ბიოლოგია, გენეტიკური ინჟინერია

და ბიოტექნოლოგია

„ცოდნა განისაზღვრება იმით

რასაც ჩვენ ვამტკიცებთ

როგორც სიმართლე"

P.A. ფლორენსკი.

თანამედროვე ბიოლოგია ძირეულად განსხვავდება ტრადიციული ბიოლოგიისგან არა მხოლოდ შემეცნებითი იდეების განვითარების უფრო დიდი სიღრმით, არამედ საზოგადოების ცხოვრებასთან, პრაქტიკასთან უფრო მჭიდრო კავშირში. შეიძლება ითქვას, რომ ჩვენს დროში ბიოლოგია იქცა ცოცხალი სამყაროს გარდაქმნის საშუალებად საზოგადოების მატერიალური მოთხოვნილებების დასაკმაყოფილებლად. ეს დასკვნა, პირველ რიგში, ილუსტრირებულია ბიოლოგიასა და ბიოტექნოლოგიას შორის მჭიდრო კავშირით, რომელიც გახდა მატერიალური წარმოების ყველაზე მნიშვნელოვანი სფერო, ადამიანის მიერ ადრე შექმნილი მექანიკური და ქიმიური ტექნოლოგიების თანაბარი პარტნიორი. რა ხსნის ბიოტექნოლოგიის აღმავლობას?

დაარსების დღიდან ბიოლოგია და ბიოტექნოლოგია ყოველთვის ერთად ვითარდებოდა და თავიდანვე ბიოლოგია იყო ბიოტექნოლოგიის მეცნიერული საფუძველი. თუმცა, დიდი ხნის განმავლობაში, საკუთარი მონაცემების ნაკლებობა არ აძლევდა საშუალებას ბიოლოგიას ძალიან დიდი გავლენა მოეხდინა ბიოტექნოლოგიაზე. ვითარება მკვეთრად შეიცვალა მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში შექმნით. გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდოლოგია, რომელიც გაგებულია, როგორც გენეტიკური მანიპულირება, რომლის მიზანია "ახალი გენოტიპების აგება და რეკონსტრუქცია. თავისი ბუნებით მეთოდური მიღწევაა, გენეტიკური ინჟინერია არ იწვევდა ბიოლოგიურ ფენომენებზე გაბატონებული იდეების რღვევას, არ იმოქმედა. ბიოლოგიის ძირითადი დებულებები, ისევე როგორც რადიოასტრონომიამ არ შეარყია ასტროფიზიკის ძირითადი დებულებები, "სითბოს მექანიკური ეკვივალენტის" დადგენა არ მოჰყოლია სითბოს გამტარობის კანონების ცვლილებას და ატომისტური თეორიის დადასტურებას. მატერიამ არ შეცვალა თერმოდინამიკის, ჰიდროდინამიკის და ელასტიურობის თეორიის მიმართებები.

გენეტიკურმა ინჟინერიამ გახსნა ახალი ერა ბიოლოგიაში იმ მიზეზით, რომ გაჩნდა ახალი შესაძლებლობები ბიოლოგიური ფენომენების სიღრმეში შეღწევის მიზნით, რათა დახასიათებულიყო ცოცხალი მატერიის არსებობის ფორმები, რათა უფრო ეფექტურად შეისწავლოს გენების სტრუქტურა და ფუნქცია. მოლეკულურ დონეზე, გენეტიკური აპარატის დახვეწილი მექანიზმების გაგება. გენეტიკური ინჟინერიის წარმატებები ნიშნავს რევოლუციას თანამედროვე საბუნებისმეტყველო მეცნიერებაში. ისინი განსაზღვრავენ თანამედროვე იდეების ღირებულების კრიტერიუმებს ცოცხალი მატერიის მოლეკულური და ფიჭური დონის სტრუქტურული და ფუნქციური მახასიათებლების შესახებ. ცოცხალ არსებებზე თანამედროვე მონაცემები გიგანტური შემეცნებითი მნიშვნელობისაა, რადგან ისინი უზრუნველყოფენ ორგანული სამყაროს ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ასპექტის გაგებას და ამით ფასდაუდებელ წვლილს შეიტანენ სამყაროს მეცნიერული სურათის შექმნაში. ამრიგად, მკვეთრად გააფართოვა თავისი შემეცნებითი ბაზა, ბიოლოგიამ გენეტიკური ინჟინერიის საშუალებით ასევე მოახდინა წამყვანი გავლენა ბიოტექნოლოგიის აღზევებაზე.

გენეტიკური ინჟინერია ქმნის საფუძველს ახალი ორგანიზმების „დაპროექტების“ მეთოდებისა და გზების გაგების გზაზე ან არსებული ორგანიზმების გაუმჯობესების გზაზე, რაც მათ აძლევს უფრო დიდ ეკონომიკურ ღირებულებას, უფრო დიდ უნარს მკვეთრად გაზარდოს ბიოტექნოლოგიური პროცესების პროდუქტიულობა.

გენეტიკური ინჟინერიის ფარგლებში, განასხვავებენ გენური ინჟინერიას და უჯრედულ ინჟინერიას. გენეტიკური ინჟინერია არის მანიპულირება რეკომბინანტული დნმ-ის მოლეკულების შესაქმნელად. ამ მეთოდოლოგიას ხშირად მოიხსენიებენ როგორც მოლეკულურ კლონირებას, გენის კლონირებას, რეკომბინანტულ დნმ ტექნოლოგიას ან უბრალოდ გენეტიკურ მანიპულირებას. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ გენეტიკური ინჟინერიის ობიექტია დნმ-ის მოლეკულები, ინდივიდუალური გენები. პირიქით, უჯრედული ინჟინერია გაგებულია, როგორც გენეტიკური მანიპულაციები იზოლირებულ ცალკეულ უჯრედებთან ან მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედების ჯგუფებთან.

თავი XIX

გენეტიკური ინჟინერია

გენეტიკური ინჟინერია არის სხვადასხვა ექსპერიმენტული მეთოდების (ტექნიკის) ერთობლიობა, რომელიც უზრუნველყოფს დნმ-ის მოლეკულების (გენების) მშენებლობას (რეკონსტრუქციას) და კლონირებას განსაზღვრული მიზნებით.

გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდები გამოიყენება გარკვეული თანმიმდევრობით (ნახ. 221) და არსებობს რამდენიმე ეტაპი ტიპიური გენეტიკური ინჟინერიის ექსპერიმენტის ჩატარებისას, რომელიც მიმართულია გენის კლონირებაზე, კერძოდ:

1. საინტერესო ორგანიზმის უჯრედებიდან დნმ-ის გამოყოფა (საწყისი) და დნმ ვექტორის იზოლაცია.

2. ორიგინალური ორგანიზმის დნმ-ის დაჭრა (შეზღუდვა) ინტერესის გენების შემცველ ფრაგმენტებად, ერთ-ერთი შემზღუდველი ფერმენტის გამოყენებით და ამ გენების გამოყოფა მიღებული შემაკავებელი ნარევიდან. ამავდროულად, ვექტორული დნმ იჭრება (შეიზღუდება), წრიული სტრუქტურიდან ხაზოვანში აქცევს.

3. დნმ-ის საინტერესო სეგმენტის (გენის) დაკავშირება ვექტორულ დნმ-თან ჰიბრიდული დნმ-ის მოლეკულების მისაღებად.

4. ჰიბრიდული დნმ-ის მოლეკულების შეყვანა სხვა ორგანიზმად გარდაქმნით, მაგალითად, E. coli-ში ან სომატურ უჯრედებში.

5. ბაქტერიების ინოკულაცია, რომელშიც შეყვანილი იყო ჰიბრიდული დნმ-ის მოლეკულები, მკვებავ გარემოზე, რაც მხოლოდ ჰიბრიდული დნმ-ის მოლეკულების შემცველი უჯრედების ზრდის საშუალებას იძლევა.

6. ჰიბრიდული დნმ-ის მოლეკულების შემცველი ბაქტერიებისგან შემდგარი კოლონიების იდენტიფიცირება.

7. კლონირებული დნმ-ის (კლონირებული გენების) იზოლაცია და მისი დახასიათება, კლონირებულ დნმ-ის ფრაგმენტში აზოტოვანი ფუძეების თანმიმდევრობის ჩათვლით.

დნმ (წყარო და ვექტორი), ფერმენტები, უჯრედები, რომლებშიც ხდება დნმ-ის კლონირება – ამ ყველაფერს გენეტიკური ინჟინერიის „ინსტრუმენტებს“ უწოდებენ.

