BIOLOGIE, INGINERIE GENETICĂ

SI BIOTEHNOLOGIE

„Cunoașterea este definită de

ceea ce pretindem noi

ca adevărul"

P. A. FLORENSKY.

Biologia modernă diferă fundamental de biologia tradițională nu numai prin dezvoltarea mai profundă a ideilor cognitive, ci și printr-o legătură mai strânsă cu viața societății, cu practica. Putem spune că în vremea noastră, biologia a devenit un mijloc de transformare a lumii vii pentru a satisface nevoile materiale ale societății. Această concluzie este ilustrată în primul rând de legătura strânsă dintre biologie și biotehnologie, care a devenit cel mai important domeniu al producției de materiale, un partener egal al tehnologiilor mecanice și chimice create de om mai devreme. Ce explică ascensiunea biotehnologiei?

De la începuturi, biologia și biotehnologia s-au dezvoltat întotdeauna împreună, iar de la bun început, biologia a fost baza științifică a biotehnologiei. Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp, lipsa datelor proprii nu a permis biologiei să aibă un impact foarte mare asupra biotehnologiei. Situația s-a schimbat dramatic odată cu crearea în a doua jumătate a secolului XX. metodologia ingineriei genetice, care este înțeleasă ca manipulare genetică cu scopul de a „construi noi și reconstruirii genotipurilor existente. Fiind o realizare metodică prin natura sa, ingineria genetică nu a condus la o defalcare a ideilor predominante despre fenomenele biologice, nu a afectat. prevederile de bază ale biologiei, la fel cum radioastronomia nu a zdruncinat prevederile de bază ale astrofizicii, stabilirea „echivalentului mecanic al căldurii” nu a condus la o schimbare a legilor conducerii căldurii, iar demonstrarea teoriei atomiste a materia nu a schimbat relațiile dintre termodinamică, hidrodinamică și teoria elasticității.

Ingineria genetică a deschis o nouă eră în biologie pentru că au apărut noi oportunități de pătrundere în profunzimile fenomenelor biologice pentru a caracteriza în continuare formele de existență a materiei vii, pentru a studia mai eficient structura și funcția genelor. la nivel molecular, intelegerea mecanismelor subtile ale aparatului genetic. Succesele ingineriei genetice înseamnă o revoluție în știința naturală modernă. Ele determină criteriile de valoare a ideilor moderne despre caracteristicile structurale și funcționale ale nivelurilor moleculare și celulare ale materiei vii. Datele moderne despre viețuitoare au o semnificație cognitivă gigantică, deoarece oferă o înțelegere a unuia dintre cele mai importante aspecte ale lumii organice și, astfel, aduc o contribuție neprețuită la crearea unei imagini științifice a lumii. Astfel, după ce și-a extins puternic baza cognitivă, biologia prin inginerie genetică a avut, de asemenea, o influență majoră asupra ascensiunii biotehnologiei.

Ingineria genetică creează bazele pe calea înțelegerii metodelor și modalităților de „proiectare” de noi organisme sau de îmbunătățire a organismelor existente, oferindu-le o valoare economică mai mare, o capacitate mai mare de a crește brusc productivitatea proceselor biotehnologice.

În cadrul ingineriei genetice, se face o distincție între ingineria genetică și ingineria celulară. Ingineria genetică este manipularea pentru a crea molecule de ADN recombinant. Această metodologie este adesea denumită clonare moleculară, clonare genică, tehnologie ADN recombinant sau pur și simplu manipulare genetică. Este important de subliniat faptul că obiectul ingineriei genetice sunt moleculele de ADN, genele individuale. Dimpotrivă, ingineria celulară este înțeleasă ca manipulări genetice cu celule individuale izolate sau grupuri de celule vegetale și animale.

Capitolul XIX

INGINERIE GENETICĂ

Ingineria genetică este un set de diferite tehnici (metode) experimentale care asigură construirea (reconstrucția) și clonarea moleculelor (genelor) de ADN cu scopuri specificate.

Metodele de inginerie genetică sunt utilizate într-o anumită secvență (Fig. 221) și există mai multe etape în realizarea unui experiment tipic de inginerie genetică care vizează clonarea unei gene, și anume:

1. Izolarea ADN-ului din celulele organismului de interes (inițial) și izolarea vectorului ADN.

2. Tăierea (restricție) ADN-ului organismului original în fragmente care conțin genele de interes, folosind una dintre enzimele de restricție și izolarea acestor gene din amestecul de restricție rezultat. În același timp, ADN-ul vector este tăiat (restricționat), transformându-l dintr-o structură circulară într-una liniară.

