Генная инженерия: возможности, проблемы и перспективы

Тема работы:    Генная инженерия: возможности, проблемы и перспективы

 

 

 

Содержание

Введение…………………………………………………………………… 2

Глава1. Возможности генной инженерии………………………………. 4

1. Генная инженерия ………………………………………………….. 4
2. Основные этапы развития генной инженерии …………………… 6

 

Глава 2. Перспективы генной инженерии ……………………………… 9

2.1.Успехи в сельском хозяйстве ………………………………………… 9

2.2. Успехи в животноводстве …………………………………………  12

 
Глава 3. Проблемы генной инженерии ………………………………   15

 
Заключение ………………………………………………………………18

Список использованной литературы………………………………… 19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

    Эпоха научно-технического и технологического прогресса, в которой обитает современное человечество, дополнилась в последние 20 лет стремительным развитием генной инженерии - биотехнологии, связанной с использованием биологических систем, живых организмов или их производных для изготовления или изменения продуктов с целью их конкретного использования. Генная инженерия расширяет наши границы и открывает новые перспективы в познании явлений природы, в решении актуальных проблем медицины, в совершенствовании и модернизации многочисленных отраслей промышленности и сельского хозяйства, в разрешении многих экологических и социальных проблем.

    Успех генно-инженерных исследований уже способствовал  появлению многих полезных веществ, и  он, несомненно приведет и в дальнейшем к созданию и применению нового поколения вакцин, современных лекарственных препаратов и диагностических средств, пищевых продуктов и пищевых добавок, других необходимых в различных отраслях народного хозяйства веществ, а также к получению и выращиванию трансгенных (содержащих в себе не свойственные данному виду гены) микроорганизмов, растений или животных с нужными человеку признаками, к разработке новых оптимальных способов охраны окружающей среды.

    Генная инженерия – самом мощный метод, имеющийся в арсенале прикладной генетики и биотехнологии, позволяющий посредством операций in vitro (в пробирке, вне организма), переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Цель генной инженерии – получение биологических структур (индивидуальных генов, белков, микроорганизмов, животных и растений) с передаваемыми по наследству свойствами, которые невозможно получить традиционными методами селекции.

    Использования методов генной инженерии приводит к созданию генетически модифицированных организмов. В директиве 2001/18/ЕС Европейского Парламента и Совета определенно что «генетически модифицированный микроорганизм означает организм, за исключением людей, генетический материал которого изменен способом, который не может быть достигнут естественным путем скрещивания или рекомбинации»

Можно выделить следующие  основные характеристики генетически модифицированного организма:

- это любой биологический организм способный к воспроизводству или передаче генетического материала;

- содержит искусственную генетическую  программу;

- получен, с применением методов генной инженерии

Бурное развитие генно-инженерных технологий помимо неоспоримого прогресса  может оказать не только положительное, но в некоторых случаях и отрицательное воздействие на окружающую среду и человека.

 

  Целью данной работы является изучение генной инженерии

    Задачи работы - рассмотреть возможности, проблемы и перспективы генной инженерии.

    Работа   состоит  из   введения,   глав основной части, заключения, списка литературы.

    Во введении  определена цель и соответствующие ей задачи. 

    В первой главе рассмотрены возможности и основные этапы развития генной инженерии, возникновение   идеи переноса генов от одного организма  в другой .

Во второй  главе рассмотрены успехи генной инженерии в сельском хозяйстве и животноводстве

 Глава третья выделяет основные проблемы, возникающие в связи с применением методов генной инженерии в различных областях.

В заключении  сделан вывод о  вкладе  генной  инженерии  в  решение  глобальних проблем человечества.

 

 

 Глава1.  Возможности генной инженерии

1.1. О генной  инженерии.

