Современная генная инженерия: успехи и проблемы

информацию о  первичной структуре соответствующего  белка.  Эта  область  для

большинства генов  эукариот существенно короче регуляторной зоны,  однако  ее

длина может  измеряться тысячами пар нуклеотидов.

       Важная особенность эукариотических   генов  –  их  прерывистость.  Это

значит,  что  область  гена,  кодирующая  белок,  состоит  из   нуклеотидных

последовательностей двух типов. Одни – экзоны – участки ДНК,  которые несут

информацию о  строении белка и входят в состав соответствующих РНК  и  белка.

Другие –  интроны, - не кодируют структуру белка и в состав  зрелой  молекулы

и-РНК не входят, хотя  и  транскрибируются.  Процесс  вырезания  интронов  –

«ненужных» участков молекулы РНК и сращивания экзонов  при образовании  и-РНК

осуществляется  специальными   ферментами   и   носит   название   сплайсинг

(сшивание, сращивание). Экзоны обычно соединяются вместе  в том  же  порядке,

в котором они  располагаются в ДНК. Однако не  абсолютно  все  гены  эукариот

прерывисты.   Иначе  говоря,  у  некоторых  генов,  подобно   бактериальным,

наблюдается полное соответствие  нуклеотидной  последовательности  первичной

структуре кодируемых ими белков. 

            2.Основные понятия и методы генетики

       Представители любого биологического  вида воспроизводят подобные  себе

существа. Это  свойство потомков быть похожими на  своих  предков  называется

наследственностью.

       Несмотря на огромное влияние  наследственности в формировании  фенотипа

живого  организма,  родственные  особи  в  большей   или   меньшей   степени

отличаются   от  своих  родителей.   Это   свойство   потомков    называется

изменчивостью. Изучением явлений наследственности и изменчивости  занимается

наука  генетика.  Таким  образом,  генетика  -   наука   о   закономерностях

наследственности   и   изменчивости.    По    современным    представлениям,

наследственность - это свойство живых организмов передавать из  поколения  в

поколение особенности  морфологии,  физиологии,  биохимии  и  индивидуального

развития  в  определенных  условиях   среды.    Изменчивость   -   свойство,

противоположное наследственности,  -  это  способность  дочерних  организмов

отличаться от родителей морфологическими,  физиологическими,  биологическими

особенностями и отклонениями в индивидуальном развитии.  Наследственность  и

изменчивость  реализуются  в  процессе  наследования,  т.е.   при   передаче

генетической  информации от родителей к потомкам через  половые  клетки  (при

половом  размножении)  либо  через   соматические   клетки   (при   бесполом

размножении).

       Генетика как наука решает следующие основные задачи:

   - изучает  способы  хранения  генетической  информации  у  разных   организмов

(вирусов,  бактерий,  растений,  животных  и  человека)  и  ее  материальные

носители;

    - анализирует способы передачи наследственной информации от  одного  поколения

организмов к  другому;

   - выявляет механизмы и закономерности  реализации  генетической  информации  в

процессе   индивидуального  развития   и  влияние  на   их   условий   среды

обитания;

   - изучает   закономерности   и   механизмы   изменчивости   и   ее   роль    в

приспособительных реакциях и в эволюционном процессе;

изыскивает способы  исправления поврежденной генетической информации.

       Для решения этих задач используются разные методы исследования.

1.     Метод гибридологического анализа был разработан  Грегором  Менделем.

Этот  метод  позволяет   выявить   закономерности   наследования   отдельных

признаков при  половом размножении организмов.  Сущность  его  заключается  в

следующем:  анализ  наследования   проводится   по   отдельным   независимым

признака;  прослеживается  передача  этих   признаков  в   ряду   поколений;

проводится точный количественный учет наследования  каждого  альтернативного

признака и  характер потомства каждого гибрида в отдельности.

 2.    Цитогенетический метод позволяет изучать кариотип   (набор хромосом)

клеток организма  и выявлять геномные и хромосомные  мутации.

3.      Генеалогический метод предполагает изучение  родословных животных  и

человека и  позволяет устанавливать тип наследования (например,  доминантный,

рецессивный) того или иного признака, зиготность  организмов  и  вероятность

проявления признаков  в будущих поколениях. Этот метод  широко используется  в

селекции и  работе медико-генетических консультаций.

 4.     Близнецовый  метод  основан на  изучении  проявления   признаков   у

однояйцевых   и   двуяйцевых   близнецов.   Он   позволяет   выявить    роль

наследственности  и внешней среды в формировании конкретных признаков.

 5.      Биохимические методы исследования  основаны  на  изучении  активности

ферментов   и   химического    состава    клеток,    которые    определяются

наследственностью. С помощью этих методов можно  выявить  генные  мутации  и

гетерозиготных  носителей рецессивных генов.

  6.    Популяционно-статистический  метод  позволяет рассчитывать   частоту

встречаемости генов и генотипов в популяциях.

       Введем  основные  понятия   генетики.  При  изучении   закономерностей

наследования  обычно  скрещивают   особи,   отличающиеся   друг   от   друга

альтернативными (взаимоисключающими) признаками (например, желтый и  зеленый

цвет,  гладкая  и  морщинистая  поверхность  горошин).  Гены,   определяющие

развитие   альтернативных    признаков,    называются    аллельными.     Они

располагаются в одинаковых локусах (местах) гомологичных (парных)  хромосом.

