Биотехнологии

ПЛАН.

I.Вступление……………………………………..1 стр.

1. Основнаячасть:

1. Клеточнаяинженерия…………………………….2 стр.

1.2 Строениеклетки…………………………………….2стр.

2. Клонирование………………………………………10стр.

3. Геннаяинженерия………………………………….14стр.

2. Заключение………………………………………19стр.

3. Списокиспользуемойлитературы……………21стр.

ВСТУПЛЕНИЕ

Биология– это наука,которая в нашидни активноразвиваетсяи огромныенадежды возлагаютсяименно набиотехнологии.Сейчас методыбиотехнологиивнедряютсяв промышленность,сельское хозяйствои медицину.Генетическаяинженерия,клеточнаяинженерия иконечно клонированиенаиболее актуальныв XXIвеке и к сожалениюв школе не вполной мерерассматриваютэти темы. Я выбралименно эту темудля своей работытак как хочетсяузнать большео направленияхсовременнойбиологии.

БИОТЕХНОЛОГИЯ,использованиеживых организмови биологическихпроцессов впромышленномпроизводстве.Развиваетсямикробиологическийсинтез ферментов,витаминов,аминокислот,антибиотикови т. п. Перспективнопромышленноеполучениедругих биологическиактивных веществ(гормональныхпрепаратов,соединений,стимулирующихиммунитет, ит. п.) с помощьюметодов генетическойинженерии икультуры животныхи растительныхклеток.

* * *

БИОТЕХНОЛОГИЯ(от греч. bios — жизнь,techne — искусство,мастерствои logos — слово, учение),использованиеживых организмови биологическихпроцессов впроизводстве.Биотехнология— междисциплинарнаяобласть, возникшаяна стыке биологических,химическихи техническихнаук. С развитиембиотехнологиисвязываютрешение глобальныхпроблем человечества— ликвидациюнехваткипродовольствия,энергии, минеральныхресурсов, улучшениесостоянияздравоохраненияи качестваокружающейсреды.

1. Клеточнаяинженерия

а) введение

КЛЕТОЧНАЯИНЖЕНЕРИЯ,конструированиеспециальнымиметодами клетокнового типа.Клеточнаяинженериявключаетреконструкциюжизнеспособнойклетки из отдельныхфрагментовразных клеток,объединениецелых клеток,принадлежавшихразличным видам(и даже относящихсяк разным царствам— растениями животным), собразованиемклетки, несущейгенетическийматериал обеихклеток, и другиеоперации. Клеточнаяинженерияиспользуетсядля решениятеоретическихпроблем вбиотехнологии,для созданияновых формрастений, обладающихполезнымипризнакамии одновременноустойчивыхк болезням ит. п.

* * *

КЛЕТОЧНАЯИНЖЕНЕРИЯ,создание клетокнового типана основе ихгибридизации,реконструкциии культивирования.В узком смыслеслова под этимтермином понимаютгибридизациюпротопластовили животныхклеток, в широком— различныеманипуляциис ними, направленныена решениенаучных ипрактическихзадач. Являетсяодним из основныхметодов биотехнологии.

б)строение ифункции клетки

Клеткалюбого организма,представляетсобой целостнуюживую систему.Она состоитиз трех неразрывносвязанных междусобой частей:оболочки, цитоплазмыи ядра. Оболочкаклетки осуществляетнепосредственноевзаимодействиес внешней средойи взаимодействиес соседнимиклетками (вмногоклеточныхорганизмах).

Оболочкаклеток.Оболочка клетокимеет сложноестроение. Онасостоит изнаружного слояи расположеннойпод ним плазматическоймембраны. Клеткиживотных ирастений различаютсяпо строениюих наружногослоя. У растений,а также у бактерий,сине-зеленыхводорослейи грибов наповерхностиклеток расположенаплотная оболочка,или клеточнаястенка. У большинстварастений онасостоит изклетчатки.Клеточнаястенка играетисключительноважную роль:она представляетсобой внешнийкаркас, защитнуюоболочку,обеспечиваеттургор растительныхклеток: черезклеточнуюстенку проходитвода, соли, молекулымногих органическихвеществ.

Наружныйслой поверхностиклеток животныхв отличие отклеточныхстенок растенийочень тонкий,эластичный.Он не виден всветовой микроскопи состоит изразнообразныхполисахаридови белков. Поверхностныйслой животныхклеток получилназвание гликокаликс.

Гликокаликсвыполняетпрежде всегофункцию непосредственнойсвязи клетокживотных свнешней средой,со всеми окружающимиее веществами.Имея незначительнуютолщину (меньше1 мкм), наружныйслой клеткиживотных невыполняетопорной роли,какая свойственнаклеточнымстенкам растений.Образованиегликокаликса,так же как иклеточныхстенок растений,происходитблагодаряжизнедеятельностисамих клеток.

Плазматическаямембрана.Под гликокаликсоми клеточнойстенкой растенийрасположенаплазматическаямембрана (лат.“мембрана»-кожица,пленка), граничащаянепосредственнос цитоплазмой.Толщина плазматическоймембраны около10 нм, изучениеее строенияи функций возможнотолько с помощьюэлектронногомикроскопа.

В составплазматическоймембраны входятбелки и липиды.Они упорядоченорасположеныи соединеныдруг с другомхимическимивзаимодействиями.По современнымпредставленияммолекулы липидовв плазматическоймембране расположеныв два ряда иобразуют сплошнойслой. Молекулыбелков не образуютсплошного слоя,они располагаютсяв слое липидов,погружаясьв него на разнуюглубину.

Молекулыбелка и липидовподвижны, чтообеспечиваетдинамичностьплазматическоймембраны.

Плазматическаямембрана выполняетмного важныхфункций, откоторых завидятжизнедеятельностьклеток. Однаиз таких функцийзаключаетсяв том, что онаобразует барьер,отграничивающийвнутреннеесодержимоеклетки от внешнейсреды. Но междуклетками ивнешней средойпостояннопроисходитобмен веществ.Из внешнейсреды в клеткупоступает вода,разнообразныесоли в формеотдельныхионов, неорганическиеи органическиемолекулы. Онипроникают вклетку черезочень тонкиеканалы плазматическоймембраны. Вовнешнюю средувыводятсяпродукты,образованныев клетке. Транспортвеществ- однаиз главныхфункций плазматическоймембраны. Черезплазматическуюмембрану изклети выводятсяпродукты обмена,а также вещества,синтезированныев клетке. К числуих относятсяразнообразныебелки, углеводы,гормоны, которыевырабатываютсяв клетках различныхжелез и выводятсяво внеклеточнуюсреду в формемелких капель.

Клетки,образующиеу многоклеточныхживотныхразнообразныеткани (эпителиальную,мышечную идр.), соединяютсядруг с другомплазматическоймембраной. Вместах соединениядвух клетокмембрана каждойиз них можетобразовыватьскладки иливыросты, которыепридают соединениямособую прочность.

Соединениеклеток растенийобеспечиваетсяпутем образованиятонких каналов,которые заполненыцитоплазмойи ограниченыплазматическоймембраной. Потаким каналам,проходящимчерез клеточныеоболочки, изодной клеткив другую поступаютпитательныевещества, ионы,углеводы идругие соединения.

На поверхностимногих клетокживотных, напримерразличныхэпителиев,находятся оченьмелкие тонкиевыросты цитоплазмы,покрытыеплазматическоймембраной, -микроворсинки.Наибольшееколичествомикроворсинокнаходится наповерхностиклеток кишечника,где происходитинтенсивноеперевариваниеи всасываниеперевареннойпищи.

