VI. Генетическая инженерия - раздел Экология, КАФЕДРА БИОЛОГИИ С ЭКОЛОГИЕЙ. УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ I КУРСА Генетическая Инженерия - Это Один Из Разделов Молекулярной Б...
Генетическая инженерия - это один из разделов молекулярной биологии и генетики, который занимается генетическим конструированием по заранее намеченному плану для создания организмов с новой генетической программой. Этот раздел науки появился в 70-х годах прошлого столетия, когда американским генетиком П. Бергом впервые в мире была получена гибридная ДНК.
С технологической стороны генетическая инженерия включает в себя три этапа:
• получение генов путем их искусственного синтеза или путем выделения генов из природного материала;
• включение генов в векторную, автономно реплицирующуюся молекулу ДНК, т.е. создание гибридной молекулы ДНК;
• введение гибридной ДНК в клетку-реципиент с последующим включением соответствующего гена в ее хромосому.
Впервые искусственным путем ген был получен индийским ученым Г.Корана в 1967 году путем химического синтеза - это был ген, контролирующий синтез инсулина. Позже стали выделять гены из генома, используя для этого ферменты рестриктазы, действующие на строго специфичные последовательности нуклеотидов и, следовательно, «разрезающие» молекулу ДНК в определенных участках. Сейчас известно более 500 видов рестриктаз. Полученные таким путем гены лишены интронов, так как их «вырезают» рестриктазами. Поэтому эти гены можно использовать для получения гибридных ДНК с ДНК бактерий. Обеспечивается транскрипция этих «новых» генов бактерии регуляторными генами оперона бактериальной клетки. Таким способом были получены опероны, контролирующие синтез инсулина в кишечной палочке.
Достижения современной молекулярной генетики позволяют выделять гены с пограничными областями, содержащими в себе важные регуляторные последовательности.
После, того как будет получен ген, его встраивают в плазмиду или умеренный фаг, которые используются в качестве средства переноса (вектора) для введения данного гена в какую-нибудь бактериальную клетку, где они размножаются (клонируются) вместе с реплицирующимся вектором. Перед введением нужного фрагмента ДНК в плазмиду, ее (плазмиду) переводят в линейную форму (“разрезают” рестриказой) для того, чтобы присоединить с помощью ДНК-лигаз необходимый ген. В зависимости от целей используют разные плазмиды. Существуют плазмиды с широким кругом хозяев, способные размножаться во многих бактериальных клетках, но есть и такие, которые размножаются в двух или даже в одном виде бактерий.
Перенос (трансдукция) чужеродной ДНК в виде данного гена у эукариот осуществляется с помощью не онкогенных вирусов и фагов.
Создание искусственных генов, получение рекомбинантных ДНК может привести к появлению организмов, не встречающихся ранее на Земле. Так в США была получена кишечная палочка с генами стафилококка и обладающая свойствами обоих микроорганизмов. Угроза получения бактерий с новыми патогенными свойствами и устойчивыми к лекарствам заставили ученых - генетиков обсудить этот вопрос на Международной конференции в США (1975), где были определены основные положения манипуляций с генетическим материалом, чтобы не происходило случайного выхода из экспериментальных лабораторий рекомбинантных микроорганизмов.
Успехи генетической инженерии должны быть направлены на борьбу с наследственными заболеваниями и получение новых форм микроорганизмов для использования их в биотехнологических процессах, то есть для промышленного получения хозяйственно ценных веществ из нетрадиционных продуктов: белков из парафина и нефти, метанола и этанола из природного газа и т.д. Генетическая инженерия позволяет получить также микроорганизмы, способные продуцировать некоторые лекарственные препараты, гормоны и биологически активные пищевые добавки. Таким способом получены интерферон, человеческий инсулин, некоторые антибиотики, органические кислоты и многое другое.
Успехи, достигнутые в области рекомбинантной ДНК, позволили уже в 80-х годах прошлого столетия разрабатывать условия для «генной терапии» наследственных болезней. «Генная терапия» - это доставка нового генетического материала в клетки больного, что обеспечивает лечебный эффект.
Осуществление генной терапии возможно двумя путями:
1 - перенос необходимого гена (трансгеноз) в изолированные из организма соматические клетки, т.е. in vitro; клетки получают в результате резекции соответствующего органа больного или пункции и после трансгеноза возвращают в организм (реимплантация);
2 - прямой трансгеноз - введение генетического вектора с заданным геном непосредственно в организм, т.е. in vivo.
Впервые метод «генной терапии» был применен 14 сентября 1990 г. у девочки 4 лет (США), страдающей тяжелой комбинированной формой первичного иммунодефицита - введением in vitro, в Т- лимфоциты девочки гена аденозиндезаминазы.
С этого же года выходит журнал «Генная терапия». Однако применять эти методы надо крайне осторожно, т. к. генетика человека еще не располагает достаточными сведениями о том, как будет реагировать наш генетический аппарат на введение дополнительной генетической информации.
Все темы данного раздела:
Ставрополь
УДК 57:575
Настоящее пособие дает возможность в очень кратком курсе изучения биологии в медицинском вузе составить четкое современное представление уже студенту первого год
I. Биологические мембраны
Одним из важнейших структурно-функциональных компонентов клетки являются биологические мембраны, которые покрывают поверхность клеток, входят в состав большинства клеточных органоидов и образуют яд
Модели структурной организации биологических мембран
В 1935 году английские ученые Даниэлли и Даусон высказали идею о «бутербродной» модели биологических мембран, в соответствии с которой основу мембран составляет липидный бислой, по
Мембрана в составе оболочки клеток
Наружная клеточная мембрана (плазмалемма, цитолемма, плазматическая мембрана) животных клетокпокрыта снаружи (т.е. на стороне, не контактирующей с цитоплазмой) слоем олигосахаридны
Свойства биологических мембран
1. Способность к самосборке после разрушающих воздействий. Это свойство определяется физико-химическими особенностями фосфолипидных молекул, которые в водном растворе собираются вм
Функции наружной клеточной мембраны (плазмалеммы)
Основными функциями плазмалеммы являются следующие: 1) барьерная, 2) рецепторная, 3) обменная, 4)транспортная.
1. Барьерная функция. Она выражается в том, что плазмалемма
Медицинские аспекты мембранологии
Мембранология - наука о структуре и функции биологических мембран.
Многие патологические изменения в организме затрагивают клеточные мембраны, нарушая их нормальную молекулярную организаци
Осмотические свойства клетки
Осмос - это одностороннее проникновение воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией раствора в область с более высокой концентрацией. Возникающее при это
II. Строение и химический состав хромосом эукариотической клетки
Одним из ключевых вопросов генетики является вопрос о строении и особенностях функционирования материальных носителей наследственности. Последние имеют три основных уровня организации: генн
Строение хромосом на микроскопическом уровне
Хромосомы, как отдельные структуры, становятся доступными для исследования только после значительной конденсации хроматина, которая наступает во время митоза (в соматических клетках), либо во время
Химический состав хромосом
Молекулярно-биологические исследования позволили получить представление не только о химической структуре хромосом, но также и об их надмолекулярной организации и особенностях функционирования. В на
Надмолекулярная организация хромосом
Надмолекулярная организация хромосом называется еще или спирализацией, или конденсацией, или компактизацией.
В настоящее время принято тр
Продольная организация хромосом
Продольная организация хромосом высших организмов, в основе которой лежит взаимосвязь морфологических, химических и функциональных закономерностей, характеризуется линейной неоднородностью. Уже инт
Политенные хромосомы
Чтобы уловить изменения в структуре хроматина на уровне индивидуальных генов, необходимо изучать растянутые интерфазные хромосомы. В обычных клетках это невозможно, потому что нити интерфазного хро
Хромосомы типа ламповых щеток
Еще одним примером клеток, в которых хорошо различимы транскрипционно активные хромосомы, являются незрелые яйцеклетки, или ооциты. Усиленный синтез РНК в них сопровождается растяжением длинных хро
Хромосомы человека
Все, что изложено выше относительно химического состава и структуры хромосом эукариот, типично и для хромосом человека. Некоторой детализации требует информация, позволяющая идентифицировать с боль
Признаков пола у человека
В формировании признаков пола выделяют четыре уровня:
- хромосомное определение пола;
- определение пола на уровне гонад;
- фенотипическое определение пола (половых призн
Организация генома
ГЕНОМ - полный состав ДНК диплоидного набора хромосом ядер соматических клеток, т.е. совокупность всех генов и межгенных участков. Таким образом, геном-полный набор инструкций для
Гены и генетический код
Ген- это информационная структура, состоящая из нуклеотидов ДНК (а у вирусов и РНК), неделимая в функциональном отношении, способная к неограниченной репликации и направляющая разв
Митохондриальный геном и наследственная патология
Митохондрии содержат кольцевую двухцепочечную ДНК, которую обозначили 25-й хромосомой человек (мт ДНК). Гены этой хромосомы не содержат интронов.
