Реферати » Реферати по біології » Генна інженерія

Генна інженерія

ЗМІСТ

Введення. 2


РОЗДІЛ 1 Теоретичні передумови формування генної інженерії як науки.
3

1.1. Відкриття подвійної структури ДНК і матричного синтезу. 3
1.2.РЕСТРІКТАЦІОННИЕ ендонуклеаза. 5
1.3.ПРІНЦІПИ ТЕХНОЛОГІЙ РЕКОМБІНАНТНИХ ДНК. 5
1.4. ІДЕНТИФІКАЦІЯ І АНАЛІЗ ГЕНОВ. 8
1.5. ГІБРИДИЗАЦІЯ нуклеїнових кислот. 9
1.6. СОРТИРОВКА ХРОМОСОМ. 10
1.7. Секвенування ДНК. 11
1.8.ДІНАМІЧНОСТЬ ГЕНОМУ. 12

РОЗДІЛ 2 МОЖЛИВОСТІ генної інженерії. 14

2.1. ЩО БУДЕ зроблені після завершення АНАЛІЗУ ГЕНОМУ ЛЮДИНИ. 18

Глава 3 Області практичного застосування генної інженерії. 20

3.1. Створення трансгенних рослин. 20
3.2. ГЕННІ ВАКЦИНИ 22
3.2.1. Актуальність розробки нових вакцин 22
3.2.2.Разработка ДНК-вакцин 24
3.2.3. Підвищення ефективності та безпеки імунізації 26
3.2.4. Спрощення розробки та виробництва нових вакцин 27
3.2.5. Спрощення вимог до умов зберігання 29
3.2.6. Питання безпеки застосування 29
3.2.7. Участь фармацевтичних компаній у розробці ДНК-вакцин 30
3.3. Генотерапія 31

Глава 4 Перспективи клонування тварин 34

Введення.

Генна інженерія - напрям досліджень в молекулярній біології та генетиці, кінцевою метою яких є отримання за допомогою лабораторних прийомів організмів з новими, в тому числі і не зустрічаються в природі, комбінаціями спадкових властивостей. В основі генної інженерії лежить обумовлена ??останніми досягненнями молекулярної біології і генетики можливість цілеспрямованого маніпулювання з фрагментами нуклеїнових кислот. До цих досягнень слід віднести встановлення універсальності генетичного коду, тобто факту, що у всіх живих організмів включення одних і тих же амінокислот в білкову молекулу кодуються одними і тими ж послідовностями нуклеотидів в ланцюзі ДНК; успіхи генетичної ензимології, що надала в розпорядження дослідника набір ферментів, що дозволяють отримати в ізольованому вигляді окремі гени або фрагменти нуклеїнової кислоти, здійснювати in vitro синтез фрагментів нуклеїнових кислот, об'єднати в єдине ціле отримані фрагменти. Таким чином, зміна спадкових властивостей організму за допомогою генної інженерії зводиться до конструювання з різних фрагментів нового генетичного матеріалу, введення цього матеріалу в рецепіентний організм, створення умов для його функціонування та стабільного успадкування.

РОЗДІЛ 1 Теоретичні передумови формування генної інженерії як науки.


1.1. Відкриття подвійної структури ДНК і матричного синтезу.

Початкові роботи американських вчених Уотсона і Крика були вироблені в
1953 році. Вони дали можливість розвиватися генної інженерії в якості самостійного розділу науки. Ці відкриття укладені в наступному:

Була відкрита подвійна структура ДНК і постулював її матричний синтез.
Подвійна спіраль ДНК при реплікації розділиться і вздовж нитки ДНК, спеціальні ферменти-полімери, збирають точні копії материнської ДНК, таким чином в клітці перед поділом дві абсолютно однакові молекули ДНК, одна з яких після поділу клітини потрапляє в дочірню клітину. Таким чином дочірня клітина несе ту ж саму інформацію, що і материнська, отже виконує ті ж самі функції. Отже, в клітинах живого організму можливий особливий тип реакції - матричний синтез. Одна молекула - матриця, а друга будується за її програмі. реплікація ДНК синтез всіх видів РНК та збирання молекул білка, відповідно до структури і-РНК - це всі варіанти матричного синтезу, який відбувається завжди за участю нуклеїнових кислот.

По тому ж самому механізму здійснюється складання РНК, тільки не двох спіралей, а однієї. Цей процес отримав назву - транскрипція. Потік інформації в клітині забезпечує реакції матричного синтезу: реплікація
ДНК (необхідна для передачі спадкової інформації дочірнім клітинам), транскрипція (синтез і-РНК в ядрі клітини) і трансляція (збірка білкової ланцюга на і-РНК за допомогою рибосоми).

Здавалося б, що на рубежі 70-х років молекулярна біологія досягла певного ступеня завершеності: були встановлені структура і механізм реплікації ДНК, проголошена «центральна догма» експресії гена
(транскрипція і трансляція), виявлено основні аспекти регуляції активності гена. У цей період головним об'єктом молекулярно-генетичних досліджень були мікроорганізми. Перехід до еукаріотів (включаючи людину) зустрівся з додатковими проблемами і труднощами, і крім того, існуючі в той час методи не дозволяли розраховувати на отримання принципово нових результатів. Стрімкий порив у розвитку молекулярної генетики на початку
70-х років став завдяки появі нового експериментального інструменту - рестріктаціонних ендонуклеаз. Був відкритий шлях для широкомасштабного отримання генних продуктів (фізично значимих білків) і для генетичного маніпулювання з різними організмами. Наші знання про структуру генетичного матеріалу і еукаріот, в різних областях таких: як дію гена, генетика популяції, еволюція і генетична консультація, включаючи пренатальну діагностику. Досягнуті успіхи змусили вчених задуматися про етичну сторону маніпулювання з людським зародком, про виникнення збудників різних хвороб в процесі генно-інженерних досліджень. Багато з цих питань були підняті самими вченими активно працюють в даній області. В даний час більшість дослідників вважали, що побоювання стосуються, генної інженерії, не мають достатньо підстав, але багато етичні проблеми залишаються невирішеними і продовжують виникати нові.

В минулому генетика і медична генетика розвивалася як відносно незалежні галузі науки, тепер багато хто з їх розділів виявилися залучені в загальне русло молекулярно-генетичних досліджень, і провести між ними грань - важко.

Зараз, безліч вчених зайняті різними роботами пов'язані з проблемами генної інженерії - це і методи, засновані на використанні рестріктаціонних ферментів, аналіз гена людини, методи гібридизації нуклеїнових кислот, секвенування ДНК, сортування хромосом за допомогою цітофіурометріііі і багато, багато іншого. Спробую дати необхідні роз'яснення з найважливішим роботам з цього ряда.а

Почнемо з умов, яким повинен відповідати ген людини, що б отримати повну характеристику його структури:

1) відповідні фрагменти ДНК повинні бути ідентифіковані однозначно.

2) вони повинні бути виділені і накопичені в кількості, посадовому для біохімічного аналізу.

3) повинна бути визначена вся нуклеотидная послідовність.

Принципи, на яких засновані ці три методи, коротко будуть описані нижче. Ми почнемо з опису другого, оскільки прогрес у виділенні і клонуванні генів був вирішальним для розвитку нової генетики.

1.2.РЕСТРІКТАЦІОННИЕ ендонуклеаза.

