Методы хромосомной инженерии егэ

Хромосомная и генная инженерия. ГМО

Ключевые слова: хромосомная инженерия, генная инженерия, рестрикционные эндонуклеазы (рестриктазы); липкие концы; плазмиды; метод рекомбинантных плазмид; рестрикция, лигирование, трансформация, скрининг; трансгенные (генетически модифицированные) организмы, ГМО.
Раздел ЕГЭ: 3.9. Биотехнология, ее направления. Клеточная и генная инженерия, клонирование.

Учёные издавна мечтали целенаправленно изменять наследственность организмов, создавать новые комбинации хозяйственно ценных признаков. Современные исследователи приблизились к осуществлению этой мечты, овладев методами выделения из клеток хромосом, генов и их переноса в клетки другого организма. Осуществляет подобные эксперименты хромосомная и генная инженерия — перспективные направления биотехнологии.

Хромосомная инженерия

Манипуляции с целыми хромосомами или их участками называют хромосомной инженерией. Её методы дают возможность заменить одну или обе гомологичные хромосомы на другие или ввести дополнительные хромосомы в генотип организма.

Метод добавления хромосом в геном детально разработан на культурных злаках. Так, японский учёный Д. Омара внёс отдельные хромосомы ржи в хромосомный набор пшеницы. Полученный гибрид дал при самоопылении совершенно иные растения, которые отличались от пшеницы по высоте, толщине стебля, размеру и форме колосьев. Привнесённые хромосомы ржи дали возможность существенно повысить зимостойкость гибридной пшеницы, придали ей устойчивость к полеганию и к заболеваниям.

Генная инженерия

Генная инженерия решает задачу целенаправленного создания новых комбинаций генетического материала путём лабораторных методов in vitro, которые позволяют манипулировать нуклеиновыми кислотами, переносить нужные гены организма одного вида в организм другого вида.

Генная инженерия зародилась в начале 70-х гг. XX в., когда американский учёный X. Корана искусственно синтезировал ген, а П. Лобан и П. Берг получили рекомбинантную молекулу ДНК, в которой были соединены фрагменты ДНК вирусов и бактерии кишечной палочки (Escherichia coli). Генная инженерия возникла на стыке молекулярной биологии, микробиологии и энзимологии. Открытия в молекулярной биологии позволили выяснить структуру и особенности работы генов. Микробиология помогла найти векторы для генно-инженерных работ — плазмиды — внехромосомные факторы наследственности бактерий, состоящие из небольших кольцевых молекул ДНК. Энзимология предоставила исследователям ферменты, называемые рестрикционными эндонуклеазами или рестриктазами (от лат. restricts — ограничение), которые способны «узнавать» определённые последовательности нуклеотидов в ДНК и разрезать их так, чтобы на концах молекул образовывались одноцепочечные «хвосты». Эти «хвосты» могут снова по принципу комплементарности соединяться друг с другом, поэтому они были названы липкими концами.

В генной инженерии бактериальные клетки с новым генетическим материалом создают с помощью метода рекомбинантных плазмид. Он включает несколько последовательных этапов.

1. Рестрикция — разрезание молекулы ДНК, например клетки млекопитающего, ферментами-рекстриктазами на фрагменты с одинаковыми липкими концами и нужным геном. Такими же ферментами разрезают плазмидную ДНК, поэтому липкие концы плазмиды комплементарны нуклеотидным последовательностям липких концов гена. Ген можно синтезировать также искусственным путём с помощью матричных реакций. Такой синтез осуществляют с помощью фермента обратной транскриптазы, или ревертазы.
2. Лигирование — «вшивание» гена с липкими концами в плазмидную ДНК с помощью ферментов-лигаз и получение рекомбинантной плазмиды.
3. Трансформация — введение рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку. Для этого на клетку воздействуют высокой температурой и хлористым кальцием, что делает её оболочку проницаемой для ДНК. Внесённая в бактериальную клетку рекомбинантная плазмида начинает работать, и клетка синтезирует чужеродный белок. Частота попадания плазмиды в клетку невысока (в одну клетку из тысячи). Рекомбинантная плазмида в бактериальной клетке многократно удваивается, и чужеродный ген размножается, происходит его клонирование, т. е. передача от материнской клетки дочерним при бесполом размножении. От каждой бактериальной клетки образуется колония, состоящая из миллионов бактерий, которые подвергаются отбору — скринингу.
4. Скрининг — отбор колоний бактерий, содержащих рекомбинантные плазмиды с нужным геном. Для этого все колонии накрывают специальным фильтром, к которому они прилипают. Затем фильтр обрабатывают радиоактивным зондом — полинуклеотидом, содержащим в своём составе радиоактивный изотоп фосфора — ³²Р. Радиоактивный зонд комплементарен искомому гену, поэтому он связывается лишь с теми колониями бактерий, у которых имеются рекомбинантные плазмиды. Для их обнаружения на фильтр накладывают рентгеновскую плёнку, которую потом проявляют. По положению засвеченных на плёнке участков отбирают те колонии, которые получили нужный ген.

