Генная инженерия

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 25 Сентября 2014 в 14:22, курсовая работа

Краткое описание

Генная инженерия представляет собой то удивительное в науке, когда разработка новой методологии дает мощный импульс развитию нашего понимания окружающей природы, ее сокровенных глубин. Бурному прогрессу генной инженерии способствовало то, что уже в начале 70-х годов, сразу после первых, еще робких экспериментов, научной общественностью была осознана огромная важность и перспективность данной методологии. Это привлекло к ней широкие круги биохимиков, биологов, химиков и исследователей ряда других специальностей. Осуществление генно-инженерных экспериментов в большом числе лаборатории разных стран привело к такому фейерверку открытий, которого биологическая наука до сих пор не знала.

Содержание

1) Введение……………………………………………………………………...3
2) Генетика и проблема человека……………………………………………...5
3) Природа кода………………………………………………………………...9
4) Генная терапия……………………………………………………………..13
5) Генная терапия человека…………………………………………………..16
6) Заключение…………………………………………………………………21
7) Список использованной литературы……………………………………...23

Прикрепленные файлы: 1 файл

ККР(КСЕ).doc

— 152.50 Кб (Скачать документ)

Можно утверждать, что в представлениях о «социальных программах» и о «социальном наследовании» содержатся предпосылки действительно научного и методологически верного подхода к пониманию сущности психики человека. В частности, представления о «социальных программах» и о «социальном наследовании» не позволяют предполагать непосредственного воздействия генов на качество психических свойств человека. Это показывает, что надо искать новые пути для понимания роли биологического в становлении мозга и психики человека. Этого не понимают авторы, полагающие, что пата точка зрения отрывает в человеке биологическое от социального.

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИРОДА КОДА.

 

Возможно, будет полезным охарактеризовать природу кода в общих чертах, подобно тому, как это было сделано Криком. Последовательность аминокислот представлена в ДНК кодонами – неперекрывающимися триплетами оснований, коллинеарными соответствующим аминокислотам. Порядок считывания определяется «стартовым сигналом», но пунктуация между кодонами отсутствует (код без запятых). Поскольку почти все аминокислоты кодируются более чем одним кодоном, код следует считать в значительной степени выраженным; однако вырожденность эта регулярна, т. е. она подчиняется определенному правилу. Два первых основания несут большую часть информации, причем каждой из аминокислот соответствует один или два таких начальных дуплета. Третье основание кодона несет меньше информации; считывающий механизм, как правило, не различает основания, занимающее третье положение. Из 64 возможных триплетов несколько триплетов не соответствуют ни одной из аминокислот. Они могут выполнять какие-нибудь другие функции, например, могут служить «знаками препинания» или указывать, с какого места начинается или где кончается образование полипептида. Код, видимо, одинаков для всех организмов, если не считать некоторых (немногих) исключений.

Доказательства, подтверждающие это краткое описание свойств кода, достаточно многочисленны и убедительны. Рассмотрим теперь, как возникла сама проблема кода.

 

 

История проблемы кода.

 

Расшифровка биологического кода явилась кульминацией усилий, направленных на то, чтобы понять механизм действия гена и описать его на языке химии. Поэтому история интересующей нас проблемы — это история генетики и биохимии. Эту историю удобно разделить на две части: к первой относятся работы, результатом которых явилась сама мысль о существовании кода, ко второй — первые попытки его «расколоть».

Самым трудным в «проблеме кода» было понять, что код существует. На это потребовалось целое столетие. Когда это поняли, то для того чтобы разобраться в деталях, хватило каких-нибудь десяти лет. Конечно, причины столь медленного продвижения па первых этапах работы только отчасти лежали в области теории. Как всегда, развитие идей было связано с развитием методов исследования.

Если рассматривать ранние генетические и биохимические работы ретроспективно, то можно проследить, как постепенно зарождалась мысль о том, что свойства живого организма определяются линейной последовательностью аминокислот, которая в свою очередь определяется самовоспроизводящимся генетическим материалом, представляющим собой линейную последовательность нуклеотидов. Однако в таком виде эти работы предстают лишь ретроспективно. Еще сравнительно недавно исследования, приведшие в конечном итоге к возникновению указанной концепции, велись в двух различных направлениях: ими занимались генетики и биохимики, которые долгое время вообще не понимали, что между их дисциплинами может существовать тесная связь.

Важнейшим вкладом биохимии в разработку проблемы кода явилось выяснение структуры и функции белков. Из двух наиболее важных полимеров — белков и нуклеиновых кислот — именно белки были изучены первыми. Со времен Либиха считалось, что они каким-то образом таинственно связаны с жизненными свойствами. Примером тому может служить широко известное определение Энгельса: «Жизнь это способ существования белковых тел, и этот способ существования состоит по своему существу в постоянном самообновлении химических составных частей  этих тел...». Эта концепция получала все более широкое распространение. Так, например,  в 1916 г. Лёб, обсуждая вопрос о  специфичности организмов, писал: «Учитывая  наши современные знания,  можно не сомневаться в том, что именно белки являются в большинстве случаев, а может быть, и всегда, носителями этой специфичности». Лилли также считал, что «специфические признаки животного или растения зависят в конечном счете от специфических свойств его структурных белков. Развивающийся зародыш или растущие организм синтезируют специфические белки, и эти последние, определяя структурные, а значит, и физиологические особенности организма, составляют основу тех признаков, от которых зависит принадлежность организма к данному биологическому виду. Следовательно, одна из важнейших проблем заключается в выяснении того, каким образом клетка строит белки своего, специфического, типа. Именно здесь фокусируются основные проблемы наследственности и размножения». Все эти высказывания звучат очень современно, однако из них отчетливо видно еще недостаточно ясное понимание основной роли белков как катализаторов или ферментов. Подчеркивается  в основном структурная  роль белков.

В то время биохимики, большинство из которых не считало себя биологами, были далеки от генетики и мало интересовались пропс хождением и структурой ферментов. Каталитическое действие принималось как нечто само собой разумеющееся. Такая точка зрения была тогда оправдана. Непосредственные практические задачи заключались в исследовании структуры и обмена соединений с малым молекулярным весом. Значительные успехи в этом направлении был достигнуты даже до того, как методы радиоактивных изотопов и хроматографии получили широкое распространение. Это можно видеть из вышедшей в 1948 г. книги Болдуина, по-видимому, последней в которой метод радиоактивных изотопов упомянут лишь вскользь. В итоге этих работ было установлено, что биохимические реакции протекают чаще всего в несколько стадий, причем каждая такая стадия катализируется ферментом, обладающим высокой специфичностью. Эти исследования имели фундаментальное значение не только сами по себе, но также еще и потому, что они привели к возникновению биохимической генетики.

Каталитическая функция белков оставалась неизвестной до совсем недавнего времени. Пастер убедительно продемонстрировал каталитическое действие живых клеток, однако он полагал, что каталитическая активность