INGINERIE GENETICĂ(sin. Inginerie genetică) - o direcție de cercetare în biologie moleculară și genetică, al cărei scop ultim este obținerea, prin tehnici de laborator, a organismelor cu combinații de proprietăți ereditare noi, inclusiv cele care nu se găsesc în natură. În inima lui G. şi. posibilitatea manipulării intenționate cu fragmente de acizi nucleici datorită ultimelor realizări ale biologiei moleculare și geneticii se află. Aceste realizări includ stabilirea universalității codului genetic (vezi), adică faptul că în toate organismele vii includerea acelorași aminoacizi într-o moleculă proteică este codificată de aceleași secvențe de nucleotide în lanțul ADN; succesele enzimologiei genetice, care a oferit cercetătorului un set de enzime care fac posibilă obținerea de gene separate sau fragmente de acizi nucleici într-o formă izolată, pentru a realiza sinteza in vitro a fragmentelor de acizi nucleici to - t, pentru a combina fragmentele obţinute într-un singur întreg. Astfel, modificarea proprietăților ereditare ale unui organism prin intermediul lui G. și. se reduce la construirea de material genetic nou din diverse fragmente, introducerea acestui material în organismul receptor, crearea condițiilor pentru funcționarea acestuia și moștenirea stabilă.

Una dintre modalitățile de obținere a genelor este chimia. sinteză. După ce Holly (A. Holli) în SUA, A. A. Baev în URSS și alți cercetători au reușit să descifreze structura diferitelor transporturi RBGK (ARNt), X. Koran și colab., au efectuat o chimie. sinteza ADN-ului care codifică ARNt alaninei de drojdie de panificație.

Dar cea mai eficientă metodă de sinteză artificială a genelor este asociată cu utilizarea enzimei ADN polimerazei dependente de ARN (reverse transcriptază) descoperită de Baltimore (D. Baltimore) și Temin (H. Temin) în virusurile oncogene (vezi). Această enzimă a fost izolată și purificată din celule infectate cu anumite virusuri oncogene care conțin ARN, inclusiv virusul mieloblastozei aviare, sarcomul Rous și leucemia la șoarece. Reverse transcriptaza asigură sinteza ADN-ului pe matrița de ARN mesager (ARNm). Utilizarea moleculelor de ARNm ca șabloane pentru sinteza ADN-ului facilitează foarte mult sinteza artificială a genelor structurale individuale ale organismelor superioare, deoarece secvența bazelor azotate dintr-o moleculă de ARNm este o copie exactă a secvenței bazelor azotate a genelor structurale corespunzătoare și tehnica de izolare a diverselor molecule de ARNm este destul de bine dezvoltată. Progresele în izolarea ARNm a proteinei globinei, care face parte din hemoglobina umană, animală și de pasăre, ARNm din proteina lentilei oculare, ARNm imunoglobină, ARNm al unei anumite proteine ​​tumorale maligne (mielom), au făcut posibilă sintetizarea părții structurale a genelor care codifică unele a acestor proteine ​​folosind transcriptaza inversă.

Cu toate acestea, genele structurale din organism funcționează împreună cu genele reglatoare, a căror secvență de nucleotide nu este reprodusă de molecula de ARNm. Prin urmare, niciuna dintre aceste metode nu permite sinteza unui set de gene structurale și reglatoare. Soluția la această problemă a devenit posibilă după dezvoltarea metodelor de izolare a genelor individuale. Pentru a izola genele bacteriene, sunt utilizate structuri citoplasmatice mici care conțin ADN care se pot replica (vezi Replicare) independent de cromozomul bacterian. Aceste structuri formează un singur grup de elemente genetice extracromozomiale ale bacteriilor - plasmide (vezi Plasmide). Unele dintre ele pot fi introduse în cromozomul bacterian și apoi spontan sau sub influența agenților inductori, de exemplu. Iradierea UV, trece de la cromozom la citoplasmă, luând cu ea genele-celulele cromozomiale adiacente ale gazdei. Elementele genetice extracromozomiale ale bacteriilor cu astfel de proprietăți se numesc epizomi [F. Jacob, Wollman (E. Wollman)]. Epizomii (vezi) includ fagi moderati (vezi. Bacteriofag), factor sexual al bacteriilor, factori de rezistență la medicamente a microorganismelor (vezi), factori bacteriocinogene (vezi). În citoplasmă, genele capturate de epizomi se reproduc în compoziția lor și formează adesea multe copii. Dezvoltarea unei metode eficiente pentru izolarea plasmidelor, în special a fagilor temperați care poartă materialul genetic al cromozomului bacterian și izolarea unui fragment din cromozomul celulei bacteriene inclus în genomul bacteriofagului a făcut posibil în 1969 ca J. Beckwith și colab. izola operonul de lactoză, un grup de gene care controlează enzimele de sinteză necesare pentru absorbția lactozei de către Escherichia coli. O tehnică similară a fost folosită pentru a izola și purifica gena care controlează sinteza ARN-ului de transfer al tirozinei Escherichia coli (vezi Acizi ribonucleici).

Utilizarea plasmidelor face posibilă obținerea practic oricăror gene bacteriene în formă izolată și, în consecință, posibilitatea de a construi molecule de ADN din diverse surse. Astfel de structuri hibride pot fi acumulate în celule în cantități semnificative, deoarece multe plasmide în anumite condiții se replic intens în citoplasma bacteriană, formând zeci, sute și chiar mii de copii.

succesele lui G. şi. asociat cu dezvoltarea tehnicilor de combinare a structurilor genetice din surse diferite într-o singură moleculă de ADN. Factorul decisiv în proiectarea moleculelor hibride in vitro a fost utilizarea endonucleazelor de restricție - enzime speciale capabile să taie moleculele de ADN în zone strict definite. Astfel de enzime se găsesc în celulele Escherichia coli purtătoare de plasmide de tip R, care provoacă rezistență bacteriilor la anumite medicamente, în celulele Haemophilus influenzae, Serratia marcescens și alte microorganisme. Una dintre cele mai frecvent utilizate enzime de acest tip este endonucleaza de restricție EcoRI, care este sintetizată de plasmida RI în celulele E. coli. Enzima recunoaște o secțiune de ADN cu o secvență unică de șase perechi de baze și taie structura ADN-ului dublu catenar din această secțiune, astfel încât capete monocatenar a patru nucleotide să se formeze pe ambele părți (așa-numitele capete lipicioase). Deoarece enzima taie moleculele de ADN, indiferent de originea lor, intr-un mod strict definit, toate fragmentele de ADN rezultate din actiunea enzimei vor avea aceleasi capete lipicioase. Capetele lipicioase complementare ale oricăror fragmente de ADN sunt combinate prin legături de hidrogen, formând un ADN circular hibrid (Fig.). Pentru a stabiliza molecula de ADN hibrid, se folosește o altă enzimă - polinucleotidă ligaza, care restabilește legăturile covalente rupte de enzima de restricție. Secvența recunoscută în mod specific de EcoRI apare în ADN la cel mult 4.000-16.000 de perechi de baze. Prin urmare, un fragment de ADN format sub acțiunea EcoRI poate include cel puțin o genă nedeteriorată de enzimă (în medie, o genă conține 1000-1500 de perechi de baze).

Utilizarea endonucleazelor de restricție și a unui număr de alte enzime face posibilă obținerea de ADN recombinant complex. Un grup de cercetători din Statele Unite, condus de P. Berg, a reușit să combine informații genetice din trei surse ca parte a unei singure molecule de ADN: genomul complet (vezi) al virusului oncogen al maimuței SV40, parte din genomul bacteriofagului temperat. λ și grupul de gene E. coli responsabile de asimilarea galactozei. Molecula recombinantă proiectată nu a fost testată pentru activitatea funcțională, deoarece autorii acestei lucrări s-au oprit înainte de pericolul potențial al răspândirii virusurilor animale oncogene în populația de bacterii care trăiesc în intestinul uman. Se știe că ADN-ul purificat al virusurilor poate pătrunde în diferite celule de mamifere și poate fi moștenit stabil de către acestea.

Pentru prima dată, moleculele de ADN hibrid active funcțional au fost construite în SUA de către S. Cohen și colab. Grupul lui Cohen a rezolvat constant problema combinării și clonării (acumulării selective) a moleculelor de ADN izolate de la specii din ce în ce mai îndepărtate unele de altele în termeni filogenetici. Procedura de clonare constă de obicei în faptul că ADN-ul din diverse surse este fragmentat folosind endonucleaze de restricție, apoi aceste fragmente sunt combinate in vitro într-o structură comună și introduse în organismul receptor, care în experimentele lui Cohen este Escherichia coli. S-a stabilit că celulele mai multor specii bacteriene (inclusiv Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus) pot fi transformate (vezi Transformare) folosind molecule de ADN recombinant. În acest caz, partea plasmidică a moleculei hibride (sau una dintre plasmide, dacă două plasmide din surse diferite sunt combinate în molecula hibridă) servește ca vector, adică asigură transferul materialului genetic străin filogenetic către celulele primitoare și reproducerea lui în ele. Prima plasmidă folosită de Cohen și colab. ca vector a fost plasmida pSC101 obținută de acesta in vitro, care controlează rezistența bacteriilor la tetraciclină. Această plasmidă mică are doar 8000 bp lungime. Este atacat de enzima EcoRI într-un singur loc, iar enzima nu dăunează capacității plasmidei de a se replica în celulele E. coli și de a controla rezistența la tetraciclină. Aceste caracteristici au făcut posibilă utilizarea acestuia pentru construirea de molecule hibride de ADN in vitro. În primele etape, ADN-ul plasmid izolat de la diferite specii bacteriene și apoi din organisme superioare a fost atașat la pSC101. Astfel, au fost create plasmide „himerice” (adică incapabile să apară în condiții naturale), care au combinat în compoziția lor materialul genetic al Escherichia coli, un segment de ADN din ovocite ale broaștei cu gheare Xenopus laevis, care controlează sinteza de ARN ribozomal și un segment de ADN al unui arici de mare care controlează sinteza proteinelor histonice sau ADN-ul mitocondrial de șoarece. În celulele de Escherichia coli, în care au fost introduse astfel de plasmide hibride, „himerice”, a fost înregistrată activitatea genelor organismelor superioare.

Spre deosebire de pSC101, care este prezent în celulă doar în 4-6 copii, alte plasmide utilizate ca vectori se pot replica de multe ori în anumite condiții, formând câteva mii de copii într-o singură celulă. Astfel de proprietăți sunt posedate, de exemplu, de plasmida ColEI, care controlează sinteza colicinei (vezi Bacteriocinogeneză). La fel ca pSC101, ColEI este scindat de enzima EcoRI într-un singur loc, iar ADN-ul străin, de asemenea tratat cu EcoRI, este ușor atașat de molecula liniară rezultată cu capete lipicioase. Astfel, genele operonului triptofan al Escherichia coli au fost „cusute” la ColEI. În celulele care poartă multe copii ale plasmidei hibride construite, producția de proteine ​​enzimatice controlate de genele de biosinteză a triptofanului a crescut dramatic. În sistemul in vitro, a fost posibil să se atașeze plasmida ColEI la anumiți factori R și la un fag temperat. O astfel de muncă a fost efectuată pentru prima dată în URSS sub îndrumarea academicianului A. A. Baev și a profesorului S. I. Alikhanyan. Plasmidele vector combinate formate din ColEI și factorii R sunt capabile să se înmulțească intens în celulele bacteriene, cum ar fi ColEI și, în același timp, să determine rezistența celulelor la antibiotice, ceea ce simplifică foarte mult selecția bacteriilor - purtători de plasmide hibride.

Fagii temperați sunt, de asemenea, folosiți ca vectori. În sistemul in vitro, au fost construite particule bacteriofage hibride care au inclus în structura lor gene bacteriene, ADN al altor fagi sau organisme superioare (de exemplu, ADN-ul muștei de fructe Drosophila).

Activitatea funcțională a ADN-ului hibrid este determinată de posibilitatea transferului lor în celulele organismelor primitoare și de multiplicarea (amplificarea) ulterioară în aceste celule. În calitate de receptori, nu numai bacteriile, așa cum am menționat mai sus, ci și celulele organismelor superioare sunt deja utilizate în mod eficient, până acum, totuși, doar sub forma unei culturi de țesut cultivate în afara corpului. Există indicii că ADN-ul fagilor purtători de gene bacteriene poate pătrunde în celulele țesutului conjunctiv uman (fibroblaste), în protoplaste sau într-o cultură nediferențiată (calus) de celule vegetale. În 1971, Amer. cercetătorul Merrill (S. R. Merril) și colab., au raportat experimente de corectare a unui defect ereditar – galactozemie (vezi) prin introducerea în celulele „bolnave” a genelor de galactoză ale bacteriilor incluse în ADN-ul fagului transductor. Ca urmare, celulele unui pacient cu galactozemie, cu defecte în enzima beta-D-galactoză-1-fosfat uridiltransferaza, incapabile să asimileze galactoza, și-au restabilit capacitatea normală de a crește în prezența galactozei, iar activitatea enzimatică anterior absentă a fost înregistrate în extrasele lor. Un rezultat similar a fost obținut de Horst (J. Horst) și colab., cu introducerea unei gene bacteriene care controlează sinteza beta-galactozidazei în fibroblastele unui pacient cu gangliozidoză generalizată, caracterizată printr-o deficiență severă a acestei enzime. Manion (W. Munyon) și colaboratorii săi. folosind virusul herpes, ei au transferat gena care controlează sinteza timidin kinazei de la celulele umane la celulele de șoarece, restabilind capacitatea fibroblastelor de șoarece defecte de a sintetiza această enzimă.

Una dintre modalitățile de transfer de informații genetice în cultura celulelor umane, animale și vegetale este hibridizarea celulelor somatice, dezvoltată de Ephrussi (V. Ephrussi) și Barsky (G. Barski). Eficacitatea acestei metode s-a îmbunătățit semnificativ, deoarece s-a constatat că particulele de virus paragripal de tip Sendai inactivat cresc frecvența fuziunii celulare dintr-o mare varietate de surse. A fost demonstrată posibilitatea transferului de gene individuale de la cromozomi izolați de hamster chinezesc în celulele de țesut conjunctiv de șoarece. Sunt descriși hibrizi de celule umane și de șoarece, în care o parte a cromozomilor umani este ștearsă, în timp ce partea rămâne activă funcțional. Dezvoltarea metodelor de microchirurgie celulară a făcut posibilă transplantarea nucleelor ​​celulare din celule somatice în ouă fecundate și, ca urmare, obținerea de organisme absolut identice. Hibridizarea celulară a făcut posibilă inducerea sintezei globinei umane în celulele germinale de broaște. Toate aceste exemple demonstrează potenţialul lui G. şi.

Valoarea practică a lui G. şi. pentru medicină este asociată cu perspectivele de corectare a defectelor metabolice ereditare la om (vezi Terapia genică), creând microorganisme care și-au pierdut patogenitatea, dar și-au păstrat capacitatea de a forma imunitate, sinteza de antibiotice, aminoacizi, hormoni, vitamine, enzime, imunoglobuline etc., bazate pe utilizarea microorganismelor care au inclus genele corespunzătoare. Rezultate excepţionale pot fi obţinute în viitorul apropiat G. şi. plantelor. Cu ajutorul metodelor lui G. şi. ei încearcă să creeze plante care pot absorbi azotul atmosferic și pot îmbunătăți compoziția proteică a alimentelor din plante. Rezolvarea cu succes a acestor probleme va crește dramatic productivitatea plantelor, va reduce producția și consumul de azot mineral și, prin urmare, va îmbunătăți semnificativ mediul (vezi). Se studiază posibilitatea de a crea forme complet noi de animale și plante prin depășirea barierelor interspecifice ale încrucișării. Totuşi la aprecierea lui G. şi. ca o nouă formă de stăpânire a vieții sălbatice, ar trebui să se țină seama nu numai de posibilul său rol revoluționar în biologie, medicină și agricultură, ci și de oportunitățile apărute în legătură cu dezvoltarea ei pentru apariția de noi forme de microorganisme patogene, pericolul răspândirea ADN-ului hibrid în populațiile de bacterii care trăiesc la om, purtătoare de virusuri oncogene etc. Desigur, utilizarea deliberată a realizărilor științei, inclusiv G. și., în scopuri inumane, mizantropice, este posibilă numai într-o societate în care binele omului este sacrificat profitului și agresiunii.

