Достижение биологии. Генная инженерия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

«Достижение биологии. Генная инженерия»

Работу выполнил:

Абдреимов. Дж

Специальность - МКН

ФМФИТ 4 курс, КГУ

Проверил:

доц. Шаповалов.В.Н

Элиста 2020 г.

Содержание работы:

Введение

I. Генная инженерия

II. Методы генной инженерии

III. Основные механизмы генной инженерии

IV. Достижения генной инженерии

V. Преимущества и недостатки генной инженерии

VI. Интересные факты генной инженерии

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Одним из разделов молекулярной генетики и молекулярной биологии, который нашел наибольшее практическое приложение, является генная инженерия. Родившись в начале 70-х годов, она добилась сегодня больших успехов. 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.

Я считаю, что мой реферат актуален для нашего времени ведь по заверениям ученых демографов, в ближайшие двадцать лет население земного шара удвоится, прокормить такое количество людей будет просто невозможно. Следовательно, уже сейчас пора подумать о том, как с наименьшими потерями поднять урожайность сельхозугодий вдвое. Поскольку для обычной селекции срок в два десятилетия крайне мал, то остается механическая модификация генетического кода растений. Можно, например, добавить ген устойчивости к насекомым-вредителям или сделать растение более плодовитым. Это основной довод трансгенетиков.

Главная цель реферата - рассмотрение темы: «Генная инженерия, её основные методы».

Основные задачи реферата:

1) дать определение генной инженерии;

2) рассмотреть методы генной инженерии;

3) выявить основные механизмы генной инженерии

4) выяснить достижения генной инженерии;

5) рассмотреть преимущества и недостатки генной инженерии;

6) рассмотреть интересные факты по генной инженерии.

I. Генная инженерия

Генная инженерия - это сумма методов, позволяющих переносить гены из одного организма в другой, или - это технология направленного конструирования новых биологических объектов.

Генная инженерия не является наукой - это только набор инструментов, использующий современные достижения клеточной и молекулярной биологии, генетики, микробиологии и вирусологии.

Работы по изменению существующих органических форм стали возможны только после того, как в 1953 году была расшифрована молекула ДНК. Человек наконец понял сущность гена, его значение для белков, прочитал код геномов живых организмов и естественно не стал останавливаться на достигнутом. В душах людей возникло сильное желание «творить» животный и растительный мир планеты по своему усмотрению.

С поразительной настойчивостью и упорством человек стал добиваться поставленной цели и к концу первого десятилетия XXI века достиг очень многого. Он научился выделять ген из организма и синтезировать его в лабораторных условиях; освоил технологии видоизменения гена для придания ему нужной структуры; нашёл способы введения в ядро клетки преобразованного гена и присоединения его к существующим генетическим образованиям.

II. Методы генной инженерии

1. Гибридологический анализ - основной метод генетики. Он основан на использовании системы скрещивания в ряде поколений для определения характера наследования признаков и свойств.

2. Генеалогический метод заключается в использовании родословных. Для изучения закономерностей наследования признаков, в том числе наследственных болезней. Этот метод в первую очередь принимается при изучении наследственности человека и медленно плодящихся животных.

3. Цитогенетический метод служит для изучения строения хромосом, их репликации и функционирования, хромосомных перестроек и изменчивости числа хромосом. С помощью цитогенетики выявляют разные болезни и аномалии, связанные с нарушением в строении хромосом и изменение их числа.

4. Популяционно-статический метод применяется при обработке результатов скрещиваний, изучения связи между признаками, анализе генетической структуры популяций и т.д.

5. Иммуногенетический метод включают серологические методы, иммуноэлектрофорез и др., кот используют для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови тканей. С его помощью можно установить иммунологическую несовместимость, выявить иммунодефициты и т.д.

6. Онтогенетический метод используют для анализа действия и проявление генов в онтогенезе при различных условиях среды. Для изучения явлений наследственности и изменчивости используют биохимический, физиологический и другие методы.

