A biotecnologia é a produção consciente de produtos e materiais necessários aos seres humanos, utilizando organismos vivos e processos biológicos.

Desde tempos imemoriais, a biotecnologia tem sido utilizada principalmente nas indústrias alimentícia e leve: na vinificação, na panificação, na fermentação de laticínios, no processamento de linho e couro, a partir da utilização de microrganismos. Nas últimas décadas, as possibilidades da biotecnologia expandiram-se enormemente. Isso se deve ao fato de seus métodos serem mais lucrativos que os convencionais pela simples razão de que nos organismos vivos as reações bioquímicas catalisadas por enzimas ocorrem em condições ideais (temperatura e pressão), são mais produtivas, ecologicamente corretas e não requerem produtos químicos. reagentes que envenenam o meio ambiente.

Os objetos da biotecnologia são numerosos representantes de grupos de organismos vivos - microrganismos (vírus, bactérias, protozoários, leveduras), plantas, animais, bem como células isoladas deles e componentes subcelulares (organelas) e até enzimas. A biotecnologia baseia-se em processos fisiológicos e bioquímicos que ocorrem nos sistemas vivos, que resultam na liberação de energia, na síntese e quebra de produtos metabólicos e na formação de componentes químicos e estruturais da célula.

A principal direção da biotecnologia é a produção, a partir de microrganismos e células eucarióticas cultivadas, de compostos biologicamente ativos (enzimas, vitaminas, hormônios), medicamentos (antibióticos, vacinas, soros, anticorpos altamente específicos, etc.), bem como compostos valiosos ( aditivos alimentares, por exemplo, aminoácidos essenciais, proteínas alimentares, etc.). Os métodos de engenharia genética permitiram sintetizar em quantidades industriais hormônios como a insulina e a somatotropina (hormônio do crescimento), necessários ao tratamento de doenças genéticas humanas.

Uma das áreas mais importantes da biotecnologia moderna é também a utilização de métodos biológicos para combater a poluição ambiental (tratamento biológico de águas residuais, solos contaminados, etc.).

Assim, para extrair metais de águas residuais, cepas bacterianas capazes de acumular urânio, cobre e cobalto podem ser amplamente utilizadas. Outras bactérias dos gêneros Rhodococcus e Nocardia são utilizadas com sucesso para emulsificação e sorção de hidrocarbonetos de petróleo do ambiente aquático. Eles são capazes de separar as fases aquosa e oleosa, concentrar o óleo e purificar as águas residuais das impurezas do óleo. Ao assimilar hidrocarbonetos de petróleo, tais microrganismos os convertem em proteínas, vitaminas B e carotenos.

Algumas das cepas de halobactérias são usadas com sucesso para remover óleo combustível de praias arenosas. Também foram obtidas cepas geneticamente modificadas que podem quebrar octano, cânfora, naftaleno e xileno e utilizar efetivamente o petróleo bruto.

O uso de métodos biotecnológicos para proteger as plantas contra pragas e doenças é de grande importância.

A biotecnologia está entrando na indústria pesada, onde microorganismos são usados ​​para extrair, converter e processar recursos naturais. Já na antiguidade, os primeiros metalúrgicos obtinham ferro a partir de minérios de pântano produzidos por bactérias de ferro, que são capazes de concentrar ferro. Agora foram desenvolvidos métodos para a concentração bacteriana de vários outros metais minerais: manganês, zinco, cobre, cromo, etc. Esses métodos são usados ​​para desenvolver lixões de minas antigas e depósitos pobres, onde os métodos tradicionais de mineração não são economicamente viáveis.

A engenharia genética é um dos métodos mais importantes da biotecnologia. Envolve a criação artificial direcionada de certas combinações de material genético que são capazes de funcionar normalmente em uma célula, ou seja, multiplicar e controlar a síntese dos produtos finais. Existem vários tipos de métodos de engenharia genética, dependendo do nível e das características de sua utilização.

A engenharia genética é usada principalmente em procariontes e microrganismos, embora tenha começado recentemente a ser usada em eucariotos superiores (por exemplo, plantas). Este método envolve o isolamento de genes individuais de células ou a síntese de genes fora das células (por exemplo, com base no RNA mensageiro sintetizado por um determinado gene), rearranjo direcionado, cópia e propagação de genes isolados ou sintetizados (clonagem de genes), também como sua transferência e inclusão no assunto para alterar o genoma. Desta forma, é possível conseguir a inclusão de genes “estranhos” nas células bacterianas e a síntese de compostos importantes para o homem pelas bactérias. Graças a isso, foi possível introduzir o gene de síntese de insulina do genoma humano no genoma da E. coli. A insulina sintetizada por bactérias é usada para tratar pacientes com diabetes.

