Макаров С.В., Никифорова Т.Е., Козлов Н.А. Основы биотехнологии

Подождите немного. Документ загружается.

Генетическая

инженерия

Генетическая

(генная)

иЕженерия

это

рil}дел

эксперимеЕтальной

моле-

кулярной

биологии.

Главным

объектом

генно-иЕженерного

воздействия

явля-

ется

дезоксирибонуклеиновая

кислота.

Сущность

генетической

инженерии

со-

стоит

целенаправленной

перестройке

генетического

аппарата (генома)

клеток

для

изменения

их

генетических

характеристик.

Важнейшими

предпосылками

генетической

инженерии

явились

следующие

открытия,

Были

усiановлены

мо-

лекулярные

механизмы

маmрuчноzо

сuнmеза|

ДНК

ЩНК

(репликация),

!нк

+ РНК

(транскрипция),

мРНК

-.>

белок (трансляция,

см.

главу..осЕовные

хи-

мические

компоненты

живых

организмов"),

а также

обмена

генами

гомоло-

гичных

хромосом

при

половом

процессе

Qэекомбuнация).

Кроме

того,

было

по-

lguнo,

что

а) вирусы,

паршитирующие

бактериях

{фаzi),

встраивают

свою

ДНК

геном

бактерии,

б)

в бактериях,

невосприимчивых

заражению

фагами,

содержатся

специ€lльные

ферменты,

которые

разрезают

двойные

спирuлй

бu.о-

вых

.щнк

строго

определенных

местах.

Эти

ферменты

были

названьl

ресm-

рuкtпазамu.

настоящее

время

получены

сотни

рестриктаз.

основу

их

клас-

сификации

положена

потребность

фермента

побuп*рчх

харакгер

расщеп-

ления

Щнк.

Следующее

важное

открьiтие,

предопределивIлее

возникновение

генетической

инженерии,

обнаружение

бактериЕlJIьных

клетках

внехромо-

сомных

маJIеньRих

кольцевых

молекул

.ЩНК,

которые,

так

же

как

хромосом-

ные.щнк,

несlrг

себе

генетическую

информацию,

Эти

минихромосомы

были

названы

плазмudамu.

очень

важЕо,

что

плазмиды

из-3а

своих

м€Ulеньких

разме-

ров

моryт

быть вьlделены

из

клетки

неповрежденном

состоянии.

процесс

рекомбинации

в организме

(й

vivo)

возможен

большинстве

случаеВ

междУ

гомолоrичнЫми

молекулами

ffHK,

Однако

вне

организма

(iп,vi-

rro)

притягивание

и взаимодействие

(zuбрuёuзацuя)

молекул

ДiFК

uo.ro*n"r,

если

они

будут

иметь

небольшие

комплемеЕтарные

односIIиральцые

участки

из

четырех

и более

нуклеотидов

на концах

молекулы.

Такие

уйтки

получили

на-

звание

лl7пкllх

концов,

так

как

две

молекулы

fiHK

моryт

соединиться

этими

концами,

СледователЬно,

рекомбИнация

возI\{Ожна,

даже

если

структура

моле-

кул.щнк

будет

очень

сильно

рд}личаться.

fl,ля

получения

гетерогенных

моле-

кул

днК

одинаковыми

липкими

концами

используются

ферменты-

рестриктазы.

Они

разрезают

молекулы

[НК

участках,

"Ь"ущr*

повторяю-

щиеся

последовательности

нуклеотидов,

Поскольку

рестрикт€вы

р€врезают

днк

точках

повтора,

конец

одной

молекулы

оказываетýя

комплемептарным

(липкиф

концом

другой

молекулы.

дальвейших

операциях

используют

плzв-

миды.

!ля

получения

односпиральных

концов,

комплементарных

копцам

ге-

нов,

их тЬже

режут

рестрикта}ами

и проводят

гибридизацию

гена

и плtLзмиды

пробирке.

Затем

рекомбинантную

или

хчмерную

плазмиду

вводят

клетку

(рис.ll).

Использующиеся

в генной

инженерии

плазмиды

имеют

маркерньlй

ген,

делающий

клетку

устойчивой

к определенному

антибиотику,

что

способ-

ствует

отделению

клеток

рекомбинантной

плдlмидой

от

дру."*

клеток.

flля

этого

бактерии

высевают

на

среду

антибиотиком,

на

которой

растут

только

клетки

с плазмидой

(рекомбинантные

клетки).

