1. Genų inžinerijos galimybės. 4

2. Genų inžinerijos istorija. 6

3. Genų inžinerija kaip mokslas. Genų inžinerijos metodai. 10

4. Genų inžinerijos taikymo sritys. 12

5. Moksliniai faktai apie genų inžinerijos pavojų. 18

Išvada. 22

Literatūra.. 23

Įvadas

Pastaruoju metu genų inžinerijos tema tampa vis populiaresnė. Daugiausia dėmesio skiriama neigiamoms pasekmėms, kurias gali sukelti šios mokslo šakos plėtra, ir labai mažai dėmesio skiriama genų inžinerijos teikiamai naudai.

Perspektyviausia taikymo sritis yra vaistų gamyba naudojant genų inžinerijos technologijas. Pastaruoju metu tapo įmanoma gauti naudingų vakcinų, pagamintų iš transgeninių augalų. Ne ką mažiau domina ir maisto produktų gamyba naudojant tas pačias technologijas.

Genų inžinerija yra ateities mokslas. Šiuo metu visame pasaulyje milijonai hektarų žemės yra užsėti transgeniniais augalais, kuriami unikalūs medicininiai preparatai, nauji naudingų medžiagų gamintojai. Laikui bėgant genų inžinerija leis pasiekti naujų pasiekimų medicinoje, žemės ūkyje, maisto pramonėje ir gyvulininkystėje.

Šio darbo tikslas – ištirti genų inžinerijos galimybių ypatumus, raidos istoriją ir taikymo sritis.

1. Genų inžinerijos galimybės

Svarbi biotechnologijų dalis yra genų inžinerija. Gimusi 70-ųjų pradžioje, šiandien ji sulaukė didžiulės sėkmės. Genų inžinerijos metodai paverčia bakterijų, mielių ir žinduolių ląsteles į „fabrikus“, skirtus didelio masto bet kokių baltymų gamybai. Tai leidžia detaliai išanalizuoti baltymų struktūrą ir funkcijas bei naudoti juos kaip vaistus. Šiuo metu Escherichia coli (E. coli) tapo tokių svarbių hormonų, kaip insulinas ir somatotropinas, tiekėja. Anksčiau insulinas buvo gaunamas iš gyvūnų kasos ląstelių, todėl jo kaina buvo labai didelė. Norint gauti 100 g kristalinio insulino, reikia 800-1000 kg kasos, o viena karvės liauka sveria 200-250 gramų. Dėl to insulinas buvo brangus ir sunkiai prieinamas daugeliui diabetu sergančių žmonių. 1978 m. Genentech mokslininkai pirmą kartą pagamino insuliną specialiai sukurtoje Escherichia coli padermėje. Insulinas susideda iš dviejų polipeptidinių grandinių A ir B, kurių ilgis yra 20 ir 30 aminorūgščių. Kai juos sujungia disulfidiniai ryšiai, susidaro natūralus dvigubos grandinės insulinas. Įrodyta, kad jame nėra E. coli baltymų, endotoksinų ir kitų priemaišų, nesukelia šalutinio poveikio, kaip gyvulinis insulinas, ir neturi biologinio aktyvumo.

yra kitoks. Vėliau E. coli ląstelėse buvo susintetintas proinsulinas, kurio DNR kopija buvo susintetinta ant RNR šablono, naudojant atvirkštinę transkriptazę. Išvalius gautą proinsuliną, jis buvo padalintas į natūralų insuliną, o hormono ekstrahavimo ir išskyrimo etapai buvo sumažinti. Iš 1000 litrų kultūrinio skysčio galima gauti iki 200 gramų hormono, o tai prilygsta insulino kiekiui, išsiskiriančiam iš 1600 kg kiaulės ar karvės kasos.

Somatotropinas yra žmogaus augimo hormonas, kurį išskiria hipofizė. Šio hormono trūkumas sukelia hipofizės nykštukumą. Jei somatotropino skiriama po 10 mg/kg kūno svorio tris kartus per savaitę, tai per metus jo stokos kenčiantis vaikas gali užaugti 6 cm.Anksčiau buvo gautas iš lavoninės medžiagos, iš vieno lavono: 4 - 6 mg somatotropino galutiniame farmaciniame produkte. Taigi, turimi hormono kiekiai buvo riboti, be to, šiuo metodu gautas hormonas buvo nevienalytis ir jame galėjo būti lėtai augančių virusų. 1980 m. Genentec kompanija sukūrė somatotropino gamybos naudojant bakterijas technologiją, kuri neturėjo šių trūkumų. 1982 metais Pasteur institute Prancūzijoje žmogaus augimo hormonas buvo gautas E. coli ir gyvūnų ląstelių kultūroje, o 1984 metais SSRS pradėta pramoninė insulino gamyba. Interferono gamyboje naudojama ir E. coli, S. cerevisae (mielės), ir fibroblastų ar transformuotų leukocitų kultūra. Panašiais metodais gaunamos ir saugios bei pigios vakcinos.

Rekombinantinės DNR technologija paremta labai specifinių DNR zondų gamyba, kurie naudojami tiriant genų raišką audiniuose, genų lokalizaciją chromosomose, identifikuoti genus su susijusiomis funkcijomis (pavyzdžiui, žmonėms ir vištoms). DNR zondai taip pat naudojami diagnozuojant įvairias ligas.

Rekombinantinės DNR technologija suteikė galimybę taikyti netradicinį baltymų ir genų metodą, vadinamą atvirkštine genetika. Taikant šį metodą, baltymas išskiriamas iš ląstelės, šio baltymo genas klonuojamas ir modifikuojamas, sukuriant mutantinį geną, koduojantį pakitusią baltymo formą. Gautas genas įvedamas į ląstelę. Jei jis ekspresuojamas, jį nešanti ląstelė ir jos palikuonys sintetins pakitusį baltymą. Tokiu būdu galima koreguoti sugedusius genus ir gydyti paveldimas ligas.

Jei hibridinė DNR įvedama į apvaisintą kiaušinėlį, gali atsirasti transgeninių organizmų, kurie ekspresuoja mutantinį geną ir perduoda jį savo palikuonims. Gyvūnų genetinė transformacija leidžia nustatyti atskirų genų ir jų baltymų produktų vaidmenį tiek reguliuojant kitų genų veiklą, tiek įvairiuose patologiniuose procesuose. Genų inžinerijos pagalba sukurtos virusinėms ligoms atsparių gyvūnų linijos, taip pat gyvūnų veislės, turinčios žmogui naudingų savybių. Pavyzdžiui, rekombinantinės DNR, turinčios galvijų somatotropino geną, mikroinjekcija į triušio zigotą leido gauti transgeninį gyvūną, turintį šio hormono hiperprodukciją. Gauti gyvūnai turėjo ryškią akromegaliją.

Genų materialinio pagrindo nešėjai yra chromosomos, kurios apima DNR ir baltymus. Tačiau formavimosi genai yra ne cheminiai, o funkciniai. Funkciniu požiūriu DNR susideda iš daugybės blokų, kuriuose saugomas tam tikras informacijos kiekis – genai. Geno veikimas pagrįstas jo gebėjimu nustatyti baltymų sintezę per RNR. DNR molekulėje yra tarsi informacija, kuri lemia baltymų molekulių cheminę struktūrą. Genas – tai DNR molekulės dalis, kurioje yra informacija apie bet kurio baltymo pirminę struktūrą (vienas genas – vienas baltymas). Kadangi organizmuose yra dešimtys tūkstančių baltymų, yra dešimtys tūkstančių genų. Visų ląstelės genų visuma sudaro jos genomą. Visose kūno ląstelėse yra tas pats genų rinkinys, tačiau kiekviena iš jų įgyvendina skirtingą saugomos informacijos dalį. Todėl, pavyzdžiui, nervinės ląstelės skiriasi nuo kepenų ląstelių tiek struktūrinėmis, tiek funkcinėmis, tiek biologinėmis savybėmis.

Dabar net sunku numatyti visas galimybes, kurios bus įgyvendintos per artimiausius kelis dešimtmečius.

2. Genų inžinerijos istorija

Aukštųjų biomedicinos technologijų, genetinių tyrimų metodų, o taip pat ir pačios genų inžinerijos istorija tiesiogiai susijusi su amžinu žmogaus noru tobulinti žmonių auginamas naminių gyvulių ir kultūrinių augalų veisles. Atrinkdamas tam tikrus individus iš gyvūnų ir augalų grupių ir kryžmindamas juos tarpusavyje, žmogus, neturėdamas teisingo supratimo apie gyvų būtybių viduje vykstančių procesų vidinę esmę, daugelį šimtų ir tūkstantmečių kūrė patobulintus. gyvūnų ir augalų veislių, turinčių tam tikrų žmonėms naudingų ir reikalingų savybių.

XVIII–XIX amžiuje buvo daug bandoma išsiaiškinti, kaip bruožai perduodami iš kartos į kartą. Vieną svarbų atradimą 1760 m. padarė botanikas Koelreutheris, sukryžminęs dviejų rūšių tabaką, pernešdamas žiedadulkes iš vienos rūšies kuokelių į kitos rūšies piesteles. Augalai, gauti iš hibridinių sėklų, turėjo tarpinių tarp abiejų tėvų savybių. Koelreuteris iš to padarė logišką išvadą, kad tėvų savybės perduodamos ir per žiedadulkes (sėklų ląsteles), ir per kiaušialąstes (ovules). Tačiau nei jis, nei jo amžininkai, užsiėmę augalų ir gyvūnų hibridizacija, nesugebėjo atskleisti paveldimumo perdavimo mechanizmo prigimties. Tai iš dalies paaiškinama tuo, kad tuo metu dar nebuvo žinomas šio mechanizmo citologinis pagrindas, o daugiausia tuo, kad mokslininkai bandė tirti visų augalų savybių paveldėjimą vienu metu.

Mokslinį požiūrį į tam tikrų bruožų ir savybių paveldėjimo tyrimą sukūrė austrų katalikų vienuolis Gregoras Mendelis, kuris 1865 m. vasarą savo vienuolyno teritorijoje pradėjo augalų hibridizacijos eksperimentus (kryžminant skirtingų veislių žirnius). Jis pirmasis atrado pagrindinius genetikos dėsnius. Gregoras Mendelis pasiekė sėkmės, nes tyrinėjo individualių, aiškiai išsiskiriančių (kontrastingų) bruožų paveldėjimą, skaičiavo kiekvieno tipo palikuonių skaičių ir kruopščiai saugojo išsamius visų savo kryžminimo eksperimentų įrašus. Matematikos pagrindų pažinimas leido teisingai interpretuoti gautus duomenis ir iškelti prielaidą, kad kiekvieną požymį lemia du paveldimi veiksniai. Talentingas vienuolis-tyrėjas vėliau sugebėjo aiškiai parodyti, kad paveldimos savybės nėra maišomos, o perduodamos palikuonims tam tikrų vienetų pavidalu. Ši nuostabi išvada vėliau buvo visiškai patvirtinta, kai buvo galima pamatyti chromosomas ir sužinoti įvairių tipų ląstelių dalijimosi ypatybes: mitozės (somatinės ląstelės - kūno ląstelės), mejozės (lytinės, reprodukcinės, gemalinės) ir apvaisinimo.

Mendelis pranešė apie savo darbo rezultatus Bruno gamtininkų draugijos susirinkime ir paskelbė juos šios draugijos veikloje. Jo rezultatų reikšmės nesuprato amžininkai, o šie tyrimai beveik 35 metus nepatraukė augalų selekcininkų ir gamtininkų dėmesio.

1900 m., kai tapo žinoma informacija apie ląstelių dalijimąsi pagal mitozės, mejozės ir paties apvaisinimo tipą, trys tyrinėtojai - de Vriesas Olandijoje, Corrensas Vokietijoje ir Chermakas Austrijoje - atliko daugybę eksperimentų ir, nepriklausomai vienas nuo kito, iš naujo atrado. paveldimumo dėsniai, anksčiau aprašyti Mendelio. Vėliau, atradę Mendelio straipsnį, kuriame šie dėsniai buvo aiškiai suformuluoti prieš 35 metus, šie mokslininkai vienbalsiai pagerbė vienuolį mokslininką, jo vardu pavadindami du pagrindinius paveldimumo dėsnius.

Pirmajame XX amžiaus dešimtmetyje buvo atliekami eksperimentai su įvairiausiais augalais ir gyvūnais, buvo atlikta daugybė stebėjimų dėl charakterio paveldėjimo žmonėms, kurie aiškiai parodė, kad visuose šiuose organizmuose paveldimumas paklūsta tiems patiems pagrindiniams dėsniams. Nustatyta, kad Mendelio aprašyti veiksniai, lemiantys individualų požymį, yra ląstelės branduolio chromosomose. Vėliau, 1909 m., danų botanikas Johansenas šiuos vienetus pavadino genais (iš graikų kalbos žodžio „ge-nos“ - gentis, kilmė), o amerikiečių mokslininkas Williamas Suttonas pastebėjo stebėtiną chromosomų elgesio panašumą formuojantis. gametos (lytinės ląstelės), jų apvaisinimas ir Mendelio paveldimumo faktorių – genų perdavimas. Remiantis šiais genialiais atradimais, buvo sukurta vadinamoji chromosomų paveldimumo teorija.

Tiesą sakant, pati genetika, kaip mokslas apie gyvų organizmų paveldimumą ir kintamumą bei jų valdymo būdus, atsirado XX amžiaus pradžioje. Amerikiečių genetikas T. Morganas kartu su bendradarbiais atliko daugybę eksperimentų, kurie leido atskleisti genetinį lyties nustatymo pagrindą ir paaiškinti daugybę neįprastų paveldėjimo formų, kuriose bruožo perdavimas priklauso nuo individo lyties. (vadinamieji su lytimi susiję bruožai). Kitas didelis žingsnis į priekį žengtas 1927 m., kai G. Mölleris nustatė, kad vaisinę muselę Drosophila ir kitus organizmus apšvitinus rentgeno spinduliais, galima dirbtinai sukelti juose genų pokyčius, tai yra mutacijas. Tai leido gauti daug naujų mutantinių genų – papildomos medžiagos paveldimumui tirti. Duomenys apie mutacijų pobūdį buvo vienas iš raktų į supratimą ir pačių genų struktūrą.

Mūsų amžiaus 20-aisiais sovietų mokslininkai iš A.S. Serebrovskis atliko pirmuosius eksperimentus, kurie parodė, koks sudėtingas yra genas. Šias idėjas panaudojo J. Watsonas ir F. Crickas, kuriems 1953 metais Anglijoje pavyko sukurti DNR modelį ir iššifruoti genetinį kodą. Vėlesni moksliniai tyrimai, susiję su tikslinga naujų genetinės medžiagos derinių kūrimu, paskatino pačios genų inžinerijos atsiradimą.

Tuo pačiu metu, 40-aisiais, buvo pradėtas eksperimentinis genų ir fermentų santykių tyrimas. Tam buvo plačiai naudojamas kitas objektas – pelėsis Neurospora, iš kurio buvo galima dirbtinai gauti ir ištirti nemažai biocheminių mutacijų, susijusių su vieno ar kito specialaus fermento (baltymo) praradimu. Per pastaruosius du dešimtmečius dažniausiai genetinių tyrimų objektai buvo Escherichia coli ir tam tikri bakteriofagai, kurie užkrečia šią bakteriją.

Nuo pat XX amžiaus pradžios buvo nuolat domimasi tam tikrų (specifinių) savybių paveldėjimo žmonėms tyrimais ir pageidaujamų bei nepageidaujamų savybių perdavimu naminiams gyvūnams ir kultūriniams augalams. Remdamiesi vis gausėjančiomis žiniomis apie genetinius modelius, genetikai ir veisėjai beveik pagal užsakymą išmoko veisti gyvulių veisles, kurios gali išgyventi karštame klimate, karves, kurios duoda daug riebaus pieno, viščiukus, kurie deda didelius kiaušinius. plonais lukštais, ir kukurūzų bei kviečių veislių, kurios yra labai atsparios tam tikroms ligoms.

1972 metais JAV P. Bergo laboratorijoje buvo gauta pirmoji hibridinė (rekombinantinė) DNR. Įdomios idėjos žmogaus genetikos ir genetinių tyrimų metodų srityje pradėtos plačiai plėtoti ir taikyti pačioje medicinoje. 70-aisiais prasidėjo žmogaus genomo dekodavimas. Jau daugiau nei dešimtmečius buvo vykdomas projektas, vadinamas Žmogaus genomu. Iš 3 milijardų nukleotidų porų, išdėstytų nenutrūkstamais ištraukomis, iki šiol buvo perskaityta tik apie 10 milijonų simbolių. Tuo pačiu metu kuriami nauji genetiniai metodai, kurie padidina DNR skaitymo greitį. Rusijos medicinos mokslų akademijos Medicininės genetikos centro direktorius V.I. Ivanovas tikrai tiki, kad „visas genomas bus perskaitytas apie 2020 m.“.

3. Genų inžinerija kaip mokslas. Genų inžinerijos metodai

Genų inžinerija – tai funkciškai aktyvių genetinių struktūrų (rekombinantinės DNR) konstravimas in vitro arba, kitaip tariant, dirbtinių genetinių programų kūrimas (Baev A.A.). Pasak E.S. Piruzyan genų inžinerija – tai eksperimentinių metodų sistema, leidžianti laboratorijoje (in vitro) sukurti dirbtines genetines struktūras vadinamųjų rekombinantinių arba hibridinių DNR molekulių pavidalu.

