Реферат: Генная инженерия
Содержание
Введение
1 Генная инженерия
1.1 История генной инженерии
1.2 Среда и наследственность
1.3 О влиянии генов на человека
Заключение
Список литературы
Введение
Важнойсоставной частью биотехнологии является генетическая инженерия. Родившись вначале 70-х годов, она добилась сегодня больших успехов. Методы геннойинженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в«фабрики» для масштабного производства любого белка. Это даетвозможность детально анализировать структуру и функции белков и использовать ихв качестве лекарственных средств.
Генетическаяинженерия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получениярекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществленияманипуляций с генами и введения их в другие организмы.
Генетическаяинженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии,используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточнаябиология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.
Наследственность –присущее всем организмам свойство сохранять и передавать потомству характерныедля них признаки, особенности строения, функционирования и индивидуальногоразвития.
Все дело в генах, с завистью говорим мы, объясняя чей-тоблестящий талант: «У них в роду все такие способные!» Все дело в генах, сгоречью говорим мы, видя, как человек страдает от наследственного недуга: «Уних на роду написано болеть!»
Век биологии – век новых сражений за истину.
Одни и те же вопросы, задаваемые уже не первый год, сближаютдушу и тело и тут же непоправимо разделяют их. Неужели гены полностью иизначально программируют нашу жизнь? Неужели мы не способны измениться вообще?Или же наше поведение можно объяснить влиянием внешней среды, умением чему-тоучиться? Итак, может ли человек развиваться, или все предопределено от века?
На протяжении всего XX столетия ученые по-разному отвечалина эти важнейшие вопросы бытия.
За последние десятилетияученые с известной степенью вероятности установили в каких именно хромосомахнаходятся гены, мутация которых вызывает ту или иную болезнь. Однако замена«дефектных» генов на здоровые не только крайне сложна, но и не очень эффективна– одно и то жезаболевание бывает вызвано разными мутациями, из-за чего ход болезни часто неподдается прогнозированию.
Актуальность данной темыобусловлена тем, что за сто лет своего существования генетика добралась дочеловека, и теперь уже она его не оставит. Она нарисует его индивидуальныйгенетический портрет, даст ему в руки миниатюрный прибор, в котором будетсобрана вся его наследственная информация. Каждый получит предупреждение: вкаком возрасте болезнь Альцгеймера приступит к разрушению его памяти, наскольковелик для него риск заболеть раком или диабетом. Генетика порождает новуюмедицину – к этому и стремились сто лет назад ее основатели.
Целью данной работы является изучение генной инженерии.Исследование данной работы предопределило ряд задач:Рассмотреть историю генной инженерии.Проанализировать влияние генов на человека.В качестве теоретическойбазы были использованы работы Ж. Бейсона, А. Волкова и других авторов.
1.Генная инженерия1.1История генной инженерии
Геннаяинженерия появилась благодаря работам многих исследователей в разных отрасляхбиохимии и молекулярной генетики. На протяжении многих лет главным классом макромолекулсчитали белки. Существовало даже предположение, что гены имеют белковуюприроду. Лишь в 1944 году Эйвери, Мак Леод и Мак Карти показали, что носителемнаследственной информации является ДНК. С этого времени начинается интенсивноеизучение нуклеиновых кислот. Спустя десятилетие, в 1953 году Дж. Уотсон и Ф.Крик создали двуспиральную модель ДНК. Именно этот год принято считать годомрождения молекулярной биологии.
Нарубеже 50 — 60-х годов были выяснены свойства генетического кода, а к концу60-х годов его универсальность была подтверждена экспериментально. Шлоинтенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой стали ее вирусы иплазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных препаратовнеповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов. ДНК вирусов и плазмид вводили вклетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию и экспрессиюсоответствующих генов. В 70-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующихреакции превращения ДНК. Особая роль в развитии методов генной инженериипринадлежит рестриктазам и ДНК-лигазам.
