и Можливості генної інженерії
и Перспективи генної інженерії
и Висновок. Зменшення ризику, пов'язаного з генними технологіями
и Використана література
Центральна проблема біології - це управління життям, засноване на позиції її сутності. Головна мета біології - вирішення практичних завдань сільського господарства, медицини та управління еволюцією життя. Завдання полягає в створенні умов для різкого підйому продуктивності рослин, тварин і мікроорганізмів; в оволодінні способами боротьби за здоров'я, довголіття, тривалу юність людини; в розробці методів управління генетичними процесами, що лежать в основі еволюції видів; в рішенні проблем, пов'язаних з широким використанням атомної енергії, з хімізацією на рідного господарства, з польотами космічних кораблів. Вирішення цих завдань йде по тернистим стежках науки. Ще багато несподіваних, які ламають наші звичні уявлення відкриттів належить зробити вченим. Ця робота буде йти в гармонійній єдності з практикою, з глибоким розвитком прикладних біологічних наук.
Наука не тільки вирішує завдання, які ставить перед собою сьогоднішній день, але і підготовляє завтрашній день техніки, медицини, сільського господарства, міжзоряних польотів, підкорення природи. Одна з найперспективніших наук - генетика, яка вивчає явища спадковості і мінливості організмів. Спадковість - одне з корінних властивостей життя, вона визначає відтворення форм в кожному наступному поколінні. І якщо ми хочемо навчитися управляти розвитком життєвих форм, освітою корисних для нас і усуненням шкідливих, - ми повинні зрозуміти сутність спадковості і причини появи нових спадкових властивостей у організмів.
Генна інженерія - це ...
Генна інженерія - це метод біотехнології, який займається дослідженнями з перебудови генотипів. Генотип є не просто механічна сума генів, а складна, що склалася в процесі еволюції організмів система. Генна інженерія дозволяє 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.
Носіями матеріальних основ генів служать хромосоми, до складу яких входять ДНК і білки. Але гени освіти не хімічні, а функціональні. З функціональної точки зору ДНК складається з безлічі блоків, що зберігають певний обсяг інформації - генів. В основі дії гена лежать його здатність за посередництвом РНК визначати синтез білків. У молекулі ДНК як би записана інформація, яка визначає хімічну структуру білкових молекул. Ген - ділянка молекули ДНК, в якому знаходиться інформація про первинну структуру якого-небудь одного білка (один ген - один білок). Оскільки в організмах присутні десятки тисяч білків, існують і десятки тисяч генів. Сукупність усіх генів клітини становить її геном. Всі клітини організму містять однаковий набір генів, але в кожній з них реалізується різна частина інформації, що зберігається. Тому, наприклад, нервові клітини і по структурно-функціональним, і за біологічними особливостями відрізняються від клітин печінки.
Перебудова генотипів, при виконанні завдань генної інженерії, являє собою якісні зміни генів пов'язані з видимими в мікроскопі змінами будови хромосом. Зміни генів перш за все пов'язано з перетворенням хімічної структури ДНК. Інформація про структуру білка, записана у вигляді послідовності нуклеотидів, реалізується у вигляді послідовності амінокислот в синтезується молекулі білка. Зміна послідовності нуклеотидів в хромосомної ДНК, випадання одних і включення інших нуклеотидів змінюють склад утворюються на ДНК молекули РНК, а це, в свою чергу, обумовлює нову послідовність амінокислот при синтезі. В результаті в клітині починає синтезуватися новий білок, що приводить до появи у організму нових властивостей. Сутність методів генної інженерії полягає в тому, що в генотип організму вбудовуються або вилучаються з нього окремі гени або групи генів. В результаті вбудовування в генотип раніше відсутнього гена можна змусити клітину синтезувати білки, які раніше вона не синтезувала.
Найбільш поширеним методом генної інженерії є метод отримання рекомбінантних, тобто містять чужорідний ген, плазмід. Плазміди є кільцеві двухцепочние молекули ДНК, що складаються з декількох тисяч пар нуклеотидів. Цей процес складається з декількох етапів.
Рестрикція - розрізання ДНК, наприклад, людини на фрагменти.
Лігування - фрагмент з потрібним геном включають в плазміди і зшивають їх.
