Учебник по Биологии. 9 класс. Соболь - Новая программа

В отличие от естественной гибридизации генетическая инженерия преодолевает видовые барьеры.

Детская энциклопедия

§ 64. ОСНОВЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Основные понятия и ключевые термины: ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. Генотерапия.

Вспомните! Что такое селекция?

Новости науки

Американские учёные излечили двух самцов обезьян вида саймири обыкновенный (Saimiri sciureus) от врождённого дальтонизма.

Учёные сделали это с помощью искусственных вирусов, переместив ген человеческого белка йодопсина в клетки обезьян. Эти результаты имеют практическое значение, поскольку стало понятно, что можно осуществлять лечение дальтонизма и у человека. А какое направление науки занимается такими исследованиями?

СОДЕРЖАНИЕ

Чем генетическая инженерия отличается от классической селекции?

Ил. 175. Американский биохимик П. Берг (1926)

Генетическая инженерия - это очень молодое направление науки на рубеже молекулярной биологии, генетики и биотехнологии, целью которого является создание организмов с новыми комбинациями наследственных признаков. Зародилось это направление исследований в 1972 г., когда Пол Берг впервые соединил в пробирке ДНК вируса SV40 (вызывает появление опухолей у обезьян) с ДНК бактериофага лямбда (паразитирует в клетках кишечной палочки). Так была получена первая рекомбинантная ДНК (рекДНК) - молекула ДНК, сочетающая в себе генетический материал, выделенный из различных биологических источников. Это стало началом разработки биотехнологии получения рекДНК, что является основой генетической инженерии. В своём интервью на сайте Нобелевского комитета Пол Берг говорил: «Не совсем корректно называть меня отцом генной инженерии. Мы сделали лишь первый шаг на пути к ней». Потом были открыты ферменты, разрезающие и сшивающие цепи ДНК, методы определения последовательности нуклеотидов ДНК (метод секвенирования), методов клонирования генов и др.

В чём же преимущества генетической инженерии перед селекцией? При создании новых пород, сортов или штаммов селекция сталкивается с такими проблемами, как нескрещиваемость видов, неуправляемость извне процессами рекомбинации ДНК, непредсказуемость комбинаций признаков в потомстве и др. Селекция в своих исследованиях опирается на отбор признаков и внутривидовую гибридизацию. На всё уходит много времени, используются различные мутагены для искусственного мутагенеза, и не всегда результаты соответствуют ожиданиям. Преимущество генетической инженерии - быстрое, целенаправленное и контролируемое изменение признаков с использованием генетического материала не только организмов одного вида, но и различных неродственных видов. Так, генетические структуры бактерий могут переноситься в клетки растений, а гены человека - в клетки бактерий. Методы генетической инженерии позволяют значительно ускорить селекционные процессы: срок получения новых форм организмов сократился до 3-4 лет вместо 10-12 лет, необходимых с применением методов селекции. И ещё одно преимущество: генетическая инженерия исследует процессы рекомбинации и получения новых генетических структур вне организма, поскольку молекулярная биология доказала, что естественные механизмы сохранения стабильности генома изменить невозможно и опасно (ил. 176).

Итак, ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ - направление науки, целью которого является создание генетических структур и организмов с новыми комбинациями наследственных признаков.

Каковы методы генетической инженерии?

Для создания организмов с генетически изменённой наследственностью в генетической инженерии применяют специфические ферменты и методы.

Ил. 176. Отдельные этапы создания трансгенного сорта кукурузы

Для получения генов, их соединения с векторами (плазмидами или вирусами) в генетической инженерии используют ферменты: ревертазы (ферменты, катализирующие синтез нити ДНК на матрице иРНК), рестриктазы (ферменты, разрезающие нуклеотидные последовательности в определённых местах), лигазы (ферменты, сочетающие нуклеотидные последовательности). Основными методами генетической инженерии являются: 1) методы получения генетического материала (для получения генов путём химического или матричного синтеза, выделения природных генов из геномов, создание рекДНК); 2) методы копирования и размножения генов (для размножения молекул ДНК в составе плазмид или молекул ДНК вирусов); 3) методы переноса и включения генетического материала в геном (для переноса генов с участием плазмид-векторов, вирусов-векторов или с помощью липосом).

Итак, суть современных исследований генетической инженерии заключается в том, что рекомбинации генов осуществляют in vitro, затем направлено переносят генетические структуры в клетки организма, далее закрепляют эти гены в ДНК и обеспечивают передачу информации.

