Генети́ческая инжене́рия

Практическое использование достижений генетики микроорганизмов и генная инженерия в микробиологии

Микробиология —

Генетика микроорганизмов

Развитие генетики, открывшей методы получения наследственно измененных форм микроорганизмов, расширило возможности использования микроорганизмов в сельскохозяйственном и промышленном производстве, а также в медицине. Основной из этих методов — это индуцированное получение мутантов воздействием различными мутагенами (излучениями и химическими веществами) на дикие, существующие в природе культуры микроорганизмов. Таким методом удается создать мутанты, которые дают в десятки и сотни раз большее количество ценных продуктов (антибиотиков, ферментов, витаминов, аминокислот и т. д.) по сравнению с дикими формами микроорганизмов.

Процесс получения высокопродуктивных штаммов микроорганизмов состоит из многих этапов. На культуру микроорганизма воздействуют различными мутагенными факторами с последующим отбором наиболее продуктивного штамма. Этот мутантный штамм может подвергнуться дальнейшему воздействию мутагенов и дальнейшему отбору еще более продуктивных мутантов. Часто из тысячи бесполезных мутантов отбирают только один высокопродуктивный штамм. В последние годы методом радиационного и химического мутагенеза микроорганизмов получено большое число промышленных штаммов микроорганизмов — продуцентов антибиотиков, ферментов, витаминов, ценных пищевых аминокислот, ростовых и других веществ.

Особенно широкие перспективы переделки наследственной природы организмов сулит развитие генной, или генетической, инженерии. Это раздел молекулярной генетики, который разрабатывает методы создания новых генетических структур, несущих заданную информацию, и способов их переноса в клетки прокариот и эукариот.

Полученные методом генной инженерии новые генетические молекулы представляют собой рекомбинантные ДНК, включающие два компонента — вектор (переносчик) и клонируемую «чужеродную» ДНК. Так как переносчик должен обладать свойствами репликона и обусловливать репликацию вновь созданной рекомбинантной ДНК, то в качестве вектора обычно используют такие репликоны, как плазмиды, умеренные фаги и вирусы животных. Все эти переносчики имеют циркулярно замкнутую структуру ДНК. Клонируемая ДНК — это фрагмент ДНК, который несет необходимый ген (или гены), контролирующий образование нужного вещества.

Имеются различные приемы получения рекомбинантных молекул ДНК. Наиболее простой из них сводится к обработке изолированных молекул ДНК-вектора и ДНК, несущей необходимый ген, ферментами рестриктазами (эндонуклеазы рестрикции), расщепляющими взятые молекулы ДНК в строго определенном месте с образованием однонитчатых комплементарных друг другу концов, так называемых липких концов. Это первый этап получения рекомбинантных ДНК — «разрезание» молекул ДНК с помощью эндонуклеаз рестрикции. Второй этап заключается в обработке полученных линейных молекул ДНК ферментом полинуклеотидлигазой, которая «сшивает» две разные молекулы в одну рекомбинантную ДНК. На третьем этапе рекомбинантные молекулы вводят в клетки тех или иных бактерий методом трансформации. На завершающем, четвертом, этапе проводят клонирование трансформированных клеток.

В настоящее время методом генной инженерии получены рекомбинантные молекулы ДНК, несущие информацию для образования таких важных веществ, как интерферон, инсулин, гормон роста человека и другие в клетках кишечной палочки (Е. coli). По-видимому, методом генной инженерии можно будет создать и такие бактерии, которые, потеряв свою болезнетворность, помогут выработать иммунитет против многих инфекционных болезней животных и человека. В промышленности, благодаря использованию генной инженерии, появятся высокопродуктивные микроорганизмы, создающие белки, ферменты, витамины, антибиотики, ростовые вещества и другие нужные продукты.

Будут получены новые сорта растений и породы животных, устойчивые к заболеваниям и наделенные особенно выгодными для сельского хозяйства свойствами.

Возможно, методом генной инженерии будут созданы растения, обладающие способностью к связыванию молекулярного азота атмосферы. Такие растения, вероятно, можно будет получить после введения в их геном генов от микроорганизмов, фиксирующих азот из воздуха.

Нет сомнения в том, что в связи с разработкой и совершенствованием методов генной инженерии, показавших возможность передачи не только естественных генов живых организмов, но и искусственно синтезированных, открываются блестящие перспективы для научно-технического прогресса не только в медицине и промышленности, но и в сельскохозяйственном производстве.

На заре генной инженерии. Генетическая Модификация

Люди учились проектировать жизнь ТЫСЯЧЕЛЕТИЯМИ.

Всё начиналось ещё с самых зачатков растениеводства, одомашнивания животных и селекции.

Селекция – улучшение сорта растений или породы животных и выведение новых пород путём скрещивания и искусственного отбора.

