Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Медицина arrow ГЕНЕТИКА
Посмотреть оригинал

Практическое значение и перспективы генетической инженерии

Промышленная микробиология - развитая отрасль промышленности. Производство практически любого препарата, сырья или вещества в этой отрасли сейчас так или иначе связано с генетической инженерией, позволяющей создавать микроорганизмы - сверхпродуценты того или иного продукта. С ее вмешательством это происходит быстрее и эффективнее, чем путем традиционной селекции и генетики. Имея микроорганизм- сверхпродуцент, можно получить больше продукции на том же оборудовании без расширения производства, без дополнительных капитальных вложений. К тому же микроорганизмы растут в тысячу раз быстрее, чем растения или животные.

Например, с помощью генетической инженерии можно получить микроорганизм, синтезирующий витамин В2 (рибофлавин), используемый в качестве кормовой добавки в рационах животных. Его производство данным способом эквивалентно строительству 4—5 новых заводов по получению препарата обычным химическим синтезом.

Особенно широкие возможности появляются у генетической инженерии при производстве ферментов-белков - прямых продуктов работы гена. Увеличить производство фермента клеткой можно, либо введя в нее несколько генов этого фермента, либо улучшив их работу путем установки перед ними более сильного промотора. Так, продукция фермента 3-амилазы в клетке была увеличена в 200 раз, алигазы - в 500 раз.

В микробиологической промышленности кормовой белок получают обычно из углеводородов нефти и газа, древесных отходов. Кормовые дрожжи в количестве 1 т дают дополнительно до 35 тыс. штук яиц и 1,5 т куриного мяса. В нашей стране производится более 1 млн т кормовых дрожжей в год. Намечается использование ферментеров производительностью до 100 т/сут. Задача генетической инженерии в этой области - улучшение аминокислотного состава кормового белка, его питательности путем введения в дрожжи соответствующих генов. Ведутся работы и по улучшению качества дрожжей для пивоваренной промышленности.

С генетической инженерией связаны надежды на расширение ассортимента микробиологических удобрений и средств защиты растений, увеличение производства метана из бытовых и сельскохозяйственных отходов.

Путем выведения микроорганизмов, разлагающих различные вредные вещества в воде и почве, можно существенно повысить эффективность борьбы с загрязнением окружающей среды.

Рост народонаселения на Земле, как и десятилетия назад, опережает прирост производства сельскохозяйственной продукции. В настоящее время изыскивают нетрадиционные пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства, в связи с чем большие надежды возлагают на генетическую инженерию растений. Только с ее помощью можно радикальным образом расширить границы изменчивости растения в сторону каких-либо полезных свойств, передав ему гены от других (возможно, неродственных) растений и даже гены животного или бактерии. С помощью генетической инженерии можно определять присутствие вирусов в сельскохозяйственных растениях, предсказывать урожайность, получать растения, способные противостоять различным неблагоприятным факторам внешней среды. Сюда относят устойчивость к гербицидам (средствам борьбы против сорняков), инсектицидам (средствам борьбы против насе- комых-вредителей), устойчивость растений к засухе, к засолению почв, фиксацию растениями атмосферного азота и т. п. В длинном перечне свойств, которыми люди хотели бы наделить сельскохозяйственные культуры, не последнее место занимает устойчивость к веществам, применяемым против сорняков и вредных насекомых. К сожалению, эти необходимые средства пагубно влияют и на полезные растения. Генетическая инженерия может существенно помочь в решении этих проблем.

Сложнее обстоит дело с повышением устойчивости растений к засухе и засоленности почв. Есть дикие растения, которые хорошо переносят и то и другое. Казалось бы, можно взять их гены, определяющие эти формы устойчивости, пересадить культурным растениям, и проблема решена. Но за эти признаки отвечают несколько генов, и пока не известно, какие именно.

Одна из самых волнующих проблем, которую пытается решить генетическая инженерия, - фиксация растениями атмосферного азота. Азотные удобрения - залог высокой урожайности. Ныне в мире производят более 50 млн т азотных удобрений, расходуя при этом большое количество электроэнергии, нефти и газа. Но только половина этих удобрений усваивается растениями, остальная вымывается из почвы, отравляя окружающую среду. Есть группы растений (бобовые), которые обычно берут азот не из почвы. На корнях бобовых поселяются клубеньковые бактерии, которые усваивают азот прямо из воздуха.