    Генная инженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики. На протяжении многих лет главным классом макромолекул считали белки. Существовало даже предположение, что гены имеют белковую природу. Лишь в 1944 году Эйвери, Мак Леод и Мак Карти показали, что носителем наследственной информации является ДНК. С этого времени начинается интенсивное изучение нуклеиновых кислот. Спустя десятилетие, в 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК. Именно этот год принято считать годом рождения молекулярной биологии. Формально датой рождения генетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг, С. Коэн, Х. Бойлер с сотрудниками создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. coli.  

 Ген (от греческого «genos» — род, происхождение) — это всего лишь участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), который отвечает за наличие конкретного признака организма и определяет его индивидуальность. Ученые сравнивают эту структуру с текстами в разнообразных линейных последовательностях «букв» — нуклеотидов в ДНК и РНК и аминокислот в белках, в которых закодирована специфическая биологическая информация. Например, в наследственном «тексте» человека 3,5 млрд. таких букв, облаченных в 10 тысяч генов, через которые и передается наша генетическая информация. Меняя местами, удаляя или дополняя те или иные участки ДНК и получая новые комбинации, удается осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть.

    Сама  идея переноса генов от одного организма  в другой взята учеными из природы. Изучая почвенную бактерию Agrobacterium tumefaciens, образующую на стволах деревьев и кустарников характерные наросты, они обратили внимание на ее изощренную способность паразитировать. Эта бактерия, используя повреждение растения, внедряется туда и переносит в ядро его клетки фрагмент собственной ДНК, который встраивается в геном растения, вследствие чего оно начинает производить питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности агробактерий. Не менее яркий пример — возбудители различных заболеваний — вирусы, обладающие способностью встраиваться в геном клетки хозяина, которая затем при делении воспроизводит помимо собственного еще и вирусный геном. Такой природный механизм горизонтального переноса генов (между отдельно существующими организмами, а не от родителей к потомству) и стал принципом генной инженерии.

    Изучая  информационные макромолекулы, генетики выявили, что  ДНК  и РНК  с  помощью  особых   ферментов  можно  разрезать в определенных участках, а затем  «сшить» в нужных комбинациях. В процессе трансгенеза  именно это  и делают: для того чтобы придать  растению определенные качества, вводят один или несколько выбранных генов с заданными свойствами, взятых от одних организмов, в клетки других, зачастую эволюционно далеких от доноров. Ученые при этом рассчитывают, что введенный ген будет функционировать, не изменяя метаболизма растения, не нарушая функции других генов, и наследоваться потомством он будет точно так же, как «родной».

    Схем  и технологий трансформации  несколько, но наиболее перспективным является применение «биологической пушки». Стреляя, она бомбардирует множество растительных клеток микрочастицами золота, вольфрама или другого тяжелого металла, на которые нанесен генетический материал.  

 

 

 

 

 

 

1.2. Основные этапы развития генной инженерии:

1972 г. – впервые синтезирован ген

Группа исследователей во главе с американским биохимиком Полом Бергом, работавшим в Стэнфордском университете в Калифорнии, сообщила о создании вне организма первой рекомбинантной ДНК. Ее еще называют гибридной, т.к. она состоит из ДНК-фрагментов различных организмов. Первая рекомбинантная молекула ДНК состояла из фрагментов кишечной палочки (E. Coli – Escherihia coli), группы генов самой этой бактерии и полной ДНК вируса SV40, вызывающего развитие опухолей у обезьяны. Такая рекомбинантная структура теоретически могла обладать функциональной активностью в клетках, как кишечной палочки, так и обезьяны. Она могла как челнок “ходить” между бактерией и животным. За эту работу Полу Бергу в 1980 году присуждена Нобелевская премия.