С помощью селекции мы улучшали полезные свойства растений и животных. Со временем, мы стали так хорошо это делать, но никогда до конца не понимали, как это работает, пока не открыли «код жизни» — молекулу ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту).

Которая, в свою очередь, контролирует АБСОЛЮТНО ВСЁ! Работу всех систем организма, рост костей и мышц, а также, размножение всего живого.

Информация закодирована в самой структуре молекулы.

Четыре нуклеотида располагаются попарно и формируют код с инструкцией:

1. Аденин.
2. Гуанин.
3. Цитозин.
4. Тимин.

Если меняется сама комбинация (инструкция), то меняется и существо, несущее её в себе.

Молекула ДНК была открыта в 1953 году.

Теперь знание того, что молекула ДНК является носителем генетической информации всех живых организмов на земле, даёт возможность очень эффективно вмешиваться в жизненные процессы всех уровней: от микроорганизмов до человека.

• В 60-е года учёные облучали растения радиацией, чтобы вызвать случайные мутации, которые могли быть полезны.
• В 70-е года мы научились внедрять фрагменты ДНК в растения, бактерии и животных, чтобы менять и изучать их, производя исследования в области медицины, сельского хозяйства, развлечения и т.д.
• В 1974 году удалось получить первую ГЕННОМОДИФИЦИРОВАННУЮ МЫШЬ! После чего, мыши стали обычным средством для экспериментов и исследований, спасшие при этом миллионы жизней.
• В 1980-х годах был получен первый патент на микробов, которые поглощали нефть.

В настоящее время множество веществ производится с помощью генномодифицированных организмов, например, гормоны роста, инсулин, факторы свёртываемости крови.

Первые генномодифицированные продукты появились на прилавках магазинов в 1990-х годах. Такие продукты могли не портится во много раз дольше.

В те же 90-е годы, с помощью генной инженерии начались первые удачные эксперименты с лечением женского бесплодия. Зародыши наделяли генами сразу трёх человек, что увеличивало выживаемость и повлекло появление первых людей с тремя биологическими родителями.

В настоящее время уже есть:

• Свиньи, наделённые невероятной мышечной массой.
• Лосось, растущий вдвое быстрее и выглядящий привлекательнее оригинального.
• Прозрачные лягушки.
• Светящиеся рыбы и т.д.

Всё это достижения генной инженерии.

До недавнего времени изменения генов были очень дорогостоящими, пока в 1987 году не был обнаружен первый локус CRISPR.

CRISPR – это короткие палиндромные повторы, регулярно расположенные группами.

Не пугайтесь, всё не так сложно. Смотрите.

Методология генной инженерии

Определение 1

Генетическая инженерия – это экспериментальная наука, ориентированная на исследование и разработку мероприятий биотехнологической направленности и возможностей их практического применения.

Генная инженерия включает в себя комплекс приемов, методов и технологий получения молекул ДНК и РНК, формирования новых клеток, создания искусственных организмов, на основе манипуляций с генами и генетическим кодом.

Генная инженерия ориентирована на создание новых организмов, которые обладают иным генетическим кодом и свойствами, наследственными параметрами.

Ее опыты связаны с построением конструкций генетических структур в виде рекомбинантных ДНК, посредством частей геномов разнообразных живых организмов, которые были внедрены в клетку.

Генетическая инженерия активно развивается и может похвастаться рядом достижений, полученных посредством ее методологии, включающей следующие параметры и направления деятельности:

Рестрикция — представляет собой изменение кода ДНК И отделение ферментов рестриктаз, чтобы получить новые особые ферменты. Происходит формирование банка генов на основе данной технологии.
Разработка методов и технологий химического и ферментативного объединения и слияния генов. Этот прием был заложен в основу получения искусственного инсулина, а также продукции, наполненной белковым составом – протеины.
Получение молекул ДНК, которые могут перенести в клетку неродной ДНК и создать условия для экспрессии генов. На основе этого метода удалось сформировать гибриды ряда растений.
Разработка способов превращения наследственных параметров и генетического кода различных организмов и выявление клонов, несущих рекомбинантные РНК

Клонирование органов и тканей имеет важное значение в медицине, поскольку позволяет использовать его плоды в травматологии и при трансплантации органов.

Виды, сферы применения генной инженерии

Человек использует генную инженерию для получения трансгенных растений и животных, генной терапии наследственных заболеваний, производства лекарственных препаратов, вакцин, гормонов и т. д.

В настоящее время генная инженерия широко распространена в отраслях народного хозяйства: фармакологической, микробиологической, пищевой промышленности, в сельском хозяйстве. 

