НАУКОВА БІБЛІОТЕКА - РЕФЕРАТИ - Генна модифікація

Генна модифікація

Генетики та селекціонери обговорюють найскладніші проблеми селекції рослин та тварин, застосування генетичних технологій у медицині, безпеки генетично модифікованих продуктів.

1. Генна інженерія

Генна інженерія – це розділ молекулярної генетики, пов'язаний із цілеспрямованим створенням нових комбінацій генетичного матеріалу. Основа прикладної генної інженерії – теорія гена. Створений генетичний матеріал здатний розмножуватися у клітині-господарі та синтезувати кінцеві продукти обміну.

Генна інженерія виникла 1972 року, в Станфордському університеті, США. Тоді лабораторія П. Берга одержала першу рекомбінатну (гібридну) ДНК або (рекДНК). Вона поєднувала у собі фрагменти ДНК фага лямбда, кишкової палички та мавпячого вірусу SV40.

Будова рекомбінантної ДНК. Гібридна ДНК має вигляд кільця. Вона містить ген (або гени) та вектор. Вектор – це фрагмент ДНК, що забезпечує розмноження гібридної ДНК та синтез кінцевих продуктів діяльності генетичної системи – білків. Більшість векторів отримана на основі фага лямбда, з плазмід, вірусів SV40, поліоми, дріжджів та ін бактерій.

Синтез білків відбувається у клітині-хазяїні. Найчастіше як клітини-хазяїна використовують кишкову паличку, проте застосовують та інших. бактерії, дріжджі, тварини чи рослинні клітини. Система вектор-господар не може бути довільною: вектор підганяється до клітини-господаря. Вибір вектора залежить від видової специфічності та цілей дослідження.

Ключове значення у конструюванні гібридної ДНК несуть два ферменти. Перший – рестриктаза – розсікає молекулу ДНК на фрагменти по строго визначеним місцям. І другий – ДНК-лігази – зшивають фрагменти ДНК у єдине ціле. Тільки після виділення таких ферментів створення штучних генетичних структур стало технічно здійсненним завданням.

Етапи генного синтезу. Гени, що підлягають клонуванню, можуть бути одержані у складі фрагментів шляхом механічного або рестриктазного дроблення тотальної ДНК. Але структурні гени, зазвичай, доводиться або синтезувати хіміко-біологічним шляхом, або отримувати як ДНК-копії інформаційних РНК, відповідних обраному гену. Структурні гени містять лише кодований запис кінцевого продукту (білка, РНК) і повністю позбавлені регуляторних ділянок. І тому ці гени не здатні функціонувати у клітці-хазяїні.

При отриманні рекДНК утворюється найчастіше кілька структур, у тому числі лише одна є необхідною. Тому обов'язковий етап становить селекція та молекулярне клонування рекДНК, введеної шляхом трансформації у клітину-хазяїна.

Існує 3 шляхи селекції рекДНК: генетичний, імунохімічний та гібризаційний з міченими ДНК та РНК.

В результаті інтенсивного розвитку методів генної інженерії отримані клони безлічі генів: рибосомальної, транспортної та 5S РНК, гістонів, глобіну миші, кролика, людини, колагену, овальбуміну, інсуліну людини та ін пептидних гормонів, інтерферону людини та інше. Це дозволило створювати штами бактерій, що виробляють багато біологічно активних речовин, що використовуються в медицині, сільському господарстві та мікробіологічній промисловості.

На основі генної інженерії виникла галузь фармацевтичної промисловості, названа "індустрією ДНК". Це одна із сучасних гілок біотехнології.

Немає сумнівів, що пошуки генетиків обіцяють людині порятунок від багатьох недуг. Вже зараз генна інженерія починає активно застосовуватися в онкології, створюються препарати, спрямовані проти конкретної пухлини. Вченим вдалося ідентифікувати гени, що схильні до розвитку цукрового діабету, - отже, з'явилися нові перспективи в лікуванні і цієї тяжкої недуги. Для лікувального застосування допущено інсулін людини (хумулін), одержаний за допомогою рекДНК. Крім того, на основі численних мутантів по окремих генах, одержуваних при їх вивченні, створені високоефективні тест-системи виявлення генетичної активності факторів середовища, в тому числі для виявлення канцерогенних сполук.

За короткий термін генна інженерія вплинула на розвиток молекулярно-генетичних методів і дозволила істотно просунутися шляхом пізнання будови та функціонування генетичного апарату. Генна інженерія має великі перспективи у лікуванні спадкових хвороб, яких на сьогоднішній день зареєстровано близько 2000. Генна інженерія покликана допомагати виправляти помилки природи.

