Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
red79;;Оглавление:
Глава 1. Генетика
Глава 2. Генная инженерия
2.2 Методы генной инженерии……………………………………стр.14
.3 Генно-модифицированные продукты……………………....стр.17
Список литературы……………………...……………………………стр.23
Введение
В своей работе я хочу рассмотреть само понятие генетики. Дать определение генной инженерии и рассмотреть её методы. Обратить внимание социально-этические проблемы генной инженерии человека.
Зарождение генетики связано с именем Грегора Менделя, монаха августинского монастыря, жившего в австрийском городе Брюнне. Его главное научное достижение состоит в доказательстве того, что наследственность является дискретной. Это означает, что наследственное вещество состоит из неделимых единиц –атомов наследственности, которые Мендель называл факторами. Впоследствии менделевские факторы наследственности получили название генов.
До Менделя в биологии господствовала теория слитной наследственности. Согласно этой теории наследственный материал представлялся чем-то вроде жидкости. Обычно наследственность связывалась с кровью, отсюда и термины «чистокровный», «полукровный». Считалось, что, переходя от родителей к потомкам, наследственное вещество проявляет свойства жидкости: при скрещиваниях смешивается в любых соотношениях и, смешиваясь, в дальнейшем не может разделиться на исходные «чистые» варианты.2
Работы Грегора Менделя и его последователей начала XX в. Заложили фундамент, на котором выстроилась генетика –наука о наследственной изменчивости.
Основные понятия генетики:
Признак —любая особенность строения, любое свойство организма. Развитие признака зависит как от присутствия других генов, так и от условий среды, формирование признаков происходит в ходе индивидуального развития особей. Поэтому каждая отдельно взятая особь обладает набором признаков, характерных только для нее.
Фенотип —совокупность всех внешних и внутренних признаков организма.
Ген —функционально неделимая единица генетического материала, участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомной РНК. В широком смысле ген —участок ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака.
Генотип —совокупность генов организма.
Локус —местоположение гена в хромосоме.
Аллельные гены —гены, расположенные в идентичных локусах гомологичных хромосом.
Гомозигота —организм, имеющий аллельные гены одной молекулярной формы.
Гетерозигота —организм, имеющий аллельные гены разной молекулярной формы; в этом случае один из генов является доминантным, другой —рецессивным.
Рецессивный ген —аллель, определяющий развитие признака только в гомозиготном состоянии; такой признак будет называться рецессивным.
Доминантный ген —аллель, определяющий развитие признака не только в гомозиготном, но и в гетерозиготном состоянии; такой признак будет называться доминантным.
Генетика
Гене́тика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости. В зависимости от объекта исследования классифицируют генетику растений, животных, микроорганизмов, человека и другие; в зависимости от используемых методов других дисциплин —молекулярную генетику, экологическую генетику и другие. Идеи и методы генетики играют важную роль в медицине, сельском хозяйстве, микробиологической промышленности, а также в генетической инженерии.3
Задачами генетики являются:
Таким образом, генетика изучает два фундаментальных свойства живых систем - наследственность и изменчивость.
Под термином ИЗМЕНЧИВОСТЬ понимают свойство, противоположное наследственности; оно заключается в способности организмов изменяться под действием наследственных и ненаследственных факторов.
НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ, свойство (способность) живых организмов повторять в ряду поколений внешний облик, тип обмена веществ, особенности развития и другие признаки, характерные для каждого биологического вида. Наряду с термином НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ в генетике применяют термины НАСЛЕДОВАНИЕ и НАСЛЕДУЕМОСТЬ. Под термином НАСЛЕДОВАНИЕ понимают процесс передачи наследственной информации от одного поколения другому. Термином НАСЛЕДУЕМОСТЬ обозначают долю генетической изменчивости в общей фенотипической изменчивости признака в конкретной популяции. 4
Наследственная информация определяет четкий план онтогенеза, в процессе которого развиваются и формируются специфические для данной особи свойства и признаки.
Основным является гибридологический метод —система скрещиваний, позволяющая проследить закономерности наследования признаков в ряду поколений. Впервые разработан и использован Г. Менделем. Отличительные особенности метода:
1) целенаправленный подбор родителей, различающихся по одной, двум, трем и т. д. парам контрастных (альтернативных) стабильных признаков;
2) строгий количественный учет наследования признаков у гибридов;
3) индивидуальная оценка потомства от каждого родителя в ряду поколений.
