Реферат Возможности генной инженерии
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
«Возможности генной инженерии»
План
1.
Введение
2Основная часть
2.1. Генная инженерия как наука
2.2.Возможности генной инженерии 2.3. Перспективы генной инженерии
2.4. Этапы получения генной продукции
2.6. Клонирование животных
2.7. Клонирование и биоразнообразие
2.8. Возможности генной инженерии
2.9. Создание трансгенных растений
2.10. Генные вакцины
3. Заключения
4. Список использованной литературы
Введение
Наступающий ХХI век многие провозглашают веком генетики. Современную генетику, изучающую химические механизмы наследственности, называют молекулярной геномикой. Сегодня молекулярная геномика - приоритетное направление научных исследований. Она влияет на развитие науки в целом и здравоохранения и медицины в частности. Молекулярная геномика создала предпосылки решения таких ключевых вопросов современной науки, как происхождение человека (филогенез), возникновение рас и наций, пути их расселения по планете (этногенез), развитие организма из одной единственной клетки (онтогенез), проблема клонирования млекопитающих и человека.
"Генетизация" общества происходит буквально на наших глазах. А это, в свою очередь, не может не привести к качественным изменениям и в медицинской науке: в ней наступает эпоха молекулярной медицины. Что же такое молекулярная медицина? Это - диагностика, лечение и профилактика наследственных и ненаследственных болезней на генном уровне. Эта наука не только решает задачи, которые ставит перед собой сегодняшний день, но и подготовляет завтрашний день техники, медицины, сельского хозяйства, межзвездных полётов, покорения природы. Одна из самых перспективных наук - генетика, изучающая явления наследственности и изменчивости организмов. Наследственность - одно из коренных свойств жизни, она определяет воспроизведение форм в каждом последующем поколении. И если мы хотим научиться управлять развитием жизненных форм, образованием полезных для нас и устранением вредных, - мы должны понять сущность наследственности и причины появления новых наследственных свойств у организмов.
Генная инженерия как наука
Важной составной частью биотехнологии является генетическая инженерия, эта наука родилась в начале 70-х годов и добилась больших успехов.
Генетика вначале была использована для борьбы против дарвинизма. Устойчивость генов трактовалась как их неизменность. Мутационная изменчивость отождествлялась непосредственно с видообразованием и, как лучше казалось, как будто отменяла естественный отбор в качестве главного фактора эволюции. Но уже к концу 20-х годов XX в. становилось все яснее, что генетика раскрывает конкретный механизм изменчивости, соотношение свойств организма и характера внешних воздействий в возникновении индивидуальных изменений. Что же такое генная инженерия?
Генная инженерия - это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механической суммой генов, а сложной, сложившейся в процессе эволюции организмов системой. 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. Носителями материальных основ генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. Но гены образования не химические, а функциональные. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков, хранящих определенный объем информации - генов. В основе действия гена лежат его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК как бы записана информация, определяющая химическую структуру белковых молекул. Ген - участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка (один ген - один белок). Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляет ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации. Поэтому, например, нервные клетки и по структурно-функциональным, и по биологическим особенностям отличаются от клеток печени.
Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов не связанные с видимыми в микроскопе изменениями строения хромосом. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК. Информация о структуре белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала. Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов: рестрикция - разрезание ДНК, например, человека на фрагменты; лигирование - фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их; трансформация - введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства. Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков – клон; скрининг - отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые плазмиды, несущие нужный ген человека. Весь этот процесс называется клонированием. С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого организма. Если клонированный фрагмент кодирует белок, то экспериментально можно изучить механизм, регулирующий транскрипцию этого гена, а также наработать этот белок в нужном количестве. Кроме того, клонированный фрагмент ДНК одного организма можно ввести в клетки другого организма. Этим можно добиться, например, высокие и устойчивые урожаи благодаря введенному гену, обеспечивающему устойчивость к ряду болезней. Если ввести в генотип почвенных бактерий гены других бактерий, обладающих способностью связывать атмосферный азот, то почвенные бактерии смогут переводить этот азот в связанный азот почвы. Введя в генотип бактерии кишечной палочки ген из генотипа человека, контролирующий синтез инсулина, ученые добились получения инсулина при посредстве такой кишечной палочки. При дальнейшем развитии науки станет возможным введение в зародыш человека недостающих генов, и тем самым позволит избежать генетических болезней.