З іншого боку, генетичні технології породили абсолютно нові проблеми, пов'язані з можливістю клонування живих істот, зокрема й людини. Світова наукова спільнота визнає, що технічно клонування ідентичної людської особини стає можливим. Але питання, чи потрібні людству подібні спроби, залишається відкритим. Доведено, що у 99 відсотках випадків є ризик уроджених каліцтв – отже, такі досліди над людиною неприпустимі.

Однак, нові генетичні технології на основі трансгенезу та клонування відіграють найважливішу роль у створенні високопродуктивних сортів рослин та порід тварин. При цьому на перший план виходять проблеми як генетичної безпеки, так і морально-правові.

У Росії її всі дослідження з клонування проводяться лише з тварин. Шалені дискусії ведуться в усьому світі - у тому числі і в Росії - навколо іншого породження сучасної науки: генетично модифікованих продуктів.

2. Чи безпечна генна модифікація?

Творці генетично змінених продуктів стверджують, що вони є абсолютно безпечними. Прихильники їхнього широкого використання впевнені, що багаторічні дослідження довели нешкідливість такої продукції. Противники переконані у протилежному.

Досі не доведено, що ці продукти є безпечними для людини. Багато видів генетично модифікованих продуктів забороняються використовувати на останніх стадіях експерименту як сильні алергени.

Чи мають рацію скептики, які стверджують, що трансгенні продукти небезпечні? А може, вони стануть нашою їжею у 21 столітті?

Близько 30 років тому було зроблено перші досліди з генетичної модифікації рослин. Наприклад, можна взяти один ген від однієї тварини або рослини і вживити його в іншу тварину чи рослину. Таким способом, наприклад, можна отримати картоплю, стійку до пестицидів.

Генетично модифіковані продукти не тільки створені, але їх активно вживають.

У традиційній селекції відбувається схрещування усередині одного виду. Навіть помідор був покращений селекцією. Однак, при селекції відбувається обмін між особинами одного виду. А генна інженерія дозволяє скласти нову ДНК та маніпулювати нею. Наприклад, якщо ген світлячка вставити в ДНК тютюну, то квітка тютюну починає світитися, якщо потребує поливу. Селекційними методами цього неможливо досягти!

Протестувальники найбільше звертають увагу на негативні процеси цієї методики. Але ж ніхто не сперечається з тим, що генетично модифіковані продукти потребує тестування!

Захисники індустрії біотехнологій стверджують, що це процеси, що стосуються генно-модифікованих продуктів, перебувають під жорстким контролем.

Проводиться аналіз звичайної та трансгенної рослини. Вчені повинні довести інспекторам, що харчові продукти не відрізняються якістю.

Перевірка продукту проходить такі етапи:

1. Порівняння структури та хімічного складу звичайної та траснсгенної рослини.

2. Потрібні докази того, що вживання нового продукту не шкодить здоров'ю людини.

Трансгенна соя (має стійкість до гербіцидів) входить у продукти, які ми вживаємо в їжу останні роки.

Чи токсичний новий білок? Декілька років проводили тестування білка на токсичність. Годували мишей дозами у 1000 разів, що перевищують дози, які споживає людина. Вчені стверджують, що нічого шкідливого для організму людини не було виявлено.

Як нові білки перетравлюються? Білки, створені штучно занурюють у розчин, який має середовище подібне до складу з кишечником. Чим швидше перетравлюється продукт, тим краще.

Експерименти показали, новий білок не є алергеном. Є інші способи перевірити створений білок. Якщо він не проходить перевірку, його знищують. Проте білок трансгенної сої успішно витримав випробування! Було проведено 1800 аналізів, які показали, що із соєвими бобами все гаразд.

Система тестів працює. Потрібно тільки дотримуватися методики, вважають вчені.

Але скептики вважають, що наука знає ще замало, щоб стверджувати, що “все під контролем”. Живі організми настільки складні, що передбачити їхню поведінку практично неможливо.

Проте традиційні методи селекції не завжди безпечні. Навпаки, у генній інженерії точно відомі шляхи застосування гена. Знову ж таки, скептики впевнені, що генна інженерія, що використовує нові методи, ризикує завдати непоправної шкоди природі. Їх противники, кажуть, як і селекція небезпечна, т.к. вона має справу не з одним, а з кількома генами! А тому результат селекції ще більш непередбачуваний!

Найстрашніше, те, що років 30 тому експериментували з генами, не розуміючи, що роблять!

Опір генно-модифікованої продукції в Європі сильніший, ніж будь-де ще у світі. Останнім часом використання трансгенних товарів дуже утруднено: в Англії таких товарів було впроваджено близько 2000, а тепер залишилося менше 100!

3. Приклади генної модифікації

Громадські організації у Європі закликають знищувати трансгенні рослини. Дивні рослини отримують, імплантуючи в них гени тварин. Екологи проти цих технологій, громадськість зарозуміло і зневажливо ставиться до генетично модифікованих продуктів.

