Клонирование. Генетическая инженерия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Краевое государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

«Алейский технологический техникум»

РЕФЕРАТ

По дисциплине: «Биология»

Тема: «Клонирование. Генетическая инженерия»

Выполнил студент «1» курса

гр. № 1ПК Люник Ю.Д.

Проверил преподаватель

по предмету биологии Мамзина С.В.

Алейск

2021

Содержание

• Введение
• 1. Понятие клонирования
• 2. Генетическая инженерия и клонирование
• Заключение
• Список использованных источников
• Введение

Клонирование генов, расположенных в плазмидах по очевидным причинам не представляет сколь--нибудь значительных методических трудностей. В свете сказанного понятен тот факт, что на первых порах клонированию подвергались в основном гены с плазмидной локализацией. Сложнее обстоит дело в случае хромосомных генов. Для конструирования банка рекомбинантных плазмид применяется типичный арсенал известных методов генной инженерии, который в случае клонирования генов гт не имеет какой--то специфики. Специфика заключается в методах отбора искомых клонов, выборе реципиентных штаммов и векторов для клонирования.

ЦЕЛЬ -- Изучить понятие клонирование, понять его важность для современного человечества, найти его положительные и отрицательные стороны и понять, как генетическая инженерия связана с клонированием.

ЗАДАЧИ:

1. Изучить понятие клонирования и дать характеристику его видов.

2. Понять, что такое генетическая инженерия, разобрать её методы и проанализировать значимость в клонировании.

1. Понятие клонирования

Клонирование (в биологии) -- появление естественным путём или получение нескольких генетически идентичных организмов путём бесполого (в том числе вегетативного) размножения или партеногенеза. Термин «клонирование» в том же смысле нередко применяют и по отношению к клеткам многоклеточных организмов. Клонированием называют также получение нескольких идентичных копий наследственных молекул (молекулярное клонирование). Наконец, клонированием также часто называют биотехнологические методы, используемые для искусственного получения клонов организмов, клеток или молекул. Группа генетически идентичных организмов или клеток -- клон.

Виды клонирования:

1. Клонирование стволовых клеток

Перенос ядер соматических клеток, известный как SCNT, также может быть использован для создания эмбрионов в исследовательских или терапевтических целях. Наиболее вероятной целью для этого является получение эмбрионов для использования в исследованиях стволовых клеток. Этот процесс также называют «исследовательским клонированием» или «терапевтическим клонированием». Цель состоит не в том, чтобы создать клонированных людей (так называемое «репродуктивное клонирование»), а в том, чтобы собрать стволовые клетки, которые можно использовать для изучения человеческого развития и потенциального лечения заболеваний. Хотя клональный бластоциста человека был создан, линии стволовых клеток еще предстоит выделить из клонального источника.

Терапевтическое клонирование достигается путем создания эмбриональных стволовых клеток в надежде на лечение таких заболеваний, как диабет и болезнь Альцгеймера. Процесс начинается с удаления ядра (содержащего ДНК) из яйцеклетки и вставки ядра из взрослой клетки для клонирования. В случае человека с болезнью Альцгеймера ядро из клетки кожи этого пациента помещается в пустое яйцо. Перепрограммированная клетка начинает развиваться в зародыш, потому что яйцо реагирует с перенесенным ядром. Эмбрион станет генетически идентичным пациенту. Эмбрион тогда сформирует бластоцисту, которая потенциально может стать любой клеткой в теле^[6].

Причина, по которой SCNT используется для клонирования, заключается в том, что соматические клетки могут быть легко получены и культивированы в лаборатории. Этот процесс может добавлять или удалять определенные геномы сельскохозяйственных животных. Ключевым моментом, который следует помнить, является то, что клонирование достигается, когда ооцит сохраняет свои нормальные функции, и вместо того, чтобы использовать геномы спермы и яйцеклетки для репликации, ооцит вставляется в ядро соматической клетки донора. Ооцит будет реагировать на ядро соматических клеток так же, как и на сперматозоиды.