დნმ-ის იზოლაცია

განვიხილოთ დნმ-ის ექსტრაქციის მეთოდი დნმ-ის პლაზმიდების მაგალითის გამოყენებით. პლაზმიდის შემცველი ბაქტერიული უჯრედებიდან დნმ იზოლირებულია ტრადიციული ტექნიკის გამოყენებით, რომელიც მოიცავს უჯრედის ექსტრაქტების მიღებას სარეცხი საშუალებების თანდასწრებით და ცილოვანი ექსტრაქტების შემდგომ მოცილებას ფენოლის ექსტრაქციის გზით (სურ. 222). პლაზმური დნმ-ის სრული გაწმენდა ცილებისგან, რნმ-ისა და სხვა ნაერთებისგან რამდენიმე ეტაპად მიმდინარეობს. უჯრედების განადგურების შემდეგ, მაგალითად, ლიზოზიმის დახმარებით (მათი კედლები იხსნება), ექსტრაქტს ემატება სარეცხი საშუალება მემბრანების დასაშლელად და ზოგიერთი ცილის ინაქტივაციისთვის. ქრომოსომული დნმ-ის უმეტესი ნაწილი ამოღებულია მიღებული პრეპარატებიდან ჩვეულებრივი ცენტრიფუგირებით.

ქრომატოგრაფია ხშირად გამოიყენება სრული გაწმენდისთვის. თუ საჭიროა ძალიან საფუძვლიანი გაწმენდა, გამოიყენება მაღალი სიჩქარით CsCI სიმკვრივის გრადიენტური ცენტრიფუგაცია ეთიდიუმის ბრომიდის გამოყენებით. დარჩენილი ქრომოსომული დნმ ფრაგმენტირებული იქნება წრფივად, ხოლო პლაზმიდური დნმ დარჩება კოვალენტურად დახურული. ვინაიდან ეთიდიუმის ბრომიდი დნმ-ზე ნაკლებად მკვრივია, ცენტრიფუგის მილში ულტრაცენტრფუგაციის დროს ორი რგოლი „გადატრიალდება“ - პლაზმიდური დნმ და ქრომოსომული დნმ (სურ. 223). პლაზმური დნმ შეირჩევა შემდგომი მუშაობისთვის, ქრომოსომული დნმ განადგურდება.

თანამედროვე სამყაროში ძნელია იპოვოთ ადამიანი, რომელსაც არაფერი სმენია გენეტიკური ინჟინერიის წარმატებების შესახებ.

დღეს ეს არის ერთ-ერთი ყველაზე პერსპექტიული გზა ბიოტექნოლოგიების განვითარების, სოფლის მეურნეობის წარმოების, მედიცინისა და რიგი სხვა ინდუსტრიების გასაუმჯობესებლად.

რა არის გენეტიკური ინჟინერია?

მოგეხსენებათ, ნებისმიერი ცოცხალი არსების მემკვიდრეობითი მახასიათებლები ფიქსირდება სხეულის ყველა უჯრედში გენების ნაკრების სახით - რთული ცილის მოლეკულების ელემენტები. ცოცხალი არსების გენომში უცხო გენის შეყვანით შესაძლებელია წარმოქმნილი ორგანიზმის თვისებების შეცვლა და სწორი მიმართულებით: გახადოს მოსავალი ყინვისა და დაავადების მიმართ უფრო მდგრადი, მცენარისთვის ახალი თვისებების მინიჭება და ა.შ. .

ასეთი ცვლილების შედეგად მიღებულ ორგანიზმებს უწოდებენ გენმოდიფიცირებულს, ან ტრანსგენურს, ხოლო სამეცნიერო დისციპლინას, რომელიც მონაწილეობს ცვლილებების შესწავლასა და ტრანსგენური ტექნოლოგიების განვითარებაში, ეწოდება გენეტიკური ან გენეტიკური ინჟინერია.

გენეტიკური ინჟინერიის ობიექტები

მიკროორგანიზმები, მცენარეული უჯრედები და ქვედა ცხოველები გენეტიკური ინჟინერიის კვლევისთვის ყველაზე ხშირად გამოყენებული ობიექტებია; თუმცა, კვლევები ტარდება ძუძუმწოვრების უჯრედებზე და ადამიანის სხეულის უჯრედებზეც კი. როგორც წესი, კვლევის უშუალო ობიექტია დნმ-ის მოლეკულა, გაწმენდილი სხვა უჯრედული ნივთიერებებისგან. ფერმენტების დახმარებით დნმ იყოფა ცალკეულ სეგმენტებად და მნიშვნელოვანია სასურველი სეგმენტის ამოცნობა და გამოყოფა, ფერმენტების დახმარებით მისი გადატანა და სხვა დნმ-ის სტრუქტურაში ინტეგრირება.

თანამედროვე მეთოდები უკვე იძლევა გენომის სეგმენტების თავისუფლად მანიპულირებას, მემკვიდრეობითი ჯაჭვის სასურველი მონაკვეთის გამრავლებას და რეციპიენტის დნმ-ში სხვა ნუკლეოტიდის ჩასმას. დაგროვდა საკმაოდ დიდი გამოცდილება და შეგროვდა მნიშვნელოვანი ინფორმაცია მემკვიდრეობითი მექანიზმების სტრუქტურის ნიმუშებზე. როგორც წესი, სასოფლო-სამეურნეო მცენარეები ექვემდებარება ტრანსფორმაციას, რამაც უკვე მნიშვნელოვნად გაზარდა ძირითადი საკვები კულტურების პროდუქტიულობა.

რისთვის არის გენეტიკური ინჟინერია?

მეოცე საუკუნის შუა პერიოდისთვის, ტრადიციული მეთოდები აღარ ჯდება მეცნიერებს, რადგან ამ მიმართულებას აქვს მთელი რიგი სერიოზული შეზღუდვები:

• შეუძლებელია ცოცხალ არსებათა ერთმანეთთან დაკავშირებული სახეობების გადაკვეთა;
• გენეტიკური ნიშან-თვისებების რეკომბინაციის პროცესი რჩება უკონტროლო და შთამომავლობაში აუცილებელი თვისებები ჩნდება შემთხვევითი კომბინაციების შედეგად, ხოლო შთამომავლობის ძალიან დიდი პროცენტი აღიარებულია წარუმატებლად და უგულებელყოფილია შერჩევისას;
• გადაკვეთისას შეუძლებელია სასურველი თვისებების ზუსტად დაყენება;
• შერჩევის პროცესს წლები და ათწლეულებიც კი სჭირდება.

მემკვიდრეობითი თვისებების შენარჩუნების ბუნებრივი მექანიზმი უკიდურესად სტაბილურია და სასურველი თვისებების მქონე შთამომავლების გამოჩენაც კი არ იძლევა გარანტიას ამ თვისებების შემდგომ თაობებში.

გენეტიკური ინჟინერია გადალახავს ყველა ზემოთ ჩამოთვლილ სირთულეს. ტრანსგენური ტექნოლოგიების დახმარებით შესაძლებელია სასურველი თვისებების მქონე ორგანიზმების შექმნა გენომის გარკვეული ნაწილების სხვა სახეობებისგან აღებული ცოცხალი არსებებით ჩანაცვლებით. ამავდროულად, საგრძნობლად მცირდება ახალი ორგანიზმების შექმნის დრო. არ არის აუცილებელი სასურველი თვისებების დაფიქსირება, რაც მათ მემკვიდრეობითად აქცევს, რადგან ყოველთვის არის შემდეგი პარტიების გენეტიკურად მოდიფიცირების შესაძლებლობა, ფაქტიურად პროცესის ჩართვა.

ტრანსგენური ორგანიზმის შექმნის ეტაპები

1. სასურველი თვისებების მქონე იზოლირებული გენის იზოლაცია. დღეს ამისთვის საკმარისად საიმედო ტექნოლოგიებია, არის გენების სპეციალურად მომზადებული ბიბლიოთეკებიც კი.
2. გენის ჩასმა ვექტორში გადასატანად. ამისათვის იქმნება სპეციალური კონსტრუქცია - ტრანსგენი, დნმ-ის ერთი ან მეტი სეგმენტით და მარეგულირებელი ელემენტებით, რომელიც ინტეგრირებულია ვექტორულ გენომში და ექვემდებარება კლონირებას ლიგაზებისა და რესტრიტაზების გამოყენებით. როგორც ვექტორი, ჩვეულებრივ გამოიყენება წრიული ბაქტერიული დნმ - პლაზმიდები.
3. ვექტორის ჩანერგვა მიმღების სხეულში. ეს პროცესი კოპირებულია ვირუსის ან ბაქტერიის დნმ-ის მასპინძელ უჯრედებში შეყვანის მსგავსი ბუნებრივი პროცესიდან და მუშაობს იმავე გზით.
4. მოლეკულური კლონირება. ამავდროულად, მოდიფიცირებული უჯრედი წარმატებით იყოფა, წარმოიქმნება მრავალი ახალი შვილობილი უჯრედი, რომელიც შეიცავს შეცვლილ გენომს და სინთეზირებს ცილის მოლეკულებს სასურველი თვისებებით.
5. გმო შერჩევა. ბოლო ეტაპი არაფრით განსხვავდება ჩვეულებრივი შერჩევის სამუშაოსგან.