Методом рекомбинантных плазмид учёные создают штаммы бактерий, которые используются для производства в промышленном масштабе гормонов (инсулина, соматотропина), ферментов, белков-интерферонов, регуляторных пептидов и др. Этот же метод лежит в основе получения вакцин для борьбы с вирусами гепатита А и В, герпеса, гриппа, бешенства и ящура.

Создание трансгенных организмов (ГМО)

Клонированные гены путём микроинъекций могут быть введены в яйцеклетки, а из них выращены целые организмы, геном которых будет содержать чужеродные гены. Такие особи называют трансгенными (от лат. trans — сквозь, через) или генетически модифицированными организмами (ГМО).

В 1983 г. были получены первые трансгенные организмы — культурные растения табака и петуньи. Эти работы проводились учёными одновременно в Бельгии, Германии и США. Первой ГМО-культурой, коммерциализированной в Китае в 1992 году, стал табак, а первой ГМО-культурой, коммерциализированной в США в 1994 году, был томат FLAVR SAVR, разработанный для продления срока его хранения и минимизации размягчения фруктов. Этот томат не оправдал ожиданий, и его производитель прекратил продажи. С 1992 по 2020 год 41 страна пробовала выращивать ГМО-культуры. В настоящее время 28 стран ежегодно выращивают почти 200 млн га генетически модифицированных растений, что примерно в 113 раз больше, чем в 1996 году, когда их было 1,7 млн га. Биотехнологические культуры — это самая быстроразвивающаяся технология в истории современного сельского хозяйства.

Учёные создают трансгенные организмы с целью проявления у них новых хозяйственно ценных признаков. Например, при встраивании гена бактерии тюрингской бациллы (Bacillus thuringiensis), ответственного за выработку δ-эндотоксина, в генотип культурного картофеля получены так называемые Bt-растения картофеля (от названия вида бактерии), ядовитые для растительноядных насекомых, но безвредные для других животных и человека. Так был найден эффективный и экологически безопасный способ защиты культурного картофеля от его вредителя — колорадского жука.

(с) Genetic Literacy Project. Внедрение 22 различных культур в 41 странах мира с помощью трансгенеза, редактирования генов или других новых методов селекции (не все страны, которые ввели генетически модифицированные культуры за последние 28 лет, все еще выращивают их)

Получены трансгенные растения, устойчивые к гербицидам — ядам, применяемым для борьбы с сорняками. В настоящее время использование гербицидов сопряжено с рядом трудностей: универсальных препаратов не существует, т. е. каждый гербицид действует на определённые сорняки; гербициды накапливаются в почве, что угнетает развитие культурных растений и небезопасно для человека. Получение гербицидоустойчивых трансгенных культур стало выходом из сложившейся ситуации. Так, в клетки табака «вшили» гены бактерии сальмонеллы, обеспечивающие устойчивость к глифосату — наиболее часто используемому гербициду. Трансгенный табак стал невосприимчивым к этому препарату, кроме того, содержание глифосата в почве при выращивании такой генетически модифицированной культуры существенно снизилось. В настоящее время получение гербицидоустойчивых трансгенных культурных растений считается важным практическим достижением биотехнологии. В 1997 г. устойчивая к глифосату соя была признана в США сельскохозяйственным продуктом года.

Предприняты попытки создания методами генной инженерии азотфиксирующих растений. Если удастся встроить в генотип сельскохозяйственных культур ген, отвечающий за выработку ферментов, превращающих у клубеньковых бактерий из рода Rhizobium атмосферный азот в азотистые соединения, то выращиваемые на полях сельскохозяйственные растения смогут обойтись без дополнительной подкормки азотными удобрениями.

Велико потенциальное значение трансгенных организмов для здоровья человека. Так, введение гена моркови в генотип риса уже сейчас обеспечивает потребность жителей Юго-Восточной Азии в витамине А, необходимом для нормального роста и зрения. Встраивание генов, отвечающих за выработку антител, в генотипы сельскохозяйственных растений позволит человеку в будущем обойтись без многих лекарств. При постоянном использовании таких растений в пищу организм будет получать достаточное количество антител, что создаст надёжную защиту от инфекционных болезней.