3.1 Збільшення качани кукурудзи

У Мексиці – бідні ґрунти, а тому дуже погані врожаї кукурудзи. Вченим поставлено завдання щодо збільшення розміру качани кукурудзи. В результаті проведених досліджень, вживили в кукурудзу ген, який нейтралізує солі алюмінію та розчиняє фосфати, це дозволило рослині повноцінно розвиватися на пропонованих ґрунтах.

Урожай обіцяв бути вдвічі більшим, але уряд під тиском екологічних організацій заборонив займатися цими дослідженнями. Екологи ігнорують результати експерименту. Противники генної інженерії вважають, що такі досліди завдають шкоди екології, небезпечні для здоров'я та зрештою призводять до екологічної катастрофи. Адже ніхто не дасть гарантії, що ці методики не призведуть до появи нових комах та бур'янів!

3.2 Захист бавовнику

Університет Арізони. Вчені працюють над збільшенням урожайності бавовни. Рослина страждає від нашестя рожевого коробчатого хробака. Якщо населення шкідника велика, то врожаї бавовни швидко падають!

Потрібно впровадити в бавовник такий ген, який вбиватиме коробчатого хробака. Останні 40 років знищення комах застосовували обприскування рослин хімікатами. Страждали і люди, і тварини. Спробували вживити в бавовну ген бактерії. У листі рослини з'явився білок, який отруйний для хробака. Отже, необхідність захисту рослини хімікатами відпадає!

В результаті отримали сотні гектарів отруйних рослин, які самі захищаються від шкідливих комах. Знову ж таки, мине час, і шкідники звикнуть, вироблять імунітет!

Але не тільки жуки - шкідники вселяють побоювання! Екологи бояться, що з'являться особливо стійкі бур'яни, і, отже, не буде порятунку від бур'янів стійких до хімікатів. Адже бджоли можуть рознести пилок на кілька кілометрів і ці рослини заповнять всю округу. Однак є дані, що на відстані 15 м запилення вже не відбувається. Але якщо навіть пилок модифікованої рослини подолає відстань, вона повинна схреститися зі своїм виглядом. Надживучість зберегти не так просто.

3.3 Рис із вітаміном “А”

Азії. 100 млн. дітей не отримують вітаміну “А”, який необхідний для повноцінного зору. Справа в тому, що основна їжа найбідніших верств населення – рис. Діти сліпнуть від нестачі вітаміну "А"!

Шляхетне завдання - виростити рис одразу з вітаміном “А” та засіяти їм поля у відсталих країнах. Як це можливо? Нарцис – отруйна рослина. З нього необхідно взяти 2 гени і впровадити в рис, який у такому разі міститиме вітамін “А”!

4. Жахи генної модифікації

Ген людської печінки додають у рис! Вчені почали додавати людські гени до рису у спробі підняти генно-модифіковані продукти на новий рівень.

Дослідники ввели в рис ген, отриманий з печінки людини, що виробляє ензим, сприяє розпаду шкідливих хімічних елементів в організмі людини. Вони сподіваються, що ензим – CYP2B6 – зробить те саме з гербіцидами та забруднюючими речовинами, будучи змішаним з рисом.

Однак противники генно-модифікованих продуктів кажуть, що використання людських генів відлякає споживачів, яким нехтує ідея канібалізму і того, що вчені беруть на себе функції бога. Сью Майєр із британської організації GeneWatch каже: "Я не думаю, що хтось захоче купити цей рис". "Люди вже висловили свою огиду щодо використання людських генів та занепокоєння у зв'язку з відчуттям, що індустрія біотехнологій не прислухається до них. Це ще більше похитне їхню впевненість".

Зазвичай, при генній модифікації зернових культур використовуються гени, отримані з бактерій. Вони стійкі лише до одного виду гербіцидів, що означає, що фермери можуть обробляти свої поля як завгодно часто для боротьби зі шкідниками, але лише одним видом хімікатів. Мета додавання до рису людського гена – створити рослину, стійку до кількох видів гербіцидів.

Дослідники в Національному інституті агробіологічних наук у Цукубі в Японії виявили, що новий вид рису може бути стійким до 14 різних видів гербіцидів. Професор Річард Мейлан, який проводив подібні дослідження в Інституті Пердью в Індіані, каже, що такий рис можна вирощувати на ґрунті, просоченому промисловими забрудненнями. Він застосовував у своїх дослідженнях гени кроликів, але каже, що не бачить причин, через які не можна використовувати людські гени. Він каже, що розмови про "харч Франкенштейна" – це нісенітниця, і додає: "Я не думаю, що етичні міркування мають якесь відношення до використання людських генів у генній інженерії при вирощуванні продуктів".

