В своей работе яраскрываю тему достижений генной инженерии и биотехнологии. Возможности,открываемые генетической инженерией перед человечеством как в областифундаментальной науки, так и во многих других областях, весьма велики инередко даже революционны.
Так, она позволяетосуществлять индустриальное массовое производство нужных белков, значительнооблегчает технологические процессы для получения продуктов ферментации — энзимови аминокислот, в будущем может применяться для улучшения растений и животных, атакже для лечения наследственных болезней человека.
Таким образом, геннаяинженерия и биотехнология, будучи одними из магистральных направлений научно-техническогопрогресса, активно способствуют ускорению решения многих задач, таких, какпродовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая, экологическая.
Но особенно большиевозможности генная инженерия открывает перед медициной и фармацевтикой,поскольку применение генной инженерии может привести к коренным преобразованияммедицины.
Многие болезни, длякоторых в настоящее время не существует адекватных методов диагностики илечения (раковые, сердечнососудистые, вирусные и паразитные инфекции, нервные иумственные расстройства), с помощью генной инженерии и биотехнологии станутдоступны и диагностике, и лечению.
Под влияниембиотехнологии медицина может превратиться в дисциплину с ясным пониманиемпроисходящих в организме молекулярных и генетических процессов.
Биотехнология
Возникновениебиотехнологии
Биотехнология
Биологические агенты вданном случае — микроорганизмы, растительные или животные клетки, клеточныекомпоненты (мембраны клеток, рибосомы, митохондрии, хлоропласты), а такжебиологические макромолекулы (ДНК, РНК, белки — чаще всего ферменты).Биотехнология использует также вирусную ДНК или РНК для переноса чужеродныхгенов в клетки.
Человек использовалбиотехнологию многие тысячи лет: люди пекли хлеб, варили пиво, делали сыр,используя различные микроорганизмы, при этом, даже не подозревая об ихсуществовании.
Собственно сам терминпоявился в нашем языке не так давно, вместо него употреблялись слова «промышленнаямикробиология», «техническая биохимия» и др.
Вероятно, древнейшимбиотехнологическим процессом было сбраживание с помощью микроорганизмов. Впользу этого свидетельствует описание процесса приготовления пива, обнаруженноев 1981г. при раскопках Вавилона на дощечке, которая датируется примерно 6-мтысячелетием до н. э.
Генная инженерия
... применялись бы в полной мере технологии и разработки генной инженерии, является, конечно, сельское хозяйство. ... биологии и широко применяется в современной биотехнологии. Но их возможности ограничиваются природой ... органов и т.д. Таким образом, с помощью генной инженерии можно решить многие социальные и ... бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей ...
В 3-м тысячелетии до н.э. шумеры изготовляли до двух десятков видов пива. Не менее древнимибиотехнологическими процессами являются виноделие, хлебопечение, и получениемолочнокислых продуктов.
В традиционном,классическом, понимании биотехнология — это наука о методах и технологияхпроизводства различных веществ и продуктов с использованием природныхбиологических объектов и процессов.
Термин «новая»биотехнология в противоположность «старой» биотехнологии применяют дляразделения биопроцессов, использующих методы генной инженерии и болеетрадиционные формы биопроцессов.
Так, обычное производствоспирта в процессе брожения – «старая» биотехнология, но использование в этомпроцессе дрожжей, улучшенных методами генной инженерии с целью увеличениявыхода спирта – «новая» биотехнология.
Биотехнология как наукаявляется важнейшим разделом современной биологии, которая, как и физика, сталав конце XX в. одним из ведущих приоритетов в мировой науке и экономике.
Всплеск исследований побиотехнологии в мировой науке произошел в 80-х годах, но, несмотря на столькороткий срок своего существования, биотехнология привлекла пристальное внимание,как ученых, так и широкой общественности.
По прогнозам, уже вначале 21 века биотехнологические товары будут составлять четверть всей мировойпродукции.
Что касается болеесовременных биотехнологических процессов, то они основаны на методах рекомбинантныхДНК, а также на использовании иммобилизованных ферментов, клеток или клеточныхорганелл.
Современная биотехнология- это наука о генно-инженерных и клеточных методах создания и использованиягенетически трансформированных биологических объектов для улучшенияпроизводства или получения новых видов продуктов различного назначения.
