Реферат: Генетическая инженерия

Курсовойпроект

«Генетическая инженерия»

Челябинск 2011


Введение

Вестествознании последних десятилетий доминируют проблемы биологии и медицины. Вцентре внимания научного познания фигурирует загадка жизни и, в частности,наследственность и изменчивость человека. Это обусловливает интенсивноеразвитие генетики – науки, изучающей эти свойства живых систем.

Новыеоткрытия, совершаемые в лабораториях различных стран мира, касаются расшифровкигенома человека и других организмов, познания сложнейших механизмов ихфункционирования. Ее открытия определяют темпы и направленностьсоциально-экономического развития общества, оказывают существенное влияние нафилософию, мораль, право, религию и другие сферы культуры, поскольку онизатрагивают проблемы управления природой человека и всего живого на Земле.

В настоящеевремя в центр молекулярной генетики становятся методы генетической инженерии, спомощью которых осуществляется целенаправленное изменение генетических свойстворганизмов. Генетическая инженерия – область молекулярной биологии и генетики,которая ставит перед собой задачи конструирования генетических структур поранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой.Генно-инженерные исследования вносят уникальный вклад в изучениеструктурно-функциональной организации геномов различных организмов. Методологиягенной инженерии постоянно совершенствуется, и все больше исследователейиспользуют ее при решении самых разных задач биологической науки.

Возможности,открываемые генетической инженерией перед человечеством, как в областифундаментальной науки, так и во многих других областях, весьма велики и нередкодаже революционны. Так, она позволяет осуществлять индустриальное массовоепроизводство нужных белков, значительно облегчает технологические процессы дляполучения продуктов ферментации – энзимов и аминокислот, в будущем можетприменяться для улучшения растений и животных, а также для лечениянаследственных болезней человека.

Такимобразом, генетическая инженерия, будучи одними из магистральных направленийнаучно-технического прогресса, активно способствуют ускорению решения многихзадач, таких, как продовольственная, сельскохозяйственная, энергетическая,экологическая.

Но особеннобольшие возможности генетическая инженерия открывает перед медициной ифармацевтикой, поскольку ее применение может привести к кореннымпреобразованиям медицины. Многие болезни, для которых в настоящее время несуществует адекватных методов диагностики и лечения (раковые,сердечнососудистые, вирусные и паразитные инфекции, нервные и умственныерасстройства), с помощью генетической инженерии станут доступны и диагностике,и лечению.


1. Общие положения: предмет и история развития генетики

1.1Предмет генетики

По признанию многих современных биологов генетика в последние годыстала сердцевиной всей биологической науки. Лишь в рамках генетики разнообразиежизненных форм и процессов может быть осмыслено как единое целое.

У кошки всегда рождается котенок, а у собаки – щенок. Это значит,что во время скрещивания передается, а в ходе развития реализуется, информацияо специфике строения клеток, тканей, органов, скелета, мышц и общего внешнеговида, типов физиологических и поведенческих реакций, а также всего остального,что и делает муху мухой, а гиппопотама – гиппопотамом.

В пределах одного организма идентичная во всех клеткахгенетическая информация развертывается в формирование настолько различных типовклеток или тканей, что трудно поверить в единство их происхождения.

Такимобразом, генетика – наука о наследственности и ее реализации в развитии, озакономерностях наследования генетически закрепленных признаков.Наследственность можно определить как биологический процесс, обуславливающийсходство между родителями и потомством. В понятие наследственности по М.Е. Лобашевувходят четыре группы явлений: организация генетического материала, егоэкспрессия, воспроизведение и передача от одного поколения к другому. Такимобразом, генетика объединяет в одно целое эмбриологию и биологию развития,морфологию и физиологию, объединяет в единую науку – биологию.

Несмотря на то, что у собаки всегдарождается щенок, даже беглый взгляд на демонстрируемых участников выставкисобак позволит увидеть огромное разнообразие их форм, окрасок и размеров. Темне менее, все это – собаки. Проблемы изменчивости общего для любого конкретногогенотипа является другой проблемой генетики.

Очень велико и практическое значениегенетики, т. к. она служит теоретической основой селекции полезныхмикроорганизмов, культурных растений и домашних животных.

Из генетики выросли такие мощноразвивающиеся науки как биотехнология, генетическая инженерия, молекулярнаябиология. Трудно переоценить роль генетики в развитии медицины.

1.2Краткая история становления генетики

Тема моей курсовой работы – генетическаяинженерия и, т. к. она является одним из разделов молекулярной генетики, ясчитаю целесообразным кратко рассмотреть основные этапы возникновения самойгенетики.