O desenvolvimento da engenharia genética tornou-se possível graças à descoberta de duas enzimas - enzimas de restrição, que cortam a molécula de DNA em áreas estritamente definidas, e ligases, que unem pedaços de diferentes moléculas de DNA. Além disso, a engenharia genética baseia-se na descoberta de vetores, que são pequenas moléculas circulares de DNA que se reproduzem de forma independente em células bacterianas. Com a ajuda de enzimas de restrição e ligases, o gene necessário é inserido nos vetores, conseguindo posteriormente sua inclusão no genoma da célula hospedeira.

A engenharia celular é um método de construção de um novo tipo de células baseado no seu cultivo, hibridização e reconstrução. Baseia-se no uso de métodos de cultura de células e tecidos. Existem duas áreas da engenharia celular: 1) a utilização de células transferidas para cultura para a síntese de vários compostos úteis para humanos; 2) o uso de células cultivadas para obter plantas regeneradas a partir delas.

As células vegetais em cultura são uma importante fonte de substâncias naturais valiosas, pois retêm a capacidade de sintetizar substâncias que lhes são características: alcalóides, óleos essenciais, resinas, compostos biologicamente ativos. Assim, as células de ginseng transferidas para a cultura continuam a sintetizar, como na composição de toda a planta, valiosas matérias-primas medicinais. Além disso, em cultura, quaisquer manipulações podem ser realizadas com células e seus genomas. Usando mutagênese induzida, é possível aumentar a produtividade de cepas de células cultivadas e realizar sua hibridização (incluindo hibridização à distância) de maneira muito mais fácil e simples do que no nível de todo o organismo. Além disso, trabalhos de engenharia genética podem ser realizados com eles, como acontece com as células procarióticas.

Ao hibridizar linfócitos (células que sintetizam anticorpos, mas crescem relutantemente e por pouco tempo em cultura) com células tumorais que têm potencial de imortalidade e são capazes de crescimento ilimitado em ambiente artificial, um dos problemas mais importantes da biotecnologia no estágio atual foi resolvido - foram obtidas células de hibridoma capazes de crescimento infinito, síntese de anticorpos altamente específicos de um determinado tipo.

Assim, a engenharia celular permite construir um novo tipo de células utilizando o processo de mutação, hibridização e, além disso, combinar fragmentos individuais de diferentes células (núcleos, mitocôndrias, plastídios, citoplasma, cromossomos, etc.), células de vários tipos , relacionado não apenas a diferentes gêneros, famílias, mas também a reinos. Isso facilita a solução de muitos problemas teóricos e tem significado prático.

A engenharia celular é amplamente utilizada no melhoramento de plantas. Foram desenvolvidos híbridos de tomate e batata, maçã e cereja. As plantas regeneradas a partir dessas células com hereditariedade alterada permitem sintetizar novas formas e variedades que possuem propriedades benéficas e são resistentes a condições ambientais desfavoráveis ​​e doenças. Este método também é amplamente utilizado para “resgatar” variedades valiosas afetadas por doenças virais. De seus brotos em cultura, são isoladas várias células apicais, ainda não afetadas pelo vírus, e a partir delas são regeneradas plantas saudáveis, primeiro em um tubo de ensaio, e depois transplantadas para o solo e propagadas.



Emergência engenharia genética (genética) associada à criação de tecnologia para isolamento de genes do DNA e métodos de propagação do gene desejado pelo cientista natural P. Berg (1972, EUA). A introdução de informação genética estranha num organismo vivo, a manipulação genética com o objetivo de alterar os genótipos existentes e criar novos genótipos constituem um dos problemas atuais mais promissores da engenharia genética.

Com base na engenharia genética, surgiu um novo ramo da indústria farmacêutica, que é um ramo promissor da biotecnologia moderna - a síntese microbiológica. Usando métodos de engenharia genética, foram obtidos clones de muitos genes, insulina, histonas, colágeno e globina de camundongo, coelho e humano, hormônios peptídicos e interferon, que são usados ​​​​na prática médica.

