Genetic engineering
Ang gawain ay nakumpleto ng isang mag-aaral sa ika-10 baitang - Roman Kirillov.
Genetic engineering
Ang genetic engineering (genetic engineering) ay isang hanay ng mga diskarte, pamamaraan at teknolohiya para sa pagkuha ng recombinant na RNA at DNA, paghihiwalay ng mga gene mula sa isang organismo (mga cell), pagmamanipula ng mga gene at pagpasok sa kanila sa ibang mga organismo.
Ang genetic engineering ay hindi isang agham sa malawak na kahulugan, ngunit isang kasangkapan ng biotechnology, gamit ang mga pamamaraang tulad nito mga biyolohikal na agham, gaya ng molecular at cellular biology, cytology, genetics, microbiology, virology.
Sinusubukan ng mga Kenyans kung paano lumalaki ang isang bagong transgenic na uri ng pananim na lumalaban sa mga peste ng insekto.
Kasaysayan ng pag-unlad at nakamit na antas ng teknolohiya
Sa ikalawang kalahati ng ika-20 siglo, maraming mahahalagang pagtuklas at imbensyon ang ginawa na sumasailalim sa genetic engineering. Maraming taon ng mga pagtatangka na "basahin" ang biological na impormasyon na "nakasulat" sa mga gene ay matagumpay na nakumpleto. Ang gawaing ito ay sinimulan ng English scientist na si F. Sanger at ng American scientist na si W. Gilbert ( Nobel Prize sa Chemistry 1980). Tulad ng nalalaman, ang mga gene ay naglalaman ng impormasyon-mga tagubilin para sa synthesis ng mga molekula at protina ng RNA, kabilang ang mga enzyme, sa katawan. Upang pilitin ang isang cell na mag-synthesize ng mga bagong sangkap na hindi karaniwan para dito, kinakailangan na ang mga kaukulang hanay ng mga enzyme ay ma-synthesize dito. At para dito kinakailangan na sinasadyang baguhin ang mga gene na matatagpuan dito, o ipakilala ang mga bago, dati nang wala sa mga gene dito. Ang mga pagbabago sa mga gene sa mga buhay na selula ay mga mutasyon. Nangyayari ang mga ito sa ilalim ng impluwensya, halimbawa, ng mga mutagens - mga kemikal na lason o radiation.
Frederick Sanger
Walter Gilbert
Genetic engineering tao
Kapag inilapat sa mga tao, maaaring gamitin ang genetic engineering upang gamutin ang mga minanang sakit. Gayunpaman, sa teknikal, may malaking pagkakaiba sa pagitan ng paggamot sa pasyente mismo at pagbabago ng genome* ng kanyang mga inapo.
*Ang genome ay ang kabuuan ng lahat ng mga gene ng isang organismo; kumpletong set ng chromosome nito.
Knockout na mga daga
Gene knockout. Upang pag-aralan ang function ng isang partikular na gene, maaaring gamitin ang gene knockout. Ito ang pangalan para sa pamamaraan ng pag-alis ng isa o higit pa genes, na ginagawang posible na pag-aralan ang mga kahihinatnan ng naturang mutation. Para sa knockout, ang parehong gene o ang fragment nito ay synthesize, binago upang ang produkto ng gene ay mawalan ng paggana nito.
Aplikasyon sa siyentipikong pananaliksik
Artipisyal na pagpapahayag. Ang isang lohikal na karagdagan sa knockout ay artipisyal na pagpapahayag, iyon ay, ang pagdaragdag ng isang gene sa katawan na wala nito dati. Ang genetic engineering technique na ito ay maaari ding gamitin para pag-aralan ang gene function. Sa esensya, ang proseso ng pagpapakilala ng mga karagdagang gene ay kapareho ng para sa knockout, ngunit ang mga umiiral na gene ay hindi pinapalitan o nasira.
Aplikasyon sa siyentipikong pananaliksik
Visualization ng mga produkto ng gene. Ginagamit kapag ang layunin ay pag-aralan ang lokalisasyon ng isang produkto ng gene. Ang isa sa mga paraan ng pag-tag ay ang palitan ang normal na gene ng isang pinagsama sa elemento ng reporter, halimbawa, sa green fluorescent protein gene.
