Министерство здравоохранения Республики Беларусь
УО «Витебский государственный ордена Дружбы народов
Медицинский университет»
Кафедра медицинской биологии и общей генетики
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Исполнитель: студентка 19 группы 1 курса
лечебного факультета Антончик А.А.
Руководитель: доцент Логишинец И.А.
Витебск, 2024 г.
Содержание
Введение
Цели и задачи генетической инженерии
Технология клонирования
Успехи и достижения генетической инженерии в улучшении хозяйственных свойств животных и растений
Понятие и сущность биотехнологии
Значение биотехнологий для медицины
Генная терапия, ее сущность, цели и применение в медицине
Список литературы
Введение
Генная инженерия -- совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК. Метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механической сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Методы молекулярной генетики направлены на искусственное создание новых, не встречающихся в природе сочетаний генов. Те или иные чужеродные, для данного организма, гены вводят в его клетки и встраивают в его геном с различными целями: для изучения строения и функций генетического аппарата, для эффективной наработки продукта данного гена (напр., гормона или антибиотика), для придания организму-хозяину каких-либо желаемых свойств (напр., для сельскохозяйственных растений и животных - большей продуктивности или большей устойчивости к инфекциям или паразитам), для замещения (компенсации) генов, дефекты которых вызывают наследственные заболевания, и др. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим. Генетическая инженерия является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, генетика, микробиология, вирусология.
Цели и задачи генетической инженерии
Генетическую инженерию составляет система экспериментальных приёмов, позволяющих конструировать лабораторным путём искусственные генетические структуры в виде так называемых рекомбинантных молекул ДНК. Суть генетической инженерии сводится к перемещению отдельных генов из одного генетического окружения в другое, что приводит к различным фенотипическим изменениям клетки.
Цель генной инженерии - получение клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые белки, свойственные человеку. Достижение этой цели поможет избавить человечество от многих болезней, от которых в настоящее время нет лекарств. Этот процесс уже начался и принёс первые положительные результаты.
Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путем использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.
Основой микробиологической, биосинтетической промышленности является бактериальная клетка. Необходимые для промышленного производства клетки подбираются по определённым признакам, самый главный из которых -- способность производить, синтезировать, при этом в максимально возможных количествах, определённое соединение -- аминокислоту или антибиотик, стероидный гормон или органическую кислоту. Иногда надо иметь микроорганизм, способный, например, использовать в качестве «пищи» нефть или сточные воды и перерабатывать их в биомассу или даже вполне пригодный для кормовых добавок белок. Иногда нужны организмы, способные развиваться при повышенных температурах или в присутствии веществ, безусловно смертельных для других видов микроорганизмов.
Задача получения таких промышленных штаммов очень важна, для их видоизменения и отбора разработаны многочисленные приёмы активного воздействия на клетку -- от обработки сильно действующими ядами до радиоактивного облучения. Цель этих приёмов одна -- добиться изменения наследственного, генетического аппарата клетки. Их результат -- получение многочисленных микробов-мутантов, из сотен и тысяч которых учёные потом стараются отобрать наиболее подходящие для той или иной цели. Создание приёмов химического или радиационного мутагенеза было выдающимся достижением биологии и широко применяется в современной биотехнологии.
Но их возможности ограничиваются природой самих микроорганизмов. Они не способны синтезировать ряд ценных веществ, которые накапливаются в растениях, прежде всего в лекарственных и эфирномасличных. Не могут синтезировать вещества, очень важные для жизнедеятельности животных и человека, ряд ферментов, пептидные гормоны, иммунные белки, интерфероны да и многие более просто устроенные соединения, которые синтезируются в организмах животных и человека. Разумеется, возможности микроорганизмов далеко не исчерпаны. Из всего изобилия микроорганизмов использована наукой, и особенно промышленностью, лишь ничтожная доля. Для целей селекции микроорганизмов большой интерес представляют, например, бактерии анаэробы, способные жить в отсутствие кислорода, фототрофы, использующие энергию света подобно растениям, хемоавтотрофы, термофильные бактерии, способные жить при температуре, как оказалось недавно, около 110 °C, и др.
И всё же ограниченность «природного материала» очевидна. Обойти ограничения пытались и пытаются с помощью культур клеток и тканей растений и животных. Это очень важный и перспективный путь, который также реализуется в биотехнологии. За последние несколько десятилетий учёные создали методы, благодаря которым отдельные клетки тканей растения или животного можно заставить расти и размножаться отдельно от организма, как клетки бактерий. Это было важное достижение -- полученные культуры клеток используют для экспериментов и для промышленного получения некоторых веществ, которые с помощью бактериальных культур получить невозможно.
Технология клонирования
генетический инженерия клонирование терапия
Технология клонирования открывает возможности, которые представлялись немыслимыми всего лишь несколько лет назад. С критической точки зрения эксперименты такого типа поднимают вопросы этического плана и вопросы о возможном спектре манипуляций с генами человека. С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого высшего организма. Это позволяет изучить первичную структуру клонированного фрагмента, что приближает нас к пониманию организации структуры хромосомы. Если клонированный фрагмент кодирует белок, то экспериментально можно изучить механизм регулирующий транскрипцию этого гена, а также наработать нужный белок в том количестве, которое требуется для медицинских или исследовательских целей. Кроме того, клонированный участок ДНК одного организма можно ввести в клетки другого организма. Уже предпринимаются попытки вводить в те или иные культурные растения гены, обеспечивающие устойчивость к ряду болезней. Не за горами вмешательство в наследственную программу, полученную ребёнком от родителя. Станет возможным введение в зародыш на ранних этапах его развития каких-либо недостающих генов и тем самым избавление людей от страданий, вызываемых генетическими болезнями.