Процесс клонирования конкретного сельскохозяйственного животного с использованием SCNT относительно одинаков для всех животных. Первым шагом является сбор соматических клеток от животного, которое будет клонировано. Соматические клетки можно использовать немедленно или хранить в лаборатории для последующего использования. Самая трудная часть SCNT -- удаление материнской ДНК из ооцита в метафазе II. Как только это будет сделано, соматическое ядро может быть вставлено в цитоплазму яйца. Это создает одноклеточный эмбрион. Затем сгруппированные соматические клетки и цитоплазма яйца вводят в электрический ток. Эта энергия позволит клонированному эмбриону начать развитие. Успешно развитые эмбрионы затем помещаются в суррогатную мать, таких как корова или овца в случае сельскохозяйственных животных.

2. Естественное клонирование (в природе) у живых организмов:

Клонирование широко распространено в природе у различных организмов. У растений естественное клонирование происходит при различных способах вегетативного размножения. У животных клонирование происходит при амейотическом партеногенезе и различных формах полиэмбрионии. Так, среди позвоночных известны клонально размножающиеся виды ящериц, состоящие из одних партеногенетических самок. У человека естественные клоны -- монозиготные близнецы. У некоторых видов броненосцев в норме рождается от четырёх до девяти монозиготных близнецов. Широко распространено клональное размножение среди ракообразных и насекомых. Уникальный вариант естественного клонирования открыт недавно у муравьёв -- малого огненного муравья (Wasmannia auropunctata) самцы и самки которого клонируются независимо, так что генофонды двух полов не смешиваются. У этого вида рабочие особи развиваются из оплодотворённых яиц, матки -- из неоплодотворённых диплоидных яиц. В некоторых яйцах, оплодотворённых самцами, все хромосомы матери разрушаются, и из таких гаплоидных яиц развиваются самцы.

3. Молекулярное клонирование:

Молекулярное клонирование -- клонирование молекул ДНК (в том числе генов, фрагментов генов, совокупностей генов, ДНК--последовательностей, не содержащих гены), другими словами -- наработка большого количества идентичных ДНК--молекул с использованием живых организмов. Благодаря фундаментальным биологическим открытиям XIX--XX веков, а именно: открытию клеточного строения тканей, открытию структуры клеточного ядра, хромосом, ДНК, генов, -- стало возможным то, что ныне носит название молекулярного клонирования. Это технология клонирования наименьших биологических объектов -- молекул ДНК, их частей и даже отдельных генов. Для молекулярного клонирования ДНК (обычно тем или иным способом изменённую) вводят в вектор (например, бактериальную плазмиду или геном бактериофага). Размножаясь, бактерии и фаги многократно увеличивают количество введенной ДНК, в точности сохраняя её структуру. Чтобы затем выделить большое количество такой ДНК, необходимо отделить бактерии или фаги, которые её содержат, от всех остальных, для чего и применяют клонирование, то есть выделение и размножение бактериального или фагового клона, содержащего необходимые молекулы ДНК. Для облегчения селекции бактериальных клонов в плазмиды обычно вводят ген резистентности к антибиотику, чаще всего ампициллину, в присутствии которого погибают все бактерии, не имеющие клонируемой плазмиды. Такое клонирование необходимо для изучения биологических молекул, их идентификации, решения вопросов клонирования тканей и др.

4. Клонирование многоклеточных организмов:

Наибольшее внимание учёных и общественности привлекает клонирование многоклеточных организмов, которое стало возможным благодаря успехам генной инженерии. Создавая особые условия и вмешиваясь в структуру ядра клетки, специалисты заставляют её развиваться в нужную ткань или даже в целый организм. Допускается принципиальная возможность воспроизведения даже умершего организма, при условии сохранения его генетического материала.

Различают полное (репродуктивное) и частичное клонирование организмов. При полном воссоздаётся весь организм целиком, при частичном -- организм воссоздаётся не полностью (например, лишь те или иные его ткани).

Репродуктивное клонирование предполагает, что в результате получается целый организм. Кроме научных целей оно может применяться для восстановления исчезнувших видов или сохранения редких видов.

Одно из перспективных применений клонирования тканей -- клеточная терапия в медицине. Такие ткани, полученные из стволовых клеток пациента, могли бы компенсировать недостаток и дефекты собственных тканей организма и не отторгаться при трансплантации. Это так называемое терапевтическое клонирование.

