Презентація " Внедрение генетических исследований в практическую деятельность человека. Биотехнологии."

Внедрение генетических исследований в практическую деятельность человека. Биотехнологии

Биотехнологии в жизни человека

БИОТЕХНОЛОГИЯ - производственное использование биологических агентов (микроорганизмы, растительные клетки, животные клетки, части клеток: клеточные мембраны, рибосомы, митохондрии, хлоропласты) для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений. В биотехнологических процессах также используются такие биологические макромолекулы как рибонуклеиновые кислоты (ДНК, РНК), белки - чаще всего ферменты. ДНК или РНК необходима для переноса чужеродных генов в клетки. Промышленная биотехнология, где рассматриваются общие принципы осуществления биотехнологических процессов, происходит знакомство с основными объектами и сферами применения биотехнологии, рядом крупномасштабных промышленных биотехнологических производств, использующих микроорганизмы.

Биотехнология использует также вирусную ДНК или РНК для переноса чужеродных генов в клетки. Методы биотехнологии могут применяться на следующих уровнях: молекулярном (манипуляция с отдельными частями гена), генном, хромосомном, уровне плазмид, клеточном, тканевом, организменном и популяционном. Стэнли Коэн и Герберт Бойер в 1973 г. разработали метод переноса гена из одного организма в другой. ». С их работы началась новая эра в молекулярной биотехнологии. Было разработано большое число методик, позволяющих идентифицировать, выделять, давать характеристику, использовать гены

В 1978 г. сотрудники фирмы «Genetech» (США) впервые выделили последовательности ДНК, кодирующие инсулин человека, и перенесли их в клонирующие векторы, способные реплицироваться в клетках Escherichia coli. Этот препарат мог использоваться больными диабетом, у которых наблюдалась аллергическая реакция на инсулин свиньи. В настоящее время молекулярная биотехнология дает возможность получать огромное количество продуктов: инсулин, интерферон, «гормоны роста», вирусные антигены, огромное количество белков, лекарственных препаратов, низкомолекулярные вещества и макромолекулы.

В состав биотехнологии входят генная, клеточная и экологическая инженерии.

Клеточная инженерия. Основная цель этого раздела – знакомство с методами ведения культур клеток и практическим использованием этих объектов. В рамках этого раздела выделяют культивирование растительных клеток и методы культивирования животных клеток, так как подходы к культивированию этих объектов различаются в силу их принципиальных биологических различий. Клеточная биотехнология обеспечила ускоренное получение новых важных форм и линий растений и животных, используемых в селекции на устойчивость, продуктивность и качество; размножение ценных генотипов, получение ценных биологических препаратов пищевого, кормового и медицинского назначения

Генная инженерия. Высшим достижением современной биотехнологии является генетическая трансформация, перенос чужеродных генов и других материальных носителей наследственности в клетки растений, животных и микроорганизмов, получение трансгенных организмов с новыми или усиленными свойствами и признаками. Оно позволяет решать коренные задачи селекции биологических объектов на устойчивость, высокую продуктивность и качество продукции при оздоровлении экологической обстановки во всех видах производств.

История генной инженерии растений начинается с 1982 года, когда впервые были получены генетически трансформированные растения. Метод трансформации основывался на природной способности бактерии Agrobacterium tumefaciens генетически модифицировать растения. Так, с помощью культивирования растительных клеток и тканей, гарантирующих безвирусность растения, были выведены всюду продаваемые гвоздики, хризантемы, герберы и другие декоративные растения. Также можно купить и цветки экзотических орхидных растений, производство клонов которых уже имеет промышленную основу.

Биотехнология в медицине. В медицине биотехнологические приемы и методы играют ведущую роль при создании новых биологически активных веществ и лекарственных препаратов, предназначенных для ранней диагностики и лечения различных заболеваний. Антибиотики — самый большой класс фармацевтических соединений, получение которых осуществляется с помощью микробиологического синтеза.rrrr

Созданы генноинженерные штаммы кишечной палочки, дрожжей, культивируемых клеток млекопитающих и насекомых, используемые для получения ростового гормона, инсулина и интерферона человека, различных ферментов и противовирусных вакцин. Изменяя нуклеотидную последовательность в генах, кодирующих соответствующие белки, оптимизируют структуру ферментов, гормонов и антигенов (так называемая белковая инженерия). Важнейшим открытием явилась разработанная в 1975 Г. Келером и С. Мильштейном техника использования гибридом для получения моноклональных антител желаемой специфичности. Моноклональные антитела используют как уникальные реагенты, для диагностики и лечения различных заболеваний.

