Генная инженерия

1.

Биотехноло́ гия — дисциплина,
изучающая возможности
использования живых организмов,
их систем или продуктов их
жизнедеятельности для решения
технологических задач, а также для
возможности создания живых
организмов с необходимыми
свойствами методом генной
инженерии.

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.

3.

Биотехнология
Биотехнология — использование живых
организмов и их биологических процессов в
производстве необходимых человеку
веществ. Объектами биотехнологии
являются бактерии, грибы, клетки
растительных и животных тканей. Их
выращивают на питательных средах в
специальных биореакторах.
Основными методами биотехнологии
являются клеточная, хромосомная и
генная инженерия.
Генная инженерия основана на выделении
нужного гена из генома одного организма и
введении его в геном другого организма.

4. История генной инженерии

Во второй половине XX века материал для
селекции стали готовить искусственно, генерируя
мутации специально, воздействуя радиацией или
колхицином и отбирая случайно появившиеся
положительные признаки. Были разработаны
методы генной инженерии — отрасли
молекулярной биологии — конструирование
in vitro (вне живого организма) новых
функционально активных генетических структур
(рекомбинантных ДНК) и создание организмов с
новыми свойствами.

5. История генной инженерии

Флуоресцентный кролик, выведенный
методом генной инженерии
Использованием мутаций,
т.е. селекцией, люди
начали заниматься задолго
до Дарвина и Менделя.

6.

7.

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.

8.

Генная инженерия находит широкое
практическое применение в отраслях
народного хозяйства, таких как
микробиологическая, фармакологическая,
пищевая промышленность и сельское
хозяйство.

9.

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.

10.

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 ген, позволявший
«обходить заболевание
стороной».

11.

Как уже упоминалось
выше, развитие генной
инженерии не могло не
отразиться на
производстве препаратов,
способствующих
скорейшему
выздоровлению пациента.
Так, полученные путем все
той же генной инженерии,
бактерии семейства
Clostridium, введенные в
тело, растут и
размножаются только в
бедных кислородом частях
опухолей, которые
являются наиболее сложно
излечимыми и по сей день.

12.

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.

13. Возможности генной инженерии

Чем же отличается генная
инженерия растений (ГИР)
от обычной селекции? При
селекции перенос генов
осуществляется только между
близкородственными
растениями, генная
инженерия же
позволяет перенести в
растение гены из
любого организма.

14.

Генная инженерия —
это пересадка генов и частей ДНК
одного вида в клетки другого организма.
Гены животных и даже человека
встраиваются в хромосомы растений,
рыб и млекопитающих, в результате
создаются такие формы жизни,
которых в природе не было.

15. Процесс клонирования стр. 126

1. Рестрикция — разрезание ДНК, например, человека
на фрагменты- РЕСТРИКТАЗА
2. Лигирование — фрагмент с нужным геном включают в
плазмиды и сшивают их-ЛИГАЗЫ
3. Трансформация — введение рекомбинантных плазмид
в бактериальные клетки
Трансформированные бактерии при этом приобретают
определенные свойства.
Каждая из трансформированных бактерий размножается
и образует колонию из многих тысяч потомков — клон.
4. Скрининг — отбор среди клонов, трансформированных
бактерий, которые содержат плазмиды, несущие нужный
ген человека.

16. Процесс клонирования

17.

Генная инженерия
«Вырезании» генов проводят с
помощью специальных
«генетических ножниц», ферментов
— рестриктаз, затем ген
"вшивают" в вектор — плазмиду, с
помощью которого ген вводится в
бактерию.
"Вшивание" осуществляется с
помощью другой группы ферментов
— лигаз. Причем вектор должен
содержать все необходимое для
управления работой этого гена —
промотор, терминатор, геноператор и ген-регулятор. Кроме
того, вектор должен содержать
маркерные гены, которые придают
клетке-реципиенту новые свойства,
позволяющие отличить эту клетку
от исходных клеток.

18.