Терапевтическое клонирование предполагает, что в результате намеренно не получается целый организм. Его развитие останавливают заранее, а получившиеся эмбриональные стволовые клетки используют для получения нужных тканей или других биологических продуктов. Эксперименты показывают, что терапевтическое клонирование может быть с успехом применено для лечения некоторых заболеваний, считавшихся неизлечимыми.

2. Генетическая инженерия и клонирование

Генетическая инженерия (генная инженерия) -- совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, введения их в другие организмы и выращивания искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, генетика, микробиология, вирусология.

Во второй половине XX века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Фредериком Сенгером и американским учёным Уолтером Гилбертом (Нобелевская премия по химии 1980 года). Как известно, в генах содержится информация--инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках -- это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов -- химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому учёные сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определённых генов, нужных человеку.

Все методы генетической инженерии применяются для осуществления одного из следующих этапов решения генно--инженерной задачи:

1. Получение изолированного гена.

2. Введение гена в вектор для переноса в организм.

3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.

4. Преобразование клеток организма.

5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО)

и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

Процесс синтеза генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в значительной степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают программы синтеза различных нуклеотидных последовательностей. Такой аппарат синтезирует отрезки ДНК длиной до 100--120 азотистых оснований (олигонуклеотиды). Получила распространение техника, позволяющая использовать для синтеза ДНК, в том числе мутантной, полимеразную цепную реакцию. Термостабильный фермент, ДНК--полимераза, используется в ней для матричного синтеза ДНК, в качестве затравки которого применяют искусственно синтезированные кусочки нуклеиновой кислоты -- олигонуклеотиды. Фермент обратная транскриптаза позволяет с использованием таких затравок (праймеров) синтезировать ДНК на матрице выделенной из клеток РНК. Синтезированная таким способом ДНК называется комплементарной (РНК) или кДНК. Изолированный, «химически чистый» ген может быть также получен из фаговой библиотеки. Так называется препарат бактериофага, в геном которого встроены случайные фрагменты из генома или кДНК, воспроизводимые фагом вместе со всей своей ДНК.

Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты -- рестриктазы и лигазы, также являющиеся полезным инструментом генной инженерии. С помощью рестриктаз ген и вектор можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор. За открытие рестриктаз Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтон Смит также были удостоены Нобелевской премии (1978 г.).

Значительные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клеток растений и животных. Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку. Такой процесс получил название трансфекция.

Если модификации подвергаются одноклеточные организмы или культуры клеток многоклеточных, то на этом этапе начинается клонирование, то есть отбор тех организмов и их потомков (клонов), которые подверглись модификации. Когда же поставлена задача получить многоклеточные организмы, то клетки с изменённым генотипом используют для вегетативного размножения растений или вводят в бластоцисты суррогатной матери, когда речь идёт о животных. В результате рождаются детеныши с изменённым или неизменным генотипом, среди которых отбирают и скрещивают между собой только те, которые проявляют ожидаемые изменения.

клонирование генетическая инженерия

Заключение

Клонирование (в биологии) -- появление естественным путём или получение нескольких генетически идентичных организмов путём бесполого (в том числе вегетативного) размножения или партеногенеза. Термин «клонирование» в том же смысле нередко применяют и по отношению к клеткам многоклеточных организмов. Клонированием называют также получение нескольких идентичных копий наследственных молекул (молекулярное клонирование). Наконец, клонированием также часто называют биотехнологические методы, используемые для искусственного получения клонов организмов, клеток или молекул. Группа генетически идентичных организмов или клеток -- клон.

Перенос ядер соматических клеток, известный как SCNT, также может быть использован для создания эмбрионов в исследовательских или терапевтических целях. Наиболее вероятной целью для этого является получение эмбрионов для использования в исследованиях стволовых клеток.

Терапевтическое клонирование достигается путем создания эмбриональных стволовых клеток в надежде на лечение таких заболеваний, как диабет и болезнь Альцгеймера.

Генетическая инженерия (генная инженерия) -- совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами, введения их в другие организмы и выращивания искусственных организмов после удаления выбранных генов из ДНК. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, генетика, микробиология, вирусология.

Список использованных источников

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

2. Вир С. Клонирование человека: Аргументы в защиту. -- М.: Медицина, 2002.

3. Смирнов Ю. Дорога к бессмертию. -- Ярославль: Наука, 2001

Размещено на Allbest.ru