არის თუ არა გენეტიკური ინჟინერია უსაფრთხო?

კითხვა, რამდენად უსაფრთხოა ტრანსგენური ტექნოლოგიები, პერიოდულად ჩნდება როგორც სამეცნიერო საზოგადოებაში, ასევე მეცნიერებისგან შორს მყოფ მედიაში. ამაზე ცალსახა პასუხი ჯერ კიდევ არ არსებობს.

ჯერ ერთი, გენეტიკური ინჟინერია ჯერ კიდევ საკმაოდ ახალი მიმართულებაა ბიოტექნოლოგიაში და სტატისტიკა, რომელიც ამ პრობლემის შესახებ ობიექტური დასკვნების გამოტანის საშუალებას იძლევა, ჯერ კიდევ არ არის დაგროვილი.

მეორეც, მრავალეროვნული კვების კორპორაციების მიერ გენური ინჟინერიაში უზარმაზარი ინვესტიცია შეიძლება იყოს სერიოზული კვლევის არარსებობის დამატებითი მიზეზი.


თუმცა, მრავალი ქვეყნის კანონმდებლობაში არსებობს წესები, რომლებიც მწარმოებლებს ავალდებულებენ მიუთითონ გმო პროდუქტების არსებობა საკვები ჯგუფის პროდუქტების შეფუთვაზე. ნებისმიერ შემთხვევაში, გენური ინჟინერიამ უკვე აჩვენა თავისი ტექნოლოგიების მაღალი ეფექტურობა და მისი შემდგომი განვითარება ადამიანებს კიდევ უფრო მეტ წარმატებასა და მიღწევებს ჰპირდება.

.(წყარო: "ბიოლოგია. თანამედროვე ილუსტრირებული ენციკლოპედია." მთავარი რედაქტორი A.P. Gorkin; M.: Rosmen, 2006 წ.)

ნახეთ რა არის „გენეტიკური ინჟინერია“ სხვა ლექსიკონებში:

გენეტიკური ინჟინერია- მოლეკულური გენეტიკის ფილიალი, რომელიც დაკავშირებულია გენეტიკური მასალის (რეკომბინანტული დნმ) ახალი კომბინაციების მიზანმიმართულ შექმნასთან in vitro, რომელსაც შეუძლია მასპინძელ უჯრედში გამრავლება და ფუნქციონირება. წყარო… ნორმატიული და ტექნიკური დოკუმენტაციის ტერმინთა ლექსიკონი-საცნობარო წიგნი

იგივეა რაც გენეტიკური ინჟინერია... დიდი ენციკლოპედიური ლექსიკონი

გენეტიკური ინჟინერიის საქმიანობის სფეროში სახელმწიფო რეგულირების შესახებ ფედერალური კანონის 1996 წლის 5 ივნისის დეფინიციის მიხედვით, ტექნიკის, მეთოდებისა და ტექნოლოგიების ნაკრები, მ.შ. რეკომბინანტული რიბონუკლეინის და დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავების მიღების ტექნოლოგიები, მიხედვით ... სამართლის ლექსიკონი

გენეტიკური ინჟინერია, სასურველი გენით დნმ-ის მოლეკულის (დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა) შექმნის ტექნიკა, რომელიც შემდეგ შეჰყავთ ბაქტერიის, სოკოს (საფუარი), მცენარის ან ძუძუმწოვრის უჯრედში ისე, რომ იგი გამოიმუშავებს სასურველ ცილას. მეთოდოლოგია...... სამეცნიერო და ტექნიკური ენციკლოპედიური ლექსიკონი

გენეტიკის ფილიალი, რომელიც ავითარებს NC-ებით მანიპულირების ტექნიკას და იყენებს ამ მეთოდებს გენეტიკური კვლევისა და შერეული გენომის მქონე ორგანიზმების წარმოებისთვის, მათ შორის მედიცინისა და ეროვნული ეკონომიკისთვის სასარგებლო. (წყარო: "ტერმინების ლექსიკონი ... ... მიკრობიოლოგიის ლექსიკონი

გენეტიკური ინჟინერია- მეთოდებისა და ტექნოლოგიების ერთობლიობა, მათ შორის ტექნოლოგიები რეკომბინანტული რიბონუკლეინის და დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავების მისაღებად, გენების ორგანიზმიდან გამოყოფისთვის, გენების მანიპულირებისთვის და სხვა ორგანიზმებში მათი შეყვანისთვის; ... წყარო ... ოფიციალური ტერმინოლოგია

გენეტიკური ინჟინერია- — ბიოტექნოლოგიის თემები EN ბიომოლეკულური ინჟინერია… ტექნიკური მთარგმნელის სახელმძღვანელო

გენეტიკური ინჟინერია- ტექნიკის, მეთოდებისა და ტექნოლოგიების ნაკრები, მ.შ. ტექნოლოგიები რეკომბინანტული რიბონუკლეინის (რნმ) და დეზოქსირიბონუკლეინის (დნმ) მჟავების მისაღებად, ორგანიზმიდან გენების იზოლირებისთვის, გენების მანიპულირებისთვის და სხვებში მათი შეყვანისთვის ... ... იურიდიული ენციკლოპედია

ტერმინი გენეტიკური ინჟინერია ინგლისური ტერმინი გენეტიკური ინჟინერია სინონიმები გენეტიკური ინჟინერია აბრევიატურები დაკავშირებული ტერმინები გენის მიწოდება, ბიოინჟინერია, ბიოლოგიური ძრავები, გენომი, დნმ, რნმ, ოლიგონუკლეოტიდი, პლაზმიდი, ფერმენტი, გენური თერაპია… ნანოტექნოლოგიის ენციკლოპედიური ლექსიკონი

იგივეა, რაც გენეტიკური ინჟინერია. * * * გენური ინჟინერია გენეტიკური ინჟინერია, იგივეა, რაც გენეტიკური ინჟინერია (იხ. გენეტიკური ინჟინერია)… ენციკლოპედიური ლექსიკონი

გენეტიკური ინჟინერია- გენის ინჟინერია რეკომბინანტული დნმ-ის გენეტიკური ინჟინერიის ტექნოლოგია. ცვლილება ქრომოსომული მასალის ბიოქიმიური და გენეტიკური მეთოდების გამოყენებით - უჯრედების ძირითადი მემკვიდრეობითი ნივთიერება. ქრომოსომული მასალა შედგება... ნანოტექნოლოგიის ინგლისურ-რუსული განმარტებითი ლექსიკონი. - მ.

წიგნები

• გენეტიკური ინჟინერია ბიოტექნოლოგიაში. სახელმძღვანელო, ჟურავლევა გალინა ანატოლიევნა. სახელმძღვანელო „გენური ინჟინერია ბიოტექნოლოგიაში“ მომზადდა უმაღლესი პროფესიული განათლების ფედერალური სახელმწიფო საგანმანათლებლო სტანდარტის შესაბამისად სპეციალობაში 020400 „ბიოლოგია“ და ეფუძნება ბიოლოგიის ფაკულტეტზე 10 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში წაკითხულ ლექციებს.

რუსეთის ფედერაციის სოფლის მეურნეობის სამინისტრო

FGOU VPO "ურალის სახელმწიფო სასოფლო-სამეურნეო აკადემია"

დისციპლინაში "ვეტერინარული გენეტიკა"

თემაზე: "გენეტიკური ინჟინერია - აწმყო და მომავალი"

Შესრულებული:

FVM სტუდენტი

2 კურსი 2 ჯგუფი 3 პ/ჯგუფი

შმაკოვა თ.ს.

შემოწმებულია:

ეროფეევა ლ.ფ.

