Реферат: Достижения генной инженерии и биотехнологии - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Достижения генной инженерии и биотехнологии

Банк рефератов / Биология

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 707 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

20 Государственный университет управления Институт государственного и муниципальн ого управления Специальность государственное и муниципально е управление Курсовая раб ота на тему : «Достижения генной инженерии и биотехнологии» Выполнена студен ткой Дата выполнения работы 15.12.2000г. Руководитель Миронч енко В.И. План Введение Стр .2 Строение ДНК Стр .2 I Биотехнология Стр .4 Возникновение биотехнологии Стр .4 Специфика биоте хнологии Стр .4 Ра зделы биотехнологии Стр .6 А ) Биоэнергетика Стр .6 Б ) Биологизация и экологизация Стр .6 Практические достижен ия биоте хнологии Стр .7 II Генная инженерия Стр .7 Генная инженери я Стр .7 Методы ген ной инженерии С тр .8 Генетическая рекомбинация in vitro Стр .11 Методы введения ДНК в бактери альные клетки С тр .12 Достижения генной инженерии Стр .14 Молекуля рная геномик а Стр .17 Генная терапия Стр .19 Биотехнологические и генно-инженерные компании и их разработ ки. Стр .19 А ) Компани и США Стр .19 Б ) Компании СССР Стр .23 В ) Компании Западной Европы Стр .23 Г ) Международное сотрудничество Стр .24 Заключен ие Стр .26 Список терминов Стр .27 Список литературы Стр .28 Приложен ие 1 Стр .30 Приложен ие 2 Стр .31 Введение В своей работе я раскрываю тему достижений генной инжен ерии и биотехнологии . Возможности , открываемые генетической инженерией перед че ловечеством к ак в обла сти фундаментальной науки , та к и во мно гих других областях , весьма велики и нередко даже революционны . Так , она позволяет осуществлять индустриальное масс овое произ водство нужных белков , значительно облегчает технологические процессы для получения прод у ктов ферментации — энзимов и аминокислот , в будущем может применяться для улучшения растений и животных , а также для лечения наследственных болезней человека . Таким образом , генная инженерия , будучи одн им из магистральных направлений научно-техническо го прогресса , активно способствует ускорению решения многих задач , таких , как продовол ьственная , сель скохозяйственная , энергетическая , эколо гическая . Но особенно большие возможности генная инженерия открывает перед медици ной и фармацевтикой , поскольку прим енение генн ой инженерии и гибридомных методов может привести к коренным преобразо ваниям медицины . Многие болезни , для которых в настоящее время не существует адекватных методов диа гностики и лечения (раковые , сердечно-сосудистые , вирусные и паразитные инф екции , нервные и умственные расстройства ), с помощью ген ной инжене рии и биотехнологии станут доступн ы и диагностике , и лечению . Под влиянием биотехнологии медици на может превратиться из преимущественно эмпи рической в фундаментально теоретически обоснован н ую дисциплину с ясным пониманием про исходящих в организме молекулярных и генетиче ских процессов . Строение ДНК Еще в прошлом веке биологи изучили процесс клеточного деления , которому предшествует расхождение хромос ом , благодаря чему в каждый сперматозоид и в каждую яйцеклетку попадает пол овина хромосом из исходной клетки . Тогда у же было показано , что носителями генетической информации являются хромосомы . С точки зрения химиков хромосомы сост оят из белка и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК ). Белки — сло жная группа вещ еств , состоящая из 20 мономерных звеньев (аминок ислот ), которые соеди нены в самых разных к омбинациях . В ДНК — всего четыре вида ами нокислот . Сначала предположили , что ДНК строится сочетанием этих четырех единиц в однообразном порядке . В к а честве носителей генетической информации предполагались белки , как более сложные структуры . Тольк о в 40-с годы было установлено , что имен но ДНК , несмотря на простоту своей структу ры , являются носителями инфор мации , и , более того , обеспечивают образование своих точных копий для передачи последующим поко лениям . Гены — это участки молекулы ДНК , которая "размножается " путем компли ментарного пристраивания друг к другу четырех нуклеотидов (оснований ), и при ошибках в этом процессе происходят мутац ии . Гены управ ляют синтезом белков , со ставляю щих протоплазму , переключаясь время от времени с построения собственных клеток на построение иных молекул . В клетках высших организмов количество ДНК сильно различает с я , отсюда отличия между организмами и в наборе синтезир у емых белков , и в сложности строения организмов . В начале 50-х годов выяснилось , что химический состав ДНК (а не белков ) у о д ного вида почти одинаков , весьма различаясь у разных видов . Любая ДНК состоит из четырех типов нуклеотидов : А , Т , Г , Ц (начальные буквы четырех азотистых основа ний— аденин , тимин , гуанин и цитозин ), кото рые присутствуют в ДНК в разных пропорция х у разных видов и имеют близкие проп орции у одного вида . В 1938 г . Уильям Астб ери (автор термина молекулярная биология ) получил вместе со с во им сотрудником Флорином Беллом рентгено граммы ДНК , которые показали , что азотистые основания распола гаются одно за другим , по строенные как пластинки . Вскоре амери канский биохимик Эрвин Чаргафф (р . 1905) установил , что отно шения А /Т и Г /Ц приблизительн о равны единице . Эти результаты были важны для понимания структуры ДНК. Интерес к ДНК как носителю генетич еской информации резко возрос к началу 50-х го дов , и структура ДНК была вскоре у становлена . Химики понимали , что ДНК собрана из нуклеотидов , каждый и з которых и меет фосфатную группу , связанную ковалентно с пяти-углеродным сахаром . Каждый такой сахар связан с одним из четырех азотистых ос нований . История открытия структуры ДНК описа на американским биохимиком Джеймсом Уотсоном (р .1928) в его книге «Двой н ая спир аль» (1968). Кембридже Уотсон познакомился с Криком , физиком , который переквалифицировался в биох имика . Из общения с химиками Уотсон узнал , что структурные формулы , которыми они по льзовались далеки от совершенства . Разобравшись в структуре пуринов ( А , Г ) и п иримидинов (Т , Ц ), Уотсон и Крик решили , что они должны быть тесно связаны между собой . Если это так , то ДНК должна с остоять из двух цепей . Цепи должны закручи ваться между собой так , чтобы сохранялись определенные углы между группами атомов . Так в о зникла двойная спи раль , в которой пурины и пиримидины выстроены по типу ступенек лестни цы : роль "перекладин " играют основания , "веревок " — сахарофосфатные остовы . Каждая перекладин ка образована из двух оснований , присоединенн ых к двум противоположным цепя м , при ч ем у одного из оснований одно кольцо , у другого — два . Следовательно , это может быть А и Т или Г и Ц . Посколь ку в каждой паре есть одно ос нование с одним кольцом и одно — с двумя , величина пе рекладин одинаковая , и остовы цеп ей находятся на одном расстоянии . Две цепи удерживаются вместе водородными связ ями между основаниями . Статья Уотсона и Кр ика , в которой сообщалось о расшифровке ст руктуры ДНК , заняла всего две странички в научном журнале , но она открыла новую эпоху в раскрытии тайны жизни . В п е рвой же публикации (1953) Крик и Уотсон отметили , что такая структура хорошо объясняет и процесс "воспроизводства " этой м олекулы . При рассоединении цепей возможно при соединение новых нуклеотидов к каждой из них , тогда около каждой старой возникнет н овая ц е пь , точно ей соответствующа я . Так впервые пришли к структуре , кото рая была способна к самовоспроизведению . Физики Крик и Уилкинс вместе с биохимиком У отсоном стали лауреатами Нобелевской пре мии по физиологии и медицине за 1962 год . Исследования показали , что ДНК может существовать в двух фор мах : А (при ни зкой влажности ) и В (при высокой ). Для о беих форм построили молекулярные модели . Из дифракционных картин воло кон ДНК информацию получить было достаточно трудно , посколь ку цепи ДНК расположены вдоль о с и волокна беспорядочно , но была подтверждена ее спиральная структура . К настоящему времени иссле дователи научились синтезировать в нео бходимом количестве и по лучать в достаточно чистом виде короткие участки ДНК заданно й последовательности. Строение реком бинантной ДНК. Гибридная ДНК имеет вид кольца . Она содержит ген (или гены ) и вектор . Вектор - это фрагмент ДНК , обеспечивающий размножение гибридной ДНК и синтез конечных продукто в деятельности генетической системы - белков . Б ольшая часть векторов получен а на осн ове фага лямбда , из плазмид , вирусов SV 40, полиомы , дрожжей и др . бактерий . Синтез белков происходит в клетке-хозяине . Наиболее часто в качест ве клетки-хозяина используют кишечную палочку , однако применяют и др . бактерии , дрожжи , жи вотные или расти тельные клетки . Система вектор-хозяин не может быть произвольной : ве ктор подгоняется к клетке-хозяину . Выбор векто ра зависит от видовой специфичности и цел ей исследования . Ключевое значение в конструи ровании гибридной ДНК несут два фермента . Первый - рест р иктаза - рассекает молекул у ДНК на фрагменты по строго определенным местам . И второй - ДНК-лигазы - сшивают фраг менты ДНК в единое целое . Только после выделения таких ферментов создание искусственн ых генетических структур стало технически вып олнимой задач е й. Биотехнолог ия Возникновение би отехнологии Современная биотех нология — это новое научно-техническое направление , возникшее в 60 — 70-х годах нашего столетия . Осо бенно бурно она стала развиваться с середины 70-х годов п осле первых успехов генно-инженерны х эксп ериментов . Несмотря на столь короткий срок своего существования , биотехнология прив лекла пристальное внимание как ученых , так и шир окой общест венности . Биотехнология , в сущности , не что иное , как использо вание культур клеток бактерий , дрожжей , жи в отных или растений , метаболизм и биосинтетические возможности которых обеспечивают выработку спе цифических ве ществ . Биотехнология на основе п рименения знаний и методов биохимии , генетики и химической техники дала возможность по лучения с помощью легко до с тупных , возобновляемых ресурсов тех веществ и ко торые важны для жизни и благосостояния . В промышленном масштабе подобная биотехно логия представляет собой уже биоиндустрию . Одно из объяснений живого интереса к биотехнологии можно найти прежде всего в том , что именно к этому времени была осоз нана действительная острота глобальных проблем , вставших перед человечеством : нехват ка продовольствия , ограниченность энер гии и м инеральных ресурсов , резкое , почти катастрофическо е , ухудшение окружающей среды и , как следствие , ухудшение здо ровья человека . Ст ало понятно , что огромный индустриально-про мышлен ный комплекс не только не помогает решить эти проблемы , но и еще более усугубля ет их . Возникла настоятельная практическая по требность в принципиально новых технол о гиях и новых способах организации про изводства . В это же время физико-хими ческая биология в союзе с генетикой , молекулярной биологией и микробиологией предложили новую технологию , как будто способ ную помочь в решении этих проблем . Тем более что п ервые о п ыты биотехнологического произ водства дали неплохие результаты и потому позволили строить оптимистические планы на будущее. Специфика биотех нологии Биотехнология - чрез вычайно наукоемкая технология. Так , например , возникшая первой в США фирма «Дженетек» ра сходует 76 % доходов на исс ледовательские разработки вместо обычных для других фирм 12 %. Среди общего числа работников НБФ около 35 % составляют до ктора наук .