BIOLOGIA, ENGENHARIA GENÉTICA

E BIOTECNOLOGIA

“O conhecimento é definido por

o que reivindicamos

como a verdade"

P. A. FLORENSKY.

A biologia moderna difere fundamentalmente da biologia tradicional não apenas na maior profundidade de desenvolvimento das ideias cognitivas, mas também em uma conexão mais próxima com a vida da sociedade, com a prática. Podemos dizer que, em nosso tempo, a biologia se tornou um meio de transformar o mundo vivo para atender às necessidades materiais da sociedade. Esta conclusão é ilustrada principalmente pela estreita conexão entre biologia e biotecnologia, que se tornou a área mais importante da produção de materiais, parceira igual das tecnologias mecânicas e químicas criadas pelo homem anteriormente. O que explica o surgimento da biotecnologia?

Desde a sua criação, a biologia e a biotecnologia sempre se desenvolveram juntas e, desde o início, a biologia tem sido a base científica da biotecnologia. Porém, por muito tempo, a falta de dados próprios não permitiu que a biologia tivesse um impacto muito grande na biotecnologia. A situação mudou drasticamente com a criação na segunda metade do século XX. metodologia da engenharia genética, que é entendida como a manipulação genética com o objetivo de "construir novos e reconstruir genótipos existentes. Sendo uma realização metódica por sua natureza, a engenharia genética não levou ao colapso das idéias predominantes sobre fenômenos biológicos, as disposições básicas da biologia, assim como a radioastronomia não abalou as disposições básicas da astrofísica, o estabelecimento do "equivalente mecânico do calor" não levou a uma mudança nas leis de condução de calor, e a prova da teoria atomística de matéria não mudou as relações da termodinâmica, hidrodinâmica e teoria da elasticidade.

A engenharia genética abriu uma nova era na biologia porque surgiram novas oportunidades para penetrar nas profundezas dos fenômenos biológicos, a fim de caracterizar ainda mais as formas de existência da matéria viva, a fim de estudar com mais eficácia a estrutura e a função dos genes no nível molecular, compreendendo os mecanismos sutis do aparato genético. Os sucessos da engenharia genética significam uma revolução na ciência natural moderna. Eles determinam os critérios para o valor das idéias modernas sobre as características estruturais e funcionais dos níveis moleculares e celulares da matéria viva. Os dados modernos sobre os seres vivos têm um significado cognitivo gigantesco, porque fornecem uma compreensão de um dos aspectos mais importantes do mundo orgânico e, assim, dão uma contribuição inestimável para a criação de uma imagem científica do mundo. Assim, tendo expandido acentuadamente sua base cognitiva, a biologia por meio da engenharia genética também teve uma influência importante no surgimento da biotecnologia.

A engenharia genética cria bases no caminho para a compreensão dos métodos e formas de "desenhar" novos organismos ou melhorar os organismos existentes, dando-lhes maior valor econômico, maior capacidade de aumentar drasticamente a produtividade dos processos biotecnológicos.

Dentro da estrutura da engenharia genética, é feita uma distinção entre engenharia genética e engenharia celular. A engenharia genética é a manipulação para criar moléculas de DNA recombinante. Essa metodologia é frequentemente chamada de clonagem molecular, clonagem de genes, tecnologia de DNA recombinante ou simplesmente manipulação genética. É importante ressaltar que o objeto da engenharia genética são moléculas de DNA, genes individuais. Pelo contrário, a engenharia celular é entendida como manipulações genéticas com células individuais isoladas ou grupos de células vegetais e animais.

Capítulo XIX

ENGENHARIA GENÉTICA

A engenharia genética é um conjunto de vários métodos experimentais (técnicas) que proporcionam a construção (reconstrução) e a clonagem de moléculas de DNA (genes) com objetivos específicos.

Os métodos de engenharia genética são usados ​​em uma determinada sequência (Fig. 221), e existem várias etapas na realização de um experimento típico de engenharia genética visando a clonagem de um gene, a saber:

1. Isolamento de DNA de células do organismo de interesse (inicial) e isolamento do vetor de DNA.

2. Corte (restrição) do DNA do organismo original em fragmentos contendo os genes de interesse, usando uma das enzimas de restrição e isolamento desses genes da mistura de restrição resultante. Ao mesmo tempo, o DNA do vetor é cortado (restringido), passando de uma estrutura circular para uma linear.

3. Ligar o segmento de DNA (gene) de interesse ao DNA do vetor para obtenção de moléculas de DNA híbridas.

4. Introdução de moléculas híbridas de DNA por transformação em algum outro organismo, por exemplo, em E. coli ou em células somáticas.

5. Inoculação de bactérias, nas quais foram introduzidas moléculas híbridas de DNA, em meio nutriente permitindo o crescimento apenas de células contendo moléculas híbridas de DNA.

