Основы генетической инженерии

Карагандинский  Государственный Медицинский Университет

Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СРС

Эссе на тему: Основы генетической инженерии

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: Швецова 107 стом

Проверила: Мухсунова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Караганда 2012

Эссе

Основы генетической инженерии

Во второй половине XX века было сделано несколько важных открытий 

изобретений, лежащих  в основе генной инженерии. Успешно  завершились 

многолетние попытки  «прочитать» ту биологическую информацию, которая 

«записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Ф. Сенгером

и американским учёным У. Гилбертом (Нобелевская премия по химии 

1980 г.). Как известно, в генах содержится информация-инструкция  для 

синтеза в организме  молекул РНК и белков, в том  числе ферментов. Чтобы

заставить клетку синтезировать новые, необычные  для неё вещества, надо

чтобы в ней  синтезировались соответствующие  наборы ферментов. А для 

этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся  в ней гены,

 или ввести  в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в

живых клетках  — это мутации. Они происходят под действием,

например, мутагенов  — химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому учёные сосредоточили  усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определённых генов, нужных человеку.

 

Основные этапы  решения генноинженерной задачи следующие:

1. Получение  изолированного гена.

2. Введение гена  в вектор для переноса в  организм.

3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.

4. Преобразование  клеток организма.

5. Отбор генетически  модифицированных организмов (ГМО)  и устранение тех, которые не  были успешно модифицированы.

 

Процесс синтеза  генов в настоящее время разработан очень хорошо и даже в

значительной  степени автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабжённые ЭВМ, в памяти которых закладывают  программы 

синтеза различных  нуклеотидных последовательностей. Такой  аппарат 

синтезирует отрезки  ДНК длиной до 100—120 азотистых оснований (олигонуклеотиды). Получила распространение техника, позволяющая использовать для синтеза ДНК, в том числе мутантной, полимеразную цепную реакцию. Термостабильный фермент, ДНК-полимераза, используется в ней для матричного синтеза ДНК, в качестве затравки которого применяют искусственно синтезированные кусочки нуклеиновой кислоты — олигонуклеотиды. Фермент обратная транскриптаза позволяет с использованием таких затравок (праймеров) синтезировать ДНК на матрице выделенной из клеток РНК. Синтезированная таким способом ДНК называется комплементарной (РНК) или кДНК. Изолированный, «химически чистый» ген может быть также получен из фаговой библиотеки. Так называется препарат бактериофага, в геном которого встроены случайные фрагменты из генома или кДНК, воспроизводимые фагом вместе со всей своей ДНК.

 

Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты — рестриктазы и

 лигазы, также  являющиеся полезным инструментом  генной инженерии. С помощью  рестриктаз ген и вектор можно  разрезать на кусочки. С помощью  лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор. За открытие рестриктаз Вернер Арбер, Даниел Натанс и Хамилтон Смит также были удостоены Нобелевской премии (1978 г.).

 

Техника введения генов в бактерии была разработана после того, как

Фредерик Гриффит  открыл явление бактериальной трансформации. В основе

этого явления  лежит примитивный половой процесс, который у

бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами. Плазмидные технологии легли в

основу введения искусственных генов в бактериальные  клетки.

 

Значительные  трудности были связаны с введением  готового гена в наследственный аппарат  клеток растений и животных. Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать «свой» белок. Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку. Такой процесс получил название трансфекция.

В применении к  человеку генная инженерия могла  бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома его потомков.

Задача изменения  генома взрослого человека несколько  сложнее, чем выведение новых  генноинженерных пород животных, поскольку в данном случае требуется  изменить геном многочисленных клеток уже сформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этого предлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицы способны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраивая в них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножение вирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов учёные стараются избегать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов, тем самым избегая воздействия на будущих потомков пациента. Также стоит отметить значительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусов воспринимается многими как угроза для всего человечества.

 

С помощью генотерапии  в будущем возможно изменение  генома человека. В настоящее время  эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах.

Хотя и в  небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми

разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок  в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.

 

Теломерная  гипотеза старения А. М. Оловникова

Оловников А. М. в 1971 году выдвинул гипотезу маргинотомии для объяснения феномена лимита Хейфлика. Согласно этой гипотезе лимит Хейфлика объясняется тем, что у эукариот при каждом клеточном делении хромосомы немного укорачиваются. У хромосом имеются особые концевые участки — теломеры, которые после каждого удвоения хромосом становятся немного короче, и в какой-то момент укорачиваются настолько, что клетка уже не может делиться и со временем постепенно теряет жизнеспособность.

А. М. Оловников  предполагал, что «нестарение» бактерий обусловлено кольцевой формой ДНК, а теломерные последовательности в  стволовых и раковых клетках  защищены благодаря постоянному их удлинению при каждом делении клетки ферментом теломеразой.

Значительная  часть теоретических разработок А. М. Оловникова посвящены феноменам  старения и онтогенеза. Он пытался  объяснить в свете своей гипотезы феномены старения, канцерогенеза и  иммунных реакций.

В 1998 году вывод  о теломерном механизме ограничения  числа делений клетки был экспериментально подтверждён. Лимит Хейфлика преодолён активацией теломеразы.

Стало ясно и  то, что многоклеточному организму необходимо избавляться

от поврежденных клеток, способных в случае их выживания давать клон

клеток с  нарушенными свойствами и функциями, что может грозить 

непредсказуемыми  последствиями (например, образованием

злокачественной опухоли). Поэтому, уничтожение апоптозом  клеток,

достигших лимита Хейфлика только частный случай сохранения морфологического и функционального гомеостаза организма. Другими словами, генетический контроль продолжительности жизни клетки, основанный на контроле за числом её митозов — это только один из механизмов, позволяющих исключить из клеточной популяции долгоживущие клетки, которые за время своего существования (у человека — это многие десятилетия) возможно, сумели в результате суммации молекулярных и метаболических ошибок приобрести признаки вредные для существования организма.

 

В рассматриваемый  период период наука признала существование  потенциально бессмертных и демонстрирующих  пренебрежимое старение. То есть, старение — не обязательный атрибут существования  многоклеточных организмов, ибо многие виды прекрасно обходятся без него . Общеизвестно, что стареющие и нестареющие формы имеют одни и те клеточные механизмы, в том числе теломерно-теломеразный механизм старения клеток и апоптоз. В данном случае уместна цитата из Л.Хейфлика: «…я не верю в то, что старение и смерть людей наступает вследствие прекращения деления их клеток».

 

Таким образом, стало понятно, что постулат А. Вейсмана: — старение организма определяется тем, что у соматических клеток «…способность  к росту путем деления не вечна, а ограничена» справедлив только для пула соматических специализированных клеток. Но, играет ли хоть какую-то роль в старении целостного организма генетический контроль числа митозов соматических специализированных клеток — вопрос открытый и риторический

Кроме того, существует еще и множество других теорий старения. Например, суть митохондриальной свободнорадикальной теории старения заключается в экспоненциальном ускорении дегенерации митохондрий. В этом процессе АФК являются одновременно инициатором и ключевым медиатором движущего весь процесс механизма положительной обратной связи. Центральная роль свободных радикалов в этой модели непосредственно предполагает существование методов вмешательства, основанных на использовании антиоксидантов, нейтрализующих митохондриальные АФК, или на модуляции митохондриального синтеза АФК.