Основныенаправления биотехнологии
Условно можно выделитьследующие основные направления биотехнологии:
- биотехнологияпищевых продуктов;
- биотехнология препаратовдля сельского хозяйства;
- биотехнологияпрепаратов и продуктов для промышленного и бытового использования;
- биотехнологиялекарственных препаратов;
- биотехнологиясредств диагностики и реактивов.
Биотехнология такжевключает выщелачивание и концентрирование металлов, защиту окружающей среды отзагрязнения, деградацию токсических отходов и увеличение добычи нефти.
Биоэнергетикакак раздел биотехнологии
Растительный покров Землисоставляет более 1800 млрд. т сухого вещества, что энергетически эквивалентноизвестным запасам энергии полезных ископаемых.
Леса составляют около 68%биомассы суши, травяные экосистемы — примерно 16%, а возделываемые земли — только 8%.
Для сухого веществапростейший способ превращения в энергию заключается в сгорании — оно обеспечиваеттепло, которое в свою очередь превращается в механическую или электрическуюэнергию.
Что же касается сыроговещества, то в этом случае древнейшим и наиболее эффективным методомпревращения биомассы в энергию является получение биогаза (метана).
Метановое «брожение», илибиометаногенез, — давно известный процесс превращения биомассы в энергию. Онбыл открыт в 1776г. Вольтой, который установил наличие метана в болотном газе.
Объекты биотехнологии в пищевой промышленности
... в производстве продуктов питания. Помимо решения продовольственной проблемы перед пищевой промышленностью стоит ряд других, не менее важных задач, решение которых возможно с помощью биотехнологий уже применяемых и внедряемых в пищевой промышленности. ... меньше энергии и, соответственно, ... отходов; экологически чистые производственные процессы; новые средства для обеспечения сохранения безопасности продуктов в ...
Отходы пищевойпромышленности и сельскохозяйственного производства характеризуются высокимсодержанием углерода (в случае перегонки свеклы на 1л отходов приходится до 50гуглерода), поэтому они лучше всего подходят для метанового «брожения», темболее что некоторые из них получаются при температуре, наиболее благоприятной дляэтого процесса.
Конференция ООН по наукеи технике для развивающихся стран (1979г.) и эксперты Экономической исоциальной комиссии по странам Азии и Тихого океана подчеркнули достоинствасельскохозяйственных программ, использующих биогаз.
Надо отметить, что 38% от95-миллионного поголовья крупного рогатого скота в мире, 72% остатков сахарноготростника и 95% отходов бананов, кофе и цитрусовых приходятся на долю странАфрики, Латинской Америки, Азии и Ближнего Востока.
Не удивительно, что вэтих регионах сосредоточены огромные количества сырья для метанового«брожения».
Следствием этого явиласьориентация некоторых стран сельскохозяйственно ориентированной экономикой набиоэнергетику.
Производство биогазапутем метанового «брожения» отходов — одно из возможных решений энергетическойпроблемы в большинстве сельских районов развивающихся стран.
Биотехнология в состояниивнести крупный вклад в решение проблем энергетики также посредствомпроизводства достаточно дешевого биосинтетического этанола, который, кроме того,является и важным сырьем для микробиологической промышленности при получениипищевых и кормовых белков, а также белково-липидных кормовых препаратов.
Практическиедостижения биотехнологии
С помощью биотехнологииполучено множество продуктов для здравоохранения, сельского хозяйства,продовольственной и химической промышленности.
Причем важно то, чтомногие из них не могли быть получены без применения биотехнологическихспособов.
Особенно большие надеждысвязываются с попытками использования микроорганизмов и культур клеток дляуменьшения загрязнения среды и производства энергии.
В молекулярной биологиииспользование биотехнологических методов позволяет определить структуру генома,понять механизм экспрессии генов, смоделировать клеточные мембраны с цельюизучения их функций и т.д.
Конструирование нужныхгенов методами генной и клеточной инженерии позволяет управлятьнаследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов исоздавать организмы с новыми полезными для человека свойствами, ранее ненаблюдавшимися в природе.
Микробиологическаяпромышленность в настоящее время использует тысячи штаммов различныхмикроорганизмов. В большинстве случаев они улучшены путем индуцированногомутагенеза и последующей селекции. Это позволяет вести широкомасштабный синтезразличных веществ.
Некоторые белки ивторичные метаболиты могут быть получены только путем культивирования клетокэукариот. Растительные клетки могут служить источником ряда соединений — атропин, никотин, алкалоиды, сапонины и др.