6. Identificação de colônias constituídas por bactérias contendo moléculas híbridas de DNA.

7. Isolamento de DNA clonado (genes clonados) e sua caracterização, incluindo sequenciamento de bases nitrogenadas no fragmento de DNA clonado.

DNA (fonte e vetor), enzimas, células nas quais o DNA é clonado - tudo isso é chamado de "ferramentas" da engenharia genética.

isolamento de DNA

Considere o método de extração de DNA usando o exemplo de plasmídeos de DNA. O DNA de células bacterianas contendo plasmídeos é isolado pela técnica tradicional, que consiste na obtenção de extratos celulares na presença de detergentes e posterior remoção dos extratos proteicos por extração com fenol (Fig. 222). A purificação completa do DNA plasmidial de proteínas, RNA e outros compostos é realizada em várias etapas. Depois que as células são destruídas, por exemplo, com a ajuda da lisozima (suas paredes são dissolvidas), um detergente é adicionado ao extrato para dissolver as membranas e inativar algumas proteínas. A maior parte do DNA cromossômico é removida das preparações resultantes por centrifugação convencional.

A cromatografia é freqüentemente usada para purificação completa. Se for necessária uma purificação muito completa, é usada centrifugação de gradiente de densidade CsCI de alta velocidade usando brometo de etídio. O DNA cromossômico restante será fragmentado em linear, enquanto o DNA plasmidial permanecerá covalentemente fechado. Como o brometo de etídio é menos denso que o DNA, durante a ultracentrifugação em um tubo de centrífuga, dois anéis serão "torcidos" - DNA plasmidial e DNA cromossômico (Fig. 223). O DNA plasmidial é selecionado para trabalho posterior, o DNA cromossômico é descartado.

É difícil encontrar uma pessoa no mundo moderno que não tenha ouvido nada sobre os sucessos da engenharia genética.

Hoje é uma das formas mais promissoras de desenvolver biotecnologias, melhorar a produção agrícola, a medicina e uma série de outras indústrias.

O que é engenharia genética?

Como você sabe, as características hereditárias de qualquer ser vivo são registradas em cada célula do corpo na forma de um conjunto de genes - elementos de moléculas de proteínas complexas. Ao introduzir um gene estranho no genoma de um ser vivo, é possível alterar as propriedades do organismo resultante, e na direção certa: tornar a cultura mais resistente a geadas e doenças, dar novas propriedades à planta, etc. .

Os organismos obtidos como resultado dessa alteração são chamados de geneticamente modificados, ou transgênicos, e a disciplina científica envolvida no estudo das modificações e no desenvolvimento de tecnologias transgênicas é chamada de genética ou engenharia genética.

Objetos de engenharia genética

Microrganismos, células vegetais e animais inferiores são os objetos mais estudados da engenharia genética, mas também estão sendo realizados estudos em células de mamíferos e até mesmo em células do corpo humano. Via de regra, o objeto direto da pesquisa é uma molécula de DNA, purificada de outras substâncias celulares. Com a ajuda de enzimas, o DNA é dividido em segmentos separados, e é importante ser capaz de reconhecer e isolar o segmento desejado, transferi-lo com a ajuda de enzimas e integrá-lo à estrutura de outro DNA.

Técnicas modernas já permitem manipular livremente segmentos do genoma, multiplicar o trecho desejado da cadeia hereditária e inseri-lo no lugar de outro nucleotídeo no DNA do receptor. Muita experiência foi acumulada e considerável informação foi coletada sobre os padrões da estrutura dos mecanismos hereditários. Via de regra, as plantas agrícolas são submetidas a transformações, o que já aumentou significativamente a produtividade das principais culturas alimentares.

Para que serve a engenharia genética?

Em meados do século XX, os métodos tradicionais não são mais adequados aos cientistas, pois essa direção apresenta várias limitações sérias:

• é impossível cruzar espécies não aparentadas de seres vivos;
• o processo de recombinação de traços genéticos permanece incontrolável, e as qualidades necessárias na prole aparecem como resultado de combinações aleatórias, enquanto uma porcentagem muito grande da prole é reconhecida como malsucedida e descartada durante a seleção;
• é impossível definir com precisão as qualidades desejadas ao cruzar;
• O processo de seleção leva anos e até décadas.

O mecanismo natural de preservação dos traços hereditários é extremamente estável, e mesmo o surgimento de descendentes com as qualidades desejadas não garante a preservação desses traços nas gerações seguintes.

A engenharia genética supera todas as dificuldades acima. Com a ajuda das tecnologias transgênicas, é possível criar organismos com as propriedades desejadas, substituindo certas partes do genoma por outras retiradas de seres vivos pertencentes a outras espécies. Ao mesmo tempo, o tempo para criar novos organismos é significativamente reduzido. Não é necessário fixar as características desejadas, tornando-as herdáveis, pois sempre há a possibilidade de modificar geneticamente os próximos lotes, colocando literalmente o processo em operação.