ეკატერინბურგი 2008 წ

შესავალი

1. გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდები

2. მიღწევები გენური ინჟინერიაში

3. გენეტიკური ინჟინერია: დადებითი და უარყოფითი მხარეები

4. გენეტიკური ინჟინერიის პერსპექტივები

გამოყენებული ლიტერატურის სია

შესავალი

გენეტიკური ინჟინერია- ტექნიკის, მეთოდებისა და ტექნოლოგიების ერთობლიობა რეკომბინანტული რნმ-ისა და დნმ-ის მისაღებად, ორგანიზმიდან (უჯრედებიდან) გენების იზოლირებისთვის, გენების მანიპულირებისთვის და სხვა ორგანიზმებში მათი შეყვანისთვის. გენეტიკური ინჟინერია ემსახურება მოდიფიცირებული ორგანიზმის სასურველი თვისებების მიღებას.

გენეტიკური ინჟინერიაარ არის მეცნიერება ფართო გაგებით, მაგრამ არის ბიოტექნოლოგიის ინსტრუმენტი, რომელიც იყენებს კვლევებს ისეთი ბიოლოგიური მეცნიერებებიდან, როგორიცაა მოლეკულური ბიოლოგია, ციტოლოგია, გენეტიკა, მიკრობიოლოგია. ყველაზე გასაოცარი მოვლენა, რომელმაც ყველაზე მეტი ყურადღება მიიპყრო და მის შედეგებში ძალიან მნიშვნელოვანი იყო, იყო აღმოჩენების სერია, რომლის შედეგადაც შეიქმნა ცოცხალი ორგანიზმების მემკვიდრეობის კონტროლის მეთოდები, უფრო მეტიც, კონტროლი ა.შ. ცოცხალი უჯრედი - მის გენეტიკურ აპარატში.

ბიოქიმიის, მოლეკულური ბიოლოგიისა და გენეტიკის ჩვენი ცოდნის ამჟამინდელი დონე საშუალებას გვაძლევს იმედი ვიქონიოთ ახალი ბიოტექნოლოგიის წარმატებულ განვითარებაზე - გენეტიკური ინჟინერია, ე.ი. მეთოდების ერთობლიობა, რომელიც საშუალებას იძლევა ტესტ მილში ოპერაციების მეშვეობით გადაიტანოს გენეტიკური ინფორმაცია ერთი ორგანიზმიდან მეორეზე. გენის გადაცემა შესაძლებელს ხდის სახეობათაშორისი ბარიერების გადალახვას და ერთი ორგანიზმის ცალკეული მემკვიდრეობითი თვისებების მეორეზე გადატანას. გენეტიკური ინჟინერიის მიზანი არ არის მითების რეალობად გადაქცევა, არამედ უჯრედების (პირველ რიგში ბაქტერიული) მიღება, რომლებსაც შეუძლიათ წარმოქმნან ზოგიერთი "ადამიანის" ცილები ინდუსტრიული მასშტაბით.

1. გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდები

გენეტიკური ინჟინერიის ყველაზე გავრცელებული მეთოდია რეკომბინანტის მიღების მეთოდი, ე.ი. შეიცავს უცხო გენს, პლაზმიდებს. პლაზმიდები არის წრიული ორჯაჭვიანი დნმ-ის მოლეკულები, რომლებიც შედგება რამდენიმე წყვილი ნუკლეოტიდისგან. პლაზმიდები არის ავტონომიური გენეტიკური ელემენტები, რომლებიც მრავლდებიან (ანუ მრავლდებიან) ბაქტერიულ უჯრედში დნმ-ის მთავარი მოლეკულისგან განსხვავებულ დროს. მიუხედავად იმისა, რომ პლაზმიდები ქმნიან უჯრედული დნმ-ის მხოლოდ მცირე ნაწილს, ისინი ატარებენ ისეთი სასიცოცხლო მნიშვნელობის გენებს ბაქტერიებისთვის, როგორიცაა წამლების წინააღმდეგობის გენები. სხვადასხვა პლაზმიდები შეიცავს სხვადასხვა ანტიბაქტერიული წამლის წინააღმდეგობის გენებს.

ამ პრეპარატების უმეტესობა - ანტიბიოტიკები გამოიყენება როგორც წამალი ადამიანებში და შინაურ ცხოველებში რიგი დაავადებების სამკურნალოდ. ბაქტერია, რომელსაც აქვს სხვადასხვა პლაზმიდები, იძენს მდგრადობას სხვადასხვა ანტიბიოტიკების, მძიმე მეტალების მარილების მიმართ. როდესაც გარკვეული ანტიბიოტიკი ექვემდებარება ბაქტერიულ უჯრედებს, პლაზმიდები, რომლებიც მის მიმართ რეზისტენტობას ანიჭებენ, სწრაფად ვრცელდებიან ბაქტერიებს შორის და ინარჩუნებენ მათ სიცოცხლეს. პლაზმიდების სიმარტივე და ბაქტერიებში მათი შეღწევის სიმარტივე გენეტიკური ინჟინრების მიერ გამოიყენება უმაღლესი ორგანიზმების გენების ბაქტერიულ უჯრედებში შესაყვანად.

შეზღუდვის ენდონუკლეაზები, ან შეზღუდვის ფერმენტები, გენეტიკური ინჟინერიის მძლავრი იარაღებია. შეზღუდვა სიტყვასიტყვით ნიშნავს "შეზღუდვას". ბაქტერიული უჯრედები აწარმოებენ შემზღუდველ ფერმენტებს უცხო, ძირითადად ფაგის დნმ-ის განადგურების მიზნით, რაც აუცილებელია ვირუსული ინფექციის შესაზღუდად. შემზღუდველი ფერმენტები ცნობენ გარკვეულ ნუკლეოტიდურ თანმიმდევრობებს და ახდენენ სიმეტრიულ, ირიბად განლაგებულ რღვევებს დნმ-ის ჯაჭვებში, ამოცნობის ადგილის ცენტრიდან თანაბარ მანძილზე. შედეგად, შეზღუდული დნმ-ის თითოეული ფრაგმენტის ბოლოებზე წარმოიქმნება მოკლე ერთჯაჭვიანი „კუდები“ (ასევე უწოდებენ „წებოვან“ ბოლოებს).

ბაქტერიების მიღების მთელი პროცესი, რომელსაც ეწოდება კლონირება, შედგება თანმიმდევრული ეტაპებისგან:

1. შეზღუდვა - ადამიანის დნმ-ის დაჭრა შემაკავებელი ფერმენტით მრავალ სხვადასხვა ფრაგმენტად, მაგრამ ერთი და იგივე „წებოვანი“ ბოლოებით. იგივე ბოლოები მიიღება პლაზმიდური დნმ-ის ჭრით იმავე შეზღუდვის ფერმენტით.

2. ლიგიტაცია – ადამიანის დნმ-ის ფრაგმენტების ჩართვა პლაზმიდებში ფერმენტ ლიგაზას მიერ „წებოვანი ბოლოების ჯვარედინი კავშირის“ გამო.

3. ტრანსფორმაცია - რეკომბინანტული პლაზმიდების შეყვანა სპეციალურად დამუშავებულ ბაქტერიულ უჯრედებში - ისე, რომ ისინი მცირე ხნით გახდნენ გამტარი მაკრომოლეკულებისთვის. თუმცა, პლაზმიდები აღწევენ დამუშავებული ბაქტერიების მხოლოდ ნაწილს. გარდაქმნილი ბაქტერია პლაზმიდთან ერთად იძენს წინააღმდეგობას კონკრეტული ანტიბიოტიკის მიმართ. ეს საშუალებას აძლევს მათ განცალკევდნენ არატრანსფორმირებული ბაქტერიებისგან, რომლებიც კვდებიან ამ ანტიბიოტიკის შემცველ გარემოზე. ამისათვის ბაქტერიებს ითესება მკვებავი გარემოზე, რომელიც მანამდე განზავებულია ისე, რომ გაცრის დროს უჯრედები საკმაოდ დაშორებული იყოს ერთმანეთისგან. თითოეული ტრანსფორმირებული ბაქტერია მრავლდება და ქმნის მრავალათასიანი შთამომავლების კოლონიას – კლონს.

4. სკრინინგი - შერჩევა იმ ბაქტერიების კლონებს შორის, რომლებიც ატარებენ სასურველ ადამიანურ გენს. ამისათვის ყველა ბაქტერიული კოლონია დაფარულია სპეციალური ფილტრით. როდესაც ის ამოღებულია, ის ტოვებს კოლონიის ანაბეჭდს, რადგან თითოეული კლონიდან ზოგიერთი უჯრედი ეკვრის ფილტრს. შემდეგ ტარდება მოლეკულური ჰიბრიდიზაცია. ფილტრები ჩაეფლო ხსნარში რადიოაქტიურად მარკირებული ზონდით. ზონდი არის სასურველი გენის დამატებითი ნაწილის პოლინუკლეოტიდი. ის ჰიბრიდდება მხოლოდ იმ რეკომბინანტულ პლაზმიდებთან, რომლებიც შეიცავს სასურველ გენს. ჰიბრიდიზაციის შემდეგ, რენტგენის ფილმი გამოიყენება ფილტრზე სიბნელეში და ვითარდება რამდენიმე საათის შემდეგ. ფილაზე განათებული უბნების მდებარეობა შესაძლებელს ხდის გარდაქმნილი ბაქტერიების მრავალ კლონს შორის იპოვოთ ის, ვისაც აქვს სასურველი გენის პლაზმიდები.