Din materiale suplimentare

Ingineria genetică continuă să fie o metodă de cercetare care progresează rapid în biologia moleculară și genetică. Trebuie remarcat faptul că conceptele de „inginerie genetică” și „inginerie genetică” nu sunt complet sinonime, deoarece cercetările legate de inginerie genetică nu se limitează la manipulări cu gene ca atare. În prezent, metodele de inginerie genetică permit o analiză cât mai aprofundată și detaliată a acizilor nucleici naturali - substanțe responsabile de stocarea, transmiterea și implementarea informațiilor genetice (vezi Acizi nucleici.), precum și crearea unora modificați sau complet noi, care sunt nu se găsesc în natură.gene (vezi gena), combinații de gene și le exprimă cu eficiență ridicată într-o celulă vie (vezi expresivitatea genei). Dintre realizările practice specifice ale ingineriei genetice din ultimul deceniu, cea mai importantă ar trebui să fie crearea de producători de proteine ​​biologic active - insulină (vezi), interferon (vezi), hormon de creștere (vezi Hormon somatotrop), etc. Pe măsură ce dezvoltarea metodelor de inginerie genetică, activarea acelor legături ale metabolismului, secarale sunt legate de formarea agenților biologic activi cu molecul scăzut. In acest fel se obtin producatori de anumite antibiotice, aminoacizi si vitamine, de multe ori mai eficienti decat producatorii acestor substante, derivate prin metode traditionale de genetica si selectie. Se dezvoltă metode pentru obținerea de vaccinuri proteice pure împotriva virusurilor hepatitei, gripei, herpesului și febrei aftoase, a fost implementată ideea de a folosi vaccinarea cu virusul vaccinia, în genomul căruia gene care codifică sinteza proteinelor a altor virusuri (de exemplu, virusuri hepatite sau gripale) sunt încorporate: ca urmare, inoculările cu un virus astfel construit, organismul dezvoltă imunitate nu numai împotriva variolei, ci și împotriva hepatitei, gripei sau a altor boli cauzate de acel virus, proteina to-rogo este codificată de gena încorporată.

Colecția mondială de endonucleaze de restricție - restrictaze, principalele „instrumente” ale manipulărilor de inginerie genetică, a crescut semnificativ. Peste 400 de restrictaze „recunoașterea” aprox. 100 de situsuri specifice (loturi) cu structură diferită în moleculele de ADN (vezi Acizi dezoxiribonucleici) și divizarea lanțului de polinucleotide ADN la aceste locuri. Cu ajutorul unei astfel de enzime sau a unei combinații de mai multe enzime de restricție, aproape orice genă poate fi izolată ca parte a unuia sau mai multor fragmente de ADN (așa-numitele fragmente de restricție). Acest lucru a extins posibilitățile ingineriei genetice nu numai în ceea ce privește izolarea genelor, ci și în legătură cu activarea muncii lor, analiza structurii genelor și a mediului lor molecular. Au fost dezvoltate metode pentru sinteza genelor întregi cu o anumită secvență de nucleotide, a devenit posibilă furnizarea genelor sintetizate și naturale cu diverse secvențe de nucleotide reglatoare, înlocuirea, inserarea, ștergerea nucleotidelor individuale în secțiuni strict specificate ale unei gene, scurtarea sau își completează lanțul nucleotidic cu o precizie de o nucleotidă.

Realizarea ingineriei genetice a fost pătrunderea acesteia în organizarea și funcționarea mecanismelor de ereditate în celulele organismelor superioare, inclusiv a oamenilor. Pe eucariotele superioare au fost obținute cele mai interesante date folosind metode de inginerie genetică. Succesul ingineriei genetice este asociat în mare măsură cu producerea de noi vectori specializați care permit clonarea (propagarea) eficientă a fragmentelor individuale de ADN (gene) și sintetizarea proteinelor codificate de aceste gene.

Fragmentele de restricție conectate la vectori ADN sunt donate într-o celulă vie folosind capacitatea unor astfel de vectori de a se reproduce (replica) într-o celulă în mai multe copii. În funcție de dimensiunea fragmentelor de donat și de scopul studiului, se folosesc vectori de unul din cele patru tipuri - plasmide (vezi), fagi (vezi. Bacteriofag), cosmide sau derivați ai fagilor cu ADN monocatenar.

Pentru donarea fragmentelor de ADN relativ mici (până la 10 mii de perechi de baze), se folosesc vectori plasmidici (pBR322, pAT 153, pUR250, pUC19 etc.). Realizarea ingineriei genetice în ultimii ani a fost producerea de vectori bazați pe fagul X (Charon 4A, gtwes-B), în care o parte a genomului este înlocuită cu un fragment de ADN străin. Genomul hibrid este „împachetat” artificial într-un înveliș proteic și bacteriile sunt infectate cu acest fag reconstruit. Formând câteva mii de copii în timpul reproducerii în celulă, fagul reconstruit îl lizează și este eliberat în mediul de cultură. Cu ajutorul unor astfel de vectori se clonează fragmente de ADN de 10-25 mii de perechi de baze.

Vectorii cosmidici (pIB8, MUA-3) sunt un hibrid de fag X și o plasmidă. Ele conțin așa-numitele Secvențele COS ale ADN-ului fagilor necesare pentru împachetarea genomilor fagilor într-o înveliș de proteine ​​și un segment de ADN plasmid care permite vectorilor cosmid să se replice în bacterii în același mod ca și plasmidele. Astfel, genomul recombinant rezultat infectează bacteriile cu eficiență ridicată ca un bacteriofag, dar se înmulțește în ele ca o plasmidă fără a provoca moartea unei celule bacteriene. Cosmidele sunt folosite pentru donarea fragmentelor de ADN cu lungimea de până la 35-45 mii de perechi de baze.

Vectorii, care sunt derivați ai fagilor cu ADN monocatenar (M13 mp8, M13, mp73 etc.), sunt construiți pe baza moleculei circulare de ADN a bacteriofagului M13. Pentru încorporarea ADN-ului străin, se folosește o moleculă replicativă de ADN fagic dublu catenar. Un vector care poartă un DIC străin este introdus în celulele bacteriene, în care moleculele recombinante se înmulțesc fără a liza această celulă și se „muguresc” în mediul de cultură ca o particulă virală cu o moleculă de ADN monocatenar. Acești vectori sunt utilizați pentru a clona fragmente de ADN (până la 300-400 de perechi de baze).

Gena necesară pentru manipulările de inginerie genetică este obținută prin donarea moleculelor de ADN recombinat adecvate și selectarea unor astfel de clone. În acele cazuri în care genele organismelor superioare și ale oamenilor sunt donate/exprimarea to-rykh în E. coli (cel mai des folosită în astfel de scopuri) este imposibilă, procedura de clonare și selecție se desfășoară în mai multe etape. În prima etapă, un așa-zis o bibliotecă de gene din fragmente de ADN (donate direct din genomul celulei) sau din copiile ADN donate (ADNc) ale ARN-ului mesager corespunzător. Comparând structura fragmentelor de ADN genomic și ADNc-ul corespunzător, ei obțin informații importante despre organizarea materialului genetic și, în cazul bolilor ereditare, despre natura anomaliilor din materialul genetic, a căror consecință este aceasta. boala. Din biblioteca de gene, folosind tehnici moderne, este posibilă extragerea genei necesare cu regiunile genomului din jur. În prezent, au fost create biblioteci complete de gene ale multor microorganisme, plante și animale (până la mamifere și oameni). Câteva sute de gene și alte secvențe de nucleotide din ADN-ul uman au fost deja donate și, într-o oarecare măsură, studiate.

Posibilitățile cercetării în inginerie genetică nu se limitează la clonarea unei gene și obținerea unui număr mare de copii ale acesteia. Este adesea necesar nu numai să se cloneze o genă, ci și să se asigure expresia acesteia într-o celulă, adică să se implementeze informațiile conținute în ea în secvența de aminoacizi a lanțului polipeptidic al proteinei codificate de această genă. Dacă o genă introdusă într-o celulă bacteriană este obținută din bacterii din aceeași specie (sau apropiată), atunci poate fi suficientă izolarea genei cu elemente de reglare care controlează expresia acesteia. Cu toate acestea, cu câteva excepții, secvențele de nucleotide reglatoare ale organismelor îndepărtate evolutiv nu sunt interschimbabile. Prin urmare, pentru a realiza, de exemplu, expresia unei gene eucariote în celulele E. coli, regiunea reglatoare este îndepărtată din aceasta, iar partea structurală a unei astfel de gene este atașată (la o anumită distanță) de regiunea reglatoare. a genei bacteriene. Progrese semnificative în dezvoltarea acestei tehnici s-au realizat după descoperirea enzimei nucleazei Ba131, care are proprietatea unică de a hidroliza ambele lanțuri ale unei molecule de ADN liniar dublu catenar începând de la capătul moleculei, adică această enzimă elimină „excesul”. ” secvențe de nucleotide de orice lungime de la capătul fragmentului de ADN . În prezent, regiunile structurale și de reglare sunt izolate separat folosind acele restrictaze, ale căror situsuri de „recunoaștere” sunt localizate cel mai bine pe lanțul polinucleotidic, apoi secvențele de nucleotide „extra” sunt îndepărtate și regiunea structurală a genei eucariote este conectată la regiunea reglatoare a genei bacteriene. În acest fel, este posibil să se realizeze nu numai expresia genelor eucariote în celulele bacteriene, ci, dimpotrivă, genele bacteriene în celulele eucariotelor superioare și inferioare.

Succesul ingineriei genetice este strâns legat de dezvoltarea și îmbunătățirea metodelor de determinare a secvenței de nucleotide (secvențierea) în moleculele de ADN. Un număr semnificativ de restrictaze la dispoziția cercetătorilor face posibilă izolarea anumitor fragmente de ADN cu specificitate absolută, iar dezvoltarea și îmbunătățirea metodelor de clonare face posibilă obținerea de fragmente chiar și unice de gene în cantități necesare analizei. Metodele de secvențiere ADN s-au dovedit a fi atât de eficiente încât adesea, prin determinarea secvenței de nucleotide ADN, se obțin date despre secvența de nucleotide din moleculele de ARN corespunzătoare și despre secvența resturilor de aminoacizi din molecula de proteină sintetizată. La procesarea rezultatelor secvențierii ADN-ului, computerele sunt utilizate pe scară largă. Pentru o interpretare mai completă și mai rapidă a datelor experimentale obținute, se creează „bănci” computerizate naționale și internaționale de secvențe de nucleotide. În prezent, au fost determinate secvențele complete de nucleotide ale genomului unui număr de plasmide bacteriene și viruși, iar problema determinării secvențelor complete de nucleotide ale primului cromozom individual și apoi întregul genom al organismelor superioare, inclusiv al oamenilor, este deja fiind rezolvată.

Cu ajutorul metodelor de inginerie genetică s-au găsit abateri în structura anumitor secțiuni ale genelor umane, care a fost cauza bolilor ereditare. Cel mai adesea, această metodă este așa-numita. b analiza lotului. ADN-ul celular izolat este supus hidrolizei cu enzime de restricție, fragmentele rezultate sunt separate după dimensiune utilizând electroforeză pe gel de agaroză sau poliacrilamidă. Fragmentele separate sunt transferate ("retipărite") pe hârtie cromatografică special tratată, filtru de nitroceluloză sau nailon și din nou supuse separării electroforetice. Decupați locurile electroferogramelor corespunzătoare fracțiunilor individuale și care conțin același tip de fragmente de ADN; secțiunile tăiate ale electroforegramelor sunt incubate cu o genă donată anterior sau cu o parte a acesteia, sau cu una obținută chimic. sinteza printr-o secvenţă de nucleotide care conţine o etichetă radioactivă. ADN-ul marcat contactează doar acele fragmente din ADN-ul celular analizat, iar secară are secvențe de nucleotide complementare acestuia. O modificare a distribuției și cantității unei etichete fixe în comparație cu norma face posibilă evaluarea rearanjamentelor în secvențele de gene sau nucleotide analizate adiacente acesteia.

Locurile de „recunoaștere” a anumitor restrictaze din molecula de ADN sunt distribuite neuniform, prin urmare, în timpul hidrolizei de către aceste enzime, molecula de ADN este împărțită într-un număr de fragmente de diferite lungimi. Rearanjarea structurii ADN, în urma căreia dispar sau apar site-urile de „recunoaștere” existente, duce la o modificare a setului acestor fragmente (așa-numitele fragmente de restricție), adică la apariția lungimii fragmentului de restricție. polimorfism (GVDRF). Rearanjamentele în molecula de ADN pot cauza sau nu modificări în timpul sintezei sau în structura proteinei codificate; rearanjamentele care nu provoacă modificări sunt majoritare și provoacă un RFLP normal. S-a dovedit că RFLP este o trăsătură genetică clară. În prezent, analiza RFLP a devenit una dintre cele mai precise metode utilizate în genetica umană și în genetica medicală. Pentru o serie de boli ereditare, sunt descrise forme de RFLP care indică în mod direct prezența unei boli sau purtarea unei gene modificate patologic.

Ingineria genetică a marcat începutul unei noi direcții de cercetare, numită „genetica inversă”. Analiza genetică tradițională (vezi) se efectuează în următoarea secvență: se alege semnul, se stabilește legătura unui semn cu un determinant genetic și se stabilește localizarea acestui determinant în raport cu deja cunoscut. În genetica inversă, totul se întâmplă în ordine inversă: este selectat un fragment de ADN cu o funcție necunoscută, se stabilește legătura acestui fragment de ADN cu alte regiuni ale genomului și legătura sa cu anumite trăsături. Această abordare a făcut posibilă dezvoltarea metodelor de diagnosticare precoce și de detectare a purtătorilor de boli precum coreea Huntington, boala Duchenne, fibroza chistică, natura biochimică a defectelor ereditare în care nu este încă cunoscută. Folosind metoda genealogică de stabilire a tiparelor de transmitere ereditară a coreei Huntington, s-a demonstrat că fragmentul de ADN G8 izolat din genomul uman este strâns legat de gena care determină boala și de forma fragmentului G8 RFLP din această populație. poate diagnostica această boală și poate identifica purtătorii de gene defecte.

Există încă multe dificultăți tehnice în calea introducerii în practica medicală a metodelor utilizate în ingineria genetică. Multe laboratoare din întreaga lume dezvoltă în mod activ metode de diagnosticare de inginerie genetică practic adecvate și se speră că astfel de metode își vor găsi aplicarea în viitorul apropiat, dacă nu pentru screening-ul genetic în masă (screening) în timpul examinării medicale a populației, atunci, la cel puțin, pentru o anchetă prin sondaj a grupurilor cu risc ridicat pentru boli ereditare.

Ingineria genetică face posibilă nu numai copierea compușilor și proceselor naturale, ci și modificarea acestora și eficientizarea lor. Un exemplu în acest sens este o nouă linie de cercetare numită ingineria proteinelor. Calculele efectuate pe baza datelor privind secvența de aminoacizi și organizarea spațială a moleculelor de proteine ​​arată că, cu anumite înlocuiri ale anumitor reziduuri de aminoacizi în moleculele unui număr de enzime, este posibilă o creștere semnificativă a activității lor enzimatice. Într-o genă izolată care codifică sinteza unei anumite enzime, înlocuirea strict controlată a anumitor nucleotide este efectuată prin metode de inginerie genetică. În timpul sintezei unei proteine ​​enzimatice sub controlul unei astfel de gene modificate, are loc o înlocuire pre-planificată a resturilor de aminoacizi strict definite în lanțul polipeptidic, ceea ce determină o creștere a activității enzimatice de multe ori în comparație cu activitatea unui natural. prototip.

În domeniul agriculturii, ingineria genetică este de așteptat să aducă o contribuție majoră la selecția de noi soiuri de plante cu randament ridicat, care sunt rezistente la secetă, boli și dăunători, precum și la dezvoltarea de noi soiuri de culturi foarte productive. animalelor.