В каждой соматической кле
V. Основы регуляции экспрессии генов
Организмы, обладающие способностью регулировать свою генетическую активность, хорошо адаптируются к изменяющимся условиям окружающей среды.
Наличие таких регуляторных систем характерно д
Строение оперона
Оперон - это блок генов, участвующих в обеспечении транскрипции генов, ответственных за синтез определенного генопродукта.
&nbs
Регуляция активности генов у прокариот
В процессе синтеза катаболических ферментов (расщепляющих суб-страты) у прокариот происходит индуцируемый синтез ферментов. Это дает клетке возможность приспосабли
Особенности регуляции экспрессии генов у эукариот
Регуляция экспрессии генов у эукариот протекает намного сложнее. Различные типы клеток многоклеточного эукариотического организма синтезируют ряд одинаковых белков и в то же время они отличаются др
Генетический импринтинг
Одно из основных правил наследования признаков является правило равнозначной функции аллеля, полученного от отца и от матери. Однако, как показали подробные исследования, это правило может не соблю
VII. Медико-генетическое консультирование
По мере развития медицинской генетики перед здравоохранением встал вопрос о необходимости создания специальных учреждений, выполняющих функции консультативной помощи населению по наследственной пат
Этапы медико-генетического консультирования
Консультирование состоит из нескольких этапов, в процессе которых врач-генетик должен определить риск рождения больного потомства, дать обоснованную рекомендацию супругам и подготовить их к правиль
Й этап. ВЫДАЧА ПИСЬМЕННОГО ЗАКЛЮЧЕНИЯ И ДАЧА РЕКОМЕНДАЦИЙ.
На этом этапе врач должен дать письменное заключение о риске рождения больного ребенка и соответствующие рекомендации. Составляя заключение, врач должен учитывать степень тяжести наследственной па
В г. Ставрополе
В г. Ставрополе при акушерско-гинекологической консультации "Семья и брак" в 1984 году был создан медико-генетический кабинет, в котором работал один врач-генетик, оказывающий первичную к
Хромосомные болезни
Хромосомные болезни – большая группа врожденных наследственных болезней, клинически характеризующихся множественными врожденными пороками развития. В их основе лежат хромосомные ге
Болезнь Дауна
Впервые болезнь Дауна, как особая форма идиотии, была описана английским врачом Дауном в 1866г.
Частота встречаемости лиц с болезнью Дауна составляет 1:700, 1:800 н
Синдром Эдвардса
Впервые синдром был описан в 1960 г.
Частота встречаемости 1:4500-6500 новорожденных. В основном поражаются девочки (3:1). Большая часть мальчиков погибает внутриут
Синдром Патау
Впервые был описан в 1960 г. группой ученых под руководством К. Патау (Англия).
Частота встречаемости 1:5000 – 1:7000 новорожденных, большая часть погибает внутриут
Синдром Клайнфельтера
Описан Г. Клайнфельтером в 1942 г. (Англия).
Частота встречаемости 1:1000 новорожденных, по некоторым данным 1:500.
Причина: лишняя
Синдром лишней Y-хромосомы
Впервые эта аномалия была описана в 1962 г. Хаушком.
Частота встречаемости 1:1000 новорожденных.
Клиника: мужчины высокого роста (в
Синдром Шерешевского-Тернера
Впервые синдром был описан в 1925 г. Н.А. Шерешевским, а затем более детально изучен в 1938 г. Г. Тернером.
Частота встречаемости: 1:3000 новорожденных. Около 95% з
Синдром трисомии (полисомии) по Х-хромосоме
Впервые синдром был описан Джекобс в 1959 г. (Англия).
Частота встречаемости: 1 -1,4 на 1000 родившихся девочек.
Причина: избыточно
Хромосомная аномалия - кариотип YO
При данной хромосомной аномалии рождение живых детей не наблюдается, они погибают на ранних стадиях эмбриогенеза.
Болезни, обусловленные хромосомными аберрациями
Синдром Мартина-Белла (иди синдром фрагильной Х-хромосомы)
Частота встречаемости 1:2000-4000 новорожденных.