Etapas da criação de um organismo transgênico

1. Isolamento de um gene isolado com as propriedades desejadas. Hoje, existem tecnologias suficientemente confiáveis ​​\u200b\u200bpara isso, existem até bibliotecas de genes especialmente preparadas.
2. Inserção de um gene em um vetor para transferência. Para isso, é criada uma construção especial - um transgene, com um ou mais segmentos de DNA e elementos reguladores, que é integrado ao genoma do vetor e submetido à clonagem por ligases e restricases. Como vetor, geralmente são usados ​​DNA bacteriano circular - plasmídeos.
3. Incorporando o vetor no corpo do destinatário. Esse processo é copiado de um processo natural semelhante de inserção do DNA de um vírus ou bactéria nas células hospedeiras e funciona da mesma maneira.
4. clonagem molecular. Ao mesmo tempo, a célula modificada se divide com sucesso, produzindo muitas novas células-filhas que contêm o genoma modificado e sintetizam moléculas de proteína com as propriedades desejadas.
5. Seleção de OGM. A última etapa não é diferente do trabalho de seleção usual.

A engenharia genética é segura?

A questão de quão seguras são as tecnologias transgênicas é levantada periodicamente tanto na comunidade científica quanto na mídia que está distante da ciência. Ainda não há uma resposta inequívoca para isso.

Em primeiro lugar, a engenharia genética ainda é uma direção relativamente nova na biotecnologia, e as estatísticas que permitem tirar conclusões objetivas sobre esse problema ainda não foram acumuladas.

Em segundo lugar, o enorme investimento em engenharia genética por empresas multinacionais de alimentos pode servir como uma razão adicional para a falta de pesquisa séria.


No entanto, nas leis de muitos países existem regras que obrigam os fabricantes a indicar a presença de produtos transgênicos nas embalagens de produtos do grupo de alimentos. De qualquer forma, a engenharia genética já demonstrou a alta eficácia de suas tecnologias, e seu desenvolvimento futuro promete às pessoas ainda mais sucesso e conquistas.

.(Fonte: "Biology. Modern Illustrated Encyclopedia." Editor-chefe A.P. Gorkin; M.: Rosmen, 2006.)

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livros

• Engenharia genética em biotecnologia. Livro didático, Zhuravleva Galina Anatolyevna. O livro didático `Engenharia Genética em Biotecnologia` foi elaborado de acordo com o Padrão Educacional Estadual Federal de Educação Profissional Superior na especialidade 020400 `Biologia` e é baseado em palestras ministradas por mais de 10 anos na Faculdade de Biologia ...

Ministério da Agricultura da Federação Russa

FGOU VPO "Academia Agrícola do Estado de Ural"

na disciplina "Genética veterinária"

sobre o tema: "Engenharia Genética - Presente e Futuro"

Realizado:

estudante FVM

2 curso 2 grupo 3 p/grupo

Shmakova T.S.

Verificado:

Erofeeva L.F.

Ecaterimburgo 2008

Introdução

1. Métodos de engenharia genética

2. Conquistas em engenharia genética

3. Engenharia genética: prós e contras

4. Perspectivas da engenharia genética

Lista de literatura usada

Introdução

Engenharia genética- um conjunto de técnicas, métodos e tecnologias para a obtenção de ARN e ADN recombinantes, isolando genes de um organismo (células), manipulando genes e introduzindo-os noutros organismos. A engenharia genética serve para obter as qualidades desejadas de um organismo modificado.

Engenharia genética não é uma ciência em sentido amplo, mas uma ferramenta da biotecnologia, usando pesquisas de ciências biológicas como biologia molecular, citologia, genética, microbiologia. O acontecimento mais marcante, que mais chamou a atenção e muito importante em suas consequências, foi uma série de descobertas, que resultaram na criação de métodos de controle da hereditariedade dos organismos vivos, além do controle pela penetração no "santo dos santos" de um célula viva - em seu aparato genético.

O nível atual de nossos conhecimentos de bioquímica, biologia molecular e genética permite-nos contar com o desenvolvimento bem-sucedido de uma nova biotecnologia - Engenharia genética, ou seja um conjunto de métodos que permitem, por meio de operações em um tubo de ensaio, transferir informações genéticas de um organismo para outro. A transferência de genes torna possível superar barreiras interespécies e transferir características hereditárias individuais de um organismo para outro. O objetivo da engenharia genética não é transformar mitos em realidade, mas obter células (principalmente bacterianas) capazes de produzir algumas proteínas “humanas” em escala industrial.