[3] Таким образом , новая биотехнология — это больше науч но-техническое новаторское направление , чем производственное , хотя и с довольно большими производственными перспективами . Однако это такое научно-техническое направление , которое само выступает производства , причем такого произв одства , которое уже не может сделать бук в ально ни одного шага без гл у б оких фундаментальных и система тических прикладны х научных разработок . Подчеркивая специфику н овой технологии , т . е . отличая ее и от сельского хозяйства , и от традиционной пр омышленности , можно так определить биотехнологию : это технология промышленного п р и менения и эксплуатации естественных и целенап равленно соз данных живых систем , прежде всего микроорганизмов , в качестве автоматически де йствующих сил природы для удовлетворения. Возникновение социальных проблем биотехнолог ии обуслов лено прежде всего тем, что это новое производство есть одно из ва жнейших направлений научно-технического прогресса , качест венно преобразующих содержание научно-технич еской революции . Есть все основания предполаг ать , что в недалеком будущем биотехнология превратится в одно из в ажнейших приоритетных направлений научно-технического про гресса и тем самым может привести к п ереосмыслению и самих критериев этого прогрес са . Это предположение зиждется на том , что глобальные проблемы современности , и в ос обенности экологическую , продово л ьствен ну ю и энергетическую , очень трудно (если не невозможно ) будет решать без самого непос редственного и широкого применения биотехнологии . Важнейшие социальные проблемы возникают так же и в связи с тем , что развитие б иотехнологии ведет к размы ванию тра д иционных границ между сельским хозяйством и про мышленностью . Более того , возникающая в настоящее время необходимость сначала эк ологизации , а затем и в более широком смысле биологизации всей производственной и х озяйственной деятельности человечества может привести не только к пере стройке и даже замене (сначала , конечно , частичной ) при вычного сельского хозяйства биотехнологией , но и к преобразованию промышленности и техник и .[3] Примечательно , что в сфере биотехнологии целый ряд биологических наук , и прежде всего микробиология , генетика и физико-хим ическая биология , уже превращаются в непосред ственную производительную силу. Слияние науки и производства , превращение науки в непосредственную произ водительную с илу , а производства в предметно - воплощающую науку как нельзя лучше характеризует это новаторское направление . Видимо , поэтому о но оказывается тем фокусом , который стягивает в себе как проблематику , традиционно отно симую к сфере философии и методологии нау чного познания , так и проб лемы социально-филос оф с кого и методологического осмыслени я практики , производства , промышленности . К . Мар кс подчеркивал , что превращение производства в материальную творческую науку становится во зможным лишь «по отношению к человеку сло жив шемуся , в голове которого закреплены н а копленные обществом знания» .[3] Так , скажем , если Альбер Сассон утверж дает , что <развитие биотехнологии и преиму щест ва , которые оно сулит , ставит обширный ком плекс проблем , которые связаны с эволюцией общего направления биологических исследований» [2] , то интуитивно это кажется верным . Однако детального и аргументированного обоснования этого тезиса не просто достичь , и не только в силу еще очень значительной огра ниченности биоте хнологического опыта. Биотехнология привлекает к себе прежде всего возможность ю приспособления естестве нных , органических технологий живой клетки , тк ани , организма , биоценоза и биосферы в цел ом для нужд человека как таких технологий , которые естественным образом смогут быть встроены в биологический круговорот планеты . Однако это то л ько идея , пока существующая еще в качестве труднодостижимой мечты , поскольку теперь действующая биотехнолог ия — это в большей мере химическая т ехнология , в которой используются фрагменты ж ивого . Тем не менее и в качестве даже идеи-мечты она оказывает заме т ное благотворное воздействие : именно в русле этой мечты родились и задачи экологизации , и — в более широком плане — биол огизации всей производственно-хозяйственной дея тельн ости человека на планете. Еще в начале века крупнейший французс кий химик П . Бертло считал , что можно создавать идеальную пищу , которая в виде питательных порошков или растворов будет вводиться прямо в желудочно-кишечный тракт или непосредственно в кровь . Эта идея факт ически поддерживалась до самого последнего вр емени (70-е годы ), однако теперь ясно , что она никогда не может быть реализ ована . Как отмечает А . М . Уголев , в посл еднее время были сделаны крупнейшие открытия , которые влияют на всю стратегию питания . Были «обнаружены неизвестные ранее типы пищеварения (лизосомальное , внутриклето ч но е и мембранное ). А также погло щения пищевы х веществ . Кроме того , установлено , что в отношении мета болизма человек (и другие вы сшие животные ) «представляет собой не собстве нно организм , а надорганизм , поскольку он включает в себя целый комплекс микроор г анизмов» .[3]. Последнее обстоя тельство особенно интересно тем , что оно привело к формированию представлений об эндоэкологии . т . е . внутренней экологии человека и други х многоклеточных организмов , а также к пре дставлению о том , что в процессе эволюции мы сформировались как организмы с определенными природными «технологиями» , обойти которые не представляется возможным. Разделы биотехнол огии Биоэнергетика как раздел биотехнологии Установление еди нообразия механизмов энергетических про цессов во всем живом мире — от микроорганиз мов и растений до человека , и вскрытие механизмов преобразования энергии в живых клетках создало предпосылки управления энергетич е скими процессами отдельных организмов и их сообществ , а также конструирования биоэнерге тических устан о вок различных типов , в том числе биологических генераторов тока . Это позволяет гово рить о превращении би оэнергетики в один из разделов биотехно логии и в одно из перспективных направлений НТП , интенсивно развиваемое в настоящее вре мя и обещающее эффектив н ое раз ре шение энергетической и сырьевой проблем. Биоэнергетика в широком смысле слова означает совокупную энергетику биологического кр уговорота биосферы Земли , которая происходит с участием всех населяющих биосферу организмо в — микроорганизмов , растений , животных . Восходящая линия биоло гического круговорота — накопление химической энергии органи ческих соединений в процессе фотосинтеза — химическ ого про цесса связывания воды и углекислого газа за счет энергии солнеч ного излучения с образованием углеводо в и дру гих более сложных соединений . На планете з а год воспроизводится около 232.5 млрд . тонн с ухого органического вещества , что соответствует примерно 6000.10 ' 2 кдж энергии . Энерговооруженность жизни в ходе эво люции возрастает . Однако деятельность людей в масштабах биосферы все более ока зывается разрушительной , ограничивающей возможности дальнейшего развития биоэнергетики . Происхо дит не только уничтожение отдельных видов раст ений и животных , не только нарушение их естественных комплексов — биогеоценозов — разрушается структура биосферы , ее циклическая организация , способность к самоочищен ию . Но с помощью расширяющегося прогнозно-план ового регулирования происходит постепенное превр ащение биосферы в сферу разума — ноосфер у . Все в более расширяющихся масшта б ах будет осуществляться экологизация и биологизация производственной деятельности людей , т . е . все большее включение этой деят ельности в биологи ческий круговорот биосферы . Соединение в ноосфере двух спосо бов обесп ечения устойчивости систем — энергетичес к ого (отбор и сохранение систем с большей энергией ) и информационного (отбор бол ее сложных систем , т . е . с большим запа сом информа ции ) — приведет к образованию качественно нового состояния биоэнергетики . Нас тупит эпоха сбалансированной энергетики планеты н а возобновляемых энергоресурсах . Биологизация и экологизация Еще раз подч еркну , что стратегия преобразования и господс тва над природой в современном мире уже дискредитировала себя . Мы все больше осозна ем необходимость гармоничного , совместного развит ия природы и человечества . Именно поэтом у в настоящее время приобретают популярность идеи экологизации и в более широком смысле биологизации всей хозяйственной и прои зводственной деятельности . Думается , что под э кологизацией , как начальным этапом биологизац и и , можно понимать сокращение вред ных выбросов производства в окружающую среду , создание малоотходных и безотходных промышл енных комплексов с замк нутым циклом , скажем , по воде или углеводороду и т . п. Биологизацию же следует , видимо , понимать более широко, как радикальное преобразо вание производственной деятельности на основе биологических законов биотического круговорота биосферы . Целью подобного преобразования должно быть встраивание всей хозяйственно-производствен ной деятельности в биотиче ский круговор о т. Особенно наглядно эта необходимость видна на феномене стратегической беспомощности хим ической защиты растений . Дело в том , что в настоящее время нет в мире ни одн ого пестицида , к которому бы не приспособи лись вредители растений . Более того , теперь отчет ливо выявилась закономерность подобно го приспо собления : если в 1917 г . появился оди н вид насекомых , приспосо бившихся к ДДТ , т о в 1980 г . таких видов стало 432. Применяемые пестициды и гербициды крайне вредны не только для всего живот ного мира , но и для человека . Точно так же в настоящее время становится понятной и стра тегическая бесперспективность приме нения химических удобрений . В этих условиях совершенно ест ествен переход к биологической защите растени й и биоорганической технологии с минимумом химиче с ких удобрений . Решавшую роль в процессе биологизации сельского хозяйства может сыграть биотехнология. Можно и нужно говорить также и о биологизации техники , промышленного производства и энергетики . Она особенно настоя тельна не столько с экономической точк и зрен ия , сколько для судеб человечества и сохра нения биосферы . Активно развиваю щаяся биоэнергети ка обещает революционные преобразования , поскольк у она ориентирована на возобновляемые источни ки энер гии и сырья . Нефть , уголь , природный газ и даже уран — э то не возобновляемые источники , и , как известно , запасы их на Земле крайне ограниченны. Биологизация энергетики призвана сыграть решающую роль в процессе освобождения человеч ества от атомной энергетики , поскольку мы теперь уже можем говорить также и о с тра тегической бесперспективности атомных эле ктростанций . Дело здесь не только в том , что запасы урана также ограниченны , но главным образом в том , что к настоящему времени в мире скопилось уже много дес ятков тысяч тонн отработавшего топлива , предс тавляющего г розную опасность для вс его живого . Как известно , проблема захоронения отработавшего топлива (его радиоактивность п осле использования в АЭС многократно возраста ет ) до сих пор не реше на . Однако , самая главная опасность состоит в возможности се рьезных авар и й на АЭС. Практические дост ижения биотехнологии С помощью биоте хнологии получено множество продуктов для здр авоохранения , сельского хозяйства , продовольственной и хи мической промышленности . Причем важно то , что многие из них не могли быть получены без п рименения биотехнологическ их способов . Особенно большие надежды связыва ются с попытками использования микроорганизмов и культур клеток для уменьшения загрязнени я среды и производства энергии . Распределение основных продуктов биотехнолог ии показано в прил ожении 1. Генная инженерия Генная инженерия За последние 10 — 15 лет были созданы принципиально новые методы манипулир ования с нуклеиновыми кисло тами in vitro , на основе которых зар одился и бурно разви вается новый раздел молекулярной биологии и генетики — генная инженерия . Принципиальное отличие генной инже нерии от использовавшихся ранее традиционных приемов из менения состоит в том , что она дает во зможность конструировать функционально активные генетические структуры in vitro в форме рекомбинантных ДНК . Понятия « генная» и «генетическая» инженерия ча сто упо требляют как синонимы , хотя последнее являетс я более широким и включает манипулирование не только с отдельными генами , но и с более крупными частями генома . Работа п о переделке генотипа животных или ра стений с помощью скрещиваний ограничены преде лами вида либо близких в видовом отношени и форм . Напротив , генная инженерия , как буд ет показано ниже , стирает межвидовые барьеры , обеспечивая возможность создания организмов с новыми , в том числе и не встречающ и мися в природе , комбинациями насл едственных свойств . Генная инженерия представляет собой совокупност ь методов , позволяющих не только получать реконбинантные ДНК из фрагментов геномов разных организмов , но и вводить такие рекомбинантные молекулы в клетку , с оздавая условия для экспрессии в ней введенных , часто совершенно чужеродных генов . Таким о бразом , в этом случае исследователь оперирует непосредственно с генами , причем их перен ос может не зависеть от таксономического родства используемых организмов . Эта особенн ость генной инже нерии представляет ее главно е отличие от ранее исполь зовавшихся приемов изменения генотипа. Первенствующую роль в формировании генной инженерии сыграла генетика микроорганизмов , идеи и методы , разработанные молекулярной ген етикой и химией нуклеи новых кислот . Фор мальной датой рождения генной инженерии счита ют 1972 г ., когда группа П . Берга в США соз дала первую рекомбинантиую ДНК in vitro , объединившую в своем составе генетический материал из трех источни ков : полный геном онкогенно го вируса обезьян SV 40, час ть генома умеренного бактериофага К и гены галактозного о перона Е . coli. Сконстр уированная рекомбинантная моле кула не была и сследована на функциональную активность , поскольк у у авторов этой работы возникли опасения , что методы г енной инженерии могут привести к появлению микроорганизмов , опасных для здоровья человека , напри мер бактерий Е . coil , способных перенести онкогенны е вирусы животных в кишечник человека . Раз работанные позднее правила работы с рекомбина нтными молекулами поз волили практически у странить возможность вредных последствий создани я рекомбинантных ДНК , объединяю щих в своем составе гены разного происхождения. Методы генной инженерии Возможность выделе ния отдельных генов в составе относительно небольших фрагментов ДН К была продемон стрирована незадолго до возникновения генной инжене рии в экспериментах in vitro . В 1969 г . Дж . Беквит , Дж . Ша пиро и другие опубликовали работу по выделению ге нов лактозного оперона Е. coli , основанную на сочетании тра диционных методов ге нетики микроорганизмов и физиче ских методов выделени я и гибридизации молекул ДНК. Отдельные гены с целью их последующег о молеку лярного клонирования в составе реком бинантных ДНК методами генной инженерии могут быть получены сле дующими способами : непосре дственным выделением из природ ных источников ; путем химического синтеза ; 3) копированием соответствующей гену и РН К для получе ния комплиментарной ДНК-вой репли ки (к ДНК ). Первый метод широко использовался на раннем этапе развития генной инженерии . Тотал ь ную ДНК из разных источников подверг али деградации различными рестриктазами , сшивали с векторными молекулами , вводили в реципи ентные клетки и отбирали клоны с гибридны ми молекулами , включавшими требуемый ген , по появлению соответствующих маркеров донора ( н апример , устойчи вости к определенном у антибиотику ) либо с помощью специальных иммунологических и гибридизационных ме тодов . Этот метод не утратил своего значения и у спешно применяется , например для создания бан ка генов. Искусственный синтез гена впервые о существлен хи мическим путем в 1969 г . гру ппой Кораны с сотрудниками . Химическому синте зу генов существенно способство вало совершенство вание методов изучения первичной структуры бе лков или других продуктов , кодируемых син тези руемым геном , а также метод о в определения первич ной структуры (секвенирования ) нуклеиновых кислот . Секвенирование ДНК игра ет большую роль не только в работах по химическому синтезу генов , но и при изу чении их функции , их регуля торных последовате льностей , а также целых генетически х систем , например мобильных диспергированных генов у эукариот. Анализ первичной структуры ДНК , т . е . установление последовательности нуклеотидных оста тков в ее молекуле , в настоящее время основан на двух методах — методе химичес кой деградации (А . Максам и В . Гилберт , 1977) и методе полимеразного копирования с и спользованием терминирующих аналогов нуклеотидов (Ф . Сэнгер , 1977). В практике генной инженерии широко ра спространен и третий метод искусственного пол учения генов , основан ный на их ферментативном си нтезе с помощью механизма обратной транскрипции . Этот механизм связан с акти в ностью РНК-зависимой ДНК-полимеразы или обратной транскриптазы — фермента , впервые обнаружен ного при исследовании репликации РНК онкоген ных вирусов . Фермент способен строить Д Н К-копии на разных РНК , включая синтетические полирибонуклеотиды . С по мощью об ратной транскриптазы , называемой иногда ревертазо й , можно синтезировать практически любой ин ди видуальный ген в присутствии соответствующих иРНК , методы выделении которых достат о чно разработаны . В 70-е годы появились методы выделения в чистом виде фрагментов ДНК с помощью электрофореза . В руки у ченых попали "молекуляр ные ножницы ". Транспортным средством переноса генетической ин формации в клетку стал вирус . Явление трансдукции — переноса ге нов из одной клетки в другую с помощью вирусов изучали е ще с 50-х годов . Но вирус не должен был сразу уничтожать всю клетку , поэтому н е все вирусы подходили для этой роли . Известно , что бак териальные клетки могут обме ниваться генетическим мат е риалом при помощи плазмид (небольших частиц с фрагме нтами ДНК ). Поэтому введение нужного гена в плазмиду позволяет в дальнейшем перенес ти этот ген в бактерию (это еще один из механизмов транспорта в генной инженери и ). Появилась возможность изучать распре д еление нуклеотидов в оп ределенном гене или получать нужный белок . Для этого со здается рекомбинантная ДНК , которая возникает , когда ДНК одного орга низма внедряется в клетки другого . В качестве последнего использ у ются клетки организма , который размножает с я много быстрее пер вого , наприме р , бактерии . Так , в 80-е годы были разрабо таны интерфероны ~ белки , способные подавлять р азмножение вирусов . Были выбраны наиболее под ходящие для переноса гены и мобиль ные уч астки ДНК . Например , культурным растениям ввод я т гены , повышающие их иммунитет и устойчивость . В 1983г . Барбара Мак-клинток при изучении генетики кукурузы обнаружила в ее геноме один "подвижный " ген , отвечающий за цвет початка . Независимо от нес подвижные гены были открыты методами молекулярной генетик и советским ученым Г . П . Георгисвым . В 1981 г . процесс выделения генов и получен ия из них различных цепей был автоматизир ован . При всем разнообразии методов основная схема любой генно-инженерной работы остается неизменной . Она включает : обработку кольцево й векторной моле ку лы рестриктазой с образованием линейной формы ДНК ; сплавление ее с фрагментом чужеродной ДНК , веду щее к формированию гибридной стру ктуры ; введение гибрида в клетку реципиента ; отбор клонов транс формированных клеток на селективных сре дах ; до казательство присутствия рекомбинантной ДНК в этих клонах путем ее выделения из клеток , обработки соот ветствующими рестриктаза ми и анализа образовавшихся фрагментов методо м электрофореза в агарозном геле. Известно несколько методов объединения фр агментов ДНК из разных источников , поз воляющих включить кло нируемую донорную ДНК в состав вектора . Один из них о снован на соединении фраг ментов , каждый из которых несет идентичные «хлипкие» концы , п олученные под действием одной и той же рестриктазы . При другом методе , ферментати вном , используется возможность соединения двухцеп очных концов фраг ментов ДНК с помощью ДН К-лигазы . Для повышения эффективности лигазы к концам сшиваемых фрагментов ДНК химически присоединяют комплиментарные однонитивые олигонукл е о тиды , например поли-А и поли-Т , создавая тем самым искусственные «липкие» концы. Методы введения рекомбинантных молекул в клетки зависят от особенностей самих кле ток и используемых векторов . В тех случаях , когда векторами служат плазмиды , рекомбинант ные ДН К вводят в реципиентные бак тер ии путем трансформации . Разработаны и методы транс формации клеток животных , а также п ротопластов расте ний . Для защиты экзогенного клеточного материала , вво димого в клетки млек опитающих или в протопласты растений , использ у ю т липосомы — сферические тельц а , обо лочка которых состоит из фосфолипидов . В составе липосом в клетки высших эука риот введены крупные вирусные РНК . Во всех случаях липосомы надежно защищали молекулы нуклеиновых кислот от разрушения нуклеазами. Один из пут ей передачи генетическ ой информации в культуре клеток человека , животных и растений — гибриди зация соматических клеток, разработ анная Б . Эфрусси и Г . Барски (1960). Эффективнос ть этого метода значительно повысилась после того , как было обнаружено , что част ицы инактивированного вируса парагриппа т ипа Сендай увеличивают частоту слияния клеток из самых разных источников . Показана возм ожность передачи генов из изолированных хромо сом китайского хомячка в клетки соединительно й ткани мыши . Описаны гибриды клеток ч еловека и мыши , из которых ча сть хромосом человека удаляется , а часть о стается функционально активной . Для введения ДНК в различные культуры клеток млеко питающи х или развивающиеся эмбрионы используют метод микро инъекций ДНК в ядро с помощью микро манипу л ятора . Развитие методов микрохирургии клеток позволило заменять ядра оплодотворенных яйцеклеток на ядра из со матических клеток и в результате получать абсолютно идентичные организмы . Создание гибрид ов высших растений в обход полового скрещ ивания возможно п утем слияния прото пластов и соматической гибридизации растительных клеток , в результате чего в ряде случ аев появляются целые гибридные растения . Все эти методы могут быть использованы для конструирования новых форм микроорганизмов , жив отных и растений пут е м введе ния и стабильного наследования в них рекомби нантных ДНК , несущих , гены , детерминирующие жел аемые признаки .[4] Следует , однако , отметить , что , несмотря на очевидные успехи подобных работ по созданию микроорганизмов , синтезирующих ряд важны х продукто в эукариотического происхождения , проблема экспрессии чужеродных генов у про кариот имеет ряд ограничений . Некоторые из них связаны с тем , что при сверхпродукц ии полезных для человека и не нужных клетке соединений , кодируемых гибридной плазмидой , усиливает с я неустойчивость самих гибридов и вероятность элиминации из них встроенных генов . Стабильность гибридных ДНК снижается и с уве личением размеров вставки в вектор . Поэтому разраба тываются методы , направленные на сохранение целостнос ти гибрид ной структуры. Использование регулируемых пр омоторов предохраняет клетку от чрезмерной дл я нее метаболической активности , связанной с избыточной про дукцией чужеродного белка . Вме сте с тем проблема ста бильности гибридных молекул окончательно не решена . Ограничения воз м ожностей конструирования микроорга низмов — гиперпродуцентов ценных препаратов — рас пространяются на случаи клонирования и экспрессии лю бых генов как про -, так и эукариотического происхожде ния . Наряду с этим существуют и ограничени я , специфи чески свя занные с выражением эукариотических генов в прокариотах . Первое из них определяется тем , что эукариотические промоторы могут не распознават ься бакте риальной РНК - полимеразой . Второе заключается в том , что и РН К транскрибирующаяся с эукариотических гено в , не содержит последовательности Шайн— Д алгарно , необ ходимой для ее связывания с рибосомами . В-третьих , такая иРНК может содержать интроны , которые следует вырезать . Наконец , эукариотические белки часто стан о вятся субстратами для бактериальных протеаз, опознаю щих такие белки как чужеродные .[4]. Первые два ограничения преодолеваются за счет создания векторов , несущих соб ственные промоторы и последовательность Шайн— Дал гарно , третье можно обойти путем использо вания к ДНК либо химически синтезированных генов . Протеазная активность реципиентных бактерий по давляется мутациями. Преодоление всех этих ограничений открыва ет даль нейшие перспективы использования методов генной инже нерии при создании микроорганизм ов — продуцентов гор монов , вакцин , антисыворо то к и ферментов , представляю щих интерес для медицины , ветеринарии , сельского хо зяйства и микробиологической промышленности. Генетическая реко мбинация in vitro Генетическая реком бинация заключается в обмене генами между двумя хромосомами . По определению , д анно му Понтекорво в 1958 г ., рекомбинация — это любой процесс , способный приве сти к возникновению клеток или организмов с двумя или более наследственными детерми н антами , по которым их родители различались между собой и которые соединены новым способом . Така я рекомбинация обязательно происходит у млекопитающих при образовании по ловых клеток . В ходе мейоза гомологичные х ромосомы обмениваются генами ; именно эти обме ны позволяют объяснить перетасовку наследственны х признаков в ряду поколений . У вирусов и бактер и й генетическая рекомбинац ия проис ходит реже , чем у животных . Обмен генетическим матери алом , за которым следует рекомбинация , происходит между организмами о дного и того же или близких видов . Все живые организмы обладают рестрикционными энд онуклеазами , ко т орые узнают чужеродну ю ДНК , проник шую в организм , и расщепляют ее , таким образом сводя на нет генети ческую рекомбинацию между эволюционно удаленными геномами . Обмен генами , равно как и введение в клетку гена , принадлежащего другому виду , можно осуществит ь по средством генетичес кой рекомбинации in vitro . Этот подход был разработан на бакт ериях , в частности на кишечной палочке , в клетки которой вводили гены животных и человека и добивались их репликации. Метод рекомбинации in vitro заключается в выделении Д НК из разных видов , получении гибридных молекул ДНК и введении рекомбинантных молекул в живые клетки с тем , чтобы добиться проя вления нового признака , например синтеза спец ифического белка . Выделение генов , которые представляют соб ой сегмен ты ДНК , осущест вляется на ос нове биохимических мето дов ; сложность выделения зависит от величины генома . В то врем я как определенный ген вируса выделить от носи тельно просто , для гена человека это очень сложная задача . Поэтому исследователи п рибегают к косвенному методу, основанному на выделении информационной РНК (мРНК ). В клетках животных транскрипция мРНК на ДНК осуществляется в клеточном ядре ; молекулы мРНК переносят информацию из ядра в ци топлазму , где она используется при трансляции белков , аминокислотные последова т ель ности которых закодированы в последова тельностях нуклеотидов мРНК (т . е . в конечном счете в ДНК ). В клетках бактерий (прокариот ), которые не имеют ядра , транскрипция и трансляция происхо дят одновремен но и сопряжены ; мРНК связана с рибосомами , в котор ых осуществляется соединение аминокислот с образованием белков . Рибосомы играют ключевую роль в трансляц ии и в клетках животных. Наряду с информацией о структуре белк ов (записанной с помощью генетического кода ) молекула ДНК содержит ряд регуляторных сиг нал ов , записанных в виде специфи ческих нуклеотидных последовательностей . Эти сигналы с лужат точками начала транскрипции или трансля ции , другие (в частности , между генами ) указ ывают точки прекращения считывания генетической информации . Гене тический код , по- в идимому , универсален для всех живых организмо в , иными словами , данная последовательность ДН К обязательно кодирует один и тот же белок в клетках разных организмов , тогда к ак регуляторные сигналы в клетках животных и в бактериальных клетках не одинако вы . В клетках животных информация о структуре белка может кодироваться не одни м непрерывным участком ДНК , а несколькими сегментами , разделенными участка ми ДНК , носящими название нитронов . Информационная РНК , котора я транскрибируется с ДНК , подвергается расщеп л е нию , в ходе которого все инт роны удаляются из ее последовательности , а остальные остающиеся фрагмен ты , или экзоны , сшиваются вместе с образованием моле кулы мРН К , которая обладает последовательностью , ко дирующ ей последовательность аминокислот белка , а т а к же содержит ругуляторные сигналы , необходимые для начала и прекращения проце сса трансляции . Для экспрессии в бактериальной клетке гена из клетки животного необходимо , чтобы в клетку была введена молекула Д НК с последовательностью нуклеотидов , коди рующе й белок , из которой интроны уже уд алены ; иными словами , нужна молекула ДНК , с интезированная на соот ветствующей мРНК обратной транскриптазой . Более того , регуляторные сигн алы должны быть похожи на таковые бактери альной клетки . Наконец , для получения нужно г о белка в достаточных количества х бывают необходимы дополнительные изменения бактериальной клетки .[2] Методы введения ДНК в бактериальные клетки Для введения ДН К (генов ) в клетки бактерий исполь зуются д ва метода . Первый основан на применении пл азмиды в ка честве вектора. В начале 1950-х гг ., вскоре после откр ытия Ледербергом процесса конъюгации Escherichia coli , было установ лен о , что типы «спаривания» клеток бактерий о бусловле ны генетически и что генетическая ин формация перено сится из клеток мужского тип а в клетки женского типа , или реци пиентные клетки . Способность служить донорными клетками (или фактор плодовитости F) передавалась при конъюгации значительно чаще , чем любо й другой генетический признак . F -фактор передавался также неза висимо от любого друг ого известног о гена донорной клетки . Ледерберг подметил , что F -фактор напоминает внехромосомные генетические элементы , имеющиеся в цитоплазме высших организмов . Это наблюдение позволи ло ему в 1952 г . при своить подобным внехромосомным генетическим сист емам общее название— плазмиды. В 1953 г . Хэйс , который в то время работал в больнице Хаммерсмита в Лондоне , установил , что в определенных условиях F-фактор может оказаться сцепленным с генети ческими маркерами и индуцировать последовательный их перенос в ходе к онъюгации . F-фактор присоединяется к бактериальной хромосоме в специфическом участке (сайте ); именно в этой точке хромосома разрывается при конъюгации и начинается ее перенос в реципиентную клетку . F-фактор способен также отделяться о т хромосо мы , захваты в ая подчас не большие фрагменты хромосомы ; поэтому его можн о рассматривать как виехромосомный элемент , к оторый иногда интегрирует в хромосому. Жакоб и Вольман , сотрудники Института Пастера в Париже , отметили сходство в пове дении F-фактора , уме ренного бактер иофага X, и другой плазмиды— Со 1Е 1 (которая кодирует колицин— белок , убивающий клетки Е . coli ) . Для обозначения генетического элемент а , который может реплицироваться либо в св ободном состоянии , либо соединившись с бактер иальной хромосомой , они предло жили н овый термин— «эписома». В 1959 г . в Японии при исследовании бо льных бактери альной дизентерией , которые не п оддавались лечению обычно эффективными антибиоти ками , было сделано за мечательное открытие . В клетках патогенных бактерий ( Shigella dysenteriae ) был и найдены гены , придававшие им устойчивость одновременно к нескольким ант ибиотикам ; такая устойчивость передавалась другим кишечным бакте риям во многом подобно то му , как передается F-фактор . Эти факторы уст ойчивости (называемые R-факторами ) обладали сход с твом с F-фактором ; так , они был и способ ны индуцировать передачу самих себя от клетки к клетке при конъюгации . По зже удалось показать , что некоторые из них содержат последовательности нуклеотидов , близ кие к таковым F-фактора. В начале 1960-х гг . Новик обн аружи л подобные факто ры устойчивости у стафилокок ков ; они содержали ген , кодирующий фермент пенициллин- в- лактамазу , или пенициллиназу ; последняя расщепляет пени циллин и таким образом обеспечивает устойчиво сть к этому антибиотику . R -факторы стафилококков , по-видимому , не способны обеспечивать передачу самих себя посредством конъюга ции и перено сятся лишь пассивно в процессе трансдукции , т . е . при их встраивании в ДНК бакте риофага . Это открытие указывало на наличие нескольких R -ф акторов в клетках кишечных ба ктерий. К середине 1960-х гг . стало очевидным , что большин ство R -факторов кишечных бактерий и стафилококк ов (как и плазмида Со 1Е 1) отличаются от F-фактора и фага л тем , что остаются внехромосомными элемент ами ; их обрати мого встраивания в хромосому клетки н е происхо дит . В строгом смысле они не соответствовали определе нию эписомы . В 1963 г . Но вик предложил пользоваться предпочтительно терми ном «плазмида» , как более общим , а не « эписома» . В настоящее время термин «плазми д а» является общепринятым. Плазмиды найдены почти у всех видов бактерий . Штамм , содержащий плазмиду , способен давать начало вариантам , у которых плазмида утрачена ; в подобных случаях плазмида тер яется окончательно , клетка не спо собна ее регенерировать и мо жет только получить ее из другой бактериальной клетки. Плазмиды представляют собой кольцевые мол екулы ДНК , по размеру соответствующие 1 — 3% генома бакте риальной клетки , однако даже стол ь малая часть наслед ственного аппарата кодир ует важные генетические пр изна ки , которые обычно сама бактериальная хромосома не к одирует . Например , они содержат информацию , нео бхо димую для конъюгации бактериальных клеток , ими обус ловлен ряд заболеваний растений и животных . Они позво ляют клеткам использовать многие сложные с оединения в ка честве источников питания и обеспечивают усто йчи вость к разнообразным токсичным агентам , о собенно к антибиотикам . Плазмиды стафилококков несут гены устойчивости к пенициллину , соед инениям ртути и ряду тяжелых металлов , выз ывающих летальный э ффект (со лям сур ьмы , висмута , кадмия и свинца , ионам арсена та и арсенита ). Гены устойчивости к тяжелы м металлам обна ружены также в составе R -плазмид Е . со li . Наличием плазмид обусловлены также нек оторые заболевания с выраженной диарреей , ста филококковый импедиго , створаживание молока и превращение его в сыр молочно кислыми б актериями , а также разнообразные биохимиче ские реакции , характерные для бактерий рода Pseudomonas .. Плазмиды могут управлять синтезом инсе ктицида в клетках Bacillus thuringiensis [2 ]. Использование плазмид в качестве векторов для введения чужеродных генов в бактериальные клетки начиная с 1975 г . послу жило толчком для интенсивных исследований их структуры и характера репликации. Количество плазмид в клетке может кол ебаться от одной до более сотни ; в целом чем крупнее плазмида , тем меньше количество ее копий в клетке . Обычно репли кация плазмиды регулируется независимо от реп ликации хромо сомы . Поскольку плазмиды могут р азличаться по количеству копий водной и т ой же клетке , количество к о пий ; должно определяться регуляторной системой , при сущей самой плазмиде . Такая система была о писана в 1972 г . датчанином Нордстрёмом из Ун иверситета Оденсе для плазмиды R 1 Е . со 1 i ; сходные регуляторные системы были найд ены у плазмид стафилококков . Количес тво копий плазмиды R1 зависит , по-видимому , от белк а или белков , которые подавляют ее реплика цию . Сегмент ДНК длиной не более двух тысяч пар нуклеотидов управляет реплика цией плазмиды , которая более чем в 50 раз его крупнее. Долгое время считалось , что ге нети ческая конституция всех клеток данного вида одинакова и не изменяется в течение длительного времени , однако , как оказалось , зна чительная часть генетических признаков , причем не только у бактерий , но и у высших организмов , нестабильна (эти признаки име ю тся в одних клетках или штам мах и отсутствуют в других ,, клетки могут терять их и приобре тать вновь ) и моб ильна (способна переноситься между клетками и ли перемещаться в одной и той же клет ке из одного локуса в другой ). Такая не стабильность объясняет c я тем , что эти признаки опре деляются плазмидами и тугими атипичными генет ическими системами. При конъюгации бактериальных клеток может проис ходить обмен плазмидами между бактерия ми , принадлежащими к разным видам и даже родам , которые не способны обмениваться г енами , находящимися в хромосомах . Наконец , такой обмен может приводить к переносу генов , находящихся в плазмиде , из одного вида в другой при совместном росте и конкуренции , в результате чего реципиентные клетки приобретают способность выживать за счет дон о рных клеток . Эти сво йства показывают , что плазмиды способны к выживанию независимо от судьбы содержащих их клеток , они не только не снижают обще й приспособленности клетки , но , напротив , снабж ают ее дополнительными адаптивными функциями . В самом деле , плаз м иды обладают способностью включать в себя новые гены , а уже содержащиеся в них гены «перетас овывают» так , что это , с одной стороны , не влияет на эффектив ность репликации самих плазмид , а с другой— наделяет клетку резе рвуаром генетической информации , котор у ю она использует по мере надобности. Второй метод , которым исследователи польз уются для введения гена в бактериальные к летки , основан на приме нении бактериофага в качестве вектора . Ген встраивают в геном вируса (который содержит 10 — 50 генов ), и он реплици руется вместе с генами вируса при размножении последнего в бактериальной клетке .[2] Достижения генной инженерии. Группа Кораны с интезировала ген аланиновой тРНК дрожжей , стр уктура которого к тому времени была пол н остью расшифрована . Этот ген длиной 77 п . н . не содер жал регуляторных последовательносте й и поэтому не обла дал функциональной ак тивностью . Позднее та же группа авторов си нтезировала первый функционально активный ген — ген супрессорной тирозиновой тРНК Е . coli длиной около 200 п . н. Генная инж енерия открыла путь для производства продуктов белковой природы п утем введения в клетки микроорганизмов искусс твенно синтезированных коди рующих их генов , г де они могут экспрессироваться в составе гибридных молекул . Первой удачной попыткой та кого рода ста л а работа К . Итак уры и Г . Бойера с соавторами (1977) по эксп рессии в Е . coil химически синтезированного гена , кодирующего гормон млекопитаю щих — соматостатин . Ген соматостатина был получен н а основе сведений о первичном строении эт ого пептидного гормона , с остоящего всего из 14 аминокислот . Исполь зованный в этой р аботе подход оказался весьма перспек тивным д ля получения и многих других пептидных го рмонов . В различных лабораториях в СССР и за рубежом были созданы штаммы Е . coli, синтезирующие в соста ве гибр ид ных белков гормон роста чел овека (соматотропин ), пептидные гормоны — брад икинин и ангиотензин , нейропептид лей-энкефалин и др . Ген гормона роста человека длиной 584 п . н.— наиболее длинный из искусственно си нтезированных в настоящее время . Он был вс тро ен в плазмиду , реплицирующуюся в Е . coli под контролем промотора триптофанового оперона . Трансформированн ые полученной химерной плазмидой клетки Е . coli продуци ровали при индукции промотора о коло 3 млн . молекул гормона роста человека в расчете на клетку . Этот полипептид , как было установлено в экспериментах на крысах с удаленным гипофизом , по функциям оказался полностью идентичен гормону роста человека. В 1976 г . Гилберт и Максам в Гарвардск ом университете , а также Сэнгер разработали быстрый метод химическ ого анализа ДНК ; появилась реальная возможность опреде лять п оследовательность до 1000 нуклеотидов в неделю с илами одного исследователя . В 1982 — 1985гг . стал о возможно создать прибор для автоматического анализа нуклеиновых кислот (а значит , ген ов ). Анализ Д НК позволяет дедуцироват ь , основываясь на генетическом коде , аминокисл отные последовательности белков , синтез которых находится под контролем соответствующих ге нов . С помощью созданного в результате соверш енствова ния анализа белков микроанализатор а Худа— Ханкепиллера (Калифорнийский техно логический инсти тут , 1980) за день удается опреде лять последовательность из 100 — 200 аминокислот , п ричем для этого требуется всего 10 нг белка (1 нг =10 -9 г ) 2 [2]. Еще один важнейший этап— это синтез б иополимеров п о установленной структуре . П ервые коммерческие приборы , производящие автомати зированный синтез полипептидов , были разработаны на основе исследований Меррифилда в 1963 г . Они используются в исследовательских лабора то риях и в фармацевтической промышленност и. Метод химического синтеза генов обеспечил также возможность получения штаммов бактерий продуцентов инсулина человека , важного лечеб ного препарата для больных диабетом . «Ген инсулина синтезировали в вида более 40 в ос новном шестичленных олигонуклеотидов , которые затем объединяли в единую структуру с помощью ДНК-лигаэы . Полученные двух цепочечные полинуклеотиды длиной 271 и 286 пар оснований бы ли встроены в плазмидные векторы . Туда же были встроены и регуляторные участки ДНК , обеспечивающие экспрессию гиб р идных молекул . Клонированные гены кодировали синте з проинсулина , который путем несложной химиче ской обработки можно превратить в активный инсулин , вклю чающий две полипептидные цепи А и В из 21 и 30 аминокислотных остатков , соединенных между собой сульфги д рильн ыми связями» [4]. Таким способом получены и клонированы гены , коди рующие глобины человека , животных и птиц , белок хруста лика глаза быка , яи чный белок , фиброин шелка , проду цируемый тутов ым шелкопрядом , и др . Этот же принцип б ыл применен для получени я , клонирования и экспрессии генов интерферона человека в бактериях . Интерферон — ценный лекарственны й препарат , широко используемый для борьбы с вирусными инфекциями и лечения ряда других заболеваний , включая злокачественные опухо ли . Интерферон вырабатыв а ется в кл етках животных и че ловека , но обладает вы раженной видоспецифичностью . Ю . А . Овчинников и В . Г . Дебабов с сотрудниками по лучили микроорганизмы , эффективно синтезирующие интерферо ны человека . Этим исследователям удалось скон струировать рекомбинан т ные плазмиды , обуславли вающие синтез интерферона человека в Е . coli (рис . 16.2). Очищенный из клеток бактерий интерферон по своим физико-химическим и б иологическим свойствам оказался близок интерферо ну , находящемуся в крови доноров . За счет введения в век торную плазмиду сигнал ьных после довательностей , инициирующих синтез иРН К и белка , удалось получить бактерии , спос обные синтезировать до 5 мг интерферона а расчете на 1 л суспензии бактерий . Это в 5000 раз больше , чем содержится в 1 л крови доноров . Замен а Е . coli на микробы некоторых других видов позво ляет еще больше увеличить произ водительность такой «фабрики интерферона». В 1980 г . Итакура создал первый синтезато р генов . Вскоре после этого компания «Био- Лоджикалс» (Торонто ) выпустила прибор , сконструиро ванный Огилви в Универ ситете МакГилла в Монреале ; прибор был способен в течен ие 6 ч синтезировать 12-членный олигонуклеотид с заданной последовательностью . В 1981 г . Худ , и зобрета тель белкового микроанализатора , создал др угой автомат , выпускаемый фирмой «Гене тик инстраментс». Компания «Био-Лоджикалс» намеревалась до конца 1982 г . выпустить две модели синтезаторов олигонуклео тидов— одну полуавтоматическую , а втору ю в комплексе с компьютером . В 1982 г . цен а этих приборов на американ ском рынке со ставляла 36000 — 39500 долл .[2]. К открытиям связанным с достижениями генной инженерии нужно прибавить то , что о громный генетический «чертеж» многоклеточного су щества просчитан полностью . Я думаю это мо жно назвать достижением века. После восьми лет работы мн огих исследовательских групп удалось точно определить 97 миллионов пар нуклеотидов и их местонахождение в спирали ДНК , хранящей полную наследственную информацию микроскопического червячка С aenorhabditis elegans длиной около миллиметра Хотя это очен ь маленький ч ервь , скорее червячок , с него без всякого преувеличения начинается новая эра в биологии . Геном этой немато ды состоит из 97 миллионов пар нуклеотидов ДНК , округленно 0,1 миллиарда пар . Геном человека , согласно большинству оценок , - 3 миллиарда нукл еотидных пар . Разница в 30 раз . Однак о именно эта работа , о которой идет ре чь , окончательно убедила даже самых закоренел ых скептиков , что расшифровка строения всего генома человека не только возможна , но и достижима в ближайшие годы . В лабораториях мира полным хо дом идет расшифровка генома человека . Эта меж дународная программа была начата в 1989 году , тогда же благодаря инициативе и энергии выдающегося биолога , ныне покойного академика А . А . Баева , к программе подключилась и Россия . В феврале этого года в Черного л овке под Москвой прошла конферен ция "Геном человека -99", посвященная десятилетию начала этих работ и памяти их инициатора , руководившего российской частью программы п ервые пять лет . Сейчас в разных странах мира , в лабораториях , разделивших между собо й "фр о нт работ " (всего надо про читать около трех миллиардов пар нуклеотидов ), ежедневно расшифровывается более миллиона н уклеотидных пар , причем темп работ все уск оряется .[6] Расшифровка , или , как говорят биологи , секвенирование , генома C. elegans была осуществ лена по совместному проекту двумя исследовательским и группами : из Центра геномного секвенировани я Вашингтонского университета (США ) и Сенгеров ского центра (Кембридж , Англия ). В журнале "Science" от 11 декабря 1998 года опубликована серия стате й , подробно р ассказывающая об этой поистине грандиозной работе . Естественно , расшифровать геном таких гиг антских размеров , как у названной нематоды (напомню : 97 миллионов пар нуклеотидов ДНК ), не возможно без огромной подготовительной работы . Ее в основном завершили к 1989 году . Прежде всего была построена физическая карта всего генома нематоды . Физическая карта п редставляет собой небольшие участки ДНК извес тной структуры (маркеры ), расположенные на опре деленных расстояниях один от другого . И вот с 1990 года началось само секвенирование . Его темп составлял в 1992 году 1 миллион пар нуклеотидов в год . Если бы такой темп сохранился , на расшифровку все го генома понадобилось бы почти 100 лет ! Уско рить работы удалось простейшим способом - числ о исследователей в каждом цент р е возросло примерно до 100. По мере того , к ак раскрывалась нуклеотидная последовательность ДНК C. elegans, пришлось расстаться с двумя заблужд ениями . Во-первых , оказалось , что генов у не е не 15 тысяч , как предполагали вначале , а 19099. Во-вторых , надежда на то , что гены сосредоточены в середине хромосом , а к концам сильно редеют , оправдалась лишь отчаст и , гены распределены вдоль хромосом относител ьно равномерно , хотя в центральной части и х все-таки больше . Если у дрожжей функция половины генов в геноме не известна (так называемые молчащие гены ), то у червя эта доля еще больше : из 19 тысяч генов 12 тысяч остаю тся пока загадочными . Значение секвенирования генома нематоды , конечно , выходит далеко за рамки того , что можно назвать полигоном для расшифровки гено ма человека . C. elegans - первый многоклеточный организм , геном которого раскрыт практически полностью . Можно напомнить : два года назад был расшифрован первый геном эукариотическог о организма - дрожжей , то есть организма , кл етки которого содержат оформлен н ые ядра . (К эукариотам относятся все высшие животные и растения , а также одноклеточные и многоклеточные водоросли , грибы и прост ейшие . Дрожжи , согласно биологической систематике , относятся к одноклеточным грибам .) Иначе говоря , за два года был пройден пут ь от генома одноклеточного до г енома многоклеточного организма . Программа "Геном человека ", как уже гов орилось , - программа общечеловеческая . Каждая лабор атория , в какой бы стране она ни наход илась , вносит в нее посильный вклад . И как только кому-то удаетс я раскрыть ст руктуру нового гена , эта информация немедленн о поступает в Международный банк данных , д оступный каждому исследователю . В России по этой программе работают около 100 исследовательск их групп .[6] Молекулярна я геномика. Особо мне хотел ось бы отметить изменения в медицине прои сходящие за счет достижений генной инженерии . Наступающий ХХ I век многие провозглашают веком генетики . Современную генетику , изучаю щую химические механизмы наследственности , называ ют молекулярной геномикой. Сегодня молекулярная геномика - приоритетн ое направление научных исследований . Она влия ет на развитие науки в целом и здраво охранения и медицины в частн ости . Моле кулярная геномика создала предпосылки решения таких ключевых вопросов современной науки , как происхождение человека (филогенез ), возникновен ие рас и наций , пути их расселения по планете (этногенез ), развитие организма из одной единственной клетк и (онтогенез ), проблема клонирования млекопитающих и челов ека. "Генетизация " о бщества происходит буквально на наших глазах . А это , в свою очередь , не может не привести к качественным изменениям и в медицинской науке : в ней наступает эпоха молекулярной медиц ины. Молекулярна я медицина это - диагностика , лечение и про филактика наследственных и ненаследственных боле зней на генном уровне. Уже в подходе к постановке диагноза молекулярная медицина принципиально отличается от обычной . Главный вопрос традиционной ме дицины : "Чем вы болеете ?", а молекулярной : "Чем вы можете заболеть при вашем ген оме ?". То есть молекулярная медицина выявляет генетическую предрасположенность человека к ра зличным болезням . Следующая отличительная черта молекулярной медицины - лечение заб олеваний (как насл едственной , так и ненаследственной природы ) пр оводится на генном уровне . В качестве лека рственного препарата выступают гены (точнее - с пециальные генетические конструкции ). Генная терап ия не просто устраняет определенные симптомы заболев а ния , а корректирует функц ии клеток и организма в целом . Её тера певтический эффект может достигаться различными путями : замена "больного " гена на "здоровый ", направленная коррекция структуры и , соответс твенно , функции "больного " гена , частичное или полное п одавление "больного " гена . И , наконец , еще один важный принцип молекулярной медицины : любое медикаментозное ле чение должно подбираться строго индивидуально , учитывая особенности генома больного . Этим занимается недавно возникшая наука - фармакогенети ка . Уже сегодня практическое применение молек улярной медицины весьма разнообразно . Это - и молекулярная диагностика наследственных заболевани й на любой стадии развития организма , в том числе и до рождения (пренатальная д иагностика ), и определение генов предра с положенности к некоторым распространенным болезням , и геномная "дактилоскопия " - точная идентификация личности на основе анализа особ енностей структуры его генома (именно этот метод был с успехом применен при генет ическом анализе останков царской семьи ). В геноме человека насчитывается 35-50 тысяч различных генов , изменения в некоторых из них приводят к нескольким тысячам наследст венных болезней . Гены практически всех наибол ее частых (около 320) и сравнительно редких (о коло 170) наследственных болезней уж е и звестны . Методы их обнаружения достаточно про сты и универсальны и поэтому широко приме няются в медицине . Сейчас у нас в стране можно опред елить около 40 наиболее тяжелых наследственных болезней . Молекулярная диагностика генов наследст венных болезней про водится в НИИ акуш ерства и гинекологии в Санкт-Петербурге , в Научном центре медицинской генетики и Инстит уте неврологии РАМН в Москве , в Институте биохимии и генетики научного центра РАН в Уфе , в Институте медицинской генетики в Томске и в Медико-генетиче с ком центре в Новосибирске . Методы молекулярной диагностики позволяют выявить не только гены наследственных боле зней , но и гены предрасположенности к тому или иному заболеванию . Гены предрасположенно сти - объект исследования многих научных групп по всей Ро ссии . Так , в Санкт-Петер бурге на кафедре медицинской генетики Педиатр ической академии активно изучаются гены предр асположенности к тромбофилии , варикозному расшире нию вен , сердечно-сосудистым заболеваниям , диабету , атеросклерозу ; в Институте экспериментал ь ной медицины РАМН исследуются гены г иперхолестеринемии , приводящие к атеросклерозу и хроническим заболеваниям легких и печени , а в НИИ онкологии имени профессора Н . Н . Петрова - гены предрасположенности к опух олям легких и молочной железы . Работы по этой т ематике проводятся в Мос кве : во Всероссийском кардиологическом центре РАМН , в Институте молекулярной генетики РАН и во Всероссийском онкологическом центре Р АМН , а также в Томске - в Институте мед ицинской генетики . Молекулярная геномика уже применяется в Е вропе и Соединенных Штатах для решения разнообразных задач медицины и медици нской генетики . Например , в Великобритании соз даны информационные центры , и каждый , позвонив ший туда , может получить консультацию по л юбым вопросам , касающимся своей наследственно с ти и генетической предрасположенност и к различным заболеваниям . Во Франции соз дана и используется на практике компьютерная экспертная система Сезам (SESAM - Systeme Expert Specialisee aux Analyses Medicales) для определения склонности человека к различным заболеваниям . Она включает собственно экспертную систему оценки риска возникновени я заболевания , основанную на многочисленных л абораторных (иммунологических , биохимических , серологи ческих и генетических ) тестах (более 80), программ у для обучения врачей ос н овам молекулярной медицины , медицинское консультировани е по результатам лабораторных тестов и по пулярный справочник для населения . Программа прекрасно зарекомендовала себя во Франции , и хочется верить , что российские медики в недалеком будущем тоже смогут ее использовать .[5] Генная терапия . В настоящее вре мя в мире около 400 проектов по генной т ерапии находятся на различных стадиях клиниче ских испытаний : 261 из них проходит первую ст адию (оценка токсичности ), 133 - вторую (испытание н а небольшой группе тя желобольных пациенто в ) и только 3 проекта (два по лечению ра ка мозга и один по гемофилии ) - на закл ючительной третьей стадии (масштабные клинические испытания ). Пока генная терапия применяется в основном в онкологии (более 60% проектов ). Примерно по 15% п р иходится на ген ную терапию инфекционных (СПИД , гепатит В , туберкулез ) и моно генных заболеваний (муковис цидоз , семейная гиперхолестеринемия , мукополисахаридоз ы , гемофилия А и др .). Методы генной тер апии позволяют лечить различные генетические патологии в п ериод внутриутробного развития . Введенный ген или генная конструкци я попадает во множество интенсивно делящихся клеток , предотвращая начало развития заболев ания . После такой терапии нет необходимости искусственного прерывания беременности - ребенок рождае т ся здоровым . Но тем не менее вопрос о ее целесообразности поднима ется все чаще и чаще - теоретически сущест вует опасность внедрения искусственных генных конструкций в геном половых клеток , что может привести к "засорению " генофонда . Генная терапия успешно применяется для лечения не только наследственных , но и значительно более распространенных мультифактор иальных болезней (диабет , остеопороз , ревматоидный артрит , различные опухоли ). Для лечения та ких заболеваний применяется не одна , а сра зу много генетиче с ких конструкций , исправляющих дефекты различных стадий течения патологического процесса . К сожалению , из всех проектов по г енной терапии , утвержденных Американским и Ев ропейским комитетами по генной терапии , нет ни одного проекта из России или стран СНГ . Тем не менее научные работы в этой области ведутся и в России . В Институте акушерства и гинекологии имени Д . О . Отта РАМН разрабатываются новые по дходы к генной терапии таких тяжелых насл едственных заболеваний , как мышечная дистрофия Дюшенна и муковисцидо з . Работы по генной терапии также проводятся в научны х учреждениях Москвы (Институт молекулярной б иологии имени В . А . Энгельгардта РАН , Инсти тут молекулярной генетики РАН , Институт медиц инской химии РАМН , Научный центр медицинской генетики РАМН ) и Новосиби р ска .[5] Биотехнолог ические и генно-инженерные компании и их разработки. Компании США С 1978 г . федеральное правительс тво США поддержи вает различные биотехнологически е исследования , особен но связанные с рекомбин антными ДНК . Национальный институт здоров ья заключил 365 контрактов по исследова ниям в этой области на общую сумму 42 млн . долл . 19 университетов трех регионов — Гарварда , Станфорда и Великих озер (где находится Висконсинск ий универси тет ) — проводят фундаментальные исследования , связан ные с развит ием биотехнологии . В 1975 — 1980 гг . в 25 компаний , з анимающихся генной инженерией , было вложено с выше 266 млн . д олл . Компании использовали патенты и результа ты исследований , выполненных в университетах США . По данным нью-йоркской фирмы «Эберстадт и К є» и Б ю ро налогообложения промышлен ной деятельност и , в конце 1979 г . в стране насчитывалось не более 14 компаний п о генной инженерии . На 20 января 1982 г . таких фирм было уже 145. (См . приложение 2) В большинстве случаев биотехнологические компании появлялись пр и объединении одног о-двух исследователей с предприимчивым предприним ателем , готовым рискнуть . Ученые вкладывали в этот союз свои идеи и опыт , предприни матель — необходим ые средства . На следующем этапе в финансир ование компаний включались промыш ленные группы , при этом происходил убыстряющийся рост числа все более авторитетных вкладчиков . Наконец , наступал момент , когда акции компаний начинали котиро ваться на бирже . В случае фирмы «Генентек» это про изошло на пятый год существовании компании , «Цетус» — на дес ятый. Особых успехов в применении и разрабо тке техноло гий , связанных с рекомбинантными Д НК , достигли четыре фирмы : «Цетус» , «Генентек» , «Генекс» и «Биоген». Старейшая из них — «Цетус» была основана в Беркли (шт . Калифорния ) Д . А . Глазером , Нобелевским лауре атом в области физики , и биохи миком Кейпом . Они ставили перед собой зада чу отобрать наиболее продуктив ные микроорганизмы для промышленного применения. Первоначально были использованы традиционные методы генетической селекции , затем ведущую роль в деятель но сти компании заняли методы генной инженерии . Научную работу к омпании по данной проблематике возглавил гене тик Дж . Ледерберг . В области органической химии фирма «Цетус» сосредоточила усилия на разработке методов превращения этилена и пропилена в окиси и гликоли с использованием иммобилизованных ферментов и кл еток . Созданные фирмой технологии с применени ем биокатали заторов были дешевле , тогда как традиционные процессы на основе металлических катализаторов требовали высо ких температур и давлений . Для пр о мышлен ного пол учения указанных веществ совместно с корпора цией «Стандарт ойл» было запланировано создан ие опыт ного производства . «Цетус» разрабатывает также техноло гию производства высококачественны х смазочных матери алов , получаемых из нефти с помощь ю микроорганизмов и призв анных заменить жир кашалота . Стоимость таких веществ составляет сотни миллионов долларов . Пользуясь методами генной инженерии , компани я разработает осо бые смолы для извлечения остатков нефти из истоща ющихся скважин . Со вместно с « Н эшнл дистеллерс» «Це тус» разработала непрерывный процесс конверсии сахара в этиловый спирт . Для этого отоб ран выведенный иссле дователями фирмы высокопроду ктивный штамм дрожжей . Помимо перечисленных н аправлений фирма «Цетус» зани мается синтезом фармацев т ических веществ , таких , как интерферон , фактор свертывания крови VIII и белки одноклеточных организмов . Фирма располагает очень большой лабораторией , работающей в условиях высокой степени биологической безопасно сти. В 1980 г . пакет акций компании «Цетус» о ценивался в 100 млн . долл . 61% акций прин адлежал фирмам «Стандарт ойл Калифорния» , «Ст андарт ойл Индиана» и «Нэншл дистиллерс» , владельцами 39% акций были основатели «Цетус» и примерно 200 мелких вкладчиков . К тому време ни фирма насчитывала 250 сотруднико в , и з них 35 имели докторскую степень. Компания «Генентек» также находится в Калифорнии , в прибрежной зоне Сан-Франциско . Ее основали Свонсон (президент и главный администратор ) и Бойер (профессор биохимии уни верситета в Сан-Франциско , который стал вице-пр е зидентом ). Первоначальный капитал компании со ставлял 1 млн . долл . К 1980 г . в ней уже работало 70 специалистов , 30 из них со степен ью доктора . По контрактам с компанией рабо тает примерно такое же число консультантов . Внушительные успехи , достигнутые в си н тезе соматостатина , инсулина , гормона рост а челове ка и интерферона , во многом объяс няются успешным сотрудничеством с выдающимися университетскими уче ными и тем , что исслед ователи являются одновременно акционерами компан ии По свидетельству газеты «Уолл-ст рит джорнал» , пер вый день появления на бирже акций компании «Генентек» можно было назва ть одним из наиболее впечатляющих дебютов современного делового мира . Компания выпустила 1 млн . акций стоимостью 20 — 30 долл ., но аж иотаж вокруг них был столь велик , чт о исходная продажная цена составила 35 долл . В октябре 1980 г . были выпущены еще 100 000 акций . Общий капитал компа нии составил 36 млн . долл . Во время бурного первого дня продажи более половины акций были отданы первоначаль ными покупателями по 80 долл . з а акцию ; затем сто имость акций о пустилась до 71 долл . Поскольку компания владеет 7,5 млн . акций , ее капитал оценивали более чем в 500 млн . долл . (по осторожным оценкам , 180 — 300 млн . долл .). Два основателя компании имеют по 1 млн . акций каждый (15%). Наибол ее крупный акци онер , фирма «Лаб-ризол , инк.» (Кливленд ), приобрел а 1,5 млн . акций всего по 10 долл . за штуку (24%). На долю фирмы «Клейнер и Перкинс» приходится почти 1 млн . акций (14%), а «Уил-мингтон секьюритис , инк.» обладает менее чем 500000 ак ци й (6, 2%). Остальные акции распределены между науч ным персоналом и директоратом компании «Генентек». По данным , представленным в пресс-релизах компании в августе 1980 г ., прибыль за пе рвую половину текущего года составила 3,8 млн . долл . по сравнению с 3,4 млн . долл . за тот же период в 1979 г . Большую часть прибыли обеспечили исследовательские контракты с фирмой «Эли Лилли» , шведской компанией «Каби витрум» и француз ской «Хофман— Ла Ро ш» . Контракты предусматривали разработку технолог ии получения коммерческого ин с ули на , гормона роста человека и интерферона соо тветствен но . По заявлению представителей «Гененте к» , во второй половине 1980 г . прибыль от контрактов должна была составить 2,7 млн . долл. В апреле 1982 г . фирма «Корнинг гласе» (шт . Нью-Йорк ) заявила о поку пке в течение двух лет 571 000 акций (по цене 35 долл . за штуку ) фирмы «Генентек» на сумму 20 млн . долл . Эта сумма составляет примерно 6% в сего капитала «Генентек» . Новые вложения посл ужили толчком к созда нию дочерней компании «Гененкор , инк.» , которая с п ециа лизи ровалась на разработке , получении и продаже ферментов , иммобилизованных на инертных носител ях для исполь зования в пищевой промышленност и . «Корнинг гласе» передала новой компании фирму «Энзим дивижн» , приобре тенную у амер иканской фирмы «Ром и Ха а с» в 1981 г. Группа «Корнинг гласе» , связанная со с текольной промышленностью с момента , ее созда ния в конце прошло го века , с 1965 г . начал а специализироваться в области биотехнологии . Ее отделение «Корнинг биосистемз» про изводит ферменты и микроорганизмы , иммобилизованные на стекле или пористой керамике . Продукция фирмы заняла важное место в пищевой и сельскохозяйственной промышленности , особенно в переработке молочной сыво ротки— побочного проду кта сыроварения : В декабре 1981 г . для получен ия из сыворотк и белков и выращи ва ния пекарских дрожжей в США была созда на фирма «Натрисёрч К°» . Для тех же це лей в январе 1982 г . произошло объединение «С пешиалист дайри ингредиент К°» и «Милк ма ркетинг боард» . Фирма «Корнинг гласе» совмест но с французской «Юньон лэтье р Норманд» плани ровала создать объединенный филиал во Франции для промышленной переработки сыворотки. В 1977 г . биохимик Глик и промышленник Джонстон в Роквилле , вблизи г . Бетесда (ш т . Мэриленд ), основали компанию «Генекс» пример но с 30 исследователями . На уч ную деятельнос ть компании возглавил Д . Джексон из Мичига нского университета . Компания специализирова лась на биохимическом получении промежуточных метабол итов . По оценкам , ее актив в 1980 г . превыш ал 10 млн . долл . Чуть больше трети акций принадлежало о с нователям и сотрудника м «Генекс» , остальные две трети— промышленным фирмам , финансирующим де ятельность компании («Инн овен» , созданной совместно фирмами «Монсанто» и «Эмерсон электрик» , 25% акций и «Копперс» 30% акций ). Основатели «Биоген» зарегистрировали св ою компа нию ,в Люксембурге , а штаб-квартиру перенесли в Женеву . Инициатива исходила от Д . Адамса из «Интернэшнл никел К°» , ко торой принадлежат 24% капитала «Биоген» . Инве стиции фармацевтической фирмы «Шеринг-Плау» в «Био г ен» составляют 16%. Среди дру г их пайщ иков— «Монсанто» и «Дженерал метрополитен» . Научную группу в компании составляют в ос новном европейские ученые . Среди них следует упомянуть Вейсманна из Цюрихского университе та , Мюррея из Эдинбургского университета и Хартли из Королевского колледжа в Лондоне . Американ ские ученые представлены Гилб ертом из Гарвардского университета и Шарпом из Массачусетского технологиче ского института . Штат научных сотрудников компании насчитывает 50 человек . Фонды «Биоген» в 1980 г . исчис лялис ь 50 млн . долл . В ок т ябре 1981 г . компания получила дополнительную финансовую подд ержку в 20 млн . долл . от банков и страхов ых компаний , преимущественно ан глийских . Первая продукция «Биоген» появилась в 1983 г .: лейкоцитарный интерферон человека , синтезируе мый бак териями , пол ученными методами генн ой инженерии , был выпущен в Цюрихе фирмой «Шеринг-Плау» . Клинические испытания препарата проводились в Нидерландах . Мюррей успешно к лонировал ген поверхностного антигена вируса гепатита В , что явилось важным этапом в создании вакцины против этой болезн и . Вакцина была проверена на животных . Фир ма «Биоген» договорилась об окончатель ном ее выпуске на рынок с японской фармацевтиче ской компанией «Грин кросс корп.» (Осака ). П роводились также испытания вакцины против ящу ра . «Биоген» , ранее п ри сбыте сво ей продукции полагавшаяся на поддержку солидн ых компаний-производителей , с 1983 г . разрабаты вает другие методы организации этой деятельности. В октябре 1981 г . от компании отпочковала сь дочерняя фирма , «Биоген , инк.» , расположившая ся по соседс тву с Массачусетским техн ологическим институтом . Президен том стал Гилберт , Нобелевский лауреат 1980 г . и профес сор Гарв ардского университета . Он сотрудничал с компа нией «Биоген» с момента ее учреждения в 1978 г ., будучи главой научного совета , а с сере д ины 1979 г . сопредседа телем Сов ета директоров . В конце 1982 г . была создана группа из 17 специалистов ; ее деятельность бы ла связана с различными биохимическими инжене рными процессами , главным образом с разработк ой бактериальных методов получения этанола и других веществ . Проводились также исследования области Н -2 генома мыши , в которой сосре доточены детерминанты основного комплекса гистосовместимости . Соответствующая область генома человека НЬА также явилась предме том изучения специалистов с дальней цель ю получения веществ , влияющих на дифференцировку тканей . Этой группой ученых численностью в 20 человек руководил Флавел , а нглийский специалист в области клонирования г енов , до начала 1982 г . работавший в Националь ном институте медицинских исследований в Ло н доне. Наряду с упомянутыми четырьмя компаниями в Кали форнии , а также в районах Бост она , Бетесды и Нью-Йорка создан целый ряд биотехнологических фирм (см . табл . 2). Кроме того , многие фармацевтические фирмы овладели методами генной инженерии . Исследователь ские программы фирмы «Эли Лилли» связаны с ферментацией , сельским хозяйством и медициной . «Пфицер» и «Хоф-ман— Ла Рош» активно раб отали над созданием интерферона , конкурируя в этом с «Биоген» . Фирма «Апджон» сосредото чила свои усилия на улучшении методов б р оже ния и производства антибиотиков . Одному из специали стов фирмы , Фрейзеру , у далось клонировать ген овальбумина цыпленка в кишечной палочке и получить его экспресс ию в этом микроорганизме . Лаборатории «Г . Д . Сёрл» вели исследования в области генно й ин ж ене рии в исследовательском центре в Хай Уайкоме (Англия ). Исследователи фирмы добились синтеза гемагглютинина вируса гриппа в бактериальных клетках . Компания «Д ю пон де Немур» с 1979 г . проводит исследовате льскую программу , связанную с генетикой , включ ая развитие методов рекомбинантных ДН К . В 1980 г . группа из 10 ученых этой крупней шей химической компании работала над создание м биотехнологических способов получения белков , фармацевтических средств и других органических соединений. Фонды генно-инженерных ко мпаний «Цету с» , «Генен-тек» , «Генекс» и «Биоген» в 1980 г . превышали 400 млн . долл ., что гарантировало ком мерческую и про мышленную значимость проводимых ими работ в глазах вкладчиков . Будущее и успешная деятельность этих фирм зависели от роста числа пате н тов не меньше , чем от разработки крупномасштабных пр оизводств и продвиже ния на рынок собственной продукции . Конкуренция меж ду фирмами в э той сфере стала еще более жесткой особенн о после того , как рекомендации Национальных институтов здоровья , относящиес я к безопасности генно-инженерных исследований , смягчил ись [2]. Компании СССР В СССР широкое развитие исследований в различ ных сферах биологии относится к началу 1960-х гг ., когд а был создан ряд институтов : Институт моле кулярной био логии ; Институт биоорган ической химии им . М . Шемякина (1959); Центр биологических иссл едований АН СССР в Пущино-на-Оке (расположенный в 100 км к югу от Москвы ); новые институты на Ура ле , в Сибири ; институ ты Академий наук союз ных республик ; институты фили алов АН СССР в Казани , М ахачкале и Мурманске . Все они сыграли важную роль в усилении н аучно-исследовательской активности [44]. По инициативе АН СССР соз дана микробиологическая промышленность , про изводящая белки одноклеточных организмов , витамины и другие вещества. После Постанов ления от 21 мая 1974 г . привлечение больших финансовых и людских ресурсов обес печило развитие биологии и молекулярной генет ики , а также их приложений в сельском хозяйстве , медицине и промыш ленности . Исследования , осуществляемые методами ген ной инженерии, в основном были сосредоточены на производстве гормонов (инсулина ), интерферона и моноклональных антител . Важность дальнейшего развития био технологии была подчеркнута в Генеральном плане эконо мического и социального развития СССР на 1981 — 1985 гг . и до 19 90 г ., который был принят на XXVI съезде КПСС . В июле 1981 г . ЦК КПСС и Совет Министров СС СР возложили на Академию наук СССР , Госуда рственный комитет СССР по науке и технике , Госплан и правитель ства союзных республик задания , связанные с применени ем биот е хнологии в сельском хозяйстве , промышленности и медицине . Развитие фундаментальных исследований поручено АН СССР и заинтересованным мини стерствам . В Институте физиологии растений АН СС СР им . К . А . Тимирязева и на предприяти ях Главмикробиопрома СССР для ув еличения производства биологически актив ных веществ использовали культуры клеток женьшеня и други х лекарственных растений . Методы культивирования растительных клеток применяли также для улучшения свойств сельскохозяйственных растений [2]. Западная Европа В Западной Европе в 1981 г . насчитывалось около 200 научных коллективов , занятых в 1000 с лишним генно-ин женерных проектах . Деятельность 170 компаний в о сновном или частично связана с биотехнологией . Однако только 20 фирм использовали в своей деятельности н аибо лее современные методы , такие , как генная инженерия , иммобилизо ванные ферменты и культуры клеток. В ФРГ имеются старые традиции , связанн ые с фермен тационными процессами : производством вина , пива , ацетоно-бутаноловым брожением . Важн ые мероприятия пра вительства в начале 1970-х гг . послужили решающим толчком к раз витию биотехнологии . Биотехнологическая Программа , сформулированная в 1974 г . и действующая по сей день , посвящена удовлетворению пищевых потребно стей , решению проблем очистки окружающей сред ы , улучшению медицинской диагно стики и терапии . Кроме того , в программу входят разработка новых источников сырья , у величение объема прикладных исследований и ра звитие методов , связанных с биотехнологией. Общество по изучению биотехнологии , основ анное в сере дине 1960-х гг . фондом кон церна «Фольксваген» и впоследствии поддержанное правительством , представляет собой национальный институт , где в основном проводятся фунда ментальные исследования . Одновременно сотрудни ки этого заведения занимаются и прикладными р а зработ ками , которые призваны способс твовать сближению науки и промышленности . Инс титут расположен в Брауншвейге , вблизи Ганнов ера ; к концу 1980 г . в нем работали 79 ученых , 101 технический сотрудник и 23 специалиста с докторской степенью . Деятельность ин с титута связана преимущественно с генной инжен ерией и биореакторами . Исследования микробного разложения целлюлозы и работы по получению метана проводятся в Иссле довательском центр е «Юлих» неподалеку от Центра атом ных ис следований. В 1974 — 1981 гг . в биотех нологическую программу ФРГ вложено 267 млн . марок , что в десять раз превышает инвестиции в Англии и во Франции . Государственные субсидии , с оставлявшие в 1982 г . 65,9 млн . марок , в последующи е годы были значительно увеличены . Основ ное внимание по-прежнему сосредоточено на микробиоло гических исследованиях , в которые вл ожено 40% всех средств . В первую очередь это относится к работам по совершенствованию техники культивирования , созданию коллекции шта ммов и к генной инженерии .[2]. В Великобритании в конце 196 0-х гг . в исследования по ферментной технологии было вложено 500 000 ф.