Загрузка...
Учебная работа. Генная инженерия и медицина
13
Министерство образования РС(Я)
ФГАОУ ВПО «Северо-восточный федеральный институт
им. М.К. Амосова»
Мед институт
Кафедра биохимии и биотехнологий
Реферат
на тему: Генная инженерия и медицина
Выполнил студент 1 курса:
Стоматологического отделения
Группа 101-1
Иванов Александр Александрович
Педагог:
Доцент кафедры биохимии и биотехнологии,
к.б.н. Соловьева М.И.
Якутск 2014
Содержание
Введение
Глава 1. Общие принципы и способы генетической инженерии
Глава 2. Применение генной инженерии в медицине
2.1 Синтез в растениях чужеродных белков мед предназначения
2.2 Более впечатляющие практические свершения
Заключение
Литература
Введение
Генетическая инженерия представляет собой необычное явление в науке, когда разработка новейшей методологии дает мощнейший импульс развитию нашего осознания окружающей природы, ее заветных глубин.
Генно-инженерные исследования заносят неповторимый вклад в исследование структурно-функциональной организации геномов разных организмов. Методология генетической инженерии повсевременно совершенствуется, и все больше исследователей употребляют ее при решении самых различных задач био науки.
способами генетической инженерии сделаны штаммы микробов, дрожжей, полосы клеток, с высочайшей эффективностью продуцирующих на биологическом уровне активные белки человека и звериных. Это дозволяет получать эукариотические полипептиды в больших по сопоставлению с недавнешним прошедшим количествах, что упрощает функцию их чистки прямо до личного состояния. работы по созданию штаммов-продуцентов имеют весьма принципиальное информацию.
Глава 1. Общие принципы и способы генетической инженерии
Генетическая инженерия — это новейший раздел экспериментальной молекулярной биологии. Возникновение ее методологии сделалось вероятным благодаря предыдущим работам почти всех исследователей в разных областях биохимии и молекулярной генетики. К главным достижениям, которые определили рождение и успешное развитие генетической инженерии, можно отнести последующие:
* подтверждение в 1944 г. О. Эйвери с соавторами роли ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) как носителя генетической инфы и открытие в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Кликом структуры ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов);
* экспериментальное доказательство универсальности генетического кода;
* интенсивное развитие молекулярной генетики, объектами которой до этого всего стали амеба Escherichia coli, также ее вирусы и плазмиды;
* отработка обычных способов выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) плазмид и вирусов;
* разработка способов введения в чувствительные клеточки молекул ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) вирусов и плазмид в на биологическом уровне активной форме, обеспечивающей репликацию молекул ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) и/либо экспрессию шифруемых ими генов;
* открытие ряда ферментов, использующих ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) в качестве субстрата катализируемых ими реакций, в особенности рестриктаз и ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) — лигаз.
Объединение сначала 1970-х гг. до того независимо разрабатываемых способов позволило сделать современную стратегию генетической инженерии, сущность которой заключается в последующем:
1) в маленькую молекулу ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), способную реплицироваться в клеточке автономно от хромосомы (плазмиду либо вирусную ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов)), ферментативно встраивают фрагменты молекул ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) хоть какого изучаемого организма либо искусственно синтезированные сегменты ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов);
2) образующиеся при всем этом молекулы (гибридные ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов)), вводят в чувствительные прокариотические либо эукариотические клеточки, где они реплицируются, размножая в собственном составе интегрированные фрагменты ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов);
3) определенными способами отбирают копии клеток либо вирусов, содержащих личные типы молекул гибридных ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов);
4) выявленные гибридные ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) подвергают многостороннему структурно-функциональному исследованию, необыкновенную роль при всем этом играют высокоэффективные способы расшифровки последовательности нуклеотидов (секвенирования) фрагментов ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов).
Молекулы ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), создаваемые способами генетической инженерии, нередко именуют рекомбинантными ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) (рекДНК). В данной работе конструируемые in vitro молекулы ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) мы будем именовать гибридные ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), чтоб выделить их отличие от молекул, образуемых in vivo в итоге естественной рекомбинации природных ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) по областям гомологии. Детерминируемые гибридными генами «составные» белки, состоящие из ковалентно связанных аминокислотных последовательностей различных белков, будем именовать химерными. Генетическая инженерия существенно расширила экспериментальные границы молекулярной биологии, так как дозволила вводить в разные типы клеток чужеродную ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) и изучить ее функционирование в гетерологичном окружении. Это отдало возможность выявлять общебиологические закономерности организации и выражения генетической инфы в разных организмах. Данный подход открыл перспективы сотворения принципно новейших микробных продуцентов на биологическом уровне активных веществ, также звериных и растений, несущих функционально активные чужеродные гены. Наиболее того, возникла возможность искусственно создавать гены, кодирующие химерные полипептиды, владеющие качествами 2-ух либо наиболее природных белков. Все это необычным образом революционизировало биологическую науку и отдало мощнейший импульс развитию биотехнологии.