Mes kalbame apie nukreiptą, pagal iš anksto nustatytą programą, molekulinių genetinių sistemų kūrimą už kūno ribų ir vėlesnį jų įvedimą į gyvą organizmą. Šiuo atveju rekombinantinė DNR tampa neatsiejama recipiento organizmo genetinio aparato dalimi ir suteikia jam naujų unikalių genetinių, biocheminių, o vėliau ir fiziologinių savybių.

Taikomosios genų inžinerijos tikslas – suprojektuoti tokias rekombinantines DNR molekules, kurios, patekusios į genetinį aparatą, suteiktų organizmui žmogui naudingų savybių.

Rekombinantinėje DNR technologijoje naudojami šie metodai:

Specifinis DNR skilimas restrikcijos nukleazėmis, pagreitinant atskirų genų išskyrimą ir manipuliavimą;

Greitas visų nukleotidų sekos nustatymas išgrynintame DNR fragmente, leidžiantis nustatyti geno ribas ir jo koduojamą aminorūgščių seką;

Rekombinantinės DNR konstravimas;

Nukleino rūgščių hibridizacija, leidžianti tiksliau ir jautriau aptikti specifines RNR arba DNR sekas, remiantis jų gebėjimu surišti komplementarias nukleorūgščių sekas;

DNR klonavimas: amplifikacija in vitro naudojant polimerazės grandininę reakciją arba DNR fragmento įvedimą į bakterijos ląstelę, kuri po tokios transformacijos atkuria šį fragmentą milijonais kopijų;

Rekombinantinės DNR įvedimas į ląsteles ar organizmus.

4. Genų inžinerijos taikymo sritys

Dabartiniai moksliniai atradimai žmogaus genetikos srityje iš tikrųjų turi revoliucinę reikšmę, nes kalbame apie galimybę sukurti „žmogaus genomo žemėlapį“ arba „patologinę žmogaus genomo anatomiją“. Šis genetinis žemėlapis leis nustatyti ilgosios DNR spiralės genų, atsakingų už tam tikras paveldimas ligas, vietą. Pasak genetikos mokslininkų, šios neribotos galimybės sudarė pagrindą idėjai klinikinėje praktikoje taikyti vadinamąją genų terapiją, kuri yra pacientų gydymo kryptis, apimanti pažeistų genų pakeitimą naudojant aukštąsias biomedicinos technologijas ir genų inžineriją. Įsiveržti į žmogaus genų sistemų sudėtį ir užtikrinti jų gyvybinę veiklą galima tiek somatinių (visų kūno ląstelių su tam tikrais struktūriniais ir funkciniais skirtumais) kūno ląstelių lygmeniu, tiek reprodukcinių, reprodukcinių (gemalų) ir gemalų lygiu. (embrioninės) ląstelės.

Genų inžinerija kaip terapijos rūšis – konkrečios genetiškai nulemtos ligos gydymas – siejama su atitinkamos nedefektinės DNR molekulės tiekimu, siekiant ją pakeisti genu – chromosomos dalimi, kurioje yra defektas, arba integracijai į žmogaus genetinę medžiagą susiliejant su vadinamosiomis somatinėmis žmogaus kūno ląstelėmis, turinčiomis genetinį defektą. Genų inžinerijos uždavinys, susijęs su asmeniu, yra suteikti atitinkamą tikslinį poveikį konkrečiam genui, kad jis tinkamai funkcionuotų, ir suteikti žmogui, sergančiam paveldima liga, normalia, nepakitusia geno versija. Priešingai nei vaistų terapija, ši terapija, vadinama genų inžinerija, gali suteikti pacientui ilgalaikį, ilgalaikį, labai veiksmingą gydymą, kuris atneša daug palengvėjimo ir naudos.

Tačiau visi šiuolaikiniai DNR įvedimo į gyvus organizmus metodai nesugeba nukreipti ir pristatyti jos į konkrečią ląstelių populiaciją, kurioje yra pakitęs ir todėl netinkamai veikiantis genas. Kitaip tariant, vadinamasis nukreiptas perkėlimas, genų pernešimas organizme („in vivo“ modelyje) šiuo metu yra neįmanomas.

Kitas metodologinis požiūris, pagrįstas tam tikros ląstelių populiacijos, turinčios paveiktą geną, išskyrimu iš paciento kūno ir genetinės medžiagos manipuliavimu pakeičiant pažeistus genus ląstelėse naudojant genų inžineriją („in vitro“ modelyje) ir grąžinant juos į tą. vieta organizme, kur jie buvo paimti iš paciento, šiuo metu įmanoma medicinos genetiniuose centruose. Šis genų terapijos metodas taikant genų inžineriją jau buvo naudojamas eksperimentiniam bandymui išgydyti du pacientus, sergančius reta genetine liga, vadinama beta talasemija, kurią, kaip ir pjautuvinių ląstelių anemiją, taip pat sukelia netinkamai suformuota ir todėl netinkamai funkcionuojanti liga. baltymai raudonuosiuose kraujo kūneliuose. Manipuliacijos esmė buvo ta, kad iš šių pacientų kaulų čiulpų buvo išskirtos vadinamosios kamieninės ląstelės, į kurių chromosomas buvo įvestas DNR skyrius, atsakingas už normalaus hemoglobulino baltymo gamybą – genas. Beveik visiškai sunaikinus pacientų kaulų čiulpuose likusias blogai funkcionuojančias kamienines ląsteles, pacientams buvo suleistos genetiškai modifikuotos kamieninės ląstelės. Deja, šie du bandymai buvo kliniškai nesėkmingi, nes pacientai mirė. Šis pirmasis genų inžinerijos atvejis ligoninės aplinkoje nebuvo patvirtintas arba patvirtintas atitinkamų peržiūros komitetų, o jo dalyviai buvo griežtai pasmerkti už šiurkščius žmogaus genetikos tyrimų taisyklių pažeidimus.

Reprodukcinių (reprodukcinių) ląstelių genų inžinerija gali sukelti visiškai kitokias pasekmes, nes DNR įvedimas į šias ląsteles skiriasi nuo somatinių (kūno, nereprodukcinių) ląstelių genetinio defekto ištaisymo. Yra žinoma, kad kitų genų įvedimas į lytinių ląstelių chromosomas lemia jų perdavimą kitoms kartoms. Iš principo galima įsivaizduoti, kad tam tikro žmogaus, kuris yra paveiktas vienokiomis ar kitokiomis genetiškai nulemtomis ligomis, kiekvienos besidauginančios ląstelės genetinės medžiagos pridedamos tam tikros DNR dalys, kurios pakeis defektines dalis.

Iš tiesų, tai buvo pasiekta su pelėmis. Taigi iš patelės kiaušidės buvo gautas kiaušinėlis, kuris vėliau buvo apvaisintas in vitro (in vitro), o po to į apvaisinto kiaušinėlio chromosomą buvo įvesta svetima DNR dalis. Pats apvaisintas kiaušinėlis su pakitusiu genomu buvo implantuotas (įvestas) į pelės patelės motinos gimdą. Viename eksperimente svetimos DNR šaltinis buvo triušio genetinė medžiaga, o kitame – žmogaus genetinė medžiaga.

Norint vaisiaus vystymosi laikotarpiu nustatyti vaiko su tam tikrais genetiniais sutrikimais, pvz., Dauno sindromu ar Tay-Sachs liga, tikimybę, naudojama tyrimo technika, vadinama amniocenteze – prenatalinė analizė, kurios metu paimamas biologinio skysčio mėginys. kurių sudėtyje yra lytinių ląstelių, paimtų iš amniono maišelio antrojo nėštumo trimestro pradžioje. Be to, buvo toliau plėtojama įvairių vaisiaus ląstelių ištraukimo iš motinos placentos kraujo mėginio technika. Tokiu būdu gautomis gimdos ląstelėmis šiuo metu galima nustatyti tik ribotą skaičių genetiškai nulemtų ligų, kuriose yra ryškūs, šiurkštūs DNR struktūros sutrikimai ir biocheminiais tyrimais nustatyti pakitimai. Genų inžinerija naudojant rekombinantinę DNR prenatalinių tyrimų metu atveria galimybę teisingai diagnozuoti įvairias ir daugybę paveldimų ligų.