Скрещивание, при котором анализируется наследование одной пары альтернативных признаков, называется моногибридным, двух пар —дигибридным, нескольких пар —полигибридным. Под альтернативными признаками понимаются различные значения какого-либо признака, например, признак —цвет горошин, альтернативные признаки —желтый цвет, зеленый цвет горошин.
Кроме гибридологического метода, в генетике используют: цитогенетический —изучение хромосом; близнецовый —изучение близнецов; популяционно-статистический метод —изучение генетической структуры популяций; генеалогический —составление и анализ родословных.
Для примера, рассмотрим генеалогический метод, т.е. метод изучения наследования и составления родословной. Родословная –это графическое изображение родственных отношений.
Генеалогический метод соответствует основному методу генетики —гибридологическому методу, который был впервые разработан Г. Менделем. Но в отличие от него исследователи не подбирают родительские пары для целенаправленного скрещивания, а лишь детально анализируют результаты процесса естественной репродукции людей. Анализу по изучаемому признаку подвергается одна или несколько десятков семей с многочисленными родственниками разных поколений.
Генетика по праву может считаться одной из самых важных областей не только биологии, но и всей науки, оказывающей существенное влияние на жизнь и развитие человечества.
Первые генетические представления формировались в связи с сельскохозяйственной и медицинской деятельностью людей. Исторические документы свидетельствуют, что уже 6 тысяч лет назад в животноводстве составлялись родословные, люди уже понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. Наблюдения о наследовании повышенной кровоточивости у лиц мужского пола (гемофилия) отражены в религиозных документах, в частности, в Талмуде (4-5 века до н. э.). Передача по наследству из поколения в поколение определенных признаков составляет понятие одного из важнейших свойств живого –наследственность. Отбирая определенные организмы из природных популяций и скрещивая их между собой, человек создавал улучшенные сорта растений и породы животных, обладавшие нужными ему свойствами. Из этого следует, что человек замечал и различия, возникающие в поколениях живых организмов и отличающие потомство от родителей. То есть человек эмпирически (без полного понимания сути процесса) использовал другое основополагающее свойство живого –изменчивость.
Первоначально генетика изучала общие закономерности наследственности и изменчивости на основании фенотипических данных.
Сегодня известно, что гены реально существуют и являются специальным образом отмеченными участками ДНК или РНК —молекулы, в которой закодирована вся генетическая информация.
Важнейшим в генетике является понятие «ген». Ген вначале представляли чисто формально, вроде счетной единицы. Потом установили, что ген —участок цепочки ДНК и он сам имеет сложную структуру.
В 40-х гг. были заложены биохимические основы генетики. Учеными была доказана роль молекул нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации, что обусловило рождение молекулярной генетики. Расшифровка структуры молекулы ДНК, опубликованная в 1953 г., показала тесную связь этого химического соединения с наследственной информацией в генах.
Достижения в области молекулярной генетики привели к созданию новой отрасли биологической науки —генной инженерии, которая позволяет, манипулируя индивидуальными генами, получать в пробирке новые сочетания генов в хромосоме, которых ранее не было. Генная инженерия широко вошла в практику сельского хозяйства и биотехнологию. Внедрение в живой организм чужеродной генетической информации, генетическое манипулирование с целью изменения существующих и создания новых генотипов составляют одну из самых перспективных актуальных задач генной инженерии.
Генная инженерия
Развитие генетики с опорой на молекулярные основы в рассмотрении наследственных качеств, стало возможным благодаря созданию высоких технологий в области научных исследований, которые появились только в середине XX в.
Генетика представляет собой теоретическую основу селекции растений, животных и микроорганизмов, т.е. создания организмов с нужными человеку свойствами. Основываясь на генетических закономерностях, селекционеры создают улучшенные сорта растений и породы домашних животных. Методами генной инженерии выводят новые штаммы (чистые культуры) микроорганизмов (бактерий, грибов), синтезирующих вещества для лечения болезней.
