Клонирование и генетика

Содержание

Введение           3
1. Генная инженерия. Генная инженерия и растения.    4
2. Первые опыты клонирования. Клонирование животных.  9
3. Проблема клонирования человека и его органов.    16
Заключение          23
Список литературы         25

Введение

В перовой половине 1997 года на страницах газет и журналов всего мира появилась фотография симпатичной овечки по кличке Долли. Это милое существо преподносилось как очередная сенсация, своеобразная биологическая бомба, подложенная учеными под моральные и религиозные устои современной цивилизации. Клонированное животное! Точная генетическая копия своей матери! В перспективе уникальная возможность копировать людей! Скоро производство гениев будет поставлено на поток! В XXI веке каждый сможет заказать себе брата-близнеца! Ученые опять вмешиваются в Божий промысел! Католическая церковь против! Генеральная ассамблея Всемирной Организации Здравоохранения считает клонирование людских индивидов этически неприемлемым. Президент Б.Клинтон запрещает использовать государственные средства для финансирования работ по клонированию человека!
Почему же такие полярные оценки, как можно одно явление оценивать как рог изобилия, панацею от множества бед и, в тоже время, считать это бомбой замедленного действия, под угрозой которой сам род человеческий. В данной работе мы рассмотрим важнейшие достижения науки в области генной инженерии и клонировании. Данные области человеческого знания многими расцениваются как прорыв человека в будущее, многие говорят, что от этого изменится развитие человеческой цивилизации, но в какую сторону - под большим вопросом!
Актуальность работы, таким образом, определяется той важной ролью, которую играет генная инженерия в современной науке. Важность и актуальность указанной проблемы позволяет сформулировать тему моей работы: «Генная инженерия и клонирование».

1. Генная инженерия. Генная инженерия и растения.