Технология рекомбинантных ДНК использует следующие методы:

1. специфическое расщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами;

2. быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;

3. конструирование рекомбинантной ДНК;

4. гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью;

5. клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;

6. введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.

III. Основные механизмы генной инженерии

(Технология рекомбинантной ДНК)

Суть генной инженерии сводится к следующему: биологи, зная, какой ген за что отвечает, выделяют его из ДНК одного организма и встраивают в ДНК другого. В результате можно заставить клетку синтезировать новые белки, что придает организму новые свойства.

Мы знаем, что обмен генетической информацией происходит и в природе, но только между особями одного вида. Случаи же скрещивания особей разных видов (например, собаки и волка) являются исключением.

Перенос генов от родителей к потомкам внутри одного вида называется вертикальным. Так как возникающие при этом особи, как правило, очень похожи на родителей, в природе генетический аппарат обладает высокой точностью и обеспечивает постоянство каждого вида.

Всё это стало возможно благодаря ферментам - образованиям на основе белка, отвечающим за организацию работы клетки. В частности можно назвать такие ферменты, как рестриктазы. Одна из их функций - защита клетки от инородных генов. Чужая ДНК разрезается этим надёжным стражем на отдельные части, причём существует множество различных рестриктаз, каждая из которых наносит удар в строго определённом месте.

Подобрав набор таких ферментов, можно без труда расчленять молекулу на требуемые участки. Затем необходимо их соединить, но уже по-новому. Тут помогает природное свойство генетического материала воссоединяться друг с другом. Помощь в этом оказывают также ферменты лигазы, задача которых заключается именно в соединении двух молекул с образованием новой химической связи.

Непохожий ни на что гибрид создан. Представляет он собой молекулу ДНК, несущую новую генетическую информации. Такое образование в генной инженерии называют вектором. Его главная задача - передача новой программы воспроизводства намеченному для этой цели живому организму. Но ведь последний может её проигнорировать, отторгнуть и руководствоваться только родными генетическими программами.

Такое невозможно, благодаря явлению, которое носит название трансформация у бактерий и трансфекция у человека и животных. Суть его заключается в том, что если клетка организма поглотила свободную молекулу ДНК из окружающей среды, то она всегда встраивает её в геном. Это влечёт за собой появление у такой клетки новых наследственных признаков, запрограммированных в поглощённую ДНК.

Поэтому, чтобы новая генетическая программа начала работать, необходимо только одно, - чтобы она оказалась в нужной клетке. Это сделать не просто, так как такое сложное образование, как клетка, имеет множество защитных механизмов, препятствующих проникновению в неё чужеродных объектов.

Любые преграды можно обойти. Для начала маленькие - к примеру, введение чужеродных генов в бактерии. Здесь, в качестве вектора, вполне можно использовать плазмиду - кольцевую молекула ДНК малых размеров, располагающуюся в клетках вне хромосом и несущую дополнительные половые признаки. Бактерии постоянно обмениваются плазмидами, поэтому не составляет никакого труда перепрограммировать указанную молекулу и направить в клетку.

Значительно более трудно ввести готовый ген в наследственный аппарат клеток растений и животных. Здесь на помощь приходят вирусы - генетические элементы, одетые в белковую оболочку и способные переходить из одной клетки в другую. Для такой работы прекрасно подходят молекулы ДНК вирусов - фаги. Их «переделывают» под нужные параметры и включают в генетический аппарат животного или растительного организма.

Всё, дело сделано. Внедрённый генетический код начинает работать. Иногда бывают сбои, если часть генов новой ДНК окажутся «молчащими». Таких много в каждом организме. У одних живых существ они прекрасно функционируют, у других же не проявляют себя никак.

Накладки и недоработки учитываются и тщательно анализируются. Непрерывно идут работы, изучающие различные комбинации генов: удаление части их из молекулы или наоборот - добавление составляющих, совсем не свойственных данному живому организму.

Горизонтальный перенос генов у прокариот - это не просто лабораторный результат генной инженерии, а распространенное природное явление.

