Основы генетической инженерии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Карагандинский государственный медицинский университет

Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики

СРС

На тему: Основы генетической инженерии

Выполнил: студентка 174 гр. ОМФ

Поминова А.А.

Караганда 2012

Цель прикладной генетической инженерии

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.

Задачи генной инженерии

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).

Что такое генетическая инженерия?

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 генетической инженерии

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.

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.

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.

Теоретическое значение генетической инженерии

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.

Возможности генной инженерии

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 (по оценкам экономистов, она вошла в лидирующую группу по объёму купли-продажи акций на рынках ценных бумаг). Важной новинкой стало и то, что фармацевтические компании включили в свою сферу выведение новых сортов сельскохозяйственных растений и животных, и тратят на это десятки миллионов долларов в год, они же мобилизировали выпуск химических веществ для быта. Добавок к продукции строительной индустрии и так далее. Уже не десятки тысяч, а возможно, несколько сот тысяч высококвалифицированных специалистов заняты в исследовательских и промышленных секторах фарминдустрии, и именно в этих областях интерес к геномным и генно-инженерным исследованиям исключительно высок. Очевидно поэтому любой прогресс биотехнологий растений будет зависеть от разработки генетических систем и инструментов, которые позволят более эффективно управлять трансгенами. Для чистого вырезания трансгенного ДНК в растительный геном, всё больше применяют заимствованные из микробной генетики системы гомологичной рекомбинации, такие как системы Cre-lox и Flp-frt. Будущее, очевидно, будет за управляемым переносом генов от сорта к сорту, основанного на применении предварительно подготовленного растительного материала, который уже содержит в нужных хромосомах участки гомологии, необходимого для гомологичного встраивания трансгена. Помимо интегративных систем экспрессии, будут опробованы автономно реплицирующиеся векторы. Особый интерес представляют искусственные хромосомы растений, которые теоретически не накладывают никаких ограничений на объём вносимой теоретической информации. Кроме этого учёные занимаются поиском генов, кодирующих новые полезные признаки. Ситуация в этой области меняется радикальным образом, прежде всего, существованию публичных баз данных, которые содержат информацию о большинстве генов, бактерий, дрожжей, человека и растений, а также вследствие разработки методов, позволяющих одновременно анализировать экспрессию большого количества генов с очень высокой пропускной способностью. Применяемые на практике методы можно разделить на две категории: Методы, позволяющие вести экспрессионное профилирование: субстракционная гибридизация, электронное сравнение EST-библиотек, «генные чипы» и так далее. Они позволяют устанавливать корреляцию между тем или иным фенотипическим признаком и активностью конкретных генов.

Позиционное клонирование, заключается в создании за счет инсерционного мутагенеза мутантов с нарушениями в интересующем нас признаке или свойстве, с последующим клонированием соответствующего гена как такового, который заведомо содержит известную последовательность (инсерция).

Вышеназванные методы не предполагают никаких изначальных сведений о генах, контролирующих тот или иной признак. Отсутствие рационального компонента в данном случае является положительным обстоятельством, поскольку неограничен нашими сегодняшними представлениями о природе и генном контроле конкретного интересующего нас признака. Кроме всего этого группа ученых, таких как Марк Адам (ведущий сотрудник института геномных исследований в штате Мэриленд - США, частной исследовательской компании, занимающейся исключительной работой в области картирования генов), Крэйк Вентер (директор этого института) и соавторами, разрабатывается проект «Геном человека». Цель этого проекта заключается в выяснении последовательности оснований во всех молекулах ДНК в клетках человека. Одновременно должна быть установлена локализация всех генов, что помогло бы выяснить причину многих наследственных заболеваний и этим открыть пути к их лечению. Что бы последовательно приближаться к решению проблемы картирование генов человека, было сформулировано пять основных целей: - завершить составление детальной генетической карты, на которой были бы помечены гены, отстоящие друг от друга на расстоянии не превышающем в среднем 2 млн. оснований (1 млн. оснований принято называть мегобазой); - составить физические карты каждой хромосомы (разрешение 0.1 Мб); - получить карту всего генома в виде охарактеризованных клонов (5 тыс. оснований в клоне или 5 Кб); - завершить к 2004 году полное секвенирование ДНК (разрешение одного основание); - нанести на полностью завершенную секвенсовую карту все гены человека (к 2005 году). Ожидалось, что, когда все указанные цели будут постигнуты, исследователи определят все функции генов и разработают методы биологического и медицинского применения полученных данных. Рассмотрев темпы ускорения работы в рамках проекта «Геном человека», руководители этого проекта объявили 23 октября 1998г., что программа будет полностью завершена гораздо раньше, чем планировалось, и сформулировали «Новые задачи проекта «Геном человека»: - полностью завершить в декабре 1998 года работу по секвенирование генома «Круглого червя» c. Elegans (это было сделано в срок); - закончить предварительный анализ последовательности ДНК человека к 2001 году, а полную последовательность к 2003 году; - картировать к 2002 году геном плодовой мухи; - начать секвенирование генома мыши с использованием методов ДНК искусственных хромосом дрожжей (завершить этот проект к 2005 году).

Трансгеноз

Трансгенез -- это процесс введения чужеродного гена, называемого трансгеном, в живой организм. При этом организм получает свойства, которые он может передавать потомству.^[1]

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.

генетический инженерия трансгенез

Заключение

Важной составной частью биотехнологии является генетическая 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. 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.

Литература

1. Биологический энциклопедический словарь, М., 1989; Сельскохозяйственный энциклопедический словарь, М., 1989; 2. Маниатис Т., Методы генетической инженерии, М., 1984;

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.

7. Ресурсы сети Интернет: http://ru.wikipedia.org http://pregnancy.org.ua.

Размещено на Allbest.ru