В медицине:

1. Разработка с помощью синтезированных генов интерферонов — белков, вырабатываемых организмом в ответ на вирусную инфекцию, а также гормонов. Ученые рассматривают возможность использования интерферонов в качестве средства лечения от СПИДа и рака. Массовое производство этого полезного белка очень эффективно, ведь всего один литр бактериальной культуры дает столько интерферона, сколько добывают из тысяч литров человеческой крови.
2. Производство в промышленных масштабах путем использования генномодифицированных бактерий инсулина, необходимого для лечения сахарного диабета.
3. Используя рекомбинантную ДНК, получение человеческого гормона роста — единственного лекарства от гипофизарной карликовости (редкого детского заболевания).
4. Клинические испытания около 200 новых диагностических препаратов (генных, а не белковых), а также более 100 лекарственных веществ.

С помощью генно-инженерных методов создали ряд вакцин, которые сейчас проходят испытания по проверке их эффективности против ВИЧ — вируса иммунодефицита человека, вызывающего СПИД. 

В настоящее время интенсивно развивается и генная терапия. Так, для борьбы со злокачественными опухолями в организм вводят сконструированную копию гена, который кодирует мощный противоопухолевый фермент. 

Важным направлением генной инженерии является обеспечение больных людей органами для пересадки. Например, трансгенная свинья, может стать донором сердца, почек, печени, сосудов и кожи для людей, так как по размерам внутренних органов и физиологии она наиболее близка к человеку.

В сельском хозяйстве:

Главными задачами являются:

• выведение устойчивых к вирусам видов животных и растений, сельскохозяйственных культур;
• защита растений от насекомых-вредителей;
• уменьшение интенсивности обработки полей пестицидами и т. д;
• увеличение витаминов и полезных веществ в зерновых культурах;
• улучшение качества и вкуса пищи;
• получение дизельного топлива из животных и растительных жиров;
• решение экологических проблем — например, очистка почвы от промышленных отходов, защита окружающей среды от загрязнений, разработка новых очистительных сооружений.

В генной терапии —проведение в клетке пациента различных манипуляций с генетическим материалом, в частности с ДНК или РНК, для лечения определенных заболеваний:

• замена мутировавшего гена, провоцирующего болезнь, здоровой копией;
• инактивация неправильно функционирующих мутирующих генов;
• внедрение нового гена, помогающего бороться с заболеванием.

Объекты генной инженерии

Наиболее часто объектами для исследования генной инженерии становятся микроорганизмы, клетки растений и низших животных, однако ведутся исследования и на клетках млекопитающих, и даже на клетках человеческого организма. Как правило, непосредственным объектом исследования является молекула ДНК, очищенная от прочих клеточных веществ

При помощи энзимов ДНК расщепляется на отдельные отрезки, причём важно уметь распознавать и выделять нужный отрезок, переносить его при помощи энзимов и встраивать в структуру другой ДНК

Современные методики уже позволяют достаточно свободно манипулировать отрезками генома, размножать нужный участок наследственной цепи и вставлять его на место другого нуклеотида в ДНК реципиента. Накоплен достаточно большой опыт и собрана немалая информация по закономерностям строения наследственных механизмов. Как правило, преобразованиям подвергаются сельскохозяйственные растения, что уже позволило существенно повысить результативность основных продовольственных культур.

Снижаем риски: от ТРАНС к ЦИС и ниже

Сейчас прохождение всех тестов на биобезопасность и вывод на рынок генетически модифицированных организмов, в том числе растений, жестко регулируется на международном уровне. В этом вопросе правовая база ЕС опирается на директиву Европейского парламента и Совета Европейского союза от 12 марта 2001 г. «О преднамеренном выпуске в окружающую среду генетически модифицированных организмов». Примечательно, что данный нормативный документ исключает из перечня ГМО организмы, полученные путем скрещивания, экстракорпорального оплодотворения, полиплоидной индукции, возникновения мутаций и слияния протопластов скрещиваемых видов (соматическая гибридизация).

Законодательство РФ в области ГМО растительного происхождения регулируют 4 федеральных закона и 6 постановлений Правительства РФ, в том числе федеральный закон № 86-ФЗ «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности» от 5 июля 1996 г. Ожидается вступление в силу постановления, позволяющего узаконить возделывание ГМ-культур на территории России, которые пока можно выращивать только на опытных участках. Для ввоза в нашу страну сегодня разрешены 22 линии пищевых и кормовых ГМ-растений, среди которых кукуруза, картофель, соя, сахарная свекла и рис, а любые ГМО и ГМ-продукты должны проходить обязательную регистрацию.

В свою очередь, мировое ученое сообщество считает, что нужно различать ГМО по способу получения и делать послабления для продуктов, полученных умеренным вмешательством. Так появилась система деления ГМО на три вида: ТРАНС, ЦИС и ИНТРА.

