Медицина. Экспертная система

Генетическая инженерия — направление исследований в молекулярной биологии и генетике, конечной целью которых является получение с помощью лабораторных приемов организмов с новыми, в т.ч. не встречающимися в природе, комбинациями наследственных свойств.
В основе Г. и. {Генетическая инженерия} лежат достижения молекулярной биологии и прежде всего установление универсальности генетического кода (у всех организмов включение одних и тех же аминокислот в строящуюся полипептидную цепь белка кодируется одними и теми же последовательностями трех нуклеотидов в цепи ДНК) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 . Возможность получения и направленного использования фрагментов нуклеиновых кислот, выделения отдельных участков полинуклеотидной цепи с точностью до одного нуклеотида и осуществления in vitro синтеза нуклеиновых кислот с новыми сочетаниями нуклеотидных звеньев, появилась у генетической инженерии благодаря успехам энзимологии.
Изменение наследственных свойств организма с помощью Г. и. {Генетическая инженерия} состоит в конструировании из различных фрагментов ДНК нового генетического материала, введении этого материала в организм реципиента, создании условий для функционирования введенного генетического материала и его стабильного наследования.
Гены или фрагменты ДНК могут быть получены путем химического синтеза. Однако этот процесс трудоемок и требует знания последовательности нуклеотидов, составляющих ген. Более эффективен метод синтеза структурного гена на информационной РНК (иРНК) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 как на матрице с помощью фермента РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратной транскриптазы) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 . Однако структурные гены в организме составляют функциональный комплекс с регуляторными элементами, нуклеотидные последовательности которых не воспроизводятся в молекуле иРНК. Поэтому указанный способ не позволяет осуществить синтез структурной и регуляторной области гена в совокупности, т.е. функционирующего гена в целом.
Методы получения целого функционирующего гена были впервые разработаны на бактериальных клетках. Их основой является способность некоторых плазмид — небольших молекул ДНК, способных реплицироваться независимо от бактериальной хромосомы, — внедряться в хромосому бактериальной клетки, а затем спонтанно или под воздействием индуцирующих агентов, например УФ-излучения, снова переходить в цитоплазму, захватывая при этом прилегающие гены хромосомы клетки-хозяина. В цитоплазме эти гены реплицируются (размножаются) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 в составе захвативших их плазмид. Фрагмент генетического материала хромосомы бактериальной клетки может быть отделен от плазмиды. Использование плазмид позволяет получать в изолированном виде практически любые бактериальные гены (связанные ссылки: Плазмиды) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 .
Успеху Г. и. {Генетическая инженерия} способствовала разработка техники объединения генов, выделенных из различных источников, в одну молекулу ДНК. Решающим в конструировании таких гибридных, или рекомбинантных, молекул in vitro явилось обнаружение и получение особых ферментов — рестриктаз, которые сейчас служат основным инструментом Г. и. {Генетическая инженерия} Рестриктаза «разрезает» молекулу ДНК в участке (сайте) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 , строго определенном для каждой конкретной рестриктазы.
К середине 80-х гг. 20 в. в мировой коллекции рестриктаз насчитывалось более 400 ферментов, «узнающих» около 100 различных по структуре участков в молекулах ДНК. С помощью рестриктаз стало возможным выделение практически любого гена в виде одного или нескольких фрагментов ДНК. Появилась возможность снабжать синтезированные, «сконструированные» и природные гены различными регуляторными нуклеотидными последовательностями, заменять, вставлять, удалять нуклеотиды в строго заданных участках гена, укорачивать или достраивать его. Для создания гибридных (рекомбинантных) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 молекул ДНК полученные фрагменты соединяют с ДНК вектора. С этой целью используют фермент, соединяющий фрагменты ДНК. Функциональную полноценность гибридной молекулы ДНК определяют с помощью ее переноса в клетку-реципиент по последующему размножению в ней (амплификации) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 и функционированию. Перенос чужеродного генетического материала в реципиентные клетки и его размножение в них обеспечивает векторная часть гибридной молекулы, а синтез специфического белка — встроенный фрагмент.
Прогресс Г. и. {Генетическая инженерия} во многом обусловлен получением новых специализированных векторов. Для клонирования (размножения) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 сравнительно небольших фрагментов ДНК длиной до 10 тыс. пар нуклеотидов используют плазмидные векторы. Фрагменты ДНК длиной до 10—25 тыс. пар нуклеотидов клонируют с помощью векторов, полученных на основе фага лямбда. Гибридный геном такого фага, содержащий фрагмент чужой ДНК, искусственным путем «упаковывают» в белковую оболочку и этим реконструированным фагом заражают бактерии. Гибридный фаг при размножении лизирует клетку, образуя несколько тысяч копий, которые выделяются в культуральную среду. Для клонирования фрагментов ДНК длиной до 35—45 тыс. пар нуклеотидов используют космидные векторы, представляющие собой гибрид фага лямбда и плазмиды. Космиды содержат так называемые COS-последовательности ДНК фага, необходимые для упаковки геномов фага в белковую оболочку, и участок ДНК плазмиды, позволяющий космидным векторам размножаться в бактериях, не лизируя их. Для клонирования небольших фрагментов ДНК длиной до 300—400 пар нуклеотидов в качестве векторов используют производные геномов фагов с однонитевой молекулой ДНК. Вектор, несущий чужеродную ДНК, вводят в бактериальную клетку, где эти гибридные фаги размножаются, не лизируя клетку-хозяина, и «отпочковываются» в культуральную среду как вирусные частицы с однонитевой молекулой ДНК.
