Реферат - Генетически модифицированные организмы. Методы и технологии их получения. Их значение
Подождите немного. Документ загружается.
ПЛАН
1. Введение
2. Технологии ГМО
2.1. Получение генетического материала
2.2 Включения фрагментов ДНК
2.3 Введение в геном реципиента
3. Основные методы генной инженерии
3.1. Полимеразная цепная реакция
3.2. Электрофорез
3.3. Идентификация сегментов ДНК.
3.4. Зонды и гибридизация
3.5. Секвенирование
4. Значение ГМО
4.1. ГМО на службе у медицины
4.2. ГМО бактерии уничтожают опухоли
4.3. ГМО-деревья спасут экологию
1
1. Введение
Генетически модифицированный организм или сокращенно ГМО – это
живой организм, генотип которого был изменён при помощи методов генной
инженерии с целью создания новых свойств организма. Подобные изменения
сегодня производятся практически повсеместно в области создания
продуктов питания в хозяйственных целях, реже в научных целях.
Генетическая модификация отличается целенаправленным
конструированием генотипа организма, что в отличие от случайного,
характерного для природного и искусственного мутагенеза.
2. Технологии ГМО
Генная инженерия – это раздел молекулярной генетики, использующий
различные методы манипуляции с нуклеиновыми кислотами (технологии
рекомбинативных ДНК) для целенаправленного изменения генетически
программ и создания новых генотипов.
Генная инженерия состоит из следующих основных этапов: а) получение
генетического материала, содержащего нужные гены; б) включение этих
генов в автономную генетическую систему (вектор), способную к
репликации и встраиванию в чужой геном; в) введение этой системы в
реципиентную клетку, где новые гены входят в состав ДНК. На указанных
этапах используются много молекулярно-генетических подходов и методов.
2.1. Получение генетического материала
Генетический материал можно получать двумя способами: путем
химического синтеза и путем ферментативной рестрикции. Химический
синтез ДНК осуществляется из нуклеотид в специальных условиях на основе
полностью расшифрованной нуклеотидной последовательности
определенного участка ДНК. Рестрикция ДНК – это процесс своеобразного
«разрезания» молекул ДНК прокариот и эукариот специальными
2
ферментами, что позволяет получать участки, содержащие определенные
гены.
2.2 Включения фрагментов ДНК
Вектор способен перемещать чужую ДНК внутрь клетки-хозяина таким
образом, что она там могла реплицироваться. Существует два основных вида
векторов: бактериальные плазмиды и бактериофаги.
Бактериальные плазмиды – это небольшие кольцевые молекулы
двухцепочной ДНК, в функции которых входит, например, обеспечение
устойчивости к антибиотикам. В бактериальной клетке плазмиды могут
существовать во множестве копий, могут реплицироваться независимо от
хозяйской ДНК. Для многих плазмид известна полная нуклеотидная
последовательность. Это делает возможным точную локализацию сайтов
рестрикции для клонирования фрагментов ДНК. Они могут быть отделены от
хозяйской хромосомы.
Бактериофаги обычно содержат линейную ДНК, в которую могут быть
встроены фрагменты чужеродной ДНК по какому-либо из доступных сайтов
рестрикции. Основным преимуществом фаговых векторов перед
плазмидными является то, что в них модно встраивать в 2 – 3 раза более
крупные фрагменты чужеродной ДНК.
2.3 Введение в геном реципиента
Вектор, включающий в себя фрагменты чужеродной ДНК, должен
проникать в рецептивные клетки, выбранные для клонирования гена. Она
могут быть как ядерными так и безядерными. Встроенные в плазмиды чужие
гены передаются в клетку хозяина путем трансдукции и встраиваются в их
геном, где способны к быстрой репликации с помощью ферментов клетки-
хозяина. Процесс быстрого получения большого количества одинаковых
копий молекул называется клонирование. Путем клонирования вектора в
реципиентных клетках можно обеспечить получение большого количества
3
нужного гена в высокоочищенном виде или большого количества белка,
кодируемого данным геном.
3. Основные методы генной инженерии
3.1. Полимеразная цепная реакция
Для проведения генетического анализа необходимо достаточно большое
количество нужных фрагментов ДНК. Накопление нужных фрагментов ДНК
осуществляется с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР). Это метод
быстрого увелечения количества фрагментов ДНК вне живых клеток. Он
позволяет получить тысячи копий нужного фрагмента ДНК в течение
нескольких минут. Причем исходно требуется очень незначительное
количество материала.
3.2. Электрофорез
Электрофорез фрагментов ДНК обеспечивает разделение разнообразных
фрагментов ДНК в агарозном или полиакриламидном геле. Фрагменты ДНК
движутся с разной скоростью в геле, помещенном в постоянное
электрическое поле от отрицательного полюса к положительному в
зависимости от размеров и заряда. После окончания электрофореза каждый
фрагмент ДНК занимает определенное положение в виде отдельной полосы в
конкретном месте геля.
3.3. Идентификация сегментов ДНК.
Визуализация и идентификация фрагментов ДНК является либо
конечным этапом диагностики, либо необходимым элементом дальнейшего
анализа. Из-за больших размеров генома человека после рестрикции
образуется настолько большое число рестриктных фрагментов, что
агарозный гель после электрофореза и окраски этидия бромидом при УФ-
облучении выглядит как равномерно окрашенная поверхность, на которой
4
невозможно выявить специфические фрагменты ДНК. Это решают с
помощью блот-гибридизации.
3.4. Зонды и гибридизация
Для выявления специфического клона молекул ДНК, а также при
количественном определении ДНК или РНК используются различные типы
молекулярных «зондов». Как правило, это фрагменты ДНК или РНК,
содержащие меченые
32
Р-нуклеотиды. Работа с зондами основана на
гибридизации – способности
32
Р-нуклеотидов узнавать комплементарные им
последовательность в молекулах ДНК или РНК специфически связываться с
ними. Для идентификации и выделения интересующих исследователя клонов
бактерий с химерной ДНК разработан метод гибридизации в бактериальных
колониях. Для этого на многочисленные колонии бактерии, выращенные на
твердой среде, сначала накладывают нитроцеллюлозный фильтр. Часть
бактерий прилипает к фильтру. После лизиса, денатурации и фиксировании
ДНК фильтр инкубируют в растворе с радиоактивно меченым зондом. После
окончания фильтр омывают от избытка зонда и выявляют образовавшийся
меченый гибридный комплекс путем контакта с рентгеновской пленкой.
Все разновидности гибридизации базируются на комплементарных
взаимодействиях азотистых оснований разных цепей нуклеиновых кислот.
Точное соответствие последовательностей гибридизующихся фрагментов
приводит к быстрому образованию прочного устойчивого комплекса.
3.5. Секвенирование
Секвенирование – определение нуклеотидной последовательности ДНК.
Метод секвенирования по Максаму-Гилберту основан на химическом
расщеплении ДНК по определенному основанию. Другой ферментативный
метод (метод Сэнгера) базируется на применение аналогов нуклеотидов,
прерывающих синтез комплементарной цепи ДНК по одноцепочной матрице
в месте встраивания в цепь соответствующего аналога. Секвенирование
5
позволяет определить полную нуклеотидную последовательность всех
хромосом, всего ДНК любого генома, любого организма. Кроме того, он
позволяет определить последовательность нуклеотидов любых генов, что
дает возможность их синтеза.
4. Значение ГМО
Масштабное распространение в России генетически модифицированных
организмов (ГМО), опасность которых доказана учеными разных стран мира,
может привести к развитию бесплодия, всплеску онкологических
заболеваний, генетических уродств и аллергических реакций, к увеличению
уровня смертности людей и животных, резкому сокращению
биоразнообразия и ухудшению состояния окружающей среды.
Но кроме отрицательных моментов использования ГМО в настоящее
время существуют и положительные.
4.1. ГМО на службе у медицины
В Англии научились разводить трансгенных кур, яйца которых имеют
важное медицинское значение. Дело в том, что протеины яиц таких птиц
идут на изготовление препарата, способного излечить злокачественные
опухоли.
Показательно, что это важнейшее событие произошло именно в том
исследовательском заведении, где когда-то была создана легендарная овечка
Долли. С тех пор прошло только десять лет. И Долли открыла целую эпоху в
развитии генетики. К сожалению, пять лет назад Долли не стало, причиной ее
смерти была пневмония. Ученые из научного центра, находящегося рядом с
Эдинбургом, объявили, что в их центре живет уже 5 поколений кур, яйца
которых включают в себя большое количество протеинов, необходимых для
лечения рака. Такое открытие стоит на пороге разработки принципиально
новых препаратов. Они станут менее дорогостоящими, и изготовление их
будет проще, чем те препараты, которые уже созданы. Это отметил в своей
6
речи директор данного заведения. Он остановился на том, что именно
простота и дешевизна изготовления является основными преимуществами
такого препарата. Для его изготовления всего надо иметь курятник, а из
расходных материалов только комбикорм. На сегодняшний день в этом
центре находятся около пяти сотен клонированных кур. Создание такого
количества подопытных птиц заняло полтора десятка лет. Из которых на
протяжении первых десяти было изобретено средство для борьбы с
опухолями, которое уже прошло испытания. Эта работа без сомнения станет
новой вехой на пути избавления человечества от этого страшного
заболевания.
4.2. ГМО бактерии уничтожают опухоли
Большинство раковых опухолей имеют центральную зону, где
существенно понижено содержание кислорода (область гипоксии). Раковые
клетки в такой области не способны к бесконтрольному делению и
разрастанию, но они и не поддаются действию химиопрепаратов, «мишенью»
которых являются быстро растущие клетки.
В качестве альтернативы лечения раковых заболеваний генетики
предложили почвенную бактерию Clostridium novyi-NT – микроорганизм,
обитающий в почве, не выносящий кислорода, то есть строго анаэробный
микроорганизм.
Споры бактерий вводятся внутривенно и распространяются с током
крови к органам и тканям организма, локализуясь впоследствии именно в
зоне гипоксии опухоли. Оказавшись в благоприятных условиях, споры
прорастают, бактерии начинают конкурировать с клетками опухоли за
пищевые ресурсы, тем самым постепенно убивая раковые клетки.
4.3. ГМО-деревья спасут экологию
7
Ученые Вашингтонского Университета вывели сорт ГМО-тополя,
который может деструктурировать определенные промышленные яды,
отравляющие природу, перерабатывая их в безвредные вещества.
Применение растительного мира для борьбы с отравлением природы,
называемое фиторемедиацей или фитоочисткой, служит новым и весьма
перспективным методом решения проблемы промышленных загрязнителей.
До сегодняшнего дня фиторемедиация выглядела довольно сомнительной
идеей, т.к. отравленные участки земли, в основном, покрыты не одним, а
довольно разными отравляющими веществами. Но разработанный сорт
тополей решает проблему борьбы с немалым количеством органохимических
ядов, в т.ч. хлороформ, бензол, трихлорэтилен, перерабатывая их
посредством органических преобразований в воду, CO
2
и определенные соли,
не наносящие вреда.
Лабораторные испытания определили, что генетически
модифицированные тополя в 100 раз эффективнее абсорбируют из почвы
трихлорэтилен, нежели естественные тополя. ГМО-деревья также могут
вытягивать токсины из воздуха и перерабатывать их в неопасные метаболиты
внутри листьев. Последующей стадией испытаний будут полевые
исследования. Первые опыты должны показать, что генетически
модифицированные тополя как таковые не могут принести никакого
вредного воздействия на природу и людей. Ученые также собираются
продумать определенные меры для избегания утечки ГМО-растений в
неконтролируемую среду.
8
Список использованной литературы.
1. Кравченко В.М., Садовниченко Ю.О., Тимчук Н.Ф., Філіпцова О.В.,
Павиченко О.В. Біологія з основами генетики: Навч. посібник для студ.
вищих навч. закл. — Х. : Видавництво НФаУ "Золоті сторінки", 2006.
2. Жегунов Г.Ф., Жегунова Г.П. Цитогенетические основы жизни:
Учеб. Пособие для студентов высш. учеб. заведений – Х.: Золотые
страницы, 2004.
3. www.tiensmed.ru.
4. Фармацевтична енциклопедія.
5. Л.Н.Малоштан, И.Г.Петренко, Г.П.Жегунова. Биология: конспект
лекций – Х.: Издательство НФаУ «Золотые страницы», 2003.
9