Фагоцитоз.Крупные молекулыорганическихвеществ, напримербелков и полисахаридов,частицы пищи,бактерии поступаютв клетку путемфагоцита (греч.“фагео” - пожирать).В фагоцитенепосредственноеучастие принимаетплазматическаямембрана. В томместе, гдеповерхностьклетки соприкасаетсяс частицейкакого-либоплотного вещества,мембрана прогибается,образует углублениеи окружаетчастицу, котораяв “мембраннойупаковке”погружаетсявнутрь клетки.Образуетсяпищеварительнаявакуоль и в нейперевариваютсяпоступившиев клетку органическиевещества.

Цитоплазма.Отграниченнаяот внешнейсреды плазматическоймембраной,цитоплазмапредставляетсобой внутреннююполужидкуюсреду клеток.В цитоплазмуэукариотическихклеток располагаютсяядро и различныеорганоиды. Ядрорасполагаетсяв центральнойчасти цитоплазмы.В ней сосредоточеныи разнообразныевключения -продукты клеточнойдеятельности,вакуоли, а такжемельчайшиетрубочки инити, образующиескелет клетки.В составе основноговещества цитоплазмыпреобладаютбелки. В цитоплазмепротекаютосновные процессыобмена веществ,она объединяетв одно целоеядро и все органоиды,обеспечиваетих взаимодействие,деятельностьклетки какединой целостнойживой системы.

Эндоплазматическаясеть.Вся внутренняязона цитоплазмызаполненамногочисленнымимелкими каналамии полостями,стенки которыхпредставляютсобой мембраны,сходные посвоей структурес плазматическоймембраной. Этиканалы ветвятся,соединяютсядруг с другоми образуютсеть, получившуюназваниеэндоплазматическойсети.

Эндоплазматическаясеть неоднороднапо своему строению.Известны дваее типа - гранулярнаяи гладкая. Намембранахканалов и полостейгранулярнойсети располагаетсямножествомелких округлыхтелец - рибосом,которые придаютмембранамшероховатыйвид. Мембраныгладкой эндоплазматическойсети не несутрибосом насвоей поверхности.

Эндоплазматическаясеть выполняетмного разнообразныхфункций. Основнаяфункция гранулярнойэндоплазматическойсети - участиев синтезе белка,который осуществляетсяв рибосомах.

На мембранахгладкой эндоплазматическойсети происходитсинтез липидови углеводов.Все эти продуктысинтеза накапливаютсяв каналах иполостях, азатем транспортируютсяк различныморганоидамклетки, гдепотребляютсяили накапливаютсяв цитоплазмев качествеклеточныхвключений.Эндоплазматическаясеть связываетмежду собойосновные органоидыклетки.

Рибосомы.Рибосомы обнаруженыв клетках всехорганизмов.Это микроскопическиетельца округлойформы диаметром15-20 нм. Каждаярибосома состоитиз двух неодинаковыхпо размерамчастиц, малойи большой.

В однойклетке содержитсямного тысячрибосом, онирасполагаютсялибо на мембранахгранулярнойэндоплазматическойсети, либо свободнолежат в цитоплазме.В состав рибосомвходят белкии РНК. Функциярибосом - этосинтез белка.Синтез белка- сложный процесс,который осуществляетсяне одной рибосомой,а целой группой,включающейдо несколькихдесятков объединенныхрибосом. Такуюгруппу рибосомназывают полисомой.Синтезированныебелки сначаланакапливаютсяв каналах иполостяхэндоплазматическойсети, а затемтранспортируютсяк органоидами участкамклетки, где онипотребляются.Эндоплазматическаясеть и рибосомы,расположенныена ее мембранах,представляютсобой единыйаппарат биосинтезаи транспортировкибелков.

Митохондрии.В цитоплазмебольшинстваклеток животныхи растенийсодержатсямелкие тельца(0,2-7 мкм) - митохондрии(греч. «митос»- нить, «хондрион»- зерно, гранула).

Митохондриихорошо видныв световоймикроскоп, спомощью которогоможно рассмотретьих форму, расположение,сосчитатьколичество.Внутреннеестроение митохондрийизучено с помощьюэлектронногомикроскопа.Оболочка митохондриисостоит из двухмембран - наружнойи внутренней.Наружная мембранагладкая, онане образуетникаких складоки выростов.Внутренняямембрана, напротив,образуетмногочисленныескладки, которыенаправленыв полостьмитохондрии.Складки внутреннеймембраны называюткристами (лат.«криста» - гребень,вырост) Числокрист неодинаковов митохондрияхразных клеток.Их может бытьот несколькихдесятков донесколькихсотен, причемособенно многокрист в митохондрияхактивно функционирующихклеток, напримермышечных.

Митохондрииназывают «силовымистанциями»клеток» таккак их основнаяфункция - синтезаденозинтрифосфорнойкислоты (АТФ).Эта кислотасинтезируетсяв митохондрияхклеток всехорганизмови представляетсобой универсальныйисточник энергии,необходимыйдля осуществленияпроцессовжизнедеятельностиклетки и целогоорганизма.

Новыемитохондрииобразуютсяделением ужесуществующихв клетке митохондрий.

Пластиды.В цитоплазмеклеток всехрастений находятсяпластиды. Вклетках животныхпластиды отсутствуют.Различают триосновных типапластид: зеленые- хлоропласты;красные, оранжевыеи желтые - хромопласты;бесцветные- лейкопласты.

Хлоропласт.Эти органоидысодержатсяв клетках листьеви других зеленыхорганов растений,а также у разнообразныхводорослей.Размеры хлоропластов4-6 мкм, наиболеечасто они имеютовальную форму.У высших растенийв одной клеткеобычно бываетнесколькодесятковхлоропластов.Зеленый цветхлоропластовзависит отсодержанияв них пигментахлорофилла.Хлоропласт- основной органоидклеток растений,в котором происходитфотосинтез,т. е. образованиеорганическихвеществ (углеводов)из неорганических(СО2 и Н2О) прииспользованииэнергии солнечногосвета.

По строениюхлоропластысходны с митохондриями.От цитоплазмыхлоропластотграничендвумя мембранами- наружной ивнутренней.Наружная мембранагладкая, безскладок и выростов,а внутренняяобразует многоскладчатыхвыростов,направленныхвнутрь хлоропласта.Поэтому внутрихлоропластасосредоточенобольшое количествомембран, образующихособые структуры- граны. Они сложенынаподобиестопки монет.

В мембранахгран располагаютсямолекулы хлорофилла,потому именноздесь происходитфотосинтез.В хлоропластахсинтезируетсяи АТФ. МеждувнутреннимимембранамихлоропластасодержатсяДНК, РНК и рибосомы.Следовательно,в хлоропластах,так же как и вмитохондриях,происходитсинтез белка,необходимогодля деятельностиэтих органоидов.Хлоропластыразмножаютсяделением.

Хромопластынаходятся вцитоплазмеклеток разныхчастей растений:в цветках, плодах,стеблях, листьях.Присутствиемхромопластовобъясняетсяжелтая, оранжеваяи красная окраскавенчиков цветков,плодов, осеннихлистьев.

Лейкопласты.находятся вцитоплазмеклеток неокрашенныхчастей растений,например встеблях, корнях,клубнях. Формалейкопластовразнообразна.

Хлоропласты,хромопластыи лейкопластыспособны клеткавзаимномупереходу. Такпри созреванииплодов илиизмененииокраски листьевосенью хлоропластыпревращаютсяв хромопласты,а лейкопластымогут превращатьсяв хлоропласты,например, припозелененииклубней картофеля.