ყოველთვის არ არის შესაძლებელი სასურველი გენის ამოკვეთა საზღვრების გამოყენებით. ამიტომ, ზოგიერთ შემთხვევაში, კლონირების პროცესი იწყება სასურველი გენის მიზნობრივი წარმოებით. ამისათვის mRNA, რომელიც ამ გენის ტრანსკრიპციული ასლია, იზოლირებულია ადამიანის უჯრედებიდან და ფერმენტის საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას დახმარებით, სინთეზირებულია მისი დამატებითი დნმ-ის ჯაჭვი. შემდეგ mRNA, რომელიც დნმ-ის სინთეზის შაბლონს ემსახურებოდა, ნადგურდება სპეციალური ფერმენტის მიერ, რომელსაც შეუძლია დნმ-ის ჯაჭვთან დაწყვილებული რნმ-ის ჯაჭვის ჰიდროლიზირება. დარჩენილი დნმ ჯაჭვი ემსახურება როგორც შაბლონს სინთეზისთვის საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას მიერ, რომელიც ავსებს მეორე დნმ-ის ჯაჭვს.

მიღებულ დნმ-ის ორმაგ სპირალს ეწოდება cDNA (დამატებითი დნმ). ის შეესაბამება გენს, საიდანაც mRNA წაიკითხეს და შეიყვანეს საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას სისტემაში. ასეთი c-დნმ ჩასმულია პლაზმიდში, რომელიც გამოიყენება ბაქტერიების ტრანსფორმირებისთვის და მხოლოდ შერჩეული ადამიანის გენების შემცველი კლონების მისაღებად.

გენის გადაცემის განსახორციელებლად, თქვენ უნდა შეასრულოთ შემდეგი ოპერაციები:

· ბაქტერიების, ცხოველების ან მცენარეების უჯრედებიდან იზოლაცია იმ გენების, რომლებიც დაგეგმილია გადასატანად.

· სპეციალური გენეტიკური კონსტრუქციების შექმნა, რომლებშიც განკუთვნილი გენები სხვა სახეობის გენომში იქნება შეყვანილი.

· გენეტიკური კონსტრუქციების შეყვანა ჯერ უჯრედში, შემდეგ კი სხვა სახეობის გენომში და შეცვლილი უჯრედების კულტივირება მთლიან ორგანიზმებში.

2. მიღწევები გენური ინჟინერიაში

გენეტიკური ინჟინერიის ბიოტექნოლოგიის მემკვიდრეობა

ახლა მათ უკვე იციან გენების სინთეზირება და ბაქტერიებში შეყვანილი ასეთი სინთეზირებული გენების დახმარებით მიიღება მთელი რიგი ნივთიერებები, კერძოდ, ჰორმონები და ინტერფერონი. მათი წარმოება ბიოტექნოლოგიის მნიშვნელოვან დარგს წარმოადგენდა.

ასე რომ, 1980 წელს ბაქტერია Escherichia coli-სგან მიიღეს ზრდის ჰორმონი - სომატოტროპინი. გენეტიკური ინჟინერიის განვითარებამდე იგი იზოლირებული იყო ჰიპოფიზის ჯირკვლებისგან გვამებისგან. სპეციალურად შემუშავებულ ბაქტერიულ უჯრედებში სინთეზირებულ სომატოტროპინს აქვს აშკარა უპირატესობები: ის ხელმისაწვდომია დიდი რაოდენობით, მისი პრეპარატები ბიოქიმიურად სუფთაა და თავისუფალი ვირუსული დაბინძურებისგან.

1982 წელს, ჰორმონის ინსულინის წარმოება დაიწყო სამრეწველო მასშტაბით, ადამიანის ინსულინის გენის შემცველი ბაქტერიებისგან. ამ დრომდე ინსულინი იზოლირებული იყო დაკლული ძროხებისა და ღორების პანკრეასიდან, რაც რთული და ძვირია.

ინტერფერონი, ორგანიზმის მიერ ვირუსული ინფექციის საპასუხოდ სინთეზირებული ცილა, ახლა შესწავლილია, როგორც კიბოსა და შიდსის შესაძლო სამკურნალო საშუალება. ათასობით ლიტრი ადამიანის სისხლი დასჭირდება იმ რაოდენობის ინტერფერონის წარმოქმნას, რომელსაც მხოლოდ ერთი ლიტრი ბაქტერიული კულტურა გამოიმუშავებს. ნათელია, რომ ამ ნივთიერების მასობრივი წარმოებიდან მიღებული მოგება ძალიან დიდია. ასევე ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მიკრობიოლოგიური სინთეზით მიღებული ინსულინი, რომელიც აუცილებელია დიაბეტის სამკურნალოდ. რიგი ვაქცინები ასევე გენეტიკური ინჟინერიით იქნა დამუშავებული და მიმდინარეობს ტესტირება ადამიანის იმუნოდეფიციტის ვირუსის (აივ) წინააღმდეგ მათი ეფექტურობის შესამოწმებლად, რომელიც იწვევს შიდსს.

კიდევ ერთი პერსპექტიული სფერო მედიცინაში, რომელიც დაკავშირებულია რეკომბინანტულ დნმ-თან არის გენური თერაპია. ამ ნამუშევრებში, რომლებსაც ჯერ კიდევ არ დაუტოვებიათ ექსპერიმენტული ეტაპი, სხეულში შეჰყავთ ძლიერი ანტისიმსივნური ფერმენტის კოდირებული გენის ასლი სიმსივნის წინააღმდეგ საბრძოლველად. ასევე დაიწყო გენური თერაპიის გამოყენება იმუნურ სისტემაში მემკვიდრეობითი დარღვევების წინააღმდეგ საბრძოლველად.

სოფლის მეურნეობამ მიაღწია წარმატებას ათობით საკვები და საკვები კულტურების გენეტიკურად მოდიფიცირებაში. მეცხოველეობაში ბიოტექნოლოგიურად წარმოებული ზრდის ჰორმონის გამოყენებამ გაზარდა რძის მოსავლიანობა; გენმოდიფიცირებული ვირუსის გამოყენებით შეიქმნა ღორებში ჰერპესის საწინააღმდეგო ვაქცინა.

3. გენეტიკური ინჟინერია: დადებითი და უარყოფითი მხარეები

გენეტიკური კვლევისა და ექსპერიმენტების აშკარა სარგებელის მიუხედავად, თავად „გენეტიკური ინჟინერიის“ კონცეფციამ წარმოშვა სხვადასხვა ეჭვები და შიშები, გახდა შეშფოთების საგანი და პოლიტიკური დაპირისპირებაც კი. ბევრი შიშობს, რომ, მაგალითად, ადამიანებში კიბოს გამომწვევი ზოგიერთი ვირუსი მოხვდება ბაქტერიაში, რომელიც ჩვეულებრივ ცხოვრობს ადამიანის სხეულში ან კანზე და შემდეგ ეს ბაქტერია გამოიწვევს კიბოს. ასევე შესაძლებელია, რომ პლაზმიდი, რომელიც ატარებს წამლისადმი რეზისტენტობის გენს, შეყვანილი იქნება პნევმოკოკში, რის შედეგადაც პნევმოკოკი გახდება რეზისტენტული ანტიბიოტიკების მიმართ და პნევმონია განუკურნებელია. ასეთი საფრთხეები, რა თქმა უნდა, არსებობს.

