генното инженерство
- Уикипедия, свободната енциклопедия
Генното инженерство - набор от техники, методи и технологии за производство на рекомбинантен РНК и ДНК, ген изолация от организъм (клетки) на манипулирането на гените и въвеждането им в други организми.
Генното инженерство не е наука в широкия смисъл на думата, но е инструмент на биотехнологията, като се използват изследвания на биологичните науки, както и молекулярна клетъчна биология, клетъчна биология, генетика, микробиология, вирусология.
1 икономическо значение
2 История на развитие и постига ниво на технология
3 Приложение в научните изследвания
4 човека генното инженерство
Генното инженерство се използва за получаване на желаните характеристики се променят или генетично модифицирани организми. За разлика от традиционния за разплод, в която генотипът претърпява промени само косвено, генното инженерство позволява да се намесва пряко в генетичния апарат с помощта на техника молекулно клониране. Примери на генното инженерство е да се получат нови генетично модифицирани разновидности на зърнени култури, производство на човешки инсулин при използване на генетично модифицирани бактерии, производство еритропоетин в клетъчна култура или експериментални нови породи мишки за проучване.
В основата на микробиологични, биосинтез индустрия е бактериална клетка. Задължително за промишлено производство клетки са избрани за определени функции, най-важните от които - способността да произвеждат, се синтезират, където максималния възможен брой, определен съединение - аминокиселина или антибиотик, стероиден хормон, или органична киселина. Понякога е необходимо да има микроорганизъм, способен на, например, да се използва като "храна" масло или отпадъчни води и ги рециклират в биомаса, или дори много полезен за протеин фуражни добавки. Понякога трябва организми, които растат при повишени температури или в присъствието на вещества със сигурност пагубни за други видове микроорганизми.
Задачата на получаване на такива промишлени щамове са много важни за тяхното изменение и подбор разработени различни техники за активно влияят клетка - от обработката мощни отрови на радиация. Целта на тези техники е една - за постигане на промени наследствени, генетичен апарат на клетката. Техният резултат - получаване на множество микроби мутанти на стотици и хиляди учени, които след това се опитват да изберете най-подходящия за определена цел. Създаване на методи за химически или радиация мутагенеза е един изключителен постижение на биологията и се използват широко в съвременните биотехнологии.
Но възможностите им са ограничени до естеството на самите микроорганизми. Те не са в състояние да синтезира голям брой ценни вещества, които се натрупват в растения, особено в медицински и етерично масло. Не може да се синтезират вещества, които са много важни за живота на животните и хората, редица ензими, пептидни хормони, имунни протеини, интерферони и много по-просто конструирани съединения, които са синтезирани в телата на животни и хора. Разбира се, възможността за микроорганизмите са далеч не е изчерпан. От общия изобилието от микроорганизми, използвани в областта на науката, и по-специално промишлеността, само малка част. За целите на избор от голям интерес са микроорганизми, като анаеробни бактерии, които могат да живеят в отсъствие на кислород, phototrophs използвайки светлинна енергия като растения, chemoautotrophs, термофилни бактерии, способни на живот при температура, както е видно наскоро, около 110 ° С, и др.
Въпреки ограниченията на "естествен материал" е очевидна. Заобикаляне на ограниченията са се опитвали и се опитват с помощта на клетъчни култури и тъканите на растенията и животните. Това е един много важен и перспективен начин, който също се осъществява в областта на биотехнологиите. През последните няколко десетилетия, учените са създали метод, чрез който може да се направи на отделните клетки на тъканите на животното или растението да расте и да се възпроизвеждат отделно от тялото, като бактериалните клетки. Това е важно постижение - получени експерименти клетъчни култури и се използва за промишленото производство на някои вещества, които с помощта на бактериални култури, не могат да бъдат получени.
История на развитие и постига ниво на технология
През втората половина на ХХ век тя е направена няколко важни открития и изобретения, които са в основата на генното инженерство. Успешно завърши години на опити да се "четат" биологичния информацията, която е "написано" в гените. Тази работа е създадена от британския учен Е. Сангър и американски учен Уилям Гилбърт (Нобелова награда за химия 1980). Както е известно, гените, включени в информация инструкция в тялото за синтез на РНК молекули и протеини, включително ензими. За да бъде клетката синтезира нов, необичаен за нея вещество, необходимо е, че тя синтезира съответните набори от ензими. И за това, че е необходимо или целенасочена промяна са в гените си, или да се въведе в нея нови, които досега са липсвали гени. Промени на гени в живите клетки - тази мутация. Те са под влиянието на, например, мутагени - химични отрови или радиация. Но тези промени не могат да бъдат контролирани или насочени. Ето защо, учените са съсредоточени върху опитва да разработи методи за въвеждането на новата клетка, това е сигурно гени, необходими за човека.
Основните етапи на генното инженерство решения на проблема са както следва:
1. Получаване на изолиран ген.
2. Въвеждане на ген във вектора за трансфер в тялото.
3. Прехвърляне на вектора с гена в изменяема организъм.
4. Трансформиране на клетки.
5. Избор на генетично модифицирани организми (ГМО) и премахването на тези, които не са били успешно променен.