_ґ_ьї0'чїяяяяёПb_Jчї _____

Різні штами E-coli, Арбер виявив, що ДНК цього фага при переході через бактерію розрізається і втрачає свою інфекційність.
Виявилося, що ні класичні рекомбінаційні процеси, ні мутації в цьому участі не беруть. Більш того, така доля осягала не тільки фагів, але і будь-яку чужорідну ДНК, що попадає в бактерію. Таке розрізування (рестрикцию) слід розглядати як захисний механізм клітини. Як було показано в подальшому, рестріктація чужорідної ДНК здійснюється ферментами, званими рестріктаціоннимі ендонуклеазами (рестриктазами). Встає питання, чому рестріктази нерозрізаний ДНК власної клітини? Відповідь була знайдена
Арбером і полягав у наступному: ці ферменти вступають в реакцію з певними ділянками в ДНК, так званими сайтами впізнавання, які в клітці захищені метильних груп (метиловані). Правда, перші з відкритих ендонуклеаз були специфічними, а діяли випадковим чином. Першою рестриктазой, яка розщеплювала ДНК, в стого певному місці, була Hind, відкрита Смітом в кінці 60-х років. Цей фермент вперше використаний Натсон і співавторами для створення рестріктаціоннй карти геному вірусу SO40. Берг вловив особливу властивість дволанцюгової ДНК формувати при обробці рестриктазами так звані «липкі кінці» .После розрізання одна з ланцюгів виявляється довшим, ніж інша, на кілька нуклеотідов.Еті нуклеотиди можуть вільно спаровуватися з іншими, наприклад з комплементарними нуклеотидами іншого фрагмента ДНК з «липкими кінцями » .
Завдяки цьому, ДНК з різних джерел може об'єднуватися, утворюючи рекомбінантні молекули.

1.3.ПРІНЦІПИ ТЕХНОЛОГІЙ РЕКОМБІНАНТНИХ ДНК.

Було виділено багато рестриктаз (більше 150), що розщеплюють ДНК в специфічних сайтах. Наприклад ендонуклеаза R1 реєструє двухцепочная
ДНК за двома сайтам таким чином, що утворюються два липких кінця:

(

GAATTC

||| | | || || || |||

CTTAAG

(

Липкі кінці різних молекул ДНК, розщеплених цим ферментом, можуть вступати за чотирма-AT-парам. Рестріктаціонние ендонуклеази розрізняються по тим сайтам ДНК, які вони розпізнають і розрізають. Їх можна використовувати для різних цілей. Однак найбільш поширеним етапом є їх застосування для ампліфікації специфічної визначення нуклеотиднихпослідовностей фрагментів ДНК, необхідно для ДНК або для вивчення механізмів експресії генів. Остання проблема найбільш важлива в практичному аспекті: гени контролюючі утворення функціонально активних білків, теперьможно вводити в бактерії і розмножувати (ампліфікувати) .Ця процедура називається клонуванням генів.
Завдяки їй, з'явилася можливість виробляти у великих кількостях білки, які раніше вдавалося отримати мізерно мало. Ця технологія заснована на наступному прінцепе: крім своєї власної кільцевої хромосоми, бактерії часто містять додаткові маленькі кільцеподібні молекули двох цепочной ДНК, так звані плазміди.

Плазміди реплицируются автономія і самі можуть містити гени, що визначають стійкість бактерій до антибіотиків або контролюючі синтез речовин, наприклад: коліцінов, котрі вбивають інші бактерії (див. Рис.1).

Плазмідними ДНК можна виділити і ращепіть підходящої рестриктазой тільки в одному сайті, перетворивши кільцеву молекулу в лінійну з липкими кінцями.
Фрагменти будь чужорідної ДНК з такими ж липкими кінцями (отриманими після розрізання аналогічної рестриктазой) можна зшити з плазмидой ДНК за допомогою лігази.

Рис. 1.

Клітка E-coli з хромосомою і плазмидой.

Рекомбінантну конструкцію вводять потім у бактерію, де вона реплікується (див. Рис.2)

Рис. 2. Принцип введення чужорідної ДНК в бактеріальну плазміду з використанням ендонуклеази.

Джерело екзогенної ДНК не має значення. ДНК може бути отримана, наприклад, з клітин людини, але можна зшивати та штучно сінтізірованние гени. Крім бактеріальних плазмід як векторів
(носіїв) ДНК використовують фаги? (Об'єкт дослідження Альберта). Частина генома цього фага не обов'язкова для його

Сторінки: 1 2 3 4

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар