Социальный проект "Будущее генной инженерии"

Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение

"Средняя общеобразовательная школа №1 г.Нязепетровска"

Социальный проект

" Будущее генной инженерии"

Разработчик: Втулкина Весна

учащаяся 7 «Б» класса

Наставник: Ведерникова Светлана Владимировна

г. Нязепетровск, 2021 г.

Содержание

1. Цели и задачи стр. 3

2. Введение стр. 4

3. Методы генной инженерии стр. 5

4. Невероятные примеры современной генной инженерии стр. 6

5. Будущее генной инженерии стр. 14

6. Заключение стр. 19

7. Литература стр. 20

2

Цель: познакомиться с информацией о достижениях современной инженерии и перспективах дальнейшего развития генной инженерии.

Задачи: изучить что такое генная инженерия, познакомиться с новыми открытиями в генной инженерии, рассмотреть перспективы будущего генной инженерии.

3

Введение.

Генетическая инженерия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

Наследственность – присущее всем организмам свойство сохранять и передавать потомству характерные для них признаки, особенности строения, функционирования и индивидуального развития.

Век биологии – век новых сражений за истину.

Одни и те же вопросы, задаваемые уже не первый год, сближают душу и тело и тут же непоправимо разделяют их. Неужели гены полностью и изначально программируют нашу жизнь? Неужели мы не способны измениться вообще? Или же наше поведение можно объяснить влиянием внешней среды, умением чему-то учиться? Итак, может ли человек развиваться, или все предопределено от века?

На протяжении всего XX столетия ученые по-разному отвечали на эти важнейшие вопросы бытия.

За последние десятилетия ученые с известной степенью вероятности установили в каких именно хромосомах находятся гены, мутация которых вызывает ту или иную болезнь. Однако замена «дефектных» генов на здоровые не только крайне сложна, но и не очень эффективна – одно и то же заболевание бывает вызвано разными мутациями, из-за чего ход болезни часто не поддается прогнозированию.

Актуальность данной темы обусловлена тем, что за сто лет своего существования генетика добралась до человека, и теперь уже она его не оставит. Она нарисует его индивидуальный генетический портрет, даст ему в руки миниатюрный прибор, в котором будет собрана вся его наследственная информация. Генетика порождает новую медицину – к этому и стремились сто лет назад ее основатели.

4

Методы генной инженерии

1. Гибридологический анализ - основной метод генетики. Он основан на использовании системы скрещивания в ряде поколений для определения характера наследования признаков и свойств. 

2. Генеалогический метод заключается в использовании родословных. Для изучения закономерностей наследования признаков, в том числе наследственных болезней. Этот метод в первую очередь принимается при изучении наследственности человека и медленно плодящихся животных.

3. Цитогенетический метод служит для изучения строения хромосом, их репликации и функционирования, хромосомных перестроек и изменчивости числа хромосом. С помощью цитогенетики выявляют разные болезни и аномалии, связанные с нарушением в строении хромосом и изменение их числа.

4. Популяционно - статический метод применяется при обработке результатов скрещиваний, изучения связи между признаками, анализе генетической структуры популяций и т.д. 

5. Иммуногенетический метод включают серологические методы, иммуноэлектрофорез и др., кот используют для изучения групп крови, белков и ферментов сыворотки крови тканей. С его помощью можно установить иммунологическую несовместимость, выявить иммунодефициты и т.д. 

6. Онтогенетический метод используют для анализа действия и проявление генов в онтогенезе при различных условиях среды. Для изучения явлений наследственности и изменчивости используют биохимический, физиологический и другие методы. 

5

Невероятные примеры современной генной инженерии

Светящиеся в темноте коты? Это может звучать, как научная фантастика, но они существуют уже многие годы. Капуста, производящая яд скорпионов? Сделано. Да, и в следующий раз, когда вам понадобится вакцина, доктор может просто дать вам банан.

Эти и многие другие генетически измененные организмы существуют сегодня, их ДНК была изменена и смешана с другой ДНК, чтобы получить полностью новый набор генов. Вы можете не знать этого, но многие из этих генетически модифицированных организмов являются частью жизни и даже частью повседневного питания. К примеру, в США около 45% кукурузы и 85% соевых бобов генетически модифицированы, и оценочно 70-75% бакалейных продуктов на полках продуктовых магазинов содержат генетически созданные ингредиенты.

Ниже представлен список растений и животных, созданных методами генной инженерии и существующих сегодня.

Светящиеся в темноте коты

В 2007 году южнокорейский ученый изменил ДНК кота, чтобы заставить его светиться в темноте, а затем взял эту ДНК и клонировал из нее других котов, создав целую группу пушистых флуоресцирующих кошачьих. И вот, как он это сделал: исследователь взял кожные клетки мужских особей турецкой ангоры и, используя вирус, ввел генетические инструкции по производству красного флуоресцентного белка.

Затем он поместил генетически измененные ядра в яйцеклетки для клонирования, и эмбрионы были имплантированы назад донорским котам, что сделало их суррогатными матерями для собственных клонов.

6

Так для чего же нужно домашнее животное, работающее по совместительству ночником? Ученые говорят, что животные с флуоресцентными протеинами дадут возможность искусственно изучать на них человеческие генетические болезни.

Эко-свинья

Эко-свинья, или как критики ее еще называют Франкенсвин - это свинья, которая была генетически изменена для лучшего переваривания и переработки фосфора. Свиной навоз богат формой фосфора фитатом, а потому, когда фермеры используют его как удобрение, это химическое вещество попадает в водосборы и становится причиной цветения водорослей, которые, в свою очередь, уничтожают кислород в воде и убивают водную жизнь.

Ученые добавили бактерию E. Coli и ДНК мыши в эмбрион свиньи. Это изменение уменьшило производство фосфора свиньей ни много, ни мало на 70%, что сделало ее более экологически чистой.

Борющиеся с загрязнениями растения

7

Ученые Вашингтонского университета работают над созданием тополей, которые могут очищать загрязненные места при помощи впитывания через корневую систему загрязняющих веществ, содержащихся в подземных водах.

После этого растения разлагают загрязнители на безвредные побочные продукты, которые впитываются корнями, стволом и листьями или высвобождаются в воздух.

В лабораторных испытаниях трансгенные растения удаляют ни много, ни мало 91% трихлорэтилена из жидкого раствора, химического вещества, являющегося самым распространенным загрязнителем подземных вод.

Ядовитая капуста

Ученые недавно выделили ген, отвечающий за яд в хвосте скорпиона, и начали искать способы введения его в капусту. Зачем нужна ядовитая капуста? Чтобы уменьшить использование пестицидов и при этом не давать гусеницам портить урожай. Это генетически модифицированное растение будет производить яд, убивающий гусениц после укуса листьев, но токсин изменен так, чтобы быть безвредным для людей.

Плетущие паутину козы

8

Крепкий и гибкий паутиний шелк является одним из самых ценных материалов в природе, его можно было бы использовать для производства целого ряда изделий от искусственных волокон до парашютных строп, если бы была возможность производства в коммерческих объемах. В 2000 году компания «Nexia Biotechnologies» заявила, что имеет решение: коза, производящая в своем молоке паутинный белок паука.

Исследователи вложили ген каркасной нити паутины в ДНК козы таким образом, чтобы животное стало производить паутинный белок только в своем молоке. Это «шелковое молоко» затем можно использовать для производства паутинного материала под названием «Биосталь».

Быстрорастущий лосось

Генетически модифицированный лосось компании «AquaBounty» растет в два раза быстрее, чем обычная рыба этого вида. На фото показаны два лосося одного возраста. В компании говорят, что рыба имеет тот же вкус, строение ткани, цвет и запах, как и обычный лосось; однако все еще идут споры о ее съедобности.

Генетически созданный атлантический лосось имеет дополнительный гормон роста от чавычи, который позволяет рыбе производить гормон роста круглый год. Ученым удалось сохранить активность гормона при помощи гена, взятого у схожей на угря рыбы под названием «американская бельдюга» и действующего как «включатель» для гормона.

Если Федеральное управление США по контролю качества продуктов питания, напитков и лекарственных препаратов согласует продажу лосося, то это станет первым случаем, когда американское правительство разрешит распространять модифицированное животное для потребления человеком.

9

В соответствии с федеральными положениями рыбу не надо будет помечать как генетически модифицированную.

Помидор Flavr Savr

Помидор Flavr Savr был первым коммерчески выращиваемым и генетически созданным продуктом питания, которому предоставили лицензию для потребления человеком. Добавляя антисмысловый ген, компания «Calgene» надеялась замедлить процесс созревания помидора, чтобы предотвратить процесс размягчения и гниения, давая при этом ему возможность сохранить природный вкус и цвет. В итоге помидоры оказались слишком чувствительными к перевозке и совершенно безвкусными.

Банановые вакцины

10

Вскоре люди смогут получать вакцину от гепатита Б и холеры, просто укусив банан. Исследователи успешно создали бананы, картофель, салат-латук, морковь и табак для производства вакцин, но, по их словам, идеальными для этой цели оказались именно бананы.

Когда измененная форма вируса вводится в молодое банановое дерево, его генетический материал быстро становится постоянной частью клеток растения. С ростом дерева его клетки производят вирусные белки, но не инфекционную часть вируса. Когда люди съедают кусок генетически созданного банана, заполненного вирусными белками, их иммунная система создает антитела для борьбы с болезнью; то же происходит и с обычной вакциной.

Генетически модифицированные деревья

Деревья изменяются генетически для более быстрого роста, лучшей древесины и даже для обнаружения биологических атак. Сторонники генетически созданных деревьев говорят, что биотехнологии могут помочь остановить обезлесение и удовлетворить потребности в древесине и бумаге. Например, австралийское эвкалиптовое дерево изменено для устойчивости к низким температурам, была создана ладанная сосна с меньшим содержанием лигнина – вещества, дающего деревьям твердость. В 2003 году Пентагон даже наградил создателей сосны, меняющей цвет во время биологической или химической атаки.

Однако критики заявляют, что знаний о том, как созданные деревья влияют на природное окружение, еще недостаточно; среди иных недостатков они могут распространять гены на природные деревья или увеличивать риск воспламенения.

11

Лекарственные яйца

Британские ученые создали породу генетически модифицированных кур, которые производят в яйцах лекарства против рака. Животным добавили в ДНК гены людей, и, таким образом, человеческие белки секретируются в белок яиц вместе со сложными лекарственными белками, схожими с препаратами, используемыми для лечения рака кожи и других заболеваний.

Что же именно содержится в этих борющихся с болезнями яйцах? Куры несут яйца с miR24 – молекулой, способной лечить злокачественные опухоли и артрит, а также с человеческим интерфероном b-1a – антивирусным лекарством, схожим на современные препараты от множественного склероза.

Активно связывающие углерод растения

12

Ежегодно люди добавляют около девяти гигатонн углерода в атмосферу, а растения впитывают около пяти из этого количества.

Оставшийся углерод способствует парниковому эффекту и глобальному потеплению, но ученые работают над созданием генетически модифицированных растений для улавливания этих остатков углерода.

Углерод может в течение десятилетий оставаться в листьях, ветвях, семенах и цветах растений, а тот, что попадает в корни, может быть там столетия. Таким образом, исследователи надеются создать биоэнергетические культуры с обширной корневой системой, которые смогут связывать и сохранять углерод под землей. Ученые в настоящее время работают над генетическим модифицированием многолетних растений, как просо прутьевидное и мискант, что связано с их большими корневыми системами. 

13

Будущее генной инженерии

Как может выглядеть будущее? Вот пять способов, которыми редактирование генов могло изменить мир.

Что Такое Редактирование Генов?

Простое объяснение редактирования генов состоит в том, что это вставка, делеция или замена ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) в клетке или организме. Однако процесс редактирования генов не так прост.

Гены - это участки ДНК, которые определяют, как строятся белки на основе уникальной последовательности четырех оснований ДНК - цитозина, гуанина, аденина и тимина. На эти основания ДНК обычно ссылаются по инициалам: C, G, A и T. Основания всегда спариваются в ДНК с аденином (A) напротив тимина (T) и цитозина (C) напротив гуанина (G),

Редактирование генов включает изменение последовательности пар оснований ДНК.

Будущее жизни на планете Земля может быть реально существенно изменено путем редактирования ДНК в генах.

1. Решение кризиса трансплантации органов

В прошлом году было выполнено более 35 000 пересадок. Хорошая новость - это рекордный рекорд. Плохая новость заключается в том, что более 115 000 мужчин, женщин и детей в настоящее время ожидают пересадки органов. Каждые 10 минут другой человек добавляется в список. Двадцать человек умирают каждый день в ожидании пересадки.

Исследователи становятся творческими в поиске новых доноров. Например, в прошлом органы от людей с гепатитом С не могли использоваться для трансплантации.

14

Тем не менее, в настоящее время проводятся клинические исследования, в которых пациентам из списка трансплантатов дают органы от доноров, у которых гепатит С.