გენეტიკური ინჟინერია სიცოცხლის შესაცვლელად მძლავრი გზაა, მაგრამ მისი პოტენციალი შეიძლება საშიში იყოს და პირველ რიგში აუცილებელია გარემოზე შესაძლო ზემოქმედებასთან დაკავშირებული რთული და ძნელად პროგნოზირებადი ეფექტების გათვალისწინება. წარმოიდგინეთ რაიმე სახის შხამი, რომლის წარმოება უფრო იაფია, ვიდრე რთული სელექციური ჰერბიციდები, მაგრამ რომელიც არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას სასოფლო-სამეურნეო ტექნოლოგიაში, რადგან ის კლავს როგორც სასარგებლო მცენარეებს, ასევე სარეველებს. ახლა წარმოიდგინეთ, რომ, ვთქვათ, ხორბალში შეიყვანეს გენი, რომელიც მას ამ შხამის მიმართ გამძლეს ხდის. ფერმერებს, რომლებიც თავიანთ მინდვრებს ტრანსგენური ხორბლით თესავს, შეუძლიათ დაუსჯელად დააბინძურონ ისინი მომაკვდინებელი შხამით, გაზარდონ შემოსავალი, მაგრამ გამოუსწორებელი ზიანი მიაყენონ გარემოს. მეორეს მხრივ, გენეტიკოსებს შეუძლიათ საპირისპირო ეფექტის მიღწევა, თუ ისინი განავითარებენ მოსავალს, რომელსაც არ სჭირდება ჰერბიციდები.

გენური ინჟინერია კაცობრიობას უნიკალური გამოწვევის წინაშე აყენებს. რა მოაქვს გენური ინჟინერიას, ბედნიერებას თუ უბედურებას? გენმოდიფიცირებული პროდუქტების ადამიანის ჯანმრთელობისთვის შესაძლო საფრთხის შესახებ უკვე მთელი მსოფლიო საყვირებს. ამ საკითხზე მეცნიერთა ცალსახა და ერთსულოვანი აზრი არ არსებობს. ზოგს მიაჩნია, რომ გენეტიკური ინჟინერია კაცობრიობას შიმშილისგან გადაარჩენს, ზოგს მიაჩნია, რომ გენმოდიფიცირებული პროდუქტები ადამიანთან ერთად დედამიწაზე მთელ სიცოცხლეს გაანადგურებს. ამაში მონაწილე მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ გენმოდიფიცირებული მცენარეები უფრო პროდუქტიული, პესტიციდების მიმართ უფრო მდგრადია, ეკონომიკურად უფრო მომგებიანი, ვიდრე ჩვეულებრივი. ამიტომ ისინი მომავალია. თუმცა, ექსპერტები, რომლებიც არ არიან დაკავშირებული ამ პროდუქტის მწარმოებლებთან, შორს არიან ოპტიმისტურად განწყობილნი.

ამჟამად შეუძლებელია იმის პროგნოზირება, თუ რა გრძელვადიანი შედეგები შეიძლება მოხდეს გენმოდიფიცირებული პროდუქტების მოხმარების შედეგად. შედარებით მშვიდი დამოკიდებულება გენმოდიფიცირებული პროდუქტების მიმართ (გენმოდიფიცირებული) - შეერთებულ შტატებში, სადაც დღეს მოყვანილია ყველა გენეტიკური კულტურების დაახლოებით 80 პროცენტი. ევროპა უკიდურესად უარყოფითად არის განწყობილი ამაზე. საზოგადოებისა და მომხმარებელთა ორგანიზაციების ზეწოლის ქვეშ, რომლებსაც სურთ იცოდნენ რას ჭამენ, ზოგიერთ ქვეყანაში (ავსტრია, საფრანგეთი, საბერძნეთი, დიდი ბრიტანეთი, ლუქსემბურგი) ასეთი პროდუქტების იმპორტზე მორატორიუმი შემოიღეს.

სხვებმა მიიღეს მკაცრი მოთხოვნა გენმოდიფიცირებული საკვების ეტიკეტირების შესახებ, რაც, რა თქმა უნდა, ძალიან არ მოსწონდათ მომწოდებლებს. 2000 წლის 1 ივლისს რუსეთში აიკრძალა გენმოდიფიცირებული პროდუქტების გაყიდვა შეფუთვაზე სპეციალური გამაფრთხილებელი ეტიკეტის გარეშე. ერთ-ერთი პირველი მეცნიერი, რომელმაც განგაში გააჟღერა გენმოდიფიცირებული საკვების პოტენციური საფრთხის შესახებ, იყო ბრიტანელი პროფესორი არპად პუშტაი. მან მათ "ზომბის საჭმელი" უწოდა. ამგვარმა დასკვნებმა შესაძლებელი გახადა გენეტიკურად მოდიფიცირებული საკვებით იკვებებულ ვირთხებზე ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგების გამოტანა. ცხოველებს განუვითარდათ მთელი რიგი სერიოზული ცვლილებები კუჭ-ნაწლავის ტრაქტში, ღვიძლში, ჩიყვსა და ელენთაში. ყველაზე შემაშფოთებელი იყო ის ფაქტი, რომ ვირთხებს ტვინის მოცულობა ჰქონდათ შემცირებული.

მეცნიერები თვლიან, რომ გენმოდიფიცირებული მცენარეების დახმარებით მოსავლის დანაკარგების შემცირება შესაძლებელია. დღეს რუსეთში სრულდება კოლორადოს ხოჭოს მიმართ რეზისტენტული ამერიკული კარტოფილის ტესტირება. არ არის გამორიცხული, რომ მისი სამრეწველო წარმოების ნებართვა მიმდინარე წელს მოხდეს. ასეთ ჯიშებს აქვთ ერთი მნიშვნელოვანი "მაგრამ". როდესაც მცენარე მიიღება მკვეთრად გაზრდილი გამძლეობით რომელიმე მავნებლის მიმართ, ორ-სამ თაობაში ეს მავნებელი მოერგება მცენარეს და კიდევ უფრო ძლიერად შთანთქავს მას. ამიტომ, რეზისტენტულმა კარტოფილმა შეიძლება გამოიწვიოს ინვაზიური მავნებლები, რომლებსაც მსოფლიო ჯერ არ შეხვედრია.

4. გენეტიკური ინჟინერიის პერსპექტივები

გენეტიკოსებისთვის ნამდვილი აღმოჩენა იყო ქარვა, ნამარხი ხის ფისი. პრეისტორიულ ხანაში მასში ხშირად იყინებოდა მწერები, მტვერი, სოკოს სპორები და მცენარეების ნარჩენები. მდინარის ფისი ჰერმეტულად მოეხვია მის ტყვეებს და ბიოლოგიური მასალა, უსაფრთხო და საღი, თანამედროვე მკვლევარებს ელოდათ. 1990 წელს კი კალიფორნიის უნივერსიტეტის ჯორჯ ო. პოინარმა სენსაციური აღმოჩენა გააკეთა. 40 მილიონი წლის წინ ქარვაში ჩარჩენილი ტერმიტების შესწავლით მან კარგად შენახული გენეტიკური ინფორმაცია აღმოაჩინა. მოგვიანებით, პოინარმა შეძლო ქარვისგან 120 მილიონი წლის წინ მცხოვრები ვერცხლის დნმ-ის გამოყოფა! ახლა ბევრი მეცნიერი მუშაობს დინოზავრების, უძველესი პანგოლინების, მამონტების გაცოცხლებაზე. და ეს უკვე აღარ ჰგავს ფანტაზიას, როგორც ეს სულ რამდენიმე წლის წინ იყო. თუმცა, მეცნიერები არ აპირებენ ცხოველთა აღდგომაზე გაჩერებას. თუ თქვენ შეგიძლიათ მათი აღორძინება, მაშინ იგივე შეიძლება გაკეთდეს ადამიანებთან მიმართებაში.

მეცნიერების განვითარება გვაძლევს როგორც კარგის, ასევე ცუდის პოტენციალს. ამიტომ, მნიშვნელოვანია, რომ სწორი არჩევანი გავაკეთოთ. მთავარი სირთულე პოლიტიკური ხასიათისაა – კითხვა, ვინ ვართ „ჩვენ“ ამ წინადადებაში. თუ ეს საკითხი ბაზრის ელემენტის წყალობაზე დარჩება, სავარაუდოდ დაზარალდება გრძელვადიანი გარემოსდაცვითი ინტერესები. მაგრამ იგივე შეიძლება ითქვას ცხოვრების ბევრ სხვა ასპექტზე.

გამოყენებული ლიტერატურის სია

1. ნეიმან ბ.ია. მიკრობული ინდუსტრია. – ცოდნა, 1983 წ.

2. რუვინსკი ა.ო. ზოგადი ბიოლოგია. – განმანათლებლობა, 1994 წ.

3. ჩებიშევი ნ.ვ. ბიოლოგია. − ახალი ტალღა, 2005 წ.