Американским ученым удалось сделать невозможное – они смогли преобразовать рубцовую ткань сердца без использования стволовых клеток. В данном случае, рубец образовывается как последствие кислородной недостаточности из-за которой часть тканей сердца отмирает.

Известно, что рубец на сердце появляется в результате инфаркта миокарда. Ученым из Университета Дьюка удалось доказать, что в условиях присутствия некой комбинации молекул из микро РНК, происходит дифференциация фибробластов. Именно эти фибробласты формируют рубец. Клетки, которые получаются в результате этого процесса, владеют абсолютно теми же свойствами, что и настоящие клетки сердечной мышцы. Эксперимент проводился на культурах клеток мышей с ишемической болезнью сердца. Благодаря проведенному эксперименту, было доказано, что под влиянием микро РНК фибробласты способны трансформироваться в кардиомициты

В США научились выращивать искусственное мясо. Технология должна стать рыночной и накормить человечество. Американская компания Modern Meadow изобрела технологию изготовления искусственного мяса. Американцы производят мясные волокна из клеток мышечной ткани животных, их прессуют в соответствующую форму и выращивают до искусственного мяса в биореакторе. Изобретатели считают, что новая технология является более гуманной, чем убийство животных.

Биотехнология в производстве. Биотехнологические процессы с использованием микроорганизмов и ферментов уже на современном техническом уровне широко применяют в пищевой промышленности. . биотехнологические методы переработки сельскохозяйственных, промышленных и бытовых отходов, очистки и использования сточных вод для получения биогаза и удобрений. Промышленное выращивание микроорганизмов, растительных и животных клеток используют для получения многих ценных соединений — ферментов, гормонов, аминокислот, витаминов, антибиотиков, метанола, органических кислот (уксусной, лимонной, молочной) и т. д. С помощью микроорганизмов проводят биотрансформацию одних органических соединений в другие (например, сорбита во фруктозу

А. С. Спириным в 1985-88 разработаны принципы безклеточного синтеза белка, когда вместо клеток применяются специальные биореакторы, содержащие необходимый набор очищенных клеточных компонентов. В ряде стран с помощью микроорганизмов получают этиловый спирт, который используют как горючее для автомобилей (в Бразилии, где топливный спирт широко применяется, его получают из сахарного тростника и других растений). На способности различных бактерий переводить металлы в растворимые соединения или накапливать их в себе основано извлечение многих металлов из бедных руд или сточных вод. По мере роста клеток животных происходит их специализация, то есть клетки теряют способность реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре многих поколений.

Генетически модифицированные продукты

Уже сегодня во многих лабораториях мира, в том числе и в России, с помощью методов генетической инженерии созданы принципиально новые трансгенные растения, животные и микроорганизмы, получившие коммерческое признание. Современная биотехнология тесно стыкуется с рядом научных дисциплин, осуществляя их практическое применение или же являясь их основным инструментом

Трансгенные растения

Некоторые сорта клубники, малины, цитрусовых выведены с использованием техники клонирования. Прежде для выведения нового сорта требовалось 10-30 лет, теперь же, благодаря применению методов культивирования тканей этот период сокращен до нескольких месяцев. Весьма перспективными признаются работы, связанные с производством на основе культивирования тканей растений лекарственных и технических веществ, которые невозможно получить путем синтеза. Известно, что любой прогресс биотехнологии растений будет зависеть от разработки генетических систем и инструментов, которые позволят более эффективно управлять трансгенами

Генно-модифицированные продуктыr

Человек с давних времен мечтал выращивать только качественные и вкусные овощи и фрукты, разводить коров с хорошими удоями, овец с большим настригом шерсти.

ГМО(генетически модифицированные организмы)-это живые организмы , измененные генно-инженерными манипуляциями

Ученым удалось создать несколько логических устройств, основой для которых послужили генные сети. Особенность открытия состоит в том, эти сети функционируют только в клетках млекопитающих.

В лабораторных условиях, ученые вырастили клетки млекопитающих в чашках, а затем ввели в их ДНК гены, которые кодируют рецепторы, транскрипционные факторы и другие белки.

Процесс так называемого микроклонального размножения включает в себя несколько этапов. Прежде всего необходимо выбрать здоровое растение, которое будет выступать в роли донора. Затем из него будет взят эксплант, то есть, материал, необходимый для осуществления процесса клонирования. После этого, взятый генетический материал помещается в специальную среду. В состав этой среды включены все необходимые для нормального размножения вещества.