Ca orice realizare a științei, succesele ingineriei genetice pot fi folosite nu numai în beneficiul, ci și în detrimentul umanității. Studiile efectuate special au arătat că pericolul răspândirii necontrolate a ADN-ului recombinant nu este atât de mare pe cât se credea anterior. ADN-ul recombinant și bacteriile care le poartă s-au dovedit a fi foarte instabile la influențele mediului, neviabile la oameni și animale. Se știe că în natură și fără intervenția omului există condiții care asigură un schimb activ de informații genetice, acesta este așa-numitul. fluxul de gene. Cu toate acestea, natura a creat multe bariere eficiente în calea pătrunderii informațiilor genetice extraterestre în organism. În prezent, este evident că atunci când se lucrează cu majoritatea moleculelor de ADN recombinat, măsurile de precauție obișnuite sunt destul de suficiente, to-secara sunt folosite, de exemplu, de microbiologi atunci când lucrează cu material infecțios. Pentru cazuri speciale, s-au dezvoltat metode eficiente atât pentru protecția biologică, cât și pentru izolarea fizică a obiectelor experimentale de oameni și mediu. Prin urmare, primele versiuni foarte stricte ale regulilor de lucru cu ADN recombinant au fost revizuite și înmuiate semnificativ. În ceea ce privește utilizarea deliberată a realizărilor ingineriei genetice în detrimentul oamenilor, atât oamenii de știință, cât și publicul trebuie să lupte activ pentru a se asigura că acest pericol rămâne doar teoretic posibil.

Vezi și Biotehnologie.

Bibliografie: Alikhanyan S. I. Succese și perspective ale ingineriei genetice, Genetica, vol. 12, Jvft 7, p. 150, 1976, bibliogr.; AlikhanyanS. I. şi colab.. Obţinerea de molecule de ADN recombinante funcţionale (hibride), in vitro, ibid., vol. I, nr. 11, p. 34, 1975, bibliogr.; Baev A. A. Inginerie genetică, Priroda, M1, p. 8, 1976; Tikhomirova L.P. și alții. Molecule hibride de ADN ale fagului X și plasmide ColEl, Dokl. Academia de Științe a URSS, vol. 223, nr.4, p. 995, 1975, bibliogr.; Brown D.D.a. S t e r n R. Metode de izolare a genelor, Ann. Rev. Biochim., v. 43, p. 667, 1974, bibliogr.; Schimbarea A. C. Y. a. o. Studii ale ADN-ului mitocondrial de șoarece în Escherichia coli, Cell, v. 6, p. 231.1975, bibliogr.; Hedgpeth J., Goodman H. M. a. B o y e r H. W. Secvența de nucleotide ADN limitată de endonucleaza R1, Proc. nat. Acad. sci. (Spălare), v. 69, p. 3448, 1972, bibliogr.; Hershfield V.a. o. Plasmida ColEl ca vehicul molecular pentru clonarea și amplificarea ADN-ului, ibid., v. 71, p. 3455, 1974; Morrow J. F. a. o. Replicarea și transcrierea ADN-ului eucariotic în Escherichia coli, ibid., p. 1743; T e m i n H. M. a. Mizu-tani S. ADN polimerază dependentă de ARN în virionii virusului sarcomului Rous, Nature (Lond.), v. 226, p. 1211, 1970.

Biotehnologie, ed. A. A. Baeva, M., 1984; B despre h la aproximativ în N. P., Zakharov A. F. și Ivanov V. I. Medical genetics, M., 1984; M a n i a-tis G., FrichE. și Sambrook J. Metode de inginerie genetică. Clonarea moleculară, trans. din engleză, M., 1984; A n t o n a r a k i s S. E. a. o. Polimorfismul ADN și patologia moleculară a grupurilor de gene globinei umane, Hum. Genet., v. 69, p. 1, 1985; Beaudet A. L. Bibliografie a ADN-urilor umane clonate și a altor ADN-uri selectate, Amer. J. hum. Genet., v. 37, p. 386, 1985; In o t s t e i n D. a. o. Construirea unei hărți de legătură genetică la om folosind polimorfisme de lungime a fragmentelor de restricție, ibid., v. 32, p. 314, 1980; G u s e 1 1 a J. E. a. o. Markeri ADN pentru boli ale sistemului nervos, Science, v. 225, p. 1320, 1984; Motulsky A. G. Impactul manipulării genetice asupra societății și medicinei, ibid., v. 219, p. 135, 1983; Alb R. a. o. Un marker genetic strâns legat pentru fibroza chistică, Nature (Londra), v. 318, p. 382, 1985; Wo o S. L. C., L i d s to y A. S. a. Guttler F. Diagnosticul prenatal al fenilcetonuriei clasice prin cartografierea genelor, J. Amer. med. Ass., v. 251, p. 1998, 1984.

L. S. Chernin, V. H. Kalinin.

Importanța economică

Ingineria genetică servește la obținerea calităților dorite ale unui organism modificat sau modificat genetic. Spre deosebire de reproducerea tradițională, în timpul căreia genotipul este schimbat doar indirect, ingineria genetică vă permite să interferați direct cu aparatul genetic, folosind tehnica clonării moleculare. Exemple de aplicații ale ingineriei genetice sunt producția de noi soiuri de culturi modificate genetic, producția de insulină umană folosind bacterii modificate genetic, producția de eritropoietină în cultura celulară sau noi rase de șoareci experimentali pentru cercetarea științifică.

Baza industriei microbiologice, biosintetice este celula bacteriană. Celulele necesare producției industriale sunt selectate după anumite criterii, dintre care cel mai important este capacitatea de a produce, sintetiza, în cantități maxime posibile, un anumit compus - un aminoacid sau un antibiotic, un hormon steroidian sau un acid organic. . Uneori este necesar să existe un microorganism care să poată, de exemplu, să folosească uleiul sau apa uzată ca „hrană” și să le transforme în biomasă sau chiar proteine ​​destul de potrivite pentru aditivii furajeri. Uneori sunt necesare organisme care pot crește la temperaturi ridicate sau în prezența unor substanțe care sunt, fără îndoială, letale pentru alte tipuri de microorganisme.

Sarcina de a obține astfel de tulpini industriale este foarte importantă; pentru modificarea și selecția lor au fost dezvoltate numeroase metode de influență activă asupra celulei - de la tratamentul cu otrăvuri puternice până la iradierea radioactivă. Scopul acestor tehnici este același - de a realiza o schimbare a aparatului ereditar, genetic al celulei. Rezultatul lor este producerea a numeroși microbi mutanți, din sute și mii dintre care oamenii de știință încearcă apoi să aleagă pe cei mai potriviți pentru un anumit scop. Crearea de tehnici pentru mutageneza chimică sau a radiațiilor a fost o realizare remarcabilă în biologie și este utilizată pe scară largă în domeniul modern. biotehnologiei.

Dar capacitățile lor sunt limitate de natura microorganismelor în sine. Ei nu sunt capabili să sintetizeze o serie de substanțe valoroase care se acumulează în plante, în primul rând uleiuri medicinale și esențiale. Ei nu pot sintetiza substanțe care sunt foarte importante pentru viața animalelor și a oamenilor, o serie de enzime, hormoni peptidici, proteine ​​imune, interferoni și mulți alții compuși aranjați simplu, care sunt sintetizați la animale și la oameni. Desigur, posibilitățile microorganismelor sunt departe de a fi epuizate. Din abundența de microorganisme, doar o mică parte a fost folosită de știință și în special de industrie. În scopul selecției microorganismelor, de mare interes sunt, de exemplu, bacteriile anaerobe care pot trăi în absența oxigenului, fototrofele care utilizează energia luminoasă precum plantele, chimioautotrofele, bacteriile termofile care pot trăi la o temperatură, așa cum a fost descoperit recent. , de aproximativ 110 ° C etc.

Și totuși limitările „materialului natural” sunt evidente. Ei au încercat și încearcă să ocolească restricțiile cu ajutorul culturilor de celule și țesuturilor de plante și animale. Acesta este un mod foarte important și promițător, care este, de asemenea, implementat în biotehnologiei. În ultimele decenii, oamenii de știință au dezvoltat metode prin care celulele individuale ale unui țesut vegetal sau animal pot fi făcute să crească și să se înmulțească separat de organism, cum ar fi celulele bacteriene. Aceasta a fost o realizare importantă – culturile de celule rezultate sunt folosite pentru experimente și pentru producerea industrială a anumitor substanțe care nu pot fi obținute cu ajutorul culturilor bacteriene.

Istoricul dezvoltării și nivelul atins de tehnologie

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, au fost făcute câteva descoperiri și invenții importante care stau la baza Inginerie genetică. Mulți ani de încercări de „citire” a informațiilor biologice care sunt „înregistrate” în gene au fost finalizate cu succes. Această lucrare a fost începută de omul de știință englez F. Sanger și de savantul american W. Gilbert (Premiul Nobel pentru Chimie). După cum știți, genele conțin informații-instrucțiuni pentru sinteza moleculelor de ARN și proteinelor din organism, inclusiv enzimele. Pentru a forța o celulă să sintetizeze substanțe noi, neobișnuite pentru aceasta, este necesar ca seturile corespunzătoare de enzime să fie sintetizate în ea. Și pentru aceasta este necesar fie să se schimbe intenționat genele din ea, fie să se introducă în el gene noi, absente anterior. Modificările genelor din celulele vii sunt mutații. Ele apar sub influența, de exemplu, a agenților mutageni - otrăvuri chimice sau radiații. Dar astfel de schimbări nu pot fi controlate sau dirijate. Prin urmare, oamenii de știință și-au concentrat eforturile pe încercarea de a dezvolta metode de introducere în celulă a unor gene noi, foarte specifice, de care o persoană are nevoie.

Principalele etape ale rezolvării problemei de inginerie genetică sunt următoarele:

1. Obținerea unei gene izolate. 2. Introducerea unei gene într-un vector pentru a fi transferată la un organism. 3. Transferul unui vector cu o genă într-un organism modificat. 4. Transformarea celulelor corpului. 5. Selectarea organismelor modificate genetic ( OMG) și eliminarea celor care nu au fost modificate cu succes.

Procesul de sinteză a genelor este în prezent foarte bine dezvoltat și chiar în mare măsură automatizat. Există dispozitive speciale echipate cu calculatoare, în memoria cărora sunt stocate programe pentru sinteza diferitelor secvențe de nucleotide. Un astfel de aparat sintetizează segmente de ADN cu lungimea de până la 100-120 de baze azotate (oligonucleotide). S-a răspândit o tehnică care permite utilizarea reacției în lanț a polimerazei pentru sinteza ADN-ului, inclusiv ADN-ul mutant. O enzimă termostabilă, ADN polimeraza, este utilizată în ea pentru sinteza ADN-ului șablon, care este folosită ca sămânță pentru bucăți de acid nucleic sintetizate artificial - oligonucleotide. Enzima transcriptază inversă face posibilă, folosind astfel de primeri (primeri), sintetizarea ADN-ului pe o matrice de ARN izolată din celule. ADN-ul sintetizat în acest fel se numește complementar (ARN) sau ADNc. O genă izolată, „pură din punct de vedere chimic” poate fi, de asemenea, obținută dintr-o bibliotecă de fagi. Acesta este numele unui preparat de bacteriofag, în al cărui genom sunt introduse fragmente aleatorii din genom sau ADNc, reproduse de fag împreună cu tot ADN-ul său.

Tehnica de introducere a genelor în bacterii a fost dezvoltată după ce Frederick Griffith a descoperit fenomenul de transformare bacteriană. Acest fenomen se bazează pe un proces sexual primitiv, care în bacterii este însoțit de schimbul de fragmente mici de ADN non-cromozomial, plasmide. Tehnologiile plasmide au stat la baza introducerii genelor artificiale în celulele bacteriene.

Dificultăți semnificative au fost asociate cu introducerea unei gene gata făcute în aparatul ereditar al celulelor vegetale și animale. Cu toate acestea, în natură, există cazuri în care ADN-ul străin (al unui virus sau al unui bacteriofag) este inclus în aparatul genetic al unei celule și, cu ajutorul mecanismelor sale metabolice, începe să sintetizeze „propria” proteină. Oamenii de știință au studiat caracteristicile introducerii ADN-ului străin și l-au folosit ca principiu pentru introducerea materialului genetic într-o celulă. Acest proces se numește transfecție.

Dacă organismele unicelulare sau culturile de celule multicelulare sunt modificate, atunci clonarea începe în această etapă, adică selecția acelor organisme și a descendenților lor (clone) care au suferit modificări. Când sarcina este de a obține organisme multicelulare, atunci celulele cu genotipul modificat sunt folosite pentru propagarea vegetativă a plantelor sau injectate în blastocistele unei mame surogat atunci când vine vorba de animale. Ca urmare, puii se nasc cu un genotip modificat sau neschimbat, printre care doar cei care prezintă modificările așteptate sunt selectați și încrucișați între ei.

Aplicare în cercetarea științifică

Deși la scară mică, ingineria genetică este deja folosită pentru a oferi femeilor cu anumite tipuri de infertilitate șansa de a rămâne însărcinate. Pentru a face acest lucru, folosiți ouăle unei femei sănătoase. Prin urmare, copilul moștenește genotipul de la un tată și două mame.

Cu toate acestea, posibilitatea de a introduce modificări mai semnificative în genomul uman se confruntă cu o serie de probleme etice grave.

11 iulie 2008

Inginerie genetică(ingineria genetică) - un set de metode și tehnologii, inclusiv tehnologii pentru obținerea acizilor ribonucleici și dezoxiribonucleici recombinanți, pentru izolarea genelor dintr-un organism, pentru manipularea genelor și introducerea acestora în alte organisme.

Ingineria genetică este o parte integrantă a biotehnologiei moderne, baza sa teoretică este biologia moleculară, genetica. Esența noii tehnologii constă în construirea dirijată, conform unui program predeterminat, a sistemelor genetice moleculare în afara corpului (in vitro) cu introducerea ulterioară a structurilor create într-un organism viu. Ca urmare, se realizează includerea și activitatea lor în acest organism și în descendenții săi. Posibilitățile ingineriei genetice - transformarea genetică, transferul de gene străine și alți purtători materiale ai eredității în celulele plantelor, animalelor și microorganismelor, producerea de organisme modificate genetic (modificate genetic, transgenice) cu noi organisme genetice, biochimice și fiziologice unice. proprietăți și caracteristici, faceți această direcție strategică.

Din punct de vedere al metodologiei, ingineria genetică îmbină principii fundamentale (genetica, teoria celulară, biologia moleculară, biologia sistemelor), realizările celor mai moderne științe postgenomice: genomica, metabolomica, proteomica cu realizări reale în domenii aplicate: biomedicină, agrobiotehnologie. , bioenergetică, biofarmacologie, bioindustrie etc.

Ingineria genetică aparține (împreună cu biotehnologia, genetica, biologia moleculară și o serie de alte științe ale vieții) domeniului științelor naturale.

Referință istorică

Ingineria genetică a apărut datorită muncii multor cercetători din diverse ramuri ale biochimiei și geneticii moleculare. În 1953, J. Watson și F. Crick au creat un model de ADN dublu catenar, la începutul anilor 50 - 60 ai secolului XX, proprietățile codului genetic au fost elucidate, iar la sfârșitul anilor 60, universalitatea acestuia a fost confirmat experimental. A existat o dezvoltare intensivă a geneticii moleculare, ale cărei obiecte erau E. coli, virusurile și plasmidele sale. Au fost dezvoltate metode pentru a izola preparate înalt purificate de molecule de ADN, plasmide și virusuri intacte. ADN-ul virusurilor și plasmidelor a fost introdus în celule într-o formă biologic activă, asigurând replicarea acestuia și exprimarea genelor corespunzătoare. În 1970, G. Smith a fost primul care a izolat o serie de enzime - restrictaze potrivite pentru scopuri de inginerie genetică. G. Smith a descoperit că enzima HindII purificată obținută din bacterii păstrează capacitatea de a tăia moleculele de acid nucleic (activitatea nucleazei), care este caracteristică bacteriilor vii. Combinația de ADN restrictaze (pentru tăierea moleculelor de ADN în anumite fragmente) și enzime izolate încă din 1967 - ADN ligaze (pentru „reticulare” fragmente într-o secvență arbitrară) poate fi considerată pe bună dreptate veriga centrală în tehnologia ingineriei genetice.