Šiuo atveju kuriami būdai sukurti vadinamuosius genų „zondus“, kurių pagalba galima nustatyti, ar chromosomoje yra normalus nepakitęs genas, ar nenormalus, defektinis genas. Be to, genų inžinerija, susijusi su rekombinantinės DNR, kuri yra viena iš jos formavimosi stadijų, naudojimu, ateityje leis atlikti vadinamąjį žmogaus genų „planavimą“, kad tam tikras genas kuri neša iškraipytą, patologinę informaciją ir todėl domina genetikus, galėtų būti laiku ir pakankamai greitai identifikuota pagal analogiją su kito „pažymėto“ geno naudojimo technika. Šis sudėtingas medicininis ir biologinis metodas turėtų padėti nustatyti bet kurio geno vietą gimdos ląstelėse, o ne tik tose, kuriose, naudojant amniocentezės metodą, gali būti aptikti įvairūs sutrikimai.

Šiuo atžvilgiu pastaraisiais metais atsirado naujų biomedicinos mokslų sferų, tokių kaip, pavyzdžiui, aukštosios DNR technologijos, embriono terapija ir ląstelių terapija (citoterapija), tai yra genetiškai nulemtos ligos intrauterinė diagnostika ir gydymas. ugdymo stadijoje ir embriono (embriono) vystymosi stadijoje bei vaisiaus brendimo stadijoje. Invazija ir manipuliavimas embrionine medžiaga turi tiesioginės įtakos genetinių pokyčių paveldėjimui, nes jie gali būti perduodami iš kartos į kartą. Be to, pati genetinė diagnozė pradeda vystytis į genetinį prognozavimą, tai yra į būsimo žmogaus likimo nustatymą, įtvirtinant pagrindinius revoliucinius pačios medicinos pokyčius, kurie dėl sudėtingų medicininių-genetinių eksperimentų ir metodų įgijo galimybę. gerokai prieš pasirodant „klinikiniam ligos paveikslui“, kartais net iki žmogaus gimimo, siekiant nustatyti, kokie paveldimi negalavimai jam gresia. Taigi genetikų ir genų inžinerijos srities specialistų pastangomis biomedicinos mokslų gelmėse gimė vadinamoji „prognozuojanti medicina“, tai yra medicina, kuri „prognozuoja ateitį“.

Tuo pačiu metu įvairios genų inžinerijos technologijos ir metodai leidžia nuspėti prenataliniu vaiko raidos periodu, iki jo gimimo, ne tik tam tikros paveldimos ligos buvimą, bet ir išsamiai aprašyti medicininę bei genetinę ligą. augančio embriono ir vaisiaus savybės.

Sukaupus naujų duomenų apie žmogaus genomo genetinį kartografavimą ir jo DNR aprašymą (sekvenavimą), taip pat dėl ​​to, kad kuriami modernūs DNR polimorfizmų tyrimo metodai leidžia pateikti genetinę informaciją apie tam tikras struktūrines ir funkcines ( įskaitant patologinius) žmogaus organizmo ypatumus, kurie, matyt, išryškės ateityje, bet dabar dar nepastebimi, medicininės genetinės diagnostikos pagalba tampa įmanoma gauti visą genetinę informaciją apie vaiką ne tik ikiklinikiniu būdu, tai yra iki tam tikros paveldimos ligos pasireiškimo ir prenataliniu laikotarpiu, tai yra iki jo gimimo, bet ir preceptyviai, tai yra, dar prieš jos pastojimą.

Artimiausiu metu dėl sėkmės ir pažangos medicininės genetinės diagnostikos srityje, remiantis DNR diagnostikos duomenimis, bus galima gana užtikrintai spręsti, pavyzdžiui, koks yra žmogaus ūgis, protiniai gebėjimai, polinkis sirgti tam tikromis ligomis. (ypač vėžys) bus. arba psichinis), pasmerktas bet kokių paveldimų ligų pasireiškimui ir vystymuisi.

Šiuolaikinės medicinos ir biologinės technologijos leidžia aptikti įvairius genų sutrikimus, kurie gali pasireikšti ir sukelti tam tikrus negalavimus ne tik kliniškai ryškios ligos stadijoje, bet ir tada, kai dar nėra patologijos požymių ir pati liga nebus. taip greitai pasireiškia. Pavyzdžiui, Alzheimerio liga ir Hantingtono chorėja, kuria serga vyresni nei 40 metų ar net 70 metų žmonės. Tačiau net ir šiais atvejais galima aptikti genus, galinčius sukelti panašias žmonių ligas, dar prieš paciento pastojimą. Taip pat žinoma, kad cukrinis diabetas gali būti priskirtas prie šių ligų. Polinkis sirgti šia liga ir pati genetiškai nulemta patologija yra paveldima ir gali pasireikšti nesilaikant tam tikro gyvenimo būdo suaugus ar senatvėje. Galime pakankamai užtikrintai teigti, kad jei abu tėvai arba vienas iš jų serga cukriniu diabetu, tada tikimybė paveldėti diabeto geną ar tokių genų derinį perduodama vaikams.

Tokiu atveju, esant mikroskopiškai mažiems biologinės medžiagos kiekiams, galima atlikti atitinkamus medicininius ir biologinius tyrimus bei nustatyti teisingą diagnozę. Kartais tam pakanka kelių atskirų ląstelių, kurios bus padaugintos kultūroje in vitro ir iš jų bus gautas tiriamo žmogaus „genetinis portretas“, žinoma, ne visiems jo genomo genams (jų yra dešimtys). iš tūkstančių!), bet tiems iš jų , dėl kurių yra pagrįstas pagrindas įtarti, kad yra tam tikrų trūkumų. Vienu metu plėtojant ląstelių ir genų inžinerijos metodus, vėlesniuose genomo pažinimo etapuose atsiras praktinė galimybė savavališkai, o visų pirma terapiniais tikslais, keisti genų seką ir tvarką, jų sudėtis ir struktūra.

Medicina nėra vienintelė genų inžinerijos taikymo sritis. Yra augalų genų inžinerija ir bakteriologinių ląstelių genų inžinerija.

Pastaruoju metu atsirado naujų galimybių gauti „valgomas“ vakcinas, kurių pagrindą sudaro transgeniniai augalai.

Pasaulyje padaryta didelė pažanga transgeninių augalų srityje. Jie daugiausia susiję su tuo, kad organizmo gavimo iš ląstelės, ląstelių grupės ar nesubrendusio embriono augaluose problema dabar nėra labai sudėtinga. Šiuolaikiniame moksle plačiai naudojamos ląstelių technologijos, audinių kultūra ir regenerantų kūrimas.

Pažiūrėkime į pasiekimus augalininkystės srityje, kurie buvo gauti Rusijos mokslų akademijos Sibiro filialo Sibiro augalų fiziologijos ir biochemijos institute.

Taigi pastaraisiais metais nemažai transgeninių augalų buvo gauta perkeliant į jų genomą genus ugt, acp, acb, accc ir kitus, išskirtus iš įvairių augalinių objektų.

Įvedus šiuos genus, atsirado transgeniniai kviečių, bulvių, pomidorų, agurkų, sojų pupelių, žirnių, rapsų, braškių, drebulių ir kai kurių kitų augalai.

Genų įvedimas buvo atliktas arba „taikiniais“ audiniais iš „genų pistoleto“ (kurio dizainas buvo sukurtas mūsų institute), arba genetiniu vektoriumi, pagrįstu agrobakterine plazmide su įmontuotais tiksliniais genais ir atitinkamais promotoriais. .

Dėl to susidarė nemažai naujų transgeninių formų. Štai keletas iš jų.

Transgeniniai kviečiai (2 veislės), kurių augimas ir dygimas žymiai intensyvesnis, tikėtina, yra atsparesni sausrai ir kitiems nepalankiems aplinkos veiksniams. Tiriamas jo produktyvumas ir įgytų savybių paveldėjimas.

Transgeninės bulvės, kurios buvo stebimos trejus metus. Nuolat duoda 50-90 procentų didesnį derlių nei kontrolinis, įgavo beveik visišką atsparumą auksininiams herbicidams, be to, jo gumbai žymiai mažiau „juoduoja“ pjūviuose dėl sumažėjusio polifenoloksidazės aktyvumo.

Transgeninis pomidoras (kelios veislės), pasižymintis didesniu krūmiškumu ir derlingumu. Šiltnamyje jo derlius siekia iki 46 kg iš kvadratinio metro (daugiau nei du kartus didesnis nei kontrolinio).

Transgeniniai agurkai (kelios veislės) užaugina daugiau derlingų žiedų, taigi ir vaisių, kurių derlius iki 21 kg kvadratinio metro, palyginti su 13,7 kontrolinėje.

Yra ir kitų augalų transgeninių formų, kurių daugelis taip pat turi daug naudingų ekonominių savybių.