Исследования ученых-генетиков привели к пониманию того факта, что наряду с инфекционными болезнями существует много различных наследственных заболеваний. Ранняя диагностика этих заболеваний позволяет вовремя вмешаться в течение болезни и предотвратить или снизить ее развитие.
Теперь попробуем дать определение генной инженерии:
Генная инженерия - это раздел молекулярной биологии, прикладная молекулярная генетика, задачей которой является целенаправленное конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов при помощи генетических и биохимических методов.5
Проблемы, связанные с генной инженерией, сегодня без преувеличения приобретают глобальный масштаб. Заболевания на генном уровне всё чаще обусловлены развитием цивилизации. В настоящее время человечество пока не склонно отказаться от определённой части техники и технологий, которые несут не только комфорт и материальные блага, но и приводят к деградации естественной среды обитания людей. Поэтому в ближайшем будущем нам не избежать побочных явлений научно-технического прогресса, отрицательно влияющих на организм человека. Развитие атомной энергетики, получение синтезированных химических соединений, использование гербицидов в сельском хозяйстве и т.д. создают новую природную среду, которая, мягко говоря, очень часто не является идеальной для здоровья человека. Повышенная радиоактивность и увеличение доли химических веществ в пище и атмосфере становятся факторами, вызывающими мутации у человека. Многие из них как раз и проявляются в виде наследственных заболеваний и аномалий развития.
Проведённые исследования свидетельствуют о том, что каждые 5 новорождённых из 100 имеют выраженные генетические дефекты, связанные с хромосомными либо генными мутациями.
Генная инженерия, безусловно, открывает широкие просторы и множество путей решения проблем медицины, генетики, сельского хозяйства, микробиологической промышленности и т.д. С её помощью можно целенаправленно манипулировать генетическим материалом и создавать новые или реконструировать старые геномы. Успехи, достигнутые в этой области, демонстрируют перспективность генной терапии наследственных заболеваний.
Однако возникает законный вопрос о социально-этической оценке и значимости генной инженерии вообще и генной терапии человека в частности. Спрашивается, где гарантии того, что генная терапия не будет использована во вред человеку, как это произошло со многими открытиями в области физики, химии и других наук. Иными словами, человечество столкнулось с дилеммой: затормозить прогресс или дать миру новые источники тревог. На этот вопрос предлагаются различные ответы. Некоторые учёные, полагают, что наследственность современного человека не нуждается в улучшении, и оспаривают правомочность вмешательства в естественный процесс. Другие учёные призывают различать невежественное вмешательство в наследственность человека и катастрофическое по своим последствиям невмешательство.
Возникает проблема, связанная и с тем, что генная терапия основана на введении в организм чужеродного генетического материала, которое означает непосредственное вмешательство в генотип человека. На этом основании некоторые авторы также выступают против генной инженерии. Противникам генной инженерии следует иметь в виду, что любое лекарственное вещество, введённое в организм, тоже является для него чужеродным и довольно часто сопровождается отрицательными побочными эффектами. И, в конце концов, людей-роботов можно получить и без участия генетиков. В большей степени этого можно добиться путём социально-политического, идеологического, педагогического и других форм манипулирования сознанием людей. Но вместе с тем история свидетельствует, что рано или поздно наука обязательно выходит за рамки любых запретов.
Это даёт нам почву для размышлений о будущих переменах в человеческом обществе. Возможно, через сотни лет, новые, генно-модифицированные люди будут совершенно иного вида, нежели мы, с иными потребностями и уровнем жизни.
Теперь я хочу вернуться к самой генной инженерии и рассказать о её методах в частности.
Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека.
На технологии рекомбинантных ДНК основано получение высокоспецифичных ДНК-зондов, с помощью которых изучают экспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены, обладающие родственными функциями (например, у человека и курицы). ДНК-зонды также используются в диагностике различных заболеваний.
Технология рекомбинантных ДНК сделала возможным нетрадиционный подход «белок-ген», получивший название «обратная генетика». При таком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этого белка, модифицируют его, создавая мутантный ген, кодирующий измененную форму белка. Полученный ген вводят в клетку. Таким способом можно исправлять дефектные гены и лечить наследственные заболевания.
Если гибридную ДНК ввести в оплодотворенное яйцеклетку, могут быть получены транс генные организмы, передающие мутантный ген потомками.