Виробництво рису в усьому світі падає, і йде гонка у пошуках шляхів підвищення зборів рису, а також нових різновидів рису, стійких до вірусів, з низьким вмістом алергенів та білка.

Однак в Інституті Науки у суспільстві противників генної модифікації кажуть, що ензим CYP2B6 може вдарити по людині, призвівши до створення нових вірусів чи різновидів раку.

Вони додають: "Прихильники генної модифікації та країни, які є основними виробниками рису, досліджують і просувають генно-модифікований рис, абсолютно не замислюючись про безпеку та довготривалу перспективу".

Висновок

Скептики впевнені, що генні технології вирішать соціальні проблеми. Мрії про рівний розподіл продуктів харчування по всьому світу - утопія.

Опір генно-модифікованої продукції в Європі сильніший, ніж будь-де ще у світі. Творці генетично змінених продуктів стверджують, що вони є абсолютно безпечними. У свою чергу, противники генної модифікації вважають її "скринею Пандори" з непередбачуваними наслідками.

Очевидно, що в найближчі десятиліття генетика ще піднесе людству чимало сюрпризів, породить безліч сенсацій - уявних і реальних, навколо неї вируватимуть суперечки і навіть скандали. Суспільство легко чує тих людей, які бояться всього нового, але небезпека від мобільних телефонів не менша!

Головне, щоб вся ця метушня не надто заважала серйозній роботі вчених на одному з найцікавіших та найперспективніших наукових напрямів.

Термінологічний словник

Генна інженерія- практика цілеспрямованої зміни генетичних програм статевих клітин з метою надання вихідним формам організмів нових властивостей або створення нових форм організмів. Основний метод генної інженерії полягає у вилученні з клітин організму гена або групи генів, поєднання їх з певними молекулами нуклеїнових кислот та впровадження отриманих гібридних молекул у клітини іншого організму.

Біологічний захист- у генній інженерії - створення та використання безпечної для людини та об'єктів довкілля комбінації біологічного матеріалу, властивості якого виключають небажане виживання генно-інженерно-модифікованих організмів у навколишньому середовищі та/або передачу їм генетичної інформації

Біотехнологія Biotechnology- у широкому значенні - прикордонна між біологією та технікою наукова дисципліна та сфера практики, що вивчає шляхи та методи зміни навколишньої людини природного середовища відповідно до її потреб.

Біотехнологія- у вузькому значенні - сукупність методів та прийомів отримання корисних для людини продуктів та явищ за допомогою біологічних агентів. До складу біотехнології входять генна, клітинна та екологічна інженерії.

Випуск генно-інженерно-модифікованих організмів у довкілля- дія або бездіяльність, внаслідок яких відбулося внесення генно-інженерно-модифікованих організмів до навколишнього середовища.

Генно-інженерна діяльність- діяльність, що здійснюється з використанням методів генної інженерії та генно-інженерно-модифікованих організмів.

Генно-інженерно-модифікований організм- організм або кілька організмів, будь-яка неклітинна, одноклітинна або багатоклітинна освіта: - здатна до відтворення або передачі спадкового генетичного матеріалу; - відмінне від природних організмів; - отримане із застосуванням методів генної інженерії; та - містить генноінженерний матеріал.

Генодіагностика- у генній інженерії - сукупність методів виявлення змін у структурі геному.

Замкнута система- у генній інженерії- система здійснення генно-інженерної діяльності, при якій генетичні модифікації вносяться в організм або генно-інженерно-модифіковані організми, обробляються, культивуються, зберігаються, використовуються, піддаються транспортуванню, знищенню або похованню в умовах існування фізичних, хімічних та біологічних бар'єрів або їх комбінацій, що запобігають контакту генно-інженерно-модифікованих організмів з населенням та навколишнім середовищем.

Відкрита система- у генній інженерії- система здійснення генно-інженерної діяльності, що передбачає контакт генно-інженерно-модифікованих організмів з населенням та навколишнім середовищем за їх навмисного випуску в навколишнє середовище, застосування в медичних цілях, при експорті та імпорті, при передачі технологій.

Трансгенні організми- Тварини, рослини, мікроорганізми, віруси, генетична програма яких змінена з використанням методів генної інженерії.

Фізичний захист- у генній інженерії- створення та використання спеціальних технічних засобів та прийомів, що запобігають випуску генно-інженерно-модифікованих організмів у навколишнє середовище та/або передачу їм генетичної інформації.

Література

1.Маніатіс Т., Методи генетичної інженерії, М., 1984;

2. Генна інженерія Джерело #"#">#"#">Рубрикон

Генно-інженерно-модифікований організм - організм або кілька організмів, будь-яка неклітинна, одноклітинна або багатоклітинна освіта: - здатна до відтворення або передачі спадкового генетичного матеріалу; - відмінне від природних організмів; - отримане із застосуванням методів генної інженерії; та - містить генно-інженерний матеріал.