Процедура

их

Ьтоора

называется

молекулярньtл,

монuрованл,лем)

так

как

рекомбинантЕые

клетки

,rр"дaт""л"о,

собой

потомство

одной

молекулы.

Таким

образом,

Оu*r"|r-"ную

клетку

можно

ввести

ген,

получеЕньтй

из

любого

организма,

заставить

чужеродный

ген

там

функционировать.

Итак,

основными

операциями

генной

инженерии

являются

следующие:

рекомбинация

in чitго.ЩНК-вектора

ftЖ-гена;

введениерекомбинантной

плазмиды

клетку;

молекулярноекJIонирование.

выдающиеся

достижения генной

инженерии

нашли

многочисленные

практические

применения,

особенно

в медицине

растениеводстве.

Среди

наи-

более

значиТельныХ

достижений

получение

uano"".ra"*oal

u'*ynu"o

про-

мышленныХ

масштабах.

Этот

белок

относится

zop*o'a*,

т,е,

к веществам,

играющиМ

роль

сигнаjIов,

посылаемых

определенЕых

физиологических

со-

стоянияХ

организма

соответстВующиМ

оргаrrаМ

ми*"н"м.

Инсулин

выраба-

тывается

поджелудочной

железой

способствует

усвоению

уaп""одо",

в пер-

вую

очередь

глюкозьi.

Нарушения

в синтезе

инсулина

вызывают

тяжелое

весьма

раопростраНенное

заболевание

сахарный

диабет,

при

р€ввитых

формах

которогО

необходимО

ежедневнО

вводить

оргаflизм

этот

гормон.

Инсулин

давно

полуЧают

иЗ органоВ

жIлвотныХ

используют

в медицине.

Однако

дли-

тельное

применение

животного

инсулина

приводит

к необратимому

пораже-

нию

многих

органов

пациента

из-за

иммунологических

реакций,

вызываемых

ильекцией

чужеродного

человеческому

организму

белка.

i{еобход"*о

rчr"""r,

животный

инсулин

человеч9ским.

качестве

первой

практической

задачи

было

решено

клонировать

ген

инсулина.

Клонированные

гены

человеческого

инсу:

лина

были

введены

плазмидой

бакгерйа.гrьную

клетку,

где

синтезировмся

гормон,

который

IIриродные

микроорrанизмы

никогда

не

синтезировали.

Таким

образом

была

решена

проблема

nony"."""

человеческого

инсулина.

Парал-

лельно

была

решена

проблема

иммунологического

поражения

оргаЕизма

жи-

вотным

инсулином.

Производство

продажу

инсулина

впервые

начала

амери-

канская

фирма

Eli

Lilly.

Ежегодное

потребление

его

составляет

около

2500

кг,

генно-ицженерными

методами

получают

также

другие важные

медицинские

пр€параты

uнmерферон,

использующийся

при

лечении

рЕ*личных

вирусных

заболеваний

злокачественЕых

новообразов

аний,

противораковый

препарат

uнmерлейкuн.

настоящее

время

около

200

новых

диагностических

препаратов

уже

введены

в медицинскую

практику,

и более

l00

генно-инженерЕых

лекарст-

венных

веществ

нЕlходятся

на

стадии

клиЕического

изучения,

"{в

u- ..

,ъ"

,|i.'-

,в i

-',i:

r.{u'

Встречаейй--

гетерологпчная.ЩНК,

рехомбинакrная

Рекомбпнация

vitro

Введение в бакгерн-

альные кJIегки

ffiор

кяеmк, содержацих

рекомбинакпше

молеl<yлы

.(Н

К,

по способности

расти

в присугствии

аrrпrбнотика

Рис.

l l. Клонирование

фрагмента

ДНК

в плазмиде

особой

проблемой,

вызывающей

многочисленЕые

споры

и часто

поляр-

ные суждения,

является

клонироваЕие

человека.

Следует

рaвличать

клонирова-

ние

человека

репродуктивных

целях

терапевтическое

клонирование.

Репро-

дуктивное

клонирование

практически

повсеместно

запрещено,

так

как,

по

мне-

нию

большинства

людей,

противоречит

моральным

Еормам.

отличие

от это-

го,

работы

по

терапевтическому

кJIонированию

проводятся

ряде

стран.

Так,

мае

2005

г.

британские

ученые

объявили

об

успешном

клонировании

человече-

ского

эмбриона.