процес ген синтез сега е добре развита и дори до голяма степен автоматизирано. Има специални превозни средства, снабдени с компютър, в паметта на които определят програмите за синтез на различни нуклеотидни последователности. Такъв апарат синтезира дълги участъци от ДНК азотни бази 100-120 (олигонуклеотиди). Той се е разпространил техниката, за да се използва за синтез на ДНК, включително мутант полимеразна верижна реакция. Топлоустойчив ензим, ДНК полимераза се използва тук за матрица синтеза на ДНК, като се използва праймер, който изкуствено синтезирани парчета от нуклеинова киселина - олигонуклеотиди. Ензимът обратна транскриптаза прави използването на такива праймери (праймер) на шаблона за синтезиране на ДНК от РНК vedelennoy клетки. Синтезиран по този начин се нарича комплементарна ДНК (РНК) или кДНК. Изолиран, "химически чист" ген може да се получи от фагови библиотеки. Така наречените бактериофаг препарат, който е интегриран в генома на случайни фрагменти от геномна или кДНК реплицируем фаг заедно с цялото си ДНК.
За изграждането на гена във вектора, като се използват ензими - ограничение и лигаза, също така е полезен инструмент за генно инженерство. Използване ензим ген ограничение и вектора могат да бъдат нарязани на парчета. С лигази тези парчета могат да бъдат "залепени" за свързване на различни комбинации от изграждане на нов ген, или обхващащ във вектор. За откриването на рестриктази Вернер Арбер, Даниел Нейтънс и Хамилтън Смит беше удостоен с Нобелова награда (1978).
Техника за въвеждане на гени в бактерии е разработен след Фредерик Griffith открити феномена на бактериална трансформация. В основата на това явление е примитивна сексуална процес, който е придружен от обмяна на бактерии малки парчета не-хромозомни ДНК плазмиди. Плазмидът технология формира основата за въвеждане на изкуствени гени в бактериални клетки.
Значителни трудности са свързани с въвеждането на крайния ген в наследствен апарат на клетки на растения и животни. Въпреки това, в природата има случаи, където чуждата ДНК (вирусен или бактериофаген) е включен в генетичния апарат на клетката и чрез своите обмен механизми започва да синтезира своя "собствен" протеин. Учените са изследвали характеристиките на въвеждане на чужда ДНК и се използва по принцип за въвеждане на генетичен материал в клетката. Този процес е известен като трансфекция.
Ако модификации са подложени на едноклетъчни организми или многоклетъчни клетки култура, на този етап започва клониране, т.е. подбор на тези организми и тяхното потомство (клонове), които са претърпели модификация. Когато задачата да се получи многоклетъчни организми, че с модифицирани генотип клетки се използват за вегетативно размножаване на растения или инжектира в бластоцист на сурогатна майка, когато става въпрос за животни. В резултат на това младо се раждат с променен или непроменен генотип сред тях са избрани и се пресичат помежду си, само тези, които проявяват очакваните промени.
Използва се в научните изследвания
Генетични нокаут. Генетичното поражение може да се прилага за изследване на функцията на гена. Така наречената техника за отстраняване на един или повече гени, която ви позволява да проучи последиците от тази мутация. За нокаут синтезирано по същия ген или негов фрагмент, модифицирани така, че генен продукт губи своята функция. За нокаутирани мишки генно инженерство Полученият конструкт се въвежда в ембрионални стволови клетки и замени нормалната си ген, и модифицираните клетки се имплантират в сурогатна майка бластоцист. В плодова муха Drosophila мутации инициират голяма част от населението, която след това погледнете потомство с желаната мутация. По подобен начин на растения с разрушения и микроорганизми.
Изкуствен експресия. Логически допълнение нокаут експресия на синтетичен, т.е. добавяне към тялото на гена, който не е имал по-рано. Този метод на генното инженерство може да се използва за изследване на функцията на гени. По същество процеса на въвеждане на допълнителни гени, е същата като в нокаут, но съществуващите гени не се заменят и не са повредени.
Етикетирането на генни продукти. Той се използва, когато задачата е да се изследва локализацията на генния продукт. Един метод за етикетиране е да замести нормален ген за синтез на репортерен елемент, такъв като ген, зелен флуоресцентен протеин (GRF). Този протеин, флуоресцентен в синята светлина се използва за визуализиране на генна модификация продукт. Докато тази техника е удобен и полезен, може да бъде страничен ефект от частична или пълна загуба на функцията на протеина при проучване. По-сложна, макар и не като удобен метод е да добавите към учи протеин не е толкова голям олиго, които могат да бъдат открити чрез специфични антитела.
Изследване на механизма на експресия. В тези експерименти, задачата е да се изследва условия генна експресия. Информацията експресия зависи главно от малък участък от ДНК, разположена преди кодиращата област, наречена промотор, и служи за syazyvaniya транскрипционни фактори. Тази част се въвежда в организма чрез въвеждане в място след своя репортерен ген, например GFP или същия ензим, който катализира откриваема реакция добре. Освен, че функционирането на промотора в различни тъкани в даден момент става ясно видими, такива експерименти позволяват да се изследва промотор структура, премахване или добавяне към нея на ДНК фрагменти, както и изкуствено повишаване на неговата функция.
Human генното инженерство
При хората, генното инженерство може да се използва за лечение на генетични заболявания. Въпреки това, има значителна разлика между лечението на пациента и да промените потомци му геном.
Макар и в малък мащаб, генното инженерство вече се използва, за да се даде възможност на забременяване при жените с някои видове безплодие [1]. За тази цел на яйце здравословен жената. Детето в резултат на наследени генотип от един баща и две майки. С помощта на генното инженерство може да се произвежда потомство с променена външност, умствени и физически способности, характер и поведение. По принцип, можете да създадете по-сериозни промени, но на пътя на тези промени, човечеството трябва да даде отговор на много етични проблеми.
Стент Kelindar G. R. молекулярна генетика. - София 1981.
Sambrook J. Fritsch E.F. Maniatis T. Molecular Cloning. - 1989 година.