O desenvolvimento da engenharia genética permite a criação de novos genótipos de plantas e animais agrícolas, que se caracterizam pela ausência de certas doenças e pelo aumento da produtividade.

Os métodos de engenharia genética são amplamente utilizados em medicina, farmacologia e microbiologia. Por exemplo, através de testes moleculares (fragmentos de DNA) é possível determinar se o sangue do doador está infectado com o vírus da AIDS.

Tecnologias genéticas foram desenvolvidas para melhorar vacinas e criar novas vacinas. Os geneticistas conduzem pesquisas sobre a modificação genética das propriedades dos microrganismos necessários para a fabricação de queijos, vinificação, panificação e produção de produtos lácteos fermentados.

A agricultura utiliza micróbios modificados para combater vírus, germes e insetos nocivos.

Engenharia celular lida com a manipulação genética de células individuais ou grupos de células. As conquistas da engenharia celular incluem a técnica de fertilização in vitro de um óvulo com posterior implantação de seus embriões no útero. Atualmente existem dezenas de milhares de bebês de proveta no mundo.

Métodos de engenharia celular são usados ​​na pecuária para criar animais com certas qualidades que são benéficas para os humanos. Nesse caso, seções de moléculas de DNA são introduzidas nos ovos dos animais experimentais, alterando o genótipo do indivíduo.

Na produção de plantas, para reduzir o tempo de reprodução e aumentar significativamente o número de novos exemplares, utilizam-se micropropagação clonal(obter um organismo vegetal de uma célula).

No entanto, é necessário notar o aspecto negativo do desenvolvimento da engenharia genética e celular: torna-se real a possibilidade de obtenção de novos vírus patogênicos e de criação de novos tipos de armas bacteriológicas, o que não só leva à desestabilização e à tensão nas relações entre os países, mas também também ameaça o bem-estar da civilização humana.

Em 1997, apareceu na imprensa a informação de que o cientista escocês J. Wilmut havia desenvolvido um método de clonagem de mamíferos, que resultou na ovelha clonada Dolly. Foram realizados 236 experimentos, dos quais apenas um teve sucesso - nasceu uma ovelha carregando todo o genótipo da mãe.

Depois disso, as discussões sobre a questão da clonagem humana começaram a surgir com cada vez mais frequência. Na verdade, as tecnologias de engenharia genética estão cada vez mais perto de resolver este problema. Mas convém recordar que a clonagem humana levantará uma série de problemas éticos, jurídicos e religiosos, entre os quais os mais prementes serão provavelmente os seguintes:

♦ minar os valores morais da humanidade;

♦ impacto adverso na sustentabilidade social e biológica da população humana;

♦ o possível surgimento de uma civilização com outros critérios morais (ou falta deles);

♦ o surgimento de associações criminosas de investigadores que utilizam os resultados da engenharia genética para fins ilegais.

Assim, os aspectos morais e sociais da utilização das conquistas da genética no interesse humano requerem ampla discussão, atenção e controle público.

Perguntas de autoteste

1. Por que o eletromagnetismo é um atributo da existência da matéria viva?

2. O que significa a abordagem sinérgica evolutiva na descrição da natureza?

3. Qual é a essência da auto-organização na natureza em geral e na matéria viva em particular?

4. Qual é o papel da sinergética para a visão de mundo moderna?

5. Cite as principais propriedades dos sistemas auto-organizados.

6. Dê o conceito de árvore de bifurcação como modelo da evolução da natureza, do homem e da sociedade.

7. Definir a vida do ponto de vista de vários cientistas. Cite as diferenças entre matéria viva e não viva.

8. Descreva os níveis estruturais de organização da matéria viva.

9. Formule as principais hipóteses sobre a origem da vida na Terra.

10. Cite as principais etapas da origem da vida de acordo com A. I. Oparin.

11. Descreva a célula como uma unidade elementar dos seres vivos.

12. Cite as principais disposições da teoria evolucionária de Charles Darwin. Como a teoria sintética da evolução difere da teoria darwiniana?

13. Qual é o quadro evolutivo do mundo e do evolucionismo global?

14. Defina hereditariedade e variabilidade.

15. O que definem os conceitos “herança”, “gene”, “genoma”, “pool genético”?

16. O que são genótipo e fenótipo? Por que é geralmente aceito que o genótipo determina o fenótipo?

17. Defina o código genético e liste suas propriedades.

18. Liste os princípios básicos da análise hibridológica.

19. Quais características são chamadas de dominantes e quais são chamadas de recessivas?

20. Quais organismos são chamados de homozigotos e quais são heterozigotos?

21. Dê a formulação moderna das leis de Mendel.

22. Quais são as características da genética humana? Liste os principais métodos da genética humana.

Durante muito tempo, o homem sonhou que os animais que criasse seriam maiores, mais resistentes e mais produtivos. Para que as culturas agrícolas por ele cultivadas amadureçam no menor tempo possível, não sejam afetadas por pragas e doenças e cresçam mesmo em condições de baixas temperaturas ambientes e ausência de chuvas regulares.

Até certo ponto, todos esses planos foram concretizados graças à seleção, mas esse processo é muito demorado e ninguém pode garantir o sucesso total. Além disso, este método não ajudará de forma alguma a combinar as características de várias espécies ao mesmo tempo em um organismo. É claro que, se eles puderem cruzar naturalmente, isso será possível, mas em outros casos só podemos sonhar com as qualidades hereditárias exigidas.

Tecnologias principais

O principal método para alcançar tais resultados é a engenharia celular. Todas as suas técnicas foram elaboradas detalhadamente em alguns microrganismos. Em geral, as novas possibilidades e perspectivas nesta direção são simplesmente imensas. Neste momento, estão em curso pesquisas aprofundadas para isolar genes individuais, que podem ser integrados no corpo. Simplificando, será possível criar animais domésticos e plantas que tenham um conjunto de características estritamente definido e tenham a aparência desejada.

Não devemos esquecer que a engenharia celular de microrganismos permitiu a obtenção de bactérias “multifuncionais”, que, por exemplo, podem decompor biologicamente o polietileno. Além disso, as bactérias modificadas são um material ideal para a produção de vacinas. Eles podem muito bem ser absolutamente seguros (o que permite o uso de drogas “vivas”) devido à completa ausência de virulência, mas possuem todo o conjunto de antígenos de seus ancestrais “selvagens”.

Por fim, foi a engenharia de células vegetais que possibilitou o desenvolvimento das famosas melancias quadradas e dos limões sem sementes. É a ela que devemos o surgimento das batatas, que não são consumidas pelas larvas e adultos do besouro da batata do Colorado. Foi graças à investigação genética que surgiu o trigo, que facilmente produz uma excelente colheita em solos salinos (!)!

Métodos de engenharia celular

Todas as células vegetais têm a propriedade de totipotência (isto é, quando uma única célula pode se desenvolver em um organismo inteiro). Na agricultura, isso oferece perspectivas ilimitadas para experimentos de criação de novos tipos de culturas úteis para os seres humanos. A engenharia celular na pecuária é muito promissora. Atualmente, os cientistas possuem ampla experiência no acúmulo e armazenamento in vitro de células somáticas de diversas raças de animais. Isto é especialmente verdadeiro para armazenar material em baixas temperaturas.

A propósito, que métodos existem de engenharia celular de animais? Vamos discuti-los.

Separação precoce de embriões

Hoje, o método de separação dos embriões iniciais é particularmente promissor. O primeiro impulso nessa direção foi dado pelo início do desenvolvimento da transplantologia, cujos métodos permitiram preservar um grande número de embriões obtidos. Em geral, o primeiro experimento bem-sucedido na separação de material embrionário nos estágios 2 a 8 foi realizado por Willard (em Cambridge, Inglaterra). A desvantagem deste método é que exige muito trabalho, razão pela qual esta operação só pode ser realizada em instalações médicas bem equipadas.

Simplificando, é uma biotecnologia extremamente complexa. A engenharia celular hoje em dia usa métodos muito mais simples.

Separação tardia do embrião

Assim, os cientistas começaram a manipular o material embrionário apenas em fases posteriores (mórula, blastocisto). A essência do método é que primeiro a zona transparente (pelúcida) é aberta, após o que o embrião é cuidadosamente dividido em dois. Metade permanece no mesmo local, enquanto a segunda parte é transferida para uma área previamente preparada.

Ainda há alguns anos, a taxa de sobrevivência de embriões utilizando esta técnica chegava a 50-60%, enquanto hoje este número já se aproxima dos 80%. O principal efeito aplicado é um aumento significativo no número de bezerros obtidos de um produtor. Não é surpreendente que a engenharia de células animais seja uma indústria que não carece de financiamento.