Установлены три основных механизма латерального переноса: трансформация, коньюгация и трансдукция.

1. Трансформация - это нормальная физиологическая функция обмена генетическим материалом у некоторых бактерий.

2. Конъюгация имеет наименьшее число ограничений для межвидового обмена генетической информацией, но предполагает тесный физический контакт между микроорганизмами, легче всего достижимый в биопленках.

3. Трансдукция (от лат. transductio - перемещение) - это перенос генетического материала из одной клетки в другую с помощью некоторых вирусов (бактериофагов), что приводит к изменению наследственных свойств клетки реципиента.

К наиболее опасным заболеваниям, вызываемым вирусами у животных и человека, относят бешенство, оспу, грипп, полиомиелит, СПИД, гепатит и др. Вирусы обладают вирулентность - это степень болезнетворного действия микроба. Ее можно рассматривать как способность адаптироваться к организму хозяина и преодолевать его защитные механизмы.

IV. Достижения генной инженерии

В наши дни успехи и достижения видны невооружённым глазом. Если рассмотреть такую сферу человеческой деятельности, как сельское хозяйство, то здесь генная инженерия добилась самых впечатляющих результатов.

С начала 80-х годов получено множество геномодифицированных сортов зерновых культур. На конец первого десятилетия XXI века ими засеяно 120 млн. га. земельных угодий по всему миру. Отмечен высочайший уровень урожайности, его потрясающая устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям и полное отсутствие паразитов, пожирающих необходимые для людей злаки.

Выведены невиданные раньше сорта картофеля, кукурузы, сои, риса, рапса, огурцов.

Генная инженерия может скрещивать помидоры с картошкой, огурцы с луком, виноград с арбузами - возможности здесь просто потрясающие. Размеры и аппетитный свежий вид полученного продукта могут приятно удивить любого.

Скоро слова инсектициды, акарициды, пестициды будут надёжно забыты, так как внедрённые в растительную клетку овоща, фрукта или зерновой культуры молекулы ДНК, определённых видов бактерий, уничтожат и колорадского жука, и хлопковую совку, и листовёртку, и многих-многих других вредителей сельскохозяйственных угодий.

Животноводство также находится в зоне интересов генной инженерии. Исследования по созданию трансгенных овец, свиней, коров, кроликов, уток, гусей, кур считаются в наши дни приоритетными. Здесь большое внимание уделяется именно животным, которые вполне могли бы синтезировать различные лекарственные препараты: инсулин, гормоны, интерферон, аминокислоты.

Значительный прогресс достигнут в практической области создания новых продуктов для медицинской промышленности и лечения болезней человека. В настоящее время фармацевтическая промышленность завоевала лидирующие позиции в мире, что нашло отражение не только в объёмах промышленного производства, но и в финансовых средствах, вкладываемых в эту промышленность.

В настоящее время кишечная палочка (E. coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин.

Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. Для получения 100г кристаллического инсулина требуется 800-1000кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200-250грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков.

Компания "Genentec" в 1980 году разработала технологию производства соматотропина с помощью бактерий. В 1982 году гормон роста человека был получен в культуре E. coli и животных клеток в институте Пастера во Франции, а с 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР.

V. Преимущества и недостатки генной инженерии

Преимущества генной инженерии:

А) С помощью генной инженерии можно увеличить в генетически измененной продукции содержание полезных веществ и витаминов по сравнению с «чистыми» сортами. Например, можно «вставить» витамин А в рис, с тем чтобы выращивать его в регионах, где люди испытывают его нехватку.

Б) Можно существенно расширить ареалы посева сельхозпродуктов, приспособив их к экстремальным условиям, таким, как засуха и холод.

В) Путем генетической модификации растений можно существенно уменьшить интенсивность обработки полей пестицидами и гербицидами. Ярким примером здесь является уже состоявшееся внедрение в геном кукурузы гена земляной бактерии Bacillus thuringiensis, уже снабжающего растение собственной защитой, так называемым Bt-токсином, и делающего по замыслу генетиков дополнительную обработку бессмысленной.