Astfel, la începutul anilor 1970, au fost formulate principiile de bază ale funcționării acizilor nucleici și proteinelor într-un organism viu și au fost create premisele teoretice pentru inginerie genetică.

Academicianul A.A. Baev a fost primul om de știință din țara noastră care a crezut în promisiunea ingineriei genetice și a condus cercetări în acest domeniu. Ingineria genetică (conform definiției sale) este construcția in vitro a structurilor genetice active funcțional (ADN recombinant), sau cu alte cuvinte, crearea de programe genetice artificiale.

Sarcini și metode de inginerie genetică

Este bine cunoscut faptul că reproducerea tradițională are o serie de limitări care împiedică producerea de noi rase de animale, soiuri de plante sau rase de microorganisme practic valoroase:

1. lipsa recombinării la speciile neînrudite. Există bariere rigide între specii care fac dificilă recombinarea naturală.
2. incapacitatea de a controla din exterior procesul de recombinare din organism. Lipsa omologiei dintre cromozomi duce la incapacitatea de a aborda și schimba secțiuni individuale (și gene) în procesul de formare a celulelor germinale. Ca urmare, devine imposibilă transferarea genelor necesare și asigurarea combinației optime în noul organism a genelor obținute din diferite forme parentale;
3. imposibilitatea de a preciza cu exactitate caracteristicile și proprietățile urmașilor, deoarece procesul de recombinare este statistic.

Mecanismele naturale care protejează puritatea și stabilitatea genomului unui organism sunt aproape imposibil de depășit prin metodele clasice de selecție.

Tehnologia de obținere a organismelor modificate genetic (OMG) rezolvă în mod fundamental problemele depășirii tuturor barierelor naturale și interspecice de recombinare și reproducere. Spre deosebire de reproducerea tradițională, în timpul căreia genotipul este schimbat doar indirect, ingineria genetică vă permite să interferați direct cu aparatul genetic, folosind tehnica clonării moleculare. Ingineria genetică face posibilă operarea cu orice gene, chiar și sintetizate artificial sau aparținând unor organisme neînrudite, transferul acestora de la o specie la alta și combinarea lor într-o ordine arbitrară.

Tehnologia include mai multe etape ale creării OMG-urilor:

1. Obținerea unei gene izolate.
2. Introducerea unei gene într-un vector pentru integrarea într-un organism.
3. Transferul unui vector cu un construct la un organism receptor modificat.
4. Clonarea moleculară.
5. Selectarea OMG-urilor.

Prima etapă - sinteza, izolarea și identificarea fragmentelor țintă de ADN sau ARN și elemente de reglare este foarte bine dezvoltată și automatizată. O genă izolată poate fi, de asemenea, obținută dintr-o bibliotecă de fagi.

A doua etapă este crearea in vitro (in vitro) a unui construct genetic (transgenă), care conține unul sau mai multe fragmente de ADN (codifică secvența de aminoacizi a proteinelor) în combinație cu elemente de reglare (acestea din urmă asigură activitatea transgenelor în corpul). Apoi, transgenele sunt inserate în ADN-ul vectorului pentru clonare folosind instrumente de inginerie genetică - enzime de restricție și ligaze. Pentru descoperirea restrictazelor, Werner Arber, Daniel Nathans și Hamilton Smith au primit Premiul Nobel (1978). De regulă, plasmidele sunt folosite ca vector - molecule circulare mici de ADN de origine bacteriană.

Următoarea etapă este de fapt „modificarea genetică” (transformarea), adică. transferul constructului „ADN încorporat în vector” în celule vii individuale. Introducerea unei gene gata făcute în aparatul ereditar al celulelor vegetale și animale este o sarcină complexă, care a fost rezolvată după studierea caracteristicilor introducerii ADN-ului străin (virus sau bacterii) în aparatul genetic al celulei. Procesul de transfecție a fost folosit ca principiu pentru introducerea materialului genetic într-o celulă.

Dacă transformarea a avut succes, atunci după o replicare eficientă, dintr-o celulă transformată apar un număr de celule fiice, care conține o construcție genetică creată artificial. Baza apariției unei noi trăsături într-un organism este biosinteza proteinelor noi pentru organism - produse transgene, de exemplu, plante - rezistența la secetă sau insecte dăunătoare la plantele modificate genetic.

Pentru organismele unicelulare, procesul de modificare genetică se limitează la inserarea unei plasmide recombinate, urmată de selecția descendenților modificați (clone). Pentru organismele multicelulare superioare, de exemplu, plante, este obligatoriu să se includă în ADN structura cromozomilor sau organelelor celulare (cloroplaste, mitocondrii) cu regenerarea ulterioară a întregii plante dintr-o celulă izolată separată pe medii nutritive. În cazul animalelor, celulele modificate de genotip sunt introduse în blastocidele mamei surogat. Primele plante modificate genetic au fost obținute în 1982 de oamenii de știință de la Institutul de Știință a Plantelor din Köln și Monsanto.

Direcții principale

Era post-genomică din primul deceniu al secolului al XXI-lea a ridicat dezvoltarea ingineriei genetice la un nou nivel. Așa-numitul Protocol de la Köln „Către o bioeconomie bazată pe cunoaștere” a definit bioeconomia ca „transformarea cunoștințelor științelor vieții în produse noi, durabile, eficiente din punct de vedere ecologic și competitive”. Foaia de parcurs pentru inginerie genetică conține o serie de domenii: terapie genetică, bioindustria, tehnologii bazate pe celule stem animale, plante MG, animale MG etc.

plante modificate genetic

ADN-ul străin poate fi introdus în plante într-o varietate de moduri.

Pentru plantele dicotiledonate, există un vector natural pentru transferul orizontal al genelor: plasmidele Agrobacterium. În ceea ce privește monocotiledonele, deși în ultimii ani s-a obținut un anumit succes în transformarea lor cu vectori agrobacterieni, totuși, o astfel de cale de transformare întâmpină dificultăți semnificative.

Pentru transformarea plantelor rezistente la agrobacterii s-au dezvoltat tehnici de transfer fizic direct al ADN-ului în celulă, care includ: bombardarea cu microparticule sau metoda balistică; electroporare; prelucrare cu polietilen glicol; transferul ADN-ului în lipozomi etc.

După efectuarea transformării țesutului vegetal într-un fel sau altul, acesta este plasat in vitro pe un mediu special cu fitohormoni, care favorizează reproducerea celulară. Mediul conține de obicei un agent selectiv împotriva căruia celulele transgenice, dar nu de control, devin rezistente. Regenerarea trece cel mai adesea prin stadiul calusului, după care, odată cu selectarea corectă a mediilor, începe organogeneza (formarea lăstarilor). Lăstarii formați sunt transferați într-un mediu de înrădăcinare, care conține adesea și un agent selectiv pentru o selecție mai strictă a indivizilor transgenici.

Primele plante transgenice (plante de tutun cu gene inserate de la microorganisme) au fost obținute în 1983. Primele teste de teren de succes ale plantelor transgenice (plante de tutun rezistente la infecția virală) au fost efectuate în SUA deja în 1986.

După trecerea tuturor testelor necesare pentru toxicitate, alergenitate, mutagenitate etc. Primele produse transgenice au fost comercializate în SUA în 1994. Acestea au fost roșiile Flavr Savr de la Calgen și boabele de soia rezistente la erbicide de la Monsanto. Deja după 1-2 ani, companiile de biotehnologie pun pe piață o serie de plante modificate genetic: roșii, porumb, cartofi, tutun, soia, rapiță, măduve, ridichi, bumbac.

În Federația Rusă, posibilitatea de a obține cartofi transgenici prin transformare bacteriană folosind Agrobacterium tumefaciens a fost demonstrată în 1990.

În prezent, sute de firme comerciale din întreaga lume, cu un capital combinat de peste 100 de miliarde de dolari, sunt angajate în obținerea și testarea plantelor modificate genetic. Biotehnologia plantelor modificate genetic a devenit deja o industrie importantă pentru producția de alimente și alte produse utile, atrăgând resurse umane și fluxuri financiare semnificative.

În Rusia, sub conducerea academicianului K.G. Skryabin (Centrul „Bioengineering” RAS) a obținut și caracterizat soiurile de cartofi modificate genetic Elizaveta plus și Lugovskoy plus, rezistente la gândacul cartofului Colorado. Conform rezultatelor verificării efectuate de către Serviciul Federal de Supraveghere a Protecției Drepturilor Consumatorului și Bunăstarea Umanului, pe baza unui aviz al Institutului de Cercetare de Stat al Nutriției din cadrul Academiei Ruse de Științe Medicale, aceste soiuri au trecut de înregistrarea de stat, sunt incluse în registrul de stat și sunt permise pentru import, fabricare și circulație pe teritoriul Federației Ruse.

Aceste soiuri de cartofi MG se deosebesc fundamental de cele obișnuite prin prezența în genomul său a unei gene integrate care determină protecția 100% a culturilor împotriva gândacului de cartofi din Colorado, fără utilizarea de substanțe chimice.

Primul val de plante transgenice aprobate pentru utilizare practică conținea gene suplimentare pentru rezistență (la boli, erbicide, dăunători, alterarea în timpul depozitării și stres).

Etapa actuală în dezvoltarea ingineriei genetice a plantelor se numește „ingineria metabolică”. În același timp, sarcina nu este atât de a îmbunătăți anumite calități existente ale plantei, ca în ameliorarea tradițională, cât de a învăța planta să producă compuși complet noi folosiți în medicină, producția chimică și în alte domenii. Acești compuși pot fi, de exemplu, acizi grași speciali, proteine ​​benefice cu un conținut ridicat de aminoacizi esențiali, polizaharide modificate, vaccinuri comestibile, anticorpi, interferoni și alte proteine ​​„medicamentale”, noi polimeri prietenoși cu mediul și multe, multe altele. Utilizarea plantelor transgenice face posibilă stabilirea unei producții pe scară largă și ieftină a unor astfel de substanțe și, prin urmare, le face mai accesibile pentru un consum larg.

animale modificate genetic

Celulele animale diferă semnificativ de celulele bacteriene prin capacitatea lor de a absorbi ADN străin, astfel încât metodele și tehnicile de introducere a genelor în celulele embrionare ale mamiferelor, muștelor și peștilor rămân în centrul atenției inginerilor genetici.

Cel mai studiat mamifer genetic este șoarecele. Primul succes datează din 1980, când D. Gordon și colegii de muncă au demonstrat posibilitatea introducerii și integrării ADN-ului străin în genomul șoarecelui. Integrarea a fost stabilă și a persistat la descendenți. Transformarea este produsă prin microinjectare a genelor clonate într-unul sau ambii pronuclei (nuclei) ai unui embrion proaspăt în stadiul unei celule (zigot). Mai des, se alege pronucleul masculin introdus de spermatozoid, deoarece dimensiunea acestuia este mai mare. După injectare, ovulul este implantat imediat în oviductul mamei adoptive sau lăsat să se dezvolte în cultură până la stadiul de blastocist, după care este implantat în uter.

Astfel, au fost injectate gene de interferon uman și gene de insulină, gena p-globină de iepure, gena timidin kinazei virusului herpes simplex și ADNc al virusului leucemiei de șoarece. Numărul de molecule administrate per injecție variază de la 100 la 300.000, iar dimensiunea lor este de la 5 la 50 kb. De obicei, 10 - 30% dintre ouă supraviețuiesc, iar proporția de șoareci născuți din ouă transformate variază de la câteva până la 40%. Astfel, eficiența reală este de aproximativ 10%.

Prin această metodă s-au obținut șobolani, iepuri, oi, porci, capre, viței și alte mamifere modificați genetic. La noi s-au obținut porci purtători de gena somatotropinei. Nu diferă în ritmul de creștere față de animalele normale, dar modificarea metabolismului a afectat conținutul de grăsime. La astfel de animale, procesele de lipogeneză au fost inhibate și sinteza proteinelor a fost activată. Încorporarea genelor factorului asemănător insulinei a dus, de asemenea, la o schimbare a metabolismului. Porcii MG au fost creați pentru a studia lanțul de transformări biochimice ale hormonului, iar un efect secundar a fost întărirea sistemului imunitar.

Cel mai puternic sistem de sinteză a proteinelor se găsește în celulele glandei mamare. Dacă puneți genele proteinelor străine sub controlul promotorului cazeină, atunci expresia acestor gene va fi puternică și stabilă, iar proteina se va acumula în lapte. Cu ajutorul bioreactoarelor animale (vaci transgenice), s-a obținut deja lapte care conține proteina umană lactoferină. Această proteină este planificată a fi utilizată pentru prevenirea bolilor gastroenterologice la persoanele cu imunorezistență scăzută: bolnavi de SIDA, prematuri, bolnavi de cancer care au fost supuși radioterapiei.

O direcție importantă a transgenezei este producerea de animale rezistente la boli. Gena interferonului, care este o proteină protectoare, a fost introdusă în diferite animale. Șoarecii transgenici au primit rezistență - nu s-au îmbolnăvit sau s-au îmbolnăvit puțin, dar nu s-a găsit un astfel de efect la porci.

Aplicare în cercetarea științifică

Gene knockout este tehnica de îndepărtare a uneia sau mai multor gene, care permite studiul funcțiilor genei. Pentru a obține șoareci knockout, constructul rezultat din inginerie genetică este introdus în celulele stem embrionare, unde constructul suferă recombinare somatică și înlocuiește gena normală, iar celulele modificate sunt implantate în blastocistul mamei surogat. Plantele și microorganismele sunt eliminate într-un mod similar.

Expresia artificială este adăugarea unei gene la un organism pe care nu o avea anterior, tot cu scopul de a studia funcția genelor. Imagistica produs genetic – folosit pentru a studia locația unui produs genetic. Înlocuirea unei gene normale cu o genă proiectată fuzionată cu un element raportor (de exemplu, gena proteinei fluorescente verzi) oferă vizualizarea produsului modificării genei.

Studiul mecanismului de exprimare. O mică bucată de ADN situată în fața regiunii de codificare (promotorul) și care servește la legarea factorilor de transcripție este introdusă în organism, după care o genă reporter, de exemplu, GFP, care catalizează o reacție ușor de detectat, este plasată după ea în loc de propria sa genă. Pe lângă faptul că funcționarea promotorului în diferite țesuturi la un moment dat sau altul devine clar vizibilă, astfel de experimente fac posibilă studierea structurii promotorului prin îndepărtarea sau adăugarea de fragmente de ADN la acesta, precum și îmbunătățirea artificială. expresia genelor.

Biosecuritatea activităților de inginerie genetică

În 1975, oamenii de știință din întreaga lume la Conferința Asilomar au ridicat întrebarea crucială: apariția OMG-urilor ar avea un impact potențial negativ asupra biodiversității? Din acel moment, odată cu dezvoltarea rapidă a ingineriei genetice, a început să se dezvolte o nouă direcție - biosecuritatea. Sarcina sa principală este de a evalua dacă utilizarea OMG-urilor are un impact nedorit asupra mediului, sănătății umane și animale, iar scopul său principal este de a deschide calea către utilizarea realizărilor biotehnologiei moderne, garantând în același timp siguranța.

Strategia de biosecuritate se bazează pe cercetarea științifică privind caracteristicile OMG-urilor, experiența cu acestea, precum și informații despre utilizarea lor prevăzută și mediul în care vor fi introduse. Eforturile comune pe termen lung ale organizațiilor internaționale (UNEP, OMS, OCDE), experți din diferite țări, inclusiv Rusia, au dezvoltat concepte și proceduri de bază: siguranță biologică, pericol biologic, risc, evaluare a riscurilor. Numai după ce întregul ciclu de controale este efectuat cu succes, se elaborează o concluzie științifică privind siguranța biologică a OMG-urilor. În 2005, OMS a publicat un raport care arăta că plantele modificate genetic înregistrate ca alimente sunt la fel de sigure de consumat ca și omologii lor tradiționali.