1. Métodos de engenharia genética

O método mais comum de engenharia genética é o método de obtenção recombinante, ou seja, contendo um gene estranho, plasmídeos. Os plasmídeos são moléculas circulares de DNA de fita dupla que consistem em vários pares de nucleotídeos. Os plasmídeos são elementos genéticos autônomos que se replicam (ou seja, se multiplicam) em uma célula bacteriana em um momento diferente da molécula principal de DNA. Embora os plasmídeos representem apenas uma pequena parte do DNA celular, eles carregam genes vitais para bactérias como genes de resistência a drogas. Diferentes plasmídeos contêm diferentes genes de resistência a drogas antibacterianas.

A maioria dessas drogas - antibióticos são usados ​​como medicamentos no tratamento de uma série de doenças em humanos e animais domésticos. Uma bactéria que possui diferentes plasmídeos adquire resistência a vários antibióticos, a sais de metais pesados. Quando um determinado antibiótico é exposto a células bacterianas, os plasmídeos que lhe conferem resistência se espalham rapidamente entre as bactérias, mantendo-as vivas. A simplicidade dos plasmídeos e a facilidade com que penetram nas bactérias são usadas pelos engenheiros genéticos para introduzir os genes de organismos superiores nas células bacterianas.

As endonucleases de restrição, ou enzimas de restrição, são ferramentas poderosas para a engenharia genética. Restrição significa literalmente "restrição". As células bacterianas produzem enzimas de restrição para destruir o DNA estranho, principalmente do fago, que é necessário para limitar a infecção viral. As enzimas de restrição reconhecem certas sequências de nucleotídeos e introduzem quebras simétricas e obliquamente espaçadas nas fitas de DNA a distâncias iguais do centro do local de reconhecimento. Como resultado, "caudas" curtas de cadeia simples (também chamadas de extremidades "adesivas") são formadas nas extremidades de cada fragmento do DNA restrito.

Todo o processo de obtenção de bactérias, denominado clonagem, consiste em etapas sucessivas:

1. Restrição - corte do DNA humano com uma enzima de restrição em muitos fragmentos diferentes, mas com as mesmas extremidades "pegajosas". As mesmas extremidades são obtidas cortando o DNA do plasmídeo com a mesma enzima de restrição.

2. Ligitação - inclusão de fragmentos de DNA humano em plasmídeos devido ao "crosslinking of sticky ends" pela enzima ligase.

3. Transformação - a introdução de plasmídeos recombinantes em células bacterianas tratadas de maneira especial - para que se tornem permeáveis ​​a macromoléculas por um curto período de tempo. No entanto, os plasmídeos penetram apenas uma fração das bactérias tratadas. A bactéria transformada, juntamente com o plasmídeo, adquire resistência a um determinado antibiótico. Isso permite que sejam separados de bactérias não transformadas que morrem em um meio contendo esse antibiótico. Para isso, as bactérias são semeadas em meio nutriente, previamente diluído para que durante a peneiração as células fiquem a uma distância considerável umas das outras. Cada uma das bactérias transformadas se multiplica e forma uma colônia de muitos milhares de descendentes - um clone.

4. Triagem - seleção entre os clones daquelas bactérias que carregam o gene humano desejado. Para fazer isso, todas as colônias bacterianas são cobertas com um filtro especial. Ao ser removido, deixa uma impressão de colônia, pois algumas das células de cada clone aderem ao filtro. Em seguida, a hibridização molecular é realizada. Os filtros são imersos em uma solução com uma sonda marcada radioativamente. Uma sonda é um polinucleotídeo da parte complementar do gene desejado. Ele hibridiza apenas com os plasmídeos recombinantes que contêm o gene desejado. Após a hibridização, o filme de raios X é aplicado no filtro no escuro e revelado após algumas horas. A posição das áreas iluminadas no filme permite encontrar entre os vários clones de bactérias transformadas aqueles que possuem plasmídeos com o gene desejado.

Nem sempre é possível cortar o gene desejado usando restricases. Portanto, em alguns casos, o processo de clonagem começa com a produção direcionada do gene desejado. Para isso, o mRNA, que é uma cópia transcricional desse gene, é isolado de células humanas e, com a ajuda da enzima transcriptase reversa, é sintetizada uma cadeia de DNA complementar a ela. Em seguida, o mRNA, que serviu de molde na síntese do DNA, é destruído por uma enzima especial capaz de hidrolisar a fita de RNA emparelhada com a fita de DNA. A fita de DNA restante serve como modelo para síntese por uma transcriptase reversa complementar à segunda fita de DNA.

A dupla hélice de DNA resultante é chamada de cDNA (DNA complementar). Corresponde ao gene a partir do qual o mRNA foi lido e lançado no sistema da transcriptase reversa. Esse c-DNA é inserido em um plasmídeo, que é usado para transformar bactérias e obter clones contendo apenas genes humanos selecionados.