Важной задачей генной инженерии является создание трансгенных животных. На трансгенных лабораторных мышах учёные моделируют развитие и течение различных генетических болезней человека, проводят испытания лекарственных препаратов. Созданы трансгенные овцы, генотип которых содержит ген, отвечающий за синтез особого белка — фактора свёртываемости крови IX. Этот белок, вырабатываемый клетками молочной железы, выделяется из овечьего молока и используется для лечения больных гемофилией. Раньше подобный белок получали только из донорской крови. Использовать для этого трансгенных животных безопаснее, так как у них нет вирусов, например ВИЧ и гепатита, которые могут встречаться в донорской крови.

Это конспект по биологии для 10-11 классов по теме «Хромосомная и генная инженерия». Выберите дальнейшее действие:

• Вернуться к Списку конспектов по Биологии.
• Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по биологии

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 110    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

Добавить в вариант

Всего: 110    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 …

1. Хромосомная инженерия

2.

Хромосомная инженерия
Методы хромосомной инженерии.
1.
2.
3.
4.
Эффективно используются в селекции растений.
Мы уже знакомы с получением полиплоидных растений в
результате кратного увеличения хромосом.
Метод замещенных линий основан на замещении одной пары
гомологичных хромосом на другую.
Метод дополненных линий основан на введении в генотип
растительного организма пары чужих гомологичных хромосом,
контролирующих развитие нужных признаков. С помощью этих
методов в растениях собираются признаки, приближающие к
созданию «идеального сорта».
Перспективен метод гаплоидов, основанный на выращивании
гаплоидных растений с последующим удвоением хромосом.
Например, выращивают из пыльцевых зерен кукурузы гаплоидные
растения, содержащие 10 хромосом, затем хромосомы удваивают
и получают диплоидные (10 пар хромосом), полностью
гомозиготные растения всего за 2 — 3 года вместо 6 — 8 летнего
инбридинга-близкородственного скрещивания

3.

Мутационная изменчивость
Геномные мутации.
Гетероплоидия (анеуплоидия).
Синдром Дауна, лишняя
хромосома 21 пары, трисомия
по 21 паре.
47; 21, 21, 21.
В этом случае в генотипе или отсутствует
какая-нибудь хромосома, или, наоборот,
присутствует лишняя. Чаще всего такие мутации
возникают, если при образовании гамет в мейозе
хромосомы какой-либо пары расходятся и обе
попадают в одну гамету, а в другой гамете одной
хромосомы не будет хватать. Как наличие лишней
хромосомы, так и отсутствие ее чаще всего
приводит к неблагоприятным изменениям в
фенотипе.
Трисомия — синдромом Дауна.
Моносомия – синдром Шерешевского-Тернера.
Полисомия – несколько лишних хромосом, 2n + K.

4.

5.

Мутационная изменчивость
Геномные мутации. Полиплоидия.
Частным случаем геномных мутаций
является полиплоидия, т. е. кратное
увеличение числа хромосом в клетках в
результате нарушения их расхождения в
митозе или мейозе. Соматические клетки
таких организмов содержат Зn, 4n, 8n и т. п.
хромосом в зависимости от того, сколько
хромосом было в гаметах, образовавших
этот организм. Полиплоидия часто
встречается у бактерий и растений, но очень
редко — у животных.
Полиплоидны три четверти всех
культивируемых человеком злаков. Если
гаплоидный набор хромосом (n) для
пшеницы равен 7, то основной сорт,
разводимый в наших условиях, — мягкая
пшеница — имеет по 42 хромосомы, т. е. 6n.

6.

Мутационная изменчивость
Полиплоидами являются окультуренная
свекла, гречиха и т. п. Как правило,
растения-полиплоиды имеют повышенные
жизнеспособность, размеры, плодовитость
и т. п. В настоящее время разработаны
специальные методы получения
полиплоидов. Например, растительный яд
из безвременника осеннего — колхицин —
способен разрушать веретено деления при
образовании гамет, в результате чего
получаются гаметы, содержащие по 2n
хромосом. При слиянии таких гамет в
зиготе окажется 4n хромосом.

7.