В биохимии,микробиологии, цитологии несомненный интерес вызывают методы иммобилизации как ферментов, так и целых клеток микроорганизмов, растений и животных.
В ветеринарии широко используются такие биотехнологические методы, как культура клеток и зародышей,овогенез in vitro, искусственное оплодотворение.
Все это свидетельствует о том, что биотехнология станет источником не только новых продуктов питания имедицинских препаратов, но и получения энергии и новых химических веществ, атакже организмов с заданными свойствами.
Современные биотехнологии
... клетки. Человек использовал биотехнологию многие тысячи лет: люди пекли хлеб, варили пиво, делали сыр, используя различные микроорганизмы, ... позволяет получать заданные (желаемые) качества изменяемых или генетически модифицированных организмов или так называемых «трансгенных» растений ... традиционном, классическом, понимании биотехнология - это наука о методах и технологиях производства различных веществ ...
Биологизацияи экологизация
В настоящее время всебольше приобретают популярность идеи экологизации и в более широком смыслебиологизации всей хозяйственной и производственной деятельности.
Под экологизацией, какначальным этапом биологизации, можно понимать сокращение вредных выбросовпроизводства в окружающую среду, создание малоотходных и безотходныхпромышленных комплексов с замкнутым циклом и т. п.
Биологизацию же следуетпонимать более широко, как радикальное преобразование производственнойдеятельности на основе биологических законов биотического круговорота биосферы.
Целью подобногопреобразования должно быть встраивание всей хозяйственно-производственнойдеятельности в биотический круговорот.
Особенно наглядно этанеобходимость видна на феномене стратегической беспомощности химической защитырастений:
Дело в том, что внастоящее время нет в мире ни одного пестицида, к которому бы не приспособилисьвредители растений.
Более того, теперьотчетливо выявилась закономерность подобного приспособления: если в 1917г.появился один вид насекомых, приспособившихся к ДДТ, то в 1980г. таких видовстало 432.
Применяемые пестициды игербициды крайне вредны не только для всего животного мира, но и для человека.
Точно так же в настоящеевремя становится понятной и стратегическая бесперспективность примененияхимических удобрений. В этих условиях совершенно естествен переход кбиологической защите растений и биоорганической технологии с минимумомхимических удобрений.
Решавшую роль в процессебиологизации сельского хозяйства может сыграть биотехнология.
Можно и нужно говорить о биологизациитехники, промышленного производства и энергетики
Активно развивающаясябиоэнергетика обещает революционные преобразования, поскольку она ориентированана возобновляемые источники энергии и сырья.
Перспективыразвития биотехнологии
Центральная проблемабиотехнологии — интенсификация биопроцессов как за счет повышения потенциалабиологических агентов и их систем, так и за счет усовершенствованияоборудования, применения биокатализаторов (иммобилизованных ферментов и клеток)в промышленности, аналитической химии, медицине.
В основе промышленногоиспользования достижений биологии лежит техника создания рекомбинантных молекулДНК.
Конструирование нужныхгенов позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных,растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми свойствами.
В частности, возможноуправление процессом фиксации атмосферного азота и перенос соответствующихгенов из клеток микроорганизмов в геном растительной клетки.
В качестве источниковсырья для биотехнологии все большее значение будут приобретать воспроизводимыересурсы не пищевых растительных материалов, отходов сельского хозяйства,которые служат дополнительным источником как кормовых веществ, так и вторичноготоплива (биогаза) и органических удобрений.
Одной из бурноразвивающихся отраслей биотехнологии считается технология микробного синтезаценных для человека веществ. По прогнозам, дальнейшее развитие этой отраслиповлечет за собой перераспределение ролей в формировании продовольственной базычеловечества растениеводства и животноводства с одной стороны, и микробногосинтеза — с другой.
Технология получения инсулина
... проинсулина в клетках Е.coli JM 109 N1864 В последнее время пристальное внимание уделяется упрощению процедуры получения рекомбинантного инсулина методами генной инженерии. Так получили слитой ... чем животные инсулины. Человеческие инсулины менее иммуногены, чем свиные, особенно смешанные бычьи и свиные инсулины. Целью данной курсовой работы является изучить технологию получения инсулина. Для ...
Не менее важным аспектомсовременной микробиологической технологии является изучения участиямикроорганизмов в биосферных процессах и направленная регуляция ихжизнедеятельности с целью решения проблемы охраны окружающей среды от техногенных,сельскохозяйственных и бытовых загрязнений.