Трансгенными сегодня называют организмы с искусственно введенными генами, которые в принципе не могут быть приобретены путем естественного скрещивания. Это могут быть гены растений других видов или животных, например рис, в геном которого встроен ген кукурузы. Потенциальная опасность трансгенных культур в том, что приобретенные таким образом новые качества могут повлиять на пригодность к использованию в пищевых или кормовых целях, а затем передаться диким родственникам, что может иметь непредсказуемые последствия для природных экосистем

По этой причине законодательные и регулирующие органы развитых стран уделяют большое внимание биобезопасности таких культур, чтобы снизить риск экологических сдвигов

В геном цисгенных растений могут быть введены гены организмов того же или близких видов, с которыми возможно скрещивание в естественных условиях. При этом сам целевой ген не должен быть видоизменен или оторван от своих регуляторных последовательностей. Пример цисгенного растения — картофель, не подверженный картофельной гнили благодаря встраиванию генов диких видов картофеля из Анд, устойчивых к этому заболеванию. Такой картофель сейчас создается в Бельгии (VIB’s fact series, 2015)

Важно, что цисгенезис не привносит в организм растения принципиально новых для него признаков и, по сути, аналогичен традиционному скрещиванию с родственными дикими формами

Интрагенезис можно считать продолжением концепции цисгенезиса, но в этом случае в ДНК растения встраивают его собственный ген, совмещенный с регуляторными участками других его генов. В ходе такой модификации искусственно создаются новые комбинации из уже имеющихся в растении участков ДНК (Holme, 2013). Подобное изменение регуляции активности генов позволяет усиливать полезные признаки (например, способность накапливать витамины в листьях) или, напротив, устранять или сводить к минимуму нежелательные.

Между тем при современном регулировании оборота ГМО-различия между трансгенными и цисгенными растениями не учитываются, хотя эти типы кардинально различаются. Из-за жестких рамок, установленных законодательством, получение и использование цисгенных растений серьезно затруднено, что может заблокировать или значительно отсрочить проведение дальнейших исследований по улучшению сортов сельскохозяйственных культур. Пока лишь в Канаде контроль за цисгенными растениями менее строг по сравнению с трансгенными (Schouten, 2006).

Спроектированные люди

В 2015-2016 годах китайские учёные провели ряд экспериментов с эмбрионами человека.

Они столкнулись с трудностями, пока что, не ведомыми ранее. Приходится учитывать тысячи факторов, чтобы развитие плода пошло нужным путём и развило в себе нужное привитое качество.

Ничего не напоминает?

Очень похожая ситуация с компьютерами 70-х, 80-х годов. Это были огромные машины, выполняющие на тот момент немыслимые для тех лет операции.

Сейчас, мощность компьютера 70-х годов, может быть заключена в компьютере, размером с человеческую клетку, если не брать в расчёт нанотехнологии.

Наука шагнула вперёд, и сейчас устройство, лежащее в руке, может производить в сотни раз более мощные операции, чем компьютер, размером с дом, в 70-х годах.

Вне зависимости от нашего отношения к генной инженерии, она будет развиваться, а спроектированные люди будут со временем давать новое потомство.

Дети, модифицированных людей будут рожать своих детей, и таким образом генофонд будет становиться сильнее и безупречнее.

Первые модифицированные дети не будут сильно отличаться от обычных детей.

Скорее всего, первые модификации будут касаться тяжёлых, смертельных генетических заболеваний.

По мере развития генной инженерии, и с постепенным появлением всё большего количества генномодифицированных детей, не использование генетических модификаций будет становиться всё более не этичным, ведь это будет обрекать детей на пожизненные страдания и смерть, которую можно было предотвратить.

Как только родится первый спроектированный ребёнок, дверь будет открыта навсегда.

А со временем, с ростом положительных отзывов и количеством модифицированных детей будет расти соблазн.

Разве вы бы не хотели хорошее зрение для своих детей, если они носят очки? А как насчёт исключительного интеллекта? А что если он будет предрасположен к росту мышц? А может быть хотите красивые волосы и ускоренный обмен веществ для своего ребёнка?

Представьте, что вы можете выбрать все эти качества, буквально, как в магазине. Ну или хотя бы, как в клинике пластической хирургии.

Это не предел.

Уже известны животные, которые не стареют (медуза — турритопсис нутрикула, планария, лобстеры).

Со временем, возможно, генная инженерия может привести нас к победе над старением. Две трети людей умирает именно по причинам, связанных со старением.

Сейчас известно, что старение связано с накоплением повреждений в наших клетках.

В 2009 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за открытие, которое объяснило процесс изнашивания нашего организма.

ТЕЛОМЕРЫ, которые расположены на концах хромосом, защищают их и весь организм от изнашивания.

Но теломеры не вечны, их длина уменьшается при каждом делении клетки. Постепенно они становятся слишком короткими, чтобы защитить хромосомы, и организм приобретает первые признаки старения.

Мы могли бы занять несколько генов у животных, которые не стареют, и приобрести стабильную, самовоспроизводящуюся не изнашивающуюся систему.

Люди всё равно будут умирать, но происходить это будет не от старения, через 50-100 лет, а через пару тысяч лет, т.к. катастрофы, войны, и другие страшные вещи никто не отменял.

Возможно, мы первые, кто вкусит все плюсы антивозрастной терапии.

Генная инженерия может помочь решить множество задач.

• Мы можем научиться лучше справляться с высококалорийной едой, с помощью видоизменённого обмена веществ.
• Можем победить множество неизлечимых недугов.
• Можем научиться создавать людей для длительных перелётов и освоения новых планет и цивилизаций и т.д.

Воздействие окружающей среды

Результатом взаимодействие генотипа с окружающей средой является фенотип, который представляет собой модификационные изменения под конкретные условия среды обитания. При этом геном бактерии не изменяется.

Хотя фенотип зависит от конкретных внешних условий, все изменения контролируются геномом бактерии, так как возможные изменения определяются набором имеющихся наследственных материалов. Способность изменяться является инструментом эволюции, позволяющим решать вопросы естественного и искусственного отбора.

Изменчивость фенотипа микроорганизма в зависимости от механизма воздействия, может быть:

• ненаследственной – с изменениями только фенотипа микроорганизма;
• наследственной – изменения происходят на уровне генотипа.

В микробиологии основными видами ненаследственных изменений фенотипа считаются:

• адаптация – ненаследственная приспособленческая реакция клетки;
• модификация – изменение внешних признаков бактерий (размер, форма или цвет колоний) под воздействием окружающих условий.

Модификация как изменение фенотипа представляет собой результат воздействия фактора окружающей среду. Основные характеристики модификационной изменчивости генома микроорганизмов:

• обратимость изменений фенотипа (касается как человека, так и бактерии) – изменение условий жизнедеятельности приведет к исчезновению существующей модификации и замене их на другие;
• изменения носят не индивидуальный, а групповой характер;
• изменения фенотипа не наследуются;
• модификация фенотипа происходит при каждом изменении условий жизни, при этом генотип остается неизменным.

Польза генной инженерии для человека

С начала 90-х годов во многочисленных лабораториях мира проводятся опыты по изменению генов человека с целью предотвращения заболеваний. Ученые уже научились бороться некоторыми разновидностями рака, диабетом, анемией.

В ближайшее время специалисты рассчитывают добиться результатов в предотвращении врожденных отклонений. Планируется разработать способ корректировки генетического кода зародыша. Если удастся добиться таких результатов, то можно значительно улучшить физические и умственные способности человека, предотвратить развитие отклонений. Некоторые ученые даже считают, что в будущем удастся сделать человека бессмертным.

Сегодня ученые уже добились фантастических результатов. Они научились создавать котов путем клонирования, которые светятся в темноте, воспроизвели некоторые виды рыб, которые очень быстро растут, путем пересадки генов животных во фрукты и овощи удалось добиться быстрого созревания плодов большого размера. Среди достижений есть и эко-свинья, растения, которые устраняют загрязнения окружающей среды, куры, несущие лекарственные яйца и козы, плетущие паутину.

Значение генетической инженерии

Г. и. зна­чи­тель­но рас­ши­ри­ла экс­пе­рим. гра­ни­цы мо­ле­ку­ляр­ной био­ло­гии, по­сколь­ку ста­ло воз­мож­ным вво­дить в разл. ти­пы кле­ток чу­же­род­ную ДНК и ис­сле­до­вать её функ­ции. Это по­зво­ли­ло вы­яв­лять об­ще­био­ло­гич. за­ко­но­мер­но­сти ор­га­ни­за­ции и вы­ра­же­ния ге­не­тич. ин­фор­ма­ции в разл. ор­га­низ­мах. Дан­ный под­ход от­крыл пер­спек­ти­вы соз­да­ния прин­ци­пи­аль­но но­вых мик­ро­био­ло­гич. про­ду­цен­тов био­ло­ги­че­ски ак­тив­ных ве­ществ, а так­же жи­вот­ных и рас­те­ний, не­су­щих функ­цио­наль­но ак­тив­ные чу­же­род­ные ге­ны. Мн. ра­нее не­дос­туп­ные био­ло­ги­че­ски ак­тив­ные бел­ки че­ло­ве­ка, в т. ч. ин­тер­фе­ро­ны, ин­тер­лей­ки­ны, пеп­тид­ные гор­мо­ны, фак­то­ры кро­ви, ста­ли на­ра­ба­ты­вать­ся в боль­ших ко­ли­че­ст­вах в клет­ках бак­те­рий, дрож­жей или мле­ко­пи­таю­щих и ши­ро­ко ис­поль­зо­вать­ся в ме­ди­ци­не. Бо­лее то­го, поя­ви­лась воз­мож­ность ис­кус­ст­вен­но соз­да­вать ге­ны, ко­ди­рую­щие хи­мер­ные по­ли­пеп­ти­ды, об­ла­даю­щие свой­ст­ва­ми двух или бо­лее при­род­ных бел­ков. Всё это да­ло мощ­ный им­пульс к раз­ви­тию био­тех­но­ло­гии.