Genų inžinerija yra šiandienos ir rytojaus mokslas. Jau dabar dešimtys milijonų hektarų visame pasaulyje užsėjami transgeniniais augalais, kuriami nauji vaistai, nauji naudingų medžiagų gamintojai. Laikui bėgant genų inžinerija taps vis galingesne įrankiu naujiems medicinos, veterinarijos, farmakologijos, maisto pramonės ir žemės ūkio pasiekimams.

5. Moksliniai faktai apie genų inžinerijos pavojų

Reikėtų pažymėti, kad kartu su pažanga, kurią atneša genų inžinerijos plėtra, yra ir keletas faktų apie genų inžinerijos pavojus, kurių pagrindiniai pateikiami žemiau.

1. Genų inžinerija iš esmės skiriasi nuo naujų veislių ir veislių kūrimo. Dirbtinis svetimų genų pridėjimas labai sutrikdo tiksliai reguliuojamą normalios ląstelės genetinę kontrolę. Manipuliavimas genais iš esmės skiriasi nuo motinos ir tėvo chromosomų derinio, atsirandančio natūraliai kryžminant.

2. Šiuo metu genų inžinerija yra techniškai netobula, nes ji negali kontroliuoti naujo geno įterpimo proceso. Todėl neįmanoma numatyti įterpimo vietos ir pridėto geno poveikio. Net jei geno vietą galima nustatyti jį įterpus į genomą, turima DNR informacija yra labai neišsami, kad būtų galima numatyti rezultatus.

3. Dirbtinai pridėjus svetimą geną netikėtai gali susidaryti pavojingos medžiagos. Blogiausiu atveju tai gali būti toksinės medžiagos, alergenai ar kitos sveikatai kenksmingos medžiagos. Informacija apie tokias galimybes vis dar labai neišsami.

4. Visiškai patikimų nekenksmingumo tyrimo metodų nėra. Nepaisant kruopščiai atliktų saugumo tyrimų, daugiau nei 10 % rimtų naujų vaistų šalutinių poveikių aptikti nepavyksta. Tikėtina, kad rizika, kad naujų genetiškai modifikuotų maisto produktų pavojingos savybės bus nepastebėtos, yra daug didesnė nei narkotikų atveju.

5. Dabartiniai reikalavimai nekenksmingumui nustatyti yra itin nepakankami. Jie aiškiai skirti supaprastinti patvirtinimo procesą. Jie leidžia naudoti itin nejautrus nekenksmingumo tyrimo metodus. Todėl yra didelė rizika, kad pavojingi maisto produktai gali praeiti nepastebėti.

6. Iki šiol naudojant genų inžineriją sukurti maisto produktai neturi jokios reikšmingos vertės žmonijai. Šie produktai daugiausia tenkina tik komercinius interesus.

7. Žinių apie genetiškai modifikuotų organizmų, patekusių į aplinką, poveikį visiškai nepakanka. Dar neįrodyta, kad genų inžinerijos būdu modifikuoti organizmai neturės žalingo poveikio aplinkai. Aplinkosaugininkai pasiūlė įvairias galimas aplinkos komplikacijas. Pavyzdžiui, yra daug galimybių nekontroliuojamai plisti potencialiai žalingiems genams, kuriuos naudoja genų inžinerija, įskaitant genų perkėlimą per bakterijas ir virusus. Aplinkos sukeltų komplikacijų greičiausiai bus neįmanoma ištaisyti, nes išleistų genų negalima atsiimti.

8. Gali atsirasti naujų pavojingų virusų. Eksperimentiškai įrodyta, kad viruso genai, įterpti į genomą, gali jungtis su infekcinių virusų genais (vadinamoji rekombinacija). Šie nauji virusai gali būti agresyvesni nei pirminiai. Virusai taip pat gali tapti mažiau specifiniai rūšims. Pavyzdžiui, augalų virusai gali tapti kenksmingi naudingiems vabzdžiams, gyvūnams ir žmonėms.

9. Žinios apie paveldimą substanciją DNR yra labai neišsamios. Yra žinoma tik trijų procentų DNR funkcija. Rizikinga manipuliuoti sudėtingomis sistemomis, apie kurias žinios yra neišsamios. Didelė patirtis biologijos, ekologijos ir medicinos srityse rodo, kad tai gali sukelti rimtų nenuspėjamų problemų ir sutrikimų.

10. Genų inžinerija nepadės išspręsti pasaulinio bado problemos. Teiginys, kad genų inžinerija gali svariai prisidėti sprendžiant pasaulio bado problemą, yra moksliškai nepagrįstas mitas.

Išvada

Genų inžinerija yra biotechnologijos metodas, susijęs su genotipų restruktūrizavimo tyrimais. Genotipas yra ne tik mechaninė genų suma, bet ir sudėtinga sistema, susidariusi organizmų evoliucijos metu. Genų inžinerija leidžia perkelti genetinę informaciją iš vieno organizmo į kitą atliekant in vitro operacijas. Genų perkėlimas leidžia įveikti tarprūšinius barjerus ir perkelti individualias vieno organizmo paveldimas savybes kitam.

Genotipų pertvarkymas, atliekant genų inžinerijos užduotis, reiškia kokybinius genų pokyčius, nesusijusius su mikroskopu matomais chromosomų struktūros pokyčiais. Genų pokyčiai pirmiausia yra susiję su DNR cheminės struktūros transformacija. Informacija apie baltymo struktūrą, parašyta kaip nukleotidų seka, yra įgyvendinama kaip aminorūgščių seka susintetinto baltymo molekulėje. Nukleotidų sekos pasikeitimas chromosomų DNR, kai kurių nukleotidų praradimas ir kitų nukleotidų įtraukimas keičia DNR susidariusių RNR molekulių sudėtį, o tai savo ruožtu lemia naują aminorūgščių seką sintezės metu. Dėl to ląstelėje pradeda sintetinti naujas baltymas, dėl kurio organizme atsiranda naujų savybių. Genų inžinerijos metodų esmė yra ta, kad atskiri genai ar genų grupės yra įterpiami į organizmo genotipą arba pašalinami iš jo. Į genotipą įterpus anksčiau nebuvusį geną, ląstelė gali būti priversta sintetinti baltymus, kurių anksčiau nebuvo sintezuota.

Bibliografija

2. Lee A., Tinland B. t-DNR integracija į augalo genomą: prototipas ir tikrovė // Augalų fiziologija. 2000. - 47 tomas. - Nr.3.

3. Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. ir kt.. Augalų vystymosi genetika. - Sankt Peterburgas: Nauka, 2000. - 539 p.

4. Lyadskaya M. Genų inžinerija gali padaryti viską – net užauginti vakciną sode // Farmacijos biuletenis. - 2000. - Nr.7.

5. Romanovas G. A. Augalų genų inžinerija ir biosaugos problemos sprendimo būdai // Augalų fiziologija, 2000. - 47 tomas. - Nr. 3.

6. Saljajevas R. Genų inžinerijos mitai ir realijos // Mokslas Sibire. - 2002. - Nr.7.

7. Favorova O. O. Gydymas genais – fikcija ar realybė? // Farmacijos biuletenis. - 2002. - Nr.5.

Kuzmina N.A. Biotechnologijos pagrindai: vadovėlis. - Omskas: OGPU, 2001. - 256 p.

Lutova L. A., Provorovas N. A., Tikhodeev O. N. ir kt. Augalų vystymosi genetika. - Sankt Peterburgas: Nauka, 2000. - 539 p.

Lyadskaya M. Genų inžinerija gali padaryti viską – net užauginti vakciną sode // Farmacijos biuletenis. - 2000. - Nr.7.

Kuzmina N.A. Biotechnologijos pagrindai: vadovėlis. - Omskas: OGPU, 2001. - 256 p.

Favorova O. O. Gydymas genais – fikcija ar realybė? // Farmacijos biuletenis. - 2002. - Nr.5.

Saljajevas R. Genų inžinerijos mitai ir realijos // Mokslas Sibire. - 2002. - Nr.7.

Kuzmina N.A. Biotechnologijos pagrindai: vadovėlis. - Omskas: OGPU, 2001. - 256 p.

Kurių pagalba vykdomas kryptingas bet kokių organizmų genetinės informacijos derinimas. Genų inžinerija (GE) leidžia įveikti natūralias tarprūšines kliūtis, neleidžiančias keistis genetine informacija tarp taksonomiškai nutolusių organizmų rūšių, ir sukurti ląsteles bei organizmus su gamtoje neegzistuojančių genų deriniais, turinčiais nurodytomis paveldimomis savybėmis.