Ученые

университета

Ньюкасла

взяли

яйцеклетки

от l1

жен-

щин,

удалили

из

них генетический

матери{tл

и ввели

Щнк,

полученные

из

эм-

бриональных

стволовых

клеток (сmволовьtмч

н€Lзываются

Еезрелые

кJIетки,

способные

самообновлению

развитию

специЕlлизированные

кJIетки

орга-

низма).

Щелью

этой

работы

бьtло

получение

эмбрионо",

"оrор"r"

моryт

стать

источникоМ

стволовыХ

клетоК

для

лечебных

целей.

этом

хЪ

м""яце

об

ус-

пешном

завершении

похожего

эксперимента

объявиfiи

таюке

южпо-корейские

ученые.

Следует

отметить,

однако,

что

лечение

стволовыми

кJIетками

находит-

ся

лишь

на

самой

начальной

стадии

и очень

мцогое

предстоит

еще

сделать.

одной

из

главных

лроблем

человечества

является

обеспечение

nopr*"-

ного

сбаланСированногО

питания.

Решение

этой

проблемы

невозможно

6aa

"у-

щественного

увеличения

урожайности

основных

сельскохозяйственЕых

куль-

тур,

повышения

их

устойчивости

болезням

различным

экстремальным

воз-

действиям. Большие

надежды

здесь

возлагаются

на

генrrую

инженерию.

на-

стоящее

время

разработана

система

переноса

растения

различных

чужих

ге-

нов,

которые

могут

пр!rдать

растениям

полезные

свойства.

Растения,

в хромо-

сому

которых

встраивается

чужой

ген,

называютая

fпрансzеннь.мl1

или

еенеmч-

ческu

моduфuцuрованньlмч

(лiщ.

Впсрвые

трансгенные

растеЕия

были

получе-

ны в

1982

г.

учеЕыми

из

Института

растени"Ъодства

Кельне

и компании

Моп-

santo.

Список

растений,

которым

успехом

примеЕеЕы

методы

генной

инже-

нерии,

составляеТ

около

50 видов,

включая

яблоню,

сливу,

випоград,

капусту,

баклажаны,

огурец,

пItrеницУ,

сою,

рис,

рожь

многие

другие

сельскохозяйст-

венные

растения,

Необходимо

подчеркнуть,

однако,

что

пока

не

полностью

ре-

шены

проблемы,

связаЕные

безопасЕостью

употрбления

пищу

продуктов,

полученных

из трансгенных

растений.

связи

с этим

напrей

стране

выращи-

вание

трансгенных

растений до

сих

пор

Ее

р€врешецо.

то

хе

"р"*"

p*p"*u-

ется

ввозить,

перерабатывать,

ис.'ользовать

продуктах

питания

или

кормах

несколько

видов

генетически

модифицировацных

растений

и продуктов

их

пе-

реработки,

которь]е

пр_очgи

соответствующую

процедуру

регистрации

kot{-

троля

на

территории

РФ.

На

момент

цаписаЕи'

данного

пособия

Федеральном

Реестре

РФ

зарегистрировано

генетически

модифицированных

источников

пищи,

выпускаемьж

мире

промышленных

масштабах:

соя

вида),

рис

вил),

кукуруза

видов),

картофль

вида).

Из

них

наибольшее

pu"npo"rp"*"-

ние

получил

одиЕ

из

видов

сои.

Все

виды

генетически

модифицированных

рас-

тений,

зарегистрированных

в нашей

стране,

обладают

ron"*o

до"Jпrrr"rr"r"rr"

4з

признакаNIи

резистентности

к определенным

видам

химикатов и

вредителей,

поэтому продукты

переработки

этих

растений

по своему

химическому составу

функционально-технологическим

свойствам ничем

не

отличаются от своих

традиционных аналогов.

Щля

ГМ

растений,

зарегистрироваЕных

в нашей стране

для

пищевого

использования,

для

продуктов их

переработки, не существует

никаких

ограничений и

норм ввода

в продукты питания.

Технология перера-

ботки

таких

растений,

а также ияляльзование

продуктов

их переработки ничем

не отличается

от традиционныfГОтдельный

вопрос

маркировка продуктов

питания,

полученных

из генетически

модифицированных

источников

(ГМИ).

июня 2004

г. в соответствии

с Постановлением Ng

от

05.03.2004 г.

Главного

санитарЕого

врача Российской

Федерации

в санитарно-эпидемиологические

правила

и нормы внесены

изменения,

устанавливЕ!ющие

0,9Оlо

пороговыЙ

уро-

вень

для

маркировки

пищевых

продуктов, полученных

из ГМИ.

Это

постанов-

ление подготовлено

целях

реализации

прав

потребителей

на получение

пол-

ной

достоверной

информации

о технологии

производства,

качестве

безо-

пасности

пищевых

продуктов, полученных

из

генетически

модифицированных

источников,

гармонизации

требований

по маркировке пищевых

продуктов, по-

лученных

из ГМИ, с требованиями

Европейского

Союза,

Контрольные

вопросы

Объекты

генетической

инженерии.

2. Основные

операции

генной инженерии.

3. Основные

области

практического

применен!Lя

достижений

генной ин-

женерии.

Получение

человеческого

инсулина

промыцленных

масштабах как

важный шаг

решении

проблемы

лечеЕия сЕrхарного

диабета.

5. Использование

генно-инженерных

методов

в медицине,

6. Применение методов генной

инженерии

для

решения

проблемы

нор-

мальЕого

сбалансированного

питания

человечества.

7. Стволовые

кJIетки. Перспективы

нх использовация

в лечебных

целях.

8, Основные

виды генно-модифицированных

продуктов,

используемых

настоящее

время.

Правила маркировки

продуктов

питания, полученных из

генно-

модифицированных

продуктов.

список

использованной

рекомендуемой

лптературы

Биотехнология:

М.:

Высш.

шк.,

1987.

Бирюков

В.

лосС.2004.-

296

с.

8 KH.i

Под

ред,

Н,С.

Егорова,

В.Д.

Самуилова*

основы

промышленЕой

биотехнологии.

М,:

Ко-

з,

Елинов

Н,П.

основы

биотехнологии.

Новосибирск:

Наука.

Сиб.

отделецие,

2000.-

З94

с.

Егорова

Т,

А,

Клунова

С.

М.,

Живухина

Е.

А.

основы

биотехноло-

гии.

М.:

Academia.

2003.-

208

с.

Введение

биотехнологию:

MeTr

занятиям

Сост.:

Т.

П.

Кустова,

Л.

Б,

-;J*нтЬ7ьъЁж:il::1"""J:Y

технол.

ун-т.

Иваново,

200З.--

с.

Рогов

И.

А..,

Днтипова

Л. В.,

Шуваева

Г.

П.

Пищевая

биотехноло-

гияl

кн.

Кн.

основы

пищевой

биотехнологии.

М.:

КолосС.

2004.

440

с.

Лутова

Л,

А,

Биотехнология

высших

растений.

СЛб.:

Изд-во

СпбГУ.

200З.-

208

с.

Сельскохозяйственнм

биотехнология

/ Под

ред.

В.

С.

Шевелухи

М,:

Высш.

шк.

2003,-

472

с,

Глик

Б.,

Пастернак

{ж.

Молекулярная

биотехнология.

Принципы

применение.

М.:

Мир.

2002,-

589

с.

l0.

Гауптман

З., Грефе

Ю.,

Ремане

Х.

Оргааическаri

химия.-

М:

Химия.

1979.-

832

с.

2003.-

479

с.

12,

Чистяков

Ю.

А.

Химия

элементов

биологических

системах.

осно-

вы

бионеорганической

химии.:

Учеб.

пособие

ГоУ

ВПо

Иван.

гос.

хим-

технол.

ун-т.-

Иваново,

2004.-

452

с.

13,

Асонов

Н.

Р.

Микробиология.-

М.:

КолосС,

1997.-

352

с,

ц64

".|4.

Гусев

М.

В.,

Минеева

Л.

А.

Микробиология.

М,,

Д*uд",

пя,

2О04.-

15.

Современная

микробиология:

В 2-х

т.

Под

ред.

г.

lllлегеля.

М.:

Мир.2002,-

8l5

с.

16,

Щелкунов С. Н.

Генетическая

инженерия,

Новосибирск.:

Зап.-

Сиб.

кн.

изд-во,

2004.-

496

с,

17.

Сингер

М.,

Берг

П.

Гены

геномы:

2-х

т.

М,:

Мир,

|998.*

764

с.

18.

Грачева

И.

М.,

Кривова

А.

Ю.

Технология

ферментных

препаратов,-

М.:

Элевар,

2000;5l2

с.