Историюразвития генетической инженерии можно условно разделить на три этапа. Первыйэтап связан с доказательством принципиальной возможности получениярекомбинантных молекул ДНК in vitro. Эти работы касаются получения гибридовмежду различными плазмидами. Была доказана возможность создания рекомбинантныхмолекул с использованием исходных молекул ДНК из различных видов и штаммовбактерий, их жизнеспособность, стабильность и функционирование. Второй этапсвязан с началом работ по получению рекомбинантных молекул ДНК междухромосомными генами прокариот и различными плазмидами, доказательством ихстабильности и жизнеспособности.
Третийэтап — начало работ по включению в векторные молекулы ДНК (ДНК, используемые дляпереноса генов и способные встраиваться в генетический аппаратклетки-рецепиента) генов эукариот, главным образом, животных. Формально датойрождения генетической инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордскомуниверситете П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер с сотрудниками создали первуюрекомбинантную ДНК, содержавшую фрагменты ДНК вируса SV40, бактериофага и E.coli.
Генетическая инженерия — конструирование in vitroфункционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе — создание искусственных генетических программ (Баев А. А.). По Э. С. Пирузянгенетическая инженерия — система экспериментальных приемов, позволяющихконструировать лабораторным путем (в пробирке) искусственные генетическиеструктуры в виде так называемых рекомбинантных или гибридных молекул ДНК [12,с.62].
Генетическаяинженерия — получение новых комбинаций генетического материала путем проводимыхвне клетки манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот и переноса созданныхконструкций генов в живой организм, в результате которого достигается ихвключение и активность в этом организме и у его потомства. Речь идет онаправленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярныхгенетических систем вне организма с последующим введением их в живой организм. Приэтом рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппаратарецепиентного организма и сообщают ему новые уникальные генетические,биохимические, а затем и физиологические свойства.
Цельприкладной генетической инженерии заключается в конструировании такихрекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппаратпридавали бы организму свойства, полезные для человека. Например, получение«биологических реакторов» — микроорганизмов, растений и животных, продуцирующихфармакологически значимые для человека вещества, создание сортов растений ипород животных с определёнными ценными для человека признаками. Методы геннойинженерии позволяют провести генетическую паспортизацию, диагностироватьгенетические заболевания, создавать ДНК-вакцины, проводить генотерапиюразличных заболеваний.
Технологиярекомбинантных ДНК использует следующие методы:
· специфическоерасщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляциис отдельными генами;
· быстроесеквенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяетопределить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;
· конструированиерекомбинантной ДНК;
· гибридизациянуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНКили ДНК с большей точностью и чувствительностью, основанную на их способностисвязывать комплементарные последовательности нуклеиновых кислот;
· клонирование ДНК:амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введениефрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформациивоспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;
· введениерекомбинантной ДНК в клетки или организмы.
1.2 Среда и наследственность
Излечивая больного, предотвращая распространение инфекционныхзаболеваний, врач использует могучее влияние среды на живой организм. Лечить –это значит так изменить среду, чтобы эти изменения шли на пользу больному,помогая ему бороться с болезнью. В борьбе с инфекциями наука достиглапоразительных результатов. Лечение наследственных или врожденных заболеваний –дело гораздо более трудное. В случае врожденной болезни инфицирующийвозбудитель отсутствует. Нет врага, которого следует уничтожить. Излечимы линаследственные болезни, возможна ли их профилактика? Неужели действительно нетспособов воздействовать извне на наследственный недуг, снять с помощьюлекарства, диеты, лечебной гимнастики, хирургическим путем, наконец, симптомызаболевания?
Благодаря достижениям медицинской цитологии и биологическойхимии ученые начали понимать, в чем жезаключается разница междуздоровым организмом и организмом, отягощенным наследственной болезнью.Разработаны способы ранней диагностики многих наследственных заболеваний инайдены методы их лечения. По отношению к некоторым болезням открыласьвозможность предупредить рождение больных детей или предотвратить у нихразвитие болезни. Успех таился на стыке наук. Стена, отделяющая ученых-биологови врачей-практиков, рухнула. Этот процесс осуществляется одновременно во всеммире. Интерес к законам наследственности со стороны врачей значительно возрос.
