Реферат: Достижения и проблемы генной инженерии

Современные данные палеонтологии говорят о квантовом характере видообразования. В соответствии с геологическим временем этот процесс почти мгновенен. Анализ уравнений популяционной генетики показывает, что процесс видообразова­ния похож на фазовый переход.

Биология как наука о жизни

2. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.

НАУЧНО – ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЕ АСПЕКТЫ.

Генная инженерия — экспериментальная наука. Возникла на стыке молекулярной биологии и генетики официально в 1972 г., когда в лаборатории П. Берга (Стенфордский университет, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК на базе объединения генетического материала, полный геном вируса обезьян 40, часть генома измерного бактериофага и гены галактозного оперона.

Генная инженерия нацелена на создание орга­низмов с новыми комбинациями наследственных свойств пу­тем конструирования функционально-активных генетических структур в форме рекомбинантных ДНК из фрагментов гено­мов разных организмов, которые вводились в клетку .

Как отмечалось, впервые рекомбинантную ДНК получи­ла группа П. Берга в 1972 г.

В 1973-74 гг. С. Коэном, Д. Хелинским, Г. Бойером и други­ми учеными впервые сконструированы функционально актив­ные молекулы гибридной ДНК, то есть удалось их клонирова­ние. Были созданы первые, не существующие в Природе, плазмиды (стабилизатор наследства) на базе ДНК из разных видов бактерий и высших организмов, из ДНК лягушки (кодирующей синтез рРНК), морского ежа (контролирующей синтез белков-гистон), и от мыши.

Вскоре аналогичная работа была выполнена в нашей стра­не группой специалистов под руководством С. И. Алиханяна и А. А. Баева.

Достижения генетики и химии нуклеиновых кислот позво­лили разработать методологию генной инженерии:

—открытие явления рестрикции — модификации ДНК и выделение ферментов рестриктаз для получения специфи­ческих ферментов;

—создание методов химического и ферментативного синте­за генов;

—выявление векторных молекул ДНК, способных перенес­ти в клетку чужеродную ДНК и обеспечить там экспрессию со­ответствующих генов;

— разработка методов трансформации у различных организ­мов и отбор клонов, несущих рекомбинантные ДНК.

Составляющие методики.

Явление рестрикции — модификации ДНК впервые наблю­дали Г. Бертани и Д. Ж. Вейгль, а его суть раскрыл В. Арберг: в бактериях действуют специальные ферменты, способные спе­цифично распознать "свою" (бактериальную) ДНК от "чужой" (фаговой). Эти ферменты ограничивают возможность размно­жения фаговой ДНК в бактериях путем ее специфичной (в за­висимости от типа фермента) деградации. Такие ферменты были названы эндонуклеазами рестрикции няирестриктазами.

В 1971 г. группой Г. Смитга была выделена первая рестриктаза, специфично расщепляющая двухцепочную ДНК в строго определенных сайтах. Вскоре было установлено, что болынинство видов бактерий обладает специфичными системами рест­рикции — модификации.

В генной инженерии используют ферменты, разрывающие двухцепочную ДНК в зоне участка узнавания или на незначи­тельном фиксированном расстоянии от него. Фермент распоз­нает специфичную последовательность и разрезает ее. В пос­леднем случае образуются выступающие одноцепочечные кон­цы, получившие название "липких". В настоящее время извест­но несколько сотен таких рестриктаз, что обеспечивает возмож­ность получения различных фрагментов ДНК, содержащих же­лаемые гены.

Работы в направлении синтеза гена начались еще до 1972 г.

Так в 1969 г. появились публикации по выделению генов при помощи физических и генетических методов.

На начальном этапе развития генной инженерии широко ис­пользовался способ получения генов из природных источников, и он до сих пор применяется для создания банка генов.

В том же году группой Корани впервые осуществлен хими­ческий синтез расшифрованного гена аланиновой тРНК дрож­жей, но функционально не активный; позднее и активный ген супрессорный тирозиновой тРНК, галактозного оперона.

Этому способствовало совершенствование методов опреде­ления первичных структур (секвенирования) нуклеиновых кис­лот, а также белков и других продуктов, кодируемых синтези­рованным геном.

Секвенирование ДНК играет большую роль и в изучении функций генов и генетических систем.

Метод химического синтеза генов и введения их в клетки микроорганизмов обеспечил возможность получения продуцен­тов инсулина человека для лечения больных диабетом, открыл­ся путь для производства продуктов белковой природы.

Широкое распространение нашел метод ферментативного синтеза генов по механизму обратной транскрипции. Не вдава­ясь в его суть, отметим, что он позволяет синтезировать практи­чески любой ген в присутствии соответствующих иРНК, мето­ды выделения которых достаточно хорошо разработаны.

С его помощью созданы и клонированы в бактериях гены, кодирующие глобины человека, животных, птиц и т. п., интер­ферон человека, который используют для борьбы с вирусными инфекциями, злокачественными опухолями и рядом других за­болеваний.

Однако остается нерешенной проблема стабильности гиб­ридных молекул. Вектор должен обеспечивать стабильное на­следование рекомбинантных ДНК в автономном, реже интег­рированном с хромосомой состоянии, иметь генетические мар­керы для обнаружения трансформированных клеток, содержать сайт узнавания и др. Он используется для получения банка ге­нов, так как клонированные в них большие фрагменты ДНК лег­ко хранить, выделять и анализировать. Создаются специальные векторы и для клонирования рекомбинантных ДНК в клетках животных и растений, при этом в клетках животных ими могут быть некоторые вирусы, а растений — агробактерии на основе специальных плазмид и передаваться клеткам в естественных условиях бактериями.

Схема, используемая в генной инженерии, едина: