ingineria genetică

- Wikipedia, enciclopedia liberă

Ingineria genetică - un set de tehnici, metode și tehnologii pentru producerea de ARN și ADN-ul recombinant, izolarea de gene de la un organism (celulă) a manipulării genelor și introducerea lor în alte organisme.

Ingineria genetică nu este o știință în sens larg, dar este un instrument de biotehnologie, folosind studii de stiinte biologice, biologie moleculara si celulara, biologie celulara, genetica, microbiologie, virusologie.

1 Importanța economică

2 Istoria de dezvoltare și nivelul atins de tehnologie

3 Aplicarea în cercetare

4 inginerie genetică umană

Ingineria genetică este folosită pentru a produce caracteristicile dorite sunt modificate sau un organism modificat genetic. Spre deosebire de reproducere tradiționale, în care genotipul suferă modificări numai indirect, ingineria genetică permite să intervină direct în aparatul genetic folosind tehnici de clonare moleculară. Exemple de inginerie genetică este de a obține noi soiuri modificate genetic de cereale, producția de insulină umană prin utilizarea bacteriilor modificate genetic, producția de eritropoetină în cultură celulară sau noile rase experimentale de soareci pentru cercetare.

Baza de microbiologice, industria de biosinteză este o celulă bacteriană. Necesar pentru celulele de producție industriale sunt selectate pentru anumite caracteristici, dintre care cel mai important - capacitatea de a produce, sintetiza, în care numărul maxim posibil de, anumite compus - aminoacid sau un antibiotic, un hormon steroid, sau un acid organic. Uneori este necesar să existe un microorganism capabil, de exemplu, să fie utilizat ca ulei sau apă uzată „hrană“ și să le reciclați în biomasă, sau chiar destul de util pentru aditivii alimentari cu proteine. Uneori au nevoie de organisme care cresc la temperaturi ridicate sau în prezența substanțelor este cu siguranță letală pentru celelalte specii de microorganisme.

Sarcina prepararea unor astfel de tulpini industriale sunt foarte importante pentru modificarea si selectarea lor dezvoltat numeroase tehnici pentru influențarea în mod activ de celule - de la procesarea otrăvuri potent la radiații. Scopul acestor tehnici este una - pentru a realiza schimbări ereditare, aparat genetic al celulei. Rezultatul lor - obtinerea de numeroase microbi mutante de sute și mii de oameni de știință care apoi încearcă să selecteze cele mai potrivite pentru un anumit scop. Metode Crearea de mutageneză chimică sau de radiații a fost o realizare remarcabilă a biologiei și este utilizat pe scară largă în domeniul biotehnologiei moderne.

Dar posibilitățile lor sunt limitate la natura microorganismelor propriu-zise. Ei nu sunt capabili de a sintetiza un număr de substanțe valoroase care se acumulează în plante, în special în ulei medicinal și esențial. Nu se poate sintetiza substanțe care sunt foarte importante pentru viața animalelor și oamenilor, un număr de enzime, hormoni peptide, proteine ​​imune, interferoni și mulți compuși mai simplu construite care sunt sintetizate în corpul animalelor și oamenilor. Desigur, posibilitatea de microorganisme sunt departe de a fi epuizat. Din abundența totală de microorganisme utilizate în știință, și în special industria, doar o mica parte. În scopul selectării de mare interes sunt microorganisme, cum ar fi bacteriile anaerobe capabile de a trăi în absența oxigenului, phototrophs folosind energia luminii ca plantele, chemoautotrophs, bacterii termofile capabile de a trăi la o temperatură așa cum a apărut recent, aproximativ 110 ° C, și colab.

Cu toate acestea, limitările „material natural“ este evident. Bypass restricțiile au încercat și încearcă cu ajutorul culturilor și a țesuturilor de plante și animale de celule. Aceasta este o modalitate foarte importantă și promițătoare, care este, de asemenea, pus în aplicare în domeniul biotehnologiei. De-a lungul ultimelor decenii, oamenii de știință au creat o metodă prin care se poate face celulele individuale ale țesuturilor unei plante sau de animale să crească și să se reproducă separat de corp, ca celulele bacterii. Aceasta a fost o realizare importantă - derivate experimente culturi de celule și utilizate pentru producția industrială a anumitor substanțe, care prin intermediul unor culturi de bacterii nu pot fi obținute.