Генетическая трансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковых продуктов как в регуляции активности других генов, так и при различных патологических процессах.
Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека.6 Например, получение «биологических реакторов» - микроорганизмов, растений и животных, продуцирующих фармакологически значимые для человека вещества, создание сортов растений и пород животных с определёнными ценными для человека признаками. Методы генной инженерии позволяют провести генетическую паспортизацию, диагностировать генетические заболевания, создавать ДНК-вакцины, проводить генотерапию различных заболеваний.
· специфическое расщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами;
· быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им;
· конструирование рекомбинантной ДНК;
· гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью;
· клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий;
· введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.
Сегодня наука являет собой огромную систему представлений об окружающем мире. Каждый раз ученые со всего мира удивляют и шокируют общество своими открытиями в совершенно разных отраслях. Неизвестность и желание узнать, как можно больше об окружающем мире подталкивают нас к разного рода наблюдениям и побуждают тем самым к развитию науки.
Благодаря развитию генной инженерии, изучающей возможности изменения генотипа организмов, люди стали способны производить новые продукты, полученные в ходе использования особых технологий, наделенные свойствами, отвечающими потребностям современности.
На сегодняшний день существует несколько сотен генетически изменённых продуктов. Уже на протяжении нескольких лет их употребляют миллионы людей в большинстве стран мира. Появлением на мировых рынках генетически модифицированных продуктов мы обязаны американской компании Monsanto. В конце 80-х она стала производить трансгенные продукты и продавать их сначала в Соединённых Штатах, а затем и в других странах.
Есть данные, что подобными технологиями пользуются для получения продуктов, реализуемых через сеть McDonalds. Многие крупные концерны, типа Unilever, Nestle, Danon и другие используют для производства своих товаров генно-инженерные продукты и экспортируют их во многие страны мира. Но в некоторых государствах такие продукты обязательно должны содержать на упаковке надпись "Сделано из генетически модифицированного продукта".
Чаще всего культурные растения наделяют устойчивостью к гербицидам, насекомым или вирусам. Устойчивость к гербицидам позволяет «избранному» растению быть невосприимчивым к смертельным для других дозам химикатов. В результате поле очищается от всех лишних растений, то есть сорняков, а культуры, устойчивые или толерантные (терпимые) к гербицидам, выживают. Чаще всего компания, продающая семена подобных растений, предлагает в наборе и соответствующие гербициды.
Устойчивая к насекомым флора становится поистине бесстрашной: например, непобедимый колорадский жук, съедая листик картофеля, погибает. Почти все такие растения содержат встроенный ген природного токсина - земляной бактерии Bacillus thuringiensis. Устойчивость к вирусу растение приобретает благодаря встроенному гену, взятому из этого же самого вируса.
Большое количество стран сильно озабочены проблемой потребления генно-модифицированных продуктов. В некоторых из них введен мораторий на ввоз таких продуктов под натиском общественности и организаций потребителей, которые хотят знать, что они едят. В других принято жесткое требование маркировать генетически измененное продовольствие.
Подсчитано, что в 1996 году в мире посевами генетически измененных растений было занято около 1.8 миллионов гектаров, а уже через 3 года это число достигло 40 миллионов. Кроме того, в это число не входит производительность Китая, где примерно миллион фермеров выращивают трансгенный хлопок приблизительно на 35 миллионах гектаров.
Первым искусственно изменённым продуктом стал помидор. Его новым свойством стала способность месяцами лежать в недоспелом виде при температуре 12 градусов. Но как только такой помидор помещают в тепло, он за несколько часов становится спелым.
Американцы добились изменения клубники, тюльпанов. Вывели сорт картофеля, который при жарке впитывает меньше жира. Швейцарцы начали выращивать кукурузу, которая выделяет собственный яд против вредителей.
Был создан "помидор с жабрами" - помидор, в который для увеличения морозоустойчивости вживили ген североамериканской плоской рыбы. Этот гибрид овоща и рыбы получил кличку "завтрак Франкенштейна". Появились и помидоры с привитыми генами глубоководных акул, которые хранятся при комнатной температуре более полугода и не портятся. Можно вырастить, например, "кубические" помидоры. Это делают в Израиле. "Кубики" легче укладывать в ящики и транспортировать. Обычная спелая дыня быстро становится мягкой и портится всего за пару дней. "Модифицированная" дыня остаётся вкусной и может храниться месяцами. Да и бананы после вмешательства генетиков можно собирать зрелыми, а не зелёными, как это обычно делается. К тому же ГМ - бананы долго сохраняют вкус и не темнеют, когда с них снимают кожуру. В Московском институте картофелеводства выводится картофель с человеческим интерфероном крови, который повышает иммунитет.
