 |
Теоретические основы генной инженерии
|
|
|
|
ТЕМА 8. ЭТИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ
ПЛАН
ВВЕДЕНИЕ................................................................................................ 287
1. теоретические основы генной инженерии.............. 288
2. отличие генной инженерии от классической селекции. 291
генетическая инженерия высших организмов......... 292
конструирование новых форм на уровне целых организмов. 292
выращивание клеток в пробирке......................................... 293
Перенос отдельных генов......................................................... 295
генная инженерия – медицине............................................... 300
геннотерапия..................................................................................... 301
новые подходы к конструированию генно-инженерных вакцин.................................................................................................... 315
вирус натуральной оспы – источник новых медицинских препаратов........................................................................................... 318
заключение......................................................................................... 321
список использованных источников............................. 330
ВВЕДЕНИЕ
В 1972 году Пол Берк с сотрудниками опубликовали 1-ую работу по о получении in vitro (вне организма) рекомбинантной (гибридной) молекулы ДНК, состоящей из фрагментов фаголой, бактериальной и вирусной ДНК. Так родилась новая отрасль молекулярной биологии, получившая название "генетическая (генная) инженерия". Своей целью она имеет создание новых генетических структур и, в конечном счете, создание организмов с новыми наследственными свойствами.
А.А. Баев был первым в нашей стране ученым, который поверил в перспективность генной инженерии и возглавил исследование в этой области. Генетическая, или генная, инженерия, по его определению, – это конструирование in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе, – создание искусственных генетических программ. Генная инженерия имеет целью изучения интимных механизмов функционирования генетического аппарата эукариет, включая человека, что другими приемами сделать не возможно. Вместе с тем, генная инженерия ставит перед собой обширные практические задачи, не мало из которых уже решено. Прежде всего это получение путем бактериального синтеза ряда лекарственных средств, например, гексулина, интерферонов. Важнейшим достижением является создание диагностических препаратов, в частности, для выявления такого опасного заболевания, как СПИД. Получение так называемых трансгенных растений открывает принципиально новые возможности для растениеводства в создании сельскохозяйственных культур, устойчивых к экстремальным воздействиям и инфекционным поражениям.
|
|
|
После первых успешных экспериментов с рекомбинацией молекул ДНК в пробирке появились первые сомнения и опасения, не принесет ли генная инженерия вред природе и человечеству. В июле 1974 г. несколько крупных ученых обратились к научной общественности с предложением наложить мораторий на работы с рекомбинантными ДНК in vitro. В феврале 1975 года в Калифорнии на Асиломарской конференции собрались 140 ученых разных стран, работающих в области генной инженерии. Всесторонне изучив результаты и возможные последствия, ученые пришли к выводу, что потенциальные опасности невелики, т.к. рекомбинантные гестами в природных условиях нежизнеспособны и их бесконтрольное распространение маловероятно. Было решено прервать мораторий и продолжить исследования с соблюдением специально разработанных правил. Можно с уверенностью сказать, что за четверть века своего существования генная инженерия не причинила ущерба ни природе, ни человеку. Свержения генной инженерии как в познании механизмов функционирования организмов, так и в прикладном плане весьма внушительны, а перспективы поистине фантастичны.
|
|
|
теоретические основы генной инженерии
Молекулярная биология заявила о себе в качестве самостоятельной науки в 1953 г., когда Джеймс Уотсон и Френсис Крик открыли знаменитую двойную спираль ДНК и постулировали матричный механизм ее синтеза.
В соответствии с этим механизмом двойная спираль ДНК при репликации разделяется и каждая цепь служит матрицей для синтеза дочерней цепи, которая по своей первичной структуре является зеркальным отражением матрицы. В результате такого матричного синтеза образуются две совершенно идентичные двуспиральные молекулы ДНК, каждая из которых передается в дочерние клетки. Последние получают всю генетическую программу от родительской клетки. По такому же механизму осуществляется синтез РНК (рибонуклеиновой кислоты), только РНК синтезируется в виде односпиральной цепи. Этот процесс получил название транскрипции. А процесс синтеза белка на РНК – матрице (мРНК) происходит на рибосомах, и структура белка соответствует структуре мРНК. Этот процесс называется трансляцией, и в нем участвует транспортная РНК (тРНК). Таким образом, процесс матричного синтеза ДНК определяет передачу наследственной информации от родительской клетки в дочернюю.