АппаратГольджи.Во многих клеткахживотных, напримерв нервных, онимеет формусложной сети,расположеннойвокруг ядра.В клетках растенийи простейшихаппарат Гольджипредставленотдельнымительцами серповиднойили палочковиднойформы. Строениеэтого органоидасходно в клеткахрастительныхи животныхорганизмов,несмотря наразнообразиеего формы.

В составаппарата Гольдживходят: полости,ограниченныемембранамии расположенныегруппами (по5-10); крупные имелкие пузырьки,расположенныена концах полостей. Все эти элементысоставляютединый комплекс.

АппаратГольджи выполняетмного важныхфункций. Поканалам эндоплазматическойсети к немутранспортируютсяпродуктысинтетическойдеятельностиклетки - белки,углеводы ижиры. Все этивещества сначаланакапливаются,а затем в видекрупных и мелкихпузырьковпоступают вцитоплазмуи либо используютсяв самой клеткев процессе еежизнедеятельности,либо выводятсяиз нее и используютсяв организме.Например, вклетках поджелудочнойжелезы млекопитающихсинтезируютсяпищеварительныеферменты, которыенакапливаютсяв полостяхорганоида.Затем образуютсяпузырьки, наполненныеферментами.Они выводятсяиз клеток впроток поджелудочнойжелезы, откудаперетекаютв полость кишечника.Еще одна важнаяфункция этогоорганоидазаключаетсяв том, что наего мембранахпроисходитсинтез жирови углеводов(полисахаридов),которые используютсяв клетке и которыевходят в составмембран. Благодарядеятельностиаппарата Гольджипроисходятобновлениеи рост плазматическоймембраны.

Лизосомы.Представляютсобой небольшиеокруглые тельца.От Цитоплазмыкаждая лизосомаотграниченамембраной.Внутри лизосомынаходятсяферменты,расщепляющиебелки, жиры,углеводы, нуклеиновыекислоты.

К пищевойчастице, поступившейв цитоплазму,подходят лизосомы,сливаются сней, и образуетсяодна пищеварительнаявакуоль , внутрикоторой находитсяпищевая частица,окруженнаяферментамилизосом. Вещества,образовавшиесяв результатеперевариванияпищевой частицы,поступают вцитоплазмуи используютсяклеткой.

Обладаяспособностьюк активномуперевариваниюпищевых веществ,лизосомы участвуютв удаленииотмирающихв процессежизнедеятельностичастей клеток,целых клетоки органов.Образованиеновых лизосомпроисходитв клетке постоянно.Ферменты,содержащиесяв лизосомах,как и всякиедругие белкисинтезируютсяна рибосомахцитоплазмы.Затем эти ферментыпоступают поканалам эндоплазматическойсети к аппаратуГольджи, в полостяхкоторого формируютсялизосомы. Втаком виделизосомы поступаютв цитоплазму.

Клеточныйцентр. В клетках животныхвблизи ядранаходитсяорганоид, которыйназывают клеточнымцентром. Основнуючасть клеточногоцентра составляютдва маленькихтельца - центриоли,расположенныев небольшомучастке уплотненнойцитоплазмы.Каждая центриольимеет формуцилиндра длинойдо 1 мкм. Центриолииграют важнуюроль при деленииклетки; ониучаствуют вобразованииверетена деления.

Клеточныевключения.К клеточнымвключениямотносятсяуглеводы, жирыи белки. Всеэти веществанакапливаютсяв цитоплазмеклетки в видекапель и зеренразличнойвеличины иформы. Онипериодическисинтезируютсяв клетке ииспользуютсяв процессеобмена веществ. Ядро. Каждаяклетка одноклеточныхи многоклеточныхживотных, атакже растенийсодержит ядро.Форма и размерыядра зависятот формы и размераклеток. В большинствеклеток имеетсяодно ядро, итакие клеткиназываютодноядерными.Существуюттакже клеткис двумя, тремя,с несколькимидесятками идаже сотнямиядер. Это - многоядерныеклетки.

Ядерныйсок- полужидкоевещество, котороенаходится подядерной оболочкойи представляетвнутреннююсреду ядра.

в) химическийсостав клетки.

Атомныйи молекулярныйсостав клетки.В микроскопическойклетке содержитсянесколько тысячвеществ, которыеучаствуют вразнообразныххимическихреакциях. Химическиепроцессы, протекающиев клетке,- одноиз основныхусловий еежизни, развитияи функционирования.

Все клеткиживотных ирастительныхорганизмов,а также микроорганизмовсходны по химическомусоставу, чтосвидетельствуето единствеорганическогомира.

Содержаниехимическихэлементов вклетке

В таблицеприведеныданные об атомномсоставе клеток.Из 109 элементовпериодическойсистемы Менделеевав клетках обнаруженозначительноеих большинство.Особенно великосодержаниев клетке четырехэлементов -кислорода,углерода, азотаи водорода. Всумме они составляютпочти 98% всегосодержимогоклетки. Следующуюгруппу составляютвосемь элементов,содержаниекоторых в клеткеисчисляетсядесятыми исотыми долямипроцента. Этосера, фосфор,хлор, калий,магний, натрий,кальций, железо.В сумме онисоставляют1.9%. Все остальныеэлементы содержатсяв клетке висключительномалых количествах(меньше 0,01%)

Такимобразом, в клеткенет каких-нибудьособенныхэлементов,характерныхтолько дляживой природы.Это указываетна связь и единствоживой и неживойприроды. Наатомном уровнеразличий междухимическимсоставоморганическогои не органическогомира нет. Различияобнаруживаютсяна более высокомуровне организации- молекулярном.

г)гибридизациясоматическихклеток

Воснове методалежит слияниеклеток, в результатечего образуютсягетерокарионы,содержащиеядра обоихродительскихтипов. Образовавшиесягетерокарионыдают началодвум одноядернымгибриднымклеткам. В 1965английскийученый Г. Харрисвпервые получилгетерокарионы,образованныеклетками мышии человека.Такую искусственнуюгибридизациюможно осуществлятьмежду соматическимиклетками,принадлежащимидалеким всистематическомотношенииорганизмами даже междурастительнымии животнымиклетками.Гибридизациясоматическихклеток животныхсыграла важнуюроль в исследованиимеханизмовреактивациигенома покоющейсяклетки и степенифенотипическогопроявления(экспрессивности)отдельныхгенов, клеточногоделения, вкартированиигенов в хромосомахчеловека, ванализе причинзлокачественногоперерожденияклеток. С помощьюэтого методасозданы гибридомы,используемыедля получениямоноклональных(однородных)антител.

Первыймежвидовойгибрид прислиянии протопластовиз клеток разныхвидов табакабыл полученв 1972 П. Карлсоном(США). Гибриды,полученныепри слияниипротопластов,имеют важныеотличия отполовых гибридовпоскольку несутцитоплазмуобоих родителей.Возможно созданиецибридов, наследующихядерные геныодного из родителейнаряду сцитоплазматическимигенами обоихродителей.Особый интереспредставляютцибриды растений,несущие цитоплазматическиегены устойчивостик различнымпатогенам истрессорнымфакторам отдикорастущихвидов илицитоплазматическиегены мужскойстерильности.Слияние протопластовиспользуюттакже для получениягибридов сценными вхозяйственномотношениисвойствамимежду отдаленнымивидами, которыеплохо или вообщене скрещиваютсяобычным путем.Удалось, например,«ресинтезировать»рапс, являющийсяестественнымамфидиплоидоммежду турнепсоми капустой,получить соматическийгибрид картофеляс томатами ит. д. При слияниипротопластовсоздают и новыеклеточныелинии-продуцентыважных соединений.

