Население Земли превышает 6 млрд и продолжает увечиваться Мальтус был прав
advertisement
Население Земли превышает 6 млрд и продолжает увечиваться Мальтус был прав 800 млн человек, т.е. каждый 8-ой, не имеют достаточно пищи. Ежедневно от недоедания умирает 40 000 человек Чтобы обеспечить население продовольствием, через 7 лет Надо будет увеличить производство продуктов в 1,5 раза В норме 30% сельхозпродукции уничтожается вредителями, некоторые опасны для здоровья ( токсины бактерий и насекомых) С 1996 года по 2002 год посевная площадь под трансгенные сельскохозяйственные культуры увеличилась в 30 раз В настоящее время трансгенная соя занимает 75 % от всей выращиваемой сои Трансгенная кукуруза занимает 30 % из всей выращиваемой кукурузы Всего в мире выращивается 81 разновиность генетически модифицированных продуктов (ГМ) В России зарегистрировано 12 видов ГМ растений Новая отрасль науки нутригеномика – применение генных технологий в производстве продуктов питания ТРАНСГЕНЕЗ- парасексуальная генетика Обмен генетической информацией между ее носителями – фундаментальный принцип существования всего живого Вертикальный обмен между генами 1. Половое размножение - новое сочетание аллелей 2. Перетасовка хромосом и генов за счет механизма случайного распределения гомологичных хромосом и кроссинговера в мейозе Горизонтальный обмен генами 1. Трансдукция бактериофагами 2. Обмен с помощью конъюгативных плазмид 3. Перенос генетической информации ретровирусами 4. Агробактериальная инфекция растений Новые сочетания генов получающиеся в природных условиях,случайны, проверяются естественным отбором В искусственных генетических системах достигается перенос нужного гена, его экспрессия в нужной ткани, в нужное время Ледерберг и Татум на E. Coli показали, что если смешать бактерии синтезирующие вещества А, В, и С с бактериями, синтезирующими вещества Д и Е, то получали культуру бактерий, синтезирующих АВСДЕ это результат обмена ДНК между бактериями разных штаммов ЧТО ПЕРЕНОСЯТ 1. Гены 2. Хромосомы 3. Митохондрии (цитодукция Куда переносят 1. В соматические клетки 2. В зародышевые клетки 3. В стволовые эмбриональные клетки Методы переноса генов •Биологические – вирусы, плазмиды, искусственные хромосомы, рецепторы •Химические – липосомы, ионы металлов, ДЭАЭ-декстран •Физические – микроинъекции, баллистический, электропорация • механизмы лечебного эффекта: •Корректировака или замена дефектного гена (генетическая терап •Экспрессия введенного гена ( генная терапия) •Подавление функции больного гена – антисенс-терапия Плазмиды – первые эффективные векторы для клонирования фрагментов ДНК Уникальные свойства плазмид – 1. Содержат гены, позволяющие бактериям выжить в изменяющихся условиях окружающей среды 2. Токсичность для других бактерий (колицыны) 3. Прикрепление к субстрату 4. Освоение новых источников углерода 5. Способность к автономной репликации Недостатки плазмид как векторов – •Небольшая емкость, не более нескольких тысяч п.н. •Нестабильность при включении больших фрагментов Недостатки продукции эукариотических белков в бактериальных системах •Получаются нерастворимые белки в виде телец включения, которые образуют комплексы с бактериальными белками. Их трудно солюбилизировать •Нет шаперонов •Нет компартментализации •Нет гликозилирования, фосфорилирования, протеолиза •Поэтому используют эукариотические системы • Бакуловирусную систему, в которой вирусы, заражающие насекомых несут трансген. Хорошо идет посттрансляционная модификация белков • Система SP клеток (semipermeability) их обрабаты вают дигитонином, повреждающим мембрану в мягких Условиях и вводят трансген Векторы на основе фага лямбда Емкость до 25 тысяч п.н. Космиды – это плазмиды, в которые введены in vitro cos-сайты фага лямбда для упаковки ДНК в фаговую частицу. Емкость до 38-52 тысяч п.н. Фазмиды – векторы, которые содержат генетические элементы плазмид и фагов.