Наследственно обусловленные болезни человека привлекают ксебе в настоящее время огромное внимание ученых всех стран. Создаютсяспециальные научные институты для их изучения, периодически созываются
съезды по медицинской генетике, издаются специальные журналы.Эта новая глава медицины развивается быстрым темпом. Современному человечествуудалось в какой-то мере справиться с рядом болезней, таких, как многие инфекции(туберкулез, оспа, тифы, сифилис, малярия и др.) или как многие хирургическиезаболевания, вследствие чего значительно увеличилась средняя продолжительностьжизни современных людей; в то же время в отношении наследственных болезней допоследнего времени почти ничего еще не было сделано. Понятен тот огромныйинтерес, который в настоящее время привлекают к себе эти заболевания [2, с.96].
Совершенствование методов биохимического исследованияпозволило выделить группу заболеваний почек, в развитии которых ведущую рольиграют наследственные факторы. Клинический диагноз этих заболеваний весьмазатруднен, т.к. по течению они напоминают нефритили пиелонефрит; ихпредложено называть нефритоподобными заболеваниями почек (нефропатиями). Важнаяроль при этом принадлежит тщательному изучению семейного анамнеза, составлениюи анализу родословной. Данные лабораторных исследований характеризуютсяотсутствием свойственных нефриту признаков – нет отеков или повышения кровяногодавления.
Успехи в ранней диагностике наследственных заболеваний обменавеществ в период, когда имеются лишь небольшие нарушения и заболевание еще непривело к необратимым морфологическим изменениям, способствуют разработке мерлечебного воздействия. Чаще всего это назначение диеты с исключением продуктов,содержащих вещества, которые не переносятся больным. С этой целью создаютсятакже специальные пищевые продукты. Современные достижения медицинской генетикипозволяют предупредить многие из болезней путем научно обоснованныхмероприятий. Эти вопросы решаются в медико-генетической консультации.
Генетическую основу своего здоровья нужно учитывать именнодля того, чтобы не болеть. Американские медики разработали тест под шуточнымназванием «Доживете ли до семидесяти?». Ученые собрали большой статистическийматериал и сделали выводы относительно влияния некоторых особенностей образажизни и наследственности человека на его долголетие. Оказалось, физический трудв отличие от умственного прибавляет несколько лет жизни. Спорт такжеувеличивает ее продолжительность. Установлено, что лица, занимающиеся спортом 5раз в неделю, живут на четыре года дольше; 2-3 раза в неделю – на два годадольше, чем те, кто игнорирует физические нагрузки или обращается к спорту лишьэпизодически. Как видим, занятия физической культурой благотворно влияют на человека,и людям, занятым умственным трудом, необходимо компенсировать ограничениедвигательной активности. Но вернемся к тесту. Длительный сон (свыше 10 часов всутки) отрицательно влияет на продолжительность жизни, сокращая ее на 4 года посравнению с 7-8-часовым сном, что также объясняется снижением двигательнойактивности, а значит, и ухудшением кровообращения. Тест показал, чтоагрессивные люди вспышками гнева укорачивают свой век, тогда как спокойные –продляют его благодаря собственной уравновешенности. Разница впродолжительности жизни этих двух категорий лиц составляет шесть лет. Напродолжительность жизни отрицательно влияют курение, употребление спиртного,наркотиков, избыточный вес, положительно влияет образование. Среднее удлиняетее на год, а высшее – на два. Образование развивает интеллект и культуру,которые влияют на всю организацию жизни человека.