Сегодня накапливаются клонированные фрагменты ДНК человека, ряда сельскохозяйственных животных и растений. Коллекцию разных клонов называют клонотекой, геномной библиотекой или банком генов. Для полной библиотеки генома человека требуется получить около 800 тысяч разных клонов. Процесс выделения и клонирования генов в значительной степени автоматизирован.
Успехи и достижения генетической инженерии в улучшении хозяйственных свойств животных и растений
Одна из важнейших задач генной инженерии -- выведение трансгенных (генетически модифицированных) животных с повышенной продуктивностью, более высоким качеством продукции и устойчивостью к болезням. Не менее важно создание так называемых животных-биореакторов -- производителей ценных биологически актив -ных веществ. Особый интерес представляет ген, кодирующий гормон роста.
Первые трансгенные мыши со встроенным геном гормона роста крысы были получены в 1982 г. У них отмечалось повышение скорости роста и быстрое увеличение массы тела.
Впечатляющие результаты были получены на европейском лососе. Особи лосося со встроенным геном гормона роста значительно крупнее обычных и в 2 раза быстрее достигают товарной массы.
Довольно часто для производства генно-инженерных медицинских препаратов используют трансгенные культуры клеток животных. На этой основе, например, разработано производство человеческого эритр о по этина -- гормона, стимулирующего образование эритроцитов. Это позволило успешно проводить лечение больных различными формами анемии (малокровия).
Перспективы создания трансгенных сельскохозяйственных растений связаны с повышением их устойчивости к болезням и неблагоприятным условиям среды, а также с расширением круга культурных растений, способных к симбиотической фиксации азота и т. д. Для этого в растительные клетки вводятся нужные гены, полученные не только от других растений, но и от животных или микроорганизмов.
Сегодня генная инженерия осваивает новые рубежи. В настоящее время уже получены трансгенные формы томата (более 260), сои (более 200), хлопчатника (более 150), тыквенных растений (более 80), а также пшеницы, подсолнечника, яблони, земляники и др.
Многие трансгенные растения содержат гены устойчивости к насекомым-вредителям, токсичным веществам и т. д. Например, выведены сорта картофеля, устойчивого к колорадскому жуку (листья вырабатывают белок, ядовитый для жуков), растения, способные защищать себя от тяжелых металлов, нефтепродуктов, радионуклидов и даже очищать от этих веществ почву и грунтовые воды.
В последнее время разрабатывается проект введения в зерновые культуры генов бактерий, способных усваивать атмосферный азот. Это позволит избавиться от необходимости вносить в почву азотные удобрения. Однако встраивать необходимо целый комплекс из 17 бактериальных генов. Кроме того, нужно заставить работать все эти гены в чужеродном для них геноме (например, пшеницы), что существенно усложняет задачу.
Одним из перспективных направлений генной инженерии является создание растений-биореакторов, способных продуцировать белки, необходимые в медицине, фармакологии и др. Их достоинствами является относительная простота создания и размножения, высокая продуктивность. Кроме того, чужеродные белки не вызывают иммунных реакций у растений, чего трудно добиться у животных.
С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками. Например, микроинъекция рекомбинантной ДНК, содержавшей ген соматотропина быка в зиготу кролика позволила получить трансгенное животное с гиперпродукцией этого гормона. Полученные животные обладали ярко выраженной акромегалией.
Генная инженерия открыла путь для производства продуктов белковой природы путем введения в клетки микроорганизмов, искусственно синтезированных генов, где они могут экспрессироваться (встраиваться) в состав гибридных молекул.
Первой удачной попыткой такого рода стала работа К. Итакуры и Г. Бойера с соавторами (1977 г.) по экспрессии в Е. coil химически синтезированного гена, кодирующего гормон млекопитающих - соматостатин. Ген соматостатина был получен на основе сведений о первичном строении этого пептидного гормона, состоящего всего из 14 аминокислот. Использованный в этой работе подход оказался весьма перспективным для получения и многих других пептидных гормонов.
Практические достижения современной генной инженерии заключаются в следующем:
- Созданы банки генов, и клонотеки, представляющие собой коллекции клонов бактерий.
Каждый из этих клонов содержит фрагменты ДНК определенного организма(дрозофилы, человека и других организмов). На базе трансформированных штаммов вирусов, бактерий и дрожжей осуществляется промышленное производство инсулина, интерферона, гормональных препаратов.
- На стадии испытания находится производство белков, позволяющих сохранить свертываемость крови при гемофилии, и других организмов.
- Созданы трансгенные высшие организмы (многие растения,некоторые рыбы и млекопитающие) в клетках, которых успешно функционируют гены совершенно других организмов.
Широко известны генетически защищенные генно модифицированные растения (ГМР), устойчивые к высоким дозам определњенных гербицидов, а также Bt-модифицированные растения, устойчивые к вредителям. Среди трансгенных растений лидирующие позиции занимают соя, кукуруза, хлопок, рапс.
- Перпектива в установлении наследственных заболеваний, а так же формирование качественно новой классификации наследственных заболеваний.
- Установление причин наследственных заболеваний, открытие новых характеристик хромосомных заболеваний и их симптоматики.
- Развитие диагностики хромосомных заболеваний и их профилактики.
- Развитие принципов лечения наследственных заболеваний.