Фактически вплоть до начала XX века гипотезы о механизмах наследственности имелиумозрительный характер. Тем не менее, они представляют интерес длялюбознательного читателя.

Первые и идеи о механизмахнаследственности высказывали древние греки уже в V векедо н.э., в первую очередь Гиппократ. По его мнению, половые задатки (т.е. внашем понимании яйцеклетки и сперматозоиды), участвующие в оплодотворении,формируются при участии всех частей организма, в результате чего признакиродителей непосредственно передаются потомкам, причем здоровые органыпоставляют здоровый репродуктивный материал, а нездоровые – нездоровый. Этотеория прямого наследования признаков.

Аристотель высказывал несколько инуюточку зрения: он полагал, что половые задатки, участвующие в оплодотворении,производятся не напрямую из соответствующих органов, а из питательных веществ,необходимых для этих органов. Это теория непрямого наследования.

Много лет спустя, на рубеже XVIII–XIXвеков, автор теории эволюции Ж.-Б. Ламарк использовал представленияГиппократа для построения своей теории передачи потомству новых признаков,приобретенных в течение жизни.

Теория пангенезиса, выдвинутая Ч. Дарвиномв 1868 году, также базируется на идее Гиппократа. По мнению Дарвина, от всехклеток организма отделяются мельчайше частицы – «геммулы», которые, циркулируяс током крови по сосудистой системе организма, достигают половых клеток. Затемпосле слияния этих клеток, в ходе развития организма следующего поколениягеммулы превращаются в клетки того типа, из которого произошли, со всеми особенностями,приобретенными в течение жизни родителей. Отражением представлений о передаченаследственности через «кровь» является существование во многих языкахвыражений: «голубая кровь», «аристократическая кровь», «полукровка» и т.д.

В 1871 году английский врач Ф. Гальтон,двоюродный брат Ч. Дарвина, опроверг своего великого родственника. Онпереливал кровь черных кроликов белым, а затем скрещивал белых между собой. Втрех поколениях он «не нашел ни малейшего следа какого-либо нарушения чистотысеребристо-белой породы». Эти данные показали, что по крайней мере в кровикроликов геммулы отсутствуют.

В 80-е годы XIX века с теориейпангенезиса не согласился Август Вейсман, который предложил свою гипотезу,согласно которой в организме существуют два типа клеток: соматические и особаянаследственная субстанция, названная им «зародышевой плазмой», которая в полномобъеме присутствует только в половых клетках.

Подходы к современной генетикенаметились в XVIII и, особенно, в XIX веке. Растениеводы – практики, такие как О. Сажреи Ш. Нодэн во Франции, А. Гершнер в Германии, Т. Найт в Англииобратили внимание на то, что в потомстве гибридов преобладают признаки одногоиз родителей. П. Люка во Франции сделал аналогичные наблюдения онаследовании различных признаков у человека.

Фактически всех их можно считатьнепосредственными предшественниками Грегора Иоганна Менделя. Однако, толькоМендель сумел глубоко продумать и провести спланированные эксперименты. Уже впервоначальной стадии работы он понял, что в эксперименте нужно выполнить дваусловия: растения должны обладать константно различающимися признаками игибриды должны быть защищены от влияния чужой пыльцы. Таким условиямудовлетворял род Pisum (горох). Константность признаков была предварительнопроверена в течение двух лет. Это были следующие признаки: «различия в длине иокраске стебля, в величине и форме листьев, в положении, в окраске и величинецветков, в длине цветочных побегов, в окраске, в форме и величине стручков, вформе и величине семян, в окраске семенной кожуры и белка». Часть из нихоказались недостаточно контрастными и дальнейшую работу он с ними не проводил.Остались только семь признаков. «Каждый из этих семи признаков у гибрида иливполне тождествен с одним из двух отличительных признаков основных форм, такчто другой ускользает от наблюдения, или же так похож на первый, что нельзяустановить точного различия между ними». Признаки, «которые переходят вгибридные соединения совершенно неизменными… обозначены как доминирующие, а те,которые становятся при гибридизации латентными, как рецессивные». Понаблюдениям Менделя «совершенно независимо от того, принадлежит ли доминирующийпризнак семенному или пыльцевому растению, гибридная форма остается в обоихслучаях той же самой».

Таким образом, заслугой Менделя являетсято, что из непрерывной характеристики растений он выделил дискретные признаки,выявил константность и контрастность их проявления, а также он ввел понятиедоминантности и рецессивности.

Работа Менделя не смогла заинтересоватьсовременников и не повлияла на распространенные в конце XIXвека представления о наследственности.