Эксперименты по клонированию животных ведутся давно. Достаточно убрать из яйцеклетки ядро, имплантировать в нее ядро другой клетки, взятой из эмбриональной ткани, и вырастить ее - либо в пробирке, либо в чреве приемной матери. Клонированная овечка Доли была создана нетрадиционным путем. Ядро из клетки вымени 6-летней взрослой овцы одной породы пересадили в безъядерное яйцо овцы другой породы. Развивающийся зародыш поместили в овцу третей породы. Так как родившаяся овечка получила все гены от первой овцы - донора, то является ее точной генетической копией. Этот эксперимент открывает массу новых возможностей для клонирования элитных пород, взамен многолетней селекции. Ученые Техасского университета смогли продлить жизнь нескольких типов человеческих клеток. Обычно клетка умирает, пережив около 7-10 процессов деления, а они добились сто делений клетки. Старение, по мнению ученых, происходит из-за того, что клетки при каждом делении теряют теломеры, молекулярные структуры, которые располагаются на концах всех хромосом. Ученые имплантировали в клетки открытый ими ген, отвечающий за выработку теломеразы и тем самым сделали их бессмертными. Возможно это будущий путь к бессмертию. Еще с 80-х годов появились программы по изучению генома человека. В процессе выполнения этих программ уже прочитано около 5 тысяч генов (полный геном человека содержит 50-100 тысяч). Обнаружен ряд новых генов человека. Генная инженерия приобретает все большее значение в генотерапии. Потому, что многие болезни заложены на генетическом уровне. Именно в геноме заложена предрасположенность ко многим болезням или стойкость к ним. Многие ученые считают, что в XXI веке будет функционировать геномная медицина и генная инженерия.
Возможности генной инженерии
Возможности генной инженерии год от года стремительно возрастают. Естественно, идут споры о том, как наиболее целесообразно использовать новые силы. Ученые надеются расшифровать структуру всех белков иммунной и гормональной системы человека, а также белков, участвующих в перерождении нормальных клеток в раковые. С таким великим замыслом биология еще не встречалась за всю историю своего существования: ведь предстоит изучить структуру ДНК общей длиной в 3 млрд. нуклеотидных остатков, что потребует объединения усилий многих тысяч людей. Проект, о возможности реализации которого еще нельзя было догадываться, становится реальностью благодаря трем важным достижениям молекулярных биологов и генетиков самого последнего времени.
Во-первых, был создан метод электрофореза в гелях, позволяющий получать в индивидуальном виде целые хромосомы и их огромные фрагменты. Во-вторых, удалось сконструировать векторы для клонирования в клетках эукариот гигантских ДНК — длиной до миллиона пар оснований. И, в-третьих, построены автоматы, секвенирующие ДНК с огромной скоростью.
Конечно, для реализации проекта секвенирования генома человека нужно решить еще множество технических вопросов. Важно, что он осуществим в принципе. И не так уж далеко то время, когда мы будем знать структуру всех белков, из которых построен человеческий организм. А это поможет победить наследственные и многие другие болезни.
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 транcгена. Помимо интегративных систем экспрессии, будут опробованы автономно реплицирующиеся векторы. Осбый 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, благодаря существованию публичных баз данных, которые содержат информацию о большинстве генов, бактерий, дрожжей, человека и растений, а также в следствии разработки методов, позволяющих одновременно анализировать экспрессию большого количества генов с очень высокой пропускной способностью. 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. Чтобы 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 достигнуты, 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).