Генная инженерия
Затем вектор вводится в бактерию,
и на последнем этапе отбираются
те бактерии, в которых введенные
гены успешно работают.
Излюбленный объект генных
инженеров — кишечная палочка,
бактерия, живущая в кишечнике
человека. Именно с ее помощью
получают гормон роста —
соматотропин, гормон инсулин,
который раньше получали из
поджелудочных желез коров и
свиней, белок интерферон,
помогающий справиться с вирусной
инфекцией.

19.

20.

Генная инженерия
Бактерия Bacillus thuringiensis вырабатывает эндотоксин,
разрушающий желудок насекомых и совершенно безвреден для
млекопитающих. Из бактерии выделили этот ген и ввели его в в
плазмиду почвенной бактерии Agrobacterium tumefaciens. Этой
бактерией были заражены кусочки растительной ткани,
выращиваемой на питательной среде.

21.

Генная инженерия
Через некоторое время плазмиды, несущие ген белка-токсина,
внедрились в растительные клетки и ген встроился в ДНК растений.
Затем из этих кусочков вырастили полноценные растения. Гусеницы
насекомых вредителей погибали на этом растении. Описанным
путем к настоящему времени получили формы картофеля, томатов,
табака, рапса, устойчивые к разнообразным вредителям.

22.

Селекция микроорганизмов
Молекулярные биологи передали винограду ген морозоустойчивости
от дикорастущего родственника капусты брокколи. Получение
морозостойкого сорта заняло всего год (вместо 30 лет). Трансгенные
растения выращивают во многих странах мира. На первом месте по
размеру площадей под трансгенными растениями находятся США,
Аргентина и Китай. Больше всего земли занимают трансгенные соя,
кукуруза, хлопок, рапс и картофель.

23.

24.

25.

Генная инженерия
Перенос новых генов в
геном животных возможен
с помощью
микроинъекции ДНК в
ядро яйцеклетки. Так
получили трансгенную
гигантскую мышь, которой
ввели ген гормона роста
крысы.

26.

27.

Подведем итоги:
Основные методы традиционной селекции:
Гибридизация (скрещивание) и отбор.
Основные методы генной инженерии:
Выделении нужного гена из генома одного организма и введении его в геном
другого организма.
Трансгенные организмы:
Организмы, в которые введены «чужие» гены.
Как называются ферменты для вырезания и вшивания генов?
«Вырезании» генов проводят с помощью рестриктаз, «вшивание"
осуществляется с помощью лигаз.
Что такое вектор?
Плазмида, с помощью которой гены вводятся в геном другого организма.
Что должен содержать вектор?
Все необходимое для управления работой этого гена — промотор,
терминатор, ген-оператор и ген-регулятор. Кроме того, вектор должен
содержать маркерные гены, которые придают клетке-реципиенту новые
свойства, позволяющие отличить эту клетку от исходных клеток.
Как получили растения , которые не могут есть насекомые?
Из бактерии Bacillus thuringiensis выделили ген, разрушающий желудок
насекомых и ввели его в плазмиду почвенной бактерии. Этой бактерией
были заражены кусочки растительной ткани, выращиваемой на
питательной среде, из них вырастили полноценные растения.

28.

Хромосомная инженерия
Методы хромосомной инженерии.
1.
2.
3.
4.
Эффективно используются в селекции растений.
Мы уже знакомы с получением полиплоидных растений в
результате кратного увеличения хромосом.
Метод замещенных линий основан на замещении одной пары
гомологичных хромосом на другую.
Метод дополненных линий основан на введении в генотип
растительного организма пары чужих гомологичных хромосом,
контролирующих развитие нужных признаков. С помощью этих
методов в растениях собираются признаки, приближающие к
созданию «идеального сорта».
Перспективен метод гаплоидов, основанный на выращивании
гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом.
Например, выращивают из пыльцевых зерен кукурузы
гаплоидные растения, содержащие 10 хромосом, затем
хромосомы удваивают и получают диплоидные (10 пар
хромосом), полностью гомозиготные растения всего за 2 — 3 года
вместо 6 — 8 летнего инбридинга.

29.