Статистика свидетельствует, что долголетие бабушек и дедушек(срок жизни не менее 85 лет одного из них или не менее 80 – двух) повышаетшансы внуков на продолжительность жизни, превышающую среднестатистическую.Скоропостижная смерть одного из этих прародителей в возрасте до 50 лет отсосудистых или онкологических заболеваний говорит о необходимости профилактикиназванных болезней у их потомков. Сейчас стало модно рисовать генеалогическоедрево своей семьи. Вполне естественен интерес людей к своей родословной, ктому, чем занимались их прабабушки и прадедушки, участниками каких историческихсобытий они были, как жили. Полезно поинтересоваться и здоровьем родственниковстаршего поколения, так как предрасположенность ко многим заболеваниямпередается по наследству. Например, гипертония, диабет, рак. Другой пример:медики считают алкоголизм болезнью, предупреждая, что склонность кзлоупотреблению спиртным может наследоваться. Что это значит? Говоря бытовымязыком, человек быстрее втягивается в пьянство, быстрее спивается. Этообусловлено особенностями биохимических процессов в его организме. Однакопредрасположенность и предопределенность – понятия разные. Реализациягенетической программы зависит от целого комплекса условий. В рассматриваемомслучае она корректируется соответствующим образом жизни [7, с.46].
1.3 О влиянии генов на человека
Одни и те же вопросы, задаваемые уже не первый год, сближаютдушу и тело и тут же непоправимо разделяют их. Неужели гены полностью иизначально программируют нашу жизнь? Неужели мы не способны измениться вообще?Или же наше поведение можно объяснить влиянием внешней среды, умением чему-тоучиться? Итак, может ли человек развиваться, или все предопределено от века?
На протяжении всего XX столетия ученые по-разному отвечали на эти важнейшие вопросы бытия. Всамом начале века была популярна вульгарная теория наследственности. Вдвадцатые годы маятник качнулся в обратную сторону. Заговорили о теории«бихевиоризма». Внезапно первопричиной всему стала окружающая среда. Самого жечеловека, как утверждали поклонники «новоуча» (вот оно, «время перековки»!),можно научить буквально всему. Человек есть существо перевоспитываемое. Итак,из непокорного материала он прямо на глазах превращался в пластилин,поднесенный к перстам социальных и политических ваятелей. В конце семидесятыхгодов империя биологов нанесла ответный удар. Преемники «теориинаследственности» бросились в новую атаку. Они опирались на поразительныеоткрытия, сделанные генетиками.
Теперь битва велась уже за первооснову человека. Является лион марионеткой собственных генов? Может ли, например, «ген убийцы» определятьагрессивное поведение человека?
Поиски нематериального начала в человеческом естестве – души,духа, сознания, эго – вылились в череду беспрерывных поражений. Новые сведенияо нашей природе поступали одно за другим. В последние годы не проходило имесяца, чтобы не выявлялось: «Ген такой-то ответствен за то-то». Список казалсянеисчерпаемым. Среди десятков других «управделами» отрекомендовались генавантюризма, ген обжорства, ген верности, ген робости, ген алкоголизма. Дажерелигиозность, политические воззрения или социальная позиция якобы передавалисьпо наследству. Со времен иронических пассажей Джонатана Свифта мир не казалсятаким предопределенным, как это явствовало из откровений генетиков.
«За несколько дней до сотворения мира, – говорил он, –определено было, чтобы мой нос и этот столб столкнулись, и поэтому провидениесочло нужным послать нас в мир одновременно и сделать соотечественниками исогражданами. Если бы глаза мои были открыты, то, по всей вероятности, делокончилось бы гораздо хуже. Разве не оступаются ежедневно люди, несмотря на всюсвою предусмотрительность?» («Сказка бочки», пер. А. Франковского). Ретивыегенетики, пожалуй, подправили бы Свифта, сказав, что движением носа, чтошмякнулся о столб, конечно же, руководил «дефектный ген», мешавший индивидудержать нос по ветру и, наоборот, впутывавший его в разные неприглядные истории[3, с.62].