Глав­ны­ми объ­ек­та­ми Г. и. яв­ля­ют­ся бак­те­рии Escherichia coli (ки­шеч­ная па­лоч­ка) и Bacillus subtilis (сен­ная па­лоч­ка), пе­кар­ские дрож­жи Saccharomices cere­visiae, разл. ли­нии кле­ток мле­ко­пи­таю­щих. Спектр объ­ек­тов ген­но-ин­же­нер­но­го воз­дей­ст­вия по­сто­ян­но рас­ши­ря­ет­ся. Ин­тен­сив­но раз­ви­ва­ют­ся на­прав­ле­ния ис­сле­до­ва­ний по соз­да­нию транс­ген­ных рас­те­ний и жи­вот­ных. Ме­то­да­ми Г. и. соз­да­ют­ся но­вей­шие по­ко­ле­ния вак­цин про­тив разл. ин­фекц. аген­тов (пер­вая из них бы­ла соз­да­на на ос­но­ве дрож­жей, про­ду­ци­рую­щих по­верх­но­ст­ный бе­лок ви­ру­са ге­па­ти­та В че­ло­ве­ка). Боль­шое вни­ма­ние уде­ля­ет­ся раз­ра­бот­ке кло­ни­рую­щих век­то­ров на ос­но­ве ви­ру­сов мле­ко­пи­таю­щих и ис­поль­зо­ва­нию их для соз­да­ния жи­вых по­ли­ва­лент­ных вак­цин для нужд ве­те­ри­на­рии и ме­ди­ци­ны, а так­же в ка­че­ст­ве мо­ле­ку­ляр­ных век­то­ров для ген­ной те­ра­пии ра­ко­вых опу­хо­лей и на­следств. за­бо­ле­ва­ний. Раз­ра­бо­тан ме­тод пря­мо­го вве­де­ния в ор­га­низм че­ло­ве­ка и жи­вот­ных рекДНК, на­прав­ляю­щих про­дук­цию в их клет­ках ан­ти­ге­нов разл. ин­фекц. аген­тов (ДНК-вак­ци­на­ция). Но­вей­шим на­прав­ле­ни­ем Г. и. яв­ля­ет­ся соз­да­ние съе­доб­ных вак­цин на ос­но­ве транс­ген­ных рас­те­ний, та­ких как то­ма­ты, мор­ковь, кар­то­фель, ку­ку­ру­за, са­лат и др., про­ду­ци­рую­щих им­му­но­ген­ные бел­ки воз­бу­ди­те­лей ин­фек­ций.

Сферы применения генной инженерии и ее достижения

Первые разработки генной инженерии затронули медицину. Исследование коснулось вирусов, которые являются независимыми генами, внедряются в клетки организма, репродуцируются и приводят к ее разрушению, а затем новые вирусы заражают новые клетки, что в итоги приводит к формированию ряда жизненно опасных заболеваний.

Исследования генной инженерии позволили создавать противовирусные препараты, за счет формирование методов разделения молекулы ДНК на части в конкретном месте и их соединения с другим кусочком, содержащим, как исходный код ДНК, так и рекомбинантный т.е. искусственно сформированный. Генная инженерия упростила лечение сердечнососудистых заболеваний, сделало возможным борьбу с раковыми опухолями, а также наследственными заболеваниями.

Генная инженерия внесла много нового и полезного в сферу растениеводства:

• Формирование устойчивости растений и сельскохозяйственных культур к болезням и вредителям;
• Улучшение вкуса и качества пищи;
• Рост объема содержания крахмала в картофеле;
• Получение новых сортов растений и сельскохозяйственной продукции;
• Насыщение витаминами риса и иных зерновых культур;
• Появление новых культур: соя, рапс, лен, которые дают масла, используемые в пище, производстве бытовой химии, канцелярских товаров;
• Получение дизельного топлива из растительных и животных жиров;
• Создание биопластика из крахмала. Биопластик активно используется для упаковки различных продуктов.

Генная инженерия затронула и животный мир. Исследования доказали возможности получения транс генных животных, наделенных иным генетическим кодом, признаками и функциональными возможностями.

Современные биотехнологические разработки затрагивают область экологии, разрабатывая методы борьбы с загрязнениями окружающей среды человечеством, новые очистительные сооружения и средства организации производства, устраняя вредные выбросы или минимизируя их.

Применение генной инженерии в промышленности

Более того, можно смело говорить о том, что генное модифицирование уже применяется на практике для достижения определенных результатов. Я говорю о генно-модифицированных организмах — ГМО.