Какова роль генетической инженерии в биотехнологии и медицине?

Благодаря генетической инженерии особенно быстро развиваются сельскохозяйственное и медицинское направления исследований.

В сельском хозяйстве генетическая инженерия открыла перспективы создания трансгенных организмов с заранее запланированными свойствами. За последние 15 лет прошли полевые испытания около 25 000 различных трансгенных культурных растений. Для улучшения свойств культур учёные пытаются сделать их устойчивыми к засухе, заморозкам, вредителям, а также чтобы могли фиксировать азот. Развито индустрию трансгенных животных, широко используемых для научных целей как источник органов для трансплантации, как производители белков, для тестирования вакцин и др. Одним из самых перспективных направлений является «выращивание лекарств на ферме» - получение из молока трансгенных животных большого количества белков, применяемых в медицине. При участии штаммов микроорганизмов уже сегодня получают инсулин, интерфероны, гормон роста, ферменты, витамины, вакцины, антитела и др.

Генетическая инженерия помогает медикам бороться с болезнями. Развивается генотерапия - совокупность методов лечения наследственных, онкологических некоторых вирусных заболевании путём внесения изменений в генетический аппарат клеток пациентов с целью направленного изменения генных дефектов или предоставления клеткам новых функций. В генотерапии выделяют такие виды, как: а) соматическая генотерапия - введение генов в соматические клетки пациента; б) внеорганизменная генотерапия - введение генов в культивируемые клетки и пересадка этих клеток пациентам.

Сейчас в мире около 400 проектов проходят клинические испытания, среди которых проекты лечения гемофилии и опухолей мозга уже находятся на завершающем этапе.

С целью предотвращения инфекционных болезней создаются ДНК-вакцины - генетические структуры, после введения в клетку обеспечивающие синтез белков, предназначенных для формирования иммунных реакций - гуморального и клеточного иммунитета.

Генетическая инженерия может привести к образованию опасных типов ДНК. Поэтому специалисты, проводящие исследования и внедряющие в жизнь достижения генетической инженерии, должны помнить о теоретическом риске того, что искусственно созданные генетические структуры могут способствовать появлению опасных организмов с непредсказуемой инфекционностью и негативным воздействием на экологию.

Итак, генетические структуры, созданные с помощью генетической инженерии, могут значительно влиять на решение проблем человечества.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на применение знаний

1	2	3	4	5	6

Благодаря генетической инженерии в настоящее время применяются различные вещества. Сопоставьте названия этих веществ с их определениями и получите фамилию учёного, который разработал метод определения последовательности нуклеотидов ДНК.

1 Инсулин	Е2 Вещества, формирующие специфический гуморальный иммунитет
2 Цианкобаламин	Г Вещества, формирующие неспецифический гуморальный иммунитет
3 Соматотропин	С Гормон поджелудочной железы, регулирующий содержание глюкозы в крови
4 Интерфероны	Н Гормон гипофиза, который влияет на рост организма
5 Антитела	Р Препараты формирующие искусственный активный иммунитет
6 Вакцины	Е1 Водорастворимый витамин, необходим для кроветворения

Биология + Физика

Векторами в генетической инженерии называют молекулу нуклеиновой кислоты, которая осуществляет доставку генетического материала в клетки. Векторами чаще всего служат плазмиды (кольцеобразные молекулы ДНК) и молекулы ДНК бактериофагов. Что такое векторы в физике?

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Здоровье

Картофель - одна из самых популярных в нашей стране культур. К сожалению, немалую часть её урожая утрачивают из-за колорадского жука. Это заставляет земледельцев использовать различные химические средства. Генетическая инженерия поставила цель: создать высокоурожайные и устойчивые к колорадскому жуку сорта картофеля. Примените свои знания и оцените преимущества и возможные риски применения таких сортов картофеля для здоровья человека.

РЕЗУЛЬТАТ

Оценка	Задания для самоконтроля
1-6	1. Что такое генетическая инженерия? 2. Кто является отцом генетической инженерии? 3. Назовите основные методы генетической инженерии. 4. Каковы основные этапы генетической инженерии трансгенных организмов? 5. Что такое генотерапия? 6. Что такое ДНК-вакцины?
7-9	7. Чем генетическая инженерия отличается от классической селекции? 8. Как создаются организмы с новыми признаками? 9. Какова роль генетической инженерии в биотехнологии и медицине?
10-12	10. Оцените на конкретном примере преимущества и возможные риски применения трансгенных сортов растений для здоровья человека.