3. Legarea segmentului de ADN (gena) de interes la ADN-ul vector pentru a obține molecule hibride de ADN.

4. Introducerea moleculelor hibride de ADN prin transformare într-un alt organism, de exemplu, în E. coli sau în celule somatice.

5. Inocularea bacteriilor, în care au fost introduse molecule hibride de ADN, pe medii nutritive permițând creșterea doar a celulelor care conțin molecule hibride de ADN.

6. Identificarea coloniilor formate din bacterii care conțin molecule hibride de ADN.

7. Izolarea ADN-ului clonat (gene clonate) și caracterizarea acestuia, inclusiv secvențierea bazelor azotate din fragmentul de ADN donat.

ADN (sursă și vector), enzime, celule în care ADN-ul este clonat - toate acestea se numesc „instrumentele” ingineriei genetice.

Izolarea ADN-ului

Luați în considerare metoda de extracție a ADN-ului folosind exemplul plasmidelor ADN. ADN-ul din celulele bacteriene care conțin plasmide este izolat prin tehnica tradițională, care constă în obținerea de extracte celulare în prezența detergenților și îndepărtarea ulterioară a extractelor proteice prin extracție cu fenol (Fig. 222). Purificarea completă a ADN-ului plasmid din proteine, ARN și alți compuși se realizează în mai multe etape. După ce celulele sunt distruse, de exemplu, cu ajutorul lizozimei (pereții lor sunt dizolvați), la extract se adaugă un detergent pentru a dizolva membranele și a inactiva unele proteine. Cea mai mare parte a ADN-ului cromozomial este îndepărtată din preparatele rezultate prin centrifugare convențională.

Cromatografia este adesea folosită pentru purificarea completă. Dacă este necesară o purificare foarte minuțioasă, se utilizează centrifugare cu gradient de densitate CsCI de mare viteză folosind bromură de etidio. ADN-ul cromozomial rămas va fi fragmentat în liniară, în timp ce ADN-ul plasmid va rămâne închis covalent. Deoarece bromura de etidio este mai puțin densă decât ADN-ul, atunci în timpul ultracentrifugării într-un tub de centrifugă, două inele se vor „răsuci” - ADN-ul plasmid și ADN-ul cromozomial (Fig. 223). ADN-ul plasmid este selectat pentru lucrări ulterioare, ADN-ul cromozomial este aruncat.

Este dificil să găsești o persoană în lumea modernă care să nu fi auzit nimic despre succesele ingineriei genetice.

Astăzi este una dintre cele mai promițătoare modalități de dezvoltare a biotehnologiilor, îmbunătățirea producției agricole, a medicinei și a unui număr de alte industrii.

Ce este ingineria genetică?

După cum știți, caracteristicile ereditare ale oricărei ființe vii sunt înregistrate în fiecare celulă a corpului sub forma unui set de gene - elemente ale moleculelor de proteine ​​complexe. Prin introducerea unei gene străine în genomul unei ființe vii, este posibilă modificarea proprietăților organismului rezultat și în direcția corectă: pentru a face cultura mai rezistentă la îngheț și boli, pentru a da plantei noi proprietăți etc. .

Organismele obținute ca urmare a unei astfel de modificări sunt numite modificate genetic, sau transgenice, iar disciplina științifică implicată în studiul modificărilor și dezvoltarea tehnologiilor transgenice se numește inginerie genetică sau genetică.

Obiecte ale ingineriei genetice

Microorganismele, celulele vegetale și animalele inferioare sunt obiectele cele mai frecvent utilizate pentru cercetarea ingineriei genetice; cu toate acestea, cercetările sunt efectuate asupra celulelor de mamifere și chiar asupra celulelor corpului uman. De regulă, obiectul direct al cercetării este o moleculă de ADN, purificată din alte substanțe celulare. Cu ajutorul enzimelor, ADN-ul este împărțit în segmente separate și este important să poți recunoaște și izola segmentul dorit, să-l transferi cu ajutorul enzimelor și să-l integrezi în structura altui ADN.