Помимо этих целей, официально включен в поддерживаемый правительством США и рядом других правительств проект, некоторые исследовательские центры объявили о задачах, которые будут решаться в основном за счет частных фондов и пожертвователей. Так, ученые калифорнийского университета (Беркли), Орегонского университета и Ракового исследовательского центра имени Фрейда Хатчинсона начали программу «Геном собаки». Международное общество секвенирование в феврале 1996 года приняло решение о том, что любая последовательность нуклиотидов размером 1-2 Кб должна быть обнародована в течение 24 часов после ее установления
Перспективы генной инженерии
Некоторые особенности новых технологий 21 века могут привести к большим опасностям, чем существующие средства массового уничтожения. Прежде всего, - это способность к саморепликации. Разрушающий и лавинно самовоспроизводящийся объект, специально созданный или случайно оказавшийся вне контроля, может стать средством массового поражения всех или избранных. Для этого не потребуются комплексы заводов, сложная организация и большие ассигнования. Угрозу будет представлять само знание: устройства, изобретённые и изготовленные в единичных экземплярах, могут содержать в себе всё, необходимое для дальнейшего размножения, действия и даже дальнейшей эволюции - изменению своих свойств в заданном направлении. Конечно, выше описаны вероятные, но не гарантированные варианты развития генной инженерии. Успех в этой отрасли науки сможет радикально поднять производительность труда и способствовать решению многих существующих проблем, прежде всего, подъему уровня жизни каждого человека, но, в то же время, и создать новые разрушительные средства.
Этапы получения генной продукции
Процедура получения и использования синтетической генной продукции, состоит из нескольких этапов.
• Внедрение интересующего исследователей гена (выделенного, модифицированного либо синтезированного) в векторную молекулу ДНК in vitro с помощью рекомбинации. В роли вектора может выступать плазмидная ДНК, либо нуклеиновая кислота вируса или фага. Например, ген ИФН человека вводят в геном бактериофага X.
• Введение рекомбинантной (гибридной) векторной ДНК в клетку. В рассматриваемом примере этот этап заключается в заражении клеток кишечной палочки гибридными фагами.
• Отбор клеток, экспрессирующих введённый ген (молекулярное клонирование)
• Культивирование отобранных клонов.
• Трансформация бактериальных клеток в результате включения экзогенной ДНК приводит к появлению нового генетического маркёра. Для эукариот аналогичный процесс — трансфекция эукариотических клеток (в связи с тем, что термин «трансформация» обозначает переход в состояние неконтролируемого роста и применяется по отношению к опухолевому перерождению клеток).
• Избирательная инактивация гена («адресное» разрушение гена, антисмысловая блокировка гена или производимой им РНК), позволяющая вывести из строя любой ген внутри клетки. Этот процесс известен также как «нокаутирование» [от англ. to knock out, сбивать с ног], а модифицированные организмы — как нокаутные. Направленное изменение гена (адресный мутагенез in vivo, генная инженерия in vitro — ex vivo) пo желанию исследователя.
• Невозможность культивировать микроорганизм-продуцент. В частности, возбудители сифилиса, проказы, малярии не растут на искусственных средах. Поэтому для получения вакцинных или диагностических препаратов, гены, кодирующие синтез необходимых Аг, выделяют и встраивают в геном легко культивируемых микроорганизмов (например, кишечной палочки).
• Высокая опасность заражения при работе с патогенными микроорганизмами. В таких случаях идентифицируют основные Аг возбудителя и встраивают кодирующие их гены в геномы безопасных микроорганизмов. В частности, выращиванием рекомбинантных штаммов кишечной палочки и дрожжей получены основные Аг ВИЧ (например, р24, gp41, gpl20).
• Высокая стоимость продуктов, получаемых традиционными методами. В частности, методом генной инженерии получают многие цитокины (а-ИФН, ИЛ, миелопептиды) и гормоны (инсулин, соматотропный гормон).
