Биотехнология. Вклад в решение глобальных проблем человечества
Другие рефераты
Биотехнологии
Удивительными открытиями в науке и грандиозным научно-техническим
прогрессом ознаменовался XX век, однако научно-технический
прогресс в настоящем виде имеет негативные стороны: исчерпание
ископаемых ресурсов загрязнение окружающей среды, исчезновение
многих видов растений и животных, глобальное изменение климата,
появление озоновых дыр над полюсами Земли и т.д. Ясно, что такой
путь ведёт в тупик. Нужно принципиальное изменение вектора
развития. Биотехнология может внести решающий вклад в решение
глобальных проблем человечества.
Биотехнология - это использование живых организмов (или их
составных частей) в практических целях. Когда говорят о современной
биотехнологии, то подобное определение дополняют словами: на базе
достижений молекулярной биологии. Если не сделать подобного
добавления, то под определение "биотехнология" попадут и
традиционное с/х, животноводство и многие отрасли пищевой
промышленности, использующие микроорганизмы. Далее мы остановимся
на одном из видов биотехнологии, а именно на генной инженерии,
которая открывает совершенно новые пути в медицине химии, в
производстве Энергии, новых материалов, в охране окружающей среды.
Генная инженерия - это технология манипуляций с веществом
наследственности - ДНК.
Сегодня учёные могут в пробирке разрезать молекулу ДНК в
желательном месте, изолировать и очищать отдельные её фрагменты,
синтезировать их из двух дезоксирибонуклеотидов, могут сшивать
такие фрагменты. Результатом таких манипуляций являются
"гибридные", или рекомбинантные молекулы ДНК, которых до этого не
было в природе.
Годом рождения генной инженерии считается 1972 год, когда в
лаборатории Пола Берга в США была получена в пробирке первая
рекомбинантная реплицироваться, т.е. размножаться, в бактерии
кишечной палочки E.сoli. Само появление генной инженерии стало
возможным благодаря фундаментальным открытиям в молекулярной
биологии.
В 60-е годы ученые расшифровали генетический код, т.е. установили,
что каждая аминокислота в белке кодируется триплетом нуклеотидов в
ДНК. Особенно важно, что генетический код универсален для всего
живого мира. Это означает, что весь мир "разговаривает" на одном
языке. Если передать в какую- либо клетку "чужеродную" ДНК, то
информация, в ней закодированная, будет правильно воспринята
клеткой реципиентом.
Далее было установлено, что существуют специальные
последовательности ДНК, определяющие начало и окончание
транскрипции, трансляции , репликации. Практически все эти системы,
в первом приближении, безразличны к последовательностям ДНК,
расположенным между данными сигналами. Надо сказать, что сами
сигналы различаются в разных организмах. Из всего сказанного
следует, что если взять некий структурный ген(например человека) и
in vitro снабдить его сигналами, характерными для гена
бактериальной клетки, то такая структура, помещённая в
бактериальную клетку, будет способна к синтезу человеческого белка.
Принципиальная особенность генной - способность создавать
структуры ДНК, которые никогда не образуются в живой природе.
Генная инженерия преодолела барьер, существующий в живом мире, где
генетический обмен осуществляется только в пределах одного вида или
близкородственных видов организмов. Она позволяет переносить гены
из одного живого организма в любой другой. Эта новая техника
открыла безграничные перспективы создания микроорганизмов, растений
и животных с новыми полезными свойствами.
Конечно, нарушение барьеров живой природы может таить
потенциальную опасность. Вот почему во всех развитых странах мира
правила работы, законы, регулирующие генно-инженерную деятельность.
Закон о "генно-инженерной деятельности" принят и парламентом РФ в
июле 1996 г.
Невозможно рассказать о всех аспектах применения техники генной
инженерии в биотехнологии или научных исследованиях. Приведём лишь
несколько примеров, иллюстрирующих возможности этого метода.
Одно из наиболее важных направлений генной инженерии - производство
лекарств нового поколения, представляющих собой биологически
активные белки человека. Следует напомнить, что в большинстве
случаев белки человека (как и других животных) видоспецифичны, т.е.
для лечения человека можно использовать только белки человека.
Вследствие этого возникает проблема получения человеческих белков в
нужных количествах.
В связи со сказанным интересна история получения интерферонов. В
1957 г. английские ученые Иссаакс и Линдельман обнаружили, что
мыши, болевшие гриппом, не подвержены инфекции другими, более
опасными вирусами. Исследование наблюдаемого явления привело к
выводу, клетки животных и человека в ответ на вирусную инфекцию
выделяют какое-то вещество, которое делает окружающие здоровые
клетки устойчивыми к вирусной инфекции. Это вещество (или вещества)
получило название интерферона.