С этой проблемой тесносвязаны исследования по выявлению роли микроорганизмов в плодородии почв(гумусообразовании и пополнении запасов биологического азота), борьбе свредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, утилизации пестицидов идругих химических соединений в почве.
Имеющиеся в этой областизнания свидетельствуют о том, что изменение стратегии хозяйственнойдеятельности человека от химизации к биологизации земледелия оправдывается какс экономической, так и с экологической точек зрения.
В данном направленииперед биотехнологией может быть поставлена цель регенерации ландшафтов.
Ведутся работы посозданию биополимеров, которые будут способны заменить современные пластмассы.Эти биополимеры имеют существенное преимущество перед традиционнымиматериалами, так как нетоксичны и подвержены биодеградации, то есть легкоразлагаются после их использования, не загрязняя окружающую среду.
Биотехнологии, основанныена достижениях микробиологии, наиболее экономически эффективны при комплексномих применении и создании безотходных производств, не нарушающих экологическогоравновесия.
Их развитие позволитзаменить многие огромные заводы химической промышленности экологически чистымикомпактными производствами.
Важным и перспективнымнаправлением биотехнологии является разработка способов получения экологическичистой энергии.
Получение биогаза иэтанола были рассмотрены выше, но есть и принципиально новые экспериментальныеподходы в этом направлении.
Одним из них является получение фотоводорода:
«Если из хлоропластоввыделить мембраны, содержащие фотосистему 2, то на свету происходит фотолиз воды- разложение ее на кислород и водород. Моделирование процессов фотосинтеза,происходящих в хлоропластах, позволило бы запасать энергию Солнца в ценномтопливе – водороде».
Преимущества такого способа получения энергии очевидны:
- наличие избыткасубстрата, воды;
- нелимитируемыйисточник энергии — Солнце;
- продукт (водород)можно хранить, не загрязняя атмосферу;
- водород имеетвысокую теплотворную способность (29 ккал/г) по сравнению с углеводородами (3.5ккал/г);
- процесс идет принормальной температуре без образования токсических промежуточных продуктов;
- процессциклический, так как при потреблении водорода регенерируется субстрат — вода.
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tehnologii-bioinjenerii/
Генетическаяинженерия
Историягенетической инженерии
Генная инженерияпоявилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии имолекулярной генетики.
На протяжении многих летглавным классом макромолекул считали белки. Существовало даже предположение,что гены имеют белковую природу.
Рекомбинантные вакцины (Генная инженерия)
... фрагментов; 4) амплификация гена в составе векторной молекулы. Указанный способ получения генов является наиболее приемлимым ... с удешевлением промышленного производства вакцин. Экспрессируемый в клетках вакцинированного животного белок имеет ... инженерии и биотехнологии стало создание рекомбинантных противовирусных вакцин, содержащих гибридные молекулы нуклеиновых кислот. Данные вакцины обладают ...
Лишь в 1944 году Эйвери,Мак Леод и Мак Карти показали, что носителем наследственной информации являетсяДНК.
С этого времениначинается интенсивное изучение нуклеиновых кислот. Спустя десятилетие, в 1953году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК. Именно этот годпринято считать годом рождения молекулярной биологии.
На рубеже 50-60-х годовбыли выяснены свойства генетического кода, а к концу 60-х годов егоуниверсальность была подтверждена экспериментально.
Шло интенсивное развитиемолекулярной генетики, объектами которой стали кишечная палочка (E. Coli), еевирусы и плазмиды.
Были разработаны методывыделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид ивирусов.
ДНК вирусов и плазмидвводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию иэкспрессию соответствующих генов.
В 70-х годах был открытряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК. Особая роль в развитииметодов генной инженерии принадлежит рестриктазам и ДНК-лигазам.
Историю развития генетической инженерии можно условно разделить на три этапа:
Первый этап связан сдоказательством принципиальной возможности получения рекомбинантных молекул ДНКin vitro. Эти работы касаются получения гибридов между различными плазмидами.Была доказана возможность создания рекомбинантных молекул с использованиемисходных молекул ДНК из различных видов и штаммов бактерий, ихжизнеспособность, стабильность и функционирование.
Второй этап связан сначалом работ по получению рекомбинантных молекул ДНК между хромосомными генамипрокариот и различными плазмидами, доказательством их стабильности ижизнеспособности.