Scheme ng istraktura ng berdeng fluorescent na protina.
1 slide
2 slide
Makasaysayang sanggunian Noong 1953, si J. Watson at F. Crick ay lumikha ng isang double-stranded na modelo ng DNA; sa pagliko ng 50s at 60s ng ika-20 siglo, ang mga katangian ng genetic code ay nilinaw. Noong 1970, si G. Smith ang unang nag-isolate ng ilang enzymes - restriction enzymes, na angkop para sa genetic engineering purposes. Ang kumbinasyon ng mga DNA restriction enzymes (para sa pagputol ng mga molekula ng DNA sa mga partikular na fragment) at mga enzyme, DNA ligases, na nakahiwalay noong 1967 (para sa "pag-uugnay" ng mga fragment sa isang arbitrary na pagkakasunud-sunod) ay maaaring marapat na ituring na sentral na link sa teknolohiya ng genetic engineering. Noong 1972, nilikha ni P. Berg, S. Cohen, H. Boyer ang unang recombinant na DNA. Mula noong unang bahagi ng 1980s. ang mga tagumpay ng genetic engineering ay nagsisimula nang gamitin sa pagsasanay. Mula noong 1996, ginamit ang genetically modified na mga produkto sa agrikultura. Watson at Crick
3 slide
Mga layunin ng genetic engineering: Pagbibigay ng paglaban sa mga pestisidyo Pagbibigay ng paglaban sa mga peste at sakit Pagtaas ng produktibidad Pagbibigay ng mga espesyal na katangian
4 slide
Teknolohiya 1. Pagkuha ng nakahiwalay na gene. 2. Pagpapakilala ng gene sa isang vector para sa pagsasama sa katawan. 3. Paglipat ng vector na may construct sa binagong recipient organism. 4. Molecular cloning. 5. Pagpili ng GMO
5 slide
Ang kakanyahan ng teknolohiya ay ang nakadirekta, ayon sa isang naibigay na programa, ang pagbuo ng mga molecular genetic system sa labas ng katawan na may kasunod na pagpapakilala ng mga nilikhang istruktura sa isang buhay na organismo. Bilang resulta, ang kanilang pagsasama at aktibidad sa ibinigay na organismo at ang kanyang mga supling. Ang mga posibilidad ng genetic engineering - genetic transformation, ang paglipat ng mga dayuhang gene at iba pang materyal na tagapagdala ng pagmamana sa mga selula ng mga halaman, hayop at microorganism, ang paggawa ng genetically engineered modified organism na may bagong natatanging genetic, biochemical at physiological na mga katangian at katangian, estratehikong direksyong ito. Transgenic na mouse
6 slide
Ang mga praktikal na tagumpay ng modernong genetic engineering na Clonotheque ay nilikha, na mga koleksyon ng mga bacterial clone. Ang bawat isa sa mga clone na ito ay naglalaman ng mga fragment ng DNA mula sa isang partikular na organismo (Drosophila, tao, at iba pa). Batay sa mga nabagong strain ng mga virus, bacteria at yeast, industriyal na produksyon insulin, interferon, mga hormonal na gamot. Ang paggawa ng mga protina na tumutulong sa pagpapanatili ng pamumuo ng dugo sa hemophilia at iba pa ay nasa yugto ng pagsubok. mga gamot. Transgenic mas mataas na organismo, sa mga selula kung saan matagumpay na gumana ang mga gene mula sa ganap na magkakaibang mga organismo. Genetically protected genetically modified na mga halaman na lumalaban sa mataas na dosis ilang mga herbicide sa mga peste. Sa mga transgenic na halaman, ang mga nangungunang posisyon ay inookupahan ng: soybean, corn, cotton, at rapeseed. Dolly ang Tupa
7 slide
Ang mga panganib sa ekolohiya at genetic ng mga teknolohiyang GM Ang genetic engineering ay isang teknolohiya mataas na lebel. Ang mataas na biotechnologies ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na intensity ng agham. Ginagamit ang mga teknolohiyang GM kapwa sa loob ng kumbensyonal na produksyong pang-agrikultura at sa iba pang mga lugar aktibidad ng tao: sa pangangalagang pangkalusugan, sa industriya, sa iba't ibang larangan ng agham, sa pagpaplano at pagsasagawa ng mga hakbang sa pangangalaga sa kapaligiran. Anumang mataas na antas ng teknolohiya ay maaaring mapanganib para sa mga tao at sa kanilang kapaligiran, dahil ang mga kahihinatnan ng kanilang paggamit ay hindi mahuhulaan. Upang mabawasan ang posibilidad ng masamang epekto sa kapaligiran at genetic ng paggamit ng mga teknolohiyang genetic engineering, ang mga bagong diskarte ay patuloy na ginagawa. Halimbawa, ang transgenesis (ang pagpapakilala ng mga dayuhang gene sa genome ng isang genetically modified organism) ay maaaring mapalitan sa malapit na hinaharap ng cisgenesis (ang pagpapakilala ng mga gene mula sa pareho o malapit na nauugnay na species sa genome ng isang genetically modified organism).