Istoria dezvoltării și nivelul atins de tehnologie

În a doua jumătate a secolului al XX-lea a fost făcut mai multe descoperiri importante și invenții care stau la baza ingineriei genetice. Finalizat cu succes de ani de încercări de a „citi“ informațiile biologice care este „scris“ in gene. Această lucrare a fost inițiată de către omul de știință britanic F. Sanger și om de știință american William Gilbert (Premiul Nobel pentru Chimie 1980). După cum se știe, genele conținute în informațiile de instruire în organism pentru sinteza moleculelor de ARN și proteine, inclusiv enzimele. Pentru a face celula sintetiza nou, neobișnuit pentru substanța ei, este necesar ca acesta sintetizat seturile respective de enzime. Și pentru aceasta este necesară schimbarea sau scop sunt în genele ei, sau de a introduce în ea noi gene, absente anterior. Modificări de gene in celulele vii - aceasta mutatie. Ei vin sub influența, de exemplu, mutageni - otrăvuri chimice sau radiații. Dar astfel de modificări nu pot fi controlate sau dirijate. Prin urmare, oamenii de stiinta s-au concentrat pe încercarea de a dezvolta metode pentru introducerea noii celule, este anumite gene necesare pentru persoana.

Principalele etape ale soluțiilor de inginerie genetică ale problemei sunt următoarele:

1. Prepararea genei izolate.

2. Introducerea unei gene în vectorul de transfer în organism.

3. Transferul vectorului cu gena într-un organism modificabilă.

4. Transformarea celulelor.

5. Selectarea organismelor modificate genetic (OMG) și eliminarea celor care nu au fost modificate cu succes.

procesul de sinteză a genei este acum bine dezvoltată și chiar în mare măsură automatizat. Există vehicule speciale, dotate cu un calculator, în memoria în care se pun programele de sinteză ale secvențelor de nucleotide diferite. Asemenea aparate sintetizeaza lungi de baze azotate ADN 100-120 (oligonucleotide). Ea sa răspândit tehnica de a fi utilizat pentru sinteza ADN-ului, incluzând reacția în lanț a polimerazei mutant. enzimă termostabilă, o ADN polimerază este utilizată pentru sinteza în aceasta matrice a ADN-ului, se folosește un primer care sintetizat artificial fragmente de acid nucleic - oligonucleotide. Enzima revers transcriptază face ca utilizarea unor astfel de primeri (primeri) pe șablonul pentru a sintetiza ADN-ul din celulele ARN vedelennoy. Sintetizat în acest fel se numește un ADN complementar (ARN) sau ADNc. Izolat, gena „chimic pure“ pot fi de asemenea obținute din biblioteci de fagi. Asa numita preparare bacteriofagi, care este integrat în genomul fragmente aleatorii de fagi replicabil genomic sau ADNc împreună cu toate ADN-ul lor.

Pentru a construi gena în vectorul, folosind enzime - restricție și ligaza, de asemenea, este un instrument util pentru ingineria genetică. Folosind gena enzimei de restricție și vectorul poate fi tăiat în bucăți. Cu ligases astfel de piese pot fi „lipite“ pentru a conecta diferite combinații de construire a unei gene noi, sau anexând-l într-un vector. Pentru descoperirea de enzime de restricție Werner Arber, Daniel Nathans si Hamilton Smith au primit Premiul Nobel (1978).

Tehnica introducerea genelor în bacterii a fost dezvoltat după Frederick Griffith a descoperit fenomenul de transformare bacteriene. Baza acestui fenomen este un proces sexual primitiv, care este însoțită de un schimb de bacterii bucăți mici de plasmide ADN non-cromozomiale. Plasmidul tehnologie au format baza pentru introducerea de gene artificiale in celulele bacteriene.

dificultăți considerabile au fost asociate cu introducerea genei finite în aparat ereditară a celulelor de plante și animale. Cu toate acestea, în natură există cazuri în care ADN-ul străin (viral sau bacteriofag) este inclusă în aparatul genetic al celulei și prin mecanismele sale de schimb începe să sintetiza de proteine ​​„proprii“. Oamenii de știință au investigat caracteristicile de introducere a ADN-ului străin și utilizat ca principiu de a introduce material genetic în celulă. Acest proces este cunoscut sub numele de transfecție.

