Список источников

1. Пехов, А.П. Биология [Текст]: медицинская биология, генетика и паразитология: учебник для вузов / А.П. Пехов. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 656 с.

2. Шумный, В.К. Проблемы биологии в ХХI веке [Электронный ресурс] – http://filosof.historic.ru

Тема № 2. Проблемы генетической инженерии

Краткое содержание:

1. Краткая история генетической инженерии

2. Генная и геномная инженерия

3. Генетическая инженерия микробиологических систем

4. Методология генной инженерии растений

5. Достижения генной инженерии растений

6. «Плюсы» и «минусы» генетически модифицированных организмов

1. Краткая история генетической инженерии

Термин «генетическая инженерия» появился в начале 70-х годов. Этим термином стали называть комплекс молекулярно-генетических методов, с помощью которых можно осуществлять целенаправленное конструирование организмов с заданными свойствами.

Годом рождения генетической инженерии считают 1972 год, когда в лаборатории Пола Берга была получена in vitro первая рекомбинантная молекула ДНК путем объединения линейных фрагментов ДНК с помощью искусственно созданных липких концов. В следующем году было показано, что мож­но объединять фрагменты ДНК с липкими концами, образовав­шимися после обработки ДНК некоторыми рестрицирующими эндонуклеазами. Это послужило толчком для бурного развития генетической инженерии. Были сконструирова­ны первые плазмидный (Коэн, 1973) и фаговый (Мюррей, 1974) векторы, разработаны новые методы объединения (рекомбинации) молекул ДНК in vitro, выявлены основные зако­номерности экспрессии генов в чужеродном окружении.

Развитию генетической инженерии способствовало и посто­янное совершенствование биофизической аппаратуры — ультра - и микроцентрифуг, спектрофотометров, жидкостных сцинтилляционных счетчиков, аминокислотных анализаторов, секвенаторов и синтезаторов пептидов и олигонуклеотидов, различных устройств для хроматографии, гель-электрофореза, полимеразной цепной ре­акции, сканирования гелей и т.д.

2. Генная и геномная инженерия

Генетическая инженерия состоит из двух разделов — генной и геномной инженерии (таблицы 1и 2).

Таблица 1- Генная инженерия

Содержание	Этапы	Инструментарий	Методы переноса генов
Конструирование организмов с несвойственными данному виду характеристиками	In vivo: извлечение генов, их перенос и закрепление в новом генетическом окружении, экспрессия генов In vitro: синтез или выделение генов; их модификация, замена промоторов и терминаторов; локальный мутагенез; присоединение генов к векторным молекулам, введение их в клетки, клонирование и экспрессия	Вирусы, плазмиды и транспозоны Рестриктазы и др. нуклеазы, ДНК-лигаза, обратная транскриптаза и др. ферменты. Векторы, адаптеры, полилинкеры, зонды и др.	Трансдукция, конъюгация, транспозиция, слияние протопластов Трансформация, электропорация, микроинъекция в ядра эукариот

Генная инженерия методами in vivo и in vitro решает задачи введения в геном реципиентной клетки одного или нескольких (обычно чужеродных) генов либо создания в геноме новых типов регуляторных связей. В таких случаях видовая принадлежность реципиентных организмов не меняется, но появляются несвой­ственные им признаки.

Таблица 2 - Геномная инженерия

Содержание	Объект	Методы конструирования
Конструирование организмов новых видов	Вирусы Клетки прокариот Клетки эукариот	Рекомбинация in vivo и in vitro Межвидовая конъюгация и слияние протопластов Слияние растительных протопластов и животных клеток; введение изолированных метафазных хромосом в клетки; микроинъекция хромосом в ядра; перенос изолированных митохондрий и хлоропластов

Перед геномной инженерией стоят задачи более глубокого вмешательства в геном, вплоть до создания новых видов организ­мов. Методы решения таких задач различны для вирусов и для про- и эукариотических клеток.

Часто генетическую инженерию сводят лишь к операциям с мо­лекулами ДНК методами in vitro. Такое сужение области генетичес­кой инженерии вряд ли оправдано, поскольку ее конечным резуль­татом является конструирование рекомбинантных молекул ДНК и метод здесь не имеет значения. Нет, например, никакой принципи­альной разницы между трансдуцирующими фагами, полученными методами in vivo и in vitro: в обоих случаях целенаправленно конст­руируются или отбираются фаги с заданными свойствами. Во мно­гих экспериментах с клетками высших эукариот результат достига­ется только последовательными операциями in vivo и in vitro.

Методы генетической инженерии успешно применяются для решения фундаментальных проблем. Решающее значение они имеют для исследования молекулярной структуры геномов и генов, а также молекулярных механизмов регулирования их эксп­рессии. Уже на начальных этапах их применения удалось достиг­нуть существенного прогресса при изучении эукариотических орга­низмов. Был установлен факт прерывного строения генов, выявлены мобильные элементы, выяснены генетические причины злокачествен­ного перерождения клеток и т.д. Генетическая инженерия способ­ствовала становлению новых научных направлений, составляющих базу молекулярной медицины: молекулярной вирусологии, моле­кулярной онкологии, молекулярной нейрофизиологии и т. д.

Существенных успехов генетическая инженерия достигла и при решении прикладных задач, дав толчок зарождению молекулярной биотехнологии. В первые годы основными объектами генно-инженерных экспериментов были клетки Escherichia coli К-12, а также ее плазмиды и бактериофаги, так как именно они были наиболее полно изучены генетически. Это позволяло целенаправленно конструи­ровать новые типы векторных молекул и штаммы – реципиенты, а также прогнозировать свойства рекомбинантных молекул ДНК и проводить их анализ. Но со временем были разработаны системы клонирования для различных промышленно важных микроорга­низмов, а также для клеток растений и животных. В настоящее время можно получать растения и животных, содержащих в своем геноме любой избранный ген. Успех работы зависит только от суммы вложенных в нее средств.

По достигаемому конечному результату можно выделить следующие области генетической инженерии (молекулярной биотехнологии):

1. Генетическая инженерия микробиологических систем (создание штаммов - продуцентов лекарственных препаратов, вакцин, ферментов для сельского хозяйства, антибиотиков, аминокислот и др. коммерческих продуктов, препаратов для очистки окружающей среды, биоудобрений, инсектицидов и т.д.)

2. Генетическая инженерия эукариотических систем (создание трансгенных растений и животных).