Причина: делеция (отрыв) небольшого концевого (дистального) участка длинного плеча Х-хромос
Транслокационная форма болезни Дауна
Причина: транслокация лишней 21-й хромосомы на 15-ю или на 21-ю. При этом варианте в кариотипе больного содержится 46 хромосом, причем в наборе имеется две нормальные хромос
Молекулярные болезни
Молекулярные болезни - это большая группа заболеваний, в основе которых лежат нарушения в структуре молекул ДНК, т.е. генные мутации. Учитывая последнее, эти забол
Фенилкетонурия
Это наследственное заболевание было описано в 1934 г. И.А. Феллингом и
поэтому оно называется также болезнью Феллинга.
Частота встречаемости 1 -4 больных н
Алкаптонурия
Заболевание описано в 1902 г. А. Гэрродом (Англия)
Частота встречаемости: 2-5 больных на 10 млн. новорожденных.
Тип наследования ау
Альбинизм
Частота встречаемости составляет один больной на 25 тыс. новорожденных. Тип наследования аутосомно-рецессивный.
Причина: недостаточная актив
Галактоземия
Впервые описана в 1908 г. Ройсом.
Частота встречаемости -1 больной на 70 тыс. новорожденных, а частота гетерозиготного носительства 1:268.
Тип н
Фруктозурия
Частота встречаемости в популяциях неизвестна.
Тит наследования аутосомно-рецессивный.
Причина: в основе ле
Амавротическая идиотия (болезнь Тея-Сакса)
Заболевание впервые описано Теем (1881) и Саксом (1887).
Частота встречаемости-1:250 тыс. новорожденных, однако в еврейских семьях встречается значительно чаще.
Атеросклероз
Это полигенно наследуемое заболевание, проявление которого во многом зависит от средовых факторов. Есть указания на неполный доминантный тип наследования или аутосомно-рецессивный.
Наследственная форма рахита
Тип наследования доминантный, сцепленный с Х-хромосомой. Однако, встречается и аутосомно-рецессивный тип наследования.
Причина: при Х-сцепле
Болезнь Вильсона-Коновалова
Впервые описана Вильсоном в 1911г..Н.В. Коновалов, учитывая клинику этого заболевания, называет его гепатоцеребральной дистрофией.
Частота встречаемости в популяци
Гемоглобинопатии
Это наследственно обусловленные заболевания крови, сопровождающиеся появлением в эритроцитах патологических форм гемоглобина.
В настоящее время описано более 50 форм разно
Синдром Элерса-Данлоса
Впервые описан Элерсом (1901) и Данлосом (1908).
Частота встречаемости 1 больной на 100 тыс. новорожденных.
Тип наследования
Синдром Робена
Впервые описание синдрома появилось еще в позапрошлом столетии (Siebold, 1835), подробная характеристика дана Robin в 1923г. Синдром не относиться к категории редких: к 60-м годам прошлого столетия
Рото-пальце-лицевой синдром (оро-дигито-фациальный дизостоз).
(Синдром Папиллона-Псома).
Описан впервые Papillon и Psaume в 1954г. Наследуется по аутосомно-доминантному типу.
Клиническая картина
Незаращение верхней губы
Заячья губа и волчья пасть являются составной частью многих синдромов, определяемых единичными генами. Они нередко встречаются при синдроме Дауна, Патау, Эдвардса.
XI. Проблема канцерогенеза
Среди многочисленных и широко распространенных мультифакториальных болезней большую группу составляют злокачественные новообразования, которые относятся к группе генетических соматических болезней
XII. Экогенетика и экогенетические болезни
Экогенетика человека - это наука, которая изучает различные генетически обусловленные реакции людей на определённые агенты среды.
В её задачи входит объяснение раз
XIII. Антимутагенез
Человечество отягощено огромным грузом патологических мутаций, который проявляется в двух вариантах – в снижении приспособленности носителей этих мутаций, а значит в уменьшении чис
И профилактика наследственных болезней
Разносторонняя количественная оценка влияния различных факторов на здоровье человека в разных странах показывает, что здоровье населения на 8-14% определяется состоянием здравоохра
XV. Словарь некоторых терминов
Альтернативный сплайсинг –различные варианты сплайсинга когда из одной и той же преинфор.-РНК вырезаются разные интроны и образуется несколько разных и-РНК.
Новости и инфо для студентов