Teksto para sa pagtatanghal na "Genetic engineering".
Ang aming kaalaman sa genetika at molecular biology ay lumalaki araw-araw. Pangunahing ito ay dahil sa pagtatrabaho sa mga mikroorganismo. Ang terminong " genetic engineering"Maaaring tunay na maiugnay sa pagpili, ngunit ang terminong ito ay lumitaw lamang na may kaugnayan sa pagdating ng posibilidad ng direktang pagmamanipula ng mga indibidwal na gene.
Kaya, ang genetic engineering ay isang hanay ng mga pamamaraan na ginagawang posible ang paglipat ng isang gene sa pamamagitan ng mga operasyon sa labas ng katawan. impormasyon mula sa isang organismo patungo sa isa pa.
Sa mga selula ng ilang bakterya, bilang karagdagan sa pangunahing malaking molekula ng DNA, mayroon ding isang maliit na pabilog na molekula ng DNA plasmid. Sa genetic engineering, nagpakilala ang mga prasmid kinakailangang impormasyon sa host cell ay tinatawag na mga vectors - mga carrier ng mga bagong gene. Bilang karagdagan sa mga plasmid, ang mga virus at bacteriophage ay maaaring maglaro ng papel ng mga vector.
Ang karaniwang pamamaraan ay ipinapakita sa eskematiko sa Fig.
Maaari naming i-highlight ang mga pangunahing yugto ng paglikha ng mga genetically modified na organismo:
1. Pagkuha ng gene na naka-encode ng katangian ng interes.
2.Paghihiwalay ng plasmid mula sa bacterial cell. Ang plasmid ay binubuksan (pinutol) ng isang enzyme na nag-iiwan ng "malagkit na dulo" - ito ay mga pantulong na base sequence.
3. Parehong mga gene na may vector plasmid.
4.Introduction ng recombined plasmid sa host cell.
5. Pagpili ng mga cell na nakatanggap ng karagdagang gene. sign at praktikal na paggamit nito. Ang ganitong bagong bacterium ay mag-synthesize na bagong protina, maaari itong palaguin gamit ang mga enzyme at ginawa bilang biomass sa pang-industriyang mastabas.
Ang isa sa mga tagumpay ng genetic engineering ay ang paglipat ng mga gene na nag-encode ng synthesis ng insulin sa mga tao sa isang bacterial cell. Mula nang maging malinaw na ang dahilan Diabetes mellitus ay isang kakulangan ng hormone insulin, ang mga pasyente ng diabetes ay nagsimulang makatanggap ng insulin, na nakuha mula sa pancreas pagkatapos ng pagpatay ng mga hayop. Ang insulin ay isang protina, at kaya nagkaroon ng maraming debate tungkol sa kung ang mga gene para sa protina na ito ay maaaring ipasok sa bacterial cell at pagkatapos ay lumaki sa pang-industriya na kaliskis upang magamit bilang isang mas mura at mas maginhawang mapagkukunan ng hormone. Sa kasalukuyan, posible na ilipat ang mga gene ng insulin ng tao, at nagsimula na industriyal na produksyon hormon na ito.
