Краткое содержание: Параграф § 74 / Биология 10 класс

Основные направления биотехнологии: Хромосомная и Генная инженерия

В начале параграфа подчеркивается, что ученые с давних пор стремились целенаправленно изменять наследственные свойства организмов, чтобы создавать новые комбинации признаков, ценных для хозяйства. В настоящее время эти стремления воплощаются в жизнь с помощью методов хромосомной и генной инженерии, которые являются перспективными направлениями биотехнологии.

Хромосомная инженерия занимается манипуляциями с целыми хромосомами или их участками. Ее методы позволяют заменить одну или обе гомологичные хромосомы другими или добавить дополнительные хромосомы в генотип организма. Например, Д. Омар разработал метод добавления хромосомы ржи в хромосомный набор пшеницы, что привело к получению гибридов, отличающихся повышенной высотой, толщиной стебля, размером и формой колосьев, а также устойчивостью к полеганию и заболеваниям.

Генная инженерия решает задачу создания новых, целевым образом сконструированных комбинаций генетического материала. Это достигается путем лабораторных методов, позволяющих манипулировать нуклеиновыми кислотами и переносить необходимые гены от одного организма к другому. Зарождение генной инженерии относят к 1970-м годам. Важным этапом стало получение РНК-содержащего вируса и кишечной палочки (\( Escherichia\ coli \)) с рекомбинантной молекулой ДНК. Открытие в молекулярной биологии структуры и принципов работы генов, а также обнаружение внехромосомных факторов наследственности бактерий — плазмид, послужили основой для развития генной инженерии.

Ключевую роль в генной инженерии сыграло открытие рестрикционных эндонуклеаз (рестриктаз) — ферментов, способных «узнавать» и разрезать ДНК в определенных местах. Это приводит к образованию одноцепочечных «хвостов», которые могут снова соединяться по принципу комплементарности. В генной инженерии бактериальные клетки с новым генетическим материалом создаются с использованием метода рекомбинантных плазмид. Этот метод включает несколько последовательных этапов:

• Рестрикция: разрезание молекулы ДНК-донора (например, млекопитающего) и плазмиды ферментами-рестриктазами. При этом образуются фрагменты с одинаковыми «липкими» концами.
• Лигирование: «сшивание» гена-донора с «липкими» концами плазмидной ДНК с помощью фермента лигазы для получения рекомбинантной плазмиды.
• Трансформация: введение рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку. Внешняя ДНК начинает работать в клетке, заставляя ее синтезировать чужеродный белок.
• Скрининг: отбор колоний бактерий, содержащих рекомбинантные плазмиды с нужным геном. Для этого может использоваться обработка фильтром, к которому прилипают бактерии, радиоактивным зондом, содержащим радиоактивный изотоп фосфора \( ^{32}P \).

Таким образом, метод рекомбинантных плазмид позволяет создавать штаммы бактерий для промышленного производства гормонов (инсулина, соматотропина), интерферонов, белков-регуляторов и других веществ. Также метод используют для получения вакцин против гепатитов A и B, герпеса, оспы и других болезней.

Трансгенные организмы (ГМО) – это организмы, в геном которых были искусственно введены новые гены, называемые трансгенами. Это могут быть трансгенные растения, такие как табак и петуния, созданные в 1983 году. Сейчас трансгенные растения (соя, кукуруза, хлопчатник, рапс) выращиваются на значительных сельскохозяйственных площадях по всему миру. Трансгенные организмы создают для придания им новых свойств, например, устойчивости к вредителям (путем встраивания гена бактерии \( Bacillus\ thuringiensis \)) или гербицидам (например, устойчивость к глифосату).

Трансгенные животные также создаются для решения важных задач генной инженерии, например, для моделирования развития и лечения генетических болезней человека, проведения испытаний лекарственных препаратов. Созданы трансгенные овцы, вырабатывающие белок – фактор свертываемости крови IX, который выделяется с овечьим молоком и используется для лечения гемофилии.

У генной инженерии есть как сторонники, так и противники. Сторонники видят в ней путь к увеличению продуктивности, созданию устойчивых к болезням и вредителям организмов, а также к повышению питательной ценности продуктов (например, трансгенный рис с геном моркови для синтеза витамина А). Противники указывают на потенциальные экологические последствия, такие как неконтролируемое скрещивание трансгенных культур с дикими родичами, и риск аллергических реакций на ГМ-продукты. В России с 2002 года введена обязательная маркировка ГМ-продуктов, если содержание ГМО в пищевой продукции превышает 5%.

Этическая сторона генной инженерии также вызывает споры, особенно в отношении экспериментов, связанных с искусственным оплодотворением человека и клонированием. В частности, эксперименты по клонированию животных и человека запрещены во многих странах. Примером стало клонирование овечки Долли, которая преждевременно постарела и страдала от остеоартрита, что, по мнению ученых, связано со сбоем в реализации наследственной программы организма.