Под влиянием определенных фитогормонов из экспланта будут формироваться микропобеги. Часть из этих микропобегов можно срезать и переносить в другие пробирки, в которых содержится специальная среда. Это позволяет развиваться вторичным побегам из которых в дальнейшем формируется микрорастение. Сразу же после того, как новое растение вступает в фазу активного роста, его переносят в другую среду, где начинает формироваться корневая система. И только после формирования корневой системы, молодое растение высаживается в субстрат.

Новая медицина будет базироваться на двух основных процессах: на выращивании здоровой ткани из стволовых клеток и пересадке такой ткани на место поврежденной или больной. В основе же метода создания здоровых тканей лежат два сложных биологических процесса - первоначальное клонирование человеческих эмбрионов до стадии появления "стволовых" клеток и последующее культивирование полученных клеток, и выращивание в питательных средах необходимых тканей и, может быть, органов.

Биотехнологии в жизни человека. Многие видят в клонировании одни позитивные стороны, и столь же многие этим пользуются. По сообщению Genoterra.ru, биотехнологическая компания Genetic Savings & Clone, имеющая четырехлетний опыт по клонированию кошек, уже работает над заказами шести клиентов, которые хотели бы видеть клонов своих питомцев после их ухода из жизни. Такое удовольствие им будет обходиться в 50 000 долларов. На этой неделе компания представила публике четвертую клонированную кошку на Международной выставке кошек в Хьюстоне, США.rrrrr

Эту кошку прозвали Пичес, ядерным донором которой является кошка Манго. Они в целом похожи, но у клона имеется на спине светлое пятно. Такие различия у клонов неизбежны, поскольку в энуклеированной яйцеклетке реципиента остается митохондриальная ДНК, которая отличается от донорской. Немалую роль играют также различные средовые факторы, при которых происходило развитие животных. Эксперты, тем не менее, предупреждают, что хозяева, доверившие компании клонирование своих питомцев, могут быть разочарованы. Как правило, любовь к конкретной кошке или собаке определяется ее повадками и характером, что имеет мало общего с генами. Они отмечают, что внешние факторы на развитие животного оказывают не меньший эффект, чем наследственность.

Новозеландские биологи сделали недавно новый важный шаг в клонировании коров. В отличие от американских коллег из Калифорнии, они ограничились воспроизведением лишь одной особенности клонируемого животного. В их случае - способности коровы давать молоко с повышенным содержанием белков. Как это обычно во всех экспериментах по клонированию, процент выживших эмбрионов был очень низок. Из 126 трансгенных клонов выжили лишь 11, причем лишь девять из них обладали требуемой способностью.

Репродуктивное клонирование. Это искусственное воспроизведение в лабораторных условиях генетически точной копии любого живого существа. Под терапевтическим клонированием, в свою очередь, подразумевается все то же репродуктивное клонирование, но с ограниченным до 14 дней сроком роста эмбриона или, как говорят специалисты, "бластоциста". По прошествии двух недель процесс размножения клеток прерывается. Такие клетки будущих органов названы "эмбриональными стволовыми клетками". style.font. Weight

Ученые компании Infigen, расположенной в штате Висконсин, успешно осуществили первое в сельском хозяйстве клонирование взрослых свиней. Клоны были получены из клеток двух взрослых самцов. Компания Infigen сообщает, что все клоны "здоровы и энергичны". Два самца были клонированы из-за их высокой генетической ценности. Один из них признан чемпионом графства Йоркшир на выставке-ярмарке 2000 года в штате Индиана, да и второй самец не уступает ему по своим качествам. "Ученые компании Infigen произвели три переноса ядер из линии клеток, полученных от первого самца, что в результате привело к одной удачной беременности", - объясняет Майкл Бишоп, президент и главный ученый компании. Три переноса ядер из линии клеток от одного самца вызвали три успешных беременности.

А вот неординарный шаг в развитии клонирования. Японские ученые всерьез рассматривают возможность клонировать мамонта. Если эксперимент, задуманный уже несколько лет назад, пройдет удачно, то доисторическое животное можно будет увидеть почти таким, каким его видели наши предки. Исследования проводятся на Колыме совместно с российскими учеными из Новосибирска и Якутска. Внедрение в практику методов межвидового переноса ядер может открыть невиданные перспективы для спасения находящихся на грани исчезновения видов животных, отмечает Русский медицинский сервер.