Ang isa pang mahalagang protina para sa mga tao ay interferon, na kadalasang nabuo bilang tugon sa isang impeksyon sa viral. Ang interferon gene ay inilipat din sa bacterial cell.
Sa pagtingin sa hinaharap, ang bakterya ay malawakang gagamitin bilang mga pabrika upang makagawa ng isang hanay ng mga naturang produkto. eukaryotic cells, tulad ng mga hormone, antibiotic, enzyme at mga sangkap na kailangan sa agrikultura.
Posible na ang mga kapaki-pakinabang na prokaryotic genes ay maaaring isama sa mga eukaryotic cells. Halimbawa, ipasok ang gene para sa nitrogen-fixing bacteria sa mga cell ng mga kapaki-pakinabang na halamang pang-agrikultura. Ito ay magiging lubhang mahalaga pinakamahalaga para sa produksyon ng pagkain, posibleng mabawasan o kahit na ganap na ibigay ang pagpapakilala ng mga pataba ng nitrate sa lupa, kung saan ginugol ang malaking halaga ng pera at kung saan dumudumi sa mga kalapit na ilog at lawa.
V modernong mundo Ginagamit din ang genetic engineering upang lumikha ng mga binagong organismo para sa aesthetic na layunin (ang slide na ito ay tinanggal, ngunit kung gusto mo, maaari kang magpasok ng mga larawan na may mga asul na rosas at luminescent na isda).
Slide 1
Paglalarawan ng slide:
Slide 2
Paglalarawan ng slide:
Slide 3
Paglalarawan ng slide:
Slide 4
Paglalarawan ng slide:
Slide 5
Paglalarawan ng slide:
Slide 6
Paglalarawan ng slide:
Slide 7
Paglalarawan ng slide:
Slide 8
Paglalarawan ng slide:
Slide 9
Paglalarawan ng slide:
Slide 10
Paglalarawan ng slide:
Slide 11
Paglalarawan ng slide:
Slide 12
Paglalarawan ng slide:
Slide 13
Paglalarawan ng slide:
Slide 14
Paglalarawan ng slide:
Slide 15
Paglalarawan ng slide:
Slide 16
Paglalarawan ng slide:
Slide 17
Paglalarawan ng slide:
Slide 18
Paglalarawan ng slide:
Slide 19
Paglalarawan ng slide:
Slide 20
Paglalarawan ng slide:Paglalarawan ng slide:
Ang pag-clone ng hayop na si Dolly ang tupa, na na-clone mula sa mga selula ng udder ng isa pang patay na hayop, ay pumupuno sa mga pahayagan noong 1997. Ang mga mananaliksik sa Roslyn University (USA) ay umalingawngaw ng mga tagumpay nang hindi itinuon ang pansin ng publiko sa daan-daang mga kabiguan na dumating noon. Si Dolly ay hindi ang unang clone ng hayop, ngunit siya ang pinakasikat. Sa katunayan, ang mundo ay nag-clone ng mga hayop sa nakalipas na dekada. Inilihim ni Roslyn ang tagumpay hanggang sa nagawa nilang patente hindi lang si Dolly, kundi ang buong proseso ng paglikha sa kanya. VIPO ( organisasyong pandaigdig Binigyan ng Intellectual Property Office) ang Roslyn University ng eksklusibong mga karapatan sa patent para i-clone ang lahat ng hayop, kabilang ang mga tao, hanggang 2017. Ang tagumpay ni Dolly ay nagbigay inspirasyon sa mga siyentipiko sa paligid sa globo gumulong sa paglikha at maglaro ng Diyos, sa kabila Mga negatibong kahihinatnan para sa mga hayop at kapaligiran. Sa Thailand, sinusubukan ng mga siyentipiko na i-clone ang sikat na puting elepante ni Haring Rama III, na namatay 100 taon na ang nakalilipas. Sa 50 libong ligaw na elepante na nabuhay noong dekada 60, 2000 na lang ang natitira sa Thailand. Nais ng mga Thai na buhayin ang kawan. Ngunit sa parehong oras, hindi nila naiintindihan na kung ang mga modernong anthropogenic na kaguluhan at pagkasira ng tirahan ay hindi titigil, ang parehong kapalaran ay naghihintay sa mga clone. Ang pag-clone, tulad ng lahat ng genetic engineering sa pangkalahatan, ay isang kalunus-lunos na pagtatangka na lutasin ang mga problema habang binabalewala ang mga ugat nito.