Особое значение имеет создание методами генной инженерии диагностических, лечебных и профилактических препаратов, ранее получаемых дорогостоящими методами. Чаще всего это продукты, выделяемые из крови иммунизированных доноров, — животных и людей. Технология получения гибридом основана на выделении от доноров клеток-продуцентов и их слияния с миеломными (опухолевыми) клетками. В результате образуется гибридная клетка — гибридома, способная быстро и бесконечно размножаться и подобным способом часто получают AT. Предшественники гибридом — плазматические клетки, синтезирующие Ig определённого типа. Поэтому получаемые продукты получили название моноклональных AT. Наиболее часто применяют линии миеломных клеток мышей и крыс. Частота слияний в смешанной культуре клеток (миеломных и донорских клеток-продуцентов) невелика — одна гибридома на 104 клеток.
Образовавшиеся гибридомы немедленно реклонируют, так как многие гибридные клетки склонны «выбрасывать» лишние хромосомы, пока их число не будет равным диплоидному набору (при этом гены, ответственные за антителообразование, могут быть утрачены). Гибридомы создают не только на основе В-клеток, но и Т-лимфоцитов и многих других, секретирующих лимфокины, факторы роста и т.д. Продукты, полученные технологией гибридом, применяют для лечения и профилактики различных болезней, а также для изучения строения и функций различных молекул (например, клеточных рецепторов). В частности, при помощи гибридом получают моноклональные AT, применяемые в иммуногистохимической диагностике опухолей.
Клонирование животных
Овечка Долли, клонированная из клеток вымени другой, мертвой особи, заполонила газеты в
В Таиланде ученые пытаются клонировать знаменитого белого слона короля Рамы -III, умершего 100 лет назад. Из 50 тыс. диких слонов, живших в 60-х, в Таиланде осталось только 2000. Тайцы хотят возродить стадо. Но вместе с тем не понимают, что если современные антропогенные нарушения и уничтожение местообитаний не прекратится, та же судьба ожидает клоны. Клонирование, как и вся генная инженерия в целом - это жалкая попытка решить проблемы, игнорируя их коренные причины.
Музеи, вдохновленные фильмами про парк Юрского периода, успехами технологии клонирования в реальном мире, обследуют свои коллекции в поисках образцов ДНК вымерших животных. Существует план попробовать клонировать мамонта, чьи ткани хорошо сохранились в арктических льдах. Вскоре после Долли, Рослин породил Полли - клонированного ягненка, несущего ген человеческого белка в каждой клетке тела. Это рассматривалось как шаг к массовой продукции человеческих белков в животных для лечения таких человеческих болезней как тромбоз. Как и в случае с Долли, особо не афишировался тот факт, что успеху предшествовало множество неудач - в рождении очень крупных детенышей, вдвое больше нормального размера - до
Клонирование - это серьезный риск для здоровья. Исследователи столкнулись со множеством случаев гибели плода, послеродовых смертей, плацентарных абнормальностей, абнормальных отечностей, втрое и вчетверо большую частоту проблем с пуповиной и серьезную иммунологическую недостаточность. У крупных млекопитающих, таких как овцы и коровы, исследователи находят, что примерно половина клонов содержит серьезные нарушения, включая специфические дефекты сердца, легких и других органов, ведущие к перинатальной смертности. Аккумулированные генетические ошибки инфицируют и влияют на поколения клонов. Но ведь невозможно отдать в починку дефектный клон как сломанную машину.
Клонирование и биоразнообразие
Уже сейчас ежегодно уменьшающееся биоразнообразие подвергается еще большей угрозе из-за клонирования животных. Восприимчивость скота к болезням также серьезно увеличивается благодаря монокультурам. Генетическое разнообразие лежит в основе высокой жизнеспособности естественных популяций, включая их гибкую реакцию на изменение условий. Это свойство будет полностью уничтожено в популяции клонов. В 70-х годах в США погиб почти весь урожай кукурузы. Это произошло в результате повсеместного использования монокультуры клонированных семян с ограниченным генотипом. То же самое может случиться с клонированным скотом.
