25. Генная инженерия.

ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ - это совокупность методов молекулярной генетики, направленных на искусственное создание новых сочетаний генов. Те или иные чужеродные для данного организма гены вводят в его клетки и встраивают в его геном.

Такие исследования проводятся для:

• изучения строения и функций генетического аппарата;

• эффективной наработки продукта данного гена (напр., гормона или антибиотика);

• придания организму-хозяину каких-либо желаемых свойств (напр., для сельскохозяйственных растений и животных – большей продуктивности или большей устойчивости к инфекциям или паразитам);

• замещения (компенсации) генов, дефекты которых вызывают наследственные заболевания.

Основные этапы и операции генной инженерии включают:

• выделение из клеток ДНК, содержащей нужный ген;

• секвенирование – определение границ гена и аминокислотной последовательности;

• разрезание ДНК на мелкие фрагменты с помощью специальных ферментов – рестриктаз (рестрицирующие нуклеазы);

• соединение фрагментов ДНК с векторами, обеспечивающими проникновение в клетку;

• клонирование (размножение, или амплификация) нужного гена in vitro (с помощью ПЦР – полимеразная цепная реакция);

• создание рекомбинантной (гибридной) ДНК из участков ДНК (генов) разного происхождения;

• введение (микроинъекция) генетического материала в культивируемые клетки организма-хозяина или в его яйцеклетку. 

Организмы, которым вводят новую ДНК, называются трансгенными.

Генная инженерия нашла практическое применение в биотехнологии. С помощью бактериальных клеток, в которые вводили гены человека, ответственные за синтез гормонов инсулина и соматотропина и антивирусного белка интерферона, было налажено производство этих важных для медицины препаратов. В мощную индустрию превратилось получение и разведение используемых в сельском хозяйстве трансгенных растений и трансгенных животных. 

26. Проблемы экологической генетики.

Экологическая генетика – это область знания, исследующая взаимовлияние генетических процессов и экологических отношений. Она изучает взаимоотношения различных организмов между собой и с окружающей средой.

Общая структура экологической генетики
Генетические подходы	Типы экологических отношений
	Синэкология (между организмами)	Аутэкология (с окружающей средой)
Генетический контроль признаков (наследственность)	Эколого-генетические модели	Генетика устойчивости к факторам среды
Влияние различных факторов на генетические процессы (изменчивость)	Биологические факторы изменчивости (мутагенеза)	Генетическая токсикология

Эко-ген. модели – симбиоз – азотфиксирующие бактерии.

Ген. устойчивости к факторам среды – генетич. гетерогенность (см. ниже).

Ген. токсикология – мутагенные загрязнители окр. сред.

Био. факторы мутагенеза - мутагенные эффекты ДНК и вирусов, стрессы (см. ниже).

Возможные проблемы:

• необходимо учитывать наличие и структуру пищевых цепей. Так при попытке уничтожить комаров на озере Клир-Лэйк в США, после использования для этой цели инсектицида ДДТ (4,4-дихлор-дифенилтрихлорэтана), его концентрация в воде составила 0,02 части на 106, в планктоне - 10 на 106, в рыбах, питающихся планктоном, - 903 на 106, в хищных рыбах - 2690 на 106, а в рыбоядных птицах - 2134 на 106. Таким образом, концентрация ДДТ увеличилась в 100 тыс. раз по мере продвижения вверх по пищевой цепи, что привело к сокращению численности птиц на озере Клир-Лэйк.

• антропогенные факторы загрязнения среды. А именно: 1) пестициды; 2) тяжелые металлы; 3) диоксид углерода; 4) диоксид серы и продукты ее окисления, взвеси; 5) разливы нефти, сточные воды промышленных предприятий. 

• молекулярные болезни человека, в частности, наследственные аномалии репликации и репарации ДНК.

• в человеческих популяциях обнаруживается генетическая гетерогенность по многим признакам, в том числе по чувствительности к факторам окружающей среды, устойчивости к стрессирующим агентам и условиям вредного производства. Так, у людей с низкой активностью глюкозо-6-фосфат дегидрогеназы происходит гемолиз при действии сульфаниламидов, а некоторые больные с генетическими дефектами реагируют повышением внутриглазного давления на прием глюкокортикоидов. Некоторые мутантные формы гемоглобина чувствительны к окислителям, что выражается в гемолизе при их применении. 

• выявление и устранение генетически активных (мутагенных) факторов из среды обитания человека. Мутагены влияют на кроссинговер, то есть на рекомбинацию генов или индукцию репаративного синтеза ДНК, сопровождающего многие повреждения генетического материала. Генетически активные факторы делятся на физические, химические и биологические. Многие химические соединения сами по себе не проявляют генетической активности, но их легко активируют внутриклеточные метаболиты, а иногда и соединения, находящиеся в окружающей организм среде. Например, распространенные соли азотной кислоты легко превращаются в нитриты (соли азотистой кислоты) - мутагены, дезаминирующие основания ДНК.

• невозможность прямого опытного исследования действия мутагенов на человека. Поэтому приходится ограничиваться результатами, получаемыми на модельных объектах. Эти результаты в значительной степени справедливы и для человека из-за биологической универсальности свойств генетического материала - это всегда ДНК. Тем не менее экстраполяция получаемых результатов на человека всегда представляет некоторые сложности, так как наряду с принципом биологической универсальности следует учитывать и специфику объектов, имеющих свои особенности реагирования на мутагены. Используют так называемые тест-системы. Например, исследуют мутации в генах, контролирующих биосинтез гистидина у Salmonella typhimuium – тест Б. Эймса. Тест очень прост: достаточно засеять среду без гистидина мутантом сальмонеллы, нуждающимся в гистидине (который естественно не растет на такой среде), и нанести в центр используемой для этого чашки Петри испытуемое химическое соединение. Через 2-3-е суток можно видеть появление колоний мутантов (в данном случае ревертантов) вокруг пятна нанесенного вещества, если оно обладает генетической активностью. Это пример так называемого спот-теста (от англ. spot - пятно). В настоящее время тест Эймса усовершенствован: наряду с хорошо изученными мутациями потребности в гистидине в геном сальмонеллы вводят делецию по одному из генов репарации, то есть инактивируют этот процесс, тем самым повышают чувствительность бактерии к мутагенам. Вводят также мутацию, блокирующую синтез липополисахаридной капсулы для повышения проницаемости клеток, а также плазмиды, повышающие чувствительность клеток к агентам, усиливающим рекомбинацию. Наконец, испытуемое вещество стали наносить вместе с экстрактом мышиной или крысиной печени, содержащим цитохром Р450 для активации промутагенов. Таким образом, тест-системы для выявления генетической активности могут быть далее усовершенствованы и в значительной степени генетическими методами. 

• биологические факторы мутагенеза – влияние на мутагенез вирусов, иммунологического стресса (при пересадке и отторжении ткани), феромональный стресс. Оказалось, что запах (феромоны) взрослого самца при однократном воздействии повышает частоту цитологических нарушений в сперматогенезе у молодых самцов, увеличивает частоту аномальных сперматозоидов и доминантных летальных мутаций, выявляемых после их спаривания с самками, не подвергавшимися воздействию.