Г) Генетически измененным продуктам могут быть приданы лечебные свойства. Ученым уже удалось создать банан с содержанием анальгина и салат, вырабатывающий вакцину против гепатита B.

Д) Еда из генетически измененных растений может быть дешевле и вкуснее.

Е) Модифицированные виды помогут решить и некоторые экологические проблемы. Конструируются растения, эффективно поглощающие цинк, кобальт, кадмий, никель и прочие металлы из загрязненных промышленными отходами почв.

Ё) Генная инженерия позволит улучшить качество жизни, очень вероятно - существенно продлить её; есть надежда найти гены, ответственные за старение организма и реконструировать их.

Недостатки генной инженерии:

В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как она не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена. Выведение генетически модифицированных видов растений и животных представляет определенную опасность, обусловленную непредсказуемостью их развития и поведения в естественной среде.

Экологические риски: 1) появление супервредителей; 2) нарушение природного баланса; 3) выход трансгенов из-под контроля.

Медицинские риски: 1) Повышенная аллергеноопасность; 2) Возможная токсичность и опасность для здоровья; 3) Устойчивость к действиям антибиотиков; 4) могут возникнуть новые и опасные вирусы.

Социально-экономических причин по которым генетически измененные растения считаются опасными:

1. они представляют угрозу для выживания миллионов мелких фермеров.

2. Они сосредоточат контроль над мировыми пищевыми ресурсами в руках небольшой группы людей. Всего десять компаний могут контролировать 85% глобального агрохимического рынка.

3. Они лишат западных потребителей свободы выбора в приобретении продуктов.

VI. Интересные факты генной инженерии

1. Факт. В 2005 году на биотехнологические продукцию и услуги в области ветеринарии в США планировалось потратить более 5 млрд. долларов. По данным Департамента сельского хозяйства США (USDA), на различные виды биотехнологической продукции для животных выдано 105 лицензий. Это - ветеринарные вакцины, биопрепараты и средства диагностики.

2. Факт. Первые живые существа, полученные с помощью генной инженерии - декоративные рыбки GloFish - появились на рынке в январе 2004 года. В них вживили ген морского анемона, и если наблюдать за этими рыбками в темноте, они флюоресцируют ярким красным светом.

3. Факт. Домашние животные, такие, как собаки и кошки, получают немало пользы от произведенных с помощью биотехнологии вакцин и диагностических наборов.

4. Факт. Проведенные исследования показали, что животные - клоны едят, пьют и ведут себя абсолютно также, как и обычные животные.

5. Факт. Успешно были клонированы, по крайней мере, три вида исчезающих животных: европейский муфлон и дикие быки гаур и бантенг. Клонированного бантенга вы можете увидеть в зоопарке города Сан-Диего, Калифорния.

6. Факт. В 1984 году в одной из американских клиник пациенту вживили сердце бабуина, которое проработало в течение 20 дней. Сегодня врачи регулярно используют сердечные клапаны свиней для пересадки их человеку, а также пересаживают кожу этих животных людям, пострадавшим от ожогов. Несколько групп исследователей в разных странах работают над созданием генетически модифицированных свиней, органы которых при пересадке человеку не будут отторгаться его иммунной системой.

7. Факт. Животные, выращенные с помощью биотехнологии, если и отличаются от обычных животных, то в лучшую сторону: клонирование и генная инженерия - это всего лишь еще один инструмент для выведения новых пород, а этим люди тысячи лет занимались неосознанно и около ста лет - на основе данных генетики. Ученые и технический персонал заботятся об экспериментальных животных куда лучше, чем фермер - о своем стаде обычных животных.

8. Факт. Несколько групп ученых в разных странах исследовали мясо и молоко клонированных животных по сотне показателей и не нашли отличий от мяса и молока животных, зачатых обычным путем.