Третий этап — началоработ по включению в векторные молекулы ДНК (ДНК, используемые для переносагенов и способные встраиваться в генетический аппарат клетки-реципиента) геновэукариот, главным образом, животных.
Формально датой рождениягенетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордскомуниверситете П. Берг и С. Коэн с сотрудниками создали первую рекомбинантнуюДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. coli.
Генетическаяинженерия
Одним из разделовмолекулярной генетики и молекулярной биологии, который нашел наибольшеепрактическое приложение, является генная инженерия.
Генная инженерия
Родившись в начале 70-хгодов, она добилась сегодня больших успехов. Методы генной инженерии преобразуютклетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в «фабрики» для масштабногопроизводства любого белка.
Это дает возможностьдетально анализировать структуру и функции белков и использовать их в качествелекарственных средств.
В настоящее времякишечная палочка (E. coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулини соматотропин.
Ранее инсулин получали изклеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока.Для получения 100г кристаллического инсулина требуется 800-1000кг поджелудочнойжелезы, а одна железа коровы весит 200-250грамм. Это делало инсулин дорогим итруднодоступным для широкого круга диабетиков.
Создание трансгенных животных
... переноса генов одних организмов в клетки организмов других видов, в том числе далеких в эволюционном отношении. Получение трансгенных животных осуществляется с помощью переноса клонированных генов ( ... зиготы. Именно этот подход положил начало широкому распространению технологии получения трансгенных животных. В России первые трансгенные животные появились в 1982г. С помощью микроинъекций в пронуклеус ...
Инсулин состоит из двухполипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот. При соединении ихдисульфидными связями образуется нативный двухцепочечный инсулин.
Было показано, что он несодержит белков E. coli, эндотоксинов и других примесей, не дает побочныхэффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него неотличается.
Соматотропин — гормон ростачеловека, секретируемый гипофизом. Недостаток этого гормона приводит кгипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на 1 кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см.
Ранее его получали изтрупного материала, из одного трупа: 4 — 6 мг соматотропина в пересчете наконечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормонабыли ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднородени мог содержать медленно развивающиеся вирусы.
Цели и методыгенетической инженерии
Цель прикладнойгенетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантныхмолекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали быорганизму свойства, полезные для человека.
На технологиирекомбинантных ДНК основано получение высокоспецифичных ДНК-зондов, с помощьюкоторых изучают экспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах,выявляют гены, обладающие родственными функциями (например, у человека икурицы).
ДНК-зонды также используются в диагностике различных заболеваний.
Технология рекомбинантныхДНК сделала возможным нетрадиционный подход «белок-ген», получивший название «обратнаягенетика». При таком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этогобелка, модифицируют его, создавая мутантный ген, кодирующий измененную формубелка. Полученный ген вводят в клетку. Таким способом можно исправлятьдефектные гены и лечить наследственные заболевания.
Если гибридную ДНК ввестив оплодотворенное яйцеклетку, могут быть получены трансгенные организмы,передающие мутантный ген потомками.
Генетическаятрансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковыхпродуктов как в регуляции активности других генов, так и при различныхпатологических процессах.
Технология рекомбинантныхДНК использует следующие методы:
- специфическоерасщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляциис отдельными генами;
- быстроесеквенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяетопределить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;
- конструированиерекомбинантной ДНК;
- гибридизациянуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНКили ДНК с большей точностью и чувствительностью;
- клонирование ДНК:амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введениефрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформациивоспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;
- введениерекомбинантной ДНК в клетки или организмы.
Ферментыгенетической инженерии
Генетическая инженерия
Если с клетками иклеточными органеллами мы подчас можем работать микроманипуляторами, тоникакие, даже самые мелкие микрохирургические инструменты не помогут при работес макромолекулами ДНК и РНК.
Социально-философский анализ проблемы взаимодействия человека и техники
... явление обезличивания человека техникой и нравственно - философские основания и условия для использования техники. Цель данной работы - осветить направление развития технической мысли и раскрыть универсальные предпосылки формирования проблем, связанных с взаимодействием человека и техники; дать ...
Только ферменты могутнайти определенные последовательности нуклеотидов, «разрезать» там молекулуили, наоборот, «заштопать» дырку в цепи ДНК.