В 1906 году англичанин Уильям Бэтсонпредложил термин «генетика». В том же году английские генетики У. Бэтсон иР. Пернет в опытах с душистым горошком обнаружили явление сцеплениянаследственных признаков, а Л. Донкастер в опытах с бабочкой открылсцепленное с полом наследование. В 1909 году датчанин Вильгельм Иогансенпредложил термины «ген», «генотип» и «фенотип». В 1929 году А.С. Серебровскийи Н.П. Дубнин на основании результатов собственных исследований пришли квыводу о делимости гена. В 1952 году Дж. Ледергберг и М. Зиндероткрыли явление трансдукции, т.е. переноса вирусами генов хозяина, показав темсамым роль ДНК в осуществлении наследственности. Новый этап развития генетикиначинается с момента расшифровки структуры ДНК Джеймсом Уотсоном и ФренсисомКриком. Этот этап генетики богат выдающимися открытиями, особенно крупное былосвязано с расшифровкой генетического кода (Ф. Крик). А в 1969 году в США Г. Хоранас сотрудниками синтезировали химическим путем первый ген.

Достаточность знаний о механизмахнаследственности привела к развитию новой науки – генетической инженерии. Сиспользованием генно-инженерных приемов из многих живых организмов выделяют иизучают гены, переносят гены из одних организмов в другие.


2.Генетическая инженерия

2.1Теоретические предпосылки формирования генной инженерии как науки

Начальные работы американских учёныхУотсона и Крика были произведены в 1953 году. Они дали возможность развиватьсягенной инженерии в качестве самостоятельного раздела науки. Эти открытиязаключены в следующем: была открыта двойная структура ДНК и постулирован еёматричный синтез. Двойная спираль ДНК при репликации разделится и вдоль нитиДНК, специальные ферменты-полимеры, собирают точные копии материнской ДНК,таким образом, в клетке перед делением две совершенно одинаковые молекулы ДНК,одна из которых после деления клетки попадает в дочернюю клетку. Таким образом,дочерняя клетка несет ту же самую информацию, что и материнская, следовательно,выполняет те же самые функции. Итак, в клетках живого организма возможен особыйтип реакции – матричный синтез. Одна молекула – матрица, а вторая строится поеё программе.

По тому же самому механизмуосуществляется сборка РНК, только не двух спиралей, а одной. Этот процессполучил название – транскрипция. Поток информации в клетке обеспечивает реакцииматричного синтеза: репликация ДНК (необходима для передачи наследственнойинформации дочерним клеткам), транскрипция (синтез и-РНК в ядре клетки) итрансляция (сборка белковой цепи на и-РНК при помощи рибосомы).

Казалось бы, что на рубеже 70-х годовмолекулярная биология достигла определённой степени завершенности: былиустановлены структура и механизм репликации ДНК, провозглашена «центральнаядогма» экспрессии гена (транскрипция и трансляция), выявлены основные аспектырегуляции активности гена. В этот период главным объектоммолекулярно-генетических исследований были микроорганизмы. Переход к эукариотам(включая человека) встретился с дополнительными проблемами и трудностями, икроме того, существовавшие в то время методы не позволяли рассчитывать наполучение принципиально новых результатов. Стремительный порыв в развитиимолекулярной генетики в начале 70-х годов стал благодаря появлению новогоэкспериментального инструмента – рестриктационных эндонуклеаз. Был открыт путьдля широкомасштабного получения генных продуктов (физически значимых белков) идля генетического манипулирования с различными организмами. Достигнутые успехизаставили ученых задуматься об этической стороне манипулирования с человеческимзародышем, о возникновения возбудителей различных болезней в процессегенно-инженерных исследований. Многие из этих вопросов были подняты самимиучеными активно работающими в данной области. В настоящее время большинствоисследователей считают, что опасения касающиеся, генной инженерии, не имеютдостаточно оснований, но многие этические проблемы остаются нерешенными ипродолжают возникать новые.

В прошлом генетика и медицинскаягенетика развивалась как относительно независимые отрасли науки, теперь многиеиз их разделов оказались вовлечёнными в общее русло молекулярно-генетическихисследований, и провести между ними грань – трудно.

2.2Общая характеристика генетической инженерии

Генетическая инженерия – это методыполучения рекомбинантных ДНК, объединяющих последовательности равногопроисхождения, т.е. осуществляется перенос целых хромосом от клеток-доноров вклетки-реципиенты.