Pagrindinis genų inžinerijos įtakos objektas yra genetinės informacijos nešėja – dezoksiribonukleino rūgštis (DNR), kurios molekulė dažniausiai susideda iš dviejų grandinių. Griežtas purino ir pirimidino bazių poravimo specifiškumas lemia komplementarumo savybę – abipusį nukleotidų atitikimą dviejose grandinėse. Naujų genų derinių kūrimas pasirodė įmanomas dėl esminio DNR molekulių struktūros panašumo visų tipų organizmuose ir tikrojo genetikos universalumo. Kodas leidžia išreikšti svetimus genus (jų funkcinio aktyvumo pasireiškimą) bet kokio tipo ląstelėje. Tai taip pat palengvino žinių kaupimas chemijos srityje, genų organizavimo ir veikimo molekulinių ypatybių nustatymas (įskaitant jų ekspresijos reguliavimo mechanizmų sukūrimą ir galimybę pajungti genus „svetimo“ veikimui). reguliavimo elementai), DNR sekos nustatymo metodų kūrimas, polimerazės grandininės reakcijos atradimas, kuris leido greitai susintetinti bet kurį DNR fragmentą.

Svarbios prielaidos atsirasti G.I. buvo: plazmidžių, galinčių autonomiškai replikuotis ir pereiti iš vienos bakterinės ląstelės į kitą, atradimas ir transdukcijos reiškinys – tam tikrų genų perkėlimas bakteriofagais, o tai leido suformuluoti vektorių – genų nešėjų molekulių – idėją.

Didelę reikšmę kuriant G.I. metodiką. vaidina fermentai, dalyvaujantys nukleino rūgščių transformavime: restrikcijos fermentai (atpažįsta griežtai apibrėžtas sekas (vietoves) DNR molekulėse ir šiose vietose „perkerta“ dvigubą grandinę), DNR ligazės (kovalentiškai suriša atskirus DNR fragmentus), atvirkštinė transkriptazė (sintetina). RNR ant šablono yra papildoma DNR kopija arba cDNR) ir tt Tik esant jiems yra kuriamas menas. struktūra tapo techniškai įmanoma užduotimi. Fermentai naudojami atskiriems DNR fragmentams (genams) gauti ir sukurti molekulinius hibridus – rekombinantinę DNR (recDNR) plazmidžių ir virusų DNR pagrindu. Pastarieji į ląstelę šeimininką pristato norimą geną, užtikrindami ten jo dauginimąsi (klonavimą) ir galutinio geno produkto susidarymą (jo ekspresiją).

Rekombinantinių DNR molekulių kūrimo principai

Sąvoka „G. Ir“. paplito po P. Bergo ir kt., 1972 m. Pirmą kartą buvo gauta rekombinantinė DNR, kuri buvo hibridas, kuriame buvo sujungti Escherichia coli bakterijos DNR fragmentai, jos virusas (bakteriofagas λ) ir pamiškės viruso SV40 DNR. 1973 metais S. Cohen ir kt. Mes naudojome plazmidę pSC101 ir restrikcijos fermentą ( Eco RI), kuris sulaužo jį vienoje vietoje taip, kad dvigrandės DNR molekulės galuose susidaro trumpos viena kitą papildančios vienagrandės „uodegos“ (dažniausiai 4-6 nukleotidai). Jie vadinami „lipniais“, nes gali poruotis (tarsi sulipti) vienas su kitu. Sumaišius tokią DNR su svetimos DNR fragmentais, apdorotais tuo pačiu restrikcijos fermentu ir turinčiais tuos pačius lipnius galus, buvo gautos naujos hibridinės plazmidės, kurių kiekvienoje buvo bent vienas svetimos DNR fragmentas, įterptas Eco Plazmidės RI vieta. Tapo akivaizdu, kad į tokias plazmides galima įterpti įvairių svetimų DNR fragmentų, gautų tiek iš mikroorganizmų, tiek iš aukštesniųjų eukariotų.

Pagrindinė šiuolaikinė recDNA gavimo strategija yra tokia:

1. į plazmidės ar viruso, galinčio daugintis nepriklausomai nuo chromosomos, DNR įterpiami kitam organizmui priklausantys DNR fragmentai, turintys tam tikrą tyrėją dominančius genus arba dirbtinai gautas nukleotidų sekas;
2. gautos hibridinės molekulės įvedamos į jautrias prokariotines ar eukariotas ląsteles, kur jos replikuojamos (dauginamos, amplifikuojamos) kartu su jose įmontuotais DNR fragmentais;
3. ląstelių klonai atrenkami kolonijų pavidalu ant specialios maistinės terpės (arba virusai - valymo zonų pavidalu - plokštelės ant nuolatinio bakterijų ląstelių ar gyvūnų audinių kultūrų augimo sluoksnio), turinčios reikiamų tipų recDNR molekules ir paveikiamos. atlikti išsamius struktūrinius ir funkcinius tyrimus.

Siekiant palengvinti ląstelių, kuriose yra recDNR, atranką, naudojami vektoriai, turintys vieną ar daugiau žymenų. Pavyzdžiui, plazmidėse atsparumo antibiotikams genai gali būti tokie žymenys (ląstelės, kuriose yra recDNR, atrenkamos pagal jų gebėjimą augti esant tam tikram antibiotikui). RecDNA, turinti norimus genus, atrenkama ir įvedama į recipiento ląsteles. Nuo šio momento prasideda molekulinis klonavimas - gaunamos recDNR kopijos, taigi ir tikslinių genų kopijos jos sudėtyje. Tik jei įmanoma atskirti visas transfekuotas arba užkrėstas ląsteles, kiekvienas klonas bus atstovaujamas atskira ląstelių kolonija ir jame bus specifinė ląstelė. recDNA. Paskutiniame etape atliekamas klonų, turinčių norimą geną, identifikavimas (paieška). Jis pagrįstas tuo, kad įterpimas į recDNR lemia tam tikrą unikalią ląstelės, kurioje ji yra, savybę (pavyzdžiui, įterpto geno ekspresijos produktą). Molekulinio klonavimo eksperimentuose laikomasi 2 pagrindinių principų:

• nė viena ląstelė, kurioje vyksta recDNR klonavimas, neturėtų gauti daugiau nei vienos plazmidės molekulės ar viruso dalelės;
• pastarieji turi gebėti replikuotis.

Kaip vektorinės molekulės G.I. naudojamas platus plazmidės ir viruso DNR spektras. Populiariausi klonavimo vektoriai turi keletą genetinių genų. žymenys ir turintys tą pačią veikimo vietą skirtingiems restrikcijos fermentams. Pavyzdžiui, šį reikalavimą geriausiai tenkina plazmidė pBR322, kuri buvo sukurta iš natūraliai atsiradusios plazmidės, naudojant metodus, naudojamus dirbant su recDNR; jame yra atsparumo ampicilinui ir tetraciklinui genų ir viena atpažinimo vieta 19 skirtingų restrikcijos fermentų. Ypatingas klonavimo vektorių atvejis yra ekspresijos vektoriai, kurie kartu su amplifikacija užtikrina teisingą ir efektyvią svetimų genų ekspresiją recipiento ląstelėse. Kai kuriais atvejais molekuliniai vektoriai gali užtikrinti svetimos DNR integraciją į ląstelės ar viruso genomą (jie vadinami integraciniais vektoriais).

Viena iš svarbiausių G.I. - bakterijų ar mielių padermių, gyvūnų ar augalų audinių ląstelių linijų, taip pat transgeninių augalų ir gyvūnų (žr. Transgeniniai organizmai) kūrimas, kuris užtikrintų efektyvią juose klonuotų genų ekspresiją. Aukštas baltymų gamybos lygis pasiekiamas, kai genai klonuojami daugiakopiuose vektoriuose, nes šiuo atveju tikslinio geno ląstelėje bus dideli kiekiai. Svarbu, kad DNR koduojanti seka būtų kontroliuojama promotoriaus, kurį efektyviai atpažįsta ląstelės RNR polimerazė, ir kad gauta mRNR būtų gana stabili ir efektyviai verčiama. Be to, svetimkūnio baltymas, susintetintas recipiento ląstelėse, neturėtų būti sparčiai skaidomas tarpląstelinių proteazių. Kuriant transgeninius gyvūnus ir augalus, dažnai pasiekiama specifinė įvestų tikslinių genų ekspresija.

Nuo genetinės kodas yra universalus; genų ekspresijos galimybę lemia tik tai, kad jo sudėtyje yra transkripcijos ir transliacijos inicijavimo ir pabaigos signalų, kuriuos teisingai atpažįsta ląstelė-šeimininkė. Nes Dauguma aukštesniųjų eukariotų genų turi nenutrūkstamą egzon-introno struktūrą, dėl tokių genų transkripcijos susidaro pirmtakų pasiuntinio RNR (pre-mRNR), iš kurios vėlesnio sujungimo metu susidaro nekoduojančios sekos - intronai. atsiskiria ir susidaro subrendusi mRNR. Tokie genai negali būti išreikšti bakterijų ląstelėse, kuriose nėra susijungimo sistemos. Siekiant įveikti šią kliūtį, ant subrendusių mRNR molekulių, naudojant atvirkštinę transkriptazę, sintetinama DNR kopija (cDNR), prie kurios naudojant DNR polimerazę pridedama antroji grandinė. Tokie DNR fragmentai, atitinkantys geną koduojančią seką (nebeatskiriami intronais), gali būti įterpti į tinkamą molekulinį vektorių.

Žinant tikslinio polipeptido aminorūgščių seką, galima susintetinti jį koduojančią nukleotidų seką, gaunant vadinamąją. ekvivalentinį geną ir įterpkite jį į atitinkamą ekspresijos vektorių. Kuriant lygiavertį geną dažniausiai atsižvelgiama į genetinės degeneracijos savybę. kodas (20 aminorūgščių koduoja 61 kodonas) ir kiekvienos aminorūgšties kodonų atsiradimo dažnis tose ląstelėse, į kurias planuojama įvesti šį geną, nes Įvairių organizmų kodonų sudėtis gali labai skirtis. Teisingai parinkti kodonai gali žymiai padidinti tikslinio baltymo gamybą recipiento ląstelėje.

Genetinės inžinerijos svarba

G.I. žymiai išplėtė eksperimentines ribas, nes leido patekti į dekomp. ląstelių tipų svetimą DNR ir ištirti jos funkcijas. Tai leido nustatyti bendruosius biologinius genetikos organizavimo ir raiškos modeliai. informacija įvairi organizmai. Šis požiūris atvėrė perspektyvas sukurti iš esmės naujus mikrobiologinius biologiškai aktyvių medžiagų gamintojai. taip pat gyvūnai ir augalai, nešantys funkciškai aktyvius svetimus genus. Mn. anksčiau neprieinami biologiškai aktyvūs žmogaus baltymai, įsk. interferonai, interleukinai, peptidiniai hormonai, kraujo faktoriai pradėjo gamintis dideliais kiekiais bakterijų, mielių ar žinduolių ląstelėse ir buvo plačiai naudojami medicinoje. Be to, tapo įmanoma dirbtinai sukurti genus, koduojančius chimerinius polipeptidus, turinčius dviejų ar daugiau natūralių baltymų savybių. Visa tai davė galingą impulsą biotechnologijų vystymuisi.

Pagrindiniai objektai G.I. yra bakterijos Escherichia coli (Escherichia coli) ir Bacila subtilis (bacilų šienas), kepimo mielės Sacharomices cerevisiae, dekomp. žinduolių ląstelių linijos. Genų inžinerijos įtakos objektų spektras nuolat plečiasi. Intensyviai plėtojamos transgeninių augalų ir gyvūnų kūrimo tyrimų sritys. Naudojant G.I. metodus Kuriamos naujausios kartos vakcinos nuo įvairių infekcijų sukėlėjų (pirmoji iš jų buvo sukurta mielių, gaminančių žmogaus hepatito B viruso paviršiaus baltymą, pagrindu). Daug dėmesio skiriama žinduolių virusų pagrindu sukurtų klonavimo vektorių kūrimui ir jų panaudojimui kuriant gyvas polivalentines vakcinas veterinarijos ir medicinos reikmėms, taip pat molekulinius vektorius vėžio navikų ir paveldimų ligų genų terapijai. Sukurtas metodas tiesioginiam recDNR įvedimui į žmonių ir gyvūnų organizmą, nukreipiant įvairių antigenų gamybą jų ląstelėse. infekcinių agentų (DNR vakcinacija). Naujausia G.I. yra valgomųjų vakcinų, pagrįstų transgeniniais augalais, tokiais kaip pomidorai, morkos, bulvės, kukurūzai, salotos ir kt., kūrimas, gaminančių imunogeninius infekcinių agentų baltymus.

Susirūpinimas, susijęs su genų inžinerijos eksperimentais

Netrukus po pirmųjų sėkmingų recDNR gavimo eksperimentų, P. Bergo vadovaujama mokslininkų grupė pasiūlė apriboti daugelio genų inžinerijos eksperimentų atlikimą. Šie rūpesčiai buvo pagrįsti tuo, kad organizmų, kuriuose yra svetimos genetikos, savybės. informaciją sunku numatyti. Jie gali įgyti nepageidaujamų savybių ir sutrikdyti aplinką. subalansuoti, sukelti neįprastų žmonių, gyvūnų ir augalų ligų atsiradimą ir plitimą. Be to, buvo pažymėta, kad žmogaus įsikišimas į genetinę gyvų organizmų aparatas yra amoralus ir gali sukelti nepageidaujamų socialinių ir etinių pasekmių. 1975 metais šios problemos buvo aptartos tarptautinėje konferencijoje. konferencijoje Asilomare (JAV). Jo dalyviai priėjo prie išvados, kad būtina ir toliau taikyti G.I. metodus. tačiau privaloma laikytis apibrėžimo. taisyklės ir rekomendacijos. Vėliau šios taisyklės, nustatytos daugelyje šalių, buvo gerokai sušvelnintos ir sumažintos iki įprastų mikrobiologijos metodų. tyrimai, kūrimas specialių apsaugos priemonės, neleidžiančios plisti biologiniams veiksniams. sukėlėjų aplinkoje, saugių vektorių ir recipientų ląstelių, kurios nesidaugina natūraliomis sąlygomis, naudojimas.

Dažnai pagal G.i. suprasti tik darbą su recDNA ir kaip G.I. Naudojami terminai „molekulinis klonavimas“, „DNR klonavimas“, „genų klonavimas“. Tačiau visos šios sąvokos atspindi tik atskirų genų inžinerijos operacijų turinį ir todėl nėra lygiavertės terminui G.I. Rusijoje, kaip sinonimą G.I. Terminas „genų inžinerija“ yra plačiai vartojamas. Tačiau šių terminų semantinis turinys skiriasi: G.i. siekiama sukurti organizmus su nauja genetika. programa, o terminas „genų inžinerija“ paaiškina, kaip tai daroma, t.y. per genų manipuliavimą.

Literatūra

Shchelkunovas S.N. Genų klonavimas. Novosibirskas, 1986; Vatsonas J., Tūzas J.,Kurtzas D. Rekombinantinė DNR: trumpas kursas. M., 1986; DNR klonavimas. Methods M., 1988; DNR klonavimo naujiena: Methods M., 1989. Shchelkunovas S.N. Genetinė inžinerija. 2 leidimas, Novosibirskas, 2004 m.

Genų inžinerija yra biotechnologijos metodas, susijęs su genotipų restruktūrizavimo tyrimais. Genotipas yra ne tik mechaninė genų suma, bet ir sudėtinga sistema, susidariusi organizmų evoliucijos metu. Genų inžinerija leidžia perkelti genetinę informaciją iš vieno organizmo į kitą atliekant in vitro operacijas. Genų perkėlimas leidžia įveikti tarprūšinius barjerus ir perkelti individualias vieno organizmo paveldimas savybes kitam.

Genų materialinio pagrindo nešėjai yra chromosomos, kurios apima DNR ir baltymus. Tačiau formavimosi genai yra ne cheminiai, o funkciniai. Funkciniu požiūriu DNR susideda iš daugybės blokų, kuriuose saugomas tam tikras informacijos kiekis – genai. Geno veikimas pagrįstas jo gebėjimu nustatyti baltymų sintezę per RNR. DNR molekulėje yra tarsi informacija, kuri lemia baltymų molekulių cheminę struktūrą. Genas – tai DNR molekulės dalis, kurioje yra informacija apie bet kurio baltymo pirminę struktūrą (vienas genas – vienas baltymas). Kadangi organizmuose yra dešimtys tūkstančių baltymų, yra dešimtys tūkstančių genų. Visų ląstelės genų visuma sudaro jos genomą. Visose kūno ląstelėse yra tas pats genų rinkinys, tačiau kiekviena iš jų įgyvendina skirtingą saugomos informacijos dalį. Todėl, pavyzdžiui, nervinės ląstelės skiriasi nuo kepenų ląstelių tiek struktūrinėmis, tiek funkcinėmis, tiek biologinėmis savybėmis.

Genotipų pertvarkymas, atliekant genų inžinerijos užduotis, reiškia kokybinius genų pokyčius, nesusijusius su mikroskopu matomais chromosomų struktūros pokyčiais. Genų pokyčiai pirmiausia susiję su cheminės DNR struktūros pokyčiais. Informacija apie baltymo struktūrą, parašyta kaip nukleotidų seka, yra įgyvendinama kaip aminorūgščių seka susintetinto baltymo molekulėje. Nukleotidų sekos pasikeitimas chromosomų DNR, kai kurių nukleotidų praradimas ir kitų nukleotidų įtraukimas keičia DNR susidariusių RNR molekulių sudėtį, o tai savo ruožtu lemia naują aminorūgščių seką sintezės metu. Dėl to ląstelėje pradeda sintetinti naujas baltymas, dėl kurio organizme atsiranda naujų savybių. Genų inžinerijos metodų esmė yra ta, kad atskiri genai ar genų grupės yra įterpiami į organizmo genotipą arba pašalinami iš jo. Į genotipą įterpus anksčiau nebuvusį geną, ląstelė gali būti priversta sintetinti baltymus, kurių anksčiau nebuvo sintezuota.