Tehnicile moderne fac deja posibilă manipularea liberă a segmentelor genomului, multiplicarea secțiunii dorite a lanțului ereditar și inserarea acesteia în locul unei alte nucleotide în ADN-ul primitorului. S-a acumulat destul de multă experiență și s-au adunat informații considerabile cu privire la tiparele structurii mecanismelor ereditare. De regulă, plantele agricole sunt supuse transformărilor, ceea ce a crescut deja semnificativ productivitatea culturilor alimentare majore.

Pentru ce este ingineria genetică?

Până la mijlocul secolului al XX-lea, metodele tradiționale nu se mai potrivesc oamenilor de știință, deoarece această direcție are o serie de limitări serioase:

• este imposibil să traversezi specii de ființe vii neînrudite;
• procesul de recombinare a trăsăturilor genetice rămâne incontrolabil, iar calitățile necesare la descendenți apar ca urmare a unor combinații aleatorii, în timp ce un procent foarte mare din urmași este recunoscut ca nereușit și aruncat în timpul selecției;
• este imposibil să setați cu precizie calitățile dorite la traversare;
• Procesul de selecție durează ani și chiar decenii.

Mecanismul natural de conservare a trăsăturilor ereditare este extrem de stabil, iar chiar și apariția descendenților cu calitățile dorite nu garantează păstrarea acestor trăsături în generațiile ulterioare.

Ingineria genetică depășește toate dificultățile de mai sus. Cu ajutorul tehnologiilor transgenice este posibil să se creeze organisme cu proprietăți dorite prin înlocuirea anumitor părți ale genomului cu altele preluate de la ființe vii aparținând altor specii. În același timp, timpul pentru crearea de noi organisme este redus semnificativ. Nu este necesar să se stabilească trăsăturile dorite, făcându-le moștenite, deoarece există întotdeauna posibilitatea de a modifica genetic următoarele loturi, punând literalmente procesul în funcțiune.

Etapele creării unui organism transgenic

1. Izolarea unei gene izolate cu proprietățile dorite. Astăzi, există tehnologii suficient de fiabile pentru aceasta, există chiar și biblioteci de gene special pregătite.
2. Inserarea unei gene într-un vector pentru transfer. Pentru a face acest lucru, se creează un construct special - o transgenă, cu unul sau mai multe segmente de ADN și elemente de reglare, care este integrată în genomul vectorului și supus clonării folosind ligaze și restrictaze. Ca vector, se utilizează de obicei ADN bacterian circular - plasmide.
3. Încorporarea vectorului în corpul destinatarului. Acest proces este copiat dintr-un proces natural similar de inserare a ADN-ului unui virus sau bacterie în celulele gazdă și funcționează în același mod.
4. clonarea moleculară. În același timp, celula modificată se divide cu succes, producând multe celule fiice noi care conțin genomul modificat și sintetizează molecule de proteine ​​cu proprietățile dorite.
5. Selectarea OMG-urilor. Ultima etapă nu este diferită de munca obișnuită de selecție.

Este ingineria genetică sigură?

Întrebarea cât de sigure sunt tehnologiile transgenice este pusă periodic atât în ​​comunitatea științifică, cât și în mass-media care sunt departe de știință. Nu există încă un răspuns fără echivoc la aceasta.

În primul rând, ingineria genetică este încă o direcție destul de nouă în biotehnologie, iar statisticile care permit să tragem concluzii obiective despre această problemă nu s-au acumulat încă.

În al doilea rând, investiția uriașă în inginerie genetică de către corporațiile multinaționale alimentare poate fi un motiv suplimentar pentru lipsa unei cercetări serioase.


Cu toate acestea, în legile multor țări există reguli care obligă producătorii să indice prezența produselor OMG pe ambalajele produselor din grupa alimentară. În orice caz, ingineria genetică a demonstrat deja eficiența ridicată a tehnologiilor sale, iar dezvoltarea sa ulterioară promite oamenilor și mai mult succes și realizări.

.(Sursa: „Biology. Modern Illustrated Encyclopedia.” Editor-șef A.P. Gorkin; M.: Rosmen, 2006.)