У растений, которым привиты чужеродные гены, повышается жизнестойкость, сопротивляемость болезням и вредителям. Это, понятно, очень устраивает компании, производящие продовольствие. Именно им мы и обязаны быстрым распространением в мире продуктов с ГМ - компонентами. Наконец, генетически модифицированные растения дают гораздо больший урожай.
Генная инженерия занимается и животными. Американские компании Origen Therapeutics и Embrex планируют наладить массовое производство клонированных цыплят. Исследования, которые проводятся при поддержке Национального института науки и технологий, выделившего на проект 4,7 миллиона долларов, уже дали конкретные результаты. Технология клонирования в своем обычном виде, предполагающая перенос ядра клетки-донора в яйцеклетку с последующей ее имплантацией суррогатной матери, к птицам неприменима, поскольку, как известно, их эмбрионы развиваются не в матке, а в скорлупе. Генетические копии цыплят создаются иным образом. Ученые выделяют и размножают эмбриональные стволовые клетки донора, из которых с ростом эмбриона развиваются все ткани. Затем эти клетки имплантируются в обычное яйцо. Для массового производства таких цыплят планируется использовать специальные машины, способные за час ввести инъекции в 50 тысяч яиц.
Вероятно, в недалеком будущем ученые начнут работать и над производством искусственного мяса в биореакторах. Выращивать мясо предполагается в виде клеток мускулатуры тела - полный аналог мяса, которое используется в нашем обычном рационе, но пока только в виде фарша.
В животноводстве использование гормона роста, полученного биотехнологическим путем, позволило повысить удои молока.
И все же, несмотря на столько очевидных плюсов, существуют малозаметные для простого потребителя минусы. И пока неизвестно, к чему может привести подобная арифметика. Главная на сегодняшний день претензия к генной инженерии заключается в том, что чужеродные гены могут покидать место своей принудительной локализации в растении и проникать в пыльцу, покидая, таким образом, материнскую особь и проникая в окружающую среду. Следовательно, есть опасность возникновения новых неконтролируемых мутаций, а если учесть фактор обширности трансгенных посевов, то это чревато настоящей экологической катастрофой. Одни ученые, с неохотой признавая, что пока это самая главная проблема в трансгенных технологиях, пытаются найти какой-то выход из положения. Некоторые другие - как, например, британский профессор Арпад Пуштай, утверждают, что генетически модифицированные продукты приводят к патологическим изменениям в организме человека: нарушению функций внутренних органов, потере иммунитета и даже уменьшению объема головного мозга. Это показали опыты над мышами, которых кормили продуктами генной инженерии.
В любом случае, в ближайший год для России трансгенные технологии - не более чем пища для размышлений. По крупному счету, на наших прилавках пока нет никаких подобных продуктов. Но не стоит расслабляться, это ненадолго: такая задержка лишь временное явление. Она обусловлена лишь длительностью сроков лабораторных испытаний "трансгенов", что говорится, на мышах, ведь минимальный срок таких проверок составляет пять лет. Испытания эти уже подходят к концу.
Список литературы:
2 И.И. Кочиш, А.В. Бакай, Г.Г. Скрипниченко «Генетика». Москва: КолосС, 2006 г.;
3 Л.А. Астраментова, О.В. Филипцова, «Введение в психогенетику». Москва: «Флинта» Московский психолого-социальный институт, 2004 г.;
4Л.А. Астраментова, О.В. Филипцова, «Введение в психогенетику». Москва: «Флинта» Московский психолого-социальный институт, 2004 г.;
5 В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова, «Концепции современного естествознания» учебник для студентов вузов 4-е издание. Москва: ЮНИТИ 2008 г.;
6 Ф. Айла, Дж. Кайгер. Современная генетика: Т. 1-3. Москва: Мир, 1987 г.;