Могут быть упакованы в фаги и плазмиды Искусственные хромосомы – сверхемкие вектора для клонирования фрагментов ДНК длиной в несколько сотен тысяч п.н. YAC – yeast artificial chromosome – искусственные минихромосомы дрожжей – емкость до 300 тысяч п.н. BAC – bacterial artificial chromosome – на основе гигантской плазмиды или F-фактора – емкость несколько млн п.н. PAC- phage artificial chromosome MAC - mammalian artificial chromosome HAC – human artificial chromosome В бактериальных системах при клонировании ДНК могут быть существенные недостатки – •Образуются нерастворимые белки – тельца включения •Нет шаперонов •Нет правильной посттрансляционной модификации белков Эукариотические вектора используют как для клонирования, так и для экспрессии уже клонированных генов . Для этого используют тканеспецифические промоторы и энхансеры Бакуловирусная система экспрессии – получаются растворимые белки с правильной посттрансляционной модификацией Система SP-клеток – клетки с нарушенной проницаемостью мембраны за счет мягкой обработки дигитонином Бесклеточные системы синтеза белка –по происхождению делятся на про-и эукариотические. Популярны ретикулоцитарная, система зародышей пшеницы, культуры соматических клеток Для визуализации встройки применяют ген зеленого белка Японец О.Шимомура открыл белок GFP( green fluorescent protein) из генома медузы. белок устроен остроумно – состоит из 11 бета-цепей, похож на боченок. Внутри бочки спрятана альфа-спираль, в ней нах 3 АМК Сер-тир-гли , окисляясь/, они переходят в циклическую форму и превращаются в хромофор, т. е. излучают зеленый свет. При трансгенезе светитсяв флуоресцентном микроскопе, значит метит введенные структуры МЕТОДЫ ВВЕДЕНИЯ ТРАНСГЕНОВ 1. Баллистический метод в трансгенезе растений и при введении трансгенов внутрикожно (генное ружье, генный пистолет) 2. ДНК в липосомах 3. С вирусным вектором 4. С плазмидным вектором 5. ДНК с ионами кальция 6. Микроинъекция( в яйцеклетку, фибробласты, полипотентные стволовые клетки, эмбриональные стволовые клетки) 7. Баллончики с генами роста бактерий 8. ДНК плюс белок, к которому есть рецептор на клеткемишени 9. Метод электропорации ТРАНСГЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ 1. Получение точных копий природных труднодоступных препаратов (инсулин, интерлейкины,интерферон, фактор некроза опухолей, факторы 8 и 9 свертывания крови, гемоглобин, антиген вируса гепатита, диагностикумы, пептидные антибиотики, витамины , аминокислоты и др.) 2. Рекомбинантные вирусы как векторы для генной терапии 3. Мультивалентные рекомбинантные вакцины 4. Почвенные и водные трансгенные бактерии, участвующие в очистке сточных вод и почвы (разложении гептила, фенолов, угольной смолы и др. ксенобиотиков) 5. В хирургии для синтеза шовного материала из белка генов паутины 6. Для наработки сверхпрочного белка гена паутины для бронежилетов 7. В пищевой промышленности (микроорганизмы с геном химозина в производстве сыра, другие для улучшения вкуса пищи, пивные дрожжи с геном амилазы для производства пива с низким содержанием углеводов) 8. Рекомбинантные бактерии как инструмент научных исследований 9. Производство красителя индиго Трансгенез начался с открытия в 1980 г Марка Ван Монтегю и Джеффа Телла механизма переноса генов от Agrobakterium tumifaciens в растения. Теперь показано, что A. rizogenes обладают такой же способностью Бактерия( а также человек) заставляет растение синтезировать нужные ей аминокислоты (генетический паразитизм) Агробактерии за счет конъюгации с клетками корней растений переносят в них Ti-плазмиды, размер которых 200-250 тысяч п.