Генна інженерія тварин

Основні напрямки та досягнення генної інженерії тварин. Феномен трансгенозу.

Способи одержання трансгенних тварин.

Вектори, що використовуються для доставки трансгенів в організм ссавців. Фактори, що впливають на експресію трансгенів в організмі трансгенних тварин.

Спрямована активація та інактивація генів in vivo.

Сучасні методи інактивації генів з використаннямм енхансерних, генних та промоторних ловушок.

Регульована експресія трансгенів в організмі тварин.

Підходи до генотерапії спадкових та набутих захворювань людини.

Трансгенні тварини- біореактори («біологічні фабрики»).

Трансгенні тварини з виключеними генами (генний нокаут).

Трансгенні тварини як генетичні моделі спадкових захворювань.

Генна інженерія рослин

Ti-плазміди та T-ДНК.

Вектори на основі Ti-плазмід.

Вектори на основі хлоропластної та мітохондріальної ДНК.

Основні етапи одержання трансгенних рослин. Фітогормони, що використовуються для регенерації рослин.

Соматичний ембріогенез. Методи, що використовуються для трансформації різних об’ктов рослинного походження.

Системи контролю експресії рекомбінантних генів у рослин.

Етапи одержання трансгенних рослин за допомогою агробактерій.

Трансформація цілих рослин (in planta). Трансгенні хлоропласти. Переваги використання хлоропластів для експресії трансгенів.

Одержання транспластомних одноклітинних водоростей.

Переваги і труднощі використання рослин як обєкта генно-інженерних досліджень. Досягнення і перспективи генної інженерії рослин.

Одержання рослинних геномодифікованих об’єктів, їх властивості, вплив на якість продуктів харчування.

Сучасні проблеми практичного використання досягнень генної інженерії.

Використання генної інженерії у тваринництві та рослинництві.

Використання методів генної інженерії для одержання біологично активних пептидів, гормонів, інсулина, інтерферонів

Перспективи розвитку генної інженерії у XXI столітті.

Розподіл навчального часу на 2011-2012 н.р.

ЗМІСТОВІ МОДУЛІ НАВЧАЛЬНОГО КУРСУ

І семестр

Змістовий модуль І. Методи конструювання гібридних молекул ДНК

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Біотехнологія. Генна інженерія

Синтез ідей і методів молекулярної біології та молекулярної генетики привів до виникнення нового напряму в сучасній біологіі- біотехнології. Біотехнологія – прикладна наука, яка використовує живі організми (або їх складові частини) і біологічні процеси в промисловому виробництві на основі досягнень молекулярної біології.
Успіхи біотехнології відкривають необмежені можливості в мікробіології, охороні здоров’я, сільському господарстві, промисловості, охороні природи. Використання мікроорганізмів людиною (хлібопечення, сироваріння, виноробство, пивоваріння) відомо з найдавніших часів, хоча саме поняття «біотехнологія» широко поширилося порівняно недавно, з 70-х років минулого століття.
Біотехнологія ґрунтується на мікробіологічному синтезі; клітинної, хромосомної та генної інженерії.
Мікробіологічний синтез. У мікробіологічної промисловості виробничі процеси базуються на мікробіологічному синтезі, т. Е. Синтезі цінних для людини продуктів завдяки використанню мікроорганізмів. В результаті мікробіологічного синтезу отримують білково-вітамінні добавки, амінокислоти, ферментні препарати, антибіотики, бактеріальні добрива та ін.
На підприємствах мікробіологічної промисловості мікроорганізми містяться в спеціальних резервуарах – биореакторах, де підтримуються оптимальні для їх життєдіяльності умови. Для кожного виду мікроорганізмів підбирають спеціальну суміш простих і дешевих поживних речовин. Зазвичай їм «згодовують» будь сахаросодержащие відходи сільськогосподарської продукції або стічні води целюлозно-паперових комбінатів (у цьому випадку одночасно утилізуються промислові відходи). Так, плісняві гриби добре ростуть і швидко розмножуються на кукурудзяному екстракті, що містить цукру, крохмаль і різні мінеральні речовини, які утворюються у великій кількості при виробництві крохмалю.
В даний час мікроорганізми широко використовуються не тільки для одержання кормових, харчових добавок (білки, вітаміни, незамінні амінокислоти та ін.) Або лікарських препаратів, а й для очищення стічних і забруднених вод. Існують мікроорганізми, які не тільки розкладають органічні речовини до мінеральних, але і розщеплюють або накопичують у собі високотоксичні речовини, наприклад сполуки важких металів.
Клітинна інженерія. Клітинна інженерія базується на конструюванні нових клітин шляхом їх гібридизації, реконструкції, культивування.
Культивування окремих клітин або тканин (в основному рослинних) здійснюється на штучних поживних середовищах. Живильне середовище, в якій вирощують культуру тканин, містить амінокислоти, глюкозу, мінеральні солі, гормони і інші речовини. Окремі клітини рослин (наприклад, клітини освітньої тканини) поміщають в живильне середовище. де вони не тільки ростуть і розмножуються, але можуть утворити цілу рослину.
Клітинні культури використовуються для швидкого і дешевого отримання деяких цінних речовин. Наприклад, культура клітин женьшеню продукує біологічно активні речовини так само, як і цілу рослину.
Клонуванням, т. Е. Вирощуванням генетично однорідного потомства (клону), отримують незаражений посадковий матеріал, наприклад бульби картоплі або молоді рослини суниці. При зазвичай застосовується вегетативному розмноженні у цих рослин з покоління в покоління накопичуються різні хвороби, що значно знижує врожайність.
Використання методу гібридизації по відношенню до клітинних культурах дає можливість отримувати віддалені гібриди, коли гібридизація статевим шляхом неможлива. З цією метою розроблено прийоми об’єднання хромосомних наборів соматичних клітин, взятих від різних організмів. З гібридних клітин потім вирощують цілісний організм. Таким шляхом вже отримані гібриди яблуні і вишні, картоплі та томату.
Вивчення гібридних клітин дозволяє вирішувати багато теоретичні питання біології та медицини, зокрема взаємовпливу ядра і цитоплазми, регуляції клітинного розмноження і т. Д.
Клітинна реконструкція пов’язана зі створенням життєздатної клітки з окремих фрагментів різних кліток: ядра, цитоплазми, хромосом та ін.
Клонування ембріонів тварин було вперше відкрито в дослідах на земноводних на початку 50-х років XX ст. І тільки в 90-х роках була вирішена проблема клонування ембріональних клітин ссавців.
У 1996 р в Шотландії вперше було отримано тварина (вівця Доллі) в результаті використання донорського ядра клітини молочної залози від дорослої вівці. Ядро клітини молочної залози помістили в яйцеклітину іншої вівці, попередньо звільнивши її від власного ядра. У матці третьої вівці (так званої сурогатної матері) гібридна яйцеклітина сформувалася в цілісний організм (рис. 76).