д)реконструкцияклеток

Однимиз способовмодификацииклеток являетсявведение в нихиндивидуальныхгенов, т.е. методгенетическойинженерии.Встраиваниеактивного генана место отсутствующегоили поврежденногооткрывает путьдля лечениягенетическихзаболеванийчеловека. Изменятьсвойства клетокможно, вводяклеточныеорганеллы(ядра, хлоропласты),изолированныеиз одних клеток,в протопластыдругих клеток.Так, одним изпутей активизациифотосинтезарастительнойклетки можетслужить введениев нее высокоэффективныххлоропластов.Искусственныеассоциациирастительныхклеток с микроорганизмамииспользуютдля моделированияна клеточномуровне природныхсимбиотическихотношений,играющих важнуюроль в обеспечениирастений азотнымпитанием вприродныхэкосистемах.Рассматриваетсявозможностьпридания растениямспособностик фиксациимолекулярногоазота при введениив них целыхклеток азотфиксирущихмикроорганизмов.Реконструкциюклеток проводяттакже при слиянииклеточныхфрагментов(безъядерных,кариопластовс ядром, микроклеток,содержащихлишь частьгенома интактнойклетки) другс другом илис интактными(неповрежденными)клетками. Врезультатеполучают клеткис различнымисвойствами,например, цибриды,либо клеткис ядром и цитоплазмойот разных родителей.Такие конструкциииспользуютдля изучениявлияния цитоплазмыв регуляцииактивностиядра.

е)улучшениерастений иживотных наоснове клеточныхтехнологий

Выращиваемыена искусственныхпитательныхсредах клеткии ткани растенийсоставляютоснову разнообразныхтехнологийв сельскомхозяйстве. Однииз них направленына получениеидентичныхисходной формерастений(оздоровлениеи клональноемикроразмножениена основе меристемныхкультур, созданиеискусственныхсемян, криосохранениегенофонда приглубокомзамораживаниимеристем иклеток пыльцы).Другие — насоздание растений,генетическиотличных отисходных, путемили облегченияи ускорениятрадиционногоселекционногопроцесса илисозданиягенетическогоразнообразияи поиска и отборагенотипов сценными признаками.В первом случаеиспользуютискусственноеоплодотворение,культуру незрелыхгибридныхсемяпочек изародышей,регенерациюрастений изтканей летальныхгибридов, гаплоидныерастения, полученныепри культивированиипыльников илимикроспор. Вовтором — новыеформы растенийсоздаются наоснове мутантов,образующихсяin vitro, и трансгенныхрастений. Такимпутем полученырастения, устойчивыек вирусам идругим патогенам,гербицидам,растения, способныесинтезироватьтоксины, патогенныедля насекомых-вредителей,растения счужероднымигенами, контролирующимисинтез белковхолодоустойчивостии белков с улучшеннымаминокислотнымсоставом, растенияс измененнымбалансом фитогормонови т. д.

Важнуюроль в животноводствесыграла разработкаметодов длительногохранения спермыв замороженномсостоянии иискусственногоосеменения.Реально жеразвернулисьисследованияпо клеточнойи генной инженериина млекопитающихтолько с освоениемтехники оплодотворенияin vitro, обеспечившейполучениедостаточногоколичествазародышей наранних стадияхразвития.Генетическоеулучшениеживотных связанос разработкойтехнологиитрансплантацииэмбрионов иметодов микроманипуляцийс ними (получениеоднояйцевыхблизнецов,межвидовыепересадкиэмбрионов иполучениехимерных животных,клонированиеживотных припересадке ядерэмбриональныхклеток в энуклеированные,т. е. с удаленнымядром, яйцеклетки).В 1996 шотландскимученым из Эдинбургавпервые удалосьполучить овцуиз энуклеированнойяйцеклетки,в которую былопересаженоядро соматическойклетки (вымени)взрослогоживотного. Этаработа открываетширокие перспективыв областиклонированияживотных ипринципиальнуювозможностьклонированияв будущем ичеловека. Вэтой же лабораториибыло полученоеще пять клонированныхягнят, в геномодного из которыхбыл встроенген белка человека.Клеточнаяинженерияпозволяетконструироватьклетки новоготипа с помощьюмутационногопроцесса гибридизациии, более того,комбинироватьотдельныефрагментыразных клеток,клетки различныхвидов относящиесяне только кразным родам,семействам,но и царствам.Это облегчаетрешение многихтеоретическихпроблем и имеетпрактическоезначение. Клеточнаяинженерия –широко используетсяв селекциирастений. Выведеныгибриды томатаи картофеля,яблони и вишни.Регенерированныеиз таких клетокрастения сизмененнойнаследственностьюпозволяютсинтезироватьновые формы,сорта, обладающиеполезнымисвойствамии устойчивыек неблагоприятнымусловиям иболезням. Этотметод и широкоиспользуетсядля «спасения»ценных сортов,пораженныхвируснымиболезнями. Изих ростков вкультуре выделяютнескольковерхушечныхклеток, еще непораженныхвирусом, и добиваютсярегенерациииз них здоровыхрастений, сначалав пробирке, азатем пересаживаютв почву и размножают.

2. Клонирование

а)введение

Клонирование– “получениеидентичныхпотомков припомощи беспологоразмножения”По-другомуопределениеклонированиязвучит так“Клонирование- это процессизготовлениягенетическиидентичныхкопий отдельнойклетки илиорганизма”.То есть этиорганизмыпохожи не тольковнешне, но игенетическийкод, заложенныйв них, одинаков.

Возможностиклонированияоткрывают новыеперспективыдля садоводов-огородников,фермеров-животноводов,а также для егомедицинскогоприменения.“Одной из главныхзадач в даннойобласти являетсясоздание коров,в молоке которыхбудет содержатьсясывороткачеловеческогоалгаомина. Этасывороткаиспользуетсядля леченияожогов и иныхтравм, и мироваяпотребностьв ней составляетот 500 до 600 тон вгод”. Это однонаправление.Второе – созданиеорганов животных,которые можнобудет использоватьдля трансплантациичеловеку. “Вовсех странахсуществуетсерьезныйнедостатокдонорскихорганов - почек,сердец, поджелудочныхжелез, печени.Поэтому идея,что можно создатьпрактическиконвейерноепроизводствотрансгенетическихсвиней, по графикупоставляющихтакие органыдля пациентов,специальноподготовленныхдля приема этихорганов, вместотого, чтобыотчаянно пытатьсянайти подходящуюткань у донора-человека- такая идеяявляется волнующейперспективой”.Путём клонированияможно получатьживотных свысокой продуктивностьюяиц, молока,шерсти илитаких животных,которые выделяютнужные человекуферменты (инсулин,интерферон,химозин). “Человеческиеферменты можнополучать иболее простымспособом: взявнужную клеткукрови человека,клонироватьеё и выраститьклеточнуюкультуру, котораяв лабораторныхусловиях будетпроизводитьнужный фермент.Комбинируяметоды геннойинженерии склонированием,можно вывеститрансгенныесельскохозяйственныерастения, которыесмогут самисебя защищатьот вредителейили будут устойчивык определённымболезням.”

б) способыклонирования

Как ужеговорилосьвыше, получениеидентичныхпотомков припомощи беспологоразмноженияназываетсяклонированием.Этот методвозник в результатепопыток доказать,что ядра зрелыхклеток, которыезакончили своёразвитие, содержатвсю информацию,необходимуюдля кодированиявсех признаковорганизма,специализациякаждой клеткиобусловленавключениемопределённыхгенов или ихвыключением,а не утратойнекоторых изних. Первыйуспех был достигнутпрофессоромКорнельскогоуниверситетаСтюардом. Ондоказал, что,выращиваяотдельныеклетки съедобнойчасти морковив среде, содержащейнужные питательныевещества игормоны, можноиндуцироватьпроцессы клеточногоделения, приводящиек образованиюновых клетокморкови.

