ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

ГЕНЕТИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННЫЕ ОРГАНИЗМЫ

Выполнила: Ксынкина А.С.

группа ЗКИДБ–2–1

Проверила: Белкова Ю.А.

Москва

2012

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГМО

Генетически модифицированный организм (ГМО, трансгенный организм) — организм, в геном которого методами генетической инженерии перенесены гены из других организмов (их называют «трансгенами»). Процесс переноса называется генетической трансформацией.

Направленной генетической трансформации можно подвергать любые живые организмы.

ЗАЧЕМ НУЖНА ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ?

Всю историю сельского хозяйства (около 10 тысяч лет) человек для своей пользы улучшал животных и растения. Вначале селекция была основана на явлении естественной генетической изменчивости, позже люди научились искусственно создавать комбинативную изменчивость (гибридизация), а в последние десятилетия — и мутационную (мутагенез). Принцип селекции всегда оставался неизменным — отбор ценных генотипов. Результат известен — современные виды капусты совершенно не похожи на своих далёких предков, а початки кукурузы сегодня примерно в 10 раз больше тех, что выращивались 5 тысяч лет назад. К сожалению, КПД селекции очень низок — из тысяч и десятков тысяч исходных растений селекционер выводит всего один-два сорта. Между тем, чтобы обеспечить быстро увеличивающееся население Земли продовольствием, одеждой, лекарствами, требуются новые, все более эффективные сельскохозяйственные технологии. Генная инженерия становится одной из них.

Чем же отличается генная инженерия растений (ГМР) от обычной селекции? При селекции перенос генов осуществляется только между близкородственными растениями, генная инженерия же позволяет перенести в растение гены из любого организма. Кроме того, генетическая трансформация допускает перенос всего одного гена, что практически не затрагивает исходный генотип; возможность придания признаков, которые нельзя перенести путём скрещивания с близкородственными видами; значительное ускорение процесса получения новых генотипов.

Для чего это делается? Растения с «чужими» генами приобретают устойчивость к гербицидам, вредителям и патогенам, их плоды способны долго храниться при комнатной температуре, имеют повышенную питательную ценность или другой вкус, и, наконец, они способны синтезировать новые вещества — начиная от лекарств и заканчивая пластиком.

ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СОЗДАНИЯ ГМО:

1. Получение изолированного гена.

2. Введение гена в вектор для переноса в организм.

3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм.

4. Преобразование клеток организма.

5. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы.

РАЗВИТИЕ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Генетическая инженерия появилась в начале 70-х годов и добилась грандиозных успехов. В 1978 году исследователи из компании «Генентек» впервые получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки. Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. Для получения 100 г кристаллического инсулина требуется 800–1000 кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200–250 грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным. Инсулин из генетически модифицированной бактерии не содержал белков кишечной палочки, не давал побочных эффектов и был намного дешевле в производстве.

В 1982 году гормон роста человека соматотропин был получен в культуре кишечной палочки E.coli и животных клеток в институте Пастера во Франции. Ранее соматотропин извлекался из трупного материала, из одного трупа 4–6 мг соматотропина в пересчете на конечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден и мог содержать медленно развивающиеся вирусы.

Первое трансгенное, или генетически модифицированное, растение (ГМР) было получено в 1984 году, а через два года в США и во Франции уже проводились полевые испытания.

В 1992 году в Китае стали выращивать табак, который «не боялся» вредных насекомых. А начало массовому производству модифицированных продуктов положили в 1994 году, когда в США появились помидоры, которые не портились при перевозке (в них был встроен ген, останавливающий созревание).

Генная инженерия растений развивается очень быстрыми темпами. Площади, занятые трансгенными растениями, стремительно возрастают: с 1, 7 млн га в 1996 году, когда началось их возделывание в коммерческих масштабах, до 58, 7 млн га в 2002 году, что составляло около 4, 5% от всех пахотных площадей в мире. Причём 99% этой площади занимают четыре культуры: соя, хлопок, кукуруза и рапс.

Трансгенные микроорганизмы широко используются в фармацевтической и пищевой промышленности. Такие препараты, как инсулин, интерферон, интерлейкин в основном получают генно-инженерным способом. Сегодня с применением методов генной инженерии выпускается около 25% всех лекарств в мире. Некоторые генетически модифицированные микробы эффективно перерабатывают промышленные отходы. Трансгенные животные чаще всего используются в качестве биореакторов — продуцентов нужных белков, в основном лекарственных препаратов или ферментов для пищевой промышленности. В ближайшей перспективе — использование трансгенных животных в качестве моделей для изучения наследственных заболеваний человека, а также в качестве источников органов и тканей для трансплантологии.

ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГМО

Примеры встраиваемых генов: ген белка морозоустойчивости из арктической камбалы использовался для повышения устойчивости растений к заморозкам; бактериальный ген Bt-токсина — к вредителям; растительный ген суперсладкого белка thaumatinII — к вредным микроорганизмам, а также для модификации вкуса. При помощи гена бактериального происхождения rolC растения приобретают карликовость, а встраивание гена халконсинтазы из львиного зева меняет окраску других цветов. Для придания растениям устойчивости к гербицидам на основе фосфинотрицина используется ген bar, который отвечает за синтез фермента, расщепляющего гербицид до нетоксичных компонентов.

Трансгенные растения

Трансгенный тополь может разрушать промышленные отходы

Ученым из Вашингтонского Университета удалось создать сорт генетически модифицированного тополя, который способен разрушать некоторые высокотоксичные промышленные вещества, загрязняющие окружающую среду, путем их превращения в безвредные продукты.

Принцип использования растений для устранения последствий загрязнения окружающей среды, известный как фиторемедиация или фитоочистка, является новым и чрезвычайно привлекательным способом борьбы с промышленными отходами. Новый сорт тополей позволяет бороться с целым рядом органохимических загрязнителей, включая хлороформ, бензол, трихлорэтилен, превращая их в результате метаболитических процессов в воду, углекислый газ и безвредные соли.

Результаты лабораторных исследований показали, что трансгенные тополя в 100 раз лучше удаляют из почвы трихлорэтилен, чем их природные собратья. Генетически модифицированные деревья также способны улавливать токсичные вещества из воздуха и затем разлагать их до безопасных метаболитов в своих листьях. В будущем, после всесторонних полевых испытаний, предполагается высаживать такие тополя в местах, страдающих от промышленного загрязнения, например, вблизи нефтеперерабатывающих производств или предприятий по производству пластмасс.

Китайские крестьяне победили опасного вредителя

Геномодифицированные животные

Разработка получения «паучьего шелка» от тутового шелкопряда

И из козьего молока

В университете штата Вайоминг (University of Wyoming) протестировали метод генетической модификации коз, который делает состав их молока весьма специфическим. Учёные собираются выделять из него белки, известные как паучий шёлк (gossamer).

Волокна этого материала известны своей невероятной прочностью и эластичностью. В полной мере «декодировано» паучье ноу-хау было только в 2005 году, для чего вайомингские специалисты объединились с учёными из трёх других университетов. Производство паучьего шёлка в промышленных масштабах могло бы принести миру новое поколение, к примеру, медицинских протезов (связок и сухожилий), а также швов. Проблема в том, что пауки нужных видов, как правило, — убеждённые индивидуалисты и уничтожают друг друга при попытке создать «хозяйство» (хотя есть впечатляющие примеры таких фабрик).

Для решения этого вопроса молекулярные биологи решили привлечь коз, определённый процент потомства которых должен вкупе с молоком производить и паучий шёлк. Хотя саму идею развивают ещё с момента расшифровки структуры этого протеина, только сейчас удалось добиться впечатляющего результата — из семи козлят, родившихся в 2010 году, трое успешно прошли генетический тест.

В будущем авторы исследования планируют обратиться от животных к растениям и попробовать привить «шёлковый» ген, к примеру, растениям люцерны, с изначально богатым белковым составом.

* * *

Генетически модифицированных тутовых шелкопрядов, дающих гибрид шёлка и паутины, вывели специалисты университетов Вайоминга и Нотр-Дама.

Команда Малкольма Фрейзера из Индианы и Рэнди Льюиса из Вайоминга внедрила тутовому шелкопряду один ген паучьего шёлка. В результате учёные получили коконы материала, который был прочнее и тоньше шёлка обычного.

Из паутины можно делать канаты, по прочности не уступающие стальным. Однако пауки не производят материал в достаточном для таких задач количестве. А шелкопряды способы создать гораздо большее количество «шёлкопаутины», отмечают учёные.

Фрейзер и его коллеги считают, что их разработка приведёт к созданию принципиально нового типа ткани, более лёгкого обмундирования и прочных хирургических нитей.

Нынешнее достижение генетиков — лишь шаг на пути к конечной цели. В планах вживить шелкопрядам несколько генов паучьего шёлка. Кроме того, исследователи планируют выделить соответствующие гены у недавно открытого паука-кругопряда Caerostris darwini: производимые им нити были признаны самыми прочными в мире. Они в 10 раз крепче кевлара и в два раза — любого известного паучьего шёлка.

ОСНОВНЫЕ ВЫГОДЫ