В основу генно-инженерных методовзаложена способность ферментов рестриктаз расщеплять ДНК на отделочныенуклеотидные последовательности, которые могут быть использованы длявстраивания их в гены бактериальных клеток с целью получения гибридных илихимерных форм, эти гибридные формы состоят из собственной ДНК и дополнительновстроенных фрагментов несвойственной им ДНК. Поэтому методами генетическойинженерии добиваются клонирования генов. Это когда выделяют нужный отрезок ДНКиз какого-либо биообъекта и затем получают любое количество его, выращиваяколонии генетически идентичных клеток, содержащих заданный участок ДНК.Клонирование ДНК – это получение ее генетически идентичных колоний.

Генетическая инженерия подразделяетсяна генную, геномную и хромосомную.

Сущность первой (генной) состоит вцеленаправленном использовании перестроек естественного генома, для изменениягенетических характеристик известных вирусов и клеток. В качестве примера можнопривести перемещение в вирусные геномы некоторых клеточных генов, придающихвирусам свойства онкогенности.

Сущность геномной инженерии заключаетсяв целенаправленной глубокой перестройке генома прокариот вплоть до созданияновых видов. При геномной инженерии вносят большое количество дополнительнойгенетической информации и получают гибридный организм, который отличается от исходногопо многим признакам.

Хромосомная инженерия – сетьгенетической инженерии, объектами ее является хромосомы клеток высших и низшихмикроорганизмов (прокариоты, эукариоты), благодаря хромосомной инженерии сталовозможным лечение наследственных заболеваний, селекция пород животных,различных видов растений.

2.3Возможности генной инженерии

Родившись в начале 70-х годов,генетическая инженерия добилась сегодня больших успехов. Ее методы преобразуютклетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в «фабрики» для масштабногопроизводства любого белка. Это дает возможность детально анализироватьструктуру и функции белков и использовать их в качестве лекарственных средств.

В настоящее время кишечная палочка (E.coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин. Ранееинсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость егобыла очень высока. Для получения 100 г. кристаллического инсулина требуется 800–1000кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200 – 250 грамм. Это делалоинсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. В 1978 годуисследователи из компании «Genetec» впервые получилиинсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки. Было показано,что он не содержит белков E. coli, эндотоксинов и других примесей, не даетпобочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от негоне отличается.

Соматотропин – гормон роста человека.Недостаток этого гормона приводит к карликовости. Если вводить соматотропин вдозах 10 мг на кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от егонедостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупногоматериала, из одного трупа: 4–6 мг соматотропина в пересчете на конечныйфармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормона былиограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден и могсодержать медленно развивающиеся вирусы. Компания «Genentec» в 1980 годуразработала технологию производства соматотропина с помощью бактерий, которыйбыл лишен перечисленных недостатков. В 1982 году гормон роста человека былполучен в культуре E. coli и животных клеток в институте Пастера во Франции, ас 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР.

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.

Технология рекомбинантных ДНК сделалавозможным нетрадиционный подход «белок-ген», получивший название «обратнаягенетика». При таком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этогобелка, модифицируют его, создавая мутантный ген, кодирующий измененную формубелка. Полученный ген вводят в клетку. Если он экспрессируется, несущая егоклетка и ее потомки будут синтезировать измененный белок. Таким образом, можноисправлять дефектные гены и лечить наследственные заболевания.

Если гибридную ДНК ввести воплодотворенное яйцеклетку, могут быть получены трансгенные организмы,экспрессирующие мутантный ген и передающие его потомками. Генетическаятрансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковых продуктов,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. Например, микроинъекция рекомбинантной ДНК, содержавшей генсоматотропина быка, в зиготу кролика позволила получить трансгенное животное сгиперпродукцией этого гормона. Сейчас даже трудно предсказать все возможности,которые будут реализованы в ближайшие несколько десятков лет.

2.4Области практического применения генной инженерии

генетика геннаяинженерия

· Создание трансгенных растений.

Еще 10 лет тому назад биотехнологиярастений заметно отставала в своем развитии, но за последние 3 года наблюдаетсябыстрый выброс на рынок трансгенных растений с новыми полезными признаками.Трансгенные растения в США в 1996 году занимали площадь 3 млн. акров, в 1997году площадь увеличилась до 15 млн. акров, в 1998 году – до 60 млн. акров, а в2000 году до 80 млн. акров. Темпы расширения площади просто поражают своейбыстротой. Поскольку основные трансгенные формы кукурузы, сои, хлопчатника сустойчивостью к гербицидам и насекомым хорошо себя зарекомендовали, то несложно догадаться, что площадь под генноиженерные растения в 2001 годуувеличилась примерно в 4–5 раз.