Самым простым примером, как для понимания преимуществ метода, так и для самих генетиков является создание модифицированных кисломолочных бактерий. Дело в том, что когда на производстве вирусы бактериофаги попадают в закваску, они уничтожают культуру полезных микроорганизмов. В итоге это приводит к тому, что партия оказывается испорченной, а производитель несет огромные убытки. Именно поэтому устойчивые к бактериофагам микроорганизмы решают массу проблем.

Если бактериофаги попадают на производство, пропадают просто огромные объемы продукции.

Редактирование генома CRISPR

Система CRISPR-Cas с точки зрения редактирование генома более простая и надежная. Главное только правильно синтезировать то, что укажет, в каком месте надо совершить разрез ДНК. Дальше запустится механизм восстановления и все сделается практически само собой. Тем более, если сделать много таких разрезов, то можно запрограммировать нужные изменения достаточно крупного участка ДНК.

Можно даже убирать целые участки ДНК, если это потребуется. При этом, на место удаленных фрагментов будут встроены те участки, которые будут нужны генетикам. Это позволит редактировать ”сломанные” последовательности, которые приводят к тяжелым заболеваниям. В теории надо будет просто заменить нужный фрагмент и все должно стать нормально.

Сами понимаете, что первым вопросом будет ”а можно ли встроить нужную часть кода?” Конечно, со временем и это станет возможно. Вот тогда и могут начать получаться целые новые народы. Но, скорее всего, дело ограничится небольшой группой узких специалистов, вроде людей, которые смогут выдержать полеты к другим планетам, или солдат, которые не будут уставать. Люди найдут, как извлечь из этого выгоду. Особенно правительства и инвесторы, которые вкладывают в разработки огромные деньги. И далеко не все из них делают это, чтобы избавить человечество от болезней. Увы, но реальность такова.

Ретровирусные инфекции

Относительно недавно я уже рассказывал о том, как мы все являемся носителями ретровирусов или, как их еще называют, реликтовых вирусов. В том числе к ним относится и ВИЧ, который миллионы лет назад встроил свой геном в наши ДНК и мы продолжаем передавать его из поколения в поколение.

В журнале Scientific Reports даже была опубликована работа, которая показывает, как при помощи CRISPR-Cas9 можно избавиться от этого наследства и даже ликвидировать возможность повторного встраивания вируса в ДНК.

Китайские ученые даже проводили эксперименты в этом направлении и обеспечили рождение двух генно-модифицированных человек. Ими стали девочки близнецы, один из родителей которых был ВИЧ-положительным. В итоге, они родились с устойчивым иммунитетом к вирусу. Проблема в том, что эксперимент был за гранью законности, но в целом все получилось.

Также в другой работе, опубликованной в Nature Biotechnology, доказывается, что при помощи модифицированного белка Cas9 можно отключать гены, которые мешают нормальному перерождению клеток и приводят к злокачественным образованиям. То есть потенциально это может стать долгожданным лекарством от рака. Вот только не привело бы такое вмешательство к тому, что воспроизводство новых клеток станет еще хуже.