В настоящий момент связывается прежде всего с
возможностями замещения (замены) отдельных хромосом у
растений или добавления новых. Известно, что в клетках
каждого диплоидного организма имеются пары гомологичных
хромосом. Такой организм называют дисомиком. Если в какойлибо паре хромосом остается одна гомологичная хромосома, то
получается моносомик. При добавлении третьей гомологичной
хромосомы возникает трисомик, а при отсутствии в геноме
одной пары гомологичных хромосом возникает нуллисомик.
Такие манипуляции с хромосомами дают возможность заменять
одну или обе гомологичные хромосомы, допустим, одного сорта
пшеницы на ту же пару хромосом, но из другого сорта. Что это
дает селекционеру? Тем самым он может один признак, который
ему кажется слабым у данного сорта , заменить на этот же, но
более сильный признак из другого сорта. Таким образом, он
приближается к созданию « идеального» сорта, у которого все
полезные признаки будут выражены в максимальной степени.

8.

Эту же цель преследует и методика замены отдельных
хромосом одного вида на хромосомы другого вида, близкого
по своему происхождению. В литературе принято вместо
слов «замена хромосом» употреблять «замещение
хромосом». Поэтому полученные таким путем формы
называются замещенными линиями.
Другой методический прием состоит во введении
(внедрении) в геном определенного вида или сорта какойлибо дополнительной пары хромосом другого вида
растений, которые определяют развитие признака,
отсутствующего у первого вида. Если такое введение пары
дополнительных хромосом удается осуществить, то
полученные формы называют дополненными линиями.

9.

Получение полиплоидов
Метод дополненных линий
Методы
хромосомной
инженерии
Метод замещенных линий
Метод гаплоидов

10.

Клеточная инженерия
Методы клеточной инженерии связаны с культивированием
отдельных клеток в питательных средах, где они образуют клеточные
культуры. Оказалось, что клетки растений и животных, помещенных
в питательную среду, содержащую все необходимые для
жизнедеятельности вещества, способны делиться. Клетки растений
обладают еще и свойством тотипотентности, то есть при
определенных условиях они способны сформировать полноценное
растение.

11. ГМО-это трансгенные организмы, наследственный материал которых изменён методом генной инженерии с целью придания им желаемых

свойств.
• Несмотря на огромный
потенциал генной
инженерии и её реальные
достижения,
использование генномодифицированных
продуктов питания
воспринимается в мире
не однозначно

12. Отношение к ГМО в мире

Томатное пюре –
первый ГМ-продукт,
появившийся в Европе
в 1996 году
Маркировки, обозначающие
отсутствие ГМ компонентов в
продукте
Демонстрация
противников
ГМ-продуктов
в Лондоне

13. Новые ГМ-сорта

• Картофеля, кукурузы, сои, хлопка, защищённые от
насекомых-вредителей
• Тыквы, кабачка, хлопка, табака, устойчивые к
вирусам
• Устойчивые к специфическому гербициду —
трансгенные сорта сои, кукурузы, хлопка,
сахарной свёклы, рапса, цикория и мн.других
• Ягодников, синтезирующих с помощью новых
генов некоторые необычные ферменты (вместо
глюкозы, опасной для диабетиков, — особый
сладкий белок и др.)

14. Сегодня мало открытой информации о ГМ-продуктах в России

• С 1996 года в России существует закон, регулирующий
деятельность в области генной инженерии. Согласно
этому документу, импортные продукты, содержащие
генетически изменённые компоненты, должны
проходить сертификацию и тесты на безопасность в
российских научных институтах. После этого они могут
вводиться в широкое потребление. Учёные гарантируют
безвредность. Однако, согласно мнению учёных,
находящихся в оппозиции, тестов, гарантирующих
безопасность внедрения чужеродного гена в живой
организм и последующего употребления его в пищу
человеком, просто НЕ существует.

15. ГМП — большой и перспективный бизнес.

• В мире более 60 млн.
га занято под
трансгенные
культуры: из них 66%
в США, 22% в
Аргентине. Сегодня
63% сои, 24%
кукурузы, 64% хлопка трансгенные.

16. Соя –древнейшее культурное растение семейства бобовых

• Возделывать сою начали в
Китае, откуда попала в другие
азиатские страны. В Европе она
прижилась, а в Америке
распространена очень широко.
Сегодня почти половина
мировых посевов сои
сосредоточено в США.
Популярность продуктов сои,
соевого масла с каждым годом
растёт. Соя – самое
«трансгенное» растение в мире.
В США около 75 % её посевных
площадей засеяны ГМ сортами,
а в Аргентине они составляют
99%.

17. Что несёт человечеству генная инженерия?