“Первым,кто доказалвозможностьискусственногополученияблизнецов, былнемецкий эмбриологДриш. Разделивклетки двуклеточногозародыша морскогоежа, он получилдва генетическиидентичныхорганизма.
Первые успешныеопыты по трансплантацииядер клетоктела в яйцеклеткуосуществилив 1952 году Бригеи Кинг, проводившиеопыты с амебами.А в 1979 году англичанинВиладсен разработалметод полученияоднояйцевыхблизнецов изэмбрионов овцыи коровы. Однакоразвития эмбрионовдобиться неудалось” А в1976 году Дж. Гердондоказал возможностьклонированияна лягушках.Однако лишьв 1983 году учёнымудалось получитьсерийные клонывзрослых амфибий

Как же,вопреки строгойзакономерности,можно заставитьклетку развиватьсятолько с материнскимдиплоиднымнабором хромосом?Теоретическирешение этойпроблемы возможнодвумя способами:хирургическими “терапевтическим”.

Хронологическивторой методизобретённамного раньше.Сто лет назадзоолог МосковскогоуниверситетаА. А. Тихомировоткрыл, чтояйца тутовогошелкопрядапод воздействиемразличныххимическихи физическихреакций могутразвиватьсябез оплодотворения.Такое развитиебыло названопартеногенезом.Но оно раноостанавливалось:партеногенетическиеэмбрионы погибалиещё до вылупленияличинок из яиц.

Б. Л. Астауровв 30-е годы в результатедлительныхисследованийподобрал термическоевоздействие,которое одновременноблокировалостадию мейоза,то есть превращениедиплоидногоядра яйцеклеткив гаплоидный,и активировалонеоплодотворённоеяйцо к развитию.С ядром, оставшимсядиплоидным,развитиезаканчивалосьвылуплениемличинок, повторяющихгенотип матери,включая пол.

Клонироватьмлекопитающихможно, какупоминалось,и другим способом– хирургическим.Он основан назамене гаплоидногоядра яйцеклеткина диплоидноеядро, взятоеиз клеток эмбрионов.Эти клетки ещёне дифференцированы,то есть не началасьзакладка органов,поэтому их ядралегко заменяютфункцию диплоидногоядра толькочто оплодотворённойклети. Такимметодом в США(1952) У. Р. Бриггс иТ. Дж. Кинг, в АнглииД. Б. Гордон (1960)получили генетическиекопии лягушки,а в 1997 году шотландецИ. Уилмут получаетхирургическимпутём знаменитуюовцу Долли -генетическуюкопию матери.Для этого изклеток её выменибыло взято ядродля пересадкив яйцеклеткудругой овцы.Успеху способствовалото, что взаменинъецированиянового ядраприменялисьвоздействия,приводящиек слиянию лишённойядра яйцеклеткис обычной неполовойклеткой. Послеэтого яйцеклеткас заменённымядром развиваласькак оплодотворённая.Очень важно,что этот методпозволяет взятьядро клонируемойособи в зреломвозрасте, когдауже известныеё важные длячеловекахозяйственныепризнаки. Ноу Долли былине слишкомудачные предшественники.Её создатель,Ян Уилмут, произвёл277 ядерных трансплантаций:получил 277 эмбрионов,из которыхтолько 29 прожилидольше шестидней, и один изкоторых развилсяв полноценногоягнёнка, названногоДолли.

“ПрофессорНейфах и егоколлеги изИнститутабиологии развитияРоссийскойнедавно скопироваликаспийскогоосетра. Технологиятут примернотакова. В клеткеосетра убиваютядро, на егоместо вводятдва сперматозоидаи тепловымударом заставляютих слитьсявоедино. Процессслияния былнеобходимзатем, чтобыудвоить наборхромосом вспермии. Далееуже все определяетсяумением задействоватьсложные внутренниесвязи и, в концеконцов, "выходить"зародыш, создавему благоприятныеусловия. Основнойаргумент российскихбиологов - онипытаются спастикаспийскогоосетра как вид.По размерамискусственныеосетры, правда,пока не дотягиваютдо нормы, но,как утверждаютисследователи,это уже техническиетрудности”

“А ученыеиз университеташтата Висконсинопробовалиновую методикуклонированиямлекопитающих,отличную оттой, что применяласьучеными изРослингскогоинститута,вырастившимиДолли. В качествеосновногоисходногоматериалановаторы использовалияйцеклеткукоровы. Ее лишалитак называемогогенетическогокода и имплантировалимолекулы ДНКдругих клонируемыхживотных - свиньи,крысы, овцы илиобезьяны. Приэтом источникомнаследственногоматериаласлужили клеткитканей взрослыхособей, взятые,например, изсвиного иликрысиного уха.После искусственногооплодотворенияиз коровьейяйцеклетки,получившейновую генетическуюинформацию,развивалсязародыш другогомлекопитающего- копия генетическогодонора. Такимобразом, ученымудалось благополучновырастить влабораторныхусловиях эмбрионысвиньи, крысы,овцы, обезьяныда и самой коровы.
Специалистыиз Висконсинскогоуниверситетауверены, чтоих исследованияимеют важноезначение дляразвития геннойинженерии иизучения возможностейгенетическогодонорства.Руководителиэтих работ НилФерст, однимиз первых в СШАприступившийк опытам поклонированиюкоров, и ТаняДоминко полагают,что использованнаяими методикав будущем сможетпомочь сохранениюисчезающихи редких видовживотных.” Учтяопыт шотландцев,американцынесколькоизменили методклонирования,использовавядра эмбриональных(зародышевых)фибробластов– клеток, дающихсоединительнуюткань, взятыхиз взрослогоорганизма.Таким образом,они резко увеличилиэффективностьметода, а такжеоблегчилизадачу введения“чужого” гена,так как в культурефибробластовэто сделатьзначительнолегче.

Сейчасперед людьмине стоит вопроса:“Клонироватьили нет?” Конечноклонировать.Благодаря этомуоткрываютсяновые возможности.Например, всельском хозяйствеможно получитьвысоко продуктивныхживотных илиживотных счеловеческимигенами. А такжеклонированиеорганов и тканей– задача номеродин в траспланталогии.Стоит другойвопрос: “Разрешитьли клонированиечеловека?” Содной стороныэто возможностьбездетных людейиметь своихсобственныхдетей, а с другой– возможностьполучения новыхНаполеонови Гитлеров, атакже получениеклонов дляпоследующегоиспользованияих в качестведоноров необходимыхорганов. Вопросклонированиячеловека остаётсяоткрытым!!

в) клонирование– ключ к вечноймолодости.

Немалоспекуляцийи домысловпоявилось впоследнее времяотносительнонового способа"изготовления"людей путемклонирования.Тут и страхипоявлениянового Гитлераи ему подобных,и рассужденияв духе апокалипсисао том, что в будущемклоны вытесняти уничтожат"нормальныхлюдей", и другиетому подобныеужасы.

За всюисторию человечествосотворилонемало глупостей,но возможныйзапрет клонированиярискует побитьвсе рекорды.Ибо оно, клонирование,не просто гуманнопо своей сути,но способнокардинальнорешить такиепроблемы, кактрансплантацияорганов, возможностьиметь детейпри самых тяжелыхслучаях бесплодияи одинокимлюдям, а такжешанс потерявшимребенка родителямхоть немногосмягчить своегоре, воспитываядвойника.