Глава 2. Применение генной инженерии в медицине
2.1 Синтез в растениях чужеродных белков мед предназначения
Для мед целей растения употребляют тыщи лет, но генетическая инженерия дозволила сделать новейшие растения, белковые продукты которых важны для процесс разных болезней. Гены терапевтически принципиальных белков человека и звериных можно вводить в различные системы экспрессии, любая из которых имеет свои плюсы и недочеты. Безупречной является система экспрессии, которая более неопасна и обеспечивает продукцию на биологическом уровне активного продукта по малой стоимости. В системе клеток млекопитающих могут синтезироваться белки человека и звериных, в наибольшей степени идентичные с природными, но культивирование таковых клеток недешево и ограничено по масштабу. Бактерии можно создавать в большенном масштабе, но синтезируемые в их эукариотические белки далековато не постоянно имеют правильную третичную структуру. Не считая того, они не могут подвергаться посттрансляционной модификации.
Продукция рекомбинантных белков в растениях имеет ряд возможных преимуществ перед иными системами экспрессии чужеродных генов. Растительные системы наиболее дешевы по сопоставлению с культивированием в биореакторах (ферментерах). Все, что требуется для обычной жизнедеятельности растений, — это минеральные соединения, находящиеся в почве, вода, энергия солнечного света и углекислый газ. В растениях вероятна посттрансляционная модификация синтезируемых чужеродных полипептидов. Неотклонимым условием образования функционально активных белков является верная укладка полипептидной цепи. У млекопитающих за это отвечают по последней мере два шаперона — BiP/GRP78 и GRP94. В высших растениях сигнальные последовательности (к примеру Lys-Arg-Glu-Leu на С-конце полипептида) направляют белки в эндоплазматический ретикулум, где обнаружены шапероны, гомологичные BiP/GRP78 и GRP94.
Принципиальной индивидуальностью растений по сопоставлению с культурами клеток млекопитающих и трансгенными звериными будет то, что в их не могут развиваться такие патогены человека и звериных, как вирусы, прионы и др., что обеспечивает еще огромную сохранность генно-инженерных товаров, выделенных из растений. Примеры в таблице.
технологии сбора и обработки растений в огромных масштабах уже есть, что существенно упрощает и удешевляет работу с посевами трансгенных растений.
Белки, продуцируемые в семенах, клубнях, плодах, владеют значимой стабильностью и могут сохраняться в их без выделения долгое время.
Значительную долю в стоимость рекомбинантных белков мед предназначения заносит их чистка. При синтезе неких белков в зерне риса, пшеницы, плодах томата, бананов и др. может быть их введение в организм алиментарным методом (с едой) без подготовительной чистки, что существенно понизит стоимость таковых препаратов.
Таблица 1. — Примеры продукции трансгенными растениями белков человека для вероятного терапевтического внедрения.
Заболевания (нарушения нормальной жизнедеятельности, работоспособности), движение — совокупа симптомов с общим патогенезом»>синдромы (синдром др.-греч. — стечение, скопление; — бег, движение — совокупность симптомов с общим патогенезом)
Растение — владелец
Белки
Уровень экспрессии
Год опубликования
Анемия
Табак
Эритропоэтин
<0,01% СРБ1
1997
Передозировка наркотиков
Арабидопсис (резушка)
Энкефалины
0,10% белка семян
1997
Цирроз печени, ожоги, хирургические травмы
Табак
Сыворотный альбумин
0,02% СРБ
1997
Кровопотеря
Табак
б-,в-глобин
0,05% белка семян
1997
Гиперкоагуляция
Табак
Рапс
Протеин С
Гирудин
(ингибитор тромбина)
<0,01% СРБ
0,30% белка семян
1999
1999
Вялое заживление ран
Табак
Эпидермальный фактор роста
<0,01% СРБ
1999
Гепатиты А и В
Рис, репа
Табак
б-Интерферон
в-Интерфенон
Нет данных
<0,01% СВ2
1999
Нарушение синтеза коллагена
Табак
Гомотримерный коллаген
<0,01% СВ
1999
Нейтропения
Табак
Гранулоцит-макрофаг-колониестимулирующий фактор
Нет данных
2000
2.2 Более впечатляющие практические свершения
генная инженерия белок инсулин
Посреди почти всех достижений генной инженерии, получивших применение в медицине, более существенное в получение людского инсулина в промышленных масштабах.
