Генная инженерия: плюсы и минусы, перспективы развития

 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ПОВОЛЖСКАЯ  ГОСУДАРСТВЕННАЯ

СОЦИАЛЬНО-ГУМАНИТАРНАЯ АКАДЕМИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по курсу «Естественнонаучная картина мира»

на тему: «ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ: ПЛЮСЫ И МИНУСЫ, ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ»

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                                Выполнила:

                                                                                                                                студентка 21 группы ФМФИ,

                                                                                                                                профиль: «Информатика»

                                                                                                                                Бондарева Я.Д.

 

                                                                                                                                 Проверила:

                                                                                                                                 к.и.н., доцент кафедры физики

                                                                                                               и методики обучения

                                                                                               Макеева Е.Д.

 

 

 

 

 

 

 

 

Самара 2013

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………….3

История возникновения генной инженерии……………………………...4

Основная часть:

Генная инженерия………………………………………………………..5-7

Плюсы и достижения генной инженерии……………………………..8-11

Минусы и проблемы генной инженерии…………………………….12-14

Заключение……………………………………………………….……15-16

Список используемой литературы……………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 Центральная проблема биологии - это управление жизнью, основанное на позиции ее сущности. Главная цель биологии - решение практических задач сельского хозяйства, медицины и управление эволюцией жизни. Задача состоит в создании условий для резкого подъёма продуктивности растений, животных и микроорганизмов; в овладении способами борьбы за здоровье, долголетие, длительную юность человека; в разработке методов управления генетическими процессами, лежащими в основе эволюции видов; в решении проблем, связанных с широким использованием атомной энергии, с химизацией народного хозяйства, с полётами космических кораблей. Решение этих задач идет по тернистым тропам науки. Ещё много неожиданных, ломающих наши обычные представления открытий предстоит сделать ученым. Эта работа будет идти в гармоническом единстве с практикой, с глубоким развитием прикладных биологических наук.

Наука не только решает задачи, которые ставит перед собой сегодняшний  день, но и подготовляет завтрашний день техники, медицины, сельского хозяйства, межзвездных полётов, покорения  природы. Одна из самых перспективных  наук - генетика, изучающая явления  наследственности и изменчивости организмов. Наследственность - одно из коренных свойств  жизни, она определяет воспроизведение  форм в каждом последующем поколении. И если мы хотим научиться управлять  развитием жизненных форм, образованием полезных для нас и устранением  вредных, - мы должны понять сущность наследственности и причины появления новых  наследственных свойств у организмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История возникновения  генной инженерии

 

Генная инженерия появилась  благодаря работам многих исследователей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики. В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК, на рубеже 50 – 60-х годов 20 века были выяснены свойства генетического кода, а к концу 60-х годов его универсальность была подтверждена экспериментально.¹ Шло интенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой стали E.coli, ее вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов. ДНК вирусов и плазмид вводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию и экспрессию соответствующих генов. В 1970 году Г.Смитом был впервые выделен ряд ферментов – рестриктаз, пригодных для генно-инженерных целей. Г.Смит установил, что полученный из бактерий очищенный фермент HindII сохраняет способность разрезать молекулы нуклеиновых кислот (нуклеазная активность), характерную для живых бактерий. Комбинирование ДНК-рестриктаз (для разрезания молекул ДНК на определенные фрагменты) и выделенных еще в 1967 г. ферментов – ДНК-лигаз (для «сшивания» фрагментов в произвольной последовательности) по праву можно считать центральным звеном в технологии генной инженерии.

Датой рождения генной инженерии  можно считать 1972 год, когда П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер с сотрудниками (Стенфордский университет) создали первую рекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E. Coli.

Таким образом, к началу 70-х  годов были сформулированы основные принципы функционирования нуклеиновых  кислот и белков в живом организме  и созданы теоретические предпосылки генной инженерии

Академик А.А. Баев был  первым в нашей стране ученым, который  поверил в перспективность генной инженерии и возглавил исследования в этой области. Генетическая инженерия (по его определению) – конструирование  in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе – создание искусственных генетических программ.

 

 

 

 

 

 

 

¹ С.Н. Щелкунов «Генетическая инженерия». Новосибирск, издательство Сибирского Университета, 2008. С.23.

 

Генная инженерия

 

 Под генной (генетической) инженерией подразумевают целый  комплекс технологий, методов, процессов,  посредством которых получают  рекомбинантные (созданные благодаря биотехнологии на основе ДНК) РНК и ДНК, а также гены из клеток организмов, осуществляют различные манипуляции с генами и вводят их в другие организмы. Генная инженерия не является наукой – это только набор инструментов, использующий современные достижения клеточной и молекулярной биологии, генетики, микробиологии и вирусологии.

Ген - структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении. При этом некоторые органеллы (митохондрии, пластиды) имеют собственную, определяющую их признаки, ДНК, не входящую в геном организма.²

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — одна из трёх основных макромолекул (две другие -ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов.³

Дезоксирибонуклеиновая  кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.⁴

С поразительной настойчивостью и упорством человек стал добиваться поставленной цели и к концу первого  десятилетия XXI века достиг очень многого. Он научился выделять ген из организма  и синтезировать его в лабораторных условиях; освоил технологии видоизменения  гена для придания ему нужной структуры; нашёл способы введения в ядро клетки преобразованного гена и присоединения  его к существующим генетическим образованиям.