Получение полиплоидов
Метод дополненных линий
Методы
хромосомной
инженерии
Метод замещенных линий
Метод гаплоидов

30.

Что изображено на рисунке?

31.

Клеточная инженерия
Методы клеточной инженерии связаны с культивированием
отдельных клеток в питательных средах, где они образуют клеточные
культуры. Оказалось, что клетки растений и животных, помещенных
в питательную среду, содержащую все необходимые для
жизнедеятельности вещества, способны делиться. Клетки растений
обладают еще и свойством тотипотентности, то есть при
определенных условиях они способны сформировать полноценное
растение.

32. ГМО-это трансгенные организмы, наследственный материал которых изменён методом генной инженерии с целью придания им желаемых

свойств.
Несмотря на огромный
потенциал генной инженерии и
её реальные достижения,
использование генномодифицированных продуктов
питания воспринимается в
мире не однозначно

33. Отношение к ГМО в мире

Томатное пюре –
первый ГМ-продукт,
появившийся в Европе
в 1996 году
Маркировки, обозначающие
отсутствие ГМ компонентов в
продукте
Демонстрация
противников
ГМ-продуктов
в Лондоне

34. Новые ГМ-сорта

Картофеля, кукурузы, сои, хлопка, защищённые от
насекомых-вредителей
Тыквы, кабачка, хлопка, табака, устойчивые к
вирусам
Устойчивые к специфическому гербециду —
трансгенные сорта сои, кукурузы, хлопка, сахарной
свёклы, рапса, цикория и мн.других
Ягодников, синтезирующих с помощью новых
генов некоторые необычные ферменты (вместо
глюкозы, опасной для диабетиков, - особый
сладкий белок и др.)

35. Сегодня мало открытой информации о ГМ-продуктах в России

С 1996 года в России существует закон, регулирующий
деятельность в области генной инженерии. Согласно
этому документу, импортные продукты, содержащие
генетически изменённые компоненты, должны проходить
сертификацию и тесты на безопасность в российских
научных институтах. После этого они могут вводиться в
широкое потребление. Учёные гарантируют безвредность.
Однако, согласно мнению учёных, находящихся в
оппозиции, тестов, гарантирующих безопасность
внедрения чужеродного гена в живой организм и
последующего употребления его в пищу человеком,
просто НЕ существует.

36. ГМП — большой и перспективный бизнес.

В мире более 60 млн. га
занято под трансгенные
культуры: из них 66% в
США, 22% в Аргентине.
Сегодня 63% сои, 24%
кукурузы, 64% хлопка трансгенные.

37. Соя –древнейшее культурное растение семейства бобовых

Возделывать сою начали в Китае,
откуда попала в другие азиатские
страны. В Европе она прижилась, а
в Америке распространена очень
широко. Сегодня почти половина
мировых посевов сои сосредоточено в
США. Популярность продуктов
сои, соевого масла с каждым годом
растёт. Соя – самое «трансгенное»
растение в мире. В США около 75
% её посевных площадей засеяны ГМ
сортами, а в Аргентине они
составляют 99%.

38. Что несёт человечеству генная инженерия?

Не исключено, что трансгенные организмы, созданные без
учета их вероятных экологических характеристик и не
прошедшие длительной совместной эволюции с природными
организмами, «вырвавшись из пробирки на свободу», смогут
бесконтрольно и неограниченно размножиться, что может
привести к непредсказуемым катастрофическим
последствиям. Такого рода опасения заставили ученых
разработать чрезвычайно строгие меры безопасности при
проведении экспериментов (в их числе — биологическая
защита, то есть конструирование ослабленных
микроорганизмов, способных жить только в искусственных
условиях лаборатории).

39. Какие перспективы генной инженерии?

С развитием генетических технологий человечество
впервые в истории получает возможность с
помощью медицинской генетики уменьшить груз
патологической наследственности, накопленной в
процессе эволюции, избавиться от многих
наследственных заболеваний, в частности, путем
замены патологического гена нормальным.