В течение последующих 20 лет велись интенсивные исследования. Было
установлено, что интерфероны - группы белков, относящиеся к 3
классам - alpha, betta и gamma. Лейкоциты крови выделяют интерферон
типа alpha , фибробласты типа betta и T- лейкоциты типа gamma.
Интерфероны выделили, очистили и показали их эффект как
противовирусных лекарств. Кроме того, эти белки оказались
эффективными при лечении рассеянного склероза и некоторых видов
рака. Единственным препятствием к использованию интерферонов была
их малая доступность. Они синтезировались в очень малых
количествах: источником их получения была или донорская кровь, или
культура клеток человека. К сожалению, эти источники не позволяли
получать интерфероны в количестве, нужных медицине.
В 1980 - 1985 гг. в нескольких лабораториях мира, в том числе и в
СССР, были выделены гены человека, определяющие синтез
интерферонов, и введены в бактерии. Такие бактерии стали способны
синтезировать человеческий интерферон. Очень важно, что они быстро
растут, используют дешёвую питательную среду и синтезируют большое
количество белка. Из 1 л бактериальной культуры можно выделить
столько человеческого интерферона alpha, сколько из 10 тыс. л.
донорской крови. Полученный белок абсолютно идентичен интерферону,
синтезируемому в организме человека. Конечно, пришлось решать
сложную задачу очистки интерферона, полученного способом генной
инженерии, до гомогенного состояния.
Ещё 4 - 6 лет заняли доклинические и клинические испытания. Наконец
в 1989 -1990 гг. появилось новое лекарство - человеческий
интерферон alpha; в России он выпускается под названием
"реаферон". За эту работу группа ученых удостоена Ленинской премии.
Сегодня это почти единственный препарат, который эффективен против
вирусных гепатитов как в острой, так и в хронических формах, против
герпеса, простудных заболеваний. Интерферон применяется и в терапии
некоторых видов рака. За рубежом с 1994 г. выпускаются препараты
betta и gamma - интерферонов человека.
Из других препаратов рекомбинантных белков человека, получивших
широкое медицинское применение, следует назвать инсулин, гормон
роста, эритропоэтин. Свиной инсулин отличается от человеческого
всего одной аминокислотой. Применяется с 1926 г. для лечения людей
при инсулинзависимом сахарном диабете. Для гормона роста и
эритропоэтина отмечается, как и для интерферонов, видоспецифичность
белков. Генная инженерия открыла новую возможность использования
этих белков в медицине. Гормон роста применяется не только для
борьбы с карликовостью, но и широко используется как стимулятор для
заживления ран, сращивания костей. Гормоны роста животных начали
использовать в с/х (увеличение на 15% удоя коров, ускорение роста
рыб). Эритропоэтин - стимулятор кроветворения и используется при
лечении различного рода анемий.
В настоящее время в мире получили разрешение на применение более
30 препаратов, созданных методами генной инженерии, и более 200
находятся на разных стадиях клинических исследований. Сейчас более
20% фармацевтического рынка лекарств составляют лекарства новой
биотехнологии.
Использование рекомбинантных белков человека - принципиально новая
терапия. В не вводится ничего чужого. Действительно, если в нём не
хватает инсулина или гормона роста, их добавляют (заместительная
терапия). С вирусами организм сам борется с помощью интерферонов -
человек просто помогает ему.
Значительные успехи достигнуты в генной инженерии растений. В
основе этой техники лежат методы культивирования клеток и тканей
растений в пробирке и возможность регенерации целого растения из
отдельных клеток.
В генной инженерии растений есть свои проблемы. Одна из них состоит
в том, что многие полезные свойства растений кодируются не одним, а
многими генами. Это делает трудным или невозможным прямое генно-
инженерное совершенствование свойств. Другое препятствие, которое
постепенно преодолевается, - трудности культивирования и
регенерации клеток в целое растение среди некоторых видов, например
злаков. Лучшие результаты получены в том случае, когда перенос
одного гена может привести к появлению у растения полезного
свойства.
Несмотря на ограничения, получены впечатляющие результаты: созданы
сорта хлопчатника, томатов, табака, риса, устойчивых к насекомым-
вредителям, вирусам, грибковым заболеваниям. Пионер в области
применения генно-инженерных растений в с/х - США. Здесь в 1996 году
до 20% посевов хлопчатника произведено семенами, модифицированными
методом ген
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