Это сложнейшие технологии: они не имеют аналогов в окружающем мире. Ведь ген, молекула ДНК, ядро клетки представляют собой микроскопические объекты, к которым невозможно подступиться со скальпелем, пинцетом или каким  либо другим инструментом. Даже подковать  блоху в тысячу раз легче, чем  произвести определённые манипуляции, скажем, с тем же самым геномом.

 

 

 

^2,3,4 Бекиш О.-Я.Л. Медицинская биология. - Мн.: Ураджай, 2000. С.114

 

Всё это стало возможно благодаря ферментам – образованиям на основе белка, отвечающим за организацию  работы клетки. В частности можно  назвать такие ферменты, как рестриктазы. Одна из их функций – защита клетки от инородных генов. Чужая ДНК разрезается этим надёжным стражем на отдельные части, причём существует множество различных рестриктаз, каждая из которых наносит удар в строго определённом месте.

 Подобрав набор таких  ферментов, можно без труда  расчленять молекулу на требуемые  участки. Затем необходимо их  соединить, но уже по новому. Тут помогает природное свойство генетического материала воссоединяться друг с другом. Помощь в этом оказывают также ферменты лигазы, задача которых заключается именно в соединении двух молекул с образованием новой химической связи.

 Непохожий ни на  что гибрид создан. Представляет  он собой молекулу ДНК, несущую  новую генетическую информации. Такое образование в генной  инженерии называют вектором. Его  главная задача – передача  новой программы воспроизводства  намеченному для этой цели  живому организму. Но ведь последний может её проигнорировать, отторгнуть и руководствоваться только родными генетическими программами.

 Такое невозможно, благодаря  явлению, которое носит название  трансформация у бактерий и  трансфекция у человека и животных. Суть его заключается в том, что если клетка организма поглотила свободную молекулу ДНК из окружающей среды, то она всегда встраивает её в геном. Это влечёт за собой появление у такой клетки новых наследственных признаков, запрограммированных в поглощённую ДНК.

 Поэтому, чтобы новая  генетическая программа начала  работать, необходимо только одно, – чтобы она оказалась в  нужной клетке. Это сделать не  просто, так как такое сложное  образование, как клетка, имеет  множество защитных механизмов, препятствующих проникновению в неё чужеродных объектов.

 Любые преграды можно  обойти. Для начала маленькие  – к примеру, введение чужеродных  генов в бактерии. Здесь, в качестве  вектора, вполне можно использовать  плазмиду – кольцевую молекула ДНК малых размеров, располагающуюся в клетках вне хромосом и несущую дополнительные половые признаки. Бактерии постоянно обмениваются плазмидами, поэтому не составляет никакого труда перепрограммировать указанную молекулу и направить в клетку.

Значительно более трудно ввести готовый ген в наследственный аппарат клеток растений и животных. Здесь на помощь приходят вирусы –  генетические элементы, одетые в белковую оболочку и способные переходить из одной клетки в другую. Для  такой работы прекрасно подходят молекулы ДНК вирусов – фаги. Их «переделывают» под нужные параметры  и включают в генетический аппарат  животного или растительного организма.

 Всё, дело сделано.  Внедрённый генетический код  начинает работать. Иногда бывают  сбои, если часть генов новой  ДНК окажутся «молчащими». Таких много в каждом организме. У одних живых существ они прекрасно функционируют, у других же не проявляют себя никак. Видимо прекращают свою деятельность при утере той или иной особью каких-то качеств в процессе эволюции.

 Накладки и недоработки  учитываются и тщательно анализируются.  Непрерывно идут работы, изучающие  различные комбинации генов: удаление  части их из молекулы или  наоборот – добавление составляющих, совсем не свойственных данному живому организму.

 Рассматриваются вопросы  корректировки механизмов, отвечающих  за процесс преобразования наследственной  информации ДНК в такой функциональный  продукт, как РНК или белок.  Всё это обеспечивает высокую  эффективность и качество конечных  результатов по генетической  модернизации окружающего мира.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плюсы и достижения генной инженерии

 

В наши дни успехи и достижения видны невооружённым глазом. Возьмем в пример сельское хозяйство: здесь генная инженерия добилась самых значимых результатов.

С начала 80-х годов получено большое количество геномодифицированных сортов зерновых культур. На конец первого десятилетия XXI века ими засеяно 120 млн. га земли по всему миру. Отмечен высочайший уровень урожайности, его потрясающая устойчивость к неблагоприятным климатическим условиям и полное отсутствие паразитов, пожирающих необходимые для людей злаки.⁵

 Выведены новые сорта картофеля, кукурузы, сои, риса, рапса, огурцов. Количество видов растений, к которым успешно применены методы генной инженерии, превышает цифру 50. Трансгенные плоды имеют более длительный срок созревания, чем обычные культуры. Этот фактор прекрасно сказывается при транспортировке, когда не надо бояться, что продукт перезреет.

 
кукуруза                                                             картофель

 

 

 

 

⁵ Генная инженерия растений. Лабораторное руководство. Под редакцией Дж. Дрейпера, Р.Скотта, Ф. Армитиджа, Р. Уолдена. М.: «Мир». 1991.

 Отпадает надобность  в селекции, с её ограниченными  возможностями получения гибридов  только от одних и тех же  организмов. Генная инженерия может  скрещивать помидоры с картошкой,  огурцы с луком, виноград с  арбузами – возможности здесь  просто потрясающие. Размеры и  аппетитный свежий вид полученного  продукта могут приятно удивить  любого.