Vedeți ce este „ingineria genetică” în alte dicționare:

Inginerie genetică- o ramură a geneticii moleculare asociată cu crearea intenționată in vitro de noi combinații de material genetic (ADN recombinant) capabil să se reproducă și să funcționeze în celula gazdă. O sursă … Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

La fel ca ingineria genetică... Dicţionar enciclopedic mare

Conform definiției Legii federale privind reglementarea de stat în domeniul activităților de inginerie genetică din 5 iunie 1996, un set de tehnici, metode și tehnologii, incl. tehnologii de obținere a acizilor ribonucleici și dezoxiribonucleici recombinanți, conform... Dicţionar de drept

INGINERIA GENETICĂ, tehnica de creare a unei molecule de ADN (acid dezoxiribonucleic) cu o genă dorită, care este apoi introdusă într-o celulă a unei bacterii, ciuperci (drojdii), plante sau mamifer astfel încât să producă proteina dorită. Metodologie ...... Dicționar enciclopedic științific și tehnic

O ramură a geneticii care dezvoltă tehnici de manipulare a NC-urilor și utilizează aceste metode pentru cercetarea genetică și producerea de organisme cu genomi mixte, inclusiv cele utile pentru medicină și economia națională. (Sursa: „Glosar de termeni ...... Dicţionar de microbiologie

Inginerie genetică- un set de metode și tehnologii, inclusiv tehnologii pentru obținerea acizilor ribonucleici și dezoxiribonucleici recombinanți, pentru izolarea genelor din organism, manipularea genelor și introducerea lor în alte organisme; ... Sursa... Terminologie oficială

Inginerie genetică- — Subiecte de biotehnologie EN inginerie biomoleculară … Manualul Traducătorului Tehnic

INGINERIE GENETICĂ- un set de tehnici, metode și tehnologii, incl. tehnologii pentru obținerea acizilor ribonucleici (ARN) și dezoxiribonucleici (ADN) recombinanți, pentru izolarea genelor din organism, pentru manipularea genelor și introducerea lor în altele ... ... Enciclopedia juridică

Termen inginerie genetică Termen englezesc inginerie genetică Sinonime inginerie genetică Abrevieri Termeni înrudiți livrarea genelor, bioinginerie, motoare biologice, genom, ADN, ARN, oligonucleotidă, plasmidă, enzimă, terapie genică... Dicţionar enciclopedic de nanotehnologie

La fel ca ingineria genetică. * * * INGINERIA GENETICĂ INGINERIA GENETICĂ, la fel ca ingineria genetică (vezi INGINERIA GENETICĂ) … Dicţionar enciclopedic

Inginerie genetică- Inginerie genetică Inginerie genetică Tehnologia ADN-ului recombinant. Schimbarea folosind metode biochimice și genetice a materialului cromozomial - principala substanță ereditară a celulelor. Materialul cromozomal este alcătuit din... Dicționar explicativ englez-rus de nanotehnologie. - M.

Cărți

• Inginerie genetică în biotehnologie. Manual, Zhuravleva Galina Anatolyevna. Manualul `Inginerie genetică în biotehnologie` a fost pregătit în conformitate cu Standardul Educațional Federal de Stat al Învățământului Profesional Superior în specialitatea 020400 `Biologie` și se bazează pe prelegeri susținute de mai bine de 10 ani la Facultatea de Biologie ...

Ministerul Agriculturii al Federației Ruse

FGOU VPO „Academia Agricolă de Stat Ural”

la disciplina „Genetica veterinară”

pe subiect: „Inginerie genetică – prezent și viitor”

Efectuat:

student FVM

2 curs 2 grupa 3 p/grup

Shmakova T.S.

Verificat:

Erofeeva L.F.

Ekaterinburg 2008

Introducere

1. Metode de inginerie genetică

2. Realizări în inginerie genetică

3. Inginerie genetică: argumente pro și contra

4. Perspective pentru inginerie genetică

Lista literaturii folosite

Introducere

Inginerie genetică- un set de tehnici, metode si tehnologii pentru obtinerea de ARN si ADN recombinant, izolarea genelor dintr-un organism (celule), manipularea genelor si introducerea lor in alte organisme. Ingineria genetică servește la obținerea calităților dorite ale unui organism modificat.

Inginerie genetică nu este o știință în sens larg, ci este un instrument al biotehnologiei, folosind cercetări din științe biologice precum biologia moleculară, citologia, genetica, microbiologia. Cel mai izbitor eveniment care a atras cea mai mare atenție și foarte important în consecințele sale a fost o serie de descoperiri, care au avut ca rezultat crearea unor metode de control al eredității organismelor vii, mai mult, control prin pătrunderea în „sfântul sfintelor” unui celula vie - în aparatul său genetic.