Трансплантацияклонируемыхорганов способнаспасти миллионылюдей, умирающихпо всему светуиз-за дефицитаорганов, которыйсоздается,кстати, из-завсевозможныхограничений,навязанных"моралистами":целостностьтрупа и егонеприкосновенностьпосле смерти.

Вторымважным следствиемтрансплантацииклонируемыхчастей теламожет статьпересадкаутраченныхорганов: рук,ног, глаз и т.д.Лишить людейнадежды забытьпро инвалидностьи стать нормальнымилюдьми - развеэто не в высшейстепени негуманно?

г) а былали Долли?

Клонированнаяовца Долли

Оппонентыутверждают,что авторыотчета не сумелидоказать, чтоДолли и ее "мать"обладают одинаковойгенетическойструктурой.А без этогоневозможноустановить,действительноли Долли являетсяклоном взрослогоживотного. Встане скептиковоказался инобелевскийлауреат профессорУолтер Гилбертиз ГарвардскогоуниверситетаСША. Его сомненияосновываютсяна том, что клетки,которые использовалисьдля созданияДолли, быливзяты у овцы,умершей за 3года до ее рождения.Клетки былизамороженыдля другихцелей, поэтомуневозможнонапрямую сравнитьнаследственныйматериал Доллис ее живым клоном.

ПрофессорНортон Зиндер,специалиств областимолекулярнойгенетики изуниверситетаРокфеллерав Нью-Йорке, неисключает, чтородительницейзнаменитойовцы стала"заблудившаяся"клетка зародыша.Известны случаи,когда эмбриональныеклетки попадалив кровь беременныхживотных."КлонированиеДолли былоединственнойудачей из 400попыток. Этоанекдот, а нерезультат. Вовремя экспериментамогли произойтилюбые вообразимыеи невообразимыеошибки", - утверждаетЗиндер.

Высказываютсомнения иболее основательные.Хотя каждаяотдельнаяклетка несетв себе полнуюнаследственнуюинформациюо нем, большинствогенов быстро"отключается".Клетки специализируются,так что, например,из клетки печенине сможет получитьсяклетка мозга.

ДоказательствопроисхожденияДолли, считают,профессор КлаусРаевски, директорИнститутагенетики Кельнскогоуниверситета,и его коллегаВернер Мюллер,не обладаетстопроцентнойгенетическойдостоверностью.Нельзя исключитьи путаницу сисходнымиклетками. Вцелом, шотландскиесоздатели Доллив течение несколькихмесяцев проделали834 опыта по клонированию,используя триразличных типаклеток, размерыкоторых составляютвсего несколькотысячных долеймиллиметра.Возможно и"загрязнение"клеток вымени.В чашке Петри,очевидно, моглиплавать и другиевещества, чтопризнает дажесам "автор"Долли Ян Уилмут.Сомнения моглабы устранитьтолько втораяДолли, то естьуспешное повторениешотландскогоэксперимента.

3. Геннаяинженерия

а) введение

Чтотакое генетическаяинженерия?Генетическаяинженерия - этораздел молекулярнойгенетики, связанныйс целенаправленнымсозданием новыхкомбинацийгенетическогоматериала.Основа прикладнойгенетическойинженерии -теория гена.Созданныйгенетическийматериал способенразмножатьсяв клетке-хозяинеи синтезироватьконечные продуктыобмена.

Изистории генетическойинженерии.Генетическаяинженериявозникла в 1972году, в Станфордскомуниверситете,в США. ТогдалабораторияП. Берга получилапервую рекомбинатную(гибридную) ДНКили (рекДНК).Она соединялав себе фрагментыДНК фага лямбда,кишечной палочкии обезьяньеговируса SV40.

Геннаяинженерия - направлениеисследованийв молекулярнойбиологии игенетике, конечнойцелью которыхявляется получениес помощьюлабораторныхприемов организмовс новыми, в томчисле и невстречающимисяв природе,комбинацияминаследственныхсвойств. В основегенной инженериилежит обусловленнаяпоследнимидостижениямимолекулярнойбиологии игенетики возможностьцеленаправленногоманипулированияс фрагментаминуклеиновыхкислот. К этимдостижениямследует отнестиустановлениеуниверсальностигенетическогокода, то естьфакта, что увсех живыхорганизмоввключение однихи тех же аминокислотв белковуюмолекулу кодируютсяодними и темиже последовательностяминуклеотидовв цепи ДНК ; успехигенетическойэнзимологии,предоставившейв распоряжениеисследователянабор ферментов,позволяющихполучить визолированномвиде отдельныегены или фрагментынуклеиновойкислоты, осуществлятьin vitro синтез фрагментовнуклеиновыхкислот, объединитьв единое целоеполученныефрагменты.Таким образом,изменениенаследственныхсвойств организмас помощью геннойинженериисводится кконструированиюиз различныхфрагментовнового генетическогоматериала,введение этогоматериала врецепиентныйорганизм, созданияусловий дляего функционированияи стабильногонаследования.

б) строениерекомбинатной ДНК

ГибриднаяДНК имеет видкольца. Онасодержит ген(или гены) и вектор.Вектор - этофрагмент ДНК,обеспечивающийразмножениегибридной ДНКи синтез конечныхпродуктовдеятельностигенетическойсистемы - белков.Большая частьвекторов полученана основе фагалямбда, из плазмид,вирусов SV40, полиомы,дрожжей и др.бактерий. Синтезбелков происходитклетке-хозяине.Наиболее частов качествеклетки-хозяинаиспользуюткишечную палочку,однако применяюти др. бактерии,дрожжи, животныеили растительныеклетки. Системавектор-хозяинне может бытьпроизвольной:вектор подгоняетсяк клетке-хозяину.Выбор векторазависит отвидовой специфичностии целей исследования.Ключевое значениев конструированиигибридной ДНКнесут два фермента.Первый - рестриктаза- рассекаетмолекулу ДНКна фрагментыпо строгоопределеннымместам. И второй- ДНК-лигазы -сшивают фрагментыДНК в единоецелое. Толькопосле выделениятаких ферментовсозданиеискусственныхгенетическихструктур сталотехническивыполнимойзадачей.

в) этапыгенного синтеза.

Гены,подлежащиеклонированию,могут бытьполучены всоставе фрагментовпутем механическогоили рестриктазногодроблениятотальной ДНК.Но структурныегены, как правило,приходитсялибо синтезироватьхимико-биологическимпутем, либополучать в видеДНК-копииинформационныхРНК, соответствующихизбранномугену. Структурныегены содержаттолько кодированнуюзапись конечногопродукта (белка,РНК), и полностьюлишены регуляторныхучастков. Ипоэтому неспособныфункционироватьв клетке-хозяине.

При получениирекДНК образуетсячаще всегонесколькоструктур, изкоторых толькоодна являетсянужной. Поэтомуобязательныйэтап составляетселекция имолекулярноеклонированиерекДНК, введеннойпутем трансформациив клетку-хозяина.Существует3 пути селекциирекДНК: генетический,иммунохимическийи гибризационныйс мечеными ДНКи РНК.

г) практическиерезультатыгенной инженерии.

В результатеинтенсивногоразвития методовгенетическойинженерииполучены клонымножества геноврибосомальной,транспортнойи 5S РНК, гистонов,глобина мыши,кролика, человека,коллагена,овальбумина,инсулина человекаи др. пептидныхгормонов, интерфероначеловека ипрочее. Этопозволилосоздаватьштаммы бактерий,производящихмногие биологическиактивные вещества,используемыев медицине,сельском хозяйствеи микробиологическойпромышленности.

На основегенетическойинженериивозникла отрасльфармацевтическойпромышленности,названная“индустриейДНК”. Это однаиз современныхветвей биотехнологии.

Для лечебногоприменениядопущен инсулинчеловека (хумулин),полученныйпосредствомрек ДНК. Крометого, на основемногочисленныхмутантов поотдельнымгенам, получаемыхпри их изучении,созданы высокоэффективныетест-системыдля выявлениягенетическойактивностифакторов среды,в том числе длявыявленияканцерогенныхсоединений. Генная инженерияможет дать внеограниченномколичествегормоны и другиебелки человека,необходимыедля лечениягенетическихболезней (например,инсулин, гормонроста и др.). Усилиягенной инженериинаправленына получениебактерий свысокоактивнойнитрогеназой,способных вбольших количествахсвязывать инакапливатьазот. Еще болееинтересныпопытки биологоввключить геннитрогеназыв растительнуюклетку. В геннойинженериибактериофагииспользуютсядля переносагенетическогоматериала, т.е. В качествевекторов. Задачагенной инженерии– активная ицеленаправленнаяперестройкагенов живыхсуществ и ихконструирование,т.е. управлениенаследственностью.Разработаныметоды, позволяющиевыращиватьорганизмы изотдельныхклеток и тканей.Благодарягенетическойинженерии ислиянию клетоктеперь становитсявозможнымпроизводитьбиотехнологическимметодом впромышленныхмасштабахсинтезируемыеживыми организмамив ничтожныхколичествах.Это как ужеговорилосьинтерферон,гормон ростачеловека илинекоторыеантитела. Такген для гормонароста переносятв бактериютаким образом,чтобы она быласпособна производитьего. Генетикаспособствуетизучениюзакономерностейразвития организмачеловека ипоявление егонаследственныхособенностейв том числеиндивидуальных,творческих,физическихи интеллектуальныхособенностей.Очевидна рольгенетики и визучениинаследственныхболезней человекаи способов ихпрофилактики,лечения, а также путем предотвращениявредного воздействияна наследственностьфизическихи химическихфакторов окружающейсреды. Генноинженерныеметоды наиболееперспективныв сельскомхозяйстве,особенно врастениеводстве.Растения оченьудобный объектдля генныхинженеров.

д) теоретическоезначение генетическойинженерии.

За короткийсрок геннаяинженерияоказала огромноевлияние наразвитиемолекулярно-генетическихметодов и позволиласущественнопродвинутьсяпо пути познаниястроения ифункционированиягенетическогоаппарата.

е) возможностигенной инженерии

Значительныйпрогресс достигнутв практическойобласти созданияновых продуктовдля медицинскойпромышленностии лечения болезнейчеловека

В настоящеевремя фармацевтическаяпромышленностьзавоевалалидирующиепозиции в мире,что нашло отражениене только вобъёмах промышленногопроизводства,но и в финансовыхсредствах,вкладываемыхв эту промышленность(по оценкамэкономистов,она вошла влидирующуюгруппу по объёмукупли-продажиакций на рынкахценных бумаг).Важной новинкойстало и то, чтофармацевтическиекомпании включилив свою сферувыведение новыхсортов сельскохозяйственныхрастений иживотных, итратят на этодесятки миллионовдолларов в год,они же мобилизироваливыпуск химическихвеществ длябыта. Добавокк продукциистроительнойиндустрии итак далее. Ужене десяткитысяч, а возможно,несколько соттысяч высококвалифицированныхспециалистовзаняты в исследовательскихи промышленныхсекторахфарминдустрии,иименно в этихобластях интереск геномным игенно-инженернымисследованиямисключительновысок. Очевиднопоэтому любойпрогрессбиотехнологийрастений будетзависеть отразработкигенетическихсистем и инструментов,которые позволятболее эффективноуправлятьтрансгенами.Для чистоговырезаниятрансгенногоДНК в растительныйгеном, всё большеприменяютзаимствованныеиз микробнойгенетики системыгомологичнойрекомбинации,такие как системыCre-loxи Flp-frt.Будущее, очевидно,будет за управляемымпереносом геновот сорта к сорту,основанногона применениипредварительноподготовленногорастительногоматериала,который ужесодержит внужных хромосомахучастки гомологии,необходимогодля гомологичноговстраиваниятрангена. Помимоинтегративныхсистем экспрессии,будут опробованыавтономнореплицирующиесявекторы.осбыйинтерес представляютискуственныехромосомырастений, которыетеоретическине накладываютникаких ограниченийна объём вносимойтеоретическойинформации.

Кромеэтого учёныезанимаютсяпоиском генов,кодирующихновые полезныепризнаки. Ситуацияв этой областименяется радикальнымобразом, преждевсего, существованиюпубличных базданных, которыесодержат информациюо большинствегенов, бактерий,дрожжей, человекаи растений, атакже в следствииразработкиметодов, позволяющиходновременноанализироватьэкспрессиюбольшого количествагенов с оченьвысокой пропускнойспособностью.Применяемыена практикеметоды можноразделить надве категории:

Методы,позволяющиевести экспрессионноепрофилирование:субстракционнаягибридизация,электронноесравнениеEST-библиотек,«генные чипы»и так далее.Они позволяютустанавливатькорреляциюмежду тем илииным фенотипическимпризнаком иактивностьюконкретныхгенов.

Позиционноеклонирование,заключаетсяв создании засчет инсерционногомутагенезамутантов снарушениямив интересующемнас признакеили свойстве,с последующимклонированиемсоответствующегогена как такового,который заведомосодержит известнуюпоследовательность(инсерция).

Вышеназванныеметоды непредполагаютни каких изначальныхсведений огенах, контролирующихтот или инойпризнак. Отсутствиерациональногокомпонентав данном случаеявляетсяположительнымобстоятельством,посколькунеограниченнашими сегодняшнимипредставлениямио природе игенном контролеконкретногоинтересующегонас признака.

Кромевсего этогогруппа ученых,таких как МаркАдам (ведущийсотрудникинститутагеномных исследованийв штате Мэриленд– США, частнойисследовательскойкомпании,занимающейсяисключительнойработой в областикартированиягенов), КрэйкВентер (директорэтого института)и соавторами,разрабатываетсяпроект «Геномчеловека». Цельэтого проектазаключаетсяв выяснениипоследовательностиоснований вовсех молекулахДНК в клеткахчеловека.Одновременнодолжна бытьустановленалокализациявсех генов, чтопомогло бывыяснить причинумногих наследственныхзаболеванийи этим открытьпути к их лечению.Что бы последовательноприближатьсяк решению проблемыкартированиегенов человека,было сформулированопять основныхцелей:

Завершитьсоставлениедетальнойгенетическойкарты, на которойбыли бы помеченыгены, отстоящиедруг от другана расстояниине превышающемв среднем 2 млн.оснований (1млн. основанийпринято называтьмегобазой);

составитьфизическиекарты каждойхромосомы(разрешение0.1 Мб);

получитькарту всегогенома в видеохарактеризованныхклонов (5 тыс.оснований вклоне или 5 Кб);

завершитьк 2004 году полноесеквенированиеДНК (разрешениеодного основание);

нанестина полностьюзавершеннуюсеквенсовуюкарту все генычеловека (к2005 году).

Ожидалось,что, когда всеуказанные целибудут постигнуты,исследователиопределят всефункции генови разработаютметоды биологическогои медицинскогопримененияполученныхданных.

Рассмотревтемпы ускоренияработы в рамкахпроекта «Геномчеловека»,руководителиэтого проектаобъявили 23 октября1998г., что программабудет полностьюзавершенагораздо раньше,чем планировалось,и сформулировали«Новые задачипроекта «Геномчеловека»:

полностьюзавершить вдекабре 1998 годаработу посеквенированиегенома «Круглогочервя» c.elegans(это было сделанов срок);

закончитьпредварительныйанализ последовательностиДНК человекак 2001 году, а полнуюпоследовательностьк 2003 году;

картироватьк 2002 году геномплодовой мухи;

начатьсеквенированиегенома мышис использованиемметодов ДНКискусственныххромосом дрожжей(завершить этотпроект к 2005 году).

Помимоэтих целей,официальновключен вподдерживаемыйправительствомСША и рядомдругих правительствпроект, некоторыеисследовательскиецентры объявилио задачах, которыебудут решатьсяв основном засчет частныхфондов и пожертвователей.Так, ученыекалифорнийскогоуниверситета(Беркли), Орегонскогоуниверситетаи Раковогоисследовательскогоцентра имениФрейда Хатчинсонаначали программу«Геном собаки».

Международноеобществосеквенированиев феврале 1996 годаприняло решениео том, что любаяпоследовательностьнуклиотидовразмером 1-2 Кбдолжна бытьобнародованав течение 24 часовпосле ее установления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Биотехнологияв медицине

Вмедицинебиотехнологическиеприемы и методыиграют ведущуюроль при созданииновых биологическиактивных веществи лекарственныхпрепаратов,предназначенныхдля раннейдиагностикии лечения различныхзаболеваний.Антибиотики— самый большойкласс фармацевтическихсоединений,получениекоторых осуществляетсяс помощьюмикробиологическогосинтеза. Созданыгенноинженерныештаммы кишечнойпалочки, дрожжей,культивируемыхклеток млекопитающихи насекомых,используемыедля полученияростовогогормона, инсулинаи интерфероначеловека, различныхферментов ипротивовирусныхвакцин. Изменяянуклеотиднуюпоследовательностьв генах, кодирующихсоответствующиебелки, оптимизируютструктуруферментов,гормонов иантигенов (такназ. белковаяинженерия).Важнейшимоткрытиемявилась разработаннаяв 1975 Г. Келероми С. Мильштейномтехника использованиягибридом дляполучениямоноклональныхантител желаемойспецифичности.Моноклональныеантитела используюткак уникальныереагенты, длядиагностикии лечения различныхзаболеваний.

Биотехнологияв сельскомхозяйстве

Вкладбиотехнологиив сельскохозяйственноепроизводствозаключаетсяв облегчениитрадиционныхметодов селекциирастений иживотных иразработкеновых технологий,позволяющихповыситьэффективностьсельскогохозяйства. Вомногих странахметодами генетическойи клеточнойинженериисозданы высокопродуктивныеи устойчивыек вредителям,болезням, гербицидамсорта сельскохозяйственныхрастений. Разработанатехника оздоровлениярастений отнакопленныхинфекций, чтоособенно важнодля вегетативноразмножаемыхкультур (картофельи др.). Как однаиз важнейшихпроблем биотехнологииво всем мирешироко исследуетсявозможностьуправленияпроцессомазотфиксации,в том числевозможностьвведения геновазотфиксациив геном полезныхрастений, атакже процессомфотосинтеза.Ведутся исследованияпо улучшениюаминокислотногосостава растительныхбелков. Разрабатываютсяновые регуляторыроста растений,микробиологическиесредства защитырастений отболезней ивредителей,бактериальныеудобрения.Генноинженерныевакцины, сыворотки,моноклональныеантитела используютдля профилактики,диагностикии терапии основныхболезнейсельскохозяйственныхживотных. Всоздании болееэффективныхтехнологийплеменногодела применяютгенноинженерныйгормон роста,а также техникутрансплантациии микроманипуляцийна эмбрионахдомашних животных.Для повышенияпродуктивностиживотных используюткормовой белок,полученныймикробиологическимсинтезом.

Биотехнологияв производстве

Биотехнологическиепроцессы сиспользованиеммикроорганизмови ферментовуже на современномтехническомуровне широкоприменяют впищевой промышленности.Промышленноевыращиваниемикроорганизмов,растительныхи животныхклеток используютдля получениямногих ценныхсоединений— ферментов,гормонов,аминокислот,витаминов,антибиотиков,метанола,органическихкислот (уксусной,лимонной, молочной)и т. д. С помощьюмикроорганизмовпроводятбиотрансформациюодних органическихсоединенийв другие (например,сорбита вофруктозу). Широкоеприменениев различныхпроизводствахполучилииммобилизованныеферменты. Длявыделениябиологическиактивных веществиз сложныхсмесей используютмоноклональныеантитела. А. С.Спириным в1985-88 разработаныпринципыбесклеточногосинтеза белка,когда вместоклеток применяютсяспециальныебиореакторы,содержащиенеобходимыйнабор очищенныхклеточныхкомпонентов.Этот методпозволяетполучать разныетипы белкови может бытьэффективнымв производстве.Многие промышленныетехнологиизаменяютсятехнологиями,использующимиферменты имикроорганизмы.Таковы биотехнологическиеметоды переработкисельскохозяйственных,промышленныхи бытовых отходов,очистки ииспользованиясточных воддля получениябиогаза и удобрений.В ряде странс помощьюмикроорганизмовполучают этиловыйспирт, которыйиспользуюткак горючеедля автомобилей(в Бразилии,где топливныйспирт широкоприменяется,его получаютиз сахарноготростника идругих растений).На способностиразличныхбактерий переводитьметаллы в растворимыесоединенияили накапливатьих в себе основаноизвлечениемногих металловиз бедных рудили сточныхвод.

***

Дальнейшийпрогресс человечестваво многом связанс развитиембиотехнологии.Вместе с темнеобходимоучитывать, чтонеконтролируемоераспространениегенноинженерныхживых организмови продуктовможет нарушитьбиологическийбаланс в природеи представлятьугрозу здоровьючеловека.

СПИСОКИСПОЛЬЗУЕМОЙЛИТЕРАТУРЫ

1. Н.П. Дубинин– «Очерки огенетике»

2. Н.С. Егоров,А.В. Олескин –Биотехнология:Проблемы иперспективы

3. Н. Гингерц,Р. Сэвидж –«Гибридныеклетки»

4. Ю.Ю. Глеба,К.М. Сытник –«Клеточнаяинженерия»

5. Энциклопедия«Биология»

6. Н. Грин,У. Стаут – «Биология»

7. Т. Маниатис- «Методы генетическойинженерии»

8. Биологическийэнциклопедическийсловарь

9. Справочник«Биология длястудента»

10. М.Е. Аспиз– «Энциклопедическийсловарь юногобиолога»

11. А.В. Акуличева,А.С. Гинзбург– «Генетикаи наследственность»

12. М.Е. Лобашев,К.В. Ватти –«Генетика сосновами селекции»

13. Н.А. Ленец– «Пособие побиологии дляпоступающихв вузы»

РЕЦЕНЗИЯ

Урожайностьовощей на основеклеточныхтехнологий

(посельским хозяйствамХабаровскогорайона)

23

Муниципальноеобщеобразовательноеучреждение– средняя

общеобразовательнаяшкола № 1 с. Некрасовка

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙРЕФЕРАТ

ПОБИОЛОГИИ

Выполнил:Ученик 11 класса«А»

ЛАГОЙКОЕВГЕНИЙ

Проверила:БУКРЕЕВАА. А.

2001 год