генното инженерство

Генното инженерство се използва за получаване на желаните характеристики се променят или генетично модифицирани организми. За разлика от конвенционалните разплод. по време на който генотип е изложен само косвено промени, 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.

жителите Кения гледат като новите растящи сортове трансгенни на царевица. устойчив на насекоми вредители

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 например бактерии анаероби. в състояние на живот в отсъствие на кислород, phototrophs. използване на светлинна енергия, като растения, chemoautotrophs. термофилни бактерии, способни на живот при температура като наскоро открит, 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.

Друга линия на изследвания - отстраняване на ДНК на гени, кодиращи за нежелани протеини и функционирането на организми и създаване на базата на такива организми с изкуствена ДНК "пресечен настроен на" гени. Това може значително да се увеличи стабилността на модифицираните организми, вируси [1].

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 Фредерик Сангър и американски учен Уолтър Гилбърт (Нобелова награда за химия през 1980 г.). 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 решаването на проблема с генно инженерство, както следва:

1. Получаване на изолиран ген.
2. Въвеждане на ген във вектора за трансфер в тялото.
3. вектор за трансфер с гена в изменяема организъм.
4. Трансформацията на клетките на тялото.
5. Изборът 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. транскриптаза ензима обратна прави използването на такива праймери (праймери) синтезиране на ДНК на шаблон на РНК се екстрахира от клетки. Синтезиран по този начин се нарича комплементарна ДНК (РНК) или кДНК. Изолиран, "химически чист" ген може да се получи от фагови библиотеки. Така го нарича бактериофаг подготовка. интегрирани в генома на които случайни фрагменти от геномна или кДНК реплицируем фаг заедно с цялото си ДНК.

За да се вгради ген във вектор. използват ензими - рестрикционни ензими и лигази. 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 ограничителни ензими 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. избора на тези организми и тяхното потомство (клонове), които са претърпели модификация. Когато задачата да се получи многоклетъчни организми, генотиповете с променени клетки се използват за вегетативно размножаване на растения или инжектирани в бластоцист на сурогатна майка, когато става въпрос за животни. В резултат на това младо се раждат с променения или непроменен генотип сред тях са избрани и се пресичат помежду си, само тези, които проявяват очакваните промени.

Използва се в научните изследвания

Knockout ген. За да се изследва функцията на гена може да се прилага в генната нокаут (Engl. Gene нокаут). 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. Основните методи на реализация: цинков пръст. морфолино и Езици [2]. За нокаут мишки, в резултат на генно инженерство конструкт се въвежда в ембрионални стволови клетки. където структурата се подлага на соматична рекомбинация и замества нормалния ген и модифицираните клетки се имплантират в бластоцист на сурогатна майка. 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. Логично допълнение нокаут експресия е изкуствен, т.е. в допълнение тялото на ген, 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.

диаграма на структурата на зелен флуоресцентен протеин

Визуализация 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 сливане с репортерен елемент, например, генът на зелен флуоресцентен протеин (GFP). 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 да свързва транскрипционни фактори. Тази част се въвежда в организма чрез въвеждане в място след своя репортерен ген, например, GFP, или ензим катализира лесно откриваема реакция. 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, технически, има значителна разлика между лечението на пациента и да промените потомци му геном.

възрастен човек проблем промяна геном е малко по-сложно, отколкото разработването на нови генно инженерство животински видове, тъй като в този случай е необходимо да се промени генома на много клетки вече образувани тяло вместо само едно яйце-ембрион. За тази цел тя предлага да се използва като вирусен вектор частици. Вирусните частици са в състояние да проникнат в значителен процент от човешки клетки възрастни чрез вграждането им в тяхната генетична информация; евентуално контролирано размножаване на вирусни частици в организма. В този случай, за да се намали страничните ефекти, учените се опитват да се избегне въвеждането на генно инженерство на ДНК в клетките на половите органи, като по този начин се избягва въздействие върху бъдещото поколение на пациента. Също така да се отбележи, е съществена критика на тази технология в медиите: развитието на генно инженерство вируси видян от мнозина като заплаха за цялото човечество.

Макар и в малък мащаб, генното инженерство вече се използва, за да се даде възможност на забременяване при жени с някои видове безплодие. [5] За тази цел, здрава жена яйце. Детето наследява генотип, получен от един баща и две майки.

Cell техника се основава на отглеждане на растителни и животински клетки и тъкани на тялото е в състояние да произвежда желания вещества за хората. Този метод се използва за клонална (безполов) възпроизвеждане на форми на растения; за производство на хибридни клетки, комбиниране на свойствата на, например, в кръвни лимфоцити и туморни клетки, което позволява бързо да произведе антитела.

Генното инженерство в България