Фаги, те саме, що бактеріофаги. …фаг (від грец. Phagos – пожирач) частина складних слів, відповідна за значенням слів ”поїдає”, ”поглинаючий” (наприклад, бактеріофаг).

Біотехнологія-сукупність методів і прийомів отримання корисних для людини продуктів і явищ за допомогою біологічних агентів. До складу біотехнології входять генна, клітинна та екологічна інженерії.

Генетики вивели соєві боби, що запобігають втраті волосся. У Японії виведено генетично змінений сорт соєвих бобів, які стимулюють зростання волосся і запобігають їх втраті від хіміотерапії. Якщо підтвердиться безпека нового продукту, то щоб врятуватися від облисіння, потрібно буде просто періодично їсти ці боби, повідомив у середу голова дослідницької групи Університету Кіото професор Массакі Йосікава. Чудодійну властивість зерновій культурі надав генетично впроваджений компонент (новокінін), що має протигіпертонічним ефектом. Він був отриманий із амінокислотного складу яєчного білка. За словами вчених, цей компонент сприяє зростанню волосся тим, що розширює судини та нормалізує циркуляцію крові. Ефективність бобів підтверджена в ході експериментів над мишами, яких поголили, а потім годували модифікованими бобами з розрахунку тисячна міліграма протигіпертонічної речовини на грам маси тіла. Як повідомляється, відновлення вовняного покриву йшло прискореними темпами, а після збільшення дози миші переставали втрачати шерсть навіть унаслідок хіміотерапії. Фахівці кажуть, що їх боби також можна використовувати як звичайні ліки від високого тиску. 13 Квітня 2005

Полімерія - взаємодія неалельних множинних генів, що односпрямовано впливають на розвиток однієї й тієї ж ознаки; ступінь прояву ознаки залежить кількості генів. Полімерні гени позначаються однаковими літерами, а алелі одного локусу мають однаковий нижній індекс.

Полімерна взаємодія неалельних генів може бути кумулятивною та некумулятивною. При кумулятивній (накопичувальній) полімерії ступінь прояву ознаки залежить від сумарної дії кількох генів. Чим більше домінантних алелів генів, тим сильніше виражений той чи інший ознака. Розщеплення F2 за фенотипом при дигібридному схрещуванні відбувається у співвідношенні 1:4:6:4:1, а в цілому відповідає третій, п'ятій (при дигібридному схрещуванні), сьомий (при тригібридному схрещуванні) і т.п. рядкам у трикутнику Паскаля.

При некумулятивної полімерії ознака проявляється за наявності хоча б однієї з домінантних алелей полімерних генів. Кількість домінантних алелів впливає ступінь вираженості ознаки. Розщеплення F2 по фенотипу при дигібридному схрещуванні - 15:1.

Приклад полімерії – успадкування кольору шкіри у людей, який залежить (у першому наближенні) від чотирьох генів із кумулятивним ефектом.

Ген-модифікатор

Ген, який не має власного виразу у фенотипі, але має посилюючий або послаблюючий вплив на експресію ін. генів (відповідно, ген-інтенсифікатор та ген-інгібітор ); іноді поняття "ген-модифікатор" розуміється ширше - будь-який ген, який надає якийсь вплив на ступінь експресії ін. (неалельного) гена, тоді ген-модифікатор, що впливає на фенотип тільки в присутності основного гена (через нього), називають специфічним геном - Модифікатором.

20. Хромосомна теорія та історія її створення.

21. Механізми наслідування статі. Вплив факторів внутрішнього та зовнішнього середовища на розвиток ознак статі.

22. Спадкування ознак зчеплених із підлогою.

У всіх двостатевих організмів є два типи хромосом. Перший тип – аутосоми (нестатеві хромосоми). Вони однакові в організмів жіночої та чоловічої статі. Другий тип - статеві хромосоми, за ними є відмінності організмів по статі: у жіночих особин 2 однакові хромосоми XX, у чоловічих XY. Такий тип статі називається гомогаметним. Характерний для ссавців, риб, комах. Другий тип статі – гетерогаметний, самки XY, самці XX. Статеві хромосоми розрізняються за своїми розмірами. У більшості організмів у X – хромосомі перебуває багато генів, у Y – хромосомі локалізовані поодинокі гени. Тільки у риб Y - хромосома щодо багатшими генами. Якщо гени локалізовані в X – хромосомі, а Y – хромосома генетично інтерну, такий тип успадкування ознак називається успадкуванням, зчепленим зі статтю. Якщо гени представлені лише у одній хромосомі, а друга генетично інтерну, такі організми називаються генізиготними.

