Изучение вопросов биотехнологии в курсе химии средней школы
Курсовой проект - Педагогика
Другие курсовые по предмету Педагогика
?оновской конференции (1973) президиуму АН США, в котором говорилось о возможной опасности технологий рекомбинантных ДНК для здоровья человека. Возможные блага генетической инженерии признавались с самого начала, но разногласия по данной проблеме не затихли и сейчас. В таблице 1 перечислены основные этапы становления и развития генетической инженерии.
Таблица 1. Основные этапы развития генетической инженерии
ГодАвторСодержание открытия1869Ф.МишерВыделена ДНК из ядер клеток гноя1880А.Коссель[5]Выделение азотистых оснований1928Гриффитс[3]Явление бактериальной трансформации1929П.Левин, Е.ЛондонВыделение 2-D-дезоксирибозы1930Эвери, Мак-Карти и Мак-ЛеодВыделение вещества гена1938БеренсЛокализация н.к.1940Браун и ТоддПринципы химического строения полинуклеотидной цепи.1950Э.ЧаргаффЗакономерности нуклеотидных отношений1953Д.Уотсон, Ф.КрикСконструирована модель двойной спирали ДНК на основании результатов рентгеноструктурного анализа ДНК1956Волкин, Астрахан и ХершиОткрытие и-РНК1957А.КорнбергСинтез ДНК in vitro1961А.Мармур и П.ДотиОткрыто явление ренатурации ДНК и установлены точность и специфичность реакции гибридизации нуклеиновых кислот1962В.АрберВпервые получены сведения о ферментах рестрикции ДНК1968М.Мезельсон и Е.ЮаньВыделена первая рестриктаза1966М.Ниренберг, С.Очоа,
Г.КоранаРасшифрован генетический код
1967М.ГеллертОткрыта ДНК-лигаза1970Г.Тёмин, С.МизутаниОткрыта ревертаза19721973Г.Бойер, С.Коэн, П.БергРазработана технология клонирования ДНК19751977Ф.Сэнгер, Р.Баррел,
А.Максам, В.ГилбертРазработаны методы быстрого определения нуклеотидной последовательности1979Г.КоранаСинтезирован ген тирзиновой супрессорной РНК19811982Р.Пальмитер, Р.Бринстер, А.Спрэдлинг, Г.Рубин
Получена трансгенная мышь. Получены трансгенные экземпляры дрозофилы1993Л.К.Эрнст, Г.Брем,
И.В.ПрокофьевПолучены трансгенные овцы с геном химозина
Биотехнология рекомбинантных ДНК
Технология рекомбинантных ДНК включает набор, как новых методов, так и заимствованных из других дисциплин, в частности из генетики микроорганизмов. Эти методы существенно расширяют возможности генетических исследований. К наиболее важным методам биотехнологии рекомбинантных ДНК следует отнести следующие:
- Специфическое расщепление ДНК рестрикцирующими нуклеазами, что в значительной степени ускоряет выделение различных генов и манипуляции с ними.
- Быстрое секвенирование всех нуклеотидов в очищенном фрагменте ДНК, позволяющее определить точные границы гена и кодируемую им аминокислотную последовательность полипептида.
- Гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая с большой точностью выявить специфические нуклеотидные последовательности на основе их способности связывать комплементарные основания.
- Клонирование ДНК, суть которого сводится к введению ДНК-фрагмента в самореплицирующийся генетический аппарат (плазмиду или вирус), который используют для трансформации бактерий. Бактериальная клетка после трансформации способна воспроизводить этот фрагмент во многих миллионах идентичных копий.
- Генетическая инженерия, позволяющая получать модифицированные версии генов (сайт-спецефический мутагенез и т.д.) и затем внедрять их в клетки или организмы.
Расщепление ДНК в специфических участках нуклеотидных последовательностей осуществляется особыми ферментами рестрикцирующими нуклеазами, способными разрушить чужеродную ДНК. Каждый фермент, способный разрушить чужеродную ДНК, опознает в ней специфическую последовательность из 46 нуклеотидов (сайт узнавания). Соответствующие последовательности в геноме бактерий замаскированы метилированием остатков с помощью метилаз.
Для успешного решения задач генетической инженерии очень важно быстро секвенировать (определять последовательность нуклеотидов) любых очищенных фрагментов ДНК[8]. В середине 70-х г. в этой области произошел решительный перелом, связанный с открытием рестриктаз и усовершенствованием метода гель-электрофореза, когда стало возможным разделять достаточно протяженные фрагменты ДНК, отличающиеся размером всего на один нуклеотид. С помощью рестриктаз ДНК стали разрезать на определенные блоки и определять в них позиции нуклеотидов химическими (А.Максам и У.Гилберт 1976) или энзиматическими (Сангер и Коулсон 1975) методами.
Важнейший метод получения рекомбинантных ДНК основан на способности нуклеиновых кислот быстро восстанавливать свою структуру после нагревания до 100С в сильно щелочной среде (рН 13) [9]. При нагревании до 100С комплементарные пары оснований разрушаются, и ДНК диссоциирует на две раздельные цепи. Этот процесс назван денатурацией ДНК (плавлением). Выдерживание комплементарных цепей при температуре 65С приводит к их спариванию и восстановлению структуры двойной спирали (гибридизация, ренатурация, или отжиг).
Обмен генами, а также введение в клетку гена другого вида организма осуществляют посредством генетической рекомбинации in vitro.
Для эффективного введения (трансформации) необходимо иметь достаточное число копий нуклеотидных последовательностей.
Полимеразная цепная реакция (ПЦР) это метод амплификации фрагментов нуклеиновых кислот in vitro, с помощью которого можно достаточно быстро (в течение нескольких часов) получить миллионы копий определенных нуклеотидных последовательностей (генов) [9]. Метод был предложен в 1985г. К.Мюллисом (биотехнологическая корпорация Cetus, США) и получил широкое распространение в 1988