19.

Эмануэль

н.

м.,

Кнорре

Г.

Курс

химической

кинетики.-М.:

Высш.

шк.,

1984.-

464

с.

20.

Варфоломее:_С.д.,

Гуревич

К.

Г.

Биокинетика,

Практический

курс.

М.:

ФАИР_пРЕСС,

1999._

Tio

i.^

{

}

iii

2|.ГостикинВ.П.,НемцеваМ.П.КиuетикаиМеханиЗмыфермента.

тивных

реакций:

Учеб.

пособие

Иван.

гос.

хим-технол

ун-т. -

Иваново,200l,*

с.

22.СоколовВ.н.,ЯблоковаМ.А.Аппаратурамикробиологической

промышленности.

Л.

Машиностроение,

1988,*

278

с,

23.

Аткинсон,

Б.

Биохимические

реакторы,

М,:

Пищевая

промышлен-

ность.

l979.-

280

с.

24.

Исаев

В.

Н.,

Волкова

Г,В,

Расчёты

биохимического

pearсopa

ме-

ханическимпереМешиВаниемсреды:Учеб.пособие/Иван.гос.хим.техЕолУн-

т.- Иваново,

2002,-

с.

25.КалюжныйС.В'Высокоэффективныеанаэробныебиотехнологии

очистки

промышленных

сточных

вод //

Катализ

промышленности.

2004,_

с,42-50,

26.

Лещинская

И. Б.

СовременЕая

промышленная

микробиология

Со-

росовский

образовательный

журнал,

2000,-

Т, 6,- Ng

4,-

с, l4

18,

27'ГлебаЮ.Ю.Биотехнологиярастений//СоросовскийобразоВатель-

ный

журнал.

1998.-

Т.

4.- J,fs

С,З-8,

;ь,

Кулаев

И.

С.

Бактериолитические

ферменты

микробного

происхож-

дения

В биологии

и медицине

/ Соросовский

образовательный

журнал.

|997.-

Т.

4.-

Ns з.-

С,23,зl

29,

Лещинская

И.

Б.

Генетическая

инженерия

Соросовский

образова-

тельный

журн€lJI.

1996._

т.

2.-

l,-

с,

з9,

30.

hyToBa

Л.

д.

Гепетическulя

инженерия

растений:

свершеЕия

и наде-

ждьl

llСоросБвский

образовательный

журнал,

2000,--

т, 6,-

]ф

l0,_

с, 10

17,

зl.

Семёнова

М.

Л.

Зачем

нужны

трансгенные

животные

Соросов-

ский

образовательный

журнаJl.

200l,_

Т,7,-

Nq 4,-

с,

lз-20,

з2.ФавороваО.о.ЛечениеГенаМи_фантастикаилиреальность?/i

Соросовский

образовательный

журнал,

|997,

т,з,-

Nу2,-

С,2|-27,

33.

Сойфер

В.

Н.

Меж.чународный

проект

<Геном

человека>

// Соро-

совский

образовательный

журнал.

l998,_

Т,

4,- Ns

|z-

с,4-1,|,

э4.БарановВ.С.Геннаятерапия_МеДицинаХХIвека//Соросовский

образовательный

журнал.

1999.

т,

5,-

J{b 3,_

с,

б3-б8,

Содерrrtаппе

Введенйе

История

развития

биотехнологии

Биологические

объекты

биотехнологии

основные

химические

компоненты

живых

орпaнизмов

типовая

схема

основные

стадиlt

биотехпологических

производств

Примеры

биотехнологических

процессов

Генетическая

инженерия

список

использованной

рекомендуемой

литературы

Содержание

Макаров Сергей

Васильевич

Никифорова Татьяна

Евгеньевна

Козлов

Николай Александрович

ОСНОВЫ БИОТЕХНОЛОГИИ

учебное пособие

Редакгор

О.

А.

Соловьём

Подписано

в печать

12.08.05.

Формат 60х84 l/16.

Бумага писчм.

Усл. печ.

л.

2,79,Уч,-пза.

л, 3,

l0. Тираж

400

экз.

Заказ.

'О7

ГОУ

ВПО Ивановский государственный

химико-технологнческий

университет.

Отпечатано на

полиграфическом

оборудовzлнии

кафелры экономики

финансов

ГоУ

впо

<<иГхтУ)}

l5З000,

г. Иваново, пр.

Ф.

Энгельса,7

г0^