После трансплантации им дают лекарство, такое как Harvoni, которое излечивает болезнь. До сих пор экспериментальный подход был успешным.

Но даже такие инновационные подходы имеют свои пределы. Только три из 1000 смертей происходят таким образом, что допускается пожертвование органов. И только чуть более половины взрослых в США регистрируются в качестве потенциальных доноров.

Одной из альтернатив является пересадка органов от свиней людям. Свиньи имеют сердца, печень и почки, которые могут быть достаточно похожими по размеру и функциональности, чтобы работать на людях. Одна из проблем использования имплантатов свиньи заключается в том, что у свиней есть ретровирусы - вирусы, которые вставили часть своей ДНК в ДНК своего хозяина. Эти ретровирусы могут нанести вред людям. Кроме того, человеческие тела могут отклонить органы, пересаженные от свиней.

Редактирование генов могло бы решить эти проблемы и, тем самым, разрешить кризис пересадки органов. Существует вероятность того, что ДНК свиней может быть даже отредактирована, чтобы люди не отказывались от органов.

2. Делать вредителей менее надоедливыми

Комары могут распространять ужасные заболевания. Самая смертельная из всех - малярия. Ежегодно до полумиллиарда людей заболевают малярией, а ежегодно умирает до 2, 7 миллиона человек. Еще один вирус кома, переносимый комарами, поражает около 390 миллионов человек в год, что приводит к гибели до 25 000 человек.

Но что, если комары физически не способны переносить эти заболевания? Конечно, они все еще могут кусаться и раздражать. Если бы они не могли переносить болезнь, комары не были бы такими опасными, как сегодня.

Редактирование гена на помощь. Ученые обнаружили, что редактирование только одного гена у комаров делает насекомых очень устойчивыми к паразиту Plasmodium, вызывающему малярию. Комары, которые не могут быть заражены малярией, не могут передавать болезнь людям.

3. Создание суперпродуктов

Генетически модифицированные продукты уже существуют. И они порождают много противоречий. Крупные корпорации продают зерновые культуры, разработанные для устойчивости к гербицидам и насекомым.

15

Используемые сегодня генетически модифицированные организмы (ГМО) в основном включают в себя введение чужеродного гена в растения.

Представьте себе, однако, фрукты и овощи, которые не портятся совсем и на вкус лучше. И урожай, который растет в несколько раз быстрее, чем сегодня. Не останавливайтесь на достигнутом: представьте себе растения, которые на вкус похожи на ваше любимое мясо.

Генное редактирование может быть использовано для того, чтобы сделать все это больше, чем несбыточная мечта. Фрукты и овощи портятся, потому что микроорганизмы заставляют их это делать. Их вкус продиктован их ДНК. Так как быстро они растут. Животные, которые являются основными источниками мяса - куры, коровы и свиньи - в основном превращают растения в вкусную пищу для любителей мяса.

Ученые могли бы использовать технику редактирования генов для нацеливания на определенные участки ДНК, которые делают яблоки и другие фрукты слаще. И даже возможно, что ДНК растений может быть изменена на вкус мяса таким образом, который выходит далеко за рамки вегетарианских бургеров.

Мало того, что редактирование генов может улучшить продукты, которые мы едим, это может привести к тому, что наши диеты станут намного здоровее.

4. Воскрешение вымерших видов

Птица додо прошла путь динозавров в семнадцатом веке. Сами динозавры вымерли около 65 миллионов лет назад. Совсем недавно вымерли другие животные, в том числе яванский тигр, черепаха на острове Пинта и западный черный носорог.

Все эти животные исчезли, но некоторые из них не обязательно должны исчезнуть навсегда. Нет, вряд ли редактирование генов сделает Парк Юрского периода реальностью. Тем не менее, он может быть использован для воскрешения некоторых вымерших видов.

16

Геном вымершего животного - его полный набор генов - может быть секвенирован, что включает определение точного порядка строительных блоков в ДНК. Затем геном можно сравнить с родственным живым животным с несколько похожей ДНК. Например, ДНК мамонта можно сопоставить с ДНК слона.

Затем можно использовать редактирование генов для модификации ДНК в эмбриональных клетках родственного живого животного. Затем эмбрион будет помещен в будущую мать. Тогда это была бы просто игра в ожидание рождения генетически сконструированной версии ранее вымершего животного.

5. Проектирование людей

Вероятно, самый умопомрачительный способ, которым редактирование генов может быть использовано в будущем, - это улучшение вида homo sapiens. Эта идея также является самым спорным приложением для редактирования генов из всех.