În cazul în care modificările sunt supuse unor organisme unicelulare sau celule de cultură pluricelulare, în această etapă, ea începe clonarea, adică selectarea acestor organisme și descendenții lor (clone), care au fost supuse modificării. Când sarcina de a obține organisme multicelulare, care cu celule genotipul modificate sunt utilizate pentru înmulțire vegetativă a plantelor sau injectat într-un blastocist unei mame surogat, atunci când vine vorba de animale. Ca rezultat, tinere se nasc cu un genotip modificat sau nemodificat dintre ele sunt selectate și se încrucișează unele cu altele, numai cele care prezintă modificările preconizate.

Utilizat în cercetarea științifică

Genetic knockout. Genetic knock-out pot fi aplicate pentru a studia funcția unei gene. Așa numita tehnica de a elimina una sau mai multe gene care vă permite să exploreze consecințele acestei mutații. Pentru knockout sintetizat prin aceeași genă sau un fragment al acestuia, modificat astfel încât produsul genei își pierde funcția. Pentru soareci knock-out prin inginerie genetica Constructul rezultat este introdus în celule stem embrionare și înlocui gena normală, iar celulele modificate sunt implantate într-un blastocist mamă surogat. In fructe zbura Drosophila mutații inițiază o populație mare, care apoi uita-te puii cu mutația dorită. Într-un mod similar cu plantele knock-out și microorganisme.

Expresia artificială. expresie plus knockout logică a unei sintetice, și anume adăugarea la corpul genei care nu avea mai devreme. Această metodă de inginerie genetică poate fi utilizată pentru a studia functia de gene. În esență, procesul de introducere a genelor suplimentare este aceeași ca și în knock-out, dar genele existente nu sunt înlocuite și nu sunt deteriorate.

Etichetarea produselor genei. Este folosit în cazul în care sarcina este de a studia localizarea produsului genei. O metodă de etichetare este de a înlocui o genă normală de fuziune la un element raportor, cum ar fi o gena verde proteina fluorescenta (GRF). Aceasta proteina fluorescenta in lumina albastra este utilizat pentru a vizualiza produs modificarea genei. În timp ce această tehnică este convenabil și util, poate fi un efect secundar al unei pierderi parțiale sau complete a funcției proteinei în studiu. Mai sofisticate, deși nu ca o metodă convenabilă este de a adăuga la proteina studiate nu este oligopeptide la fel de mare, care pot fi detectate de către anticorpi specifici.

Investigarea mecanismului de exprimare. In astfel de experimente, sarcina este de a studia condițiile de expresia genelor. Expresia proprietăți depind în primul rând secțiunea mică a ADN-ului situată în amonte de regiunea de codificare, numit promotor, și servește la factorii de transcriere syazyvaniya. Această porțiune este introdus în organism prin plasarea în loc după gena sa proprie reporter, de exemplu, GFP sau aceeași enzimă care catalizează o reacție detectabilă bine. Pe lângă faptul că funcționarea promotorului în diferite țesuturi într-un moment dat devine vizibilă în mod clar, astfel de experimente ne permit investigarea structurii promotor, înlăturarea sau adăugarea acestora fragmente de ADN, precum și în mod artificial a spori funcția.

ingineria genetică umană

La om, ingineria genetică ar putea fi utilizate pentru a trata boli genetice. Cu toate acestea, există o diferență semnificativă între tratamentul pacientului și de a schimba descendenții lui genomului.

Deși la o scară mică, ingineria genetică este deja utilizat pentru a da o sansa de a ramane insarcinata pentru femei, cu unele specii de infertilitate [1]. În acest scop, femeia sănătoasă ou. Copilul ca urmare a genotip moștenit de la un tată și două mame. Cu ajutorul ingineriei genetice pot fi produse puii cu aspect modificat, abilități mentale și fizice, caracterul și comportamentul. În principiu, puteți crea modificări mai grave, dar în calea acestor schimbări, omenirea trebuie să abordeze multe probleme etice.

Stent Kelindar G. R. Molecular Genetics. - București 1981.

Sambrook J. Fritsch E.F. T. Maniatis Molecular Cloning. - 1989.