Cum este asigurată biosecuritatea în Rusia? Ratificarea „Convenției privind biodiversitatea” în 1995 poate fi considerată începutul includerii Rusiei în sistemul global de biosecuritate. Din acel moment, a început formarea unui sistem național de biosecuritate, al cărui punct de plecare a fost intrarea în vigoare a Legii federale a Federației Ruse „Cu privire la reglementarea de stat în domeniul activităților de inginerie genetică” (1996). Legea federală stabilește conceptele și principiile de bază ale reglementării de stat și controlului tuturor tipurilor de lucru cu OMG-uri. Legea federală stabilește niveluri de risc în funcție de tipul de OMG și de tipul de muncă, oferă definiții ale sistemelor închise și deschise, eliberarea de OMG-uri etc.

În ultimii ani, în Rusia s-a format unul dintre cele mai stricte sisteme de reglementare. Este extraordinar că sistemul de reglementare de stat a OMG-urilor a început preventiv, în 1996, înainte ca organisme reale modificate genetic să fie declarate pentru comercializare în Rusia (primul OMG - soia MG - a fost înregistrat pentru uz alimentar în 1999). Instrumentele legale de bază sunt înregistrarea de stat a organismelor modificate genetic, precum și a produselor derivate din acestea sau care le conțin, destinate utilizării ca hrană și hrană pentru animale.

Pentru a înțelege situația actuală, este important ca, în cei 25 de ani care au trecut de la prima intrare pe piață a plantelor modificate genetic, să nu fi fost identificat niciun impact negativ de încredere asupra mediului și sănătății umane și animale, nici în timpul testării, nici în timpul comercial. utilizare. Doar una dintre sursele lumii - raportul societății autorizate AGBIOS „Essential Biosafety” conține peste 1000 de referințe la studii care demonstrează că alimentele și furajele obținute din culturi biotehnologice sunt la fel de sigure ca și produsele tradiționale. Cu toate acestea, astăzi în Rusia nu există un cadru legal care să permită eliberarea în mediu a plantelor modificate genetic, precum și a produselor derivate din acestea sau care le conțin, pe teritoriul țării noastre. Ca urmare, din 2010, nici o plantă modificată genetic nu este cultivată pe teritoriul Federației Ruse în scopuri comerciale.

Conform prognozei, conform Protocolului de la Köln (2007), până în 2030 atitudinea față de culturile modificate genetic se va schimba față de aprobarea utilizării acestora.

Realizări și perspective de dezvoltare

Ingineria genetică în medicină

Nevoile de îngrijire a sănătății, nevoia de a rezolva problemele îmbătrânirii populației formează o cerere constantă de produse farmaceutice modificate genetic (cu vânzări anuale de 26 de miliarde de dolari SUA) și cosmetice medicale din materii prime vegetale și animale (cu vânzări anuale de aproximativ 40 de miliarde de dolari SUA). ). SUA).

Dintre numeroasele realizări ale ingineriei genetice care au fost aplicate în medicină, cea mai semnificativă este producția de insulină umană la scară industrială.

În prezent, conform OMS, în lume există aproximativ 110 milioane de oameni cu diabet. Insulina, a cărei injecții sunt indicate pentru pacienții cu această boală, a fost obținută de mult timp din organe animale și utilizată în practica medicală. Cu toate acestea, utilizarea pe termen lung a insulinei animale duce la deteriorarea ireversibilă a multor organe ale pacientului din cauza reacțiilor imunologice cauzate de injectarea de insulină animală străină corpului uman. Dar chiar și nevoile de insulină animală până de curând au fost satisfăcute doar cu 60-70%. Inginerii genetici au clonat gena insulinei ca prima lor provocare practică. Genele insulinei umane clonate au fost introduse cu o plasmidă într-o celulă bacteriană, unde a început sinteza unui hormon pe care tulpinile microbiene naturale nu l-au sintetizat niciodată. Din 1982, firme din SUA, Japonia, Marea Britanie și alte țări produc insulină modificată genetic. În Rusia, obținerea insulinei umane modificate genetic - Insuran se realizează la Institutul de Chimie Bioorganică. MM. Shemyakin și Yu.A. Ovchinnikov RAS. Astăzi, insulina domestică este produsă într-un volum suficient pentru a asigura pacienților diabetici din Moscova. În același timp, cererea întregii piețe ruse de insulină modificată genetic este satisfăcută în principal de importuri. Piața mondială a insulinei este în prezent de peste 400 de milioane de dolari, consumul anual este de aproximativ 2500 kg.

Dezvoltarea ingineriei genetice în anii 80 ai secolului trecut a oferit Rusiei un început bun în crearea tulpinilor modificate genetic de microorganisme cu proprietăți dorite - producători de substanțe biologic active, în dezvoltarea metodelor modificate genetic pentru reconstrucția materialului genetic al viruși, în producția de substanțe medicinale, inclusiv prin utilizarea simulării pe computer. Interferonul recombinant și formele de dozare bazate pe acesta în scopuri medicale și veterinare, interleukina (b-leukina), eritropoietina, au fost aduse în stadiul de producție. În ciuda cererii în creștere pentru preparate înalt purificate, producția internă de imunoglobuline, albumină, plasmol asigură 20% din nevoile pieței interne.

Se desfășoară în mod activ cercetări pentru a dezvolta vaccinuri pentru prevenirea și tratamentul hepatitei, SIDA și a unui număr de alte boli, precum și vaccinuri conjugate de nouă generație împotriva celor mai semnificative infecții din punct de vedere social. Vaccinurile subunități polimerice de o nouă generație constau din antigene de protecție înalt purificate de natură variată și un purtător - imunostimulant polioxidonium, care asigură un nivel crescut de răspuns imun specific. Rusia ar putea oferi vaccinări împotriva majorității mari a infecțiilor cunoscute pe baza propriei producții imunologice. Doar producerea unui vaccin împotriva rubeolei este complet absentă.

Inginerie genetică pentru agricultură

Îmbunătățirea genetică a culturilor și plantelor ornamentale este un proces lung și continuu care utilizează tehnologii din ce în ce mai precise și previzibile. Un raport științific al ONU (1989) afirmă: „Deoarece tehnicile moleculare sunt cele mai precise, cei care le folosesc sunt mai încrezători în trăsăturile pe care le conferă plantelor și, prin urmare, sunt mai puțin susceptibile de a avea efecte nedorite decât atunci când sunt utilizate. metodele convenționale de ameliorare. .

Beneficiile noilor tehnologii sunt deja utilizate pe scară largă în țări precum Statele Unite, Argentina, India, China și Brazilia, unde culturile modificate genetic sunt cultivate pe suprafețe mari.

Noile tehnologii sunt, de asemenea, de mare importanță pentru fermierii săraci și pentru oamenii din țările sărace, în special pentru femei și copii. De exemplu, MG, bumbacul rezistent la dăunători și porumbul necesită mult mai puțină aplicare de insecticide (ceea ce face ca munca în fermă să fie mai sigură). Astfel de culturi contribuie la randamente mai mari, la venituri mai mari pentru fermieri, la reducerea sărăciei și la riscul de otrăvire cu pesticide chimice a populației, ceea ce este valabil mai ales într-o serie de țări, inclusiv India, China, Africa de Sud și Filipine.

Cele mai comune culturi modificate genetic sunt cele care sunt rezistente la cele mai puțin costisitoare, mai puțin toxice și cele mai utilizate erbicide. Cultivarea unor astfel de culturi vă permite să obțineți un randament mai mare la hectar, să scăpați de plivitul manual obositor, să cheltuiți mai puțini bani prin cultivare minimă sau fără sol, ceea ce, la rândul său, duce la reducerea eroziunii solului.

În 2009 s-au înlocuit culturile modificate genetic de prima generație cu produse de a doua generație, ceea ce a condus la randamente mai mari per se pentru prima dată. Un exemplu de nouă clasă de cultură biotehnologică (la care au lucrat mulți cercetători) este soia tolerantă la glifosat RReady2Yield™, cultivată în 2009 în SUA și Canada pe mai mult de 0,5 milioane ha.

Introducerea ingineriei genetice în agrobiologia modernă poate fi ilustrată prin următoarele fapte dintr-o serie de analize de experți străini, inclusiv revizuirea anuală a Serviciului internațional independent pentru monitorizarea aplicării agrobiotehnologiilor (ISAAA), condus de expertul de renume mondial Clive. James (Claiv James): (www .isaaa.org)

În 2009, culturile modificate genetic au fost cultivate în 25 de țări pe 134 de milioane de hectare (9% din cele 1,5 miliarde de hectare de teren arabil din lume). Șase țări UE (din 27) au cultivat porumb Bt, iar în 2009 suprafața cultivată a ajuns la peste 94.750 ha. Analiza efectului economic mondial al utilizării culturilor biotehnologice pentru perioada 1996-2008. arată o creștere a profitului de 51,9 miliarde USD datorită a două surse: în primul rând, aceasta este o reducere a costurilor de producție (50%) și, în al doilea rând, o creștere semnificativă a randamentului (50%) în valoare de 167 milioane tone.

În 2009, valoarea totală de piață a semințelor pentru culturi modificate genetic din lume a fost de 10,5 miliarde de dolari. Valoarea totală a cerealelor a porumbului biotehnologic și a boabelor de soia, precum și a bumbacului, a fost de 130 de miliarde de dolari în 2008 și este de așteptat să crească cu 10-15% anual.

Se estimează că dacă biotehnologia va fi adoptată pe deplin, până la sfârșitul perioadei 2006-2015, veniturile tuturor țărilor din punct de vedere al PIB vor crește cu 210 miliarde de dolari SUA pe an.

Observațiile făcute de la introducerea culturilor tolerante la erbicide în agricultură sunt dovezi convingătoare că fermierii au reușit să controleze buruienile mai eficient. În același timp, afânarea și arătura câmpurilor își pierd importanța ca mijloc de combatere a buruienilor. Ca urmare, consumul de combustibil al tractorului este redus, structura solului este îmbunătățită și eroziunea solului este prevenită. Programele de insecticide vizate pentru bumbacul Bt includ mai puține pulverizări ale culturilor și, prin urmare, mai puține excursii pe teren, ceea ce duce la reducerea eroziunii solului. Toate acestea contribuie fără să vrea la introducerea tehnologiei de conservare a solului care vizează reducerea eroziunii solului, nivelul de dioxid de carbon și reducerea pierderilor de apă.

Starea actuală a științei se caracterizează printr-o abordare integrată, crearea de platforme tehnologice unificate pentru realizarea unei game largi de cercetări. Ele combină nu numai biotehnologia, biologia moleculară și ingineria genetică, ci și chimia, fizica, bioinformatica, transcriptomica, proteomica, metabolomica.

Lectură recomandată
1. J. Watson. Biologia moleculară a genei. M.: Mir. 1978.
2. Stent G., Kalindar R. Genetica moleculară. M.: Mir. 1981
3. S.N. Shchelkunov „Inginerie genetică”. Novosibirsk, Siberian University Press, 2008
4. Glick B. Biotehnologie moleculară. Principii și aplicare / B. Glick, J. Pasternak. M.: Mir, 2002
5. Ingineria genetică a plantelor. Ghid de laborator. Editat de J. Draper, R. Scott, F. Armitage, R. Walden. M.: „Mir”. 1991.
6. Agrobiotehnologia în lume. Ed. Skryabina K.G. M.: Centrul „Bioinginerie” RAS, 2008. - 135 p.
7. Clark. D., Russell L. Biologia moleculară este o abordare simplă și distractivă. M.: CJSC „Compania KOND”. 2004

Legături
1. „Cu privire la reglementarea de stat a activităților de inginerie genetică”. FZ-86 astfel cum a fost modificat. 2000, art.1
2. Protocolul de la Köln, Lucrarea de la Köln, adoptată la conferința „Către o bioeconomie bazată pe cunoaștere” (Köln, 30 mai 2007) organizată de Uniunea Europeană în timpul Președinției germane a UE.

INGINERIA GENETICĂ, un set de metode de biochimie și genetică moleculară, cu ajutorul cărora se realizează combinarea direcționată a informațiilor genetice ale oricăror organisme. Ingineria genetică face posibilă depășirea barierelor naturale între specii care împiedică schimbul de informații genetice între specii de organisme îndepărtate din punct de vedere taxonom și crearea de celule și organisme cu combinații de gene care nu există în natură, cu proprietăți moștenite date. Obiectul principal al impactului ingineriei genetice este purtătorul de informații genetice - acidul dezoxiribonucleic (ADN), a cărui moleculă constă de obicei din două lanțuri. Specificitatea strictă a împerecherii bazelor purinice și pirimidinice determină proprietatea complementarității - corespondența reciprocă a nucleotidelor în două lanțuri. Crearea de noi combinații de gene s-a dovedit a fi posibilă datorită asemănării fundamentale a structurii moleculelor de ADN în toate tipurile de organisme, iar universalitatea reală a codului genetic asigură exprimarea genelor străine (manifestarea activității lor funcționale). ) în orice tip de celulă. Acest lucru a fost facilitat și de acumularea de cunoștințe în domeniul chimiei acidului nucleic, identificarea caracteristicilor moleculare ale organizării și funcționării genelor (inclusiv stabilirea mecanismelor de reglare a exprimării acestora și posibilitatea de subordonare a genelor acțiunii " elemente de reglementare străine), dezvoltarea metodelor de secvențiere a ADN-ului, descoperirea reacției în lanț a polimerazei, care a permis sintetizarea rapidă a oricărei bucăți de ADN. Precondiții importante pentru apariția ingineriei genetice au fost: descoperirea plasmidelor capabile de replicare autonomă și tranziție de la o celulă bacteriană la alta și fenomenul de transducție - transferul anumitor gene de către bacteriofagi, care a făcut posibilă formularea conceptului de vectori: molecule purtătoare de gene. De mare importanță în dezvoltarea metodologiei de inginerie genetică au fost enzimele implicate în transformarea acizilor nucleici: enzimele de restricție (recunosc secvențe strict definite în moleculele de ADN - situsuri - și „tăie” lanțul dublu în aceste locuri), ligazele ADN (se leagă covalent). fragmente de ADN individuale), transcriptază inversă (sintetizează o copie complementară a ADN-ului, sau ADNc, pe un șablon de ARN), etc. Numai cu prezența lor, crearea de structuri artificiale a devenit o sarcină fezabilă din punct de vedere tehnic. Enzimele sunt folosite pentru a obține fragmente individuale de ADN (gene) și pentru a crea hibrizi moleculari - ADN recombinant (recDNA) pe baza ADN-ului plasmidelor și virusurilor. Acestea din urmă livrează gena dorită celulei gazdă, asigurând reproducerea acesteia (clonarea) și formarea produsului final al genei (expresia sa) acolo.

Principii de creare a moleculelor de ADN recombinant. Termenul de „inginerie genetică” a devenit larg răspândit după ce P. Berg și colegii săi au obținut pentru prima dată ADN recombinat în 1972, care era un hibrid în care fragmentele de ADN ale unei bacterii Escherichia coli, virusul acesteia (bacteriofagul λ) și ADN-ul virusului maimuței. SV40 au fost conectate (Fig. 1). În 1973, S. Cohen și colab. au folosit plasmida pSC101 și o enzimă de restricție (EcoRI), care o rupe într-un singur loc, astfel încât să se formeze „cozi” scurte complementare monocatenar (de obicei 4-6 nucleotide) la capetele unei molecule de ADN dublu catenar. Au fost numiți „lipiciși” pentru că se pot împerechea (un fel de lipire împreună) unul cu celălalt. Când un astfel de ADN a fost amestecat cu fragmente de ADN străine tratate cu aceeași enzimă de restricție și având aceleași capete lipicioase, s-au obținut noi plasmide hibride, fiecare conținând cel puțin un fragment de ADN străin inserat în situsul EcoRI al plasmidei (Fig. 2). A devenit evident că în astfel de plasmide pot fi introduse fragmente din diverse ADN străine obținute atât de la microorganisme, cât și de la eucariote superioare.