Cientistas americanos foram os primeiros nesses experimentos. Foram eles que concluíram que se o embrião for privado da membrana transparente, ele sobrevive em não mais que 15% dos casos, mas se a camada pelúcida for preservada, a taxa de sobrevivência aumenta imediatamente para 35% dos casos. Os melhores resultados são obtidos se cada metade do embrião dividido tiver uma membrana transparente e cada parte for inserida em um corno uterino separado: nas condições modernas, até 75% dos embriões sobrevivem.

Mas para que fins a engenharia celular é usada na prática? Que resultados você obtém com sua ajuda?

A importância da engenharia celular no melhoramento

Hoje, esta técnica é cada vez mais utilizada na criação internacional. Há relativamente pouco tempo, uma técnica para obtenção e implantação de embriões em porcos foi testada com sucesso. Os pesquisadores acreditam que a engenharia celular pode aumentar o número de descendentes de um animal em pelo menos 30-35%. Mas não devemos esquecer a possibilidade de obtenção de cópias genéticas.

Esses animais quase valem seu peso em ouro para os cientistas que estudam a interação entre ambiente e genótipo. O fato é que a presença de dois indivíduos completamente idênticos permite minimizar a influência de fatores internos no estudo da influência do ambiente externo no corpo. Além disso, um animal de um casal pode ser abatido se a pesquisa exigir dados sobre o estado interno do corpo.

Todos esses desenvolvimentos são métodos básicos de engenharia celular. Mas esquecemos de falar sobre a direção mais importante desse ramo da ciência relacionada à regulação artificial do sexo dos animais de fazenda. É hora de corrigir essa deficiência.

Métodos de regulação sexual

Certamente ninguém ficará surpreso ao saber da incrível importância dos desenvolvimentos no campo da regulação artificial do sexo em animais de criação. Atualmente, os cientistas não conseguem regular o número de animais do mesmo sexo e há grandes problemas em reconhecer o sexo de um indivíduo nos estágios iniciais de seu desenvolvimento. Até agora, apenas muito pouco progresso foi feito na regulação artificial deste indicador: mesmo a engenharia celular e a clonagem não podem resolver completamente este problema.

É claro que, idealmente, valeria a pena simplesmente separar os espermatozoides que carregam os cromossomos X e Y. É nesta direção que a investigação deve evoluir. Outra abordagem (que é muito mais simples e, portanto, utilizada) é remover os embriões iniciais do sistema reprodutor feminino, determinar o seu sexo e depois transplantá-los.

Mas como os métodos de engenharia celular se relacionam com tudo isso? Tudo é bem simples.

É tudo uma questão de método citológico, que determina o tipo de embrião, XX ou XY. Isso é feito estudando a cromatina ou os cromossomos sexuais. Nos últimos anos, também se descobriu que o sexo pode ser determinado através do estudo de anticorpos específicos, que são completamente diferentes em mulheres e homens. Há também opiniões de alguns cientistas de que o sexo pode ser determinado através do estudo da atividade da glicose-6-fosfato desidrogenase. Porém, atualmente, os métodos citológicos e imunológicos (estudo de anticorpos) são os mais eficazes.

Engenharia genética

Não é por acaso que o título deste artigo usa a frase “engenharia genética e celular”. Por mais eficazes que sejam os métodos de correção do material celular, trabalhar diretamente com os genes será sempre muito mais eficaz.

Atualmente, são os métodos genéticos que gradualmente ganham um papel de liderança na pecuária e na produção agrícola em todo o mundo. Graças a eles, o trabalho de criação atingiu um nível fundamentalmente novo: a partir de agora, os cientistas podem não apenas adivinhar quais qualidades terá o indivíduo que eles criam, mas também saber com certeza.

Deve-se notar imediatamente que nem tudo está tão bem. Existem algumas restrições. O fato é que somente material genético de touros que possa melhorar sua prole (melhoradores) é permitido para manipulação genética. O único problema é que existem pouquíssimos animais assim hoje. Além disso, os programas destinados a erradicar a mastite ainda não produziram resultados visíveis. Simplificando, a engenharia genética e celular está longe de ser uma panacéia.