Эти ферменты издавна находятсяв клетке, выполняя работы по репликации (удвоению) ДНК при делении клетки,репарации повреждений (восстановлению целостности молекулы), в процессахсчитывания и переноса генетической информации из клетки в клетку или в пределахклетки.
Задача генного инженера
Следует отметить, чтоферменты, применяемые в генной инженерии, лишены видовой специфичности, поэтомуэкспериментатор может сочетать в единое целое фрагменты ДНК любогопроисхождения в избранной им последовательности.
Это позволяет геннойинженерии преодолевать установленные природой видовые барьеры и осуществлятьмежвидовое скрещивание.
Ферменты, применяемые приконструировании рекомбинантных ДНК, можно разделить на несколько групп:
- ферменты, спомощью которых получают фрагменты ДНК (рестриктазы);
- ферменты,синтезирующие ДНК на матрице ДНК (полимеразы) или РНК (обратные транскриптазы);
- ферменты,соединяющие фрагменты ДНК (лигазы);
- ферменты,позволяющие осуществить изменение структуры концов фрагментов ДНК.
Достижениягенетической инженерии
С помощью генетическойинженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а такжепороды животных с полезными для человека признаками.
Например, микроинъекциярекомбинантной ДНК, содержавшей ген соматотропина быка в зиготу кроликапозволила получить трансгенное животное с гиперпродукцией этого гормона.Полученные животные обладали ярко выраженной акромегалией.
Генная инженерия открылапуть для производства продуктов белковой природы путем введения в клетки микроорганизмов,искусственно синтезированных генов, где они могут экспрессироваться(встраиваться) в состав гибридных молекул.
Первой удачной попыткойтакого рода стала работа К. Итакуры и Г. Бойера с соавторами (1977г.) поэкспрессии в Е. coil химически синтезированного гена, кодирующего гормонмлекопитающих — соматостатин.
Ген соматостатина былполучен на основе сведений о первичном строении этого пептидного гормона,состоящего всего из 14 аминокислот. Использованный в этой работе подходоказался весьма перспективным для получения и многих других пептидных гормонов.
В различных лабораторияхв СССР и за рубежом были созданы штаммы Е. coli, синтезирующие в составегибридных белков гормон роста человека (соматотропин), пептидные гормоны —брадикинин и ангиотензин, нейропептид лей-энкефалин и др.
Ген гормона ростачеловека длиной 584 п.н.— наиболее длинный из искусственно синтезированных внастоящее время. Он был встроен в плазмиду, реплицирующуюся в Е. coli подконтролем промотора триптофанового оперона.
Трансформированныеполученной химерной плазмидой клетки Е. coli продуцировали при индукциипромотора около 3 млн. молекул гормона роста человека в расчете на клетку. Этотполипептид, как было установлено в экспериментах на крысах с удаленнымгипофизом, по функциям оказался полностью идентичен гормону роста человека.
В 1976г. Гилберт и Максамв Гарвардском университете, а также Сэнгер разработали быстрый методхимического анализа ДНК. Появилась реальная возможность определятьпоследовательность до 1000 нуклеотидов в неделю силами одного исследователя.
В 1982-1985гг. сталовозможно создать прибор для автоматического анализа нуклеиновых кислот (азначит и генов).
Основы генной инженерии и её роль
... субвирионные вакцины; 3. генно-инженерные вакцины, содержащие продукты экспрессии отдельных генов микроорганизма, ... результате изменения ее генома. Возможны два варианта ... генов при помощи генетических и биохимических методов. Метод генетической инженерии ... вакцины и сыворотки 1. Определение вакцины Вакцины (Vaccines) - препараты, предназначенные для создания активного иммунитета в организме привитых людей ...
Еще один важнейший этап — это синтез биополимеров по установленной структуре. Первые коммерческиеприборы, производящие автоматизированный синтез полипептидов, были разработанына основе исследований Меррифилда в 1963г. Они используются в исследовательскихлабораториях и в фармацевтической промышленности.
Метод химического синтезагенов обеспечил также возможность получения штаммов бактерий продуцентовинсулина человека, важного лечебного препарата для больных диабетом.
«Ген инсулинасинтезировали в виде более сорока в основном шестичленных олигонуклеотидов,которые затем объединяли в единую структуру с помощью ДНК-лигазы. Полученныедвухцепочечные полинуклеотиды длиной 271 и 286 пар оснований были встроены вплазмидные векторы. Туда же были встроены и регуляторные участки ДНК,обеспечивающие экспрессию гибридных молекул. Клонированные гены кодировалисинтез проинсулина, который путем несложной химической обработки можнопревратить в активный инсулин, включающий две полипептидные цепи А и В из 21 и30 аминокислотных остатков, соединенных между собой сульфгидрильными связями».
