1.2. История развития генной инженерии

Генная инженерия появилась благодаря работам многих исследоватилей в разных отраслях биохимии и молекулярной генетики.На протяжении многих лет главным классом макромолекул считали белки.Существовало даже предположение ,что гены имеют белковую природу. Лишь в 1944 году Эйвери,Марк Леод и Мак Картни показали ,что носителем наследственной информации является ДНК.С этого времени начинается интенсивное изучение нуклеиновых кислот.Спустя десятилетие в 1953 году Дж.Уотсон и Ф.Крик создали двухспиральную модель ДНК. Именно этот год принято считать годом рождения молекулярной биологии.[2]

На рубеже 50-60-х годов были выяснены свойства генетического кода,а к концу 60-х годов его универсальность была подтверждена экспериментально. Шло интенсивное развитие молекулярной генетике,объектами которой стали вирусы и плазмиды.

Возможность прямой (горизонтальной) передачи генетической информации от одного биологического вида другому была доказана в опытах Ф. Гриффита пневмококками (1928.Однако генная инженерия кактехнология рек-ДНК (измененная) возникла в 1972г., когда в лаборатории П.Берга (Стафордский ун-т США) была получена первая рекомбинативная (гибридная) ДНК (рек-ДНК), в которой были соединены фрагменты ДНК фага лямбда и кишечной палочки с кольцевай ДНК обезьяньего вируса SV50.

Были разработаны выделения высокоочищенных препаратов неповрежденных молекул ДНК плазмид и вирусов. ДНК вирусов и плазмид вводили в клетки в биологически активной форме, обеспечивая ее репликацию и экспрессию соответствующих генов. В 70-х годах был открыт ряд ферментов, катализирующих реакции превращения ДНК. Особая роль в развитии методов генной инженерии принадлежит рестриктазам и ДНК-лигазам.

Историю развития генетической инженерии условно можно разделить на три этапа.

Первый этап связан с доказательством принципиальной возможности получения рекомбинативных молекул ДНК in vitro.Эти работы касаются получения гибридов между различными плазмидами.Была доказана возможность создания рекомбинативных молекул с использованием молекул ДНК из различных видов штаммов бактерий,их жизнеспособность,стабильность и функционирование.

Второй этап связан с началом работ по получению рек-ДНК между хромосомными генами прокариот и различными плазмидами, доказательством их стабильности и жизнеспособности.

Третий этап – начало работ по включению молекулы ДНК (ДНК,используемые для переноса генов и способные встраиваться в генетический аппарат клетки – реципиента) генов эукариот, главным образом животных. Формально датой рождения генной инженерии следует считать 1972 год, когда в Стенфордском университете П. Берг, С. Коэн, Х. Боер с сотрудниками создали первую рек-ДНК, содержащую фрагменты вируса SV40, бактериофага и E.coli.[3]

Глава 2. Современное состояние генной инженерии

2.1. Современные задачи

Все современные исследования в области генной инженерии направлены на решение основных четырех задач:

- придание устойчивости организмов к ядохимикатам (например, к определенным гербицидам);

- придание устойчивости организмов к вредителям и болезням (например, Bt –модификация);

- повышение продуктивности организмов (например, быстрый рост трансгенного лосося);

- придание особых качеств организмов (например, изменение химического состава продукта). [4]

Для решения этих задач необходимо определить функции и назначении каждого гена, определить основные условия его активации, в какие периоды жизни, в каких частях тела и при каких обстоятельствах он включается иприводит к синтезу соответствующего белка.

Далее необходимо понять какую роль играет в организме этот белок, выходит ли он за пределы клетки, какие сообщения несет, какие реакции катализирует, как влияет на запуск биологических процессов в других частях организма, какие гены активирует.

Отдельной сложной задачей решение проблем сворачивания белков – как зная последовательность аминокислот, составляющих белок, определить его пространственную структуру и функции. Эта проблема требует новых теотретических знаний и более мощных супер компьютеров.

В отдельную область выделяют проблемы, связанные с изучением генома человека и применением технологии генной инженерии при лечении заболеваний человека.

Впервые технология генной инженерии была применена для лечения Ашанти де Силвы, четырехлетней девочки, страдавшей от тяжелой формы иммунодефицита. Ген содержащий инструкцию для производства белка ADA у нее поврежден. А без ADA - белка белые клетки крови умирают, что делает организм быззащитным перед вирусами и бактериями.

Работающая копия гена ADA введена в клетки Ашати с помощью модифицированного вируса. Клетки получили возможность самостоятельно производить необходимый белок. Через 6 месяцев количество белых клеток в организме девочки поднялось до нормального уровня. После этого область генной инженерии получила толчок к дальнейшему развитию.

В 1990 году в США был начат проект «Геном человека»,целью которогобыло оределить весь генетический код человека.

Проект, в котором важную роль сыграли и российские генетики, был завершен в 2003 году. В результате проекта 90% генома было определено с точностью 99,9% 9 (1 ошибка на 10000 нуклеотидов). Завершение проекта уже принесло практические результаты,например ,позволяющие определить генетическую предрасположенность ко многим наследственным заболеваниям.

Высказаны, например, надежды, что, благодаря расшифровке генома, уже в 2006 году разработан препарат для лечения такого опастного заболевания как СПИД,в 2009 году определены гены ,которые связаны со злокачественными заболеваниями, в 2010 году механизмы возникновения почти всех видов рака. К 2020 году может быть завершена разработка препаратов, предотвращающих рак.[2]

Задачи в сельском хозяйстве:

1. Создание модифицированных сортов растений, отличающихся высокой устойчивостью к бактериям.

2. Повышение урожайности за счет появления новых свойств у растений.

3. Создание качественно улучшенных пород животных, обдадающих высокойп роизводительностью мяса и молока, а так-же устойчивых к инфекциям различного происхождения.

4. Развитие сельскохозяйственной селекции растений и животных.