Основы генетической инженерии

Размещено на http://www.allbest.ru/

АО «Медицинский университет Астана»

Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики

СРС

На тему: Основы генетической инженерии

Выполнил: Айткенов Д.А.

Проверила: Мироедова Э.П.

Астана 2013г.

План

Введение

1. Строение рекомбинантной ДНК

2. Экспериментальные разработки в области генной инженерии

3. Генно-инженерная профилактика наследственных болезней

4. Трансгенез

Заключение

Список использованной литературы

генетический инженерия днк болезнь

Введение

Генетическая инженерия - это раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала. Основа прикладной генетической инженерии - теория гена. Созданный генетический материал способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.

Из истории

Генетическая инженерия возникла в 1972 году, в Станфордском университете, в США. Тогда лаборатория П. Берга получила первую рекомбинатную (гибридную) ДНК или (рекДНК). Она соединяла в себе фрагменты ДНК фага лямбда, кишечной палочки и обезьяньего вируса SV40.

Цель

Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.

Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека.

Генная инженерия ставит перед собой обширные практические задачи, прежде всего это получение путем бактериального синтеза ряда лекарственных средств, например инсулина, интерферонов.

Получение так называемых трансгенных растений открывает принципиально новые возможности для растениеводства в создании сельскохозяйственных культур, устойчивых к экстремальным воздействиям и инфекционным поражениям.

На Международной конференции в г. Асиломаре (США) в 1975 г. выработаны требования, соблюдение которых снижает вероятность неблагоприятных последствий генной инженерии. Так, в качестве клеток-реципиентов предполагается использовать штаммы «саморазрушающихся бактерий», которые при температуре человеческого тела погибают.

Задачи

Основные направления генетической модификации организмов:

- придание устойчивости к ядохимикатам (например, к определенным гербицидам);

- придание устойчивости к вредителям и болезням (например, Bt-модификация);

- повышение продуктивности (например, быстрый рост трансгенного лосося);

- придание особых качеств (например, изменение химического состава).

1. Строение рекомбинантной ДНК

Гибридная ДНК имеет вид кольца. Она содержит ген (или гены) и вектор. Вектор - это фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение гибридной ДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетической системы - белков. Большая часть векторов получена на основе фага лямбда, из плазмид, вирусов SV40, полиомы, дрожжей и др. бактерий. Синтез белков происходит клетке-хозяине. Наиболее часто в качестве клетки - хозяина используют кишечную палочку, однако применяют и др. бактерии, дрожжи, животные или растительные клетки. Система вектор-хозяин не может быть произвольной: вектор подгоняется к клетке-хозяину. Выбор вектора зависит от видовой специфичности и целей исследования. Ключевое значение в конструировании гибридной ДНК несут два фермента. Первый - рестриктаза - рассекает молекулу ДНК на фрагменты по строго определенным местам. И второй - ДНК-лигазы - сшивают фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких ферментов создание искусственных генетических структур стало технически выполнимой задачей.

2. Экспериментальные разработки в области генной инженерии

В 1990 г. в некоторых исследовательских лабораториях приступили к разработке новых вакцин, которые основаны на введении «голой» молекулы ДНК. Уже в 1992-1993 гг. несколько независимых групп исследователей доказали, что введение чужеродной ДНК в организм животного способствует формированию иммунитета.

Принцип применения ДНК-вакцин заключается в том, что в организм вводят молекулу ДНК, содержащую гены, кодирующие иммуногенные белки патогенного микроорганизма. Введение ДНК-вакцины обеспечивает синтез чужеродных протеинов клетками вакцинируемого организма, что приводит к последующей выработке иммунитета против соответствующего возбудителя.

Практические результаты генной инженерии

В результате интенсивного развития методов генетической инженерии получены клоны множества генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК , гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и прочее. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих многие биологически активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.

На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная «индустрией ДНК». Это одна из современных ветвей биотехнологии.

Для лечебного применения допущен инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекДНК. Кроме того, на основе многочисленных мутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданы высокоэффективные тест-системы для выявления генетической активности факторов среды, в том числе для выявления канцерогенных соединений.

3. Генно-инженерная профилактика наследственных болезней

В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома* его потомков.

Буквально с первых шагов генной инженерии ученые задались целью разработать методы исправления генетических повреждений путем введения в организм «здоровых» генов. В 1989 году в Национальных Институтах Здоровья США впервые была предпринята попытка применить в клинической практике генотерапию для лечения опасного заболевания «тяжелый комбинированный иммунодефицит» (ТКИД).

Генотератия - метод введения фрагмента ДНК в клетки больного человека с целью замещения функции мутантного гена и лечения наследственных болезней.

Существует два пути, чтобы заставить клетку выдавать недостающую генетическую информацию:

Коррегирующая или исправляющая генотерапия предполагает замену патологического гена его нормальной копией;

Заместительная терапия - в этом случае в клетку наряду с дефектным геном вводится дополнительная нормальная копия гена, которая функционально будет заменять патологический ген.

Для доставки в клетки существует два подхода:

In vitro или ex vivo, когда трансформация клеток или, иначе говоря, передача им генетического материала осуществляется вне организма-хозяина;

In vivo или прямой метод, когда ген доставляется непосредственно в клетки пациента.

Векторы - система переноса генов в клетки.

К векторам, используемым как In vivo, так и In vitro, относятся следующие:

Липосомы;

Инъекция «голой» ДНК;

Баллистическое введение ДНК, или «генная пушка»: ДНК преципитируется на частицы золота, которые вначале разгоняются электрическим полем, а затем задерживаются специальным фильтром. ДНК же по инерции пролетает дальше внутрь клетки;

ДНК-иммунизация.