Сравнивая структуру фрагментов геномной ДНК и соответствующей клонированной ДНК-копии (кДНК) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 , получают важную информацию об организации генетического материала, а в случае наследственных болезней — о характере аномалий в клонированном генетическом материале, следствием которых и является это заболевание [болезнь] . Созданы полные библиотеки генов многих микроорганизмов, растений и животных (вплоть до млекопитающих и человека) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 . Клонировано и в той или иной мере изучено около 1000 генов и других последовательностей нуклеотидов ДНК человека.
Возможности Г. и. {Генетическая инженерия} не ограничиваются клонированием гена и получением большого числа его копий. Часто необходимо обеспечить экспрессию гена в клетке, т.е. реализовать заключенную в нем генетическую информацию. Если вводимый в бактериальную клетку ген получен из бактерий той же (или близкой) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 видовой принадлежности, то достаточно выделить ген с его собственными регуляторными элементами, контролирующими экспрессию. Однако, если не считать нескольких исключений, регуляторные нуклеотидные последовательности эволюционно далеких друг от друга организмов не являются взаимозаменяемыми. Поэтому, чтобы добиться, например, экспрессии гена высших организмов в клетках Е, coli, у него удаляют регуляторную область, а структурную часть такого гена присоединяют (на определенном расстоянии) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 к регуляторной области бактериального гена. Существенный прогресс в разработке этой методики был достигнут после открытия фермента нуклеазы BAL31, которая обладает уникальным свойством удалять с конца фрагмента ДНК «лишние» последовательности нуклеотидов любой протяженности. В настоящее время структурную и регуляторную области выделяют порознь с помощью тех рестриктаз, участки «узнавания» которых расположены наиболее удачно на полинуклеотидной цепи. Затем убирают «лишние» нуклеотидные последовательности и соединяют структурную область гена высшего организма (эукариотического гена) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 с регуляторной областью бактериального гена. Таким путем удается добиться не только экспрессии генов эукариотов в бактериальных клетках, но и, наоборот, бактериальных генов в клетках высших и низших эукариотов. В качестве реципиентов эффективно используют не только бактериальные клетки, но и клетки высших организмов.
С помощью методов Г. и. {Генетическая инженерия} были обнаружены отклонения в строении определенных участков генов человека, которые являются причиной наследственных болезней. Чаще всего таким методом служит так называемый блот-анализ. Выделенную клеточную ДНК подвергают расщеплению рестриктазой, полученные фрагменты разделяют по величине с помощью электрофореза. Однотипные фрагменты ДНК инкубируют с ранее клонированным геном (или его частью) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 либо с полученной путем химического синтеза последовательностью нуклеотидов, содержащих радиоактивную метку. Меченая ДНК связывается только с теми фрагментами анализируемой клеточной ДНК, которые имеют комплементарные ей последовательности нуклеотидов (связанные ссылки: Нуклеиновые кислоты) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 . Изменение распределения и количества фиксированной метки по сравнению с нормой позволяет судить о перестройках в анализируемом гене или в близлежащих к нему последовательностях нуклеотидов.
Участки «узнавания» определенных рестриктаз в молекуле ДНК располагаются неравномерно, поэтому при расщеплении этими ферментами молекула ДНК распадается на ряд фрагментов различной длины (так называемые рестрикционные фрагменты) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 . Перестройка структуры ДНК, в результате которой исчезают имевшиеся или появляются новые участки «узнавания». приводит к изменению набора этих фрагментов, т.е. к появлению полиморфизма длин рестрикционных фрагментов (ПДРФ) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 . Перестройки в молекуле ДНК могут вызывать или не вызывать изменения в процессе синтеза или в структуре кодируемого белка; перестроек, не вызывающих изменений, большинство, и они служат причиной нормального ПДРФ. Выяснилось, что ПДРФ является четким генетическим признаком. Для ряда наследственных болезней описаны формы ПДРФ, прямо свидетельствующие о наличии заболевания или о носительстве патологически измененного гена. В настоящее время анализ ПДРФ стал одним из наиболее точных методов, используемых в генетике человека и медицинской генетике.