Labiausiai paplitęs genų inžinerijos metodas yra rekombinantinio gavimo būdas, t.y. turintis svetimą geną – plazmidę. Plazmidės yra apskritos dvigrandės DNR molekulės, susidedančios iš kelių tūkstančių nukleotidų porų. Šis procesas susideda iš kelių etapų.

1. Apribojimas – DNR, pavyzdžiui, žmogaus, supjaustymas į fragmentus.

2. Ligacija – fragmentas su norimu genu įtraukiamas į plazmides ir sujungiamas.

3. Transformacija – rekombinantinių plazmidžių įvedimas į bakterijų ląsteles. Transformuotos bakterijos įgyja tam tikrų savybių. Kiekviena iš transformuotų bakterijų dauginasi ir sudaro daugelio tūkstančių palikuonių koloniją – kloną.

4. Atranka – atranka tarp transformuotų bakterijų klonų, turinčių plazmides, turinčias norimą žmogaus geną.

Visas šis procesas vadinamas klonavimu. Naudojant klonavimą, galima gauti daugiau nei milijoną bet kurio žmogaus ar kito organizmo DNR fragmento kopijų. Jei klonuotas fragmentas koduoja baltymą, tuomet galima eksperimentiškai ištirti šio geno transkripciją reguliuojantį mechanizmą, taip pat pagaminti šį baltymą reikiamu kiekiu. Be to, klonuotas vieno organizmo DNR fragmentas gali būti įvestas į kito organizmo ląsteles. Taip galima pasiekti, pavyzdžiui, didelį ir stabilų derlių dėl įvesto geno, kuris užtikrina atsparumą daugeliui ligų. Jei į dirvožemio bakterijų genotipą įtrauksite kitų bakterijų, galinčių fiksuoti atmosferos azotą, genus, tada dirvožemio bakterijos galės paversti šį azotą fiksuotu dirvožemio azotu. Į E. coli bakterijos genotipą įtraukę žmogaus genotipo geną, kuris kontroliuoja insulino sintezę, mokslininkai pasiekė insulino gamybą per tokią E. coli. Toliau tobulėjant mokslui, į žmogaus embrioną atsiras galimybė įvesti trūkstamus genus ir taip išvengti genetinių ligų.

Gyvūnų klonavimo eksperimentai vyksta jau seniai. Užtenka išimti iš kiaušialąstės branduolį, į jį implantuoti kitos ląstelės, paimtos iš embriono audinio, branduolį ir išauginti – arba mėgintuvėlyje, arba įvaikintos motinos įsčiose. Klonuota avis Doli buvo sukurta netradiciniu būdu. 6 metų suaugusios vienos veislės avies tešmens ląstelės branduolys buvo persodintas į kitos veislės avies bebranduolinį kiaušinėlį. Besivystantis embrionas buvo patalpintas į trečios veislės avis. Kadangi ką tik gimęs ėriukas visus genus gavo iš pirmosios donorės avies, tai yra tiksli jo genetinė kopija. Šis eksperimentas atveria daug naujų galimybių elitinių veislių klonavimui, o ne ilgus metus trukusios selekcijos.

Teksaso universiteto mokslininkai sugebėjo pratęsti kelių tipų žmogaus ląstelių gyvenimą. Paprastai ląstelė miršta pergyvenusi apie 7-10 dalijimosi procesų, tačiau jie pasiekė šimtą ląstelių dalijimosi. Pasak mokslininkų, senėjimas atsiranda dėl to, kad ląstelės su kiekvienu dalijimu praranda telomerus – molekulines struktūras, kurios yra visų chromosomų galuose. Mokslininkai į ląsteles implantavo atrastą geną, atsakingą už telomerazės gamybą, ir taip jas padarė nemirtingomis. Galbūt tai yra ateities kelias į nemirtingumą.

Nuo devintojo dešimtmečio atsirado programos, skirtos žmogaus genomui tirti. Vykdant šias programas jau perskaityta apie 5 tūkst. genų (visame žmogaus genome yra 50-100 tūkst.). Buvo atrasta nemažai naujų žmogaus genų. Genų inžinerija tampa vis svarbesnė genų terapijoje. Kadangi daugelis ligų yra nulemtos genetiniame lygmenyje. Būtent genome yra polinkis arba atsparumas daugeliui ligų. Daugelis mokslininkų mano, kad genominė medicina ir genų inžinerija veiks XXI amžiuje.

.(Šaltinis: „Biologija. Šiuolaikinė iliustruota enciklopedija“. Vyriausiasis redaktorius A. P. Gorkinas; M.: Rosman, 2006 m.)

Pažiūrėkite, kas yra „genų inžinerija“ kituose žodynuose:

Genetinė inžinerija- molekulinės genetikos šaka, susijusi su tikslinga naujų genetinės medžiagos (rekombinantinės DNR) derinių, galinčių daugintis ir funkcionuoti ląstelėje-šeimininkėje, kūrimu in vitro. Šaltinis… Norminės ir techninės dokumentacijos terminų žodynas-žinynas

Tas pats kaip genų inžinerija... Didysis enciklopedinis žodynas

Pagal 1996 m. birželio 5 d. Federalinio įstatymo dėl valstybinio reguliavimo genų inžinerijos veiklos srityje apibrėžimą, technikų, metodų ir technologijų rinkinys, įskaitant. rekombinantinių ribonukleino ir dezoksiribonukleino rūgščių gamybos technologijos, pagal ... Teisės žodynas

GENETINĖ INŽINERIJA – DNR (dezoksiribonukleino rūgšties) molekulės su norimu genu sukūrimo technika, kuri vėliau įvedama į bakterijos, grybelio (mielių), augalo ar žinduolio ląstelę, kad ji gamintų norimą baltymą. Metodika...... Mokslinis ir techninis enciklopedinis žodynas

Genetikos šaka, kurianti manipuliavimo NK metodus ir naudojanti šiuos metodus genetiniams tyrimams bei mišrių genomų organizmams, įskaitant naudingus medicinai ir šalies ekonomikai, gavimui. (Šaltinis: „Terminų žodynėlis... ... Mikrobiologijos žodynas

Genetinė inžinerija- metodų ir technologijų rinkinys, įskaitant rekombinantinių ribonukleino ir dezoksiribonukleino rūgščių gamybos technologijas, skirtas genams išskirti iš organizmo, manipuliuoti genais ir įvesti juos į kitus organizmus;... Šaltinis ... Oficiali terminija

Genetinė inžinerija- - Biotechnologijų temos EN biomolekulinė inžinerija ... Techninis vertėjo vadovas

GENETINĖ INŽINERIJA- technikų, metodų ir technologijų rinkinys, įskaitant. rekombinantinių ribonukleino (RNR) ir dezoksiribonukleino (DNR) rūgščių gamybos, genų išskyrimo iš organizmo, manipuliavimo genais ir jų įvedimo į kitus... Teisės enciklopedija

Terminas genų inžinerija Terminas anglų kalba genų inžinerija Sinonimai genų inžinerija Santrumpos Susiję terminai genų pristatymas, bioinžinerija, biologiniai varikliai, genomas, DNR, RNR, oligonukleotidas, plazmidė, fermentas, genų terapija ... Enciklopedinis nanotechnologijų žodynas

Tas pats, kas genų inžinerija. * * * GENETINĖ INŽINERIJA GENETINĖ INŽINERIJA, tokia pati kaip genų inžinerija (žr. GENETINĖ INŽINERIJA) ... enciklopedinis žodynas

Genetinė inžinerija- Genų inžinerija Genų inžinerija Rekombinantinės DNR technologija. Keičiant, naudojant biocheminius ir genetinius metodus, chromosominė medžiaga – pagrindinė paveldima ląstelių medžiaga. Chromosominė medžiaga susideda iš... Aiškinamasis anglų-rusų nanotechnologijų žodynas. – M.

Knygos

• Genetinė inžinerija biotechnologijoje. Vadovėlis, Zhuravleva Galina Anatolyevna. Vadovėlis „Genų inžinerija biotechnologijoje“ parengtas pagal Federalinį valstybinį aukštojo profesinio išsilavinimo standartą specialybės 020400 „Biologija“ pagrindu ir paremtas daugiau nei 10 metų Biologijos fakultete skaitytomis paskaitomis...