Slide 22
Paglalarawan ng slide:
Slide 23
Paglalarawan ng slide:
Slide 2
Ang genetic engineering ay isang hanay ng mga pamamaraan na nagpapahintulot, sa pamamagitan ng in vitro operations (in vitro, sa labas ng katawan), na ilipat ang genetic na impormasyon mula sa isang organismo patungo sa isa pa.
Slide 3
Ang layunin ng genetic engineering ay upang makakuha ng mga cell (pangunahing bacterial) na may kakayahang gumawa ng ilang mga "tao" na protina sa isang pang-industriya na sukat; sa kakayahang malampasan ang mga interspecific na hadlang at ilipat ang mga indibidwal na namamana na katangian ng isang organismo sa isa pa (gamitin sa pagpili ng mga halaman at hayop)
Slide 4
Ang pormal na petsa ng kapanganakan ng genetic engineering ay itinuturing na 1972. Ang nagtatag nito ay ang American biochemist na si Paul Berg.
Slide 5
Ang isang pangkat ng mga mananaliksik na pinamumunuan ni Paul Berg, na nagtrabaho sa Stanford University, malapit sa San Francisco sa California, ay nag-ulat ng paglikha ng unang recombinant (hybrid) na DNA sa labas ng katawan. Ang unang recombinant na molekula ng DNA ay binubuo ng mga fragment coli(Eschherihia coli), isang pangkat ng mga gene mula sa mismong bacterium na ito at ang kumpletong DNA ng SV40 virus, nagdudulot ng pag-unlad mga tumor sa isang unggoy. Ang nasabing recombinant na istraktura ay maaaring theoretically magkaroon ng functional na aktibidad sa parehong E. coli at monkey cells. Maaari siyang "maglakad" tulad ng isang shuttle sa pagitan ng isang bacterium at isang hayop. Para sa gawaing ito, si Paul Berg ay ginawaran ng Nobel Prize noong 1980.
Slide 6
SV40 virus
Slide 7
Mga pangunahing pamamaraan ng genetic engineering.
Ang mga pangunahing pamamaraan ng genetic engineering ay binuo noong unang bahagi ng 70s ng ika-20 siglo. Ang kanilang kakanyahan ay ang pagpapakilala ng isang bagong gene sa katawan. Para sa layuning ito, nilikha ang mga espesyal na genetic construct - mga vector, i.e. isang aparato para sa paghahatid ng isang bagong gene sa isang cell. Ginagamit ang mga plasmid bilang isang vector.
Slide 8
Ang plasmid ay isang pabilog na double-stranded na molekula ng DNA na matatagpuan sa isang bacterial cell.
Slide 9
GM na patatas
Ang eksperimentong paglikha ng mga genetically modified na organismo ay nagsimula noong 70s ng ikadalawampu siglo. Ang tabako na lumalaban sa pestisidyo ay nagsimula nang magtanim sa China. Sa USA lumitaw: GM tomatoes
Slide 10
Ngayon sa Estados Unidos mayroong higit sa 100 mga uri ng genetically modified na mga produkto - "transgenes" - soybeans, mais, gisantes, sunflower, bigas, patatas, kamatis at iba pa. Soybeans Sunflower Peas
Slide 11
Mga hayop na binago ng genetiko:
Bunny Glow in the Dark Salmon
Slide 12
Ang mga GMI ay kasama sa maraming produktong pagkain:
Ang GM corn ay idinagdag sa confectionery at mga produktong panaderya, mga softdrinks.
Slide 13
Ang GM soybeans ay kasama sa mga pinong langis, margarine, baking fats, salad sauce, mayonesa, pasta, kahit pagkain ng sanggol at iba pang produkto.
Slide 14
Ang GM na patatas ay ginagamit upang gumawa ng mga chips
Slide 15
Kaninong mga produkto ang naglalaman ng mga sangkap na transgenic:
Ang Coca-Cola McDonald's ng Nestle Hershey