↑хЯРНПХВЕЯЙЮЪ ЯОПЮБЙЮ

цЕММЮЪ ХМФЕМЕПХЪ ОНЪБХКЮЯЭ АКЮЦНДЮПЪ ПЮАНРЮЛ ЛМНЦХУ ХЯЯКЕДНБЮРЕКЕИ Б ПЮГМШУ НРПЮЯКЪУ АХНУХЛХХ Х ЛНКЕЙСКЪПМНИ ЦЕМЕРХЙХ. б 1953 ЦНДС дФ. сНРЯНМ Х т. йПХЙ ЯНГДЮКХ ДБСЯОХПЮКЭМСЧ ЛНДЕКЭ дмй, МЮ ПСАЕФЕ 50 — 60-У ЦНДНБ 20 БЕЙЮ АШКХ БШЪЯМЕМШ ЯБНИЯРБЮ ЦЕМЕРХВЕЯЙНЦН ЙНДЮ, Ю Й ЙНМЖС 60-У ЦНДНБ ЕЦН СМХБЕПЯЮКЭМНЯРЭ АШКЮ ОНДРБЕПФДЕМЮ ЩЙЯОЕПХЛЕМРЮКЭМН. ьКН ХМРЕМЯХБМНЕ ПЮГБХРХЕ ЛНКЕЙСКЪПМНИ ЦЕМЕРХЙХ, НАЗЕЙРЮЛХ ЙНРНПНИ ЯРЮКХ E. coli, ЕЕ БХПСЯШ Х ОКЮГЛХДШ. аШКХ ПЮГПЮАНРЮМШ ЛЕРНДШ БШДЕКЕМХЪ БШЯНЙННВХЫЕММШУ ОПЕОЮПЮРНБ МЕОНБПЕФДЕММШУ ЛНКЕЙСК дмй, ОКЮГЛХД Х БХПСЯНБ. дмй БХПСЯНБ Х ОКЮГЛХД ББНДХКХ Б ЙКЕРЙХ Б АХНКНЦХВЕЯЙХ ЮЙРХБМНИ ТНПЛЕ, НАЕЯОЕВХБЮЪ ЕЕ ПЕОКХЙЮЖХЧ Х ЩЙЯОПЕЯЯХЧ ЯННРБЕРЯРБСЧЫХУ ЦЕМНБ. б 1970 ЦНДС ц.яЛХРНЛ АШК БОЕПБШЕ БШДЕКЕМ ПЪД ТЕПЛЕМРНБ — ПЕЯРПХЙРЮГ, ОПХЦНДМШУ ДКЪ ЦЕММН-ХМФЕМЕПМШУ ЖЕКЕИ. ц. яЛХР СЯРЮМНБХК, ВРН ОНКСВЕММШИ ХГ АЮЙРЕПХИ НВХЫЕММШИ ТЕПЛЕМР HindII ЯНУПЮМЪЕР ЯОНЯНАМНЯРЭ ПЮГПЕГЮРЭ ЛНКЕЙСКШ МСЙКЕХМНБШУ ЙХЯКНР (МСЙКЕЮГМЮЪ ЮЙРХБМНЯРЭ), УЮПЮЙРЕПМСЧ ДКЪ ФХБШУ АЮЙРЕПХИ. йНЛАХМХПНБЮМХЕ дмй-ПЕЯРПХЙРЮГ (ДКЪ ПЮГПЕГЮМХЪ ЛНКЕЙСК дмй МЮ НОПЕДЕКЕММШЕ ТПЮЦЛЕМРШ) Х БШДЕКЕММШУ ЕЫЕ Б 1967 Ц. ТЕПЛЕМРНБ – дмй-КХЦЮГ (ДКЪ «ЯЬХБЮМХЪ» ТПЮЦЛЕМРНБ Б ОПНХГБНКЭМНИ ОНЯКЕДНБЮРЕКЭМНЯРХ) ОН ОПЮБС ЛНФМН ЯВХРЮРЭ ЖЕМРПЮКЭМШЛ ГБЕМНЛ Б РЕУМНКНЦХХ ЦЕММНИ ХМФЕМЕПХХ.

дЮРНИ ПНФДЕМХЪ ЦЕММНИ ХМФЕМЕПХХ ЛНФМН ЯВХРЮРЭ 1972 ЦНД, ЙНЦДЮ о. аЕПЦ, я. йНЩМ, у. аНИЕП Я ЯНРПСДМХЙЮЛХ ( яРЕМТНПДЯЙХИ СМХБЕПЯХРЕР) ЯНГДЮКХ ОЕПБСЧ ПЕЙНЛАХМЮМРМСЧ дмй, ЯНДЕПФЮБЬСЧ ТПЮЦЛЕМРШ дмй БХПСЯЮ SV40, АЮЙРЕПХНТЮЦЮ Х E. Coli.

рЮЙХЛ НАПЮГНЛ, Й МЮВЮКС 70-У ЦНДНБ АШКХ ЯТНПЛСКХПНБЮМШ НЯМНБМШЕ ОПХМЖХОШ ТСМЙЖХНМХПНБЮМХЪ МСЙКЕХМНБШУ ЙХЯКНР Х АЕКЙНБ Б ФХБНЛ НПЦЮМХГЛЕ Х ЯНГДЮМШ РЕНПЕРХВЕЯЙХЕ ОПЕДОНЯШКЙХ ЦЕММНИ ХМФЕМЕПХХ

юЙЮДЕЛХЙ ю.ю. аЮЕБ АШК ОЕПБШЛ Б МЮЬЕИ ЯРПЮМЕ СВЕМШЛ, ЙНРНПШИ ОНБЕПХК Б ОЕПЯОЕЙРХБМНЯРЭ ЦЕММНИ ХМФЕМЕПХХ Х БНГЦКЮБХК ХЯЯКЕДНБЮМХЪ Б ЩРНИ НАКЮЯРХ. цЕМЕРХВЕЯЙЮЪ ХМФЕМЕПХЪ (ОН ЕЦН НОПЕДЕКЕМХЧ) — ЙНМЯРПСХПНБЮМХЕ in vitro ТСМЙЖХНМЮКЭМН ЮЙРХБМШУ ЦЕМЕРХВЕЯЙХУ ЯРПСЙРСП (ПЕЙНЛАХМЮМРМШУ дмй), ХКХ ХМЮВЕ — ЯНГДЮМХЕ ХЯЙСЯЯРБЕММШУ ЦЕМЕРХВЕЯЙХУ ОПНЦПЮЛЛ.