Ксенотрансплантация
Компании и отдельные лица исторически "владели" коровами и стадами животных. Но никогда - видом в целом, и никогда прежде им не было дано право запрещать выращивание этих животных другими. То, свидетелями чего мы являемся - это конверсия животных организмов в корпоративную собственность. Несмотря на то, что в США с конца XVIII в. живые организмы исключены из патентования, сотни таких организмов и их частей были запатентованы. Приведем список некоторых наиболее активных компаний, работающих в области ксенотрансплантации. Это American Home Products (США), PPL (США/Великобритания), Novo Nordisk (Дания), Boehringer Indelheim (Германия), Genzyme Transgenics и Advanced Cell Technology (США), Novartis (Швейцария), а также уже упоминавшийся британский институт Рослин.
Novartis (через Ciba Geigy and Sandoz) ведет исследования по трансплантации последние 20 лет. Совсем недавно открылось новое направление в области ксенотрансплантации с приобретением Британской биотехнологической компании Imutran. Она разводит свиней для использования в человеческой трансплантации. Несколько лет назад компания оказалась в центре скандала, отправив самолетом свиней в голландский центр изучения приматов для вызвавших противоречивую реакцию экспериментов по трансплантации свиных тканей обезьянам. Imutran было предъявлено обвинение в том, что нарушал строгие правила экспериментов с ГМ - животными, посылая свиней за пределы страны. За 2 года до этого Королевское общество защиты животных обвинило голландский центр по исследованию приматов в содержании обезьян в неприемлемых условиях, и нашло, что их благополучие находится под большой угрозой.
Несмотря на риск, к концу 1997 года 20 человек получили трансплантаты свиной печени. (А всего трансплантаты свиной ткани получили 150 пациентов во всем мире). Многие диабетики были посажены на свиную печень и почки в машинах временного диализа. В июне 1998 года плодовые мушки были изменены человеческими генами, которые усиливали способности их клеток выводить шлаки и удлиняли их жизнь на 40%. Но очевидно, что исследователи видят в этом начало пути к замедлению человеческого старения. Проект компании PPL (США) включает создание стада коров, вырабатывающих человеческие белки, и кроликов с человеческим кальцитонином, который помогает замещать кость. Компания Pharmino (Нидерланды) производит в коровах человеческий лактоферин, который активизирует иммунную систему. Корпорации Genzyme Transgenics и Advanced Cell Technology сотрудничают, чтобы создать стада скота, который будет носителем человеческих протеинов в крови и мясе, например, таких как альбуминовая сыворотка, используемая, чтобы поддерживать жидкостной баланс крови у жертв ожогов.
Одна из главных проблем в межвидовой трансплантации - фактор отторжения. Но было открыто, что в организме свиней за это отвечает одна молекула сахара, и исследователи пытаются удалить ее методами генной инженерии. С другой стороны, ученые генетически модифицируют свиней с человеческими протеинами, которые служат как идентификационный сигнал для человеческой иммунной системы. Это принимается системой защиты человеческого тела, таким образом, орган не отторгается.
Независимо от выгод и риска Совет Европы проголосовал за мораторий на клиническое тестирование трансплантатов из органов животных на людях в январе
Патогены (например, свиные) могут прижиться в людях. Несколько животных вирусов очень похожи на человеческие: вирус коровьего бешенства в форме CG, коровья лейкемия, псевдобешенство свиней и коровий вирус иммунодефицита, похожий на СПИД. Последний не существовал ранее, а теперь заражает 10-20% коров. Животные могут быть использованы как запасные части для людей. Каковы последствия наличия свиных клеток в вашем теле? Новые виды-рабы могут появиться для специальных целей поставки органов или медицинских препаратов для людей.
Клонирование животных для использования их как фабрик гормонов для людей развивается усиленными темпами. Эта технология интересует ученых и компании из-за количества органов, гормонов и фармацевтических препаратов, которые могут быть произведены. То, что началось как использование обезьяньих и свиных органов для создания человеческих трансплантатов, теперь стало настоящим театром абсурда.
Королевский женский госпиталь в Мельбурне (Австралия) создает мышь, которая производит человеческую сперму, трансплантируя ей клетки человеческих яичек. В Японии университет Тоттори достиг тех же результатов, и теперь они хотят попробовать оплодотворить человеческую яйцеклетку спермой, произведенной мышью. Грудное молоко производится в коровах и козах. Техасский университет A&M получил 2,3 миллиона долларов на клонирование сдохшей собаки - любимицы одной пары.
Создание трансгенных растений
Еще 10 лет тому назад биотехнология растений заметно отставала в своем развитии, но за последние 3 года наблюдается быстрый выброс на рынок трансгенных растений с новыми полезными признаками. Трансгенные растения в США в 1996 году занимали площадь 3 млн. акров, в 1997 году площадь увеличилась до 15 млн. акров, в 1998 году – до 60 млн. акров, а в прошлом году до 80 млн. акров. Поскольку основные трансгенные формы кукурузы, сои, хлопчатника с устойчивостью к гербицидам и насекомым хорошо себя зарекомендовали, есть все основания ожидать, что площадь под генноиженерные растения в будущем (2001 году) увеличатся в 4-5 раз.
В апреле 1998 года доля в процентах трансгенных форм растений в
сельском хозяйстве составило:
- кукуруза – 6
- соя – 12
- хлопчатник – 15
- томаты – <1
Так как число жителей за последнее столетие увеличилось с 1.5 до 5.5
млрд. человек, а к 2020 году предполагается вырост до 8 млрд., таким
образом возникает огромная проблема, стоящая перед человечеством. Эта
проблема заключается в огромном увеличение производства продуктов питания, несмотря на то, что за последние 40 лет производство увеличилось в 2.5 раза, все равно этого не достаточно. И в мире в связи с этим наблюдается
социальный застой, который становится все более настоятельным. Другая
проблема возникла с медицинским лечением. Несмотря на огромные достижения современной медицины, производимые сегодня лекарственные препараты столь дороги, что часть населения земли сейчас полностью полагаются на традиционные донаучные методы лечения, прежде всего на неочищенные препараты растительного происхождения. В развитых странах лекарственные средства на 25% состоят из природных веществ, выделенных из растений. Открытия последних лет (противоопухолевые препараты: таксол, подофиллотоксин) свидетельствуют о том, что растения еще долго будут оставаться источником полезных биологически-активных веществ
(БТА), и что способности растительной клетки к синтезу сложных БТА все еще значительно превосходят синтетические способности инженера-химика. Вот почему ученые взялись за проблему создания трансгенных растений. Отсчёт истории генетической инженерии растений принято вести с 1982
года, когда впервые были получены генетически трансформированные растения. Метод трансформации основывается на природной способности бактерий Agrobacterium tumefaciens генетически модифицировать растения.
Реконструированные штаммы Agrobactrium, содержащие неонкогенные варианты Ti- плазмид и обладающие повышенной вирулентностью, стали основой одного из наболее популярных методов трансформации. Первоначально трансформация применялась для генно-инженерных двудольных растений, однако работы последних лет свидетельствуют, что этот метод эффективен и в отношении кукурузы, риса, пшеницы. Другим широко распространённым методом трансформации, является технология, основанная на обстреле ткани микрочастицами золота (или других тяжелых металлов), покрытыми раствором ДНК. Все выращиваемые ныне коммерческие сорта получены с помощью названных выше двух методов.