4. Трансгенез

Трансгенез -- это процесс введения чужеродного гена, называемого трансгеном, в живой организм. При этом организм получает свойства, которые он может передавать потомству.

Трансгенные организмы могут экспрессировать чужеродные гены, так как генетический код одинаков для всех живых организмов. Это означает, что последовательность ДНК будет кодировать одинаковую аминокислотную последовательность во всех организмах

Животные или растения, в которых произведены изменения геномов путем парасексуальных операций называют трансгенными, а методология, использующая трансгенных животных, называется трансгеноз.

В самом общем виде трансгеноз может быть определен как перенос генов из одного организма в другой путем операций in vitro.

Три критические точки в трансгенозе: интеграция трансгена, его экспрессия и трансмиссия, т.е.перенос через половые клетки потомству.

Значение трансгенеза

С помощью трансгеноза становиться понятно, как на уровне всего организма работают промоторы, энхансеры, механизм действия транскрипционных факторов, роль метилирования ДНК. Широко применяется в области иммунологии, и в области эмбриогенеза, и в области развития нервной системы, и в области механизмов кроветворения и ангиогенеза и в исследовании факторов, определяющих рост и дифференцировку мультипотентных стволовых клеток и, наконец, в области канцерогенеза.

Применение трансгенных животных

Трансгенные животные являются удобным объектом для анализа роли отдельных элементов гена в регуляции его работы. Так, сопоставление характера экспрессии введенного гена у животных, различающихся по длине фланкирующих последовательностей инъецированной ДНК, дает возможность обнаружить элементы гена, контролирующие его работу в разных типах тканей.

Для облегчения анализа регуляторных последовательностей гена часто вводят генетические конструкции, сочетающие эти элементы с геном-репортером, экспрессия которого выражается в появлении известной и легко определяемой ферментативной активности.

Трансгенные растения

Впервые были получены в 1982 году учеными из Института растениеводства в Кельне и компании Monsanto.

Одна из важных задач - получение растений, устойчивых к вирусам, так как в настоящее время не существует прямых способов борьбы с вирусными инфекциями сельскохозяйственных культур.

Ученые из Университета штата Вашингтон решили, что устойчивость к вирусам можно «привить» растениям, вводя в растительные клетки гены белка оболочки вируса табачной мозаики. Эксперимент полностью подтвердил это предположение: интенсивный синтез белка оболочки любого вируса в клетках растений вызывает устойчивость к данному вирусу.

Еще одна задача связана с защитой растений от насекомых-вредителей. В генно-инженерных лабораториях Бельгии и США были успешно проведены работы по внедрению в растительную клетку генов, отвечающих за синтез инсектицидов бактериального происхождения. Эти гены ввели в клетки картофеля, томатов и хлопчатника. Трансгенные растения картофеля и томатов были устойчивы к колорадскому жуку, растения хлопчатника оказались устойчивыми к различным насекомым. Применение инсектицидов было сокращено на 40-60 %.

?? - использование агробактерии

b - использование "днк-пушки"

1 - введение днк в плазмиду бактерии

2 - перенос днк в клетку растения

3 - встраивание днк

4 - размножение клеток с новым геном

5 - высаживание в почву

6 - нанесение днк на металлические частицы

7 - обстрел частицами с днк

8 - растительная клетка

Заключение

Важной составной частью биотехнологии является генетическая инженерия. Родившись в начале 70-х годов, она добилась сегодня больших успехов. За короткий срок генная инженерия оказала огромное влияние на развитие молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться по пути познания строения и функционирования генетического аппарата. Методы генной инженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в "фабрики" для масштабного производства любого белка. Это дает возможность детально анализировать структуру и функции белков и использовать их в качестве лекарственных средств. Генетическая инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. Примерами применения генной инженерии являются получение производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

Сочетание возможностей генетики и клинической педиатрии позволит уже в недалеком будущем решать сложнейшие вопросы лечения и профилактики наследственных моногенных болезней. Современная медицинская и клиническая генетика представляет собой ярчайших пример единения науки и практики. Исследования, еще недавно представляющиеся сугубо теоретическими, в считанные годы получают реальный практический выход на благо здоровья настоящего и будущих поколений. В ближайшем будущем генная терапия займет ведущее место в лечении многих болезней, считавшихся ранее неизлечимыми.

При помощи генной инженерии можно получать потомков с улучшенной внешностью, умственными и физическими способностями, характером и поведением. С помощью генотерапии в будущем возможно улучшение генома и ныне живущих людей. В принципе можно создавать и более серьёзные изменения, но на пути подобных преобразований человечеству необходимо решить множество этических проблем.

Список использованной литературы

1. Биологический энциклопедический словарь, М., 1989; Сельскохозяйственный энциклопедический словарь, М., 1989;

2. Маниатис Т., Методы генетической инженерии, М., 1984; Лещинская И.Б. Генетическая инженерия. Соросовский образовательный журнал, №1,1996.

3. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. Ч. 1. Изд-во Лотос, 2005. 304 с.

4. Попов Л.С., Языков А.А. Трансгенные животные как модели для изучения репродукции эмбрионального развития и заболеваний человека //2002. Т 119, № 1. С. 30-41.

5. Барановов В.С. Генная терапия - медицина XXI века //Изд.Медицина. № 3. 1999. С. 3 - 68.

6. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. Молекулярная биология. Т. 1 - 3. М.: Мир, 2004.

Размещено на Allbest.ru