ენციკლოპედიური YouTube

• 1 / 5

  გენეტიკური ინჟინერია ემსახურება მოდიფიცირებული ან გენმოდიფიცირებული ორგანიზმის სასურველი თვისებების მიღებას. ტრადიციული მეცხოველეობისგან განსხვავებით, რომლის დროსაც გენოტიპი მხოლოდ ირიბად იცვლება, გენეტიკური ინჟინერია საშუალებას გაძლევთ უშუალოდ ჩაერიოთ გენეტიკურ აპარატში მოლეკულური კლონირების ტექნიკის გამოყენებით. გენეტიკური ინჟინერიის გამოყენების მაგალითებია კულტურების ახალი გენმოდიფიცირებული ჯიშების წარმოება, ადამიანის ინსულინის წარმოება გენმოდიფიცირებული ბაქტერიების გამოყენებით, ერითროპოეტინის წარმოება უჯრედულ კულტურაში ან ექსპერიმენტული თაგვების ახალი ჯიშები სამეცნიერო კვლევისთვის.

  მიკრობიოლოგიური, ბიოსინთეზური ინდუსტრიის საფუძველია ბაქტერიული უჯრედი. სამრეწველო წარმოებისთვის საჭირო უჯრედები შეირჩევა გარკვეული კრიტერიუმების მიხედვით, რომელთაგან უმთავრესი არის გარკვეული ნაერთის - ამინომჟავის ან ანტიბიოტიკის, სტეროიდული ჰორმონის ან ორგანული მჟავის წარმოქმნის, სინთეზის უნარი, მაქსიმალური შესაძლო რაოდენობით. . ზოგჯერ საჭიროა ისეთი მიკროორგანიზმის არსებობა, რომელსაც შეუძლია, მაგალითად, გამოიყენოს ზეთი ან ჩამდინარე წყალი, როგორც „საკვები“ და გადაამუშაოს ისინი ბიომასად ან თუნდაც ცილად, რომელიც შესაფერისია საკვების დანამატებისთვის. ზოგჯერ საჭიროა ორგანიზმები, რომლებიც შეიძლება გაიზარდონ ამაღლებულ ტემპერატურაზე ან სხვა სახის მიკროორგანიზმებისთვის უდავოდ სასიკვდილო ნივთიერებების თანდასწრებით.

  ასეთი სამრეწველო შტამების მოპოვების ამოცანა ძალიან მნიშვნელოვანია, მათი მოდიფიკაციისა და შერჩევისთვის შემუშავებულია უჯრედზე აქტიური გავლენის მრავალი მეთოდი - ძლიერი შხამებით დამუშავებიდან რადიოაქტიურ დასხივებამდე. ამ ტექნიკის დანიშნულება იგივეა - უჯრედის მემკვიდრეობითი, გენეტიკური აპარატის ცვლილების მიღწევა. მათი შედეგია მრავალი მუტანტის მიკრობების წარმოება, რომელთაგან ასობით და ათასობით მეცნიერები ცდილობენ აირჩიონ ყველაზე შესაფერისი კონკრეტული მიზნისთვის. ქიმიური ან რადიაციული მუტაგენეზის ტექნიკის შექმნა იყო გამორჩეული მიღწევა ბიოლოგიაში და ფართოდ გამოიყენება თანამედროვე ბიოტექნოლოგიაში.

  მაგრამ მათი შესაძლებლობები შეზღუდულია თავად მიკროორგანიზმების ბუნებით. მათ არ შეუძლიათ მცენარეებში დაგროვილი მთელი რიგი ღირებული ნივთიერებების სინთეზირება, პირველ რიგში სამკურნალო და ეთერზეთები. მათ არ შეუძლიათ ცხოველებისა და ადამიანების სიცოცხლისთვის ძალიან მნიშვნელოვანი ნივთიერებების სინთეზირება, მრავალი ფერმენტი, პეპტიდური ჰორმონი, იმუნური ცილები, ინტერფერონები და მრავალი სხვა უბრალოდ მოწყობილი ნაერთები, რომლებიც სინთეზირდება ცხოველებში და ადამიანებში. რა თქმა უნდა, მიკროორგანიზმების შესაძლებლობები შორს არის ამოწურვისაგან. მიკროორგანიზმების სიმრავლიდან მხოლოდ მცირე ნაწილი იქნა გამოყენებული მეცნიერების და განსაკუთრებით მრეწველობის მიერ. მიკროორგანიზმების შერჩევის მიზნებისთვის დიდი ინტერესია, მაგალითად, ანაერობული ბაქტერიები, რომლებსაც შეუძლიათ იცხოვრონ ჟანგბადის არარსებობის პირობებში, ფოტოტროფები, რომლებიც იყენებენ სინათლის ენერგიას, როგორიცაა მცენარეები, ქიმიოავტოტროფები, თერმოფილური ბაქტერიები, რომლებსაც შეუძლიათ იცხოვრონ ტემპერატურაზე, როგორც ეს ახლახან აღმოაჩინეს. დაახლოებით 110 ° C და ა.შ.

  და მაინც აშკარაა „ბუნებრივი მასალის“ შეზღუდვები. ისინი ცდილობდნენ და ცდილობენ თავიდან აიცილონ შეზღუდვები უჯრედული კულტურების და მცენარეებისა და ცხოველების ქსოვილების დახმარებით. ეს არის ძალიან მნიშვნელოვანი და პერსპექტიული გზა, რომელიც ასევე დანერგილია ბიოტექნოლოგიაში. ბოლო რამდენიმე ათწლეულის განმავლობაში მეცნიერებმა შეიმუშავეს მეთოდები, რომლითაც მცენარეული ან ცხოველური ქსოვილის ცალკეული უჯრედები შეიძლება გაიზარდოს და გამრავლდეს სხეულისგან დამოუკიდებლად, ბაქტერიული უჯრედების მსგავსად. ეს მნიშვნელოვანი მიღწევა იყო - შედეგად მიღებული უჯრედული კულტურები გამოიყენება ექსპერიმენტებისთვის და გარკვეული ნივთიერებების სამრეწველო წარმოებისთვის, რომელთა მიღებაც შეუძლებელია ბაქტერიული კულტურების გამოყენებით.

  კვლევის კიდევ ერთი მიმართულებაა დნმ-დან იმ გენების ამოღება, რომლებიც არასაჭიროა ცილების კოდირებისთვის და ორგანიზმების ფუნქციონირებისთვის და ამ დნმ-ზე დაფუძნებული ხელოვნური ორგანიზმების შექმნა გენების „შეკვეცილი ნაკრებით“. ეს შესაძლებელს ხდის მკვეთრად გაზარდოს მოდიფიცირებული ორგანიზმების წინააღმდეგობა ვირუსების მიმართ.

  განვითარების ისტორია და ტექნოლოგიის მიღწეული დონე

  მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში გაკეთდა რამდენიმე მნიშვნელოვანი აღმოჩენა და გამოგონება გენეტიკური ინჟინერია. გენებში „ჩაწერილი“ ბიოლოგიური ინფორმაციის „წაკითხვის“ მრავალწლიანი მცდელობა წარმატებით დასრულდა. ეს სამუშაო დაიწყეს ინგლისელმა მეცნიერმა ფრედერიკ სენგერმა და ამერიკელმა მეცნიერმა ვალტერ გილბერტმა (ნობელის პრემია ქიმიაში 1980 წელს). მოგეხსენებათ, გენები შეიცავს ინფორმაციას-ინსტრუქციას ორგანიზმში რნმ-ის მოლეკულებისა და ცილების, მათ შორის ფერმენტების სინთეზისთვის. იმისათვის, რომ უჯრედმა აიძულოს ახალი, მისთვის უჩვეულო ნივთიერებების სინთეზირება, აუცილებელია მასში ფერმენტების შესაბამისი ნაკრების სინთეზირება. და ამისთვის საჭიროა ან მასში არსებული გენების მიზანმიმართული შეცვლა, ან მასში ახალი, მანამდე არმყოფი გენების შეყვანა. ცოცხალ უჯრედებში გენების ცვლილებები მუტაციაა. ისინი წარმოიქმნება, მაგალითად, მუტაგენების - ქიმიური შხამების ან რადიაციის გავლენის ქვეშ. მაგრამ ასეთი ცვლილებები არ შეიძლება იყოს კონტროლირებადი ან მიმართული. ამიტომ, მეცნიერებმა კონცენტრირდნენ თავიანთი ძალისხმევის მცდელობაზე, რათა შეემუშავებინათ უჯრედში ახალი, ძალიან სპეციფიკური გენების შეყვანა, რომლებიც ადამიანს სჭირდება.

  გენეტიკური ინჟინერიის პრობლემის გადაჭრის ძირითადი ეტაპები შემდეგია:

  1. იზოლირებული გენის მიღება.
  2. გენის შეყვანა ვექტორში ორგანიზმში გადასატანად.
  3. გენის მქონე ვექტორის გადატანა მოდიფიცირებულ ორგანიზმში.
  4. სხეულის უჯრედების ტრანსფორმაცია.
  5. გენმოდიფიცირებული ორგანიზმების შერჩევა ( გმო) და მათ აღმოფხვრა, რომლებიც წარმატებით არ შეცვლილა.