1973 г. – клонирован первый бактериальный ген (клонирование – получение множества идентичных копий);

1973 г.   Стэнли Кохэн и Герберт Бойер впервые перенесли ген из организма в организм (внедрили новый ген в бактерию кишечной палочки (E. coli).) -  рождение генной инженерии);

1976 г. – получены соматотропин и инсулин человека с помощью кишечной палочки;

Соматотропин - гормон роста  человека -  получают из бактерии Е.coli (кишечной палочки). Соматотропин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Он вырабатывается в гипофизе и контролирует рост человеческого тела; его недостаток приводит  к карликовости. Соматотропин – единственное средство лечения детей, страдающих карликовостью из-за недостатка этого гормона. До развития генной инженерии его выделяли из гипофизов от трупов. Соматотропин, синтезированный в  специально сконструированных клетках бактерий, имеет очевидные преимущества: он  доступен в больших количествах, его препараты являются  биохимическими чистыми и свободны от вирусных  

загрязнений. В 1979 году из 60 млн. больных сахарным диабетом во всём мире лишь 4 млн. получали препарат инсулина – гормона поджелудочной  железы, регулирующего уровень сахара в крови и клетках. Инсулин выделяли из поджелудочных желёз забиваемых коров и свиней, что сложно и дорого. С 1982 года этот гормон получают в промышленных масштабах из бактерий Е. coli, cодержащих ген человеческого инсулина. Также получают белок интерферон, который помогает справиться со многими вирусными инфекциями.

1982 г. – получены первые трансгенные животные (мыши);

1983 г. – получены первые трансгенные растения;

    Удалось успешно внедрить новые гены в десятки видов растений, создать растения табака со светящимися листьями, томаты, легко переносящие заморозки, кукурузу, устойчивую к воздействию пестицидов.

1985г.–получены первые трансгенные сельскохозяйственные животные (кролики, свиньи, овцы);

    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. Этот эксперимент открывает массу новых возможностей для клонирования элитных пород, взамен многолетней селекции.

1990 г. – начаты работы по проекту «Геном человека», целью которого было определить весь генетический год человека. Проект, в котором важную роль сыграли и российские генетики, был завершён в 2003 году. В результате проекта 99% генома было определено с точностью 99,99% Завершение проекта, уже принесло практические результаты, например, простые в применении тесты, позволяющие определять генетическую предрасположенность ко многим наследственным заболеваниям.

1992 г. В США и ЕС введены правила, регулирующие использование ГМО;

1994 г. – на рынок США поступили трансгенные томаты;

 Новым свойством  помидора стала способность месяцами  лежать в недоспелом виде при  температуре 12 градусов. Но как  лишь его помещают в тепло,  он за несколько часов становится спелым.

1995 г. – на рынок США поступила трансгенная соя;

1996 г. – на рынок Великобритании поступили трансгенные томаты;

1997 г. – в США выращивают 18 трансгенных растений;

1999 г. – получен «золотой рис», обогащенный бета-каротином; 

    для профилактики слепоты у детей развивающихся стран, где рис – основной продукт питания

2000 г. – расшифрован геном человека;

    Ожидается, что благодаря расшифровке генома  будут разработаны препараты для лечения такого опасного заболевания, как СПИД, чуть позже  будут определены гены, которые связаны со злокачественными новообразованиями, а к 2010-2015 году будут установлены механизмы возникновения почти всех видов рака. К 2020 году может быть завершена разработка препаратов, предотвращающих рак.

2001 г. ЕС отменил мораторий на ГМО;

2004 г. – уточнен геном человека.

    В  Россию генетически  модифицированные (ГМ)  продукты, содержащие  трансгены,   начали активно завозить с 1999 года.  Основной поток ГМ культур составляют ввозимые из-за рубежа соя, кукуруза и картофель. Они могут попадать на наши столы и в "чистом виде" — импортированные  свежие овощи, картофельные чипсы и полуфабрикаты, и в виде добавок в мясных, рыбных, кондитерских и других изделиях. В России с  01.09.2002 г. ввели обязательную  маркировку  пищевых продуктов, полученных  из  трансгенных  растений.  На  этикетках  должна  быть  надпись:  «Содержит генетически  модифицированный   источник (ГМИ)»