Генетическую инженерию нельзя назвать новой наукой - это просто основанный на достижениях клеточной и молекулярной биологии новый метод в арсенале ученых. Он не только помогает создавать новые сорта растений, но и служит инструментом фундаментальных исследований. Их результаты впоследствии используются в опытах по коммерческой трансформации (генетической модификации) растений. Важным направлением генетической инженерии остается разработка более эффективных способов трансформации.
Ставшая символом наших дней, генетическая инженерия позволяет расширить разнообразие свойств растений, составляющих «палитру» селекционеров. Сегодня уже более 120 видов (от плодово-ягодных и злаковых до декоративных и древесных) модифицированы методами молекулярной селекции. В отличие от обычной селекции, сложившейся исторически как технология эмпирическая, делающая ставку на счастливое (и в значительной мере случайное)сочетание признаков родительских форм в потомстве, молекулярная селекция позволяет вводить конкретный ген, ответственный за тот или иной признак, в растение конкретного генотипа, что резко повышает качество и эффективность работы. Впрочем, серьезные ученые, занимающиеся молекулярной селекцией, признают, что генетическая инженерия не заменяет традиционную селекцию - она лишь важный этап селекционной работы (12, с. 66).
Итак, генетическая инженерия сегодня - самое бурно развивающееся направление не только биотехнологии, но, пожалуй, и всего научно-технологического комплекса (по темпам развития с ним могут сравниться разве что компьютерные технологии). Кроме того, она вызывает ожесточенные споры: сторонники (прежде всего создатели новых форм растений) говорят о второй «зеленой революции», которая решит все наболевшие проблемы сельского хозяйства, а противники (преимущественно радикальные «зеленые» организации) усматривают в ГМО не только гипотетические риски в будущем, но и угрозу, якобы уже сегодня нависшую над человеком и природой.
Между тем, перенос генов от одних организмов к другим не просто сулит заманчивые перспективы. Растения, устойчивые к болезням, вредителям, гербицидам уже вышли на поля многих стран. Не секрет, что сегодня основной предмет научных и околонаучных дебатов - именно эти формы, «стойкие» к различным вредителям или гербицидам. В 2000 г. этими культурами в мире было засеяно более 40 млн. га (без учета Китая, по которому нет достоверных данных), т. е. 10% всех площадей, пригодных для земледелия. Понятно, что при таких масштабах экспансии новых сортов в спорах о них наряду с научной есть и экономическая подоплека: идет борьба за рынки, в конечном итоге - за выбор пути развития сельского хозяйства. Так, на полях России пока нет ни одного «трансгенного» сорта (13, с. 20).
Развитие биотехнологии в целом и генетической инженерии, в частности, основано на нескольких важнейших открытиях. В 1944 г. группе ученых под руководством О.Т. Эвери удалось ввести в клетки бактерий чужеродную ДНК и доказать, что она переносит наследственную информацию. В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон выяснили, как биологическая функция ДНК (воспроизводство, копирование и передача наследственной информации) обусловлена ее структурой. В 1972 г. П. Берг получил рекомбинантную (искусственно собранную) молекулу ДНК. А уже в начале 1980-х годов в нескольких лабораториях одновременно создали генетически модифицированные (их еще называют трансгенными) растения (12, с. 67).
Изучая почвенную бактерию Agrobacterium tumefaciens, образующую на стволах деревьев и кустарников характерные наросты (корончатые галлы), ученые выяснили, что в процессе эволюции бактерия выработала сложный и изощренный способ паразитировать на растениях. В определенных условиях (например, при наличии ранки на растении) бактерия переносит фрагмент собственной ДНК (получивший название Т-ДНК, от англ. transferred - переносимая) в ядро растительной клетки, где он встраивается в хромосому. Механизм растения, отвечающий за «считывание» собственной ДНК и синтез белка, воспринимает ДНК бактерии как свою собственную и «считывает» ее вместе с обычными растительными генами (этот процесс называется транскрипцией). В Т-ДНК есть две группы генов: первая отвечает за синтез обычных растительных гормонов (ауксинов и цитокининов), вторая - питательных веществ для бактерии (опинов). Усиленная экспрессия (выработка) растительных гормонов в месте поражения, кодируемая первой группой, приводит к образованию опухолей (наростов), поэтому эту группу генов часто называют онкогенами. Образующиеся наросты - экологическая ниша агробактерии, иными словами, паразитируя на молекулярном уровне, агробактерия вынуждает растение вырабатывать опины.