Неужели «дизайнерские младенцы» действительно возможны? Использование редактирования генов для изменения ДНК человеческих эмбрионов, чтобы обладать определенными чертами, не совсем надумано. Уровень сложности зависит от того, сколько генов вызывает желаемую черту.

Например, цвет глаз контролируется относительно небольшим количеством генов. Робин Ловелл-Бэдж, профессор генетики и эмбриологии в Институте Фрэнсиса Крика, считает, что использование генного редактирования для определения цвета глаз ребенка может быть достигнуто в будущем.

Предопределение высоты было бы гораздо более сложной задачей. Некоторые ученые считают, что около 93 000 генетических изменений влияют на рост человека. Исследование, проведенное в прошлом году, показало, что около 700 из них объясняют около 20% наследственного компонента роста. (Питание и другие факторы также имеют значение.) Изменение 93 000 - или даже 700 - генетических вариантов было бы намного сложнее, чем изменение только нескольких.

Тем не менее, огромные препятствия сегодняшнего дня могут быть преодолены с помощью инноваций в будущем. Это имело место почти с каждым технологическим прогрессом.

Однако использование генного редактирования для модификации людей вызывает серьезные этические проблемы. Многие люди могут согласиться с идеей исправления генов у детей для лечения генетических заболеваний, но для разработки следующей баскетбольной звезды NBA - это совсем другой вопрос.

17

Некоторые способы, которыми редактирование генов может изменить мир, могут показаться немного пугающими и угрожающими. Это может сбить с толку, чтобы пересадить почку свиньи члену семьи. Действительно ли нам нужно улучшать Мать-Природу, производя фрукты, которые не портят, и мясо без мяса? Воскрешение животных, которые вымерли в течение долгого времени, является по крайней мере немного жутким. И дизайнерские дети могут быть большим шагом слишком далеко для многих людей.

Главный вопрос, тем не менее, гораздо больше "мы должны?" чем "Можем ли мы?" Я подозреваю, что в большинстве сценариев ответ будет, что мы должны - и мы будем. Генное редактирование, похоже, предназначено для того, чтобы открыть новый мир, который до сих пор существовал только в области научной фантастики.

18

Заключение

Генная инженерия открыла принципиально новые возможности, дальнейшего развития молекулярной генетики, особенно тех ее разделов, которые связаны с выяснением особенностей устройства наследственного аппарата высших растений, животных и человека, генная инженерия позволяет менять наследственную основу любого живого организма путем непосредственного изменения генетической информации.

Благодаря генно-инженерным методам многократно повышается продуктивность традиционных микробов — продуцентов веществ, используемых в пищевой, кормовой, лекарственной, витаминной и других отраслях промышленности, становится возможным организовать микробиологическое производство принципиально новых эффективных вакцин и средств диагностики, многих ценных материалов, резко повысить эффективность использования удобрений, внести революционные изменения во многие другие сферы промышленной и сельскохозяйственной микробиологии.
Одной из главных сфер приложения генной инженерии становится селекция сельскохозяйственных растений и животных. Она дает возможность сознательно и высокоэффективно управлять наследственностью. С помощью генной инженерии появляется возможность создавать такие формы животных и растений, которые сочетают высокую продуктивность с устойчивостью к болезням, вредителям, паразитам и неблагоприятным факторам.
Вместе с тем использование методов генной инженерии требует особой осмотрительности и осторожности, поскольку затрагивает законы жизнедеятельности и эволюции. Развитию исследований в области генной инженерии в нашей стране придается большое значение.

19

Содержание

1. Биотехнология : учеб. Пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений / Ю.О Сазыкин, С.Н. Орехов, И.И Чакалева; под ред. А.В.Катлинского. – 2-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2007.
2. Молекулярная биотехнология / Б. Глик, Дж.Пастернак. – М., Мир, 2002
3. Современная микробиология: в 2-х т./ Под ред. Г.Шлегеля: пер. с англ. – М., Мир, 2002
4. http://medbiol.ru/medbiol/slov_sverd/0002e327.htm
5. http://bioenc.ru/21-puti-gen-inzhenerii/383-geneticheskaja-inzhenerija-i-meditsina
6. http://www.biotechnolog.ru/ge/ge1_2.htm

7.https://rus.paceinvestmentclub.com/future-gene-editing-5-ways-technology-could-transform-world-792160

20