Таким способом получены иклонированы гены, кодирующие глобины человека, животных и птиц, белокхрусталика глаза быка, яичный белок, фиброин шелка, продуцируемый тутовымшелкопрядом, и др.
Этот же принцип былприменен для получения, клонирования и экспрессии генов интерферона человека вбактериях. Интерферон — ценный лекарственный препарат, широко используемый дляборьбы с вирусными инфекциями и лечения ряда других заболеваний, включаязлокачественные опухоли. Интерферон вырабатывается в клетках животных ичеловека, но обладает выраженной видовой специфичностью.
Очищенный из клетокбактерий интерферон по своим физико-химическим и биологическим свойствам оказалсяблизок интерферону, находящемуся в крови доноров.
За счет введения ввекторную плазмиду сигнальных последовательностей, инициирующих синтез и РНК ибелка, удалось получить бактерии, способные синтезировать до 5 мг интерферона врасчете на 1л суспензии бактерий. Это в 5000 раз больше, чем содержится в 1лкрови доноров. Замена Е. coli на микробы некоторых других видов позволяет ещебольше увеличить производительность такой «фабрики интерферона».
К открытиям связанным сдостижениями генной инженерии нужно прибавить то, что огромный генетический«чертеж» многоклеточного существа просчитан полностью.
После восьми лет работымногих исследовательских групп удалось точно определить 97 миллионов парнуклеотидов и их местонахождение в спирали ДНК, хранящей полную наследственнуюинформацию микроскопического червячка Сaenorhabditis elegans длиной околомиллиметра.
Хотя это очень маленькийчервь, скорее червячок, с него без всякого преувеличения начинается новая эра вбиологии. Геном этой нематоды состоит из 97 миллионов пар нуклеотидов ДНК,округленно 0,1 миллиарда пар. Геном человека, согласно большинству оценок, — 3миллиарда нуклеотидных пар. Разница в 30 раз. Однако именно эта работа, окоторой идет речь, окончательно убедила даже самых закоренелых скептиков, что расшифровка строения всего генома человека не только возможна, но и достижима в ближайшие годы.
Естественно, расшифроватьгеном таких гигантских размеров, как у названной нематоды (97 миллионов парнуклеотидов ДНК), невозможно без огромной подготовительной работы. Ее восновном завершили к 1989 году. Прежде всего, была построена физическая картавсего генома нематоды. Физическая карта представляет собой небольшие участкиДНК известной структуры (маркеры), расположенные на определенных расстоянияходин от другого.
И вот с 1990 годаначалось само секвенирование. Его темп составлял в 1992 году 1 миллион парнуклеотидов в год. Если бы такой темп сохранился, на расшифровку всего геномапонадобилось бы почти 100 лет! Ускорить работы удалось простейшим способом — число исследователей в каждом центре возросло примерно до 100. По мере того,как раскрывалась нуклеотидная последовательность ДНК C. elegans, пришлось расстатьсяс двумя заблуждениями:
Во-первых, оказалось, что генов у нее не 15 тысяч, как предполагали вначале, а 19099.
Во-вторых, надежда на то,что гены сосредоточены в середине хромосом, а к концам сильно редеют,оправдалась лишь отчасти: гены распределены вдоль хромосом относительноравномерно, хотя в центральной части их все-таки больше.
В лабораториях мираполным ходом идет расшифровка генома человека. Эта международная программа была начата в 1989 году.
Сейчас в разных странахмира, в лабораториях, разделивших между собой «фронт работ» (всего надо прочитать около трех миллиардов пар нуклеотидов), ежедневно расшифровывается более миллиона нуклеотидных пар, причем темп работ все ускоряется.
Если у дрожжей функцияполовины генов в геноме неизвестна (так называемые молчащие гены), то у червя C.elegans эта доля еще больше: из 19 тысяч генов 12 тысяч остаются показагадочными.
Значение секвенированиягенома нематоды, конечно, выходит далеко за рамки того, что можно назватьполигоном для расшифровки генома человека. C. elegans — первый многоклеточныйорганизм, геном которого раскрыт практически полностью.
Можно напомнить: нескольколет назад был расшифрован первый геном эукариотического организма — дрожжей, тоесть организма, клетки которого содержат оформленные ядра.
