Сегодня цель гораздо более амбициозна: ученые пытаются найти способы борьбы с такими серьезными заболеваниями, как ВИЧ и рак, с помощью генной инженерии. с такими Сегодня цель гораздо более амбициозна: ученые пытаются найти способы борьбы с такими серьезными заболеваниями, как ВИЧ и рак, и производить человеческий инсулин с помощью генетически модифицированных бактерий.
Основы генной инженерии — какие задачи стоят перед ней
Генная инженерия (технология рекомбинантной ДНК, молекулярное клонирование) — это современная отрасль биотехнологии, объединяющая знания, приемы и методы многих смежных наук, таких как генетика, химия и биология. С его помощью можно выделить из генома важный ген; этот генетический материал может быть перенесен из одного организма в другой для получения новых наследственных признаков, полезных для человека.
Этот термин обычно ассоциируется с клонированием генов, молекулярным клонированием, технологией рекомбинантной ДНК или генетическими манипуляциями.
Генную инженерию можно определить как систему экспериментальных методов и манипуляций, использующих молекулярную биологию для создания в лабораторных условиях искусственных генетических детерминант в виде рекомбинантных (модифицированных) молекул ДНК. Таким образом, генную инженерию можно использовать для создания новых биологических объектов.
Для генной инженерии характерно то, что воспроизведение определенных фундаментальных генетических процессов в лаборатории происходит на молекулярном уровне (клетка и молекула). Введение новой генетической информации в клетку в виде молекул рекомбинантной ДНК изменяет ее фенотип и генотип, в результате чего получается микроорганизм, модифицированный в соответствии с его назначением.
Гены содержат информацию, которая обеспечивает синтез молекул РНК и белков, включая ферменты, в организме. Для того чтобы заставить клетку производить новые, неизвестные вещества, в ней должны быть синтезированы соответствующие наборы ферментов. Для этого необходимо намеренно изменить существующие гены или ввести новые гены, которых раньше не было.
Изменения в генах живых клеток называются мутациями. Они могут возникнуть, например, под воздействием мутагенов — химических лучей или ядов.
Генетически модифицированный организм (ГМО) — это организм, генотип которого был искусственно изменен с помощью методов генной инженерии.
Животные, растения и микроорганизмы, в геном которых были введены «чужие» гены, называются трансгенными, а грибы и бактерии — трансформированными.
Методы генной инженерии направлены на создание новых комбинаций генов, которые не встречаются в природе. Таким образом можно получить рекомбинантные, т.е. модифицированные молекулы ДНК и РНК.
Для этого отдельные гены (кодирующие желаемый продукт) выделяются из клеток одного организма и вводятся в другие организмы: Дрожжи, бактерии, млекопитающие. Приобретая новые гены, они в конечном итоге смогут синтезировать продукты с измененными свойствами, необходимыми человеку.
Объектом генной инженерии обычно является кишечная палочка, то есть бактерия, живущая в кишечнике человека. Он используется для производства соматотропина, гормона роста, и белка интерферона, который может бороться с вирусными инфекциями, а также гормон инсулин, который раньше добывался из поджелудочной железы свиней и коров.
Генная инженерия используется во многих областях человеческой жизни для придания живым организмам желаемых свойств, которых у них раньше не было, путем комбинирования существующего генетического материала, удаления старых генов или синтеза новых генов.
Генная инженерия сформировала одну из современных отраслей биотехнологии — фармацевтическую промышленность.
Какие задачи стоят перед ней
Основными целями генной инженерии являются:
- Конструирование рекомбинантных ДНК, способных придать клеткам-реципиентам полезные для человечества свойства (синтезирование пищевого и коровьего белка).
- Создание и применение генно-инженерных штаммов бактерий, животных и человека для культивирования вирусов с целью получения вакцин, сывороток, диагностических препаратов, лекарственных средств.
- Создание трансгенных животных.
- Получение трансгенных растений с желаемыми свойствами.
- Разработка методов генной терапии человека.
- получение изолированного гена путем синтеза либо выделения из клеток;
- создание рекомбинантных молекул ДНК, состоящих из фрагментов молекул ДНК, полученных от разных организмов;
- клонирование генов или генетических структур;
- внедрение гена в вектор для переноса в организм;
- перенос вектора с геном в модифицируемый организм и синтез чужеродного белка;
- преобразование клеток организма;
- отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение неудачных вариантов.
Виды, сферы применения генной инженерии
Люди используют генную инженерию для получения трансгенных растений и животных, для генной терапии наследственных заболеваний, для производства лекарств, вакцин, гормонов и т.д.
Сегодня генная инженерия широко используется в таких областях, как: Фармакология, микробиология, пищевая промышленность и сельское хозяйство.
В медицине
- Разработка с помощью синтезированных генов интерферонов — белков, вырабатываемых организмом в ответ на вирусную инфекцию, а также гормонов. Ученые рассматривают возможность использования интерферонов в качестве средства лечения от СПИДа и рака. Массовое производство этого полезного белка очень эффективно, ведь всего один литр бактериальной культуры дает столько интерферона, сколько добывают из тысяч литров человеческой крови.
- Производство в промышленных масштабах путем использования генномодифицированных бактерий инсулина, необходимого для лечения сахарного диабета.
- Используя рекомбинантную ДНК, получение человеческого гормона роста — единственного лекарства от гипофизарной карликовости (редкого детского заболевания).
- Клинические испытания около 200 новых диагностических препаратов (генных, а не белковых), а также более 100 лекарственных веществ.
Генная инженерия была использована для производства некоторых вакцин, которые в настоящее время проверяются на эффективность против ВИЧ, вируса иммунодефицита человека, вызывающего СПИД.
Генная терапия также интенсивно развивается. Например, измененная копия гена, который кодирует мощный противораковый фермент, вводится в организм для борьбы со злокачественными опухолями.
Важной областью применения генной инженерии является обеспечение пациентов органами для трансплантации. Например, трансгенная свинья может стать донором сердца, почек, печени, кровеносных сосудов и кожи для человека, так поскольку он наиболее похож на человека по размерам внутренних органов и физиологии.
В сельском хозяйстве :
Основными целями являются:
- выведение устойчивых к вирусам видов животных и растений, сельскохозяйственных культур;
- защита растений от насекомых-вредителей;
- уменьшение интенсивности обработки полей пестицидами и т. д;
- увеличение витаминов и полезных веществ в зерновых культурах;
- улучшение качества и вкуса пищи;
- получение дизельного топлива из животных и растительных жиров;
- решение экологических проблем — например, очистка почвы от промышленных отходов, защита окружающей среды от загрязнений, разработка новых очистительных сооружений.
В генной терапии — проведение различных манипуляций с генетическим материалом, особенно ДНК или РНК, в клетках пациента для лечения конкретных заболеваний:
- замена мутировавшего гена, провоцирующего болезнь, здоровой копией;
- инактивация неправильно функционирующих мутирующих генов;
- внедрение нового гена, помогающего бороться с заболеванием.
Сегодня цель гораздо более амбициозна: ученые пытаются найти способы борьбы с такими серьезными заболеваниями, как ВИЧ и рак, с помощью генной инженерии. с такими Сегодня цель гораздо более амбициозна: ученые пытаются найти способы борьбы с такими серьезными заболеваниями, как ВИЧ и рак, и производить человеческий инсулин с помощью генетически модифицированных бактерий.