н. С плазмидой в растение переносится Т-ДНК. Она случайным образом встраивается в геном растений и ее гены экспрессируются. В частности, экспрессия генов ауксина и цитокинина Приводит пролиферации клеток и развитию опухолей на корнях растения – галлов. Бактерии получают выгоду от симбиоза, заставляя растение синтезировать нужные ей вещества, а растение просто терпит такую интервенцию. В трансгенезе растений два подхода – 1. Использованеи чужеродных для растений генов(B.turingiensis, шены внеклеточных белков микробов, нейротоксинов скорпионов и пауков) 2. Использование генов растений – ингибиторов гидролаз, лектинов, протеаз ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ 1.1. Растения с генами устойчивости к вирусным заболеваниям (табак с геном интерферона, томаты,кукуруза с генами устойчивости) 2. Растения с генами устойчивости к гербицидам «Баста» и «Облава» 3.Растения с генами устойчивости к вредителям,в основном с генами токсина B.turingiensis (картофель устойчивый к колорадскому жуку и фитофторе, кукуруза, хлопчатник) 4. Растения с генами нитрогеназы, фермента из азотфиксирующих бактерий 5.Растения пищевые вакцины (картофель и бананы как вакцины против холеры), растения с генами антител против холеры и др. заболеваний, картофель с геном поверхностного белка вируса гепатита В 6.Транспластомики растения, у которых трансген введен в пластиды (неординарная экспрессия гена до 10000 копий в клетке) 7.Растения с генами, обеспечивающими распад предшественника этилена, для предотвращения быстрой порчи (негниющие томаты, бананы и др.) 8. Растения с генами лекарственных препаратов 9. Растения с улучшенными пищевыми качествами – золотой рис с витамином А, картофель с повышенным содержанием белка protato 10. Растения, синтезирующие человеческие антитела 11. Синие розы Замолкание трансгенов Наблюдается с вероятностью 30% Зависит от 1. повторяющихся копий трансгена 2. От присутствия гомологичных участков в генах реципиента и трансгена 3. При повторной трансфекции наступает координированная супрессия трансгена и клеточных генов 4. Впервые установили у петуньи при введении кукурузного гена флавоноидредуктазы 5. Механизм замолкания - ми РНК, цель защита от вторжения чужеродной генетической информации Трансгенные животные 1. Трансгенные и нокаутированные мыши для научных исследований модели заболеваний человека (нокаут прионового гена, гены рецепторов к определенным вирусам для моделирования вирусных заболеваний человека и др.) 2. Бельгийский крупный рогатый скот с геном миостатина с мутацией Шварценегер 3. Козы, секретирующие с молоком человеческие белки (антитромбин и др.) 4. Коровы с геном человеческого лактоферина, трансферина и др. белков 5. Лосось с геном холодоустойчивости (растет и летом, и зимой) 6. Свиньи, секретирующие в кровь факторы 8 и 9 свертывания крови и антитела 7. Овцы с генами фактора роста шерсти, с геном хитиназы для борьбы с насекомыми, с геном сывороточного альбумина человека и др. 8. Мыши с геном, продукт которого преобразует омега-6 в омега-3 (витамин F) Безопасность трансгенных продуктов - это как вера в Бога: вы или верите в него или не верите. На планете было около ста тысяч скотоводческих ферм…около двухсот тысяч зерновых ферм… Все вместе они составляли основу изобилия – гигантский, предельно автоматизированный комбинат, производящий продукты питания, - все, начиная от свинины и картофеля и кончая устрицами и манго. Никакие стихийные бедствия, никакие катастрофы не грозили теперь планете недородом и голодом. Проблема питания перестала существовать. А. и Б. Стругацкие Полдень.ХХII век. Сегодня в России около 15 линий ГМ растений (а в мире их более 160) разрешены к использованию в качестве пищевых продуктов и 7 линий — в качестве кормов. Выращивать ГМ растения в промышленных масштабах не позволено вообще — только на опытных делянках. Согласно закону «О защите прав потребителей», в России до недавнего времени необходимо было маркировать всю пищевую продукцию, содержащую даже следовые количества ГМкомпонентов. В США такая маркировка не требуется, в Японии маркируется продукция с содержанием ГМ организмов выше 5%, а в ЕС — выше 0,9%. Трансгенные синие розы
