Генная Инженерия
Работу выполнил ученик 10 класса – Кириллов Роман.
Генетическая инженерия
Генетическая инжене́рия (генная инженерия) - совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.
Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.
Жители Кении проверяют, как растет новый трансгенный сорт зерновых, устойчивых к насекомым-вредителям
История развития и достигнутый уровень технологии
Во второй половине XX века было сделано несколько важных открытий и изобретений, лежащих в основе генной инженерии. Успешно завершились многолетние попытки «прочитать» ту биологическую информацию, которая «записана» в генах. Эта работа была начата английским учёным Ф. Сенгером и американским учёным У. Гилбертом (Нобелевская премия по химии 1980 г.). Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул РНК и белков, в том числе ферментов. Чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для неё вещества, надо чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в неё новые, ранее отсутствовавшие гены. Изменения генов в живых клетках - это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов - химических ядов или излучений.
Фредерик Сенгер
Уолтер Гилберт
Генная инженерия человека
В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных болезней. Однако, технически, есть существенная разница между лечением самого пациента и изменением генома* его потомков.
*Гено́м - совокупность всех генов организма; его полный хромосомный набор.
Нокаутные мыши
Нокаут гена. Для изучения функции того или иного гена может быть применен нокаут гена (gene knockout). Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию.
Применение в научных исследованиях
Искусственная экспрессия. Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.
Применение в научных исследованиях
Визуализация продуктов генов. Используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена. Одним из способов мечения является замещение нормального гена на слитый с репортёрным элементом, например, с геном зелёного флуоресцентного белка
Схема строения зелёного флуоресцентного белка.
1 слайд
2 слайд
Историческая справка В 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик создали двуспиральную модель ДНК, на рубеже 50 – 60-х годов 20 века были выяснены свойства генетического кода. В 1970 году Г.Смитом был впервые выделен ряд ферментов – рестриктаз, пригодных для генно-инженерных целей. Комбинирование ДНК-рестриктаз (для разрезания молекул ДНК на определенные фрагменты) и выделенных еще в 1967 г. ферментов – ДНК-лигаз (для «сшивания» фрагментов в произвольной последовательности) по праву можно считать центральным звеном в технологии генной инженерии. В 1972 году П. Берг, С. Коэн, Х. Бойер создали первую рекомбинантную ДНК. С начала 1980-х гг. достижения генной инженерии начинают использоваться на практике. С 1996 г. генетически модифицированные начинают использоваться в сельском хозяйстве. Уотсон и Крик
3 слайд
Задачи генной инженерии Придание устойчивости к ядохимикатам Придание устойчивости к вредителям и болезням Повышение продуктивности Придание особых качеств
4 слайд
Технология 1. Получение изолированного гена. 2. Введение гена в вектор для встраивания в организм. 3. Перенос вектора с конструкцией в модифицируемый организм-рецепиент. 4. Молекулярное клонирование. 5. Отбор ГМО
5 слайд
Суть технологии заключается в направленном, по заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма с последующим внедрением созданных конструкций в живой организм. В результате достигается их включение и активность в данном организме и у его потомства. Возможности генной инженерии – генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение генно-инженерно-модифицированных организмов с новыми уникальными генетическими, биохимическими и физиологическими свойствами и признаками, делают это направление стратегическим. Трансгенная мышь
6 слайд
Практические достижения современной генной инженерии Созданы клонотеки, представляющие собой коллекции клонов бактерий. Каждый из этих клонов содержит фрагменты ДНК определенного организма (дрозофилы, человека и других). На основе трансформированных штаммов вирусов, бактерий и дрожжей осуществляется промышленное производство инсулина, интерферона, гормональных препаратов. На стадии испытаний находится производство белков, позволяющих сохранить свертываемость крови при гемофилии, и других лекарственных препаратов. Созданы трансгенные высшие организмы, в клетках которых успешно функционируют гены совершенно других организмов. Широко известны генетически защищенные генно-модифицированные растения, устойчивые к высоким дозам определенных гербицидов, к вредителям. Среди трансгенных растений лидирующие позиции занимают: соя, кукуруза, хлопок, рапс. Овечка Долли
7 слайд
Эколого-генетические риски ГМ-технологий Генная инженерия относится к технологиям высокого уровня. Высокие биотехнологии характеризуются высокой наукоемкостью. ГМ-технологии используются как в рамках обычного сельскохозяйственного производства, так и в других областях человеческой деятельности: в здравоохранении, в промышленности, в различных областях науки, при планировании и проведении природоохранных мероприятий. Любые технологии высокого уровня могут быть опасными для человека и окружающей его среды, поскольку последствия их применения непредсказуемы. Для снижения вероятности неблагоприятных эколого-генетических последствий применения генно-инженерных технологий постоянно разрабатываются новые подходы. Например, трансгенез (внедрение в геном генетически модифицируемого организма чужеродных генов) в ближайшем будущем может быть вытеснен цисгенезом (внедрение в геном генетически модифицируемого организма генов этого же или близкородственного вида).
Текст для презентации "Генная инжененрия".
Наши знания по вопросам генетики и молекулярной биологии растут с каждым днем. Это связано прежде всего с работами на микроорганизмах.Термин "генетическая инженерия" можно впослне отнести к селекции, однако возник этот термин только в свзи с появлением возможности проводить прямые манипуляции с индивидуальными генами.
Таким образом, генная инженерия - этосовокупность методов, позволяющихпосредством операций вне организма переносить ген. информацию из одного организма в другой.
В клетках некоторых бактерий, помимо основной большой молекулы ДНК, имеется еще маленькая кольцевая молекула ДНК-плазмида. В генной инженерии празмиды, используемые для введения необходимой информации в клетку-хозяина, называются векторами - переносчиками новых генов. Кроме плазмид роль векторов могут выпонять вирусы и бактериофаги.
Стандартная процедура схематически представлена на рис.
Можно выделиь основные этапы создания генетически модифицированных организмов:
1.Получения гена, кодирующего интересующий признак.
2.Выделение плазмиды из бактериальной клетки. Плазмида расскрытая(разрезанная) ферментом, оставляющим "лпкие концы" - это комплементарные последовательности оснаваний.
3.Обе гена с плазмидой- вектором.
4.Введение рекомбинированной плазмиды в клетку -хозяина.
5. Отбор клеток, получивших дополнительный ген. признак и практическое его использование. Такая новая бактерия будет синтезировать уже новый белок, ее можно выращивать на ферментах и получать биомассу в промышленных мастабах.
Одно из достижений генной инжененрии -это перенос генов, кодирующих синтез инсулина у человека в клетку бактерии. С тех самых пор, как выяснилось, что причиной сахарного диабета является нехватка гормнона инсулина, больным диабетом стали да инсулин, который получали из поджелудочной железы после забоя животных. Инсулин-это белок, и поэтому было много споров о том, можно ли встроить гены этого белка в клетку бактерий и затем выращивать их в промышленных мастабах, чтобы использовать их как боле дешевый и более удобный источник гормнона. В настоящее время удалось перенести гены человеческого инсулина, и уже началось промышленное получение этого гормнона.
Другим важным для человека белком являет интерферон, который обычно образуется в ответ на вирусную инфецию. ген интерферон также удалось перенести в клетку бактерий.
Заглядывая в будущее, можно сказать, что бактерии будут широко применяться как фабрики для производства целого ряда таких продуктов эукариотических клеток, как гормноны, антибиотики, ферменты и вещества, неоходимые в с/х.
Не исклучено, что полезные гены прокариот удастся включить в клетки эукариот. Например ввести гена азотфиксирующих бактерий в клетки полезных с/х растений. Это имео бы чрезвычайно большое значение для производства продукозволило бы резко уменьшить или даже совсем обойтись без внесения в почву нитратных удобрений, на которые расходуются огромные суммы денег и которыми загрязняются близлежайщие реки и озера.
в современной миру генная инженерия используется также для создания модифицированных орагнизмов с эстетическими целями.(этот слайд удалился,но вы сами, если захотите, можете вставить картинки с синими розочками и люминисцентными рыбками).
Слайд 1
Описание слайда:
Слайд 2
Описание слайда:
Слайд 3
Описание слайда:
Слайд 4
Описание слайда:
Слайд 5
Описание слайда:
Слайд 6
Описание слайда:
Слайд 7
Описание слайда:
Слайд 8
Описание слайда:
Слайд 9
Описание слайда:
Слайд 10
Описание слайда:
Слайд 11
Описание слайда:
Слайд 12
Описание слайда:
Слайд 13
Описание слайда:
Слайд 14
Описание слайда:
Слайд 15
Описание слайда:
Слайд 16
Описание слайда:
Слайд 17
Описание слайда:
Слайд 18
Описание слайда:
Слайд 19
Описание слайда:
Слайд 20
Описание слайда: Описание слайда:
Клонирование животных Овечка Долли, клонированная из клеток вымени другой, мертвой особи, заполонила газеты в 1997 г. Исследователи Университета Рослин (США) раззвонили об успехах, не акцентируя внимание публики на сотнях неудач, которые были до этого. Долли не была первым клоном животного, но была самой знаменитой. В действительности, в мире клонированием животных занимаются уже все последнее десятилетие. В Рослине держали успех в секрете, пока им не удалось запатентовать не только Долли, но и весь процесс ее создания. ВИПО (Всемирная организация по охране интеллектуальной собственности) выдала Университету Рослин эксклюзивные патентные права на клонирование всех животных, не исключая людей, до 2017 года. Успех Долли вдохновил ученых по всему земному шару барахтаться в создательстве и играть в господа Бога, несмотря на негативные последствия для животных и окружающей среды. В Таиланде ученые пытаются клонировать знаменитого белого слона короля Рамы -III, умершего 100 лет назад. Из 50 тыс. диких слонов, живших в 60-х, в Таиланде осталось только 2000. Тайцы хотят возродить стадо. Но вместе с тем не понимают, что если современные антропогенные нарушения и уничтожение местообитаний не прекратится, та же судьба ожидает клоны. Клонирование, как и вся генная инженерия в целом - это жалкая попытка решить проблемы, игнорируя их коренные причины.
Слайд 22
Описание слайда:
Слайд 23
Описание слайда:
Слайд 2
Генная инженерия-это совокупность методов, позволяющих посредством операций in vitro (в пробирке, вне организма), переносить генетическую информацию из одного организма в другой.
Слайд 3
Цель генной инженерии в получении клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах вырабатывать некоторые «человеческие» белки; в возможности преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим (использование в селекции растений, животных)
Слайд 4
Формальной датой рождения генной инженерии считают 1972 год. Её родоначальником стал американский биохимик Пол Берг.
Слайд 5
Группа исследователей во главе с Полом Бергом, работавшим в Стэнфордском университете, что неподалеку от Сан-Франциско в Калифорнии, сообщила о создании вне организма первой рекомбинантной (гибридной) ДНК. Первая рекомбинантная молекула ДНК состояла из фрагментов кишечной палочки (Eschherihia coli), группы генов самой этой бактерии и полной ДНК вируса SV40, вызывающего развитие опухолей у обезьяны. Такая рекомбинантная структура теоретически могла обладать функциональной активностью в клетках, как кишечной палочки, так и обезьяны. Она могла как челнок «ходить» между бактерией и животным. За эту работу Полу Бергу в 1980 году присуждена Нобелевская премия.
Слайд 6
Вирус SV40
Слайд 7
Основные методы генной инженерии.
Основные методы генной инженерии были разработаны в начале 70-х годов XX века. Их суть заключается во введении в организм нового гена. Для этого создают специальное генетические конструкции - векторы, т.е. устройство для доставки нового гена в клетку В качестве вектора используют плазмиды.
Слайд 8
Плазмида – это кольцевая двухцепочечная молекула ДНК, которая есть в бактериальной клетке.
Слайд 9
ГМ-картофель
Экспериментальное создание генетически модифицированных организмов началось ещё в 70-е годы ХХ века. В Китае стали выращивать табак, устойчивый к пестицидам. В США появились: ГМ-помидоры
Слайд 10
Сегодня в США насчитывается более 100 наименований генетически модифицированных продуктов- «трансгенов»-это соя, кукуруза, горох, подсолнечник, рис, картофель, помидоры и другие. Соя Подсолнечник Горох
Слайд 11
Генетически модифицированные животные:
Кролик, светящийся в темноте Лосось
Слайд 12
ГМИ входят в состав многих продуктов питания:
ГМ кукуруза добавляется в кондитерские и хлебобулочные изделия, безалкогольные напитки.
Слайд 13
ГМ соя входит в состав рафинированных масел, маргаринов, жиров для выпечки, соусов для салатов, майонезов, макаронных изделий, даже детского питания и других продуктов.
Слайд 14
ГМ картофель используется для приготовления чипсов
Слайд 15
Чья продукция содержит трансгенные компоненты:
Nestle (Нестле) Hershey’s (Хёршис) Coca-Cola (Кока-Кола) McDonald’s (Макдоналдс)