40. Генная инженерия помимо теоретических задач — изучение структурно-функциональной организации генома различных организмов —

решает множество
практичных задач.
Учёные Вашингтонского Университета вывели сорт ГМОтополя, который может деструктировать определённые
промышленные яды(хлороформ, бензол, трихлорэтилен),
отравляющие природу, перерабатывая их в безвредные
вещества (Н2О и СО2).
Фиторемедиация, или фитоочистка, служит новым
перспективным методом решения проблемы
промышленных загрязнителей.

41. ГМО бактерии уничтожают опухоли

Большинство раковых опухолей имеют
центральную зону, где существенно понижено
содержание кислорода (область гипоксии). Раковые
клетки в такой области не способны к
бесконтрольному делению и разрастанию, но они и
не поддаются действию химиопрепаратов,
«мишенью» которых являются быстро растущие
клетки.

42. ГМО бактерии уничтожают опухоли

В качестве альтернативы лечения
раковых заболеваний генетики
предложили почвенную
бактерию Сlostridium novyi-NTмикроорганизм, обитающий в
почве, не выносящий кислорода,
то есть анаэробный организм.
Споры бактерий вводятся
внутривенно и
распространяются с током крови
по организму, локализуясь
именно в зоне гипоксии
опухоли. В благоприятных
условиях споры прорастают и
начинают конкурировать с
клетками опухоли, убивая
клетки.

43. Миф о трансгенной угрозе

Писать про генетически модифицированные растения
сегодня модно, как раньше было модно бороться с
пестицидами и нитратами. Кто-то пишет, что эти
растения - порождение биологического оружия, кто-то - что
экспериментальные мутации опасны для здоровья человека.
Ситуация с отношением общества к генетически
модифицированным растениям усугубляется еще и
невысокой образованностью населения в области биологии:
одно слово "трансгенный" вызывает страх. По этому
поводу среди ученых-биотехнологов бытует анекдот: "Люди
думают, что трансгенная пища вредна тем, что в ней есть
гены, а зато в обычных продуктах никаких генов нет".

44. Доподлинно не установлено, может ли нанести вред потребления ГМО

При философском подходе к
этому вопросу можно прийти к
тому, что сам человек –
результат мутаций.
При практическом взгляде на
ситуацию необходимо признать,
население Земли растёт, и
прокормить миллиарды людей
становиться непростой задачей.
При выборе решения стоит
учитывать, что появление новой
мутации человека может
привести к исчезновению нас с
вами.

45. Домашнее задание

1.
Святой Престол дополнил список из семи
«традиционных» смертных грехов еще
семью новыми погрешностями: генная
инженерия, опыты на людях, загрязнение
окружающей среды, социальная
несправедливость, доведение до бедности,
неумеренное обогащение и употребление
наркотиков.
(http://allvatican.ru/vatikan-vpervye-za-poltoratysjacheletija-obnovil-spisok-smertnyh-grehov)
Каково Ваше мнение о такой оценке генной
инженерии? Ответ аргументируйте.

46. Дома

§ 19
Схема получения модифицированного
организма с заданными свойствами
(трансгенного)
Подготовка к словарному диктанту

47. В католическом богословии 

В католическом
богословии
гордыня (тщеславие)
алчность
зависть,
гнев,
похоть
, чревоугодие,
лень или уныние[1].

48. Учение о восьми главных грехах сформировалось в монашеской среде, в восточной христианской аскетике

Γαστριμαργία (gastrimargia) — чревоугодие (обжорство)
Πορνεία (pornia) — прелюбодеяние и блуд
Φιλαργυρία (philargüria) — алчность (сребролюбие)
θλίψη — печаль
Ὀργή (orgē) — гнев
Ἀκηδία (acēdia) — уныние
Κενοδοξία (cenodoxia) — тщеславие
Ὑπερηφανία (hyperēphania) — гордыня (гордость)

49. В западном христианстве ввёл папа Григорий I Великий 7 грехов

Superbia (гордыня)
Invidia (зависть)
Ira (гнев)
Acedia (уныние)
Avaritia (алчность)
Gula (чревоугодие)
Luxuria (похоть, блуд)