Не исключено, что трансгенные организмы,
созданные без учета их вероятных экологических
характеристик и не прошедшие длительной
совместной эволюции с природными организмами,
«вырвавшись из пробирки на свободу», смогут
бесконтрольно и неограниченно размножиться,
что может привести к непредсказуемым
катастрофическим последствиям. Такого рода
опасения заставили ученых разработать
чрезвычайно строгие меры безопасности при
проведении экспериментов (в их числе —
биологическая защита, то есть конструирование
ослабленных микроорганизмов, способных жить
только в искусственных условиях лаборатории).

18. Какие перспективы генной инженерии?

С развитием генетических технологий
человечество впервые в истории получает
возможность с помощью медицинской
генетики уменьшить груз
патологической наследственности,
накопленной в процессе эволюции,
избавиться от многих наследственных
заболеваний, в частности, путем
замены патологического гена нормальным.

19. Генная инженерия помимо теоретических задач — изучение структурно-функциональной организации генома различных организмов —

решает множество практичных задач.
• Учёные Вашингтонского Университета вывели
сорт ГМО-тополя, который может
деструктировать определённые
промышленные яды(хлороформ, бензол,
трихлорэтилен), отравляющие природу,
перерабатывая их в безвредные вещества (Н2О
и СО2).
• Фиторемедиация, или фитоочистка, служит
новым перспективным методом решения
проблемы промышленных загрязнителей.

20. ГМО бактерии уничтожают опухоли

• Большинство раковых опухолей имеют
центральную зону, где существенно
понижено содержание кислорода (область
гипоксии). Раковые клетки в такой
области не способны к бесконтрольному
делению и разрастанию, но они и не
поддаются действию химиопрепаратов,
«мишенью» которых являются быстро
растущие клетки.

21. ГМО бактерии уничтожают опухоли

• В качестве альтернативы
лечения раковых заболеваний
генетики предложили
почвенную бактерию
Сlostridium novyi-NTмикроорганизм, обитающий в
почве, не выносящий
кислорода, то есть анаэробный
организм. Споры бактерий
вводятся внутривенно и
распространяются с током
крови по организму,
локализуясь именно в зоне
гипоксии опухоли. В
благоприятных условиях споры
прорастают и начинают
конкурировать с клетками
опухоли, убивая клетки.

22. Миф о трансгенной угрозе

• Писать про генетически модифицированные
растения сегодня модно, как раньше было модно
бороться с пестицидами и нитратами. Кто-то
пишет, что эти растения — порождение
биологического оружия, кто-то — что
экспериментальные мутации опасны для здоровья
человека. Ситуация с отношением общества к
генетически модифицированным растениям
усугубляется еще и невысокой образованностью
населения в области биологии: одно слово
«трансгенный» вызывает страх. По этому поводу
среди ученых-биотехнологов бытует анекдот:
«Люди думают, что трансгенная пища вредна тем,
что в ней есть гены, а зато в обычных продуктах
никаких генов нет».

23. Доподлинно не установлено, может ли нанести вред потребления ГМО

• При философском подходе к
этому вопросу можно прийти к
тому, что сам человек –
результат мутаций.
• При практическом взгляде на
ситуацию необходимо
признать, население Земли
растёт, и прокормить
миллиарды людей становиться
непростой задачей. При выборе
решения стоит учитывать, что
появление новой мутации
человека может привести к
исчезновению нас с вами.

24. Домашнее задание

1. Святой Престол дополнил список из семи
«традиционных» смертных грехов еще семью
новыми погрешностями: генная инженерия,
опыты на людях, загрязнение окружающей
среды, социальная несправедливость,
доведение до бедности, неумеренное
обогащение и употребление наркотиков.
Каково Ваше мнение о такой оценке генной
инженерии? Ответ аргументируйте.

25. В католическом богословии 

В католическом богословии
гордыня (тщеславие),
алчность,
зависть,
гнев,
похоть
чревоугодие,
лень или уныние.

26. Учение о восьми главных грехах сформировалось в монашеской среде, в восточной христианской аскетике

Γαστριμαργία (gastrimargia) — чревоугодие (обжорство)
Πορνεία (pornia) — прелюбодеяние и блуд
Φιλαργυρία (philargüria) — алчность (сребролюбие)
θλίψη — печаль
Ὀργή (orgē) — гнев
Ἀκηδία (acēdia) — уныние
Κενοδοξία (cenodoxia) — тщеславие
Ὑπερηφανία (hyperēphania) — гордыня (гордость)

27. В западном христианстве ввёл папа Григорий I Великий 7 грехов

Superbia (гордыня)
Invidia (зависть)
Ira (гнев)
Acedia (уныние)
Avaritia (алчность)
Gula (чревоугодие)
Luxuria (похоть, блуд)

Скачать материал

Скачать материал