- •Современные проблемы биологии
- •Содержание
- •Модуль 1. Проблемы современной генетики и смежных наук
- •Введение
- •Модуль 1. Проблемы современной генетики и смежных наук Тема № 1: Особенности развития биологии на современном этапе
- •1. Общая характеристика современной биологии
- •2. Методы и методология современной биологии
- •3. Основные концепции современной биологии
- •4. Основные направления современных биологических исследований
- •Список источников
- •Тема № 2. Проблемы генетической инженерии
- •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
- •Список источников
- •Тема № 3. Клонирование и трансгеноз животных
- •1. История клонирования животных
- •2. Проблемы в клонировании животных
- •3. Достижения в области клонирования животных
- •4. Трансгеноз животных
- •5. Трансгенные животные и моделирование заболеваний человека
- •Список источников
- •Тема № 4. Современные методы исследования генома
- •1. Классический подход к расшифровке последовательностей днк
- •4. Использование методов биоинформатики в секвенировании
- •5. История прочтения генома человека
- •Зачем учёным тысячи геномов?
- •Список источников
- •Тема № 5. Геномика и медицина
- •1. Ключевые открытия, сделанные в результате анализа генома человека
- •2. Практическая польза знания последовательности генома человека для медицины
- •3. Классификация наследственных заболеваний человека
- •4. Биохимические и молекулярно-генетические методы диагностики наследственных болезней
- •Виды молекулярно-генетической диагностики
- •Методы исследования днк
- •5. Персонализированная медицина. Фармакогенетика. Фармакогеномика
- •6. Генетический паспорт
- •7. Геномная дактилоскопия
- •8. Генотерапия
- •Список источников
- •Тема № 6. Этногеномика и геногеография
- •1.Основные подходы к днк-анализу в популяционных исследованиях
- •2. Африканское происхождение человека современного типа
- •3. Использование анализа днк для изучения истории этносов
- •4. Этногеномика и геногеография Восточно-Европейского региона
- •5. Особенности русского генофонда
- •Список источников
- •Тема № 7. Рнк – интерференция
- •1. Короткие интерферирующие рнк и механизм рнк-интерференции
- •3. Функции и эволюция микроРнк
- •4. Строение, функции и эволюция пиРнк
- •Тема № 8. Генетика индивидуального развития
- •1. Ооплазматическая сегрегация и полярная плазма
- •2. Формирование градиентов в яйцеклетке
- •3. Гены сегментации
- •4. Гомеозисные гены, их роль в развитии
- •5. Гипотеза э. Льюиса о механизме функционирования гомеозисных генов
- •6. Гомеобокс и гомеодомен. Принцип коллинеарности
- •7. Гены — господа и гены — рабы. Опыты Вальтера Геринга
- •Список источников
- •610000, Г. Киров, ул. Московская, 36, тел.: (8332) 64-23-56, http://vyatsu.Ru
3. Генетическая инженерия микробиологических систем
С помощью клонирования специфических генов и последующей их экспрессии в бактериях или дрожжах получен целый ряд белков ( интерфероны, гормоны, факторы свёртывания, ферменты, в том числе инсулин, моноклональные антитела и др.), которые используются в качестве лекарственных препаратов. Большинство этих белков имеют эукариотическое происхождение, так что для выделения нужного гена сначала получают препарат мРНК, обогащенный интересующими исследователя фракциями, затем создают кДНК-библиотеку и встраивают соответствующую ДНК в подходящий вектор для экспрессии. Производя обмен участков родственных генов, кодирующих аналогичные белковые домены, или прямо заменяя сегменты клонированного гена, кодирующие функциональные части белка, можно создавать новые модификации таких белков. В качестве лекарственных средств можно использовать и некоторые ферменты. Например, для снижения вязкости слизи, которая накапливается в легких больных муковисцидозом, применяют в виде аэрозоля рекомбинантную ДНКазу I и альгинатлиазу.
С развитием технологии рекомбинантных ДНК и разработкой способов получения моноклональных антител, а также с установлением структуры и функций иммуноглобулинов появился интерес к использованию специфических антител для лечения различных заболеваний. Работа с генами антител облегчается тем, что отдельные домены молекулы антитела выполняют разные функции.
Лекарственные вещества или ферменты можно присоединять к моноклональным антителам или их Fv-фрагментам, специфичным в отношении поверхностных белков определенных клеток, например опухолевых. При этом лекарственное вещество может находиться в инертной форме. Если предполагаются многократные введения таких комплексов, то их иммуноглобулиновый компонент должен представлять собой антитело или фрагмент антитела человека; это позволяет предотвратить развитие перекрестной иммунной реакции и сенсибилизацию больного. Если же предполагается использовать в этих целях моноклональные антитела мышей, их структуру следует максимально приблизить к структуре антител человека. Для этого в последних достаточно заменить СDR-участки на аналогичные фрагменты антител грызунов. Возможен синтез моноклональных антител человека с помощью Е. соli или дрожжей.
Генноинженерные методы позволяют получать уникальные лекарственные средства, которые представляют собой комплекс белка, связывающегося со специфическими клетками, например ВИЧ-инфицированными, и токсина (иммунотоксины).
Ярким примером успехов в этой области является фирма «Генентех». Созданная на скромные инвестиции в 1976 г. при участии Г. Бойера — одного из пионеров генетической инженерии, она сейчас занимает лидирующие позиции в создании препаратов медицинского назначения. Уже в 1977 г. сконструирован штамм Е. соli, синтезирующий человеческий белок (соматостатин). В 1978 г. клонирован ген человеческого инсулина, в 1979 г. — ген человеческого гормона роста. Тщательная процедура клинической проверки генно-инженерных продуктов позволила уже в 1982 г. получить разрешение на использование для лечения рекомбинантного инсулина. Этот инсулин незаменим для больных диабетом, у которых обычно применяющийся свиной или бычий инсулин вызывает аллергические реакции. В 1984 г. налажено производство антитромбогенного фактора VIII.
В дальнейшем были разработаны технологии синтеза других медицинских препаратов и получены разрешения на использование:
1985 г. — человеческого гормона роста для детей с дефицитом этого гормона;
1986 г. — интерферона-альфа-2а для лечения некоторых типов лейкемии;
1987 г. — тканевого активатора плазминогена для удаления тромбов у пациентов с острым инфарктом миокарда;
1990 г. — интерферона-гамма-1b для лечения хронической грануломы; тканевого активатора плазминогена при острой эмболии легких; вакцины против гепатита В;
1993 г. — гормона роста для лечения нарушений роста у детей с хронической почечной недостаточностью; пульмозима для лечения муковисцидоза; фактора VIII для лечения больных гемофилией;
1996 г. — тканевого активатора плазминогена при острых приступах ишемической болезни сердца или спазмах сосудов головного мозга; человеческого гормона роста для лечения нарушений роста, связанных с синдромом Тернера; пульмозима для лечения запущенных форм муковисцидоза;
1997 г. — ритуксана для лечения пациентов с лимфомой не-Ходжкина; гормон роста для лечения дефицита гормона роста у взрослых;
1998 г. — моноклональных антител для терапии пациентов с определенным типом метастазирующего грудного рака и др.
Другие достижения генной инженерии в этой области: создание новых вакцин, ферментов для сельского хозяйства, антибиотиков, аминокислот, препаратов для очистки окружающей среды, биоудобрений, инсектицидов и т.д.