В апреле 1998 года доля в процентахтрансгенных форм растений в сельском хозяйстве составила: кукуруза – 6%; соя –12%; хлопчатник – 15%; томаты – <1%.

Так как число жителей за последнеестолетие увеличилось с 1.5 до 6.5 млрд. человек, а к 2020 году предполагаетсявырост до 9 млрд., таким образом, возникает огромная проблема, стоящая передчеловечеством. Эта проблема заключается в огромном увеличение производствапродуктов питания, несмотря на то, что за последние 40 лет производствоувеличилось в 2.5 раза, все равно этого не достаточно. Другая проблема возниклас медицинским лечением. Несмотря на огромные достижение современной медицины,производимые сегодня лекарственные препараты столь дороги, что часть населенияземли полностью полагаются на традиционные донаучные методы лечения, преждевсего, на неочищенные препараты растительного происхождения.

В развитых странах лекарственныесредства на 25% состоят из природных веществ, выделенных из растений. Открытияпоследних лет свидетельствуют о том, что растения еще долго будут оставатьсяисточником полезных биологически-активных веществ (БТА), и что способностирастительной клетки к синтезу сложных БТА все еще значительно превосходятсинтетические способности инженера-химика. Вот почему ученые взялись запроблему создания трансгенных растений.

Отсчёт истории генетической инженериирастений принято вести с 1982 года, когда впервые были получены генетически трансформированныерастения. Одним из наиболее распространенных методов трансформации является технология,основанная на обстреле ткани микрочастицами золота (или других тяжелых металлов),покрытыми раствором ДНК. Все выращиваемые ныне коммерческие сорта получены восновном с помощью данного метода.

Современный арсенал методовтрансформации, однако, довольно обширен и включает такие подходы, как введение ДНКв голые клетки (протопласты), электропорация клеток, микроинъекций ДНК в клетки,опосредованная вирусами инфекции и так далее.

Ученые пошли далее. Так как множество растенийподвержены нападению и поеданию со стороны насекомых, то ученые генетическойинженерии провели эксперимент с давно известной бактерией Bacillus-Thiringiensis,которая продуцирует белок. Оказалось, она является очень токсичной для многих видовнасекомых, но в то же время безопасна для млекопитающих. Активизированный белокспецифично связывается с рецепторами средней кишки насекомых, что приводит кобразованию пор и лизису клеток кишечного эпителия. Взаимодействие токсинов срецепторами строго специфично, что усложняет подбор комбинации токсин-насекомое.В природе найдено большое количество штаммов Bacillus-Thiringiensis, чьитоксины действуют только на определенные виды насекомых. Препараты Bacillus-Thiringiensisв течение десятилетий использовались для контроля насекомых на полях.

Встраивание гена этого белка в геномрастений дает возможность получить трансгенные растения, не поедаемые насекомые.Но этот метод потребовал большой работы со стороны генетической инженерии в планеподборов необходимых штаммов и созданию генно-инженерных конструкций, которые даютнаибольший эффект для конкретных классов насекомых. Кроме видоспецифичности подействию на насекомых встраивание прокариотических генов дельта-токсинов вгеном растений даже под контролем сильных эукариотических промоторов не привелок высокому уровню экспрессии. Предположительно такое явление возникло в связи стем, что эти бактериальные гены содержат значительно больше адениновых итиминовых нуклеотидных оснований, чем растительная ДНК. Эта проблема быларешена путем создания модифицированных генов, где один из природного генавырезали и добавили те или иные фрагменты с сохранением доменов, кодирующих активныечасти дельта-токсинов. Так, например, с помощью таких подходов был получен картофель,устойчивый к колорадскому жуку.

· Клонирование животных.

Клони́рование (от др.-греч. клюн –«веточка, побег, отпрыск») – в самом общем значении – точное воспроизведениекакого-либо объекта любое требуемое количество раз. Объекты, полученные врезультате клонирования (каждый по отдельности и вся их совокупность)называются клоном.

Создать животных и растения с заданнымикачествами всегда было чем-то чрезвычайно заманчивым потому, что это означалосоздать организмы уникальнейшие и нужнейшие, устойчивые к болезням,климатическим условиям, дающие достаточный приплод, необходимое количествомяса, молока, плодов, овощей и прочих продуктов. Использование технологииклонирования предполагает уникальную возможность получать фенотипически игенетически идентичные организмы, которые могут быть использованы для решенияразличных теоретических и прикладных задач, стоящих перед биомедициной исельским хозяйством. Благодаря технологии клонирования предполагается появлениеускоренной генетической селекции и тиражирования животных с исключительнымипроизводственными показателями. В сочетании с трансгенозом клонированиеживотных открывает дополнительные возможности для производства ценныхбиологически активных белков для лечения различных заболеваний животных ичеловека. Клонирование животных, возможно, позволит проводить испытаниямедицинских препаратов на идентичных организмах.

Первые успешные опыты по клонированиюживотных были проведены в 1960-е годы английским эмбриологом Дж. Гордономв экспериментах на шпорцевой лягушке. В этих первых опытах для пересадкииспользовались ядра клеток кишечника головастиков. Они были подвергнутыкритике, так как в кишечнике головастиков могли сохраниться первичные половыеклетки. В 1970 г. удалось провести опыты, в которых замена ядра яйцеклеткина генетически помеченное ядро из соматической клетки взрослой лягушки привелак появлению головастиков и взрослых лягушек. Это показало, что техникатрансплантации ядер из соматических клеток взрослых организмов вэнуклеированные (лишенные ядра) ооциты позволяет получать генетические копииорганизма, послужившего донором ядер дифференцированных клеток. Результатэксперимента стал основанием для вывода об обратимости эмбриональнойдифференцировки генома, по крайней мере, у земноводных.

Клонирование млекопитающих возможно спомощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрамисоматических клеток животных in vitro и in vivo. Клонирование взрослых животныхдостигается в результате переноса ядра из дифференцированной клетки внеоплодотворённую яйцеклетку, у которой удалено собственное ядро(энуклеированная яйцеклетка) с последующей пересадкой реконструированнойяйцеклетки в яйцевод приёмной матери. Однако долгое время все попытки применитьописанный выше метод для клонирования млекопитающих были безуспешными. Первоеуспешное клонирование млекопитающего (домовой мыши) осуществили советскиеисследователи в 1987 г. Они использовали метод электропорации для слиянияэнуклеированной зиготы и клетки эмбриона мыши с ядром.

Значительный вклад в решение этойпроблемы был сделан шотландской группой исследователей из Рослинского институтаи компании «PPL Therapeuticus» (Шотландия) под руководством Яна Вильмута. В1996 году появились их публикации по успешному рождению ягнят в результатетрансплантации ядер, полученных из фибробластов плода овцы, в энуклеированныеооциты. В окончательном виде проблема клонирования животных была решена группойВильмута в 1997, когда родилась овца по кличке Долли – первое млекопитающее,полученное из ядра взрослой соматической клетки: собственное ядро ооцита былозаменено на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток молочной железывзрослой лактирующей овцы. В дальнейшем были проведены успешные эксперименты поклонированию различных млекопитающих с использованием ядер, взятых из взрослыхсоматических клеток животных (мышь, коза, свинья, корова), а также взятых умёртвых, замороженных на несколько лет, животных. Появление технологииклонирования животных вызвало не только большой научный интерес, но и привлекловнимание крупного бизнеса во многих странах. Подобные работы ведутся и вРоссии, но целенаправленной программы исследований не существует. В целомтехнология клонирования животных ещё находится в стадии развития. У большогочисла полученных таким образом организмов наблюдаются различные патологии,приводящие к внутриутробной гибели или гибели сразу после рождения, хотя приклонировании овец в 2007 году выжил каждый 5-й эмбрион (в случае в Долли – понадобилось277).

В 2004 году американцы началикоммерческое клонирование кошек, а в апреле 2008 года Южнокорейские таможенникиприступили к дрессировке семи щенков, клонированных из соматических клетоклучшего корейского розыскного пса породы «канадский лабрадор-ретривер». Помнению южнокорейских ученых, 90% клонированных щенков будут удовлетворятьтребованиям для работы на таможне, тогда как лишь менее 30% обычных щенковпроходят тесты на профпригодность.

Клонирование может быть использованодля воссоздания естественных популяций вымерших животных. Несмотря на наличиеопределённых проблем и трудностей, первые результаты в данном направлении ужеимеются.

В Испании в 2009 г. родилсяклонированный детеныш вымершего подвида пиренейского горного козла букардо(Capra pyrenaica pyrenaica). Сообщение о клонировании появилось в январском номережурнала Theriogenology. Несмотря на то, что созданный испанскими учеными клонвымершего животного прожил всего несколько минут, этот опыт уже признан первымв мире успешным экспериментом по воссозданию исчезнувшего подвида.

Данный подвид пиренейских козловполностью исчез к 2000 году (причины вымирания точно не известны). Последнийпредставитель вида, самка по имени Селия (Celia), погибла в 2000 году. Но дотого (в 1999-м) Хосе Фольк из Исследовательского центра сельского хозяйства итехнологий Арагона взял у Селии несколько клеток кожи с целью анализа исохранения в жидком азоте. Этот генетический материал был использован в первойпопытке клонировать вымерший подвид.

Экспериментаторы переносили ДНК букардов яйцеклетки домашней козы, лишенные собственного генетического материала.Полученные эмбрионы подсаживали суррогатным матерям – самкам других подвидовиспанского козла или гибридных видов, полученных скрещиванием домашних и дикихкоз. Таким образом, было создано 439 эмбрионов, 57 из которых были имплантированыв суррогатные матки. Всего семь операций закончилось беременностью и толькоодна коза, в конце концов, родила самку букардо, умершую спустя семь минутпосле рождения от проблем с дыхательной системой.

Несмотря на неудачное клонирование исмерть клонированного козлёнка, многие ученые полагают, что такой подход можетбыть единственным способом спасения видов, стоящих на грани вымирания. Этовселяет в ученых надежду на то, что подвергающиеся опасности и недавно вымершиевиды можно будет воскресить с использованием замороженных тканей.

· Генетическая инженерия человека

В применении к человеку геннаяинженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако,технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменениемгенома его потомков.

Задача изменения генома взрослогочеловека несколько сложнее, чем выведение новых генноинженерных пород животных,поскольку в данном случае требуется изменить геном многочисленных клеток ужесформировавшегося организма, а не одной лишь яйцеклетки-зародыша. Для этогопредлагается использовать вирусные частицы в качестве вектора. Вирусные частицыспособны проникать в значительный процент клеток взрослого человека, встраиваяв них свою наследственную информацию; возможно контролируемое размножениевирусных частиц в организме. При этом для уменьшения побочных эффектов учёныестараются избегать внедрения генноинженерных ДНК в клетки половых органов, темсамым избегая воздействия на будущих потомков пациента. Также стоит отметитьзначительную критику этой технологии в СМИ: разработка генноинженерных вирусоввоспринимается многими как угроза для всего человечества.

С помощью генотерапии в будущемвозможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методыизменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний наприматах. Долгое время генетическая инженерия обезьян сталкивалась с серьёзнымитрудностями, однако в 2009 году эксперименты увенчались успехом: в журнале«Nature» появилась публикация об успешном применении генноинженерных вирусныхвекторов для исцеления взрослого самца обезьяны от дальтонизма. В этом же годудал потомство первый генетически модифицированный примат (выращенный измодифицированной яйцеклетки) – игрунка обыкновенная.

Хотя и в небольшом масштабе, геннаяинженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам снекоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровойженщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.

Однако возможность внесения болеезначительных изменений в геном человека сталкивается с рядом серьёзныхэтических проблем.

Что же касается клонирования человека,то проведение подобного рода экспериментов запрещено законодательствами всехстран мира, предусматривающими уголовную ответственность за клонирование.

Россия не осталась в стороне от мировыхтенденций и приняла Федеральный закон «О временном запрете на клонированиечеловека» от 20 мая 2002 г. №54-ФЗ.

Как было указано в его преамбуле, законвводил временный (сроком на пять лет) запрет на клонирование человека, исходяиз принципов уважения человека, признания ценности личности, необходимостизащиты прав и свобод человека и учитывая недостаточно изученные биологические исоциальные последствия клонирования человека. С учетом перспективыиспользования имеющихся и разрабатываемых технологий клонирования организмов,предусматривается возможность продления запрета на клонирование человека илиего отмены по мере накопления научных знаний в данной области, определенияморальных, социальных и этических норм при использовании технологийклонирования человека.

Под клонированием человека в Законепонимается «создание человека, генетически идентичного другому живому илиумершему человеку, путем переноса в лишенную ядра женскую половую клетку ядрасоматической клетки человека», то есть речь идет только о репродуктивном, а нетерапевтическом клонировании.

Согласно ст. 4 Закона, лица,виновные в его нарушении, несут ответственность в соответствии сзаконодательством Российской Федерации.

Срок действия закона истёк в июне 2007года, и в последующие два года вопрос клонирования человека никак нерегулировался российскими законами. Однако в конце марта 2010 г. запрет наклонирование человека в России был продлён.

Новый законопроект вносит в федеральныйзакон «О временном запрете на клонирование человека» поправки, продлевающиемораторий на клонирование на неопределенный срок – до вступления в силу закона,устанавливающего порядок применения биотехнологий в этой области. Причина запретауказывается в пояснительной записке к законопроекту: «Клонирование человекавстречается с множеством юридических, этических и религиозных проблем, которыена сегодняшний день еще не имеют очевидного разрешения». В новом законеоговорено, что клонирование других организмов, а также любых клеток, в томчисле человеческих, в исследовательских целях не запрещено.

