Строение ДНК Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью. Нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат дезоксирибозу, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов: адениловый (А), гуаниловый (Г), цитидиловый (Ц) и тимидиловый (Т).
Возникновение биотехнологии Биотехнология - это производственное использование биологических агентов или их систем для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений. Биологические агенты в данном случае - микроорганизмы, растительные или животные клетки, клеточные компоненты (мембраны клеток, рибосомы, митохондрии, хлоропласты), а также биологические макромолекулы (ДНК, РНК, белки - чаще всего ферменты). Биотехнология использует также вирусную ДНК или РНК для переноса чужеродных генов в клетки.
Специфика биотехнологии Биотехнология – чрезвычайно наукоемкая технология. Так, например, возникшая первой в США фирма «Дженетек» расходует 76% доходов на исследовательские разработки вместо обычных для других фирм 12%. Среди общего числа работников НБФ около 35% составляют доктора наук. Таким образом, новая биотехнология – это больше научно – техническое новаторское направление, чем производственное, хотя и с довольно большими производственными перспективами.
Основные методы селекции и биотехнологии Селекция – наука о выведении новых и совершенствовании существующих сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с необходимыми человеку свойствами. К методам селекции традиционно относят отбор, гибридизацию, мутагенез. Во второй половине века стали применять принципиально новые методы экспериментальной биологии - клеточную и генную инженерию. Это направление легло в основу новой области биологии – биотехнологии.
Клеточная инженерия Клеточная инженерия основана на культивировании отдельных клеток или тканей на искусственных питательных средах. Такие клеточные культуры используются для синтеза ценных веществ, производства незараженного посадочного материала, получения клеточных гибридов. Метод гибридизации клеток приобретает се большее значение в селекции. Оказалось, что если взять клетки разных органов и тканей или клетки разных организмов, объединить их с помощью специальных приемов, разработанных учеными, в одну, то образуется новая, гибридная клетка. Свойства этой гибридной клетки существенно отличаются от свойств родительских клеток, Таким путем можно получать клетки, выделяющие необходимые человеку лекарства.
Перспективы развития биотехнологии Дальнейшее развитие биотехнологии как отрасли сельскохозяйственного производства позволит решить многие важные проблемы человечества. Острейшей проблемой в целом ряде слаборазвитых стран, стоящей перед человечеством, является нехватка продовольствия. В связи с этим усилия биотехнологов направлены на повышение эффективности растениеводства и животноводства.
Генная инженерия – это целенаправленный перенос нужных генов от одного вида живых организмов в другой, часто очень далеких по своему происхождению. Это, как считают ученые, перспективное направление, которое в недалеком будущем позволит человеку целенаправленно улучшать наследственные качества организмов, получать в неограниченном количестве ценные биологически активные вещества. В то же время многие ученые высказывают опасения, что неконтролируемые работы в области генной инженерии могут привести к созданию организмов, опасных для человека.
Первые шаги Первым искусственно изменённым продуктом стал помидор. В прочем, выбор мог бы пасть на любое другое растение, но им стал именно помидор. Его новым свойством стала способность месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12 градусов. Но как только такой помидор помещают в тепло, он за несколько часов становится спелым.
Первым клонированным млекопитающим официально считается всем нам известная овечка Долли, эксперимент по её клонированию был поставлен Яном Вилмутом и Кейтом Кемпбеллом в Рослинском институте, в Шотландии, близ Эдинбурга в 1996 году., однако, с этим нельзя всецело согласиться, так как за 10 лет до клонирования Долли была клонирована мышь Машка в Пущино под Москвой советскими исследователями Чайлахяным Л.М, Вепренцевой Б.Н., Свиридовой Т.А., Никитиной В.А.
Использование генно-инженерных организмов в медицине Генно-инженерные организмы используются в прикладной медицине с 1982 года, когда был зарегистрирован в качестве лекарства человеческий инсулин, получаемый с помощью генетически модифицированных бактерий. Ведутся работы по созданию генно-инженерных растений, продуцирующих компоненты вакцин и лекарств, против опасных инфекций.
Cлайд 1
Cлайд 2
Биотехнология – это интеграция естественных и инженерных наук, позволяющая наиболее полно реализовать возможности живых организмов для производства продуктов питания, лекарственных препаратов, для решения проблем в области энергетики и охраны окружающей среды.
Cлайд 3
Одним из видов биотехнологий является генная инженерия. Генная инженерия основана на получении гибридных молекул ДНК и введении этих молекул в клетки других организмов, а также на молекулярно-биологических, иммунохимических и бмохимических методах.
Cлайд 4
Генная инженерия начала развиваться с 1973 года, когда американские исследователи Стэнли Коэн и Энли Чанг встроили бартериальную плазмиду в ДНК лягушки. Затем эту трансформированную плазмиду вернули в клетку бактерии, которая стала синтезировать белки лягушки, а также передавать лягушачью ДНК своим потомкам. Таким образом был найден метод, позволяющий встраивать чужеродные гены в геном определенного организма.
