Генная инженерия

1.

Генная инженерия
Генная инженерия — это современное направление биотехнологии,
объединяющее знания, приемы и методики из целого блока
смежных наук — генетики, биологии, химии, вирусологии и так
далее — чтобы получить новые наследственные свойства
организмов.

2.

История развития
Начало
Основы классической генетики были заложены в середине XIX века благодаря
экспериментам чешского-австрийского биолога Грегора Менделя. Открытые им
на примере растений принципы передачи наследственных признаков от
родительских организмов к их потомкам в 1865 году
Параллельно с этим шел процесс формирования знаний о ДНК. Так, в 1869 году
швейцарский биолог Фридрих Мишер открыл факт существования макромолекулы, а в
1910 году американский биолог Томас Хант Морган обнаружил на основе характера
наследования мутаций у дрозофил, что гены расположены линейно на хромосомах и
образуют группы сцепления. В 1953 году было сделано открытие — американец Джон
Уотсон и британец Фрэнсис Крик установили молекулярную структуру ДНК.
На подъеме
К концу 1960-х годов генетика активно развивалась, а ее важными объектами стали
вирусы и плазмиды. Были разработаны методы выделения высокоочищенных
препаратов неповрежденных молекул ДНК, плазмид и вирусов, а в 1970-х годах был
открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК.
Генная инженерия как отдельное направление исследовательской работы зародилась в
США в 1972 году, когда в Стэнфордском университете ученые Пол Берг, Стэнли Норман
Коэн, Герберт Бойер и их научная группа внедрили новый ген в бактерию кишечной
палочки (E. coli), то есть создали первую рекомбинантную ДНК.

3.

Технологии
генной
инженерии
Технологии генной инженерии
Генная инженерия за короткий срок оказала огромное
влияние на развитие различных молекулярногенетических методов и позволила существенно
продвинуться на пути познания генетического
аппарата.
Так, появилась технология CRISPR — инструмент
редактирования генома. В 2014 году MIT Technology
Review назвал его «самым большим
биотехнологическим открытием века». Он основан на
защитной системе бактерий, которые производят
специальные ферменты, позволяющие им защищаться
от вирусов.
«Каждый раз, когда бактерия убивает вирус, она
разрезает остатки его генома, будь то ДНК или РНК, и
сохраняет их внутри последовательности CRISPR, как
в архив. Как только вирус атакует снова, бактерия
использует информацию из «архива» и быстро
производит защитные белки Cas9, в которых
заключены фрагменты генома вируса. Если вдруг эти
фрагменты совпадают с генетическим материалом
нынешнего атакующего вируса, Cas9 как ножницами
разрезает захватчика, и бактерия снова в
безопасности», — поясняет Алевтина Федина,
медицинский директор Checkme.
Уникальное открытие состоялось в 2011 году, когда
биологи Дженнифер Дудна и Эммануэль Шарпантье
обнаружили, что белок Cas9 можно обмануть. Если
дать ему искусственную РНК, синтезированную в
лаборатории, то он, найдя в «архиве» соответствие,
нападет на нее. Таким образом, с помощью этого
белка можно резать геном в нужном месте — и не
просто резать, а еще и заменять другими генами.

4.

Применение в
медецине
Медицина
Уже сейчас активно применяется инсулин человека
(хумулин), полученный посредством рекомбинантных
ДНК. Клонированные гены человеческого инсулина были
введены в бактериальную клетку, где начался синтез
гормона, который природные микробные штаммы никогда
не синтезировали. С 1982 года компании США, Японии,
Великобритании и других стран производят генноинженерный инсулин.
Кроме того, несколько сотен новых диагностических
препаратов уже введены в медицинскую практику. Среди
лекарств, находящихся в стадии клинического изучения,
препараты, потенциально лечащие артрозы, сердечнососудистые заболевания, онкологию и СПИД. Среди
нескольких сотен генно-инженерных компаний 60% заняты
именно разработкой и производством лекарственных и
диагностических средств.
«В медицине среди достижений генной инженерии сегодня
можно выделить терапию рака, а также другие
фармакологические новинки — исследования стволовых
клеток, новые антибиотики, прицельно бьющие по
бактериям, лечение сахарного диабета. Правда, пока все
это на стадии исследований, но результаты
многообещающие», — говорит Алевтина Федина.

5.

Приминение в Сельском хозяйстве
В сельском хозяйстве одна из важнейших задач генной
инженерии — получение растений и животных, устойчивых к
вирусам. В настоящее время уже есть виды, способные
противостоять воздействию более десятка различных вирусных
инфекций.Еще одна задача связана с защитой растений от
насекомых-вредителей. Путем генетической модификации
растений можно уменьшить интенсивность обработки полей
пестицидами. Например, трансгенные растения картофеля и
томатов стали устойчивы к колорадскому жуку, растения
хлопчатника — к разным насекомым, в том числе и к
хлопковой совке.
Использование генной инженерии позволило сократить
применение инсектицидов (препаратов для уничтожения
насекомых) на 40–60%.
Благодаря генной инженерии зерновые культуры стали
более устойчивы к климатическим условиям, кроме того
появилась возможность увеличить количество витаминов и
полезных веществ в продукте. Например, можно обогатить
рис витамином «А» и выращивать его в тех регионах, где
люди имеют массовую нехватку этого элемента.
С помощью генной инженерии пытаются решить и
экологические проблемы. Так, уже созданы особые сорта
растений с функцией очистки почвы. Они поглощают цинк,
никель, кобальт и иные опасные вещества из загрязненных
промышленными отходами почв.

6.

Спасибо за внимание
хорошего дня!