Трансформація --введеніе рекомбінантних плазмід в бактеріальні клітини. Трансформовані бактерії при цьому набувають певні властивості. Кожна з трансформованих бактерій розмножується і утворює колонію з багатьох тисяч нащадків - клон.
Скринінг - відбір серед клонів трансформованих бактерій тих, які плазміди, що несуть потрібний ген людини.
Весь цей процес називається клонуванням. За допомогою клонування можна отримати понад мільйон копій будь-якого фрагмента ДНК людини або іншого організму. Якщо клонований фрагмент кодує білок, то експериментально можна вивчити механізм, який регулює транскрипцію цього гена, а також напрацювати цей білок в потрібній кількості. Крім того, клонований фрагмент ДНК одного організму можна ввести в клітини іншого організму. Цим можна домогтися, наприклад, високі і стійкі врожаї завдяки введеному гену, що забезпечує стійкість до ряду хвороб. Якщо ввести в генотип грунтових бактерій гени інших бактерій, що володіють здатністю зв'язувати атмосферний азот, то грунтові бактерії зможуть переводити цей азот в зв'язаний азот грунту. Ввівши в генотип бактерії кишкової палички ген з генотипу людини, що контролює синтез інсуліну, вчені домоглися отримання інсуліну за допомогою такої кишкової палички. При подальшому розвитку науки стане можливим введення в зародок людини відсутніх генів, і тим самим дозволить уникнути генетичних хвороб.
Експерименти з клонування тварин ведуться давно. Досить прибрати з яйцеклітини ядро, імплантувати в неї ядро іншої клітини, взятої з ембріональної тканини, і виростити її - або в пробірці, або в утробі названої матері. Клонована овечка Долі була створена нетрадиційним шляхом. Ядро з клітини вимені 6-річної дорослої вівці однієї породи пересадили в без'ядерний яйце вівці іншої породи. Розвивається зародок помістили в вівцю третин породи. Так як народилася овечка отримала всі гени від першої вівці - донора, то є її точною генетичною копією. Цей експеримент відкриває масу нових можливостей для клонування елітних порід, замість багаторічної селекції.
Вчені Техаського університету змогли продовжити життя декількох типів людських клітин. Зазвичай клітина вмирає, переживши близько 7-10 процесів розподілу, а вони домоглися сто поділів клітини. Старіння, на думку вчених, відбувається через те, що клітини при кожному діленні втрачають теломери, молекулярні структури, які розташовуються на кінцях всіх хромосом. Вчені імплантували в клітини відкритий ними ген, відповідальний за вироблення теломерази і тим самим зробили їх безсмертними. Можливо це майбутній шлях до безсмертя.
Можливості генної інженерії
Значного прогресу досягнуто в практичній області створення нових продуктів для медичної промисловості і лікування хвороб людини
В даний час фармацевтична промисловість завоювала лідируючі позиції в світі, що знайшло відображення не тільки в обсягах промислового виробництва, а й у фінансових коштах, вкладених в цю промисловість (за оцінками економістів, вона увійшла до лідируючої групи за обсягом купівлі-продажу акцій на ринках цінних паперів). Важливою новинкою стало і те, що фармацевтичні компанії включили в свою сферу виведення нових сортів сільськогосподарських рослин і тварин, і витрачають на це десятки мільйонів доларів на рік, вони ж мобілізували випуск хімічних речовин для побуту. Добавок до продукції будівельної індустрії і так далі. Вже не десятки тисяч, а можливо, кілька сот тисяч висококваліфікованих фахівців зайняті у дослідницьких та промислових секторах фарміндустрії, і саме в цих областях інтерес до геномних і генно-інженерних досліджень виключно високий. Очевидно тому будь-який прогрес біотехнологій рослин буде залежати від розробки генетичних систем і інструментів, які дозволять більш ефективно управляти трансгенами. Для чистого вирізання трансгенного ДНК в рослинний геном, все більше застосовують запозичені з мікробної генетики системи гомологичной рекомбінації, такі як системи Cre-lox і Flp-frt. Майбутнє, очевидно, буде за керованим перенесенням генів від сорту до сорту, заснованого на застосуванні попередньо підготовленого рослинного матеріалу, який вже містить в потрібних хромосомах ділянки гомології, необхідного для гомологичного вбудовування Транг. Крім інтеграційних систем експресії, будуть випробувані автономно реплікується вектори.осбий інтерес представляють `скусственние хромосоми рослин, які теоретично не накладають жодних обмежень на обсяг вноситься теоретичної інформації.