Современный арсенал методов трансформации, однако, довольно обширен и
включает такие подходы, как введение ДНК в голые клетки (протопласты),
электропорация клеток, микроинъекций ДНК в клетки, прокалывание клеток
путём встряхивания их в суспензии микроигл, опосредованная вирусами
инфекции и так далее. Генетические изменённые растения с устойчивостью к различным классам гербицидов в настоящее время являются наиболее успешным биотехнологическим продуктом. Дело в том, что биотехнология позволила совершить такой прыжок, так как оказалось возможным генетически изменять устойчивость растений к тем или иным гербицидам либо путем введения генов, кодирующих белки, нечувствительные к данному классу гербицидов, либо за счет введениягенов, обеспечивающих ускоренный метаболизм гербицидов растений. К настоящему времени клонированы гены, кодирующие нечувствительные к действию гербицидов
ферменты-мишени, что дало возможность получать трансгенные растения,
устойчивые к таким гербицидам, как глифостат и хлорсульфуроновым, и
имидазолиноновым гербицидом. Изолированы также гены, которые кодируют ферменты деградации некоторых гербицидов, что позволило получить трансгенные растения устойчивые к фосфинотрицину и далапону. В 1997 году устойчивая к Roundup соя, распространяемая компанией "As Grow", была признана в США сельскохозяйственным продуктом года. Ученые пошли далее. Так как множество растений подвержены нападению и
поеданию со стороны насекомых, то ученые генной инженерии провели
эксперимент с давно известной бактерией Bacillus-Thiringiensis, которая
продуцирует белок, оказалось, что она является очень токсичной для многих видов насекомых, но в то же время безопасна для млекопитающих, белок (дельта - эндотаксин, CRY-белок) продуцируется различными штамами Bacillus- Thiringiensis. Это прототаксин, который расщепляется в кишечнике насекомых, образуя активированный токсин. Активизированный белок специфично связывается с рецепторами средней кишки насекомых, что приводит к образованию пор и лизису клеток кишечного эпителия. Взаимодействие токсинов с рецепторами строго специфично, что усложняет подбор комбинации токсин - насекомое. В природе найдено большое количество штаммов Bacillus- Thiringiensis, чьи токсины действуют только на определенные виды насекомых. Препараты Bacillus-Thiringiensis в течение десятилетий использовались для контроля насекомых на полях. Встраивание гена этого белка в геном растений дает возможность получить трансгенные растения, не поедаемые насекомыми. Но этот метод потребовал большой работы со стороны генной инженерии, в плане подборов необходимых
штаммов и созданию генно-инженерных конструкций, которые дают наибольший эффект для конкретных классов насекомых. Кроме видоспецифичности по действию на насекомых встраивание прокариотических генов дельта-токсинов в геном растений даже под контролем сильных эукариотических промоторов не привело к высокому уровню экспрессии. Предположительно такое явление возникло в связи с тем, что эти бактериальные гены содержат значительно больше адениновых и тиминовых нуклеатидных оснований, чем растительная ДНК. Эта проблема была решена путем создания модефицированных генов, где один
из природного гена вырезали и добавили те или иные фрагменты с сохранением доменов, кодирующих активные части дельта-токсинов. Так, например, с помощью таких подходов был получен картофель, устойчивый к колорадскому жуку. В настоящее время так называемый Bt – растения хлопка и кукурузы занимают основную долю в общем объеме генетически модифицированных растений этих культур, которые выращивают на полях США.
Генные вакцины
Вакцины — одно из самых значительных достижений медицины, их
использование к тому же чрезвычайно эффективно с экономической точки
зрения. В последние годы разработке вакцин стали уделять особое внимание.