Nivelul actual al cunoștințelor noastre de biochimie, biologie moleculară și genetică ne permite să contam pe dezvoltarea cu succes a unei noi biotehnologii - Inginerie genetică, adică un set de metode care permit, prin operații într-o eprubetă, transferul informațiilor 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. Scopul ingineriei genetice nu este de a transforma miturile în realitate, ci de a obține celule (în primul rând bacteriene) care sunt capabile să producă unele proteine ​​„umane” la scară industrială.

1. Metode de inginerie genetică

Cea mai comună metodă de inginerie genetică este metoda de obținere a recombinantului, adică. care conțin o genă străină, plasmide. Plasmidele sunt molecule circulare de ADN dublu catenar formate din mai multe perechi de nucleotide. Plasmidele sunt elemente genetice autonome care se replic (adică se înmulțesc) într-o celulă bacteriană la un moment diferit față de molecula principală de ADN. Deși plasmidele constituie doar o mică parte din ADN-ul celular, ele poartă gene atât de vitale pentru bacterii precum genele de rezistență la medicamente. Diferite plasmide conțin diferite gene de rezistență la medicamente antibacteriene.

Cele mai multe dintre aceste medicamente - antibioticele sunt utilizate ca medicamente în tratamentul unui număr de boli la oameni și animale domestice. O bacterie care are diferite plasmide dobândește rezistență la diverse antibiotice, la sărurile metalelor grele. Când un anumit antibiotic este expus celulelor bacteriene, plasmidele care îi conferă rezistență se răspândesc rapid printre bacterii, menținându-le în viață. Simplitatea plasmidelor și ușurința cu care pătrund în bacterii sunt folosite de inginerii genetici pentru a introduce genele organismelor superioare în celulele bacteriene.

Endonucleazele de restricție sau enzimele de restricție sunt instrumente puternice pentru inginerie genetică. Restricție înseamnă literal „restricție”. Celulele bacteriene produc enzime de restricție pentru a distruge ADN-ul străin, în primul rând fagic, care este necesar pentru a limita infecția virală. Enzimele de restricție recunosc anumite secvențe de nucleotide și introduc rupturi simetrice, distanțate oblic în catenele de ADN la distanțe egale de centrul locului de recunoaștere. Ca rezultat, se formează „cozi” scurte monocatenar (numite și capete „lipicioase”) la capetele fiecărui fragment de ADN restricționat.

Întregul proces de obținere a bacteriilor, numit clonare, constă în etape succesive:

1. Restricție - tăierea ADN-ului uman cu o enzimă de restricție în multe fragmente diferite, dar cu aceleași capete „lipicioase”. Aceleași capete sunt obținute prin tăierea ADN-ului plasmid cu aceeași enzimă de restricție.

2. Ligitare - includerea fragmentelor de ADN uman în plasmide datorită „reticularii capetelor lipicioase” de către enzima ligaza.

3. Transformare – introducerea plasmidelor recombinante în celule bacteriene tratate în mod special – astfel încât acestea să devină permeabile la macromolecule pentru o perioadă scurtă de timp. Cu toate acestea, plasmidele penetrează doar o parte din bacteriile tratate. Bacteriile transformate, împreună cu plasmida, capătă rezistență la un anumit antibiotic. Acest lucru le permite să fie separate de bacteriile netransformate care mor pe un mediu care conține acest antibiotic. Pentru a face acest lucru, bacteriile sunt semănate pe un mediu nutritiv, în prealabil diluat, astfel încât în ​​timpul cernerii celulele să fie la o distanță considerabilă unele de altele. Fiecare dintre bacteriile transformate se înmulțește și formează o colonie de multe mii de descendenți - o clonă.

4. Screening - selecția dintre clonele acelor bacterii care poartă gena umană dorită. Pentru a face acest lucru, toate coloniile bacteriene sunt acoperite cu un filtru special. Când este îndepărtat, lasă o amprentă de colonie, deoarece unele dintre celulele din fiecare clonă aderă la filtru. Apoi se realizează hibridizarea moleculară. Filtrele sunt scufundate într-o soluție cu o sondă marcată radioactiv. O sondă este o polinucleotidă a părții complementare a genei dorite. Hibridizează numai cu acele plasmide recombinante care conțin gena dorită. După hibridizare, filmul cu raze X este aplicat pe filtru în întuneric și dezvoltat după câteva ore. Poziția zonelor iluminate pe film face posibilă găsirea printre numeroasele clone de bacterii transformate pe cele care au plasmide cu gena dorită.

