§ 64. ОСНОВЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Основные понятия и ключевые термины: ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Генотерапия.

Вспомните! Что такое селекция?

Новости науки

Американские учёные излечили двух самцов обезьян вида саймири обыкновенный (Saimiri sciureus) от врождённого дальтонизма.

Учёные сделали это с помощью искусственных вирусов, переместив ген человеческого белка йодопсина в клетки обезьян. Эти результаты имеют практическое значение, поскольку стало понятно, что можно осуществлять лечение дальтонизма и у человека. А какое направление науки занимается такими исследованиями?

СОДЕРЖАНИЕ

Чем генетическая инженерия отличается от классической селекции?

Ил. 175. Американский биохимик П. Берг (1926)

Генетическая инженерия - это очень молодое направление науки на рубеже молекулярной биологии, генетики и биотехнологии, целью которого является создание организмов с новыми комбинациями наследственных признаков. Зародилось это направление исследований в 1972 г., когда Пол Берг впервые соединил в пробирке ДНК вируса SV40 (вызывает появление опухолей у обезьян) с ДНК бактериофага лямбда (паразитирует в клетках кишечной палочки). Так была получена первая рекомбинантная ДНК (рекДНК) - молекула ДНК, сочетающая в себе генетический материал, выделенный из различных биологических источников. Это стало началом разработки биотехнологии получения рекДНК, что является основой генетической инженерии. В своём интервью на сайте Нобелевского комитета Пол Берг говорил: «Не совсем корректно называть меня отцом генной инженерии. Мы сделали лишь первый шаг на пути к ней». Потом были открыты ферменты, разрезающие и сшивающие цепи ДНК, методы определения последовательности нуклеотидов ДНК (метод секвенирования), методов клонирования генов и др.

В чём же преимущества генетической инженерии перед селекцией? При создании новых пород, сортов или штаммов селекция сталкивается с такими проблемами, как нескрещиваемость видов, неуправляемость извне процессами рекомбинации ДНК, непредсказуемость комбинаций признаков в потомстве и др. Селекция в своих исследованиях опирается на отбор признаков и внутривидовую гибридизацию. На всё уходит много времени, используются различные мутагены для искусственного мутагенеза, и не всегда результаты соответствуют ожиданиям. Преимущество генетической инженерии - быстрое, целенаправленное и контролируемое изменение признаков с использованием генетического материала не только организмов одного вида, но и различных неродственных видов. Так, генетические структуры бактерий могут переноситься в клетки растений, а гены человека - в клетки бактерий. Методы генетической инженерии позволяют значительно ускорить селекционные процессы: срок получения новых форм организмов сократился до 3-4 лет вместо 10-12 лет, необходимых с применением методов селекции. И ещё одно преимущество: генетическая инженерия исследует процессы рекомбинации и получения новых генетических структур вне организма, поскольку молекулярная биология доказала, что естественные механизмы сохранения стабильности генома изменить невозможно и опасно (ил. 176).

Итак, ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ - направление науки, целью которого является создание генетических структур и организмов с новыми комбинациями наследственных признаков.

Каковы методы генетической инженерии?

Для создания организмов с генетически изменённой наследственностью в генетической инженерии применяют специфические ферменты и методы.

Ил. 176. Отдельные этапы создания трансгенного сорта кукурузы

Для получения генов, их соединения с векторами (плазмидами или вирусами) в генетической инженерии используют ферменты: ревертазы (ферменты, катализирующие синтез нити ДНК на матрице иРНК), рестриктазы (ферменты, разрезающие нуклеотидные последовательности в определённых местах), лигазы (ферменты, сочетающие нуклеотидные последовательности). Основными методами генетической инженерии являются: 1) методы получения генетического материала (для получения генов путём химического или матричного синтеза, выделения природных генов из геномов, создание рекДНК); 2) методы копирования и размножения генов (для размножения молекул ДНК в составе плазмид или молекул ДНК вирусов); 3) методы переноса и включения генетического материала в геном (для переноса генов с участием плазмид-векторов, вирусов-векторов или с помощью липосом).

Итак, суть современных исследований генетической инженерии заключается в том, что рекомбинации генов осуществляют in vitro, затем направлено переносят генетические структуры в клетки организма, далее закрепляют эти гены в ДНК и обеспечивают передачу информации.

Какова роль генетической инженерии в биотехнологии и медицине?

Благодаря генетической инженерии особенно быстро развиваются сельскохозяйственное и медицинское направления исследований.

В сельском хозяйстве генетическая инженерия открыла перспективы создания трансгенных организмов с заранее запланированными свойствами. За последние 15 лет прошли полевые испытания около 25 000 различных трансгенных культурных растений. Для улучшения свойств культур учёные пытаются сделать их устойчивыми к засухе, заморозкам, вредителям, а также чтобы могли фиксировать азот. Развито индустрию трансгенных животных, широко используемых для научных целей как источник органов для трансплантации, как производители белков, для тестирования вакцин и др. Одним из самых перспективных направлений является «выращивание лекарств на ферме» - получение из молока трансгенных животных большого количества белков, применяемых в медицине. При участии штаммов микроорганизмов уже сегодня получают инсулин, интерфероны, гормон роста, ферменты, витамины, вакцины, антитела и др.

Генетическая инженерия помогает медикам бороться с болезнями. Развивается генотерапия - совокупность методов лечения наследственных, онкологических некоторых вирусных заболевании путём внесения изменений в генетический аппарат клеток пациентов с целью направленного изменения генных дефектов или предоставления клеткам новых функций. В генотерапии выделяют такие виды, как: а) соматическая генотерапия - введение генов в соматические клетки пациента; б) внеорганизменная генотерапия - введение генов в культивируемые клетки и пересадка этих клеток пациентам.

Сейчас в мире около 400 проектов проходят клинические испытания, среди которых проекты лечения гемофилии и опухолей мозга уже находятся на завершающем этапе.

С целью предотвращения инфекционных болезней создаются ДНК-вакцины - генетические структуры, после введения в клетку обеспечивающие синтез белков, предназначенных для формирования иммунных реакций - гуморального и клеточного иммунитета.

Генетическая инженерия может привести к образованию опасных типов ДНК. Поэтому специалисты, проводящие исследования и внедряющие в жизнь достижения генетической инженерии, должны помнить о теоретическом риске того, что искусственно созданные генетические структуры могут способствовать появлению опасных организмов с непредсказуемой инфекционностью и негативным воздействием на экологию.

Итак, генетические структуры, созданные с помощью генетической инженерии, могут значительно влиять на решение проблем человечества.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на применение знаний

Благодаря генетической инженерии в настоящее время применяются различные вещества. Сопоставьте названия этих веществ с их определениями и получите фамилию учёного, который разработал метод определения последовательности нуклеотидов ДНК.

Биология + Физика

Векторами в генетической инженерии называют молекулу нуклеиновой кислоты, которая осуществляет доставку генетического материала в клетки. Векторами чаще всего служат плазмиды (кольцеобразные молекулы ДНК) и молекулы ДНК бактериофагов. Что такое векторы в физике?

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Здоровье

Картофель - одна из самых популярных в нашей стране культур. К сожалению, немалую часть её урожая утрачивают из-за колорадского жука. Это заставляет земледельцев использовать различные химические средства. Генетическая инженерия поставила цель: создать высокоурожайные и устойчивые к колорадскому жуку сорта картофеля. Примените свои знания и оцените преимущества и возможные риски применения таких сортов картофеля для здоровья человека.

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)