Всем обширно и грустно известна таковая болезнь, как сладкий диабет, когда организм человека утрачивает способность производить физиологически принципиальный гормон инсулин. В итоге в крови (внутренней средой организма человека и животных) скапливается сахар и нездоровой может погибнуть. Инсулин уже издавна получают из органов звериных и употребляют в мед практике. Но долголетнее применение звериного инсулина ведет к необратимому поражению почти всех органов пациента из-за иммунологических реакций, вызываемых инъекцией чужеродного людскому организму звериного инсулина. Но даже потребности в зверином инсулине до недавнешнего времени удовлетворялись всего на 60 — 70%. Так, в 1979 году из 6 млн. нездоровых во всем мире лишь 4 млн. получали инсулин. Без исцеления инсулином нездоровые погибали. А если учитывать, что посреди нездоровых диабетом много малышей, становится понятным, что для почти всех государств это задачки решили клонировать ген инсулина. Клонированные гены людского инсулина были введены с плазмидой в бактериальную клеточку, где начался синтез гормона, который природные микробные штаммы никогда не синтезировали. Начиная с 1982 года компании США (Соединённые Штаты Америки — неувязка решена. Из 1000 л. бактериальной культуры получают примерно 200 г инсулина, что равно количеству, получаемому из 1600 кг поджелудочной железы звериных. Параллельно была решена неувязка иммунологического поражения организмов диабетиков звериным инсулином.
Создание и продажу инсулина в первый раз начала южноамериканская Компаниявремя наиболее 400 млн. баксов, каждогоднее потребление около 2500 кг.
Наиболее 20 компаний Стране восходящего солнца и несколько американских компаний разрабатывали иной весьма принципиальный мед продукт — интерферон, который эффективен при разных вирусных заболеваниях и злокачественных новообразованиях. Первым из этих соединений на Рынок поступил альфаинтерферон, потом бета-интерферон.
Еще один действенный противораковый продукт — интерлейкин — делается в Стране восходящего солнца и США (Соединённые Штаты Америки — сейчас южноамериканский Рынок мед препаратов, приобретенных способами генной инженерии, сравним с таковыми массовыми лекарствами, как лекарства. К 2000 году стоимость продукции, выпускаемой в США (Соединённые Штаты Америки — баксов в год.
Около 200 новейших исследовательских препаратов уже введены в мед практику, и наиболее 100 генно-инженерных фармацевтических веществ находится на стадии клинического исследования. Посреди их лекарства, излечивающие артрозы, сердечно-сосудистые синдром приобретённого иммунного дефицита — состояние, развивающееся на фоне ВИЧ-инфекции и характеризующееся падением числа CD4+ лимфоцитов, множественными оппортунистическими инфекциями, неинфекционными и опухолевыми заболеваниями). Посреди нескольких сотен генно-инженерных компаний 60% работают над созданием фармацевтических и исследовательских препаратов.
Генотерапия
Неблагоприятная экологическая обстановка и целый ряд остальных схожих обстоятельств приводят к тому, что все больше малышей рождается с суровыми наследными недостатками. В истинное время понятно 4000 наследных болезней, для большинства из которых не найдено действенных методов исцеления.
Генные инженеры уже занесли собственный вклад в решение данной трудности, разработав диагностические препараты, дозволяющие обнаруживать генетические аномалии в период беременности, что дает возможность предупредить рождение хворого малыша. Но наиболее 1-го процента всех новорожденных имеют генетические работоспособности»> работоспособности»>заболевания (нарушения нормальной жизнедеятельности, работоспособности), которые приводят к физическим и интеллектуальным нарушениям, также к ранешней погибели.
Практически с первых шагов генной инженерии ученые задались целью создать способы исправления генетических повреждений методом введения в организм «здоровых» генов. В 1989 году в Государственных Институтах Здоровья США (Соединённые Штаты Америки — время генотерапия ТКИД проходит оканчивающую стадию клинических испытаний.
Более обнадеживающие результаты ждут в тех вариантах, когда социально полезной деятель»>болезнь обосновано недостатком 1-го гена. В этом случае считают, что получится вводить обычный ген в соматические клеточки прицельно в то пространство на хромосоме, где находится дефектный ген. При гомологичной рекомбинации введенный ген заместит дефектный. Таковой однократной процедуры в ряде всевозможных случаев будет довольно, чтоб излечить болезнь. Но на практике весьма тяжело проконтролировать судьбу введенной в клеточки ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), и на одно правильное встраивание в генном приходится наиболее 1000 случайных. Разрабатывается и иной подход, когда введенный ген не подменяет дефектный, а компенсирует его функцию, встраиваясь в хромосому в другом месте.
Исследования ведутся весьма активно, хотя до реализации программки исцеления для большинства наследных болезней предстоит еще длиннющий и многотрудный путь. Возможность исцеления таковых болезней методом введения обычных генов — это таковая великодушная задачка, что в неких странах исследования в области генотерапии числятся более приоритетными и финансируются сначала.
Заключение
В заключение хотелось бы скачать, что генная инженерия эта юная ветвь науки и предсказать что будет, проблемно. Но ее вклад в медицину неоспорим, огромное количество заболеваний было вылечено благодаря генной инженерии и она имеет огромное количество перспектив.
ГИ может перевернуть всю сущность населения земли и положить начало новейшей эпохи либо же стать предпосылкой смерти, если она будет использована не во благо населения земли.
Литература
1. О Щелкунов С. Н «Генная инженерия», 2004
2. Сассон А. «Биотехнология», 1987
3. Дягтерев Н. «Генная инженерия. Спасение либо смерть населения земли?», 2002