Principala strategie actuală pentru obținerea recDNA este următoarea:

1) Fragmente de ADN aparținând altui organism care conțin anumite gene sau secvențe de nucleotide obținute artificial de interes pentru cercetător sunt inserate în ADN-ul unei plasmide sau virus care se poate reproduce independent de cromozom;

2) moleculele hibride rezultate sunt introduse în celule procariote sau eucariote sensibile, unde se reproduc (se multiplică, se amplifică) împreună cu fragmentele de ADN înglobate în ele;

3) selectați clone celulare sub formă de colonii pe medii nutritive speciale (sau viruși sub formă de zone de curățare - plăci pe un strat de creștere continuă a celulelor bacteriene sau a culturilor de țesut animal) care conțin tipurile dorite de molecule de ADN rec și supuneți-le la un studiu structural și funcțional cuprinzător. Pentru a facilita selecția celulelor în care este prezent ADN rec, sunt utilizați vectori care conțin unul sau mai mulți markeri. În plasmide, de exemplu, genele de rezistență la antibiotice pot servi ca astfel de markeri (selectarea celulelor care conțin ADN rec se efectuează în funcție de capacitatea lor de a crește în prezența unuia sau altui antibiotic). RecDNA-urile care poartă genele dorite sunt selectate și introduse în celulele primitoare. Din acest moment începe clonarea moleculară - obținerea de copii de recDNA și, în consecință, de copii ale genelor țintă din compoziția sa. Doar dacă este posibilă separarea tuturor celulelor transfectate sau infectate, fiecare clonă va fi reprezentată de o colonie de celule separată și va conține un anumit ADN rec. În etapa finală, se realizează identificarea (căutarea) clonelor care conțin gena dorită. Se bazează pe faptul că inserția în recDNA determină o proprietate unică a celulei care o conține (de exemplu, produsul de expresie al genei inserate). În experimentele privind clonarea moleculară, se observă 2 principii de bază: niciuna dintre celulele în care are loc clonarea ADN-ului rec nu trebuie să primească mai mult de o moleculă de plasmidă sau particulă virală; acesta din urmă trebuie să se poată replica.

O gamă largă de plasmide și ADN viral este utilizată ca molecule vectoriale în inginerie genetică. Cei mai populari vectori de clonare conțin mai mulți markeri genetici și au un loc de acțiune pentru diferite restrictaze. Astfel de cerințe, de exemplu, sunt cel mai bine îndeplinite de plasmida pBR322, care a fost construită din plasmida originală naturală folosind metodele utilizate atunci când se lucrează cu ADN rec; conține gene de rezistență la ampicilină și tetraciclină, precum și un loc de recunoaștere pentru 19 restrictaze diferite. Un caz special de vectori de clonare sunt vectorii de expresie, care, alături de amplificare, asigură exprimarea corectă și eficientă a genelor străine în celulele receptoare. În unele cazuri, vectorii moleculari pot asigura integrarea ADN-ului străin în genomul unei celule sau al unui virus (se numesc vectori integrativi).

Una dintre cele mai importante sarcini ale ingineriei genetice este crearea de tulpini de bacterii sau drojdie, linii celulare de țesuturi animale sau vegetale, precum și plante și animale transgenice (vezi Organisme transgenice), care ar asigura expresia eficientă a genelor clonate în lor. Un nivel ridicat de producție de proteine ​​este atins dacă genele sunt donate în vectori multicopie, deoarece în acest caz, gena țintă va fi prezentă în celulă în număr mare. Este important ca secvența de codificare a ADN-ului să fie sub controlul unui promotor care este recunoscut eficient de ARN polimeraza celulei și ca ARNm rezultat să fie relativ stabil și tradus eficient. În plus, o proteină străină sintetizată în celulele primitoare nu trebuie supusă unei degradări rapide de către proteazele intracelulare. Când se creează animale și plante transgenice, se realizează adesea expresia specifică țesutului a genelor țintă introduse.

Deoarece codul genetic este universal, posibilitatea de exprimare a genei este determinată doar de prezența în compoziția sa a semnalelor pentru inițierea și terminarea transcripției și traducerii, care sunt recunoscute corect de celula gazdă. Deoarece majoritatea genelor eucariotelor superioare au o structură discontinuă exon-intron, ca urmare a transcripției unor astfel de gene, se formează un precursor de ARN mesager (pre-ARNm), din care, în timpul îmbinării ulterioare, secvențe necodante - intronii sunt scindați și se formează ARNm matur. Astfel de gene nu pot fi exprimate în celulele bacteriene lipsite de un sistem de îmbinare. Pentru a depăși acest obstacol, o copie de ADN (ADNc) este sintetizată pe molecule mature de ARNm folosind transcriptază inversă, la care se completează oa doua catenă folosind ADN polimerază. Astfel de fragmente de ADN corespunzătoare secvenței de codificare a genelor (nu mai sunt separate de introni) pot fi inserate într-un vector molecular adecvat.

Cunoscând secvența de aminoacizi a polipeptidei țintă, este posibil să se sintetizeze secvența de nucleotide care o codifică, obținând așa-numita genă echivalentă și să o insereze în vectorul de expresie corespunzător. Atunci când se creează o genă echivalentă, se ia în considerare de obicei proprietatea degenerării codului genetic (20 de aminoacizi sunt codificați de 61 de codoni) și frecvența de apariție a codonilor pentru fiecare aminoacid în acele celule în care este planificată această genă. să fie introduse, deoarece compoziția codonilor poate diferi semnificativ în diferite organisme. Codonii selectați în mod corespunzător pot crește semnificativ producția de proteină țintă în celula primitoare.

Valoarea ingineriei genetice. Ingineria genetică a extins foarte mult frontierele experimentale ale biologiei moleculare, deoarece a devenit posibilă introducerea ADN-ului străin în diferite tipuri de celule și studierea funcției acestuia. Acest lucru a făcut posibilă dezvăluirea modelelor biologice generale de organizare și exprimare a informațiilor genetice în diferite organisme. Această abordare a deschis perspective pentru crearea de noi producători microbiologici de substanțe biologic active, precum și animale și plante purtătoare de gene străine active funcțional. Multe proteine ​​umane active biologic inaccesibile anterior, inclusiv interferonii, interleukinele, hormonii peptidici și factorii sanguini, au început să fie produse în cantități mari în celule bacteriene, de drojdie sau de mamifere și sunt utilizate pe scară largă în medicină. Mai mult, a devenit posibilă crearea artificială a genelor care codifică polipeptide himerice care au proprietățile a două sau mai multe proteine ​​naturale. Toate acestea au dat un impuls puternic dezvoltării biotehnologiei.

Principalele obiecte ale ingineriei genetice sunt bacteriile Escherichia coli (Escherichia coli) și Bacilltis subtilis (bacilul de fân), drojdia de brutărie Saccharomices cerevisiae, diverse linii celulare de mamifere. Gama de obiecte cu impact de inginerie genetică este în continuă extindere. Direcțiile de cercetare privind crearea de plante și animale transgenice sunt dezvoltate intens. Ultimele generații de vaccinuri împotriva diferiților agenți infecțioși sunt create folosind metode de inginerie genetică (prima dintre ele a fost creată pe baza drojdiei care produce proteina de suprafață a virusului hepatitei umane B). Se acordă multă atenție dezvoltării vectorilor de clonare bazați pe virusuri mamifere și utilizării acestora pentru crearea de vaccinuri vii polivalente pentru nevoile medicinei și medicinei veterinare, precum și vectorilor moleculari pentru terapia genică a tumorilor canceroase și a bolilor ereditare. A fost dezvoltată o metodă pentru introducerea directă a recDNA în organismele umane și animale, care direcționează producția de antigene ai diferiților agenți infecțioși în celulele acestora (vaccinarea ADN). Cea mai recentă tendință în inginerie genetică este crearea de vaccinuri comestibile pe bază de plante transgenice precum roșii, morcovi, cartofi, porumb, salată etc., care produc proteine ​​imunogene ale agenților infecțioși.

Temeri asociate cu desfășurarea experimentelor de inginerie genetică. La scurt timp după primele experimente de succes privind obținerea recDNA, un grup de oameni de știință condus de P. Berg a propus limitarea unui număr de experimente de inginerie genetică. Aceste temeri s-au bazat pe faptul că proprietățile organismelor care conțin informații genetice străine sunt greu de prezis. Ele pot dobândi semne nedorite, pot perturba echilibrul ecologic, pot duce la apariția și răspândirea unor boli neobișnuite la oameni, animale și plante. În plus, s-a remarcat că intervenția umană în aparatul genetic al organismelor vii este imorală și poate provoca consecințe sociale și etice nedorite. În 1975, aceste probleme au fost discutate la o conferință internațională la Asilomar (SUA). Participanții săi au ajuns la concluzia că este necesară continuarea utilizării metodelor de inginerie genetică, dar cu respectarea obligatorie a anumitor reguli și recomandări. Ulterior, aceste reguli, stabilite într-o serie de țări, au fost semnificativ relaxate și reduse la metode comune în cercetarea microbiologică, crearea unor dispozitive speciale de protecție care împiedică răspândirea agenților biologici în mediu, utilizarea vectorilor siguri și a celulelor receptoare care nu se reproduc în condiții naturale.

Adesea, ingineria genetică este înțeleasă doar ca lucru cu ADN rec, iar termenii „clonare moleculară”, „clonare ADN”, „clonare genică” sunt folosiți ca sinonime pentru inginerie genetică. Cu toate acestea, toate aceste concepte reflectă conținutul numai operațiunilor individuale de inginerie genetică și, prin urmare, nu sunt echivalente cu termenul de „inginerie genetică”. În Rusia, termenul „inginerie genetică” este utilizat pe scară largă ca sinonim pentru inginerie genetică. Cu toate acestea, conținutul semantic al acestor termeni este diferit: ingineria genetică își propune să creeze organisme cu un nou program genetic, în timp ce termenul de „inginerie genetică” explică modul în care se face acest lucru – prin manipularea genelor.

Lit.: Shchelkunov S. N. Clonarea genelor. Novosib., 1986; el este. Inginerie genetică. Ed. a II-a, Novosib., 2004; Watson J., Tooze J., Kurtz D. ADN recombinant. M., 1986; Clonarea ADN-ului. Metode. M., 1988; Nou în clonarea ADN-ului: Metode. M., 1989.

1. Posibilitati ale ingineriei genetice. 4

2. Istoria ingineriei genetice. 6

3. Ingineria genetică ca știință. Metode de inginerie genetică. zece

4. Domenii de aplicare ale ingineriei genetice. 12

5. Date științifice despre pericolele ingineriei genetice. optsprezece

Concluzie. 22

Referințe.. 23

Introducere

Tema ingineriei genetice a devenit din ce în ce mai populară în ultimii ani. Cea mai mare atenție este acordată consecințelor negative la care poate duce dezvoltarea acestei ramuri a științei și sunt acoperite beneficiile pe care ingineria genetică le poate aduce într-o foarte mică măsură.

Cel mai promițător domeniu de aplicare este producția de medicamente folosind tehnologii de inginerie genetică. Recent, a devenit posibilă obținerea de vaccinuri utile pe bază de plante transgenice. Nu mai puțin interesează producția de produse alimentare folosind toate aceleași tehnologii.

Ingineria genetică este știința viitorului. În acest moment, milioane de hectare de pământ din întreaga lume sunt însămânțate cu plante transgenice, se creează medicamente unice și noi producători de substanțe utile. În timp, ingineria genetică va permite noi progrese în medicină, agricultură, procesarea alimentelor și creșterea animalelor.

Scopul acestei lucrări este de a studia caracteristicile posibilității, istoria dezvoltării și domeniul de aplicare al ingineriei genetice.

1. Posibilitati ale ingineriei genetice

O componentă importantă a biotehnologiei este ingineria genetică. Născută la începutul anilor 70, ea a obținut un mare succes astăzi. Tehnicile de inginerie genetică transformă bacteriile, drojdiile și celulele de mamifere în „fabrici” pentru producția pe scară largă a oricărei proteine. Acest lucru face posibilă analiza în detaliu a structurii și funcțiile proteinelor și utilizarea lor ca medicamente. În prezent, Escherichia coli (E. coli) a devenit un furnizor de hormoni atât de importanți precum insulina și somatotropina. Anterior, insulina se obținea din celulele pancreatice animale, deci costul era foarte mare. Pentru a obține 100 g de insulină cristalină sunt necesare 800-1000 kg de pancreas, iar o glandă a unei vaci cântărește 200-250 de grame. Acest lucru a făcut ca insulina să fie costisitoare și dificil de accesat pentru o gamă largă de diabetici. În 1978, cercetătorii de la Genentech au făcut prima insulină dintr-o tulpină special concepută de Escherichia coli. Insulina constă din două lanțuri polipeptidice A și B, lungi de 20 și 30 de aminoacizi. Când sunt conectate prin legături disulfurice, se formează insulină nativă cu lanț dublu. S-a dovedit a fi lipsit de proteine ​​E. coli, endotoxine și alte impurități, nu are efecte secundare precum insulina animală și nu are activitate biologică.

e diferit. Ulterior, proinsulina a fost sintetizată în celulele E. coli, pentru care a fost sintetizată o copie ADN pe matrița de ARN folosind transcriptază inversă. După purificarea proinsulinei obținute, aceasta a fost scindată și s-a obținut insulină nativă, în timp ce etapele de extracție și izolare a hormonului au fost minimizate. Din 1000 de litri de lichid de cultură se pot obține până la 200 de grame de hormon, ceea ce echivalează cu cantitatea de insulină secretată din 1600 kg de pancreas al unui porc sau vacă.

Somatotropina este un hormon de creștere uman secretat de glanda pituitară. Lipsa acestui hormon duce la nanism pituitar. Dacă somatotropina se administrează în doze de 10 mg pe kg greutate corporală de trei ori pe săptămână, atunci într-un an un copil care suferă de deficiența ei poate crește cu 6 cm.produs farmaceutic final. Astfel, cantitățile de hormon disponibile erau limitate, mai mult, hormonul produs prin această metodă era eterogen și putea conține viruși cu dezvoltare lentă. Compania „Genentec” a dezvoltat în 1980 o tehnologie pentru producerea hormonului de creștere cu ajutorul bacteriilor, care a fost lipsită de aceste neajunsuri. În 1982, hormonul de creștere uman a fost obținut în cultura de E. coli și celule animale la Institutul Pasteur din Franța, iar din 1984, producția industrială de insulină a început în URSS. În producerea interferonului se utilizează atât E. coli, S. cerevisae (drojdie), cât și o cultură de fibroblaste sau leucocite transformate. Prin metode similare se obțin și vaccinuri sigure și ieftine.

Producerea de sonde ADN foarte specifice se bazează pe tehnologia ADN-ului recombinant, cu ajutorul căreia se studiază expresia genelor în țesuturi, localizarea genelor în cromozomi și identifică gene care au funcții înrudite (de exemplu, la oameni și pui. ). Sondele ADN sunt, de asemenea, folosite în diagnosticarea diferitelor boli.

Tehnologia ADN-ului recombinant a făcut posibilă o abordare proteică-genă neconvențională numită genetică inversă. Cu această abordare, o proteină este izolată din celulă, gena acestei proteine ​​este donată și este modificată, creând o genă mutantă care codifică o formă modificată a proteinei. Gena rezultată este introdusă în celulă. Dacă este exprimată, celula care o poartă și descendenții săi vor sintetiza proteina alterată. În acest fel, genele defecte pot fi corectate și bolile ereditare pot fi tratate.

Dacă ADN-ul hibrid este introdus într-un ou fecundat, pot fi obținute organisme transgenice care exprimă gena mutantă și o transmit descendenților. Transformarea genetică a animalelor face posibilă stabilirea rolului genelor individuale și al produselor lor proteice atât în ​​reglarea activității altor gene, cât și în diferite procese patologice. Cu ajutorul ingineriei genetice au fost create linii de animale rezistente la boli virale, precum și rase de animale cu trăsături utile pentru om. De exemplu, microinjecția de ADN recombinant care conține gena somatotropinei bovine într-un zigot de iepure a făcut posibilă obținerea unui animal transgenic cu hiperproducție a acestui hormon. Animalele rezultate aveau acromegalie pronunțată.

Purtătorii bazelor materiale ale genelor sunt cromozomii, care includ ADN și proteine. Dar genele formării nu sunt chimice, ci funcționale. Din punct de vedere funcțional, ADN-ul este format din multe blocuri care stochează o anumită cantitate de informații - gene. Acțiunea unei gene se bazează pe capacitatea acesteia de a determina sinteza proteinelor prin ARN. În molecula de ADN, parcă, sunt înregistrate informații care determină structura chimică a moleculelor de proteine. O genă este o secțiune a unei molecule de ADN care conține informații despre structura primară a unei singure proteine ​​(o genă - o proteină). Deoarece există zeci de mii de proteine ​​în organisme, există și zeci de mii de gene. Totalitatea tuturor genelor unei celule formează genomul acesteia. Toate celulele corpului conțin același set de gene, dar fiecare dintre ele implementează o parte diferită a informațiilor stocate. Prin urmare, de exemplu, celulele nervoase diferă de celulele hepatice atât în ​​ceea ce privește caracteristicile structurale, cât și funcționale și biologice.

Acum, este chiar greu de prezis toate oportunitățile care vor fi realizate în următoarele câteva decenii.

2. Istoria ingineriei genetice

Istoria tehnologiilor medicale și biologice înalte, a metodelor de cercetare genetică, precum și a ingineriei genetice în sine, este direct legată de dorința eternă a omului de a îmbunătăți rasele de animale domestice și plantele cultivate. Selectând anumiți indivizi din grupuri de animale și plante și încrucișându-i între ei, omul, neavând o idee corectă despre esența interioară a proceselor care au avut loc în interiorul ființelor vii, cu toate acestea, timp de multe sute și mii de ani a creat rase îmbunătățite de animale și soiuri de plante care posedau anumite proprietăți utile și necesare oamenilor.

În secolele al XVIII-lea și al XIX-lea s-au făcut multe încercări de a afla cum se transmit semnele din generație în generație. O descoperire importantă a fost făcută în 1760 de botanistul Kellreuter, care a încrucișat două tipuri de tutun prin transferul polenului de la un tip de stamină la un alt tip de pistil. Plantele obținute din semințe hibride au avut trăsături intermediare între cele ale ambilor părinți. Kellerreiter a concluzionat în mod logic de aici că trăsăturile parentale se transmit atât prin polen (celule semințe), cât și prin ovule (ovule). Cu toate acestea, nici el, nici contemporanii săi, care erau angajați în hibridizarea plantelor și animalelor, nu au reușit să dezvăluie natura mecanismului de transmitere a eredității. Acest lucru se datorează parțial faptului că în acel moment baza citologică a acestui mecanism nu era încă cunoscută, dar în principal faptului că oamenii de știință au încercat să studieze moștenirea tuturor trăsăturilor plantelor simultan.

Abordarea științifică în studierea moștenirii anumitor trăsături și proprietăți a fost dezvoltată de călugărul catolic austriac Gregor Mendel, care în vara anului 1865 și-a început experimentele de hibridizare a plantelor (încrucișarea diferitelor soiuri de mazăre) pe teritoriul mănăstirii sale. El a descoperit pentru prima dată legile de bază ale geneticii. Gregor Mendel a reușit deoarece a studiat moștenirea trăsăturilor distincte, distincte (contrastate), a numărat numărul de descendenți de fiecare tip și a păstrat cu atenție înregistrări detaliate ale tuturor experimentelor sale de încrucișare. Cunoașterea elementelor de bază ale matematicii i-a permis să interpreteze corect datele obținute și să prezinte ipoteza că fiecare trăsătură este determinată de doi factori ereditari. Talentatul călugăr-cercetător a reușit ulterior să arate clar că proprietățile ereditare nu se amestecă, ci sunt transmise urmașilor sub forma anumitor unități. Această concluzie genială a fost ulterior confirmată pe deplin atunci când a fost posibil să se vadă cromozomii și să se afle caracteristicile diferitelor tipuri de diviziune celulară: mitoză (celule somatice - celule corporale), meioză (sex, reproductivă, germinativă) și fertilizare.

Mendel a raportat rezultatele muncii sale la o reuniune a Societății Brunn a Naturaliștilor și le-a publicat în lucrările acestei societăți. Semnificația rezultatelor sale nu a fost înțeleasă de contemporanii săi, iar aceste studii nu au atras atenția amelioratorilor de plante și a naturaliștilor timp de aproape 35 de ani.

În 1900, după ce detaliile diviziunii celulare în funcție de tipul de mitoză, meioza și fertilizarea în sine au devenit cunoscute, trei cercetători - de Vries în Olanda, Correns în Germania și Tschermak în Austria - au efectuat o serie de experimente și, independent unul de celălalt. , a redescoperit legile eredității, descrise anterior de Mendel. Mai târziu, la descoperirea articolului lui Mendel, în care aceste legi au fost formulate clar cu 35 de ani înaintea lor, acești oameni de știință i-au adus în unanimitate un omagiu savantului călugăr, numind cele două legi de bază ale eredității după el.

În primul deceniu al secolului al XX-lea s-au efectuat experimente cu cele mai diverse plante și animale, s-au făcut numeroase observații cu privire la moștenirea trăsăturilor la om, care au arătat clar că ereditatea respectă aceleași legi de bază în toate aceste organisme. S-a constatat că factorii descriși de Mendel care determină o anumită trăsătură sunt localizați în cromozomii nucleului celular. Ulterior, în 1909, aceste unități au fost denumite de botanistul danez Johansen gene (din cuvântul grecesc „genos” - gen, origine), iar omul de știință american William Setton a observat o similitudine surprinzătoare între comportamentul cromozomilor în timpul formării gameților ( celulele sexuale), fecundarea lor și transferul factorilor ereditari mendelieni – gene. Pe baza acestor descoperiri geniale, a fost creată așa-numita teorie a eredității cromozomiale.

Strict vorbind, genetica însăși, ca știință a eredității și variabilității organismelor vii și a metodelor de gestionare a acestora, a apărut la începutul secolului al XX-lea. Geneticistul american T. Morgan, împreună cu colegii săi, au efectuat numeroase experimente care au făcut posibilă dezvăluirea bazei genetice a determinării sexului și explicarea unui număr de forme neobișnuite de moștenire în care transmiterea unei trăsături depinde de sexul unui individ. (așa-numitele trăsături legate de sex). Următorul pas major înainte a fost făcut în 1927, când G. Meller a descoperit că prin iradierea muștei de fructe Drosophila și a altor organisme cu raze X, este posibilă inducerea artificială a unor modificări genice în ele, adică mutații. Acest lucru a făcut posibilă obținerea multor noi gene mutante - material suplimentar pentru studiul eredității. Datele despre natura mutațiilor au servit drept una dintre cheile înțelegerii și structurii genelor în sine.

În anii 20 ai secolului nostru, oamenii de știință sovietici ai școlii A.S. Serebrovsky, au fost efectuate primele experimente, arătând cât de complexă este gena. Aceste idei au fost folosite de J. Watson și F. Crick, care au reușit să creeze un model ADN în 1953 în Anglia și să descifreze codul genetic. A extins apoi activitatea de cercetare asociată cu crearea intenționată de noi combinații de material genetic și a condus la apariția ingineriei genetice în sine.

În același timp, în anii 1940, a început un studiu experimental al relației dintre gene și enzime. În acest scop, a fost utilizat pe scară largă un alt obiect - ciuperca de mucegai Neurospora, din care a fost posibil să se obțină și să studieze artificial o serie de mutații biochimice asociate cu pierderea uneia sau a alteia enzime speciale (proteine). În ultimele două decenii, Escherichia coli și unii bacteriofagi care infectează această bacterie au fost obiectele cele mai comune ale cercetării genetice.

De la începutul secolului al XX-lea, a existat un interes neclintit în studierea moștenirii anumitor trăsături (specifice) la oameni și în transmiterea ereditară a trăsăturilor de dorit și nedorite la animalele domestice și plantele de cultură. Pe baza unei cunoștințe din ce în ce mai mari a tiparelor genetice, geneticienii și crescătorii au învățat, aproape la comandă, să crească animale care pot supraviețui în climat cald, vaci care dau mult lapte cu conținut ridicat de grăsimi, găini care depun ouă mari. cu o coajă subțire, soiuri de porumb și grâu, care sunt foarte rezistente la anumite boli.

În 1972, primul ADN hibrid (recombinant) a fost obținut în SUA în laboratorul lui P. Berg. Ideile interesante în domeniul geneticii umane și al metodelor genetice de cercetare au început să fie dezvoltate și aplicate pe scară largă în medicina însăși. În anii 1970 a început decodificarea genomului uman. De mai bine de un deceniu, există un proiect numit Genomul uman. Din cele 3 miliarde de perechi de nucleotide dispuse în pasaje continue, doar aproximativ 10 milioane de caractere au fost citite până acum. În același timp, se creează noi tehnici genetice care măresc viteza de citire a ADN-ului. Director al Centrului de Genetică Medicală al Academiei Ruse de Științe Medicale V.I. Ivanov crede cu siguranță că „întregul genom va fi citit până în 2020”.

3. Ingineria genetică ca știință. Metode de inginerie genetică

Ingineria genetică este construcția in vitro a structurilor genetice active funcțional (ADN recombinant), sau cu alte cuvinte, crearea de programe genetice artificiale (Baev A.A.). Potrivit lui E.S. Ingineria genetică a lui Piruzyan este un sistem de metode experimentale care fac posibilă construirea de structuri genetice artificiale în laborator (într-o eprubetă) sub formă de așa-numite molecule de ADN recombinant sau hibrid.

Vorbim despre direcționat, după un program prestabilit, construcția sistemelor genetice moleculare în afara organismului cu introducerea ulterioară a acestora într-un organism viu. În acest caz, ADN-ul recombinant devine o parte integrantă a aparatului genetic al organismului receptor și îi conferă noi proprietăți genetice, biochimice și apoi fiziologice unice.

Scopul ingineriei genetice aplicate este de a proiecta astfel de molecule de ADN recombinant care, atunci când sunt introduse în aparatul genetic, ar da organismului proprietăți utile pentru oameni.

Tehnologia ADN recombinant folosește următoarele metode:

Scindarea specifică a ADN-ului prin nucleaze de restricție, accelerând izolarea și manipularea genelor individuale;

Secvențierea rapidă a tuturor nucleotidelor unui fragment de ADN purificat, care vă permite să determinați limitele genei și secvența de aminoacizi codificată de aceasta;

Construcția ADN-ului recombinant;

Hibridarea acidului nucleic, care permite detectarea unor secvențe specifice de ARN sau ADN cu o mai mare acuratețe și sensibilitate pe baza capacității lor de a lega secvențe complementare de acid nucleic;

Clonarea ADN: amplificare in vitro prin reacție în lanț a polimerazei sau introducerea unui fragment de ADN într-o celulă bacteriană, care, după o astfel de transformare, reproduce acest fragment în milioane de copii;

Introducerea ADN-ului recombinat în celule sau organisme.

4. Domenii de aplicare ale ingineriei genetice

Descoperirile științifice care se fac în prezent în domeniul geneticii umane sunt de fapt de o importanță revoluționară, întrucât vorbim despre posibilitatea realizării unei „hărți a genomului uman”, sau „anatomie patologică a genomului uman”. Această hartă genetică va permite localizarea genelor responsabile pentru anumite boli ereditare pe o spirală lungă de ADN. Potrivit oamenilor de știință în genetică, aceste posibilități nelimitate au stat la baza ideii de aplicare în practica clinică a așa-numitei terapii genice, care este o direcție în tratamentul pacienților care este asociată cu înlocuirea genelor afectate folosind tehnologii biomedicale înalte. și inginerie genetică. Intrarea în compoziția sistemelor genetice umane și asigurarea activității lor vitale este posibilă atât la nivelul celulelor somatice (orice corporale, având anumite diferențe structurale și funcționale) ale corpului, cât și la nivelul sexului, reproducătoare (germinale) și germinale. celule (embrionare).

Ingineria genetică ca tip de terapie - tratamentul unei anumite boli determinate genetic - este asociată cu furnizarea unei molecule de ADN nedefectuoase adecvate pentru a înlocui cu ajutorul ei acea genă - o secțiune a cromozomului care conține un defect, sau să-l integreze în materialul genetic uman prin contopirea cu așa-numitele celule somatice ale corpului uman care au un defect genetic. Sarcina ingineriei genetice în relație cu o persoană este de a oferi un efect țintit adecvat asupra unei anumite gene pentru a o corecta în direcția funcționării corespunzătoare și de a oferi unei persoane care suferă de o boală ereditară o versiune normală, neschimbată a genei. . Spre deosebire de terapia medicamentoasă, această terapie, numită inginerie genetică, este probabil să ofere pacientului un tratament lung, prelungit, foarte eficient, care aduce o mare ușurare și beneficii.

Cu toate acestea, toate metodele moderne de introducere a ADN-ului în organismele vii nu sunt capabile să îl direcționeze și să-l livreze către o populație specifică de celule care conțin o genă alterată și, prin urmare, care funcționează defectuos. Cu alte cuvinte, așa-numitul transfer direcționat, transportul genelor în condițiile corpului (în modelul „in vivo”), este în prezent imposibil.

O altă abordare metodologică bazată pe extragerea unei anumite populații de celule care conțin gena afectată din corpul pacientului și manipularea materialului genetic prin înlocuirea genelor defecte în celule folosind inginerie genetică (în modelul „in vitro”) și returnarea acestora în același loc în corpul, de unde au fost prelevate de la pacient, este posibil în prezent în condițiile centrelor de genetică medicală. Această metodă de terapie genetică prin inginerie genetică a fost deja folosită într-o încercare experimentală de a vindeca doi pacienți care suferă de o boală rară determinată genetic, așa-numita beta talasemie, care, la fel ca anemia secerată, este cauzată și de prezența unui proteine ​​aranjate anormal și, prin urmare, funcționează defectuos din celulele roșii din sânge. Esența manipulării a fost că așa-numitele celule stem au fost izolate din măduva osoasă a acestor pacienți, în cromozomii cărora a fost introdusă secțiunea de ADN responsabilă de producerea proteinei normale a hemoglobulinei - gena. După ce celulele stem defectuoase rămase în măduva osoasă a pacientului au fost aproape complet distruse, celulele stem modificate genetic au fost introduse în pacienți. Din păcate, aceste două încercări au eșuat clinic, deoarece pacienții au murit. Acest prim caz de inginerie genetică într-un cadru spitalicesc nu a fost nici autorizat, nici aprobat de comitetele de control relevante, iar participanții săi au fost puternic condamnați pentru încălcarea gravă a regulilor de desfășurare a cercetării în domeniul geneticii umane.

Ingineria genetică a celulelor care se reproduc (de sex) poate duce la consecințe complet diferite, deoarece introducerea ADN-ului în aceste celule diferă de corectarea unui defect genetic în celulele somatice (corpului, non-sex). Se știe că introducerea altor gene în cromozomii celulelor germinale duce la transmiterea acestora la generațiile ulterioare. În principiu, se poate imagina adăugarea anumitor secțiuni de ADN în locul secțiunilor defecte la materialul genetic al fiecărei celule de reproducere a unei anumite persoane care este afectată de una sau alta boală predeterminată genetic.

Într-adevăr, acest lucru a fost realizat la șoareci. Deci, din ovarul unei femele s-a obținut un ou, care a fost ulterior fertilizat într-o eprubetă (in vitro), apoi a fost introdus un segment străin de ADN în cromozomul ovulului fertilizat. Același ovul fertilizat cu un genom modificat a fost implantat (introdus) în uterul matern al unei femele de șoarece. Sursa de ADN străin într-un experiment a fost materialul genetic al unui iepure, iar în altul - un om.

Pentru a detecta în perioada de dezvoltare intrauterină a fătului probabilitatea nașterii unui copil cu anumite anomalii genetice, cum ar fi, de exemplu, sindromul Down sau boala Tay-Sachs, o tehnică de cercetare a așa-numitei amniocenteze este utilizat - analiză prenatală, în timpul căreia se prelevează o probă dintr-un fluid biologic care conține celule germinale din sacul amniotic la începutul celui de-al doilea trimestru de sarcină. În plus, metoda de extragere a diferitelor celule fetale din proba de sânge placentar a unei mame a fost dezvoltată în continuare. Celulele uterine obținute în acest mod pot fi utilizate în prezent doar pentru a detecta un număr limitat de boli determinate genetic în care există încălcări pronunțate, grosolane, în structura ADN-ului și modificări determinate prin analize biochimice. Ingineria genetică folosind ADN recombinant în cercetarea fetală deschide posibilitatea diagnosticării corecte a diverselor și numeroaselor boli ereditare.