9. Факт. Действительно, при клонировании или получении генетически модифицированных животных многие эмбрионы оказываются нежизнеспособными, а смертность при родах - выше, чем при обычном разведении животных.

10. Факт. В целом состояние здоровья клонов и традиционных животных не отличаются - это доказали десятилетние исследования, проведенные в том числе Национальной академией наук США.

11. Факт. За животными - клонами и за животными, которых используют в генной инженерии, ухаживают, как показывают наблюдения ветеринаров, с особой заботой.

12. Факт. В действительности Долли прожила даже дольше, чем обычно живут овцы, и умерла в преклонном возрасте из-за развития артрита. Смерть наступила из-за обычной старости, и это никак не связанно с тем, что она была клонирована.

Заключение

Под генной (генетической) инженерией подразумевают целый комплекс технологий, методов, процессов, посредством которых получают рекомбинантные (созданные благодаря биотехнологии на основе ДНК) РНК и ДНК, а также гены из клеток организмов, осуществляют различные

В 70-е годы XX века создана техника выделения гена из ДНК, а также методика размножения нужного гена. В результате этого возникла генная инженерия. Внедрение в живой организм чужеродной генетической информации и приемы, заставляющие организм эту информацию реализовывать, составляют одно из самых перспективных направлений в развитии биотехнологии. С помощью современных биотехнологий удалось получить ряд лекарств (интерферон, инсулин сыворотка против гипотита и др.) Объектом биотехнологии выступает сегодня не только отдельный ген, но и клетка в целом.

Генная инженерия позволила создать точную копию конкретного организма - клона. Клонированные органы - это спасение для людей, попавших в автомобильные аварии или иные катастрофы, а также нуждающихся в радикальной помощи из - за каких - либо заболеваний. Клонирование может дать возможность бездетным людям иметь своих собственных детей, поможет людям, страдающим тяжелыми генетическими заболеваниями. Более скромная, но не менее важная задача клонирования - регуляция пола сельскохозяйственных животных, а также клонирование в них человеческих генов "терапевтических белков", которые используются для лечения людей, например гемофиликов, у которых мутировал ген, кодирующий белок, участвующий в процессе свертывания крови.

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, а также генная инженерия обратили внимание человечества на необходимость общественного контроля за всем, что происходит в науке.

Вывод: Судя по тому, каких успехов добилась генная инженерия за сравнительно небольшой период времени - это не вызывает никакого сомнения. Наоборот, возникает непреклонная убеждённость, что в ближайшие двадцать лет мир изменится до неузнаваемости. Уже сейчас созданы совершеннейшие сложнейшие технологии, кардинально преобразующие жизнь человеческой цивилизации. Гордость, восхищение, восторг - только такими синонимами можно выразить всю гамму чувств.

генная инженерия медицина сельский

Список использованной литературы:

1. Бекиш О. - Я.Л. Медицинская биология. - Мн.: Ураджай, 2000. - с.114-119.

2. Горелов. Концепции современного естествознания. - Москва, 2007

3. Жигалов Ю.И. Концепции современного естествознания - М.: Гелиос АРВ, 2002.

4. Заяц Р.С. Основы медицинской генетики. - Мн.: Высшая школа, 1998. - с. 60-65.

5. Мутовин Г.Р. Основы клинической генетики. - М.: Высшая школа, 1997. - с. 83-84.

6. Биология и медицина [Электронный ресурс] // Методы генной инженерии, [сайт]. URL: http:// medbiol.ru›medbiol/biology_sk/00032f3b.htm (дата обращения: 14.10.2014).

7. Генная инженерия [Электронный ресурс] // Интересные факты, [сайт]. URL: http:// biochemi.ru›chems-466-1.html (дата обращения: 14.10.2014).

8. Генная инженерия [Электронный ресурс] // Основные механизмы генной инженерии Технология рекомбинантной ДНК, [сайт]. URL: http://galaxy797.net›htech/nano/6/12.htm (дата обращения: 15.10.2014).

Размещено на Allbest.ru