СОДЕРЖАНИЕ
Введение.............................................................................................................................................................................. 2
ГЛАВА 1. Теоретические предпосылки формирования генной инженерии как науки. 3
1.1. Открытие двойной структуры ДНК и матричного синтеза...................................................................... 3
1.2.РЕСТРИКТАЦИОННЫЕ ЭНДОНУКЛЕАЗЫ............................................................................................................ 5
1.3.ПРИНЦИПЫ ТЕХНОЛОГИЙ РЕКОМБИНАНТНЫХ ДНК................................................................................... 5
1.4. ИДЕНТИФИКАЦИЯ И АНАЛИЗ ГЕНОВ................................................................................................................. 8
1.5. ГИБРИДИЗАЦИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ...................................................................................................... 9
1.6. СОРТИРОВКА ХРОМОСОМ...................................................................................................................................... 10
1.7. СЕКВЕНИРОВАНИЕ ДНК........................................................................................................................................ 11
1.8.ДИНАМИЧНОСТЬ ГЕНОМА.................................................................................................................................... 12
ГЛАВА 2. ВОЗМОЖНОСТИ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ......................................................................................... 14
2.1. ЧТО БУДЕТ СДЕЛАННО ПОСЛЕ ЗАВЕРШЕНИЯ АНАЛИЗА ГЕНОМА ЧЕЛОВЕКА...................... 18
Глава 3. Области практического применения генной инженерии............................. 20
3.1. Создание трансгенных растений...................................................................................................................... 20
3.2. ГЕННЫЕ ВАКЦИНЫ................................................................................................................................................... 22
3.2.1. Актуальность разработки новых вакцин....................................................................................................... 22
3.2.2.Разработка ДНК-вакцин...................................................................................................................................... 24
3.2.3. Повышение эффективности и безопасности иммунизации...................................................................... 26
3.2.4. Упрощение разработки и производства новых вакцин............................................................................ 27
3.2.5. Упрощение требований к условиям хранения............................................................................................... 29
3.2.6. Вопросы безопасности применения................................................................................................................. 29
3.2.7. Участие фармацевтических компаний в разработке ДНК-вакцин........................................................ 30
3.3. Генотерапия................................................................................................................................................................. 31
Глава 4. Перспективы клонирования животных......................................................................... 34
Генная инженерия - направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в том числе и не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств. В основе генной инженерии лежит обусловленная последними достижениями молекулярной биологии и генетики возможность целенаправленного манипулирования с фрагментами нуклеиновых кислот. К этим достижениям следует отнести установление универсальности генетического кода, то есть факта, что у всех живых организмов включение одних и тех же аминокислот в белковую молекулу кодируются одними и теми же последовательностями нуклеотидов в цепи ДНК ; успехи генетической энзимологии, предоставившей в распоряжение исследователя набор ферментов, позволяющих получить в изолированном виде отдельные гены или фрагменты нуклеиновой кислоты, осуществлять in vitro синтез фрагментов нуклеиновых кислот, объединить в единое целое полученные фрагменты. Таким образом, изменение наследственных свойств организма с помощью генной инженерии сводится к конструированию из различных фрагментов нового генетического материала, введение этого материала в рецепиентный организм, создания условий для его функционирования и стабильного наследования.
ГЛАВА 1. Теоретические предпосылки формирования генной инженерии как науки.
1.1. Открытие двойной структуры ДНК и матричного синтеза.
Начальные работы американских учёных Уотсона и Крика были произведены в 1953 году. Они дали возможность развиваться генной инженерии в качестве самостоятельного раздела науки. Эти открытия заключены в следующем:
Была открыта двойная структура ДНК и постулирован её матричный синтез. Двойная спираль ДНК при репликации разделится и вдоль нити ДНК, специальные ферменты-полимеры, собирают точные копии материнской ДНК, таким образом в клетке перед делением две совершенно одинаковые молекулы ДНК, одна из которых после деления клетки попадает в дочернюю клетку. Таким образом дочерняя клетка несет ту же самую информацию, что и материнская, следовательно выполняет те же самые функции. Итак, в клетках живого организма возможен особый тип реакции – матричный синтез. Одна молекула – матрица, а вторая строится по её программе. репликация ДНК синтез всех видов РНК и сборка молекул белка, в соответствии со структурой и-РНК – это все варианты матричного синтеза, который происходит всегда при участии нуклеиновых кислот.
По тому же самому механизму осуществляется сборка РНК, только не двух спиралей, а одной. Этот процесс получил название – транскрипция. Поток информации в клетке обеспечивает реакции матричного синтеза: репликация ДНК(необходима для передачи наследственной информации дочерним клеткам), транскрипция(синтез и-РНК в ядре клетки) и трансляция(сборка белковой цепи на и-РНК при помощи рибосомы).
Казалось бы, что на рубеже 70-х годов молекулярная биология достигла определённой степени завершенности: были установлены структура и механизм репликации ДНК, провозглашена «центральная догма» экспрессии гена (транскрипция и трансляция), выявлены основные аспекты регуляции активности гена. В этот период главным объектом молекулярно-генетических исследований были микроорганизмы. Переход к эукариотам(включая человека) встретился с дополнительными проблемами и трудностями, и кроме того, существовавшие в то время методы не позволяли рассчитывать на получение принципиально новых результатов. Стремительный порыв в развитии молекулярной генетики в начале 70-х годов стал благодаря появлению нового экспериментального инструмента – рестриктационных эндонуклеаз. Был открыт путь для широкомасштабного получения генных продуктов(физически значимых белков) и для генетического манипулирования с различными организмами. Наши знания о структуре генетического материала и эукариот, в разных областях таких: как действие гена, популяционная генетика, эволюция и генетическая консультация, включая пренатальную диагностику. Достигнутые успехи заставили ученых задуматься об этической стороне манипулирования с человеческим зародышем, об возникновения возбудителей различных болезней в процессе генно-инженерных исследований. Многие из этих вопросов были подняты самими учеными активно работающих в данной области. В настоящее время большинство исследователей считали, что опасения касающиеся, генной инженерии, не имеют достаточно оснований, но многие этические проблемы остаются нерешенными и продолжают возникать новые.
В прошлом генетика и медицинская генетика развивалась как относительно независимые отрасли науки, теперь многие из их разделов оказались вовлечённые в общее русло молекулярно-генетических исследований, и провести между ними грань – трудно.
Сейчас, множество ученых заняты различными работами связанные с проблемами генной инженерии – это и методы, основанные на использовании рестриктационных ферментов, анализ гена человека, методы гибридизации нуклеиновых кислот, секвенирование ДНК, сортировки хромосом при помощи цитофиурометрииии и многое, многое другое. Попытаюсь дать необходимые разъяснения по важнейшим работам из этого ряда.а
Начнём с условий, которым должен соответствовать ген человека, что бы получить полную характеристику его структуры:
1) соответствующие фрагменты ДНК должны быть идентифицированы однозначно.
2) они должны быть выделены и накоплены в количестве, должностном для биохимического анализа.
3) должна быть определена вся нуклеотидная последовательность.
Принципы, на которых основаны эти три метода, кратко будут описаны ниже. Мы начнем с описания второго, поскольку прогресс в выделении и клонировании генов был решающим для развития новой генетики.
1.2.РЕСТРИКТАЦИОННЫЕ ЭНДОНУКЛЕАЗЫ.