При половом процессе может происходить обмен участками между двумя хромосомами (молекулами ДНК) от двух скрещиваемых индивидуумов. Этот процесс получил название рекомбинации, и в клетке чаще всего он может происходить только между гомологичными хромосомы, т.к. комплиментарные по своей структуре молекулы ДНК притягиваются друг к другу и обмениваются генетическими информациями, в результате чего образуется дочерняя хромосома, содержащая элементы структуры от двух родительских хромосом. Открытый недавно процесс негомологической рекомбинации осуществляется только в том случае, если в одной из молекул ДНК есть гены, кодирующие специальные ферменты разрезания ДНК.
Следующее важное открытие, предопределившее возникновение генной инженерии, - обнаружение в бактериальных клетках вне хромосомных маленьких кольцевых молекул ДНК. Эти минихромосомы впервые были обнаружены в начале 50-х годов и получили название плазмид. Плазмиды обладают способностью к автононой от хромосомы репликации. Очень важно, что плазмиды из-за своих маленьких размеров могут быть выделены из клетки в неповрежденном состоянии. В 1970 году американцы Келли и Смит с сотрудниками выделили первую рестриктазу-фермент, который вызывает гидролиз ДНК в строго определенных местах с образованием так называемых липких концов.
|
|
|
Таким образом, к началу 70-х годов были сформулированы основные принципы функционирования нуклеиновых кислот и белков в живом организме и созданы теоретические предпосылки генной инженерии (схема 1).
Схема 1. Теоретические предпосылки генной инженерии.
| 1. Молекулярные механизмы матричного синтеза: | |
 ДНК ДНК
| Репликация |
| ДНК РНК
| Транскрипция |
 Мрнк белок
| Трансляция |
| Обмен генами у гомологичных хромосом при половом процессе | Рекомбинация |
| 2. Кольцевые двуспиральные малые молекулы ДНК, автономно размножающиеся в бактериальной клетке и несущие маркерный ген. | Плазмиды |
| 3. Ферменты, способные расщеплять ДНК в строго определенном месте с образованием липких концов у образуемых фрагментов | Рестриктазы |
2. отличие генной инженерии от классической
селекции.
Для того, чтобы это понять, перечислим ограничения, с которыми сталкиваются селекционеры при получении новых пород животных, сортов растений:
1. нельзя скрещивать не родственные виды;
2. нельзя извне управлять процессом рекомбинации в организме;
3. нельзя предугадать, какое получится потомство.
Известно, что в природе скрещиваются между собой только близкородственные организмы, так как существуют специальные клеточные барьеры скрещивания клеток. Постоянство своего генетического состава организм очень надежно охраняет. Генетическая рекомбинация в организме – очень сложный процесс, которым управлять извне невозможно. Это обстоятельство делает подчас невозможным получение новой природы. Результаты скрещивания невозможно предсказать заранее. Молекулярная биология вооружила ученых понимаем законов передачи от родителей потомству наследственной информацией. Ученые попытались проводить рекомбинацию хромосом или отдельных генов вне организма (in vitro), в пробирке. Первые удачные эксперименты такого рода сделаны в 1972 году, и вскоре был создан арсенал приемов и методов, позволяющих производить рекомбинацию генов in vitro, затем вводить полученную генную конструкцию в клетку, при этом в последней синтезируются продукты введенных генов.
|
|
|
Таким образом, суть генной инженерии состоит в том, что процесс рекомбинации производится вне организма, и таким образом преодолеваются все ограничения, с которыми сталкиваются ученые, используя приемы классической селекции (схема 2).
Схема 2. Возможности генной инженерии.
1. Можно скрещивать индивидуальные гены видов, стоящих на разных ступенях эволюции. В основе рекомбинации гетерологичных ДНК in vitro лежит прием, позволяющий разрезать разные ДНК с образованием одинаковых липких концов.
2. Можно управлять процессом рекомбинации, т.к. он происходит в пробирке и не защищен запрещающими механизмами организма.
3. Можно предсказать результат, т.к. отбирается потомство одной молекулы ДНК (молекулярное клонирование).
|
|
|