Г. и. {Генетическая инженерия} положила начало новому направлению исследований, получившему название «генетика наоборот». Традиционный генетический анализ проводят в следующей последовательности: выбирается признак, устанавливается связь признака с генетической детерминантой и локализация этой детерминанты по отношению к уже известным. В «генетике наоборот» все происходит в обратном порядке. Из набора клонированных участков генома (или кДНК) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 с неизвестной функцией, характеризующихся определенным ПДРФ, выделяют те из них, которые наиболее тесно сцеплены с конкретным признаком. Если признаком является наследственное заболевание [болезнь] , с помощью выявления тесно сцепленного с ним полиморфного фрагмента можно осуществить диагностику этого заболевания по наличию той или иной формы ПДРФ. Этот подход позволил разработать методы ранней пренатальной диагностики, выявления носителей патологического гена в семьях даже для таких заболеваний, как хорея Гентингтона, болезнь Дюшенна, муковисцидоз, природа генетических дефектов при которых была абсолютно не известна. Затем можно точно определить положение соответствующего гена на хромосоме, выделить и проанализировать не только ген, но и продукты его так называемой экспрессии (мРНК и белок) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 в норме и при патологии. Полностью принципиальная схема «генетики наоборот» успешно реализована в случае болезни (заболевания) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 Дюшенна, муковисцидоза.
На пути внедрения в медицинскую практику методов, используемых в Г. и. {Генетическая инженерия} , еще много трудностей технического порядка. Во многих лабораториях мира активно ведется разработка практически пригодных генно-инженерных диагностических методов, и можно надеяться, что такого рода методы уже в ближайшем будущем найдут применение для выборочного обследования групп повышенного риска в отношении наследственных болезней.
Практическое значение Г. и. {Генетическая инженерия} для медицины связано с перспективами исправления наследственных дефектов у человека, создания и использования микроорганизмов, потерявших свою патогенность, но сохранивших способность к формированию иммунитета. Разработаны методы синтеза антибиотиков, аминокислот, гормонов, витаминов, ферментов и т.д., основанные на использовании микроорганизмов, включивших соответствующие гены.
Г. и. {Генетическая инженерия} позволяет не только копировать природные соединения и процессы, но и модифицировать их, делать их более эффективными. Примером этого может служить новое направление исследований, названное белковой инженерией. Расчеты, производимые на основании данных об аминокислотной последовательности и пространственной организации молекул белков, показывают, что при определенных заменах некоторых аминокислотных остатков в молекулах ряда ферментов возможно значительное усиление их ферментативной активности. В изолированном гене, кодирующем синтез конкретного фермента, методами Г. и. {Генетическая инженерия} проводят строго контролируемую замену определенных нуклеотидов. При синтезе ферментного белка под контролем такого модифицированного гена происходит заранее спланированная замена аминокислотных остатков в полипептидной цепи, что вызывает повышение ферментативной активности модифицированного фермента во много раз по сравнению с активностью природного прототипа.
Из практических достижений Г. и. {Генетическая инженерия} наиболее важными являются создание продуцентов биологически активных белков — инсулина, интерферона, гормона роста и др., а также разработка способов активизации звеньев обмена веществ, которые связаны с образованием низкомолекулярных биологически активных соединений. Таким путем получены продуценты ряда антибиотиков, аминокислот, витаминов, во много раз более эффективные, чем их продуценты, выведенные традиционными методами генетики и селекции. г и. разрабатываются способы получения чисто белковых вакцин против вирусов гепатита, гриппа, герпеса, ящура, реализована идея использования для вакцинации комбинированного вируса осповакцины, в геном которого встроены гены, кодирующие синтез белков других вирусов (например, вирусов гепатита или гриппа) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 . В результате прививки таким вирусом организм получает возможность выработать иммунитет не только против оспы, но и против гепатита, гриппа или другого заболевания, вызываемого тем вирусом, синтез белка которого котируется встроенным геном.
Как и любое достижение науки, успехи Г. и. {Генетическая инженерия} могут быть использованы не только на благо, но и во вред человеку. Специально проведенные исследования показали, что опасность неконтролируемого распространения гибридных (рекомбинантных) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 ДНК не так велика, как представлялось ранее. Гибридные ДНК и несущие их бактерии оказались очень неустойчивыми к влияниям окружающей среды, нежизнеспособными в организме человека и животных при случайном проникновении. Известно, что в природе и без вмешательства человека имеются условия, которые обеспечивают обмен генетической информацией (так называемый поток генов) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 . Однако на пути случайного проникновения в организм чужеродной генетической информации природа создала много эффективных барьеров. При работе с большинством гибридных молекул ДНК вполне достаточно обычных мер предосторожности, которые применяют, например, микробиологи при работе с инфекционным материалом. Для особых случаев разработаны эффективные способы биологической защиты и физической изоляции экспериментальных объектов от человека и окружающей среды.

Источники: Маниатис Г., Фрич Э. и Сэмбрук Дж. Молекулярное клонирование (методы генетической инженерии) ( 1705994526 ELTASK.COM: 621508284 Медицина.Здоровье.Медицинский справочник.Справочник болезней.Справочник по медицине. 1121496080 Справочник. Отзывы. android ) 1705994526 , пер. с англ., М., 1984; Уотсон Дж., Туз Дж. и Кури Ц. Рекомбинантные ДНК, пер. с англ., М., 1986.

Страница ПОМОЩИ. Просим Вас сообщать о замеченных Вами ошибках и оставлять Ваши отзывы (в меню android-программы для этого предназначена опция "Cообщение"). Также, перейдя по следующей ссылке, Вы можете задать вопрос или отправить Сообщение разработчику