Впрочем, все вышеназванные открытия были сравнительнобезобидными, хотя и сейчас еще немало политических тиранов будут рады истребитьсвоих генетически неисправимых противников как тупиковую эволюционную ветвь,преграждающую дорогу в светлое будущее.
Между тем человек становился все «прозрачнее». Ученыезаявили, что такие наклонности человека, как агрессивность или гомосексуализм,тоже коренятся в наших генах. Подобные открытия провоцировали следующий вывод: генагрессивности управляет поведением человека, в то время как его обладатель ненесет никакой ответственности за совершенные им деяния. «Несчастного хозяинагена» – возьмем самый крайний случай – нельзя даже осудить за убийство. Ген,знаете ли, попутал. Под выстрелами биологов падает бездыханное телоюриспруденции. Оппоненты говорят обратное: мы всегда имеем дело не только сразличными генетическими факторами, но и с окружающим нас миром.
Понятие «окружающий мир» имеет мало общего с привычнымтермином «среда». Как считают генетики, «окружающий мир» не является чем-тонеизбежно-императивным для человека, чем-то вроде клетки, в которую заточенбедняга, «имевший несчастие родиться». Нет, человек сам выбирает, выискиваетсебе свою среду (даже в темном царстве ребенок может плениться лучиком света),воздействует на среду и, в свою очередь, ею же, своей избранницей,переделывается – таким образом, человек и окружающая его среда находятся, таксказать, в «диалоговом режиме»: «Она его заела, он ее достал».
У всех нас есть определенные качества, которые нам не избыть.Можем ли мы повлиять на это или нет – об этом мы узнаем, лишь попытавшись этосделать. Никогда не удастся предсказать, насколько человек способен преступитьсвои генетические задатки. Что же до точного поведения, то новооткрытые геныстали давать слабину.
Пресловутый «ген агрессивности» разделил участь большинствадругих генов, якобы предопределявших поведение человека. Встречали ихфанфарами, провожали короткой усмешкой. Их всемогущая власть опровергаласьболее тщательными научными изысканиями, и неудавшиеся диктаторы человеческойсути бесславно покидали «поле битвы за человека». Отныне «биологическимбонапартам» оставалось лишь будоражить умы менее сведущие, витать средизастольных бесед обывателей, равно взволнованных и экстрасенсами, и«экстрагенами», превращать вульгарную болтовню в подобие научных сентенций,которые можно поверить даже «точным бухгалтерским расчетом».
То же случилось и с геном гомосексуализма. Вопрекиустремлениям и уверениям ученым не удалось отыскать ген, заставляющий мужчинупредпочитать особей своего пола «всем красавицам Шираза». Гены определяютмногое, но не все! [5, с.44].
Нет и не будет найдено никаких особенных генов, отвечающих,например, за интеллект. Исследования показали, что новорожденные дети малоразличаются по своему интеллекту. Все довершает воспитание, заботливое илинебрежное. Дети – при своих-то врожденных способностях – чаще всего бываютименно «запущены» родителями и близкими. Или же они сами «запускают» себя, ленясь,зарывая свой талант, не развивая свои способности. Если б отвергнутый намиодиозный политик проповедовал в своей жизни только одно: «Учиться, учиться иучиться!», цены бы этому лапушке не было. Да и нам тоже, если б мы одного этогозавета и слушались.
Гены решают многое, но не все. Мы уступаем им нашуконституцию, но то, что восстает против всеобщего закона – дух, – становитсядостоянием нашего знания, нашей воли. Да, мы часто идем на поводу у генов. Мынаследуем цвет глаз и окраску волос, форму носа и оттенок кожи. Мы наследуеммногие недуги. Все, с чем мы приходим в жизнь, впрямь заложено в наших генах.Они – инструкция нашей конструкции. (Если точно говорить: наследственностьопределяет норму реакции, норму изменчивости.) Именно они определяют строениеферментов и протеинов, жизненно важных для работы всех клеток нашего организма.И все же, если в генах нет какого-то уж очень серьезного изъяна, любые ихвариации можно как-то компенсировать путем влияния, воздействия окружающих,подражания им.