Этот способ паразитировать уникален. Типичный представитель прокариот, агробактерия переносит в растения участок ДНК, который по своим характеристикам оказывается характерным для эукариот (все высшие растения - эукариоты), потому-то растение и не отторгает его. Остается загадкой, как в процессе эволюции бактерии удалось «обзавестись» таким же, как у высших организмов, участком ДНК. Впрочем, и сам механизм трансформации растения, т. е. переноса Т-ДНК в растительную клетку, ее попадания в ядро и внедрения в хромосому, еще до конца не изучен. Зато в деталях известно, как происходит первый («бактериальный») этап трансформации. Т-ДНК находится в бактерии в составе кольцевой ДНК, называемой плазмидой (характерный для бактерий внехромосомный генетический элемент, выполняющий вспомогательные функции, например, перенос генетической информации между клетками). При поражении растения агробактерией в его геном переносится участок ДНК (та самая Т-ДНК) плазмиды, получившей название Ti (от англ. Tumor inducing - опухолеобразующая). Для переноса важны только концевые участки Т-ДНК, а инициируют его гены, находящиеся вне Т-ДНК. Получается, что ни онкогены, ни гены синтеза опинов не влияют на трансформацию (12, с. 68).
Это открытие оказалось очень важным для генетической инженерии растений. Собственно, ее история и началась с момента, когда ученые научились заменять онкогены и гены синтеза опинов в Т-ДНК генами, которые необходимо ввести в растение. В таких растениях корончатых галлов уже не было, не вырабатывались в них и опины. «Обманутая» бактерия, внедряя свою ДНК в хромосому растения, в свою очередь, «обманывает» его геном, вынуждая исправно синтезировать необходимые человеку продукты.
Основанный на целенаправленном переносе генов агробактериями, метод генетической инженерии придал мощный импульс развитию фундаментальной и прикладной биологии и биотехнологии. Первыми трансформированными видами стали растения семейства пасленовых - табак и картофель. Дело в том, что пасленовые сравнительно легко модифицировались с использованием различных штаммов (видов) агробактерий. Со временем выяснилось, что так удается трансформировать большинство представителей класса двудольных.
Природный процесс имитируют так. Нарезают стебли или листья молодых побегов и наносят на них суспензию агробактерий. Повреждение тканей растения в нарезаемых кусочках (эксплантатах)облегчает перенос Т-ДНК из бактерии - ее рецепторы воспринимают выделяемые в разрезах фенольные соединения как «сигнал к атаке ». Далее процесс полностью зависит от агробактерий с ее отработанными за тысячелетия навыками «генного инженера ». Исследователь априори не знает, какая клетка эксплантата трансформируется, сколько копий Т-ДНК встроится в геном и в какие хромосомы, и не в силах это контролировать, но, одновременно модифицируя множество эксплантатов, впоследствии отбирает те регенерировавшие растения, что представляют для него интерес. Собственно, эта работа сродни труду селекционера, который после скрещивания из множества вариантов отбирает нужный. Как в обычной селекции есть маркеры (признаки), по которым ведется отбор, так и в генетической инженерии есть набор генов-маркеров, по экспрессии которых определяются факт трансформации, эффективность «работы» введенных генов в определенных клетках и тканях, а с недавних пор - даже их положение в определенной хромосоме (5, с. 19).
Специалисты выделяют три «волны» в создании новых форм растений. Первая - создание растений с новыми свойствами устойчивости к вирусам, паразитам или гербицидам. На гребне этой «волны» (в конце 1980-х годов) получены генетически модифицированные сорта основных сельскохозяйственных культур с ключевыми признаками устойчивости. В растениях «первой волны» устойчивость обеспечивалась экспрессией всего одного гена, т. е. синтезом одного дополнительного белка. Относительно быстрый успех в создании растений «первой волны» во многом объясняется именно этим, а также тем, что «полезные » гены «брали » либо у вирусов растений (ген белковой оболочки вируса, обеспечивающий устойчивость к данному вирусу), либо у почвенных бактерий (устойчивость к насекомым, гербицидам), иными словами, в хорошо изученных биологических объектах.
Ныне мы, похоже, вблизи от гребня «второй волны», которая принесет нам растения с новыми потребительскими свойствами. Прежде всего, это масличные культуры с повышенным содержанием и измененным составом масел, а также фрукты и овощи, содержащие больше витаминов, более питательные зерновые и т. д. Один из примеров недавних достижений - «золотой рис». Ученым из Технологического института в Цюрихе (Швейцария) удалось ввести в геном риса гены, ответственные за синтез бета-каротина (провитамина А), и гены, способствующие росту содержания железа в зернах. Появилась надежда преодолеть дефицит железа и витамина А в рационе многих миллионов страдающих анемией людей (прежде всего - в Азии), для которых рис - основная или даже единственная пища.
Наконец, уже сегодня в ведущих лабораториях мира создают растения «третьей волны», которые в ближайшие 10 лет появятся на рынке. Исследования идут в нескольких основных направлениях: растения-вакцины, растения-фабрики лекарств, растения-биореакторы для производства промышленных продуктов (различных видов пластика, красителей, технических масел и присадок к ним, например, для двигателей внутреннего сгорания и т. д.).

