозяйства нужно будет увеличить объем производства на 75%.  При

этом человеку недостает в первую очередь белка животного происхожде-

ния, который по аминокислотному составу более богат, чем растительный

белок.  Промышленная микробиология  поставляет животноводству,  по

крайней мере,  три вида важных веществ:  кормовой белок  и белково-

витаминные концентраты (БВК), незаменимые аминокислоты и  кормовые

антибиотики. Добавление 1  т БВК в корма обеспечивает экономию 7  т

фуражного зерна и дополнительное производство 0,8  т свинины или 5 т

мяса птицы. Включение 1 т  ГМ кормовых дрожжей в рацион телят  и по-

росят позволяет экономить 6  т цельного молока. Эти ценные продукты

получаются путем переработки  ГМ микроорганизмами подсолнечной

лузги, кукурузных кочерыжек, соломы и других отходов сельского хозяй-

ства,  которые содержат клетчатку.  Второй вид сельскохозяйственной

биотехнологической продукции  – незаменимые аминокислоты, производ-

ство которых для медицины и пищевой промышленности интенсивно

развивается во всем мире. Среди них такие, как лизин и метионин, обяза-

тельно должны содержаться в готовом виде в пище человека и кормах

животных. Метионин производят с помощью химической технологии,  а

лизин – в основном биотехнологически за счет ГМ микроорганизмов. До-

бавление лизина в корм скоту резко увеличивает объем мясной продук-

ции: на 1 т лизина высвобождается 40–50 т фуражного зерна и получается

дополнительно более 10 т  мяса.

Помимо этого, в последнее  время в животноводстве и растениевод-

стве используется около 100 биопрепаратов, таких как стимуляторы роста

животных и растений,  энтомопатогены и бактериальные удобрения. При-

менение таких средств позволяет отказаться от использования или снизить

дозы применяемых химических средств защиты и минеральных  удобрений, 6

что приводит к повышению  качества продукции и созданию экологически

чистых технологий.

20. Генная инженерия  в терапии и криминалистике

ПЦР используют для сравнения  так называемых «генетических отпечатков пальцев». Необходим образец генетического  материала с места преступления — кровь, слюна, сперма, волосы и  т. п. Его сравнивают с генетическим материалом подозреваемого. Достаточно совсем малого количества ДНК, теоретически — одной копии. ДНК расщепляют на фрагменты, затем амплифицируют с помощью ПЦР. Фрагменты разделяют с помощью электрофореза ДНК. Полученную картину расположения полос ДНК и называют генетическим отпечатком пальцев (англ. genetic fingerprint).