Ingineria genetică

Ingineria genetică este folosită pentru a produce caracteristicile dorite sunt modificate sau un organism modificat genetic. Spre deosebire de reproducere convențională. în timpul căreia genotipul este expus doar indirect modificări, 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.

rezidenți Kenya ceas ca noile soiuri transgenice de porumb în creștere. rezistente la insecte dăunătoare

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 bacterii anaerobi. capabil 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 descoperit 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.

O altă linie de cercetare - îndepărtarea ADN a genelor care codifică pentru proteine ​​nedorite și funcționarea organismelor și crearea pe baza unor astfel de organisme cu ADN artificial „trunchiat set de“ gene. Acest lucru poate crește dramatic stabilitatea organismelor modificate virusurilor [1].

Istoria dezvoltării și nivelul atins de tehnologie

În a doua jumătate a secolului XX 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 începută de savantul britanic Frederick Sanger și om de știință american Walter Gilbert (Premiul Nobel pentru Chimie în 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.

Etapele de bază ale rezolvării problemei ingineriei genetice, după cum urmează:

1. Prepararea genei izolate.
2. Introducerea unei gene în vectorul de transfer în organism.
3. Vectorul de transfer cu gena într-un organism modificabilă.
4. Transformarea celulelor corpului.
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. Transcriptaza enzimei revers face ca utilizarea unor astfel de primeri (amorse) sintetizarea ADN pe un șablon de ARN extras din celule. 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. Așa a numit-o pregătire bacteriofagi. integrat în genomul care fragmente aleatorii ale fagului replicabil genomic sau ADNc împreună cu toate ADN-ul lor.

Pentru a încorpora o genă într-un vector. folosesc enzime - enzime de restricție și ligaze. 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 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, începe clonarea. adică selecția acelor organisme și urmașii lor (clone), care au fost supuse modificării. Când sarcina de a obține organisme multicelulare, genotipuri cu celule 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 genotip modificat sau nemodificat dintre ele sunt selectate și se încrucișează unele cu altele, numai cele care prezintă modificările preconizate.

Utilizat în cercetarea științifică

gena Knockout. Pentru a studia functia unei gene poate fi aplicată în knock-out gena (Engl. Gene knock-out). 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. Metodele de bază de realizare: deget de zinc. morfolino si Talen [2]. Pentru șoarecii knock-out, având ca rezultat construct inginerie genetică este introdus în celule stem embrionare. unde structura este supus recombinării somatice și înlocuiește gena normală și celulele modificate sunt implantate într-un blastocist unei mame 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. Un plus logic knock-out expresie este artificială, adică în plus corpul genei care nu a avut 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.

Diagrama structurii proteinei verzi fluorescente

Vizualizarea produselor de gene. 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 pentru o fuziune cu un element raportor, de exemplu, gena de proteina verde fluorescentă (GFP). 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 pentru a lega factorii de transcripție. Această porțiune este introdus în organism prin plasarea în loc după propria sa genă reporter, de exemplu, GFP sau o enzimă care catalizează o reacție ușor detectabil. 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, punct de vedere tehnic, există o diferență semnificativă între tratamentul pacientului și de a schimba descendenții lui genomului.

adulti problema umana schimbare a genomului este ceva mai complicată decât dezvoltarea speciilor de animale noi prin inginerie genetica, deoarece, în acest caz, este necesar să se modifice genomul multor celule deja formate corp în loc de un singur ou-embrion. În acest scop, se propune utilizarea ca un vector de particule virale. Particulele virale sunt capabile să penetreze într-un procent semnificativ de celule umane adulte prin încorporarea lor în informația lor genetică; eventual controlat propagarea particulelor virale în organism. În acest caz, pentru a reduce efectele secundare, oamenii de știință încearcă să evite introducerea ADN-ului prin inginerie genetica in celulele organelor genitale, evitându-se astfel impactul asupra pacientului urmași viitoare. De asemenea, demn de remarcat este critica considerabilă a acestei tehnologii în mass-media: dezvoltarea virusurilor prin inginerie genetica vazut de multi ca o amenințare pentru întreaga omenire.

Deși la o scară mică, ingineria genetică este deja utilizat pentru a da o sansa de a ramane insarcinata pentru femeile cu unele specii de infertilitate. [5] În acest scop, ou femeie sănătoasă a lui. Copilul moștenește genotipul care rezultă dintr-un tată și două mame.

inginerie celulară se bazează pe cultivarea celulelor și țesuturilor de plante și animale a corpului este capabil să producă substanțele dorite pentru om. Această metodă este utilizată pentru reproducerea clonală (asexuată) a formelor de plante; pentru a produce celule hibride, care combină proprietățile, de exemplu, în limfocitele sanguine și celulele tumorale, permițându-vă să producă rapid anticorpi.

Ingineria genetică în România