Генетическая инженерия, ее задачи, методы, возможности. Значение генетической инженерии в решении продовольственных проблем, лечении наследственных заболеваний

Молекулярные основы наследственности. Строение гена у про- и эукариот. Функционально-генетическая классификация генов.

Структура молекулы ДНК была расшифрована в 1953г Уотсон Крик. Это две спирально закрученные, анти параллельные, на против 3’ одной цепи располагается 5’ другой цепи. Мономеры – нуклеотиды. Они соединены в цепочку благодаря фосфорнодиэфирным св, м/у дезоксирибозой 1го нуклеотида и остатком фосфорной к-ты. Азотистые основания присоед-ются к дезоксирибозе и образуют радикалы. М/у азотистыми основаниями устанавливаются «Н» св.

Строение гена у прокариот и эукариот.

1) Прокариоты. Ядро отсутствует и ДНК располагается свободно в цитоплазме. ДНК имеет слабое взаимодействие при чем только с негистоновыми белками. Обнаружены структурные единицы, близкие к нуклеосомам, но очень лабильные. ДНК двухцепочечное(дуплекс), но кольцевая называется генофор. Содержит 10 в 6 пар нуклеотидов. Большую часть ДНК составляют последовательности, соответствующие структурным генам. Избыточной ДНК нет (95% состоит из генов и только 5% элементы для регуляции. Репликация ДНК идет полуконсервативно. Имеется один репликон. Единица транскрипции – оперон. Одно звено метаболизма определяется групповой структурой генов.

2) Эукариоты. Ядро имеется и большая часть ДНК распологается в хромосомах. Небольшая часть ДНК располагается в цитоплазме (митохондрии, пластиды). ДНК распролагается в ядре, взаимодействует с гистоновыми белками (90% ДНК) в постоянных нуклеосомах и негистоновыми белками при упаковке ДНК. ДНК ядра – дуплекс спираль. У митохондрий – дуплекс кольцо. Например, у человека 3*10 в 9 пар нуклеотидов. Большую часть ДНК составляет последовательность соответствующая регуляторным генам. Геном избыточный (у человека 56% генов-кодирующие участки, остальные – неинформативные (нитроны). Репликация ДНК тоже полуконсервативная. Единица транскрипции – транскриптон. Одно звено метаболизма определяется одним структурным геном.

Функционально-генетическая классификация. Выделяют 2 группы генов:

1) Структурные (работающие гены; первичным продуктом их жизнедеятельности является иРНК)

2) Функциональные:

А) модуляторы (корректоры) (чаще всего эти гены ослабляют неблагоприятные действия структурных генов)

-ингибиторы (супрессоры; эпистотические)

-интенсификаторы(повышают частоту мутаций)

-модификаторы (плейотропные)

Б) гены-регуляторы (эти гены координируют активность структурных генов (контролируют время их проявления))

29. Экспрессия генов в процессе биосинтеза белка. Регуляция экспрессии генов у про- и эукариот. Гипотеза «один ген – один фермент», ее современная трактовка.

Реализация наслед-ной инф-ии, заключенной в генотипе организма, - это сложный процесс, требующий тонкой регуляции для того, чтобы в кл разной тканевой принадлежности в опред-ное время в процессе развития орг-ма обеспечить синтез специф-их белков в необход. кол-ве.

Основная масса генов, активно функционирующих в большинстве клеток организма на протяжении онтогенеза, - это гены, обеспечивающие синтез белков общего значения, тРНК и рРНК. Транскрибирование этих генов обеспечивается соединением РНК-полимеразы с их промоторами. Такие гены называются конститутивными. Другая группа генов, детерминирующих синтез специфических продуктов, в своем функционировании зависит от различных регулирующих факторов - регулируемые гены. Их активное функционирование, скорость и продолжительность транскрипции регулируются путем стимуляции или запрещения соединения РНК-полимеразы с промоторной областью гена.

Регуляция экспрессии генов у прокариот: гипотеза оперона была предложена в 1961г. на примере лактозного оперона. Группа генов, расположенных в ДНК, управляется одним геном-опероном, образую оперон. В цитоплазме проходит стадия 7-9, на рибосомах 7-8. оперон работает по принципу обратной связи.

1-промотор, 2-инициатор, 3-оператор, 4-структурные гены, 5-терминатор, 6-ген-регулятор, 7-информационный репрессор, выключающий оператор, 8-фермент, 9-индуктор.

В состав оперона входят 1,2- место первичного прикрепления РНК-полимераза, 3-вкл и выкл структурные гены, для считывания информации.

Оперон – участок ДНК, на котором считывается иРНК, определяет синтез белка-фермента, ген-регулятор – содержит информацию для синтеза. 7 – блокирует 3, вступая с ним в химическое соединение информация не считывается, оперон не работает. Чтобы оперон заработал 7 должен быть связан с 9. Когда последние молекулы индуктора будут разрушены, освобождается репрессор, блокируется оператор (3).

Регуляция экспрессии генов у эукариот: гипотеза транскриптона – 1972г. Г.Георгиев. В клетке прокариота наследственный материал биосинтеза белка пространственно не разобщены, транскрипция и трансляция происходят почти одновременно. У эукариот 2 этапа, часть процесса проходит в ядре, часть – в цитоплазме и во времени их разделяют процессы созревания иРНК, из которой должны быть удалены некодирующие последовательности. Транскриптон – ед-ца транскрипции, состоящей из неинформационной и инф-ой зоны. 7-9 – в цитоплазме, 1-6 – в ядре.

Генетическая инженерия – направление молекулярной биологии и генетики, занимается направленным изменением биол-кой инф-ии клеток или организмов для получения живых существ с заданными фенотипическими характеристиками. Задачи генетической инженерии разнообразны, что объясняет разные уровни ее применения – организменный, клеточный, генный.

Представление об организменном уровне применения генетической инженерии дает пример аллофенных животных. Тела их состоят из генотипически разных тканей, развившихся из клеток неск-их родителей, искусственно объединенных в данном потомке. На кл-ом уровне применения – путем соматической гибридизации получают гибриды, совмещающие в 1ой кл генотипы орг-мов разных биол-ких видов. На генном уровне – объединяет в себе методы получения отд-ых генов и введения их в геном др орг-мов с целью изменить фенотип последних.

Селекционеры путем пересадки генов азобактерий пытаются получить растения, фиксирующие азот из воздуха. Некоторые перспективы открываются в области медицины. Введение в организм соответствующих генов при дефектности собственных устранит наследственно обусловленные нарушения обмена веществ.

Генная инженерия служит мощным орудием изменения наследственности живых организмов на благо человека. Но безответственность в исследованиях такого рода таит опасность глобальной катастрофы в связи с появлением патогенных свойству микроорганизмов, в обычных условиях безвредных для человека.

Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология,, микробиология, вирусология. 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.

Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований. 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. Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьёзными трудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале Nature появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусных векторов для исцеления взрослого самца обезьяны от дальтонизма. В этом же году дал потомство первый генетически модифицированный примат (выращенный из модифицированной яйцеклетки) — игрунка обыкновенная. 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. Однако возможность внесения более значительных изменений в геном человека сталкивается с рядом серьёзных этических проблем.

Дата добавления: 2015-04-24