Некоторые политические деятели выразилисожаление по поводу продления запрета на клонирование человека. В частности,вице-спикер Госдумы Владимир Жириновский заявил:

«Обязательно будем добиваться, чтобыснять запреты на клонирование людей – это нужно для экономики, для демографии,для семьи, для традиций, это только польза, тут вреда никакого нет».

6 декабря 2010 года,Минздравсоцразвития объявил о намерении провести через Думу Федеральный закон«О биомедицинских клеточных технологиях». Этим законом вводится бессрочныйзапрет на клонирование человека (гл. 1, ст. 5, п. 7). В ответ наэто, Российское трансгуманистическое движение организовало акцию по сборуподписей против запрета на клонирование человека с целью добиться отменызапретов на клонирование человека и использование эмбриональных стволовыхклеток, а также – пересмотр системы регулирующих правил в сторону их упрощения.


Заключение

Современная биологическая наука олицетворяет собойяркий пример плодотворного союза теории и практики. За столетие послевторичного открытия законов Грегора Иоганна Менделя генетика прошлатриумфальный путь от натурфилософского понимания законов наследственности иизменчивости через экспериментальное накопление фактов формальной генетики кмолекулярно-биологическому пониманию сущности гена, его структуры и функции.Это был тернистый путь от теоретических представлений о генах как абстрактныхединицах наследственности к пониманию их материальной природы как фрагментовмолекулы ДНК, кодирующих структуру белка.

На начальном этапе развития генетики как пауки еезадачей было открытие общих закономерностей передачи признаков от одногопоколения другому. Затем перед генетикой возникла новая цель – обнаружитьмеханизмы, лежащие в основе этих закономерностей, и выявить их связь смикроструктурами клетки. Позднее встал вопрос: как, каким образомфизико-химические свойства наследственного вещества и содержащаяся в немгенетическая информация «перевоплощаются» в признаки развивающегося организма?Так возникла молекулярная генетика. На этом этапе биологического познания былисделаны фундаментальные открытия. Значимость этих открытий инициировалапереоценку и переосмысление всего накопленного материала, способствовалавозникновению новых подходов в развитии биологического исследования. В арсеналбиологии были привнесены новые методы и приемы, такие как методыматематического моделирования, синергетические, кибернетические, информационно-вероятностныеи пр. Вместе с тем, все традиционные биологические методы (описательный,сравнительный, исторический, экспериментальный и т.п.) сегодня продолжаютуспешно использоваться. Это является свидетельством преемственности идей,разработанных на предыдущих этапах развития науки.

Молекулярная генетика существенно углубилапредставления об эволюции живой природы, сущности жизни,структурно-функциональных механизмах регуляции индивидуального развития и внастоящее время является фундаментом новых методов селекции, познаниябиологических основ человека и современной теории эволюции. Во многом благодаряуспехам молекулярной генетики и антропогенетики биология вступила в XXI векелидером естествознания. Выражением этого является усиление контактов науки оживом с естественными и гуманитарными отраслями знания, интенсивное развитиемеждисциплинарных исследований, укрепление взаимосвязи со сферой практическойдеятельности, направленность на решение глобальных проблем современности.

Вместе с тем, появившиеся возможности клонированияиндивидуальных генов, создания подробных генетических карт человека, животных,идентификации генов, мутации которых сопряжены с тяжелыми наследственныминедугами, разработки методов биотехнологии и генной инженерии, позволяющих получатьорганизмы с заданными наследственными признаками, а также проводить генотерапиюнаследственных заболеваний в свою очередь существенно увеличивают степеньответственности ученых за судьбы человечества. В руках исследователей оказаласьневиданная доселе власть не только над представителями видов растительного иживотного мира, но и над представителями вида, к которому принадлежим все мы свами. По сути, антропогенетика и генетическая инженерия человека впервые вистории позволили перенести в практическую плоскость вопросы совершенствованиянаследственной основы физических и духовных качеств личности. Таким образом,прогресс генетической науки порождает целый спектр проблем, требующихсерьезнейшего философского осмысления.


Списоклитературы

1. С.Н. Щелкунов «Генетическая инженерия», Сибирское университетскоеиздательство, Новосибирск, 2004

2. Е.Н. Гнатик «Генетика человека: былое и грядущее», М.: ИздательствоЛКИ, 2007

3. Мендель, «Опыты над растительными гибридами», 1935

еще рефераты
Еще работы по биологии