În acest caz, sunt în curs de dezvoltare metode pentru a crea așa-numitele „sonde” genice, cu ajutorul cărora este posibil să se stabilească dacă există o genă normală, neschimbată în cromozom sau este prezentă o genă anormală, defectuoasă. În plus, ingineria genetică asociată cu utilizarea ADN-ului recombinant, care se află la una dintre etapele formării sale, va permite în viitor așa-numita „planificare” a genelor umane, astfel încât o anumită genă care poartă distorsionat, informațiile patologice și, prin urmare, prezintă interes pentru geneticieni, ar putea fi detectate la timp și suficient de rapid prin analogie cu metoda de utilizare a unei alte gene „etichetate”. Această tehnică biomedicală sofisticată ar trebui să ajute la localizarea oricărei gene în celulele uterine, nu doar în acelea în care probabilitatea de a detecta diferite tulburări este fezabilă folosind tehnica amniocentezei.

În acest sens, în ultimii ani, au apărut noi secțiuni ale științelor biomedicale, cum ar fi, de exemplu, tehnologiile înalte ale ADN-ului, terapia embrionară și terapia celulară (citoterapie), adică diagnosticul intrauterin și tratamentul unei boli determinate genetic ca la stadiul de formare și dezvoltare a embrionului (embrion), și în stadiul de maturizare fetală. Intruziunile și manipularea materialului embrionar au un impact direct asupra moștenirii modificărilor genetice, deoarece acestea au capacitatea de a se transmite din generație în generație. Mai mult decât atât, diagnosticul genetic în sine începe să se dezvolte în predicție genetică, adică în determinarea soartei viitoare a unei persoane, consolidând principalele schimbări revoluționare în medicina însăși, care, ca urmare a experimentelor și tehnicilor genetice medicale complexe, au devenit posibile cu mult înainte. apariția „tabloului clinic al bolii”, uneori chiar înainte de nașterea unei persoane, pentru a determina ce boli ereditare o amenință. Astfel, grație eforturilor geneticienilor și specialiștilor din domeniul ingineriei genetice, așa-numita „medicină predictivă” a luat naștere în profunzimea științelor biomedicale, adică medicina care „face predicții pentru viitor”.

În același timp, diverse tehnologii și tehnici de inginerie genetică fac posibilă prezicerea chiar și în perioada prenatală a dezvoltării unui copil, înainte de nașterea acestuia, nu numai prezența unei anumite boli ereditare la el, ci și descrierea în detaliu a proprietățile medicale și genetice ale unui embrion și făt în creștere.

Odată cu acumularea de noi date privind cartografierea genetică a genomului uman și descrierea (secvențierea) ADN-ului acestuia și, de asemenea, pentru că metodele moderne dezvoltate pentru studierea polimorfismelor ADN fac posibilă punerea la dispoziție a informațiilor genetice despre anumite elemente structurale și funcționale (inclusiv patologice) caracteristici ale corpului uman, care, aparent, se vor manifesta în viitor, dar nu sunt încă vizibile acum, devine posibilă obținerea, cu ajutorul diagnosticului genetic medical, a tuturor informațiilor genetice despre copil, nu numai preclinic. , adică înainte de manifestarea unei anumite boli ereditare, și prenatal, adică înainte de naștere, dar și preceptiv, adică chiar înainte de concepție.

În viitorul previzibil, datorită succesului și progresului în domeniul diagnosticului genetic medical, va fi posibil, conform diagnosticelor ADN, să se judece destul de încrezător, de exemplu, care va fi înălțimea unei persoane, abilitățile sale mentale, predispoziție la anumite boli (în special, la oncologice sau psihice), sortite manifestării și dezvoltării oricăror boli ereditare.

Tehnologiile biomedicale moderne fac posibilă detectarea diferitelor tulburări ale genelor care se pot manifesta și provoca anumite afecțiuni, nu numai în stadiul unei boli pronunțate clinic, ci și atunci când nu există încă semne de patologie și boala în sine nu se va manifesta. atat de curand. Exemple în acest sens pot afecta o persoană de peste 40 de ani, și chiar la 70 de ani, boala Alzheimer și coreea Huntington. Cu toate acestea, chiar și în aceste cazuri, este posibil să se detecteze gene care pot provoca boli similare la oameni, chiar înainte de concepția pacientului însuși. De asemenea, se știe că diabetul zaharat poate fi clasificat ca una dintre aceste boli. Predispoziția la această boală și patologia determinată genetic în sine sunt moștenite și se pot manifesta în cazul nerespectării unui anumit stil de viață la vârsta adultă sau la bătrânețe. Se poate afirma cu o certitudine rezonabilă că, dacă ambii părinți sau unul dintre ei suferă de diabet, atunci probabilitatea de a moșteni gena „diabetului” sau o combinație a unor astfel de gene este transmisă copiilor.

În același timp, este posibil să se efectueze studii biomedicale adecvate și să se facă un diagnostic corect în prezența unor cantități microscopice mici de material biologic. Uneori sunt suficiente pentru aceasta câteva celule individuale, care vor fi propagate într-o cultură in vitro și de la ele se va obține un „portret genetic” al persoanei testate, desigur, nu pentru toate genele genomului său (există zeci de mii dintre ele!), dar pentru acelea dintre ele pentru care există motive întemeiate de a bănui anumite defecte. Dezvoltarea simultană a metodelor de inginerie celulară și genetică va permite în etapele ulterioare de cunoaștere a genomului să se descopere posibilitatea practică de a modifica în mod arbitrar și, mai ales, în scopuri terapeutice, secvența și ordinea genelor, compoziția și structura acestora.

Medicina nu este singurul domeniu de aplicare al ingineriei genetice. Distinge ingineria genetică a plantelor, ingineria genetică a celulelor bacteriologice.

Recent, au apărut noi oportunități în obținerea de vaccinuri „comestibile” pe bază de plante transgenice.

S-au făcut progrese mari în ceea ce privește plantele transgenice din lume. Ele sunt în mare măsură legate de faptul că problema obținerii unui organism dintr-o celulă, un grup de celule sau un embrion imatur în plante nu este acum mare lucru. Tehnologiile celulare, cultura de țesut și crearea de agenți regenerați sunt utilizate pe scară largă în știința modernă.

Luați în considerare realizările în domeniul cultivării plantelor, care au fost obținute la Institutul Siberian de Fiziologie și Biochimie a Plantelor, Filiala Siberiană a Academiei Ruse de Științe.

Astfel, în ultimii ani, un număr de plante transgenice au fost obținute prin transferul ugt, acp, acb, accc și a altor gene izolate din diferite obiecte din plante în genomul lor.

Ca urmare a introducerii acestor gene, au apărut plante transgenice de grâu, cartofi, roșii, castraveți, soia, mazăre, rapiță, căpșuni, aspen și altele.

Introducerea genelor s-a realizat fie prin „decojirea” țesuturilor cu un „pistol cu ​​gene” (al cărui design a fost dezvoltat la institutul nostru), fie printr-un vector genetic bazat pe o plasmidă agrobacteriană cu gene țintă încorporate și promotori corespunzători.

Ca rezultat, s-au format o serie de noi forme transgenice. Aici sunt câțiva dintre ei.

Grâul transgenic (2 soiuri), care are o creștere și o măcinare mult mai intensă, este probabil mai rezistent la secetă și la alți factori negativi de mediu. Se studiază productivitatea acestuia și moștenirea proprietăților dobândite.

Cartofi transgenici, care au fost observați de trei ani. Produce constant cu 50-90 la sută mai mult decât martorul, a dobândit rezistență aproape completă la erbicidele auxină și, în plus, tuberculii săi „se înnegrește” mult mai puțin pe tăieturi din cauza scăderii activității polifenol oxidazei.

Roșie transgenică (mai multe soiuri), caracterizată printr-o măcinare și un randament mai mare. Într-o seră, randamentul său este de până la 46 kg pe metru pătrat (de peste două ori mai mare decât controlul).

Castravetele transgenic (mai multe soiuri) dă flori mai fertile și, în consecință, fructe cu un randament de până la 21 kg pe metru pătrat față de 13,7 la martor.

Există și forme transgenice ale altor plante, dintre care multe au și o serie de trăsături economice utile.

Ingineria genetică este știința de azi și de mâine. Deja acum zeci de milioane de hectare sunt semănate cu plante transgenice în lume, se creează noi medicamente, noi producători de substanțe utile. În timp, ingineria genetică va deveni un instrument din ce în ce mai puternic pentru noile progrese în medicină, medicina veterinară, farmacologie, industria alimentară și agricultură.

5. Date științifice despre pericolele ingineriei genetice

Trebuie remarcat faptul că, odată cu progresul adus de dezvoltarea ingineriei genetice, se disting unele fapte despre pericolele ingineriei genetice, dintre care principalele sunt prezentate mai jos.

1. Ingineria genetică este fundamental diferită de ameliorarea de noi soiuri și rase. Adăugarea artificială de gene străine perturbă foarte mult controlul genetic fin reglat al unei celule normale. Manipularea genelor este fundamental diferită de combinația de cromozomi materni și paterni care apare în încrucișarea naturală.

2. În prezent, ingineria genetică este imperfectă din punct de vedere tehnic, deoarece nu este capabilă să controleze procesul de inserare a unei noi gene. Prin urmare, nu este posibil să se prezică locul de inserție și efectele genei adăugate. Chiar dacă locația unei gene poate fi determinată după ce aceasta a fost inserată în genom, cunoștințele disponibile despre ADN sunt foarte incomplete pentru a prezice rezultatele.

3. Ca urmare a adăugării artificiale a unei gene străine, se pot forma în mod neașteptat substanțe periculoase. În cel mai rău caz, acestea pot fi substanțe toxice, alergeni sau alte substanțe nesănătoase. Informațiile despre acest tip de posibilități sunt încă foarte incomplete.

4. Nu există metode absolut sigure de testare a inofensiunii. Mai mult de 10% dintre efectele secundare grave ale noilor medicamente nu pot fi identificate în ciuda studiilor de siguranță efectuate cu atenție. Riscul ca proprietățile periculoase ale alimentelor noi, modificate genetic, să treacă neobservate este probabil mult mai mare decât în ​​cazul medicamentelor.

5. Cerințele actuale pentru testarea inofensiunii sunt extrem de insuficiente. Acestea sunt redactate în mod clar, astfel încât să simplifice procesul de aprobare. Ele permit utilizarea unor metode extrem de insensibile de testare a inofensivității. Prin urmare, există un risc semnificativ ca alimentele nesănătoase să treacă de inspecție nedetectate.

6. Mâncarea modificată genetic până acum nu are o valoare semnificativă pentru omenire. Aceste produse servesc în principal numai intereselor comerciale.

7. Cunoașterea efectului asupra mediului al organismelor modificate prin inginerie genetică și aduse acolo este complet insuficientă. Nu a fost încă dovedit că organismele modificate genetic nu vor avea un efect dăunător asupra mediului. Ecologiștii au speculat cu privire la diferite posibile complicații de mediu. De exemplu, există multe oportunități pentru răspândirea necontrolată a genelor potențial dăunătoare utilizate de inginerie genetică, inclusiv transferul de gene de către bacterii și viruși. Complicațiile cauzate în mediu sunt susceptibile de a fi ireparabile, deoarece genele eliberate nu pot fi luate înapoi.

8. Pot apărea viruși noi și periculoși. S-a demonstrat experimental că genele virusurilor încorporate în genom se pot combina cu genele virusurilor infecțioase (așa-numita recombinare). Acești viruși noi pot fi mai agresivi decât cei originali. Virusurile pot deveni, de asemenea, mai puțin specifice speciei. De exemplu, virusurile plantelor pot deveni dăunătoare insectelor benefice, animalelor, precum și oamenilor.

9. Cunoașterea substanței ereditare, ADN-ul, este foarte incompletă. Se știe că doar 3% din ADN funcționează. Este riscant să manipulezi sisteme complexe, despre care cunoștințele sunt incomplete. Experiența vastă în domeniul biologiei, ecologiei și medicinei arată că acest lucru poate cauza probleme și tulburări grave imprevizibile.

10. Ingineria genetică nu va rezolva problema foametei în lume. Afirmația că ingineria genetică poate aduce o contribuție semnificativă la rezolvarea problemei foametei în lume este un mit neîntemeiat științific.

Concluzie

Ingineria genetică este o metodă biotehnologică care se ocupă cu cercetările privind rearanjarea genotipurilor. Genotipul nu este doar o sumă mecanică de gene, ci un sistem complex care s-a dezvoltat în procesul de evoluție a organismelor. Ingineria genetică permite, prin operațiuni într-o eprubetă, să se transfere informații genetice de la un organism la altul. Transferul de gene face posibilă depășirea barierelor între specii și transferul trăsăturilor ereditare individuale ale unui organism la altul.

Restructurarea genotipurilor, la îndeplinirea sarcinilor de inginerie genetică, este o modificare calitativă a genelor care nu este asociată cu modificări ale structurii cromozomilor vizibile la microscop. Modificările genelor sunt asociate în primul rând cu transformarea structurii chimice a ADN-ului. Informațiile despre structura unei proteine, scrise sub forma unei secvențe de nucleotide, sunt realizate sub forma unei secvențe de aminoacizi în molecula de proteină sintetizată. O modificare a secvenței de nucleotide în ADN-ul cromozomial, pierderea unora și includerea altor nucleotide modifică compoziția moleculelor de ARN formate pe ADN, iar aceasta, la rândul său, determină o nouă secvență de aminoacizi în timpul sintezei. Ca urmare, o nouă proteină începe să fie sintetizată în celulă, ceea ce duce la apariția de noi proprietăți în organism. Esența metodelor de inginerie genetică constă în faptul că gene individuale sau grupuri de gene sunt încorporate sau excluse din genotipul unui organism. Ca urmare a inserării unei gene absente anterior în genotip, este posibilă forțarea celulei să sintetizeze proteine ​​pe care nu le-a sintetizat anterior.

Bibliografie

2. Lee A., Tinland B. Integrarea t-ADN în genomul plantelor: prototip și realitate // Fiziologia plantelor. 2000. - Volumul 47. - Nr. 3.

3. L. A. Lutova, N. A. Provorov, O. N. Tikhodeev, et al., Genetica dezvoltării plantelor. - Sankt Petersburg: Nauka, 2000. - 539 p.

4. Lyadskaya M. Ingineria genetică poate face totul - chiar și să crească un vaccin în grădină // Buletinul farmaceutic. - 2000. - Nr. 7.

5. Romanov G. A. Ingineria genetică a plantelor și modalități de rezolvare a problemei biosecurității // Fiziologia plantelor, 2000. - Volumul 47. - Nr. 3.

6. Salyaev R. Mituri și realități ale ingineriei genetice // Știința în Siberia. - 2002. - Nr. 7.

7. Favorova O. O. Tratament cu gene – fantezie sau realitate? // Buletinul Farmaceutic. - 2002. - Nr. 5.

Kuzmina N.A. Fundamentele biotehnologiei: manual. - Omsk: OGPU, 2001. - 256s.

Lutova L.A., Provorov N.A., Tikhodeev O.N. și colab., Genetica dezvoltării plantelor. - Sankt Petersburg: Nauka, 2000. - 539 p.

Lyadskaya M. Ingineria genetică poate face totul - chiar și să crească un vaccin în grădină // Buletinul farmaceutic. - 2000. - Nr. 7.

Kuzmina N.A. Fundamentele biotehnologiei: manual. - Omsk: OGPU, 2001. - 256s.

Favorova O. O. Tratament cu gene – fantezie sau realitate? // Buletinul Farmaceutic. - 2002. - Nr. 5.

Salyaev R. Mituri și realități ale ingineriei genetice // Știința în Siberia. - 2002. - Nr. 7.

Kuzmina N.A. Fundamentele biotehnologiei: manual. - Omsk: OGPU, 2001. - 256s.