23. Зчеплене успадкування та кросинговер

Оскільки більшість організмів є багато (кілька тисяч) генів, а хромосом - обмежене число, то одній хромосомі розташовується одночасно кілька генів. Гени, що входять до складу однієї хромосоми, називаються зчепленими та утворюють групу зчеплення. Наслідуються вони як єдине ціле, тому що це визначається поведінкою хромосоми в мейозі. У разі розщеплення за зчепленими ознаками не підпорядковується закону незалежного наслідування. Якщо гени розташовані близько один до одного, то вони завжди зберігаються у вихідних поєднаннях.

Наприклад, АВ/аb х аb/аb -> 1 Аb/аb: 1 аb/аb.

Це випадок так званого повного зчеплення, яке спостерігається нечасто. Набагато поширенішими є ситуації, коли гени розташовуються на деякому віддаленні один від одного. У такому разі часткового зчеплення вони можуть розділятися в результаті процесу, що називається кросинговером. Це ще один вид генетичної рекомбінації. Кросинговер здійснюється в профазі першого мейотичного поділу в момент кон'югації хромосом. Саме тоді хроматиди гомологічних хромосом обмінюються фрагментами спадкового матеріалу, у результаті з'являються нові комбінації генів.

Наприклад, АВ/аb х аb/аb → АВ/аb: аb/аb: Аb/аb: аВ

Чисельність рекомбінантних (або кросоверних) класів завжди менша, ніж нерекомбінантних, і співвідношення двох класів усередині кожної групи завжди дорівнює 1:1. Величина кросинговера, що обчислюється як відсоткове ставлення рекомбінантів до загальної чисельності потомства, є показником відстані між генами і використовується для картування хромосом - розташування генів на карті хромосоми в строго визначеному порядку та фіксованих відстанях. Ці відстані мають властивість адитивності, яка полягає в наступному. Якщо є три гени, які розташовані в порядку А-В-С, то АС = АВ + ВС. Така адитивність однозначно свідчить про лінійність розташування генів у хромосомах.

Якщо розглядається кросинговер між великим числом генів, то виходить картина набагато складніша - окремі акти кросинговеру взаємодіють один з одним. Такий взаємний вплив актів кросинговеру називається інтерференцією.

Багато видів міопатій спричинені мутаціями у генах. Ці мутації звичайними таблетками не виправити, але наука не стоїть дома. В даний час вчені розробляють різні технології редагування генів.

У цьому записі ми зібрали деякі матеріали з таких технологій.

Модифікація методу аналізу результатів редагування геному за допомогою системи CRISPR/CAS9 на передімплантаційних ембріонах миші

Анотація

Генно-модифіковані тварини є важливим інструментом біомедичних досліджень. Для їх отримання все частіше використовують систему редагування геному CRISPR/Cas9. За допомогою мікроін'єкції комплекс РНК-гіду та білка Cas9 доставляється в запліднену яйцеклітину, з якої згодом розвивається тварина з модифікацією в геномі. Як правило, аналіз специфічності та ефективності системи у кожному випадку проводять після отримання потомства з ймовірною мутацією. Проте аналіз на предимплантационной стадії дозволив би скоротити час експерименту, і навіть зрозуміти причину народження малої кількості і навіть відсутності трансгенних особин у потомстві. У статті запропоновано модифікацію методу підготовки тотальної ДНК з бластоцистом миші, що дозволяє простіше і швидше детектувати результати мікроін'єкцій комплексу CRISPR/Cas9 в зиготу. Застосувавши описаний у статті метод, ми успішно ідентифікували короткі делеції в інтроні гена 34 дистрофіну (DMD) в 12 з 13 оброблених ембріонів і вставку за місцем розриву в інтроні 8 гена DMD в 11 з 21 проаналізованих зразків. Використовуючи приготовлену запропонованим способом тотальну ДНК, можна аналізувати до 20 різних сайтів у геномі мишачого ембріона на стадії бластоцисти, не вдаючись до повногенної ампліфікації.

Журнал: Вісник Російського державного медичного університету, випуск: № 3 /2016

Технологія редагування геному та можливості її застосування у клітинній нейробіології.