  გენის სინთეზის პროცესი ამჟამად ძალიან კარგად არის განვითარებული და დიდწილად ავტომატიზირებულიც კი. არსებობს კომპიუტერებით აღჭურვილი სპეციალური მოწყობილობები, რომელთა მეხსიერებაში ინახება სხვადასხვა ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობის სინთეზის პროგრამები. ასეთი აპარატი ასინთეზებს დნმ-ის სეგმენტებს 100-120 აზოტოვანი ბაზის სიგრძემდე (ოლიგონუკლეოტიდები). ფართოდ გავრცელდა ტექნიკა, რომელიც საშუალებას იძლევა გამოიყენოს პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია დნმ-ის სინთეზისთვის, მუტანტის დნმ-ის ჩათვლით. მასში დნმ-ის შაბლონური სინთეზისთვის გამოიყენება თერმოსტაბილური ფერმენტი, დნმ პოლიმერაზა, რომელიც გამოიყენება ნუკლეინის მჟავის ხელოვნურად სინთეზირებული ნაჭრების - ოლიგონუკლეოტიდების თესლად. საპირისპირო ტრანსკრიპტაზას ფერმენტი შესაძლებელს ხდის დნმ-ის სინთეზს ასეთი პრაიმერების (პრაიმერების) გამოყენებით უჯრედებიდან იზოლირებულ რნმ-ის მატრიცაზე. ამ გზით სინთეზირებულ დნმ-ს ეწოდება დამატებითი (რნმ) ან cDNA. იზოლირებული, „ქიმიურად სუფთა“ გენის მიღება ასევე შესაძლებელია ფაგის ბიბლიოთეკიდან. ასე ჰქვია ბაქტერიოფაგის პრეპარატს, რომლის გენომში ჩასმულია გენომის ან cDNA შემთხვევითი ფრაგმენტები, რომლებიც რეპროდუცირებულია ფაგის მიერ მთელ მის დნმ-სთან ერთად.

  ბაქტერიებში გენების შეყვანის ტექნიკა განვითარდა მას შემდეგ, რაც ფრედერიკ გრიფიტმა აღმოაჩინა ბაქტერიების ტრანსფორმაციის ფენომენი. ეს მოვლენა ემყარება პრიმიტიულ სექსუალურ პროცესს, რომელსაც ბაქტერიებში თან ახლავს არაქრომოსომული დნმ-ის მცირე ფრაგმენტების, პლაზმიდების გაცვლა. პლაზმური ტექნოლოგიები საფუძვლად დაედო ხელოვნური გენების ბაქტერიულ უჯრედებში შეყვანას.

  მნიშვნელოვანი სირთულეები დაკავშირებული იყო მზა გენის შეყვანასთან მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედების მემკვიდრეობით აპარატში. თუმცა, ბუნებაში არის შემთხვევები, როდესაც უცხო დნმ (ვირუსის ან ბაქტერიოფაგის) შედის უჯრედის გენეტიკურ აპარატში და მისი მეტაბოლური მექანიზმების დახმარებით იწყებს "საკუთარი" ცილის სინთეზს. მეცნიერებმა შეისწავლეს უცხო დნმ-ის შეყვანის თავისებურებები და გამოიყენეს ის, როგორც პრინციპი გენეტიკური მასალის უჯრედში შესატანად. ამ პროცესს ტრანსფექცია ეწოდება.

  თუ ერთუჯრედული ორგანიზმები ან მრავალუჯრედიანი უჯრედების კულტურები მოდიფიცირებულია, მაშინ ამ ეტაპზე იწყება კლონირება, ანუ იმ ორგანიზმებისა და მათი შთამომავლების (კლონების) შერჩევა, რომლებმაც განიცადეს მოდიფიკაცია. როდესაც ამოცანაა მრავალუჯრედიანი ორგანიზმების მიღება, მაშინ შეცვლილი გენოტიპის მქონე უჯრედები გამოიყენება მცენარეების ვეგეტატიური გამრავლებისთვის ან შეჰყავთ სუროგატი დედის ბლასტოცისტებში, როდესაც საქმე ეხება ცხოველებს. შედეგად იბადებიან შეცვლილი ან უცვლელი გენოტიპის ბები, რომელთა შორის ირჩევენ და ერთმანეთს კვეთენ მხოლოდ ისეთებს, რომლებიც აჩვენებენ მოსალოდნელ ცვლილებებს.

  გამოყენება სამეცნიერო კვლევებში

  თუმცა მცირე მასშტაბით, გენეტიკური ინჟინერია უკვე გამოიყენება, რათა ზოგიერთი სახის უნაყოფობის მქონე ქალებს დაორსულების შანსი მისცენ. ამისათვის გამოიყენეთ ჯანმრთელი ქალის კვერცხები. შედეგად, ბავშვი მემკვიდრეობით იღებს გენოტიპს ერთი მამისა და ორი დედისგან.

  თუმცა, ადამიანის გენომში უფრო მნიშვნელოვანი ცვლილებების შეტანის შესაძლებლობა არაერთ სერიოზულ ეთიკურ პრობლემას აწყდება. 2016 წელს, შეერთებულ შტატებში მეცნიერთა ჯგუფმა მიიღო დამტკიცება კიბოს მკურნალობის მეთოდის კლინიკურ კვლევებზე პაციენტის საკუთარი იმუნური უჯრედების გამოყენებით, ექვემდებარება გენის მოდიფიკაციას CRISPR / Cas9 ტექნოლოგიის გამოყენებით.

  უჯრედის ინჟინერია

  ფიჭური ინჟინერია ემყარება მცენარეთა და ცხოველთა უჯრედებისა და ქსოვილების კულტივირებას, რომლებსაც შეუძლიათ გამოიმუშაონ ადამიანებისთვის აუცილებელი ნივთიერებები სხეულის გარეთ. ეს მეთოდი გამოიყენება მცენარეთა ძვირფასი ფორმების კლონური (ასექსუალური) გამრავლებისთვის; ჰიბრიდული უჯრედების მისაღებად, რომლებიც აერთიანებს, მაგალითად, სისხლის ლიმფოციტების და სიმსივნური უჯრედების თვისებებს, რაც საშუალებას გაძლევთ სწრაფად მიიღოთ ანტისხეულები.

  გენეტიკური ინჟინერია რუსეთში

  აღნიშნულია, რომ გმო-ს სახელმწიფო რეგისტრაციის შემოღების შემდეგ, შესამჩნევად გაიზარდა ზოგიერთი საზოგადოებრივი ორგანიზაციისა და სახელმწიფო სათათბიროს ცალკეული დეპუტატების აქტივობა, რომლებიც ცდილობენ თავიდან აიცილონ ინოვაციური ბიოტექნოლოგიების დანერგვა რუსეთის სოფლის მეურნეობაში. 350-ზე მეტმა რუსმა მეცნიერმა ხელი მოაწერა მეცნიერთა საზოგადოების ღია წერილს რუსეთის ფედერაციაში გენეტიკური ინჟინერიის განვითარების მხარდასაჭერად. ღია წერილში აღნიშნულია, რომ რუსეთში გმო-ს აკრძალვა არა მხოლოდ ზიანს აყენებს ჯანსაღ კონკურენციას სოფლის მეურნეობის ბაზარზე, არამედ გამოიწვევს საკვების წარმოების ტექნოლოგიების მნიშვნელოვან ჩამორჩენას, სურსათის იმპორტზე დამოკიდებულების გაზრდას და ძირს უთხრის რუსეთის, როგორც სახელმწიფოს პრესტიჟს. რომელიც ინოვაციური განვითარების კურსი ოფიციალურად გამოცხადდა [ ფაქტის მნიშვნელობა? ] .

  იხილეთ ასევე

  შენიშვნები

  1. ალექსანდრე პანჩინიღმერთის ცემა // პოპულარული მექანიკა. - 2017. - No 3. - S. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
  2. ინვივო გენომის რედაქტირება მაღალი ეფექტურობის TALEN სისტემის გამოყენებით(ინგლისური) . ბუნება. წაკითხვის თარიღი: 2017 წლის 10 იანვარი.
  3. ელემენტები - მეცნიერების სიახლე: მაიმუნები დალტონიკებისგან გენური თერაპიით განიკურნენ (განუსაზღვრელი) (2009 წლის 18 სექტემბერი). წაკითხვის თარიღი: 2017 წლის 10 იანვარი.