6. Генные технологии.

Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанные с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии, часто называемые генной инженерией, родились в начале 70-х годов XX в. под названием технологий рекомбинантных ДНК. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена кодирующего нужный продукт) или группы генов, и соединение их с молекулами ДНК, способными про­никать в клетки другого организма и размножаться в них. На начальной стадии развития генных техно­логий получен ряд биологически активных соеди­нений – инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии объединяет химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывает новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства.

Основная цель генных технологий — видоизме­нить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Современные экспериментальные методы позволяют анализировать и иденти­фицировать фрагменты ДНК и генетически видоизме­ненной клетки, в которую введена нужная ДНК. С их помощью целенаправленно осуществляются химические операции над  биологическими объектами, что и составляет основу генных технологий.

Генные технологии привели к разработке мощных методов анализа генов и геномов, а они, в свою очередь, к синтезу, т.е. к конструированию новых генетически модифицированных микроорганизмов. К 1996 году установлены нуклеотидные последователь­ности 11 разных микроорганизмов, начиная от самой маленькой автономно размножающейся микроплазмы содержащей всего 580 тыс. нуклеотидных пар. Среди них – и промышленные штаммы, и те, геном которых особо интересен для науки, в частности для обнаружения ранее неизвестных принципов организации геномов и для понимания механизмов эволюции микробов, Промышленные микробиологи в свою очередь убежде­ны, что знание нуклеотидных последовательностей ге­номов промышленных штаммов позволит «программи­ровать» их на то, чтобы они приносили большой доход,

Клонирование эукариотных, т. е. ядерных, генов в микробах и есть тот принципиальный метод, который привел к бурному развитию микробиологии. Фрагмен­ты геномов животных и растений для их анализа кло­нируют именно в микроорганизмах. Для этого в каче­стве молекулярных векторов — переносчиков генов — используют искусственно созданные плазмиды, а так­же множество других молекулярных образований для выделения и клонирования.

С помощью так называемых молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной последовательно­стью нуклеотидов) можно быстро определять, скажем, заражена ли донорская кровь вирусом СПИДа. А ген­ные технологии, с помощью которых можно иденти­фицировать некоторых конкретных микробов, позво­ляют пристально следить за их распространением, например внутри больницы или при эпидемиях.

Генные технологии производства вакцин разви­ваются в двух основных направлениях. Первое – улуч­шение уже существующих вакцин. Вакцины должны стать более эффективными, работать в меньших дозах и не давать побочных эффектов. Идеал – это так на­зываемая комбинированная вакцина: сразу несколько вакцин в одной дозе. Второе направление – генные технологии получения вакцин против тех болезней при которых сам метод вакцинации еще не использо­вался; это – СПИД, малярия, даже язвенная болезнь желудка и некоторые другие.

За последние годы генные технологии не только значительно улучшили эффективность традиционных – природных штаммов – продуцентов, но и создали принципиально новые. Например, у грибного штамма – продуцента антибиотика цефалоспорина увеличили число генов, кодирующих экспандазу, активность которой задает скорость синтеза цефалоспорина. В итоге выработка антибиотика возросла на 15-40% по сравнению с исходным штаммом.

Проводится целенаправленная работа по генети­ческой модификации свойств микробов, традиционно используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении и виноде­лии. Цели этой работы: увеличение устойчивости про­изводственных штаммов, повышение их конкуренто­способности по отношению к вредным бактериям и улучшение качества продукта (аромата, питательной ценности, крепости и т. д.).

Генетически модифицированные микробы могут принести большую пользу при взаимодействии с сель­скохозяйственными растениями и животными, с их патогенными вирусами и микробами; с вредными на­секомыми, с почвой. Вот примеры. Можно модифици­ровать те или иные растения, сделать их более устой­чивыми к инфекционным болезням, внеся в них гены, которые блокируют развитие вирусных или грибковых заболеваний. Так, в Китае устойчивые к вирусам табак, томаты и сладкий перец выращивают уже на больших площадях. Известны трансгенные томаты, устойчивые к бактериальной инфекции, картофель и кукуруза, устойчивые к грибкам.