Это обусловлено тем, что до настоящего времени не удалось получить
высокоэффективные вакцины для предупреждения распространенных или
опасных инфекционных заболеваний. По данным созданной в прошлом году
международной организации Всемирный союз по вакцинам ииммунизации» (в числе ее участников — ВОЗ, ЮНИСЕФ, Международная федерация ассоциаций производителей фармацевтической продукции, Программа Билла и Мелинды Гейтс по вакцинации детей, Рокфеллеровский фонд и др.), в настоящее время отсутствуют эффективные вакцины, способные предупредить развитие СПИДа, туберкулеза и малярии, от которых в
ошибками при производстве вакцины. С изменением ситуации увеличился и
мировой рынок вакцин, объем продаж которого в
долларов США в стоимостном выражении. Однако многие считают, что в
ближайшие годы этот сектор фармацевтической промышленности будет
развиваться гораздо быстрее. Так, согласно публикациям в американском
журнале «Signals Magazine» (январь
современной биотехнологической промышленности, объем продаж вакцин на мировом рынке через 10 лет составит 20 млрд долларов США. Этот прогноз принадлежит М. Греко, исполнительному директору компании «MerieuxMSD», совместного предприятия крупнейших производителей вакцин — компаний «Pasteur Merieux Connaught» (теперь «Aventis Pasteur») и «Merck & Co.».
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Естествознание затрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и всесторонних проявлениях свойств Природы. В 70-е годы XX века создана техника выделения гена из ДНК, а также методика размножения нужного гена. В результате этого возникла генная инженерия. Внедрение в живой организм чужеродной генетической информации и приемы, заставляющие организм эту информацию реализовывать, составляют одно из самых перспективных направлений в развитии биотехнологии. Методами генетической инженерии удалось получить интерферон и инсулин. Объектом биотехнологии выступает сегодня не только отдельный ген, но и клетка в целом. Клеточная инженерия открывает широкие возможности практического использования биомассы культивируемых клеток и создания на их основе промышленных технологий, например, для быстрого клонального микроразмножения и оздоровления растений. Применение методов клеточной инженерии позволяет существенно интенсифицировать процесс создания новых форм организмов. Метод гибридизации соматических клеток - новый метод, дающий возможность получать межвидовые гибриды, т.е. преодолевать естественный барьер межвидовой нескрещиваемости, чего нельзя было достичь традиционными методами селекции. Для этого в искусственно созданных условиях выделяют и сливают протопласты - клетки, лишенные стенок, - обоих родительских растений и получают гибридные клетки, которые могут затем регенерировать целое гибридное растение с признаками обоих родителей. Это позволяет получать совершенно новые организмы, не существовавшие в природе. Но при этом возникает опасность, что искусственно созданные организмы могут вызвать непредсказуемые и необратимые последствия для всего живого на Земле, в том числе, и для человека.
Генная и клеточная инженерия обратили внимание человечества на необходимость общественного контроля за всем, что происходит в науке.
Использованная литература
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. - М.: Центр, 1997.
2. Денисов С.Ф., Дмитриева Л.М. Естественные и технические науки в мире культуры. - Омск: Изд-во ОмГТУ, 1997.
3. Жигалов Ю.И. Концепции современного естествознания - М.: Гелиос АРВ, 2002
4. Идеи и наш мир: Великие концепции прошлого и настоящего / Под ред. Р. Стюарта. - М.: ББМ АО, ТЕРРА - книжный клуб, 1998.
5. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. - М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. - 400 с.
6. Масленникова И.С., Шапошникова Т.А., Дыбов А.М. Концепции современного естествознания: Учеб. Пособие / СПбГИЭА. - СПб., 1998.
7. Солопов Е. Ф. Концепции современного естествознания . - М.: ВЛАДОС, 2001
8. Фолта Я. Н. История естествознания в датах. - М.: Прогресс, 1987.
9. Баранов В. Медицина на пороге революции // Наука и жизнь, 2000, № 9.
10. Болоконева О. Технология века в России. Быть или не быть? // Наука и жизнь, 2001, № 1.
11. Попов Л. Фантастический шницель // Наука и жизнь, 2000, № 4.
12. Франк-Камецецкий М. Нулевой цикл медицины // Наука и жизнь, 2000, № 5.
13. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. - Новосибирск, 1994.