Para realizar a transferência de genes, você deve realizar as seguintes operações:

· Isolamento de células de bactérias, animais ou plantas daqueles genes que estão programados para transferência.

· Criação de construções genéticas especiais, nas quais os genes pretendidos serão introduzidos no genoma de outra espécie.

·Introdução de construções genéticas primeiro em uma célula e depois no genoma de outra espécie e o cultivo de células alteradas em organismos inteiros.

2. Conquistas em engenharia genética

engenharia genética biotecnologia hereditariedade

Agora eles já sabem sintetizar genes e, com a ajuda desses genes sintetizados introduzidos nas bactérias, obtêm-se várias substâncias, em particular hormônios e interferon. Sua produção constituía um importante ramo da biotecnologia.

Assim, em 1980, o hormônio do crescimento - somatotropina - foi obtido da bactéria Escherichia coli. Antes do desenvolvimento da engenharia genética, foi isolado das glândulas pituitárias de cadáveres. A somatotropina, sintetizada em células bacterianas especialmente projetadas, tem vantagens óbvias: está disponível em grandes quantidades, suas preparações são bioquimicamente puras e livres de contaminação viral.

Em 1982, o hormônio insulina começou a ser produzido em escala industrial a partir de bactérias que continham o gene da insulina humana. Até então, a insulina era isolada do pâncreas de vacas e porcos abatidos, o que é difícil e caro.

O interferon, uma proteína sintetizada pelo corpo em resposta a uma infecção viral, agora está sendo estudado como um possível tratamento para câncer e AIDS. Seriam necessários milhares de litros de sangue humano para produzir a quantidade de interferon produzida por apenas um litro de cultura bacteriana. É claro que o ganho com a produção em massa dessa substância é muito grande. A insulina, obtida a partir da síntese microbiológica, necessária para o tratamento do diabetes, também desempenha um papel muito importante. Várias vacinas também foram geneticamente modificadas e estão sendo testadas para testar sua eficácia contra o vírus da imunodeficiência humana (HIV), que causa a AIDS.

Outra área promissora da medicina associada ao DNA recombinante é a terapia gênica. Nesses trabalhos, que ainda não saíram da fase experimental, uma cópia geneticamente modificada de um gene que codifica uma poderosa enzima antitumoral é introduzida no corpo para combater um tumor. A terapia gênica também começou a ser usada para combater distúrbios hereditários no sistema imunológico.

A agricultura conseguiu modificar geneticamente dezenas de culturas alimentares e forrageiras. Na pecuária, o uso do hormônio do crescimento produzido biotecnologicamente aumentou a produção de leite; usando um vírus geneticamente modificado criou uma vacina contra o herpes em porcos.

3. Engenharia genética: prós e contras

Apesar dos claros benefícios da pesquisa e experimentação genética, o próprio conceito de "engenharia genética" deu origem a várias suspeitas e temores, tornou-se motivo de preocupação e até mesmo de controvérsia política. Muitos temem, por exemplo, que algum vírus que causa câncer em humanos seja introduzido em uma bactéria que normalmente vive no corpo ou na pele de uma pessoa e, então, essa bactéria cause câncer. Também é possível que um plasmídeo que carrega um gene de resistência a medicamentos seja introduzido no pneumococo, fazendo com que o pneumococo se torne resistente a antibióticos e a pneumonia se torne intratável. Tais perigos certamente existem.

A engenharia genética é uma forma poderosa de mudar vidas, mas seu potencial pode ser perigoso, e antes de tudo é necessário levar em consideração os efeitos complexos e difíceis de prever associados ao possível impacto no meio ambiente. Imagine algum tipo de veneno que seja mais barato de produzir do que herbicidas seletivos complexos, mas que não pode ser usado na tecnologia agrícola porque mata tanto plantas úteis quanto ervas daninhas. Agora imagine que, digamos, um gene foi introduzido no trigo que o torna resistente a esse veneno. Agricultores que semeiam seus campos com trigo transgênico podem polinizá-los com veneno mortal impunemente, aumentando sua renda, mas causando danos irreparáveis ​​ao meio ambiente. Por outro lado, os geneticistas podem conseguir o efeito contrário se desenvolverem uma cultura que não necessite de herbicidas.

A engenharia genética apresentou à humanidade um desafio único. O que nos traz engenharia genética, felicidade ou infortúnio? O mundo inteiro já está alardeando sobre o possível perigo dos produtos geneticamente modificados para a saúde humana. Não há opinião inequívoca e unânime dos cientistas sobre este assunto. Alguns acreditam que a engenharia genética salvará a humanidade da fome, outros acreditam que os produtos geneticamente modificados destruirão toda a vida na Terra junto com o homem. Os cientistas envolvidos nisso afirmam que as plantas geneticamente modificadas são mais produtivas, mais resistentes a pesticidas, mais rentáveis ​​economicamente do que as convencionais. Portanto, eles são o futuro. No entanto, especialistas que não estão associados aos fabricantes deste produto estão longe de ser otimistas.