Анотація

В даний час завдяки серії фундаментальних відкриттів у клітинній та молекулярній біології з'явилося кілька високотехнологічних підходів до моделювання неврологічних (насамперед нейродегенеративних) захворювань людини. Серед них направлене геномне редагування за допомогою штучних нуклеазних систем (CRISPR/CAS9 та ін.), що дозволяє здійснювати високоспецифічне виправлення генетичних дефектів на рівні клітин. Особливо перспективним є застосування технології геномного редагування на спеціалізованих нейронах та індукованих плюрипотентних стовбурових клітинах (ІПСК), одержуваних з фібробластів хворих зі спадковими формами нейродегенерації в результаті клітинного репрограмування. У статті проводиться короткий аналіз систем програмованих нуклеаз, розглядаються механізми їх роботи, переваги, недоліки та можливості застосування у моделюванні та корекції нейродегенеративних захворювань. Узагальнено власний досвід у клітинному моделюванні PARK2 форми хвороби Паркінсона на культурі дофамінергічних нейронів, диференційованих з ІПСК. Подано попередні дані, пов'язані з можливістю редагування геному клітин в мутантних сайтах PARK2.

Журнал: Аннали клінічної та експериментальної неврології, випуск: № 4 / том 9 / 2015

Системи редагування геномів TALEN та CRISPR/CAS інструменти відкриттів

Анотація

Детальне вивчення геномів рослин, тварин та людини відкриває найширші можливості застосування отриманих знань у біотехнології та медицині. Однак лише даних про нуклеотидні послідовності геномів недостатньо для розуміння функціональних взаємозв'язків окремих елементів геномів та їх ролі у формуванні фенотипічних ознак та патогенезі окремих захворювань. У постгеномну епоху активно розвиваються методи, що дозволяють маніпулювати з ДНК у геномах, а також візуалізувати та керувати експресією генів та роботою регуляторних елементів. Проте далеко не всі методи відповідають високим вимогам щодо їх ефективності, безпеки та доступності для широкого кола дослідників. Останні кілька років з'явилися новітні методи редагування геномів це системи TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nucleases) і CRISPR (Clustered Regulatory Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas9. Ці системи, що з'явилися відносно недавно, вже зарекомендували себе як ефективні та надійні інструменти геномної інженерії. Цей огляд в основному присвячений застосуванню зазначених систем для редагування геномів основних модельних об'єктів сучасної біології, а також для функціонального скринінгу геномів, створення клітинних моделей спадкових захворювань людини, вивчення епігеномів та візуалізації клітинних процесів. Крім того, розглянуто основні методи конструювання подібних систем, проаналізовано їхню дію, обговорюються деякі проблеми, які чекають на дослідників при застосуванні цих інструментів редагування геномів.

Журнал: Acta Naturae, випуск: № 3 (22) / том 6 / 2014

"Редактори" геномів. Від цинкових пальців до CRISPR

Анотація

Поява методів маніпулювання генетичним матеріалом ознаменувала собою справжню революцію у біології, біотехнології та медицині. Спрямоване втручання в геном живих організмів дозволило вирішувати широкий спектр завдань, починаючи від створення модифікованих видів бактерій, рослин і тварин, що мають нові цінні властивості, і клітинних моделей, необхідних для створення нових ліків, до розробки методів генотерапії, що відкриває перспективи виправлення вроджених генетичних порушень. щоб успішно вторгатися у «свята святих» клітини – її спадковий матеріал, необхідні технології, що дозволяють розщеплювати та поєднувати молекули ДНК у заданих ділянках. Воістину революційний прорив у цій галузі стався лише кілька років тому, коли на основі механізмів «бактеріального імунітету» було розроблено простий метод генетичної інженерії CRISPR/Cas, що забезпечує точну дію на задані ділянки ДНК. Цей метод відкрив нові можливості для маніпуляцій лише на рівні геному вищих організмів, дозволяючи вносити точкові мутації, виправляти, вбудовувати чи видаляти фрагменти і навіть цілі гени.

Журнал: Наука з перших рук, випуск: № 2 (56) / 2014

Генно-клітинна терапія спадкових захворювань м'язової системи: сучасний стан питання

Анотація

Генетичні захворювання, що призводять до первинного ураження кістякової м'язової тканини, можуть бути обумовлені дисфункцією більш ніж 30 генів. Сьогодні не існує ефективних способів їх етіотропного та патогенетичного лікування. Дослідники зосереджують свої зусилля на пошуку нових терапевтичних засобів, що належать до генних та клітинних технологій, а також використання малих молекул. У світі проведено великий пул доклінічних досліджень, а також виконано кілька десятків клінічних досліджень. На жаль, випробувані технології поки що не призвели до суттєвого прогресу в лікуванні пацієнтів із даними захворюваннями. Разом з тим, отримані дані дозволяють визначити найдоцільніші напрями подальших розробок – суміщення методик корекції геному з клітинною доставкою виправленого геному в скелетну м'язову тканину. Даний огляд покликаний дати загальні уявлення про етіологію генетичних захворювань м'язів скелета, основні напрямки біотехнологічних розробок та результати виконаних клінічних досліджень.