Иначе говоря, за два годабыл пройден путь от генома одноклеточного до генома многоклеточного организма.
Программа «Геном человека»,как уже говорилось, — программа общечеловеческая. Каждая лаборатория, в какойбы стране она ни находилась, вносит в нее посильный вклад. И как только кому-тоудается раскрыть структуру нового гена, эта информация немедленно поступает в Международный банк данных, доступный каждому исследователю.
Сейчас, даже труднопредсказать все возможности, которые будут реализованы в ближайшие несколькодесятков лет.
Биоэтическиеаспекты генной инженерии
В соответствии срекомендациями Европейского комитета по генной инженерии (1984г.) всеисследования, проводимые по рекомбинации ДНК должны быть в обязательном порядкедоведены до сведения экспертной комиссии по генной инженерии тех стран, натерритории которых они проводятся.
Это необходимо для того,чтобы любую работу, грозящую опасностью человеку или среде обитания, можно былововремя остановить или изменить.
Большинство работ,связанных с клонированием человеческого материала, по мнению большинства экспертов, должно быть запрещено, как и работы по выращиванию химер и гибридов с помощью комбинаций генетического материала, полученного от человека и животных.
Такие работы должны расцениваться как преступление.
Пересадка генов стерапевтической целью допустима только для соматических клеток. Геннаяпересадка зародышевых клеток для иных целей, кроме терапевтических, должна быть,безусловно, запрещена.
Применение половых клетокдля генного лечения будет возможно только после получения достоверныхдоказательств преимущества и безопасности такого лечения по сравнению с геннойтерапией соматических клеток.
Заключение
В заключение хочу сказать, что широкое использование микроорганизмов не может не порождать новых взаимоотношений с живой природой, что вполне естественно ведет к желанию о смыслить сами эти взаимоотношения и соотнести их со сложившимися представлениями, с одной стороны, о роли живой природы в жизнедеятельности человека, а с другой — о роли человека в биотическом круговороте биосферы.
Имеющийся пока не слишком богатый опыт развития биотехнологии все-таки содержит в себе много непривычного и вместе с тем многообещающего для возможной оптимизации человеческой жизнедеятельности.
А остро вставшая передHomo sapiens проблема самосохранения вынуждает его к лихорадочным поискам возможных вариантов стратегии своей жизнедеятельности. Этому привлечению природы, причем именно мира микроорганизмов, и положила начало новая биотехнология.
Можно, видимо, сказать, что биотехнология в совокупности с другими научными направлениями открывает новую эру взаимодействия человека с окружающей средой и, особенно, с живым веществом биосферы.
«Явившись прямым результатом научных разработок, биотехнология оказывается непосредственным единением науки и производства, еще одной ступенькой к единству познания идействования, еще одним шагом, приближающим человека к преодолению внешней и к постижению внутренней целесообразности».
И все-таки она является только небольшим шагом. Поскольку, как заметил Б. Шоу, наука всегда ошибается. Она никогда не разрешает какой-то проблемы, не создав еще десять новых.
Биотехнология сама оказывается всего лишь крупной индустрией, соединением технических и биологических элементов и, естественно, наследует отрицательные свойства уже существующего индустриально-промышленного комплекса.
Их действительное преодоление и решение проблемы человека предполагают выход человечества на новые, более совершенные ступени социально-культурного развития, основанного на новых способах познания и действования.
Поэтому весьма существенное значение приобретает проблема выбора стратегии взаимодействия человека и природы: или это самонадеянное управление природой или же сознательное и целенаправленное приспособление всей жизнедеятельной деятельности, к существующему биотическому круговороту биосферы.
В результате интенсивно горазвития методов генетической инженерии получены клоны множества геноврибосомальной, 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 генетическойинженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная «индустрией ДНК». Это одна из современных ветвей биотехнологии.
Для лечебного применениядопущен 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.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯЛИТЕРАТУРА:
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/tehnologii-bioinjenerii/
1) Бекиш О.-Я.Л.Медицинская биология. – Мн.: Ураджай, 2000. – с.114-119.
2) Мутовин Г.Р. Основыклинической генетики. – М.: Высшая школа, 1997. – с. 83-84.
3) Заяц Р.С. Основымедицинской генетики. – Мн.: Высшая школа, 1998. – с. 60-65.
4) biotechnolog.ru