Os próprios métodos de engenharia começaram a surgir em um único sistema apenas na década de 50 do século passado. Assim, um dos principais trabalhos que lançaram as bases para este ramo da ciência foram os experimentos de transplante de núcleos celulares pelo método de Briggs e King. No início, esta operação foi realizada com sucesso exclusivamente em sapos. Atualmente, estão sendo realizados experimentos bem-sucedidos de transplante de material genético até mesmo em camundongos e mamíferos maiores.

Há relativamente pouco tempo, os cientistas criaram um método de transferência nuclear após a fusão dos carioplastos. Além disso, métodos genéticos e de engenharia celular já permitem criar organismos quiméricos baseados em vários tipos de mamíferos.

Gardner logo desenvolveu um método fundamentalmente novo no qual os blastômeros são implantados nos blastocistos receptores. Butler testou com sucesso esta técnica em ratos de laboratório. Foi com base nestes desenvolvimentos que foram obtidas pela primeira vez quimeras baseadas no organismo das ovelhas.

Todo o trabalho descrito acima preparou gradualmente a ciência agrícola mundial para a introdução generalizada de métodos de engenharia genética. O método mais comum hoje é a transferência de material genético para células cultivadas e sua subsequente introdução em um blastocisto.

Mas antes de entendermos alguns aspectos desta tecnologia, vale a pena responder a uma questão importante. Mais precisamente, discuta a diferença entre engenharia genética e engenharia celular. Em geral, tudo aqui é bastante simples: se no primeiro caso os cientistas operam diretamente com o material genético, então, ao usar métodos “celulares”, são levadas para o trabalho organelas inteiras e seções de células, que são implantadas no material receptor.

Definição expandida

Então, qual é a essência da engenharia genética? Em meados da década de 70 do século passado, os cientistas fizeram uma descoberta sensacional. Eles descobriram que algumas enzimas microbianas são capazes de cortar a molécula de DNA no local desejado. Simplificando, surgiu uma oportunidade única de obter material genético com propriedades estritamente especificadas.

Os pesquisadores finalmente conseguiram identificar genes específicos com extrema precisão e também cloná-los, se necessário. Que princípios orientam os cientistas em seu trabalho? Em geral, existem apenas dois deles:

• O gene deve ter alguma característica clara que deve ser detectada.
• O material genético isolado precisa estar ligado a um portador (um vírus, por exemplo), que fará o seu transplante.

Simplificando, o gene isolado do corpo do doador deve ser transferido para o corpo do receptor, para o qual é estranho. O principal no trabalho dos pesquisadores não é apenas conseguir o seu enxerto, mas também criar condições para que ele se reproduza normalmente.

Trabalhando com o zigoto

No entanto, nos últimos anos, uma técnica na qual genes estranhos são injetados no pró-núcleo de zigotos animais tornou-se igualmente difundida. Pela primeira vez, esse método foi testado em oócitos de rãs do lago: primeiro, certo DNA foi introduzido neles e os cientistas notaram imediatamente a integração e a transcrição. Em 1981, foi realizado pela primeira vez um experimento interessante, durante o qual o gene da gamaglobulina de coelho foi introduzido em um zigoto de camundongo.

O gene parecia um longo conjunto genômico contendo regiões estáveis. Curiosamente, eles foram transcritos corretamente apenas se estivessem completamente livres de componentes plasmídicos. A expressão dos genes inseridos por este método foi estudada detalhadamente em ratos de laboratório.

Um ano antes dos experimentos com o zigoto de camundongo, em 1980, o plasmídeo pBR322, que continha fragmentos dos vírus SK40 e HSV, foi colocado no pró-núcleo do mesmo zigoto de camundongo. Como resultado, o DNA do vírus foi encontrado em três camundongos dos 78 indivíduos que participaram do experimento. Curiosamente, quando o gene da gamaglobulina humana foi injetado, a sua integração já foi observada em cinco ratos de 33 indivíduos (mais de 15%). Essa experiência já provou que a criação de organismos quiméricos que combinem as características de várias espécies ao mesmo tempo é perfeitamente possível.

Brinster, seus seguidores e seus alunos transplantaram uma construção especialmente preparada nos pró-núcleos de zigotos de camundongos, que incluía a metalotioneína de camundongo, bem como o gene da timidina quinase. Neste caso, a integração completa já foi observada em 17% dos animais de laboratório.

Principais conclusões

Atualmente, a engenharia genética finalmente se tornou um ramo da ciência promissor e discutido. Quase todo mundo sabe disso. Mas quais são as tarefas da engenharia celular e do trabalho com material genético? Ah, eles são bem variados.