Atualmente, é impossível prever as consequências a longo prazo que podem ocorrer como resultado do consumo de produtos geneticamente modificados. Atitude relativamente calma em relação a GM - produtos (geneticamente modificados) - nos Estados Unidos, onde cerca de 80 por cento de todas as culturas genéticas são cultivadas hoje. A Europa é extremamente negativa sobre isso. Sob pressão do público e das organizações de consumidores que querem saber o que estão comendo, uma moratória na importação desses produtos foi introduzida em alguns países (Áustria, França, Grécia, Grã-Bretanha, Luxemburgo).

Outros adotaram uma exigência estrita de rotular alimentos geneticamente modificados, o que, é claro, era muito desaprovado pelos fornecedores. Em 1º de julho de 2000, a venda de produtos geneticamente modificados sem uma advertência especial na embalagem foi proibida na Rússia. Um dos primeiros cientistas a soar o alarme sobre os perigos potenciais dos alimentos transgênicos foi o professor britânico Arpad Pusztai. Ele os chamou de "comida de zumbi". Tais conclusões permitiram extrair os resultados de experimentos em ratos alimentados com alimentos geneticamente modificados. Os animais desenvolveram todo um conjunto de alterações graves no trato gastrointestinal, fígado, bócio e baço. A maior preocupação era o fato de que os ratos tinham reduzido o volume do cérebro.

Os cientistas acreditam que, com a ajuda de plantas geneticamente modificadas, as perdas nas colheitas podem ser reduzidas. Hoje, testes de batatas americanas resistentes ao besouro da batata do Colorado estão sendo concluídos na Rússia. É possível que ainda este ano seja obtida uma licença para sua produção industrial. Essas variedades têm um "mas" significativo. Quando uma planta é obtida com uma resistência acentuadamente aumentada a qualquer praga, em duas ou três gerações essa praga se adaptará à planta e a devorará ainda mais fortemente. Portanto, batatas resistentes podem dar origem a pragas invasoras que o mundo ainda não encontrou.

4. Perspectivas da engenharia genética

Um verdadeiro achado para os geneticistas foi o âmbar, uma resina fóssil de árvore. Nos tempos pré-históricos, insetos, pólen, esporos de fungos e restos de plantas frequentemente congelavam nele. A resina fluida envolvia hermeticamente seus cativos, e o material biológico, são e salvo, aguardava os pesquisadores modernos. E em 1990, George O. Poinar, da Universidade da Califórnia, fez uma descoberta sensacional. Ao estudar cupins presos em âmbar há 40 milhões de anos, ele encontrou informações genéticas bem preservadas. Mais tarde, Poinar conseguiu isolar do âmbar o DNA de um gorgulho que viveu há 120 milhões de anos! Agora, muitos cientistas estão trabalhando para ressuscitar dinossauros, antigos pangolins, mamutes. E não parece mais uma fantasia, como era há poucos anos. No entanto, os cientistas não pretendem parar na ressurreição dos animais. Se você pode ressuscitá-los, o mesmo pode ser feito com as pessoas.

O desenvolvimento da ciência nos dá o potencial tanto para o bem quanto para o mal. Portanto, é importante que façamos a escolha certa. A principal dificuldade é de natureza política - a questão de quem somos "nós" nesta proposta. Se esta questão for deixada à mercê do elemento de mercado, os interesses ambientais de longo prazo provavelmente sofrerão. Mas o mesmo pode ser dito sobre muitos outros aspectos da vida.

Lista de literatura usada

1. Neiman B.Ya. indústria microbiana. – Conhecimento, 1983.

2. Ruvinskiy A.O. Biologia geral. – Iluminismo, 1994.

3. Chebyshev N.V. Biologia. − Nova vaga, 2005.

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  A engenharia genética serve para obter as qualidades desejadas de um organismo modificado ou geneticamente modificado. Ao contrário do melhoramento tradicional, durante o qual o genótipo é alterado apenas indiretamente, a engenharia genética permite interferir diretamente no aparato genético, usando a técnica de clonagem molecular. Exemplos de aplicações da engenharia genética são a produção de novas variedades de culturas geneticamente modificadas, a produção de insulina humana usando bactérias geneticamente modificadas, a produção de eritropoetina em cultura de células ou novas raças de camundongos experimentais para pesquisa científica.