Альтернативный  признак и соответствующий ему  ген, проявляющийся  у  гибридов

первого поколения, называют доминантным, а не  проявляющийся (подавленный)

называют рецессивными.  Если  в обеих гомологичных  хромосомах   находятся

одинаковые аллельные  гены (два доминантных или два  рецессивных),  то  такой

организм  называется  гомозиготным.  Если  же  в   гомологичных   хромосомах       

локализованы  разные гены одной аллельной пары,  то  такой  организм  принято

называть гетерозиготным по данному признаку. Он образует два типа  гамет и

при скрещивании  с таким же по генотипу организмом дает расщепление.

       Совокупность  всех  генов   организма  называется  генотипом.  Генотип

представляет собой взаимодействующие друг с другом и влияющие друг на  друга

совокупности  генов. Каждый ген испытывает на себе воздействие  других  генов

генотипа и  сам оказывает на них влияние,  поэтому  один  и  тот  же  ген   в

разных генотипах  может проявляться по-разному.

       Совокупность всех свойств и  признаков организма называется  фенотипом.

Фенотип  развивается   на   базе   определенного   генотипа   в   результате

взаимодействия  с условиями  внешней  среды.  Организмы,  имеющие  одинаковый

генотип, могут отличаться друг от друга в зависимости от условий развития  и

существования.  Отдельный   признак  называется  феном.   К   фенотипическим

признакам относятся  не только внешние  признаки  (цвет  глаз,  волос,  форма

носа, окраска  цветков и тому подобное), но и анатомические  (объем  желудка,

строение печени и тому  подобное),  биохимические  (концентрация  глюкозы  и

мочевины в  сыворотке крови и так далее) и другие. 
 

                                   II. Генная инженерия.

 
Генная  инженерия это новая, революционная технология, при помощи которой ученые могут извлекать гены из одного организма и внедрять их в любой другой. Гены это программа жизни - это биологические конструкции, из которых состоит ДНK и которые обуславливают специфические характеристики, присущие тому или другому живому организму. Пересадка генов изменяет программу организма - получателя и его клетки начинают производить различные вещества, которые, в свою очередь, создают новые характеристики внутри этого организма. При помощи этого метода исследователи могут менять особые свойства и характеристики в нужном им направлении, например: они могут вывести сорт томатов с более длительным сроком хранения или сорт соевых бобов, устойчивых к воздействию гербицидов. Генная инженерия - это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим. Носителями материальных основ генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. Но гены образования не химические, а функциональные. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков, хранящих определенный объем информации - генов. В основе действия гена лежат его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК как бы записана информация, определяющая химическую структуру белковых молекул. Ген - участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка (один ген - один белок). Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляет ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации. Поэтому, например, нервные клетки и по структурно-функциональным, и по биологическим особенностям отличаются от клеток печени. Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов не связанные с видимыми

в микроскопе изменениями  строения хромосом. Изменения генов, прежде всего, связано с преобразованием  химической структуры ДНК. Информация о структуре белка, записанная в  виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировал 

    I )  У С П Е Х И  

          1. Возможности генной инженерии, проект "Геном человека"

 
Естественно успешные манипуляции с генами растений и животных не могли не привести к достаточно скользкому вопросу: а  что же человек? Если возможно улучшать животных, то почему бы не заняться человеком. Однако для начала необходимо все-таки разобраться с генным набором человека. Так, в 1990 году появилась инициатива по картированию человеческих хромосом, состоящих из 26-30 тысяч генов. Проект получил простое название "Геном человека" и ориентировочно должен был представить полную карту генома где-то к 2005 году. В проект входят исследовательские группы из разных стран, а с конца 90-х гг. создаются специальные компании, основной задачей которых является облегчение и ускорение коммуникации между такими группами. К началу 2001 года уже полностью картированы 2 хромосомы: 21 и 22. Однако основной сенсацией прошлого года все таки стало открытие группой Крега Вентера общей карты генома человека. Ученые говорят, что если сравнивать эту карту с обычными, то вряд ли бы по ней можно было бы попасть в магазин на соседней улице, однако в любом случае сам факт ее существования говорит о начале эпохи патентирования генов, а это, в свою очередь, поднимает множество вопросов уже не биологического толка, а этического и правового. Хотя ученые и заявляют, что основная цель картирования генома - это необходимость разобраться в том, как работает человеческое тело, чтобы эффективнее противостоять разнообразным заболеваниям, а еще такие знания могут значительно облегчить создание новых медицинский препаратов, все же становится очевидным необходимость как правового регулирования вопроса: как и что можно делать с человеческим телом, так и ответа на вопрос: где надо остановиться? Может ли человек уподобиться Творцу и сам заняться созданием новых существ? Формирование карты генома человека часто сравнивают с такими революционными событиями, как высадка человека на Луну, например. Однако сейчас наблюдается одно существенное различие: если космические программы - это одна из задач государства, то группы - участники проекта, как правило, имеют частное финансирование, следовательно, авторские права на их разработки будут иметь негосударственные компании. А что они будут с ними делать? Представим себе, что в недалеком будущем, карта будет составлена достаточно точно, и каждый человек может быть, таким образом, описан. Возникает вопрос - кто будет владеть доступом к этой информации? В какой мере человек сможет сохранять в неприкосновенности самую "интимную" информацию о себе? Не будут ли работодатели отказывать в приеме на работу человеку, у которого в генах заложена предрасположенность к какому-либо виду