Заключение
Проделаннаяработа позволяет сделать вывод о том, что на технологии рекомбинантных ДНКосновано получение высокоспецифичных ДНК-зондов, с помощью которых изучаютэкспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены,обладающие родственными функциями (например, у человека и курицы). ДНК-зондытакже используются в диагностике различных заболеваний. Технологиярекомбинантных ДНК сделала возможным нетрадиционный подход«белок-ген», получивший название «обратная генетика». Притаком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этого белка, модифицируютего, создавая мутантный ген, кодирующий измененную форму белка. Полученный генвводят в клетку. Если он экспрессируется, несущая его клетка и ее потомки будутсинтезировать измененный белок. Таким образом, можно исправлять дефектные геныи лечить наследственные заболевания.
Генетическаятрансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковыхпродуктов как в регуляции активности других генов, так и при различных патологическихпроцессах. С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивыхк вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человекапризнаками. Сейчас, даже трудно предсказать все возможности, которые будутреализованы в ближайшие несколько десятков лет.
Вприменении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечениянаследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница междулечением самого пациента и изменением генома его потомков.
Хотя ив небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы датьшанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этогоиспользуют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотипот одного отца и двух матерей.
Припомощи генной инженерии можно получать потомков с улучшенной внешностью,умственными и физическими способностями, характером и поведением. С помощью генотерапиив будущем возможно улучшение генома и нынеживущих людей. В принципе можносоздавать и более серьёзные изменения, но на пути подобных преобразованийчеловечеству необходимо решить множество этических проблем.
Таким образом,современное состояние науки о наследственности и хромосомных болезнях не даетникаких оснований для безучастного наблюдения над проявлением тяжелыхнаследственных пороков у человека, как это имело место еще недавно. Однакосегодня ученым удалось выяснить только связь между нарушениями хромосомногоаппарата, с одной стороны, с различными патологическими изменениями в организмечеловека – с другой. Касаясь вопроса о завтрашнем дне медицинской генетики,можно сказать, что установление взаимосвязи между наследственными заболеваниямии хромосомными повреждениями представляет для клинической медицины большойпрактический интерес. Выявление причин первоначальных нарушений в системехромосом, а также изучение механизма развития хромосомных болезней – такжезадача ближайшего будущего, причем задача первостепенного значения.
Список литературы
1. Бейсон Ж. Генетика. – М.: Просвещение, 2007. – 128с.
2. Берг Р. Наследственность и наследственные болезничеловека. – М.: Наука, 2007. – 140с.
3. Волков А. В поисках «человекапрозрачного»: Как гены влияют на человека // Знание-сила. – 2006. – № 10.–С.61-63
4. Гайсинович А.Е. Зарождение генетики. – М.: Наука, 2007. –194
5. Голубовский М. И снова: о наследовании приобретенныхпризнаков // Знание-сила. – 2007. – № 8. – С.44-52
6. Дубинин Н.П. Генетика вчера, сегодня и завтра. – М.:Наука, 2008. – 210с.
7. Иванова Л. Забота обокружающей среде – забота о здоровье // Воспитание школьников. – 2008. – № 10.– с.45 — 46
8. Лурия А.Р. О природе психологическихфункций и ее изменчивости в свете генетического анализа // Вопросы психологии.– 2007. – № 4. – С.4-19
9. Сойфер В. Арифметика наследственности. – М., 2007. – 253с.
10. Строганов Ю. Монстры из докторского альбома. // Труд,1996. – 2 апр. С.4.
11. Фишер Э. Дешифровщики наследственности: Об истории идостижениях генетики // ГКО. – 1999. – № 9. – С.131-140
12. Щелкунов С.Н. Генетическая инженерия. – Новосибирск,2006. – 304с.