Но таким свойством биологической азотфиксации не обладают злаки. Между тем, именно этот биологический путь очень выгоден экономически: нет затрат на производство удобрений; азот усваивается на 100 %. Генетическая инженерия приступила к решению задачи, конечная цель которой введение в злаки и другие растения генов, обеспечивающих фиксацию азота у бобовых. Была сконструирована плазмида, содержащая все гены для фиксации азота. Перенос этой плазмиды в кишечную палочку Е. coli, которая обычно не способна усваивать азот, сделал ее азотфиксирующей. Подобная плазмида была введена в дрожжи. Как и растения, дрожжи - эукариотический организм, и добиться в них работы генов азотфиксации было бы важным этапом на пути к намеченной цели. Но пока гены в дрожжах не заработали, причины этого интенсивно изучают.

Благодаря генетической инженерии неожиданно переплетаются интересы животноводства и медицины.

В случае пересадки корове гена интерферона (лекарственного препарата, очень эффективного в борьбе с гриппом и рядом других заболеваний) из 1 мл сыворотки можно выделить 10 млн ед. интерферона. Аналогичным способом можно получить целый ряд биологически активных соединений. Таким образом, животноводческая ферма, производящая медицинские препараты, - явление не столь уж фантастическое.

С помощью методов генетической инженерии были получены микроорганизмы, производящие гомосерин, триптофан, изолейцин, треонин, которых не хватает в белках растений, идущих на корм животным. Несбалансированное по аминокислотам кормление снижает их продуктивность и ведет к перерасходу кормов. Таким образом, производство аминокислот - важная народнохозяйственная проблема. Новый сверхпродуцент треонина производит эт>' аминокислоту в 400-700 раз более эффективно, чем исходный микроорганизм. Подсчитано, что 1 т лизина сбережет десятки тонн кормового зерна, а 1 т треонина - 100 т. Добавки треонина улучшают аппетит коров и повышают надои молока. Добавка смеси лизина с треонином к кормам в концентрации всего 0,1 % позволяет экономить до 25 % кормов.

С помощью генетической инженерии можно осуществлять и мутационный биосинтез антибиотиков. Суть его сводится к тому, что в результате целенаправленных изменений в гене антибиотика получается не законченный продукт, а некий полуфабрикат. Подставляя к нему те или иные физиологически активные компоненты, можно получить целый набор новых антибиотиков. Ряд биотехнологических фирм Дании и США уже выпускают генно- инженерные вакцины против дисфункции кишечника у сельскохозяйственных животных.

Уже производятся, проходят клинические испытания или активно разрабатываются следующие препараты: инсулин, гормон роста, интерферон, фактор VIII, целый ряд противовирусных вакцин, ферменты для борьбы с тромбами (урокиназа и тканевой активатор плазминогена), белки крови и имунной системы организма. Изучаются молекулярно-генетические механизмы возникновения раковых заболеваний. Кроме того, разрабатываются методы диагностики наследственных заболеваний и пути их лечения, так называемая гемотерапия. Так, например, ДНК-диагностика делает возможным раннее выявление наследственных дефектов и позволяет диагностировать не только носителей признака, но и гетерозиготных скрытых носителей, у которых фенотипически данные признаки не проявляются. В настоящее время уже разработана и широко применяется генная диагностика дефицита лейкоцитарной адгезии (BLAD) и дефицита уридинмоно- фосфатсинтетазы (DUMPS) у крупного рогатого скота.

Следует обратить внимание на то, что все методы изменения наследственности несут элемент непредсказуемости. Многое зависит от того, с какими целями проводятся подобные исследования. Этика науки требует, чтобы основу эксперимента по направленному преобразованию наследственных структур составляло безусловное стремление сохранить и упрочить наследственное достояние полезных видов живых существ. Конструирование генетически новых органических форм должно иметь целью улучшение продуктивности и резистентности животных, растений и микроорганизмов, являющихся объектами сельского хозяйства, результаты - содействовать укреплению биологических связей в биосфере, оздоровлению внешней среды.

Контрольные вопросы и задания:

  • 1. Что такое генетическая инженерия? Каковы ее цели?
  • 2. Что такое рсстриктазы? Для чего их используют?
  • 3. Как получают рекомбинантные ДНК?
  • 4. Для чего используют ревертазы?
  • 5. Что такое гибридизация ДНК?
  • 6. Назовите методы гибридизации ДНК.
  • 7. Что такое полимеразная цепная реакция и для чего она используется?
  • 8. Какие векторы применяют при клонировании ДНК?
  • 9. Как создают космиды?
  • 10. Что такое секвенирование и его методы?
  • 11. Как идет синтез полидезоксирибонуклеотидов?
  • 12. Что такое трансгенные животные? Для каких целей их получают?
  • 13. В чем вы видите практическое значение биотехнологии?
 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Популярные страницы