Nu este întotdeauna posibil să tăiați gena dorită folosind restrictaze. Prin urmare, în unele cazuri, procesul de clonare începe cu producerea țintită a genei dorite. Pentru a face acest lucru, ARNm, care este o copie transcripțională a acestei gene, este izolat din celulele umane și, cu ajutorul enzimei transcriptazei inverse, este sintetizat un lanț de ADN complementar acestuia. Apoi ARNm, care a servit ca șablon în sinteza ADN-ului, este distrus de o enzimă specială capabilă să hidrolizeze catena de ARN asociată cu catena de ADN. Catena de ADN rămasă servește ca matriță pentru sinteza printr-o transcriptază inversă complementară celei de-a doua catene de ADN.

Helixul dublu ADN rezultat se numește ADNc (ADN complementar). Acesta corespunde genei din care ARNm a fost citit și lansat în sistemul de revers transcriptază. Un astfel de c-ADN este inserat într-o plasmidă, care este utilizată pentru a transforma bacteriile și a obține clone care conțin doar gene umane selectate.

Pentru a efectua transferul de gene, trebuie să efectuați următoarele operații:

· Izolarea de celule de bacterii, animale sau plante a acelor gene care sunt programate pentru transfer.

· Crearea de constructe genetice speciale, în care genele dorite vor fi introduse în genomul altei specii.

·Introducerea de constructe genetice mai întâi într-o celulă, apoi în genomul unei alte specii și cultivarea celulelor modificate în organisme întregi.

2. Realizări în inginerie genetică

inginerie genetică biotehnologie ereditate

Acum ei știu deja să sintetizeze gene, iar cu ajutorul unor astfel de gene sintetizate introduse în bacterii se obțin o serie de substanțe, în special hormoni și interferon. Producția lor a constituit o ramură importantă a biotehnologiei.

Deci, în 1980, hormonul de creștere - somatotropina - a fost obținut din bacteria Escherichia coli. Înainte de dezvoltarea ingineriei genetice, a fost izolat din glandele pituitare din cadavre. Somatotropina, sintetizată în celule bacteriene special concepute, are avantaje evidente: este disponibilă în cantități mari, preparatele sale sunt pure biochimic și lipsite de contaminare virală.

În 1982, hormonul insulina a început să fie produs la scară industrială din bacterii care conțin gena insulinei umane. Până în acel moment, insulina a fost izolată din pancreasul vacilor și porcilor sacrificați, ceea ce este dificil și costisitor.

Interferonul, o proteină sintetizată de organism ca răspuns la o infecție virală, este acum studiat ca un posibil tratament pentru cancer și SIDA. Ar fi nevoie de mii de litri de sânge uman pentru a produce cantitatea de interferon pe care o produce doar un litru de cultură bacteriană. Este clar că câștigul din producția în masă a acestei substanțe este foarte mare. Un rol foarte important joacă și insulina, obținută din sinteza microbiologică, necesară pentru tratamentul diabetului zaharat. O serie de vaccinuri au fost, de asemenea, modificate genetic și sunt testate pentru a le testa eficacitatea împotriva virusului imunodeficienței umane (HIV), care cauzează SIDA.

Un alt domeniu promițător al medicinei asociat cu ADN-ul recombinant este terapia genică. În aceste lucrări, care încă nu au părăsit etapa experimentală, o copie modificată genetic a unei gene care codifică o enzimă antitumorală puternică este introdusă în organism pentru a lupta împotriva unei tumori. Terapia genică a început să fie folosită și pentru combaterea tulburărilor ereditare ale sistemului imunitar.

Agricultura a reușit să modifice genetic zeci de culturi alimentare și furajere. În creșterea animalelor, utilizarea hormonului de creștere produs biotehnologic a crescut producția de lapte; folosind un virus modificat genetic a creat un vaccin împotriva herpesului la porci.

3. Inginerie genetică: argumente pro și contra

În ciuda beneficiilor clare ale cercetării și experimentării genetice, însuși conceptul de „inginerie genetică” a dat naștere la diverse suspiciuni și temeri, a devenit un motiv de îngrijorare și chiar controversă politică. Mulți se tem, de exemplu, că un virus care provoacă cancer la oameni va fi introdus într-o bacterie care trăiește în mod normal în corpul sau pe pielea unei persoane, iar apoi această bacterie va provoca cancer. De asemenea, este posibil ca o plasmidă care poartă o genă de rezistență la medicamente să fie introdusă în pneumococ, determinând pneumococul să devină rezistent la antibiotice și pneumonia să fie netratabilă. Astfel de pericole există cu siguranță.

Ingineria genetică este o modalitate puternică de a schimba vieți, dar potențialul său poate fi periculos și, în primul rând, este necesar să se țină cont de efectele complexe și greu de prezis asociate cu posibilul impact asupra mediului. Imaginați-vă un fel de otravă care este mai ieftin de produs decât erbicidele selective complexe, dar care nu poate fi folosită în tehnologia agricolă, deoarece ucide plantele utile, precum și buruienile. Acum imaginați-vă că, să zicem, a fost introdusă în grâu o genă care îl face rezistent la această otravă. Fermierii care își seamănă câmpurile cu grâu transgenic îi pot poleniza cu otravă mortală fără drepturi, crescându-le veniturile, dar provocând daune ireparabile mediului. Pe de altă parte, geneticienii pot obține efectul opus dacă dezvoltă o cultură care nu are nevoie de erbicide.

Ingineria genetică a prezentat omenirii o provocare unică. Ce ne aduce ingineria genetică, fericire sau nenorocire? Întreaga lume trâmbițează deja despre posibilul pericol al produselor modificate genetic pentru sănătatea umană. Nu există o opinie neechivocă și unanimă a oamenilor de știință în această chestiune. Unii cred că ingineria genetică va salva omenirea de la foame, alții cred că produsele modificate genetic vor distruge toată viața de pe pământ împreună cu omul. Oamenii de știință implicați în această afirmație susțin că plantele modificate genetic sunt mai productive, mai rezistente la pesticide, mai profitabile din punct de vedere economic decât cele convenționale. Prin urmare, ei sunt viitorul. Cu toate acestea, experții care nu sunt asociați cu producătorii acestui produs sunt departe de a fi optimiști.

În prezent, este imposibil de prezis consecințele pe termen lung care pot apărea ca urmare a consumului de produse modificate genetic. Atitudine relativ calmă față de MG - produse (modificate genetic) - în Statele Unite, unde aproximativ 80 la sută din toate culturile genetice sunt cultivate astăzi. Europa este extrem de negativă în acest sens. Sub presiunea publicului și a organizațiilor de consumatori care doresc să știe ce mănâncă, în unele țări a fost introdus un moratoriu asupra importului de astfel de produse (Austria, Franța, Grecia, Marea Britanie, Luxemburg).

Alții au adoptat o cerință strictă de a eticheta alimentele modificate genetic, ceea ce, desigur, a fost foarte antipatic de către furnizori. La 1 iulie 2000, vânzarea de produse modificate genetic fără o etichetă specială de avertizare pe ambalaj a fost interzisă în Rusia. Unul dintre primii oameni de știință care a tras un semnal de alarmă cu privire la potențialele pericole ale alimentelor modificate genetic a fost profesorul britanic Arpad Pusztai. El le-a numit „mâncare pentru zombi”. Astfel de concluzii au făcut posibilă extragerea rezultatelor experimentelor pe șobolani hrăniți cu alimente modificate genetic. Animalele au dezvoltat un întreg set de modificări grave în tractul gastrointestinal, ficat, gușă și splina. Cea mai mare îngrijorare a fost faptul că șobolanii aveau volum redus al creierului.

Oamenii de știință cred că, cu ajutorul plantelor modificate genetic, pierderile de recolte pot fi reduse. Astăzi, testarea cartofilor americani rezistenți la gândacul de Colorado este finalizată în Rusia. Este posibil ca anul acesta să se obțină o autorizație pentru producția sa industrială. Astfel de soiuri au un „dar” semnificativ. Când se obține o plantă cu o rezistență puternic crescută la orice dăunător, în două-trei generații acest dăunător se va adapta la plantă și o va devora și mai puternic. Prin urmare, cartofii rezistenți pot da naștere unor dăunători invazivi pe care lumea încă nu i-a întâlnit.

4. Perspective pentru inginerie genetică

O adevărată descoperire pentru geneticieni a fost chihlimbarul, o rășină de copac fosil. În timpurile preistorice, insectele, polenul, sporii fungici și rămășițele de plante au înghețat adesea în el. Rășina curgătoare și-a învăluit ermetic captivii, iar materialul biologic, sănătos și sigur, aștepta cercetătorii moderni. Și în 1990, George O. Poinar de la Universitatea din California a făcut o descoperire senzațională. Studiind termitele prinse în chihlimbar acum 40 de milioane de ani, el a găsit informații genetice bine conservate. Mai târziu, Poinar a reușit să izoleze din chihlimbar ADN-ul unei gărgărițe care a trăit acum 120 de milioane de ani! Acum mulți oameni de știință lucrează pentru a resuscita dinozauri, pangolini antici, mamuți. Și nu mai pare o fantezie, așa cum era acum câțiva ani. Cu toate acestea, oamenii de știință nu intenționează să se oprească la învierea animalelor. Dacă îi poți învia, atunci același lucru se poate face cu oamenii.