Методи, що дозволяють вести експресійної профілювання: субстракціонной гібридизація, електронне порівняння EST-бібліотек, «генні чіпи» і так далі. Вони дозволяють встановлювати кореляцію між тим чи іншим фенотипическим ознакою і активністю конкретних генів.
Позиційне клонування, полягає в створенні за рахунок інсерційного мутагенезу мутантів з порушеннями в який нас ознаці чи властивості, з подальшим клонуванням відповідного гена як такого, який свідомо містить відому послідовність (инсерция).
Вищеназвані методи не передбачають ніяких початкових відомостей про генах, контролюючих та чи інша ознака. Відсутність раціонального компонента в даному випадку є позитивною обставиною, оскільки необмежений нашими сьогоднішніми уявленнями про природу і генному контролі конкретного цікавить нас ознаки.
Завершити складання детальної генетичної карти, на якій були б помічені гени, віддалені один від одного на відстані не перевищує в середньому 2 млн. Підстав (1 млн. Підстав прийнято називати мегобазой);
скласти фізичні карти кожної хромосоми (дозвіл 0.1 Мб);
отримати карту всього геному у вигляді охарактеризованих клонів (5 тис. підстав в клоні або 5 Кб);
Очікувалося, що, коли всі зазначені цілі будуть збагнені, дослідники визначать всі функції генів і розроблять методи біологічного і медичного застосування отриманих даних.
Крім цих цілей, офіційно включений в підтримуваний урядом США і низкою інших урядів проект, деякі дослідницькі центри оголосили про завданнях, які будуть вирішуватися в основному за рахунок приватних фондів і жертводавців. Так, вчені каліфорнійського університету (Берклі), Орегонського університету і Ракового дослідного центру імені Фрейда Хатчінсона почали програму «Геном собаки».
Перспективи генної інженерії
Деякі особливості нових технологій 21 століття можуть призвести до великих небезпек, ніж існуючі засоби масового знищення. Перш за все, - це здатність до самореплікаціі. Ти, що руйнуєш та лавинно самовоспроизводящийся об'єкт, спеціально створений або випадково опинився поза контролем, може стати засобом масового ураження всіх або обраних. Для цього не потрібні комплекси заводів, складна організація і великі асигнування. Загрозу представлятиме саме знання: пристрої, винайдені і виготовлені в одиничних екземплярах, можуть містити в собі все, необхідне для подальшого розмноження, дії і навіть подальшої еволюції - зміни своїх властивостей в заданому напрямку. Звичайно, вище описані ймовірні, але не гарантовані варіанти розвитку генної інженерії. Успіх в цій галузі науки зможе радикально підняти продуктивність праці і сприяти вирішенню багатьох існуючих проблем, перш за все, підйому рівня життя кожної людини, але, в той же час, і створити нові руйнівні засоби.
Висновок. Зменшення ризику, пов'язаного з генними технологіями
Абсолютно ясно, що головне при розробці правил і законів, що регулюють застосування генних технологій, - це створити раціональні концепції оцінки ризику. Дійсно, як оцінити ризик того, чого ще ніколи не траплялося?
Є документи, які регламентують застосування генних технологій. Це директиви, що стосуються правил безпечної роботи в лабораторіях і в промисловості, а також правила внесення генетично модифікованих організмів в навколишнє середовище. У більшості європейських країн, як і належить, подібні директиви включені до зводу національних законів, а це, погодимося, вже чимало.
Загальний висновок меморандуму ФЕМО такий: "При обачно застосуванні генних технологій користь від них сильно переважить ризик негативних наслідків; технології конструювання рекомбінантних ДНК внесуть істотний внесок в охорону здоров'я, в розвиток сталого сільського господарства, в виробництво їжі, в очищення навколишнього середовища ".
# 91; «Горизонти генетики», Н.П. Дубінін, изд. «Просвещение», Москва 1970р.
# 91; «Хай згине смерть!», Дж. Курцмен, Ф. Гордон, вид. «Світ», Москва 1987р.
# 91; Н.С. Єгоров, А.В. Олескін - Біотехнологія: Проблеми і перспективи
# 91; Н.П. Дубінін - «Нариси про генетику»
# 91; М.Є. Аспиз - «Енциклопедичний словник юного біолога»