Учебный материал
РОССИЙСКОЙ КОЛЛЕКЦИИ РЕФЕРАТОВ (с) 1996
http://referat.students.ru; http://www.referats.net;
http://www.referats.com
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