  A base da indústria microbiológica e biossintética é a célula bacteriana. As células necessárias para a produção industrial são selecionadas de acordo com certos critérios, sendo o mais importante a capacidade de produzir, sintetizar, nas quantidades máximas possíveis, um determinado composto - um aminoácido ou um antibiótico, um hormônio esteróide ou um ácido orgânico . Por vezes é necessário ter um microrganismo que possa, por exemplo, utilizar óleo ou águas residuais como “alimento” e transformá-los em biomassa ou mesmo proteína bastante adequada para aditivos alimentares. Às vezes são necessários organismos que podem crescer em temperaturas elevadas ou na presença de substâncias que são inquestionavelmente letais para outros tipos de microrganismos.

  A tarefa de obter tais cepas industriais é muito importante, para sua modificação e seleção, foram desenvolvidos inúmeros métodos de influência ativa na célula - desde o tratamento com venenos potentes até a irradiação radioativa. O objetivo dessas técnicas é o mesmo - conseguir uma mudança no aparato genético hereditário da célula. Seu resultado é a produção de numerosos micróbios mutantes, entre centenas e milhares dos quais os cientistas tentam selecionar o mais adequado para uma finalidade específica. A criação de técnicas de mutagênese química ou por radiação foi uma conquista notável da biologia e é amplamente utilizada na biotecnologia moderna.

  Mas suas capacidades são limitadas pela natureza dos próprios microrganismos. Eles não são capazes de sintetizar uma série de substâncias valiosas que se acumulam nas plantas, principalmente medicinais e óleos essenciais. Eles não podem sintetizar substâncias que são muito importantes para a vida de animais e humanos, uma série de enzimas, hormônios peptídicos, proteínas imunológicas, interferons e muitos outros compostos simplesmente arranjados que são sintetizados em animais e humanos. Claro, as possibilidades dos microorganismos estão longe de serem esgotadas. Da abundância de microorganismos, apenas uma ínfima fração foi utilizada pela ciência e, especialmente, pela indústria. Para fins de seleção de microorganismos, são de grande interesse, por exemplo, bactérias anaeróbias que podem viver na ausência de oxigênio, fototróficas que usam energia luminosa como plantas, quimioautotróficas, bactérias termofílicas que podem viver em temperatura, como foi descoberto recentemente , cerca de 110 ° C, etc.

  E, no entanto, as limitações do "material natural" são óbvias. Eles tentaram e estão tentando contornar as restrições com a ajuda de culturas de células e tecidos de plantas e animais. Esta é uma maneira muito importante e promissora, que também é implementada em biotecnologia. Nas últimas décadas, os cientistas desenvolveram métodos pelos quais células individuais de um tecido vegetal ou animal podem crescer e se multiplicar separadamente do corpo, como células bacterianas. Essa foi uma conquista importante - as culturas de células resultantes são usadas para experimentos e para a produção industrial de certas substâncias que não podem ser obtidas por meio de culturas bacterianas.

  Outra direção da pesquisa é a remoção do DNA de genes desnecessários para codificar proteínas e o funcionamento dos organismos e a criação de organismos artificiais com base nesse DNA com um "conjunto truncado" de genes. Isso torna possível aumentar drasticamente a resistência dos organismos modificados aos vírus.

  Histórico de desenvolvimento e nível de tecnologia alcançado

  Na segunda metade do século 20, várias descobertas e invenções importantes foram feitas que fundamentam Engenharia genética. Muitos anos de tentativas de "ler" a informação biológica que está "gravada" nos genes foram concluídos com sucesso. Este trabalho foi iniciado pelo cientista inglês Frederick Senger e pelo cientista americano Walter Gilbert (Prêmio Nobel de Química em 1980). Como você sabe, os genes contêm instruções de informação para a síntese de moléculas de RNA e proteínas no corpo, incluindo enzimas. Para forçar uma célula a sintetizar substâncias novas e incomuns para ela, é necessário que os conjuntos correspondentes de enzimas sejam sintetizados nela. E para isso é necessário alterar intencionalmente os genes nele ou introduzir novos genes anteriormente ausentes nele. Alterações em genes em células vivas são mutações. Eles ocorrem sob a influência de, por exemplo, mutagênicos - venenos químicos ou radiação. Mas tais mudanças não podem ser controladas ou dirigidas. Portanto, os cientistas concentraram seus esforços na tentativa de desenvolver métodos para introduzir na célula novos genes muito específicos de que uma pessoa precisa.

  As principais etapas da solução do problema da engenharia genética são as seguintes:

  1. Obtenção de um gene isolado.
  2. Introdução de um gene em um vetor para transferência para um organismo.
  3. Transferência de um vetor com um gene para um organismo modificado.
  4. Transformação das células do corpo.
  5. Seleção de organismos geneticamente modificados ( OGM) e eliminando aqueles que não foram modificados com sucesso.