В конце 2000 - начале 2001 г. весь научный мир следил за попыткой исследователей из американской фирмы "АСТ" клонировать вымирающий вид буйволов Bos gaurus (гяур), который когда-то был широко распространен на территории Индии и Юго-Западной Азии. Соматические клетки-доноры ядер (кожные фибробласты) были получены в результате биопсии post mortem от быка в возрасте 5 лет и после двух пассажей в культуре длительное время (8 лет) хранились в криоконсервированном состоянии в жидком азоте. Всего было получено четыре беременности. Чтобы подтвердить генетическое происхождение плодов, два из них были выборочно изъяты.

Цитогенетический анализ подтвердил наличие в клетках характерного для гяуров нормального кариотипа, однако выяснилось, что вся митохондриальная ДНК происходит от яйцеклеток коров-доноров другого вида (Bos taurus). К сожалению, в опыте американских ученых одна из беременностей прервалась на 200-дневном сроке, а в результате другой родился теленок, который умер спустя 48 ч. Представителями фирмы было заявлено, что это произошло "по причине инфекционного клостридиозного энтерита, не имеющего отношения к клонированию".

Стоит отметить, что в результате клонирования очень часто обнаруживается различная патология плодов: гипертрофированная плацента, гидроалантоис, плацентомы, увеличенные в размере кровеносные сосуды пупочного канатика, отечность плодных оболочек. Клоны, погибшие в течение нескольких дней после рождения, характеризуются наличием патологии сердца, легких, почек, мозга. У новорожденных также часто встречается так называемый "синдром крупного молодняка". Клонированные животные долго не живут и отличаются пониженной способностью бороться с болезнями.

Это показали эксперименты, результаты которых обнародовали исследователи из токийского Национального института инфекционных заболеваний, сообщает Newsru.com Для опытов они отобрали 12 клонированных мышей и столько же рожденных естественным путем. Клоны начали умирать уже после 311 дней жизни. Десять из них скончались, не протянув и 800 дней. За это же время умерла только одна "нормальная" мышь. Большая часть клонов скончалась от острого воспаления легких и болезней печени. Судя по всему, их иммунная система не могла бороться с инфекциями и производить достаточное количество нужных антител, считают японские исследователи.

Тем не менее, ученые не останавливаются в своих изысканиях. Многим видятся широкие перспективы клонирования. Например, ученые британской компании "PPL Therapeutics", успешно клонировавшие пять поросят в штате Вирджиния, органы и ткани которых могут использоваться для пересадки больным людям, полагают, что клинические испытания таких операций могут начаться в ближайшие четыре года

Какова же практическая польза клонирования?Разработка биотехнологии получения в большом количестве стволовых клеток при терапевтическом клонировании даст возможность медикам корректировать и лечить многие до сих пор неизлечимые заболевания, такие, как диабет (инсулинозависимый), болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера (старческое слабоумие), болезни сердечной мышцы (инфаркты миокарда), болезни почек, печени, заболевания костей, крови и другие.

Вот такие данные приводятся в статье "Биотехнология растений": "Клонированные растения в США уже в 1996 году занимали площадь в 1,2 млн. га, которая в 1998 году увеличилась до 24,2 млн. га." Поскольку основные трансгенные формы кукурузы, сои, хлопчатника с устойчивостью к гербицидам и насекомым хорошо себя зарекомендовали, есть все основания ожидать, что площадь под клонированными растениями в будущем увеличится в несколько раз.

Так, первая клонированная овца Доли получилась из 276-ой яйцеклетки, остальные были загублены в неудачных попытках.

«Каждая третья корова, вынашивающая клонированного теленка, погибает в результате чудовищных размеров плода. Те немногие клонированные животные, которые родились живыми, имеют непомерно большой язык, сплющенную морду, ослабленный иммунитет, кривые конечности и ожирение. И с головой у них не все в порядке - дурные (!). И долго не живут.

Если взять средний процент успешного получения потомства у крупного рогатого скота при естественной случке за 100%, то при искусственном осеменении получим =80%, при трансплантации эмбрионов =50%, при оплодотворении яйцеклеток =20%, приклонировании =1% от исходного зародышевого материала.

В прошлом году в Англии от опухоли легких скоропостижно скончалась овечка Долли , в Австралии - вторая клонированная овца. Труп последней загадочным образом полностью разложился всего за один день, как монстр из фильма ужасов. В США, в один и тот же час погибли сразу три клонированных поросенка, не протянув и полгода. У них разом отказали сердца. Нет оснований считать, что для человека ситуация будет иной - считает Йен Уилмут, создатель (!) овечки Доли » («Комсомольская правда», 14.02.04).