Одно из самых тревожных опасений: не приведет ли широкое внедрение в практику генных технологий к появлению покуда не известных эпидемиологам за­болеваний и других нежелательных последствий. Прак­тика показывает, что широкомасштабная генная инже­нерия микроорганизмов, продолжающаяся вот уже около 30 лет, до сих пор не дала ни одного примера отрицательных последствий. Более того, оказалось, что все рекомбинантные микроорганизмы, как правило, менее вирулентны, т. е. менее болезнетворны, чем их исходные формы.

Однако биологические феномены таковы, что о них никогда нельзя с уверенностью сказать: этого никогда не случится. Надо говорить так: вероятность того, что это случится, очень мала. И тут – как безус­ловно положительное – важно отметить, что все виды работ с микроорганизмами строго регламентированы, и цель такой регламентации – уменьшить вероятность распространения инфекционных агентов.

Трансгенные штаммы не должны содержать генов, которые после их переноса в другие бактерии смогут дать опасный эффект.

Заключение.

Интенсивно развиваются наноэлектронная и генная технологии, которые включают операции, произ­водимые над различными молекулярными объектами. При сочетании некоторых операций наноэлектронной и генной технологий удалось связать нитями ДНК наночастицы из золота в трехмерную структуру. Кроме того, из отрезков ДНК построен мостик между дву­мя электродами, на который осаждалось серебро, и в результате получился своеобразный электропроводя­щий элемент в виде нити диаметром 100 нм.

Современные биотехнологии позволяют производить самоконсервирующееся молоко, быстрые в приготовлении сыры, вкусный хлеб, глюкозу и др. Отработана технология производства сахара из кукурузы и пшеницы. Полученный таким образом сахар на треть дешевле тростникового.

Генная технология вторгается в наследственный механизм многих растений. Например, выращены трансгенные сорта картофеля: удароустойчивый (это важно при его транспортировке и хранении), крахмальный и малокрахмальный (для стола), содержащий много ценных протеинов. С применением генных операций удалось создать два новых сорта помидоров: один из них не подвержен быстрому гниению, а другой содержит сравнительно мало воды. Получены не подверженные заболеваниям растения какао, стойкая к заморозкам клубника, кофейные зерна с пониженным содержанием кофеина. Благодаря изменению наследственного аппарата улучшены качества многих сельскохозяйственных культур. Достигнуты успехи и в животноводстве. Генная технология позволила вывести новую породу свиней – без излишней жирности: свинина становится диетическим мясом. Другое новшество – корова дает молоко, не скисающее в течение нескольких дней.

В недалеком будущем ученые смогут передать сельскому хозяйству множество трансгенных видов растений и животных, что поможет решить важнейшую проблему обеспечения человечества продуктами питания. При этом речь идет не только о количестве, но и о качестве. Уже сегодняшние успехи генных технологий вселяют надежду: люди в XXI в. не столкнутся с голодом.

Изучение свойств вещества на молекулярном уровне дает свои плоды. Современные химические пред­приятия не отравляют, как раньше, атмосферу выбросами и не заваливают землю ядовитыми отходами. Их продукция содержит гораздо меньше вредных для природы и человека компонентов. Приведем примеры. Долгое время основной составляющей моющих средств были соединения фосфора, которые после отработки попадали со стоком воды в водоемы. Фосфор стимулировал бурный рост водорослей, потребляющих много кислорода из воды, в результате чего она становилась обедненной кислородом и мало пригодной для жизни рыбы. Новые моющие средства производятся на безопасной химической основе. Еще один пример. Для окружающей среды опасны хлорорганические соединения, широко применяемые в производстве целлюлозы. Совсем недавно весь тираж популярного герман­ского еженедельника «Штерн» был напечатан на бумаге шведской фирмы, произведенной без хлора, – это первый шаг к облегчению нагрузки на природу и блестящий пример для модернизации гигантской целлюлозо-бумажной промышленности.

Список используемой литературы:

1. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. – М.: Академический проект, 2005

2. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Справочник. – М.: Высшая школа, 2004

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Практикум. – М.: Высшая школа, 2004

4. Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. – М.: Академический проект, 2004

5. Симонов Д.А. Концепции современного естествознания в вопросах и ответах. – М.: Проспект, 2005

6. Интернет-ресурс: http://limm.mgimo.ru/science/

31