2. Первые опыты клонирования. Клонирование животных.

Термин "клон" происходит от греческого слова "klon", что означает - веточка, побег, черенок, и имеет отношение прежде всего к вегетативному размножению. Клонирование растений черенками, почками или клубнями в сельском хозяйстве, в частности в садоводстве, известно уже более 4-х тыс. лет. Начиная с 70-х годов нашего столетия для клонирования растений стали широко использовать небольшие группы и даже отдельные соматические (неполовые) клетки. Дело в том, что у растений (в отличие от животных) по мере их роста в ходе клеточной специализации - дифференцировки - клетки не теряют так называемых тотипотентных свойств, т.е. не теряют своей способности реализовывать всю генетическую информацию, заложенную в ядре. Поэтому практически любая растительная клетка, сохранившая в процессе дифференцировки свое ядро, может дать начало новому организму. Эта особенность растительных клеток лежит в основе многих методов генетики и селекции (14, с. 29).
При вегетативном размножении и при клонировании гены не распределяются по потомкам, как в случае полового размножения, а сохраняются в полном составе в течение многих поколений. Все организмы, входящие в состав определенного клона, имеют одинаковый набор генов и фенотипически не различаются между собой.
Клетки животных, дифференцируясь, лишаются тотипотентности, и в этом - одно из существенных их отличий от клеток растений. Как будет показано ниже, именно здесь - главное препятствие для клонирования взрослых позвоночных животных.
Возможность клонирования эмбрионов позвоночных впервые была показана в начале 50-х годов в опытах на амфибиях. Американские исследователи Бриггс и Кинг разработали микрохирургический метод пересадки ядер эмбриональных клеток с помощью тонкой стеклянной пипетки в лишенные ядра (энуклеированные) яйцеклетки. Они установили, что если брать ядра из клеток зародыша на ранней стадии его развития - бластуле, то примерно в 80% случаев зародыш благополучно развивается дальше и превращается в нормального головастика. Если же развитие зародыша, донора ядра, продвинулось на следующую стадию - гаструлу, то лишь менее чем в 20% случаев оперированные яйцеклетки развивались нормально. Эти результаты позже были подтверждены и в других работах (7).
Большой вклад в эту область внес английский биолог Гёрдон. Он первым в опытах с южноафриканскими жабами Xenopus laevis в качестве донора ядер использовал не зародышевые клетки, а уже вполне специализировавшиеся клетки эпителия кишечника плавающего головастика. Ядра яйцеклеток-реципиентов он не удалял хирургическим путем, а разрушал ультрафиолетовыми лучами. В большинстве случаев реконструированные яйцеклетки не развивались, но примерно десятая часть из них образовывала эмбрионы. 6,5% из этих эмбрионов достигали стадии бластулы, 2,5% - стадии головастика и только 1% развился в половозрелых особей (рис.1). Однако появление нескольких взрослых особей в таких условиях могло быть связано с тем, что среди клеток эпителия кишечника развивающегося головастика довольно длительное время присутствуют первичные половые клетки, ядра которых могли быть использованы для пересадки. В последующих работах как сам автор, так и многие другие исследователи не смогли подтвердить данные этих первых опытов (10, с. 8).
Позже Гёрдон модифицировал эксперимент. Поскольку большинство реконструированных яйцеклеток (с ядром клетки кишечного эпителия) погибают до завершения стадии гаструлы, он попробовал извлечь из них ядра на стадии бластулы и снова пересадить их в новые энуклеированные яйцеклетки (такая процедура называется "серийной пересадкой" в отличие от "первичной пересадки"). Число зародышей с нормальным развитием после этого увеличилось, и они развивались до более поздних стадий по сравнению с зародышами, полученными в результате первичной пересадки ядер.
Таким образом, было показано, что в случае амфибий донорами ядер могут быть лишь зародыши на ранних стадиях развития. Некоторые авторы называют подобные эксперименты клонированием амфибий, хотя правильнее называть их клонированием эмбрионов амфибий, так как в этом случае мы размножаем бесполым путем не взрослых животных, а зародышей.
Дифференцировка клеток в ходе развития позвоночных сопровождается инактивацией неработающих генов. Поэтому клетки теряют тотипотентность, дифференцировка становится необратимой. В конце концов у одних клеток происходит полное репрессирование генома, у других - в той или иной степени деградирует ДНК, а в некоторых случаях разрушается даже ядро. Однако наряду с дифференцированными клетками культивируемые in vitro клеточные популяции содержат малодифференцированные стволовые клетки, которые и могут быть использованы как доноры ядер для клонирования млекопитающих.

Страниц: 1 2
Комментарии к записи "Клонирование и генетика"
Оставить комментарий
  1. Уважаемый Вадим,

    понравилась Ваша статья. Для съемок научного документального фильма о клонировании мамонтов, над которым усиленно работают российские ученые и их иностранные коллеги в последние годы, мы ищем ярых противников клонирования для записи интервью с ними. В Москве съемка 19го и 20го апреля 2015г. Если есть на примете люди, прошу связаться с нашим продюсером. Моб.: +79161007581 или оставить заявку на почте: ArktikaFilms@yandex.ru

Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Архив сайта
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

magref@inbox.ru

+7(951)457-46-96

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!