В даний час методи клітинної інженерії широко застосовуються в наукових експериментах на ссавців.
Хромосомна інженерія. Хромосомна інженерія – це новий напрямок, в якому використовується сукупність методів, що дозволяють отримувати нові організми завдяки внесенню однієї або декількох хромосом одного організму в яйцеклітину іншого нерідного організму або внаслідок видалення з неї однієї чи декількох хромосом. Таким методом отримують організми з новими властивостями. Так, зокрема, була отримана гібридна форма, клітини якої містять 12 хромосом пшениці і 2 хромосоми жита.
Генна інженерія. Генна інженерія є розділ молекулярної генетики. Сама поява генної інженерії стало можливим завдяки фундаментальним відкриттям молекулярної біології (розшифровка генетичного коду, виявлення його властивостей).
У генної інженерії застосовуються методи, що дозволяють за допомогою дій in vitro (поза організмом) переносити генетичну інформацію з одного організму в інший, створюючи таким чином нові комбінації генетичного матеріалу.
В даний час вчені можуть поза організмом розрізати молекули ДНК в потрібному їм місці, ізолювати окремі її фрагменти. Методами генної інженерії можна також синтезувати фрагменти ДНК з її нуклеотидів і зшивати їх у потрібній послідовності. В результаті подібних операцій виникають рекомбінантні (гібридні) ДНК, яких до цього не існувало в природі.
Народженням генної інженерії вважають 1972 рік, коли американський біохімік П. Берг і його колеги вперше in vitro отримали рекомбинантную ДНК, що складається з фрагмента ДНК бактеріофага (вірусу бактерії кишкової палички), групи генів самої кишкової палички і повної ДНК вірусу, що викликає розвиток пухлин у мавп . За цю роботу П. Бергу в 1980 р була присуджена Нобелівська премія.
Одне з важливих напрямків генної інженерії – виробництво ліків нового покоління, що представляють собою біологічно активні білки людини. У 1989-1990 рр. з’явилося нове ліки – людський інтерферон-?. (У Росії він випускається під назвою реаферон.) Отриманий методом генної інженерії білок інтерферон абсолютно ідентичний інтерферону, що синтезується в організмі людини.
У 80-ті роки XX ст. в наукових лабораторіях різних країн світу, в тому числі і нашої країни, були виділені гени людини, що визначають синтез інтерферону, і введені в бактерії (рис. 77). Такі бактерії швидко ростуть, використовуючи дешеву живильне середовище, і синтезують великі кількості інтерферону. З 1 л бактеріальної культури можна виділити стільки людського інтерферону, скільки з 5 – 10 тис. Л донорської крові. Інтерферон має антивірусну дію, впливає на лікування розсіяного склерозу і деяких видів раку. Крім цього, інтерферон (реаферон) ефективний проти вірусних гепатитів, герпесу, простудних захворювань.

Інші препарати білків, створених методами генної інженерії, – інсулін і гормон росту. Гормон інсулін необхідний людям, що страждають на цукровий діабет. З 1926 р для лікування цукрового діабету застосовувався інсулін, одержуваний з підшлункової залози свиней. Свинячий інсулін відрізняється від людського всього однієї амінокислотою. Однак це незначне відхилення призводить до того. що у деяких хворих діабетом виникають алергія і непереносимість названого препарату. Таким людям потрібен тільки людський інсулін. З 1980 р ця проблема була вирішена методами генної інженерії. В даний час людський інсулін отримують в промислових обсягах.
На сьогоднішній день отримано дозвіл на застосування більше 30 препаратів, створених методами генної інженерії, і ще більше 200 знаходяться на різних стадіях клінічних досліджень.
Методами генної інженерії значні успіхи досягнуті в справі створення генетично модифікованих трансгенних (від лат. Trans – через, крізь) організмів. Завдання, які вирішують вчені за допомогою трансгенозу, – зміна спадкових властивостей організму в потрібному для людини напрямі. Дії даних інженерів зводяться до конструювання з різних фрагментів нового генетичного матеріалу, введенню його в організм, а також створенню умов для функціонування і його стабільного спадкування. Як приклад подібних досягнень можна назвати перенесення генів від бульбочкових бактерій (поглинаючих газоподібний азот повітря і збагачують азотистими сполуками грунт) до грунтових мікроорганізмів, що живуть в коренях злакових рослин. Широкомасштабне рішення даної задачі дозволить відмовитися від внесення в грунт величезних кількостей азотних добрив при вирощуванні пшениці, рису та інших цінних сільськогосподарських культур.
У генної інженерії рослин отримані генетично модифіковані сорти бавовнику, томатів, тютюну, рису. Ці сорти рослин стійкі до комах-шкідників, вірусів, грибкових захворювань. Створені трансгенні безкісточкові форми черешні, вишні, цитрусових та ін.
Швидко розвивається область генної інженерії, пов’язана із створенням трансгенних тварин – продуцентів біологічно активних білків. У світі існують сотні трансгенних овець і кіз, які продукують від десятків міліграмів до декількох грамів біологічно активних білків на 1 л молока (рис. 78).

З молоком тварин можна отримувати не тільки ліки, а й деякі ферменти. Наприклад, створені трансгенні вівці, які синтезують фермент реннін, створаживается молоко. Для сироваріння такий білок можна спеціально не виділяти, а використовувати його в складі молока.
Проблеми біотехнології. Незважаючи на значні досягнення в біотехнології, останнім часом відзначають деякі тривожні тенденції відносно використання людиною генетично модифікованих продуктів.
По-перше, внаслідок впровадження чужорідного гена в спадковий апарат тварини або рослини не виключено, що через покоління може відбутися його пошкодження, порушення розмноження, стерилізація. По-друге, через кілька років серед паразитичних мікроорганізмів можливе виникнення мутантних форм, здатних протистояти антибіотикам, які зараз виробляють трансгенні рослини. При появі ж мутантної форми мікроорганізмів цілком можливий спалах захворювань трансгенних сільськогосподарських рослин і повна втрата врожаю. Можливо також утворення несприйнятливих до пестицидів шкідників-комах. І, по-третє, є побоювання, що так звані «мовчазні» ділянки ДНК людського геному здатні до активізації внаслідок вживання трансгенних продуктів харчування, а це може спровокувати у людини розвиток спадкових захворювань.
В даний час немає абсолютно надійних методів перевірки генетично модифікованих продуктів на нешкідливість. Існує певна ступінь ризику того, що продукти харчування, що містять модифіковані компоненти, роблять негативний вплив на здоров’я людини. У зв’язку з цим вчені багатьох країн виступають на підтримку вимог про необхідність законодавчо зобов’язати виробників харчових продуктів вказувати на етикетках про наявність трансгенних компонентів, а їх застосування в дитячому харчуванні суворо заборонити. У нашій країні в 2002 р Міністерство охорони здоров’я запровадило обов’язкове маркування продуктів, що містять більше 5% генетично модифікованих джерел. Починаючи з 2007 р виробники продуктів харчування зобов’язані вказувати, що в їх продукції містяться генномодифіковані компоненти, якщо їх кількість перевищує 0,9% від ваги продукту. Це той мінімум, який можна визначити за допомогою спеціальних приладів.
Принципова особливість генної інженерії – створення структури ДНК, яка ніколи не виникає в живій природі. У зв’язку з цим в генній інженерії особливої ??важливості набуває прогнозування можливих наслідків (як позитивних, так і негативних) створення нових трансгенних форм.
Останні роки в науковому середовищі, в засобах масової інформації активно обговорюється проблема клонування людини. До її вирішення вчені повинні підходити, зваживши всі можливі наслідки експериментів, оскільки ця проблема має не тільки наукові, але й морально-етичні, релігійні аспекти.
І нарешті, біотехнологічні підприємства досі не освоїли технологію замкнутого циклу отримання необхідних для людини продуктів. Відзначено, що жителі довколишніх від цих підприємств районів частіше за інших страждають алергічними, онкологічними захворюваннями, а у новонароджених дітей значно частіше проявляються тератогенні захворювання. Мабуть, дані захворювання виникають через аварійних викидів в атмосферу речовин, що містять фрагменти ДНК, РНК та ін. Внаслідок їх високого мутагенного ефекту може значно прискоритися еволюція хвороботворних бактерій і вірусів, що може призвести до утворення нових форм, іноді гостро патогенних.