  O processo de síntese de genes está atualmente muito bem desenvolvido e até amplamente automatizado. Existem dispositivos especiais equipados com computadores, em cuja memória são armazenados programas para a síntese de várias sequências de nucleotídeos. Tal aparelho sintetiza segmentos de DNA de até 100-120 bases nitrogenadas de comprimento (oligonucleotídeos). Difundiu-se uma técnica que permite o uso da reação em cadeia da polimerase para síntese de DNA, incluindo DNA mutante. Uma enzima termoestável, a DNA polimerase, é usada para a síntese do modelo de DNA, que é usada como uma semente para pedaços de ácido nucleico sintetizados artificialmente - oligonucleotídeos. A enzima transcriptase reversa permite sintetizar DNA usando tais primers (primers) em uma matriz de RNA isolada de células. O DNA sintetizado dessa maneira é chamado de complementar (RNA) ou cDNA. Um gene "quimicamente puro" isolado também pode ser obtido de uma biblioteca de fagos. Este é o nome de uma preparação de bacteriófago, em cujo genoma são inseridos fragmentos aleatórios do genoma ou cDNA, reproduzidos pelo fago junto com todo o seu DNA.

  A técnica de introdução de genes em bactérias foi desenvolvida depois que Frederick Griffith descobriu o fenômeno da transformação bacteriana. Esse fenômeno se baseia em um processo sexual primitivo, que nas bactérias é acompanhado pela troca de pequenos fragmentos de DNA não cromossômico, os plasmídeos. As tecnologias de plasmídeo formaram a base para a introdução de genes artificiais em células bacterianas.

  Dificuldades significativas foram associadas à introdução de um gene pronto no aparato hereditário de células vegetais e animais. Porém, na natureza, há casos em que o DNA estranho (de um vírus ou bacteriófago) é incluído no aparato genético de uma célula e, com a ajuda de seus mecanismos metabólicos, começa a sintetizar “sua própria” proteína. Os cientistas estudaram as características da introdução de DNA estranho e o usaram como princípio para introduzir material genético em uma célula. Este processo é chamado de transfecção.

  Se organismos unicelulares ou culturas de células multicelulares são modificados, então a clonagem começa nesta fase, ou seja, a seleção daqueles organismos e seus descendentes (clones) que sofreram modificação. Quando a tarefa é obter organismos multicelulares, células com genótipo alterado são usadas para propagação vegetativa de plantas ou injetadas nos blastocistos de uma mãe de aluguel quando se trata de animais. Como resultado, nascem filhotes com genótipo alterado ou inalterado, entre os quais apenas aqueles que apresentam as alterações esperadas são selecionados e cruzados entre si.

  Aplicação em pesquisa científica

  Ainda que em pequena escala, a engenharia genética já está sendo usada para dar a mulheres com alguns tipos de infertilidade a chance de engravidar. Para fazer isso, use os ovos de uma mulher saudável. A criança como resultado herda o genótipo de um pai e duas mães.

  No entanto, a possibilidade de fazer mudanças mais significativas no genoma humano enfrenta uma série de sérios problemas éticos. Em 2016, um grupo de cientistas nos Estados Unidos recebeu a aprovação para ensaios clínicos de um método de tratamento do câncer utilizando células imunológicas do próprio paciente, submetidas a modificação genética utilizando a tecnologia CRISPR/Cas9.

  engenharia celular

  A engenharia celular baseia-se no cultivo de células e tecidos vegetais e animais capazes de produzir substâncias necessárias para os seres humanos fora do corpo. Este método é usado para propagação clonal (assexuada) de formas de plantas valiosas; para obter células híbridas que combinam as propriedades de, por exemplo, linfócitos sanguíneos e células tumorais, o que permite obter rapidamente anticorpos.

  Engenharia genética na Rússia

  Observa-se que, após a introdução do registro estadual de OGM, a atividade de algumas organizações públicas e deputados individuais da Duma Estatal, tentando impedir a introdução de biotecnologias inovadoras na agricultura russa, aumentou visivelmente. Mais de 350 cientistas russos assinaram uma carta aberta da Sociedade de Cientistas de Apoio ao Desenvolvimento da Engenharia Genética na Federação Russa. A carta aberta observa que a proibição de OGMs na Rússia não apenas prejudicará a concorrência saudável no mercado agrícola, mas também levará a um atraso significativo nas tecnologias de produção de alimentos, aumentará a dependência de importações de alimentos e prejudicará o prestígio da Rússia como um estado em qual foi anunciado oficialmente o curso de desenvolvimento inovador [ o significado do fato? ] .

  Veja também

  Notas

  1. Alexandre Panchin Vencer Deus // Mecânica Popular . - 2017. - No. 3. - S. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
  2. In vivo genoma edição usando um sistema TALEN de alta eficiência(Inglês) . natureza. Acesso em 10 de janeiro de 2017.
  3. Elementos - notícias científicas: macacos curados de daltonismo com terapia genética (indeterminado) (18 de setembro de 2009). Acesso em 10 de janeiro de 2017.