Em primeiro lugar, os cientistas de todo o mundo enfrentam a tarefa de pacificar e reduzir a fome em todo o planeta. Os métodos de engenharia genética e celular permitem criar variedades de plantas e espécies animais cuja produtividade será dezenas de vezes superior à dos seus antepassados ​​​​selvagens.

Em segundo lugar, este ramo científico poderá ser capaz de superar os problemas do envelhecimento prematuro e de outras doenças genéticas para as quais não existe actualmente cura. Finalmente, a engenharia genética um dia certamente permitirá prolongar significativamente a vida!

Os especialistas afirmam que os métodos de engenharia genética permitirão, num futuro próximo, não só diagnosticar doenças genéticas (síndrome de Down, por exemplo) em fases extremamente iniciais da gravidez, mas também tratá-las eficazmente!

A engenharia celular é uma direção da ciência e da prática de melhoramento que estuda métodos de hibridização de células somáticas pertencentes a diferentes espécies, a possibilidade de clonagem de tecidos ou organismos inteiros a partir de células individuais.

Um dos métodos comuns de melhoramento de plantas é o método haplóide - obtenção de plantas haplóides desenvolvidas a partir de espermatozoides ou óvulos.

Foram obtidas células híbridas que combinam as propriedades dos linfócitos do sangue e das células tumorais que estão se reproduzindo ativamente. Isso permite que você obtenha anticorpos rapidamente e nas quantidades certas.

Cultura de tecidos– usado para obter tecidos vegetais ou animais, e às vezes organismos inteiros, em condições de laboratório. Na produção vegetal, é utilizado para acelerar a produção de linhagens diplóides puras após tratamento das formas iniciais com colchicina.

Engenharia genética– mudança artificial e direcionada no genótipo dos microrganismos para obter culturas com propriedades pré-determinadas.

Método básico– isolamento dos genes necessários, sua clonagem e introdução num novo ambiente genético. O método inclui as seguintes etapas de trabalho:

– isolamento de um gene, sua associação com uma molécula de DNA celular capaz de reproduzir o gene doador em outra célula (inclusão em um plasmídeo);

– introdução de um plasmídeo no genoma da célula bacteriana receptora;

– seleção de células bacterianas necessárias para uso prático;

– a investigação no domínio da engenharia genética estende-se não só aos microrganismos, mas também aos seres humanos. Eles são especialmente relevantes no tratamento de doenças associadas a distúrbios do sistema imunológico, do sistema de coagulação sanguínea e da oncologia.

Clonagem. Do ponto de vista biológico, a clonagem é a propagação vegetativa de plantas e animais, cujos descendentes carregam informações hereditárias idênticas às dos pais. Na natureza, plantas, fungos e protozoários são clonados, ou seja, organismos que se reproduzem vegetativamente. Nas últimas décadas, esse termo começou a ser usado quando os núcleos de um organismo são transplantados para o óvulo de outro. Um exemplo dessa clonagem foi a famosa ovelha Dolly, obtida na Inglaterra em 1997.

Biotecnologia– o processo de utilização de organismos vivos e processos biológicos na produção de medicamentos, fertilizantes e produtos fitofarmacêuticos biológicos; para tratamento biológico de águas residuais, para extração biológica de metais valiosos da água do mar, etc.

A inclusão no genoma da Escherichia coli do gene responsável pela formação da insulina em humanos permitiu estabelecer a produção industrial desse hormônio.

Na agricultura, dezenas de culturas alimentares e rações foram geneticamente modificadas. Na pecuária, o uso do hormônio do crescimento produzido biotecnologicamente aumentou a produção de leite;

usando um vírus geneticamente modificado para criar uma vacina contra herpes em porcos. Com a ajuda de genes recém-sintetizados introduzidos nas bactérias, são obtidas várias substâncias biologicamente ativas importantes, em particular hormônios e interferon. Sua produção constituiu um importante ramo da biotecnologia.

À medida que a engenharia genética e celular avança, a sociedade torna-se cada vez mais preocupada com a possível manipulação do material genético. Algumas preocupações são teoricamente justificadas. Por exemplo, é impossível descartar o transplante de genes que aumentam a resistência aos antibióticos de algumas bactérias e a criação de novas formas de produtos alimentares, mas estes trabalhos são controlados pelos Estados e pela sociedade. Em qualquer caso, o perigo de doenças, desnutrição e outros choques é muito maior do que o da investigação genética.