Журнал: Гени та клітини, випуск: № 4 / том 9 / 2014

Як відредагувати спадковість

Анотація

Друге місце в десятці наукових проривів 2013 р., за версією журналу Science, зайняв метод редагування геномів під назвою CRISPR/Cas, що дозволяє маніпулювати хромосомну ДНК прямо в живих клітинах. Система CRISPR/Cas складається з компонентів адаптивної імунної системи бактерій, адаптованих для роботи в клітинах вищих організмів (еукаріотів), включаючи людину. З її допомогою можна не тільки вивчати важкі, у тому числі спадкові, захворювання, але й створювати моделі для розробки нових способів їхньої лікарської та генної терапії.

Журнал: Наука з перших рук, випуск: № 1 (55) / 2014

Відео TED Talks

Виступи вчених, які розповідають про технології редагування генів.

Відео англійською мовою, але є можливість включити російські субтитри:

Що потрібно знати про CRISPR

Чи відродимо ми волохатих мамонтів? Чи редагуватимемо людські ембріони? Чи зітремо з лиця землі цілі види, які ми розцінимо як небезпечні? Технологія редагування геному CRISPR зробила подібні питання реальними, але як вона працює? Вчений і прихильник наукових лабораторій Ellen Jorgensen розповідає доступною мовою про міфи та реальності CRISPR без пускання пилу в очі.

Відео виступи:

Як CRISPR дозволить нам редагувати ДНК

Генетик Jennifer Doudna – одна з тих, хто розробив нову революційну технологію редагування генів CRISPR-Cas9. Ця технологія дозволяє вченим точно редагувати ланцюжки ДНК, що веде до лікування генетичних захворювань… але також може бути використано для створення так званих “дизайнерських дітей”. Doudna розглядає, як CRISPR-Cas9 працює, а також просить наукову спільноту зробити паузу та обговорити етичну проблему нового інструменту.

Відео виступи

Генетичне редагування може змінити цілі види – назавжди

Технологія редагування генів CRISPR дозволяє вченим змінювати послідовності ДНК і гарантує, що результати відредагованих генетичних особливостей успадковуватимуться майбутніми поколіннями, відкриваючи можливість створення альтернативних видів.
Понад те, ця технологія веде нас до питань: як нова влада вплине на людство? Що ми збираємось міняти? Ми тепер боги?
Приєднуйтесь до роздумів журналіста Jennifer Kahn щодо цих питань.

Запис виступу

Генетична модифікація ( ГМ) - Зміна геному живого організму з використанням технології генної інженерії, шляхом впровадження одного або декількох генів взятих в одного організму-донора іншому. Після такого впровадження (перенесення) отримана рослина вже називатиметься генетично модифікованою, або ж трансгенною. На відміну від традиційної селекції вихідний геном рослини при цьому майже не торкається і рослина отримує нові ознаки, якими саме вона раніше не мала. До таких ознак (характеристик, властивостей) можна віднести: стійкість до різних факторів навколишнього середовища (до морозу, посухи, вологи тощо) до хвороб, до комах-шкідників, покращені ростові властивості, стійкість до гербіцидів, пестицидів. Зрештою, вчені можуть змінювати харчові властивості рослин: смак, аромат, калорійність, час зберігання. Використовуючи генну інженерію можна підвищити врожайність, що дуже важливо, враховуючи, що світове населення з кожним роком зростає і збільшується кількість голодуючих у країнах.

За традиційної селекції новий сорт можна отримати лише в межах одного виду. Наприклад, вивести зовсім новий різновид рису можна шляхом схрещування різних сортів рису між собою. При цьому виходить гібридна комбінація, з якої потім селекціонер відбирає тільки форми, що його цікавлять.

Так як гібридизація здійснюється між окремими рослинами, практично неможливо вивести сорт, який би володів характеристиками, що нас цікавлять, які будуть успадковуватися наступними поколіннями. Для вирішення подібного завдання потрібно досить багато часу. Якщо потрібно вивести новий сорт пшениці і щоб цей сорт набув деяких ознак рису, то традиційна селекція тут безсила. На допомогу прийшла, при її використанні можна піддослідній рослині перенести певні характеристики (властивості) і все це здійснюватиметься на рівні ДНК, окремих генів Подібним способом, наприклад, можна перенести пшеницю генморозостійкості.

Метод генетичної модифікації дозволяє принаймні теоретично ізолювати окремі гени, які відповідальні за певні властивості живих організмом і прищеплювати їх зовсім іншим організмам, суттєво скорочуючи при цьому термін створення нового виду. Саме тому багато селекціонерів та науковців у всьому світі використовують цю технологію при виведенні нових сортів. В даний час вже виведені стійкі до пестицидів (гербіцидів), комах-шкідників та хвороб деякі комерційні сорти сільськогосподарських культур. А також, отримані сорти з покращеними смаковими якостями, стійкі до посухи та морозу.