Cлайд 5
Генная инженерия находит широкое практическое применение в отраслях народного хозяйства, таких как микробиологическая промышленность, фармакологическая промышленность, пищевая промышленность и сельское хозяйство.
Cлайд 6
Одним из наиболее значимых отраслей в генной инженерии является производство лекарственных препаратов. Современные технологии производства различных лекарств позволяют излечивать тяжелейшие заболевания, или хотя бы замедлять их развитие.
Cлайд 7
В основе генной инженерии лежит технология получения рекомбинантной молекулы ДНК.
Cлайд 8
Основной единицей наследовательности любого организма является ген. Информация в генах, кодирующих белки, расшифровывается в ходе двух последовательных процессов: транскрипции (синтеза РНК) и трансляции (синтеза белка), которые в свою очередь обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.
Cлайд 9
С развитием генной инженерии всё чаще стали проводить различные опыты над животными, в результате которых ученые добивались своеобразной мутации организмов. Так, например, компания «Lifestyle Pets» создала с помощью генной инженерии гипоаллергенного кота, названного Ашера ГД. В организм животного был введен некий ген, позволявший «обходить заболевания стороной».
Cлайд 10
Cлайд 11
С помощью генной инженерии исследователи из Университета Пенсильвании представили новый метод производства вакцин: с помощью генетически сконструированных грибов. В результате был ускорен процесс производства вакцин, что может, по мнению пенсильванцев, пригодиться в случае биотеррористической атаки или вспышки птичьего гриппа.
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).
История развития 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.). Уолтер ГилбертФредерик Сенгер
Основные этапы решения генноинженерной задачи: 1. Получение изолированного гена. 1. Получение изолированного гена. 2. Введение гена в вектор для переноса в организм. 2. Введение гена в вектор для переноса в организм. 3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм. 3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм. 4. Преобразование клеток организма. 4. Преобразование клеток организма. 5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы. 5. Отбор генетически модифицированных организмов (ГМО) и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.
С помощью генотерапии в будущем возможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах. С помощью генотерапии в будущем возможно изменение генома человека. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки и испытаний на приматах. Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины.
Проект «Геном человека» В 1990 году в США был начат проект "Геном человека", целью которого было определить весь генетический год человека. Проект, в котором важную роль сыграли и российские генетики, был завершён в 2003 году. В результате проекта 99% генома было определено с точностью 99,99%.
Невероятные примеры генной инженерии В 2007 году южнокорейский ученый изменил ДНК кота, чтобы заставить его светиться в темноте, а затем взял эту ДНК и клонировал из нее других котов, создав целую группу пушистых флуоресцирующих кошачьих Эко-свинья, или как критики ее еще называют Франкенсвин - это свинья, которая была генетически изменена для лучшего переваривания и переработки фосфора.
Ученые Вашингтонского университета работают над созданием тополей, которые могут очищать загрязненные места при помощи впитывания через корневую систему загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах. Ученые недавно выделили ген, отвечающий за яд в хвосте скорпиона, и начали искать способы введения его в капусту. Ученые недавно выделили ген, отвечающий за яд в хвосте скорпиона, и начали искать способы введения его в капусту.
Плетущие паутину козы Исследователи вложили ген каркасной нити паутины в ДНК козы таким образом, чтобы животное стало производить паутинный белок только в своем молоке. Генетически модифицированный лосось компании «AquaBounty» растет в два раза быстрее, чем обычная рыба этого вида. Генетически модифицированный лосось компании «AquaBounty» растет в два раза быстрее, чем обычная рыба этого вида.
Помидор Flavr Savr был первым коммерчески выращиваемым и генетически созданным продуктом питания, которому предоставили лицензию для потребления человеком. Помидор Flavr Savr был первым коммерчески выращиваемым и генетически созданным продуктом питания, которому предоставили лицензию для потребления человеком. Банановые вакцины, Когда люди съедают кусок генетически созданного банана, заполненного вирусными белками, их иммунная система создает антитела для борьбы с болезнью; то же происходит и с обычной вакциной.
Деревья изменяются генетически для более быстрого роста, лучшей древесины и даже для обнаружения биологических атак. Коровы производят молока идентичное молоку, вырабатываемому кормящими женщинами. Коровы производят молока идентичное молоку, вырабатываемому кормящими женщинами.
Опасности генной инженерии: 1.В результате искусственного добавления чужеродного гена непредвиденно могут образоваться опасные вещества. 1.В результате искусственного добавления чужеродного гена непредвиденно могут образоваться опасные вещества. 2.Могут возникнуть новые и опасные вирусы. 3.Знания о действии на окружающую среду модифицированных с помощью генной инженерии организмов, привнесённых туда, совершенно недостаточны. 4.Не существует совершенно надёжных методов проверки на безвредность. 5.В настоящее время генная инженерия технически несовершенна, так как она не в состоянии управлять процессом встраивания нового гена, поэтому невозможно предсказать результаты.
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.