Dezvoltarea științei ne oferă potențial atât pentru bine, cât și pentru rău. Prin urmare, este important să facem alegerea corectă. Principala dificultate este de natură politică - întrebarea cine suntem „noi” în această propunere. Dacă această problemă este lăsată la mila elementului de piață, este posibil ca interesele de mediu pe termen lung să aibă de suferit. Dar același lucru se poate spune despre multe alte aspecte ale vieții.

Lista literaturii folosite

1. Neiman B.Ya. industria microbiană. – Cunoașterea, 1983.

2. Ruvinskiy A.O. Biologie generală. – Iluminismul, 1994.

3. Cebyshev N.V. Biologie. − Noul val, 2005.

YouTube enciclopedic

• 1 / 5

  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 biotehnologia modernă.

  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 implementat și în biotehnologie. 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.

  O altă direcție de cercetare este îndepărtarea din ADN a genelor care nu sunt necesare pentru codificarea proteinelor și funcționarea organismelor și crearea de organisme artificiale bazate pe un astfel de ADN cu un „set trunchiat” de gene. Acest lucru face posibilă creșterea bruscă a rezistenței organismelor modificate la viruși.

  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 Frederick Senger și omul de știință american Walter Gilbert (Premiul Nobel pentru Chimie în 1980). 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 într-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 șablonului ADN, care este folosită ca sămânță pentru bucăți de acid nucleic sintetizate artificial - oligonucleotide. Enzima transcriptază inversă face posibilă sintetizarea ADN-ului folosind astfel de primeri (primeri) 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, se nasc pui cu genotipul modificat sau neschimbat, printre care sunt selectați și încrucișați doar cei care prezintă modificările așteptate.

  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 face schimbări mai semnificative în genomul uman se confruntă cu o serie de probleme etice grave. În 2016, un grup de oameni de știință din Statele Unite a primit aprobarea pentru studiile clinice a unei metode de tratament a cancerului folosind celulele imune proprii ale pacientului, supuse modificării genelor folosind tehnologia CRISPR/Cas9.

  Inginerie celulară

  Ingineria celulară se bazează pe cultivarea celulelor și țesuturilor vegetale și animale capabile să producă substanțe necesare oamenilor în afara corpului. Această metodă este utilizată pentru înmulțirea clonală (asexuată) a formelor valoroase de plante; pentru a obține celule hibride care combină proprietățile, de exemplu, ale limfocitelor din sânge și ale celulelor tumorale, ceea ce vă permite să obțineți rapid anticorpi.

  Ingineria genetică în Rusia

  Se observă că, după introducerea înregistrării de stat a OMG-urilor, activitatea unor organizații publice și deputați individuali ai Dumei de Stat, care încearcă să prevină introducerea biotehnologiilor inovatoare în agricultura rusă, a crescut considerabil. Peste 350 de oameni de știință ruși au semnat o scrisoare deschisă din partea Societății Oamenilor de Știință în sprijinul dezvoltării ingineriei genetice în Federația Rusă. Scrisoarea deschisă notează că interzicerea OMG-urilor în Rusia nu numai că va dăuna concurenței sănătoase pe piața agricolă, dar va duce la o întârziere semnificativă a tehnologiilor de producție a alimentelor, o dependență crescută de importurile de alimente și va submina prestigiul Rusiei ca stat în care cursul pentru dezvoltare inovatoare a fost anunțat oficial [ semnificația a faptului? ] .

  Vezi si

  Note

  1. Alexandru PanchinÎnvingerea lui Dumnezeu // Mecanica populară . - 2017. - Nr 3. - S. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
  2. Editare in vivo genomului folosind un sistem TALEN de înaltă eficiență(Engleză) . natură. Preluat la 10 ianuarie 2017.
  3. Elemente - stiri stiinte: maimute vindecate de daltonism cu terapie genetica (nedefinit) (18 septembrie 2009). Preluat la 10 ianuarie 2017.