Perspectivas para engenharia genética e biotecnologia:

– criação de organismos úteis ao homem;

– obtenção de novos medicamentos;

– correção e correção de patologias genéticas.

Para tratar muitas doenças, são necessárias várias substâncias biologicamente ativas. Ao isolá-los do tecido humano, existe o perigo de contaminação do material resultante com diversos vírus (hepatite B, imunodeficiência humana, etc.). Além disso, estas substâncias são produzidas em pequenas quantidades e são caras. As substâncias biologicamente ativas de origem animal são ineficazes devido à incompatibilidade com o sistema imunológico de uma pessoa doente. Somente o desenvolvimento de um novo ramo da engenharia genética ajudou a garantir a produção de substâncias biologicamente ativas puras em grandes quantidades e a preços mais baixos.

Engenharia genética- trata-se da criação de moléculas de DNA híbridas e recombinantes e, portanto, de organismos com novas características. Para isso, é necessário isolar um gene de um organismo ou sintetizá-lo artificialmente, cloná-lo (multiplicar) e transferi-lo para outro organismo.

As ferramentas da engenharia genética são enzimas: enzimas de restrição (cortando a molécula de DNA) e ligases (ligando-a). Os vírus são usados ​​como vetores.

Usando engenharia genética, foram criadas cepas de Escherichia coli nas quais estão incorporados os genes da insulina humana (necessária para o tratamento do diabetes), do interferon (um medicamento antiviral) e da somatotropina (hormônio do crescimento).

As células de levedura foram geneticamente modificadas para produzir insulina humana. O método biossintético de produção de insulina humana a partir de células de levedura é amplamente utilizado na produção farmacêutica (na Dinamarca, Iugoslávia, EUA, Alemanha e outros países).

Atualmente, cientistas de diversos países estão trabalhando para obter, por meio da engenharia genética, uma série de outras substâncias biologicamente ativas necessárias, uma vacina contra a hepatite B, um ativador de profibrinolisina (um anticoagulante), interleucina-2 (um imunomodulador), etc.

Genes estranhos são introduzidos em células animais na forma de moléculas de DNA individuais ou como parte de vetores virais capazes de introduzir DNA estranho no genoma celular. Geralmente são usados ​​dois métodos:

1) O DNA é adicionado ao meio de incubação celular;

2) produzir microinjeções de DNA diretamente no núcleo (o que é mais eficaz).

As principais tarefas da engenharia genética em humanos são a criação de bancos de genes humanos para seu estudo e a busca por formas de terapia genética, ou seja, a substituição de genes mutantes por alelos normais.

Engenharia celularé um método para construir um novo tipo de células com base no seu cultivo, hibridização ou reconstrução. A hibridização combina artificialmente células inteiras (às vezes de espécies distantes) para formar uma célula híbrida. A reconstrução celular é a criação de uma célula viável a partir de fragmentos individuais de células diferentes (núcleo, citoplasma, cromossomos, etc.).

O estudo das células híbridas permite resolver muitos problemas da biologia e da medicina. Por exemplo, a biotecnologia utiliza hibridomas. Hibridomaé um híbrido celular obtido pela fusão de um linfócito normal e uma célula tumoral. Tem a capacidade de sintetizar anticorpos monoclonais (homogêneos) com a especificidade desejada (propriedade de um linfócito) e crescimento ilimitado em ambiente artificial (propriedade de uma célula tumoral).

Biotecnologia- é a produção de produtos e materiais necessários ao homem a partir de objetos biológicos.

O termo “biotecnologia” generalizou-se em meados da década de 70 do século XX, embora certos ramos da biotecnologia sejam conhecidos há muito tempo e se baseiem na utilização de vários microrganismos: panificação, vinificação, cervejaria, fabricação de queijos. Os avanços na genética criaram grandes oportunidades adicionais para o desenvolvimento da biotecnologia.

Em meados do século XX. e na segunda metade, por mutagênese induzida, foram obtidos antibióticos (penicilina, estreptomicina, eritromicina, etc.) - com a ajuda de micróbios; enzima amilase - com ajuda de Bacillus subtilis, aminoácidos - com ajuda de Escherichia coli; ácido láctico - com a ajuda de bactérias lácticas; ácido cítrico - usando fungo Aspergillus; Vitaminas B - com a ajuda de fermento.