ст , что позволило разработать ряд промышленных процессов с иммобилизованны ми ферментами . Наибольшую важность из них имели получение фруктозы и деацилирование бен зилпенициллина . Посколь к у для фермент ативных реак ций помимо самих ферментов необх одимы кофакторы , предпочтительно иммобилизировать целые клетки . По мнению ученых университетс кого колледжа в Лондоне , биотехнологическая п ромышленность должна ориентиро ваться на выпуск продукции , о бладающей высокой приба во чной стоимостью , цены на которую мало подв ержены рыночным колебаниям (тогда как промышл енная перегон ка сахара в спирт зависит о т рыночных цен на сахар , а получение б елка одноклеточных организмов определяется ценам и на конкурирую щ ую с ним сою ). Работы по генной инженерии , в основном по клонированию генов , проводятся Национальн ым институтом меди цинских исследований в Мил л-Хилле , вблизи Лондона , и в ряде других лабораторий Медицинского исследовательско го совет а , например в Хиллз-Ро уде (Кембридж ). Уче ные в Милл-Хилле исследуют Н -2 область гено ма мыши , кото рая кодирует антигены , определяющ ие совместимость тканей , а также глобиновые гены [2]. Международное сот рудничество Международное и региональное сотрудничество иг рает важную рол ь в определении нужного направления раз вития биотехнологии , обеспечивая выбор технологий , наиболее пригодных для социальных и экон омических условий менее привилегированных стран . Производство биогаза , биоэнергии , дешевых и надежных вакцин— вот области , где мо ж но в короткий срок получить верную выгоду и которые будут служить развитию высококаче ственных исследований . Кроме того , в этих областях возможно широкое распространен ие исследований и тех нологий , развитие которы х в настоящее время ограничено всего неск о л ькими странами. Примером региональной кооперации в биотех нологии может служить Центрально-Американский инс титут про мышленных исследований ( ICAITI ). Этот институт , распо ложе нный в столице Гватемалы , был создан в 1955 г . для содействия промышленному развит ию региона , который в состоянии обеспечить самостоятельное развитие биопромышленности : сельск охозяйственная промышленность производит большие количества побочных продуктов и отходов , имею тся площади , доступные для интенсивного сельс кого хозяйства , климати ч еские условия благоприят ствуют такой интенсификации . Исследова ния и разработ ки по биологической инженерии начались в ICAITI в 1970 г .; был создан биотехнологический отдел , объединив ший инженеров-химиков , микробиолого в и биохимиков . Отдел является штаб-к в артирой Международного центра по исследованию микробных ресурсов ( MIRCEN ) этого региона , субсидируемого ЮНЕСКО. Исследовательские проекты института посвящен ы двум основным видам сельскохозяйственной пр омышленности региона : переработке кофейных зерен и пол учению сахара и его произво дных . В 1981 г . в Центральной Америке производ илось 10,6% от общего тоннажа кофе в мире и 2,1% сахара ; эти два товара являются важней шими видами сельскохозяйственного экспорта. При влажной переработке кофе-бобов липкая оболочка б обов удаляется в процессе естественного брожения в твердой среде в аэробных или анаэробных условиях пектиновыми ферментами самих плодов или микрофлоры , р астущей на плодах . Делались попытки использов ать мякоть кофейных бобов , слизь , окружа ющую их зерна , с о ки и сточные воды от различных процессов переработки кофе для производства биогаза и биомассы . В лаборатории и на опытной промышленной уста новке проводились опыты с культурами филамент озных грибов [2]. В лаборатории разработан процесс непрерыв ного про изво дства спирта из соков тр опических фруктов и после дующего полунепрерывног о производства уксусной кисло ты ; затем этот процесс был перенесен в промышленные услов ия . При помощи дрожжевых ферментов , иммобили зо ванных на полиуретановой губке , осуществлено про и з водство фруктозных сиропов из сахарного тростника . Стремясь обеспечить перенос технологий из развитых стран в развивающиеся , ООН запла нировала создание Международного центра генной инженерии и биотехноло гии [2]. На совещании в Вене в феврале 1981 г . по д эгидой Организации промышленного развития ООН ( UNIDO ) группа экспертов по генной инженерии рекомендовала создать комиссию для изучения мнения государств-членов и специалистов относительно организации тако го центра , а также его роли и функций. Комиссия пр ишла к заключению , что такой центр должен служить интересам как развитых , так и развива ющихся стран , кото рые могут внести весомый вклад в развитие генной инженерии и биотехнологии для пов ыше ния благосостояния населения . Кроме того , п роведение исследоват е льских работ и внедрение их результатов будут служить п ревосходной школой для ученых , присланных в центр развивающимися странами . Комиссия эксперт ов рекомендовала и области исследований , вклю чая добычу нефти из истощающихся скважин , использо вание энерги и биомассы , усоверш енствование методов ферментации , разработку более эффективных вакцин для человека и домашн их животных , выделение или синтез лекарств против тропических болезней , селекцию сортов растений с полезными сельскохозяйственными сво йствами и пер е нос генов азот фиксации в растения . Центр должен состоять из пяти отделов : трех исследовательских (мол е кулярной биологии и биохимии ; микробиологии и молеку лярной генетики ; биотехнологии ), отдела биоинформатики и отдела общих услуг. Затем структуру центра обсудили дел егаты из развива ющихся стран . Они пришли к выводу , что помимо распространения адекватн ых технологий центр должен играть важную роль в качестве базы для обучения специал истов . Его задачей должно также быть решен ие проблем , общих для менее раз в итых стран . При центре необходимо созд ать координационную и информационную сеть. По данным UNIDO , этот проект встретил теплый прием в развивающихся странах . Вместе с тем ряд руководителей исследовательских работ в этих странах указали , что , прежде чем прин имать решение о строитель стве такого центра , ООН должна укрепить национальные инфр аструктуры , особенно в области образования [2]. Нужно также отметить , что на протяжени и многих лет программы ФАО , ВОЗ и ЮНЕС КО содействовали разви тию и расширению между наро дного сотрудничества в прикладной мик робиологии и технологии. Так , в 1962 г . ЮНЕСКО субсидировал о создание Меж дународной организации исследовани я клетки ( ICRO ), а в 1972 г . совместно с этой организацией и Программой окружающей среды ООН ( UNEP ) основало ме ждународ ную программу , призванную охранять генетическое богат ство микробных ресурсов и сделать их доступными для развивающихся стран . В 1975 г . начала создаваться сеть международных центров по исследованию микробных ресурсов ( MIRCEN ) со следующими целями : интеграция и сотрудничество между лабораториями , ответственными за управление ; распределение и использование микробных ресурсов ; сохранение микроорганизмов ; разработка новых видов местной и недорогой технологии ; прило жение микробиологии в сель ских райо н ах ; обучение персонала и распространение информации , связанной с общей и прикладно й микробио логией. Первым шагом на пути к развитию с ети MIRCEN было создание в Брисбене (Австралия ) Международного центра данных о микроорганизмах , который обладает огромной коллекцией мик робных штаммов и мировым указателем коллекций культур микроорганизмов . В системе MIRCEN имеются и др угие центры : в Бангкоке— для Юго-Восточной Ази и , в Найроби— для Африки , в Порто-Алегро (Бр азилия ) — для Южной Америки , в Гватемале— для Центрально й Америки , в Каире— для арабских стран . М 1КСЕМ на Гавайях посвятил свою работу главным образом азот фиксаци и у тропических бобовых , а центр в Сто кгольме специализируется на разработке медицинск их диагностических наборов. ЮНЕСКО также помогает государствам-ч л енам в фор мулировании исследовательской политики и в создании проектов по прикладной микробиологии и биотехнологии , в которых осно вное внимание сосредоточено на обучении специ алистов и повышении уровня компетентности , не об ходимого для выбора наиболее а д екватной технологии. Заключение В заключение хо чу сказать , что широкое использование микроор ганизмов не может не порождать новых взаи моотношений с живой природой , что вполне е стественно ведет к желанию осмыс лить сами эти взаимоотношения и соотнести их со сложившимися представлениями , с одной с тороны , о роли живой природы в жизне деяте льности человека , а с другой — о роли человека в биотиче ском круговороте биосферы . Имеющийся пока не слишком богатый опыт развития биотехноло гии все-таки содержит в себе м н ого непривычного и вмес те с тем многообещающего для возможной оп тимизации человеческой жиз недеятельности . А остро вставшая перед Homo sapiens проблема самосохранения вынуждает его к лихор адочным поискам возмож ных вариантов стратегии своей жизнедеятельнос ти . Этому привлечению природы , причем именно мира микроорганизмов , и положила начало новая биотехнология . Можно , видимо , сказать , что биотехнология в совокупности с другими научными направле ниями открывает новую эру взаимодействия чело века с ок ружающей с редой и особенно с живым веществом биосферы. «Явившись прямым результатом научных р азработок , биотех нология оказывается непосредственны м единением науки и про изводства , еще одн ой ступенькой к единству познания и дейст вования , еще одним шагом , приближающ им человека к преодолению внешней и к постиж ению внутренней целесообразности» .[3] И все-таки только небольшим шагом . Пос кольку , как метко заметил Б . Шоу , наука всегда ошибается . Она никогда не разре шает какой-то проблемы , не создав еще десять новых . Оцени вая с этой позиции биотехн ологию и весь комплекс наук , ее порож дающ их и обеспечивающих , можно видеть , что и здесь вряд ли мы сможем достичь желанн ой цели : биотехнология и экологизированная тр адиционная промышленность слишком отягощены бре м енем предшеств у ющего . Она сама ока зывается всего лишь круп ной индустрией , соеди нением технических и биологических элемен тов и , естественно , наследует отрицательные свойств а уже суще ствующего индустриально-промышленного к омплекса . Их действи тельное преодоление и реш е н ие проблемы человека предполагают выход человечества на новые , более соверш енные ступени социокультурного развития , основанн ого на новых способах познания и действов ания. Поэтому весьма существенное значение прио бретает проблема выбора стратегии взаимодейс твия человека и природы : или это с амонадеянное управление природой или же созна тельное и целенаправленное приспособление всей жизнедеятель ной деятельности , к существующему биотическому круговороту биосферы [3]. В результате интенсивного развития методо в г енетической инженерии получены клоны множества генов рибосомальной , транспортной и 5 S РНК , г истонов , глобина мыши , кролика , человека , коллаг ена , овальбумина , инсулина человека и др . п ептидных гормонов , интерферона человека и про чее . Это позволило создават ь штаммы ба ктерий , производящих многие биологически активные вещества , используемые в медицине , сельском хозяйстве и микробиологической промышленности . На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности , названн ая «индустрие й ДНК» . Это одна из с овременных ветвей биотехнологии . Для лечебного применения допущен инсулин человека (хумулин ), полученный посредством рек ДНК . Кроме того , на основе многочисленных мутантов по отдельным генам , получаемых при их изучении , созданы высокоэ ффективные тест-системы для выявления генетической активност и факторов среды , в том числе для выяв ления канцерогенных соединений. Список терминов Генетическая инжен ерия - это раздел молекулярной генетики , связан ный с целенаправленным созданием новых комбин аций генетического материала ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота ) – мо лекула наследственности , которая содержит весь набор генов организма Ген — материальный носитель наследственной информации Геном – совокупность генов , содержащихся в одинарном наборе хр омосом данной растительной или животной клетки Нуклеотиды - азотистые основания : аденин , ти мин , гуанин и цитозин Штамм – термин для обозначения серии культуры микробов. Эукариоты – все организмы , клетки кот орых содержат ядро , отделенное оболочкой от цитоп лазмы Прокариоты – организмы , лишенные оформле нного ядра (вирусы , бактерии , сине-зеленые водор осли ) Клонирование – получение генетически иде нтичных особей из одной клетки Трансдукция - перенос ге нов из одной к летки в другую с помощью вирусов Синтез – со единение различных эл ементов объекта в единое целое (систему ) Трансляция – синтез белка на робосом ах Плазмиды - небольшие частицы с фрагментами ДНК Рекомбинация - это любой процесс , способный привести к возникновению клеток или орга низмов с двумя или боле е наследственн ыми детерми нантами , по которым их родители различались между собой и которые соединен ы новым способом Биосфера – область распространения жизни на Земле . Включает нижнюю часть атмосферы , гидросферу и литосферу , населенные живыми организмами Б иоэнергетика - совокупная энергетика биологического круговорота биосферы Земли Биологизация - радикальное преобразование прои зводственной деятельности на основе биологически х законов биотического круговорота биосферы Экологизация - начальный этап биологиза ции Список литературы 1. Карпенков С.Х . Концепции современн ого естествознания . М .: Юнити , 1997. 2. Сассон А . Биотехнология : свершения и надежды . М .: Мир , 1987 3. Карпинская Р. С . Биология в познании человека . М .: Наука , 1989 4. Алиханян С.И . Общая ге нетика . М .: Высшая школа , 1985 5. «Наука и жизнь» , № 9/2000 6. «Наука и жизнь» , № 3/1999 7. Дубнищева Т . Я . Концепции современного естествознания . Нов осибирск : ЮКЗА ,1997
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
- Давай не видеть мелкого в зеркальном отражении!
- Вася, да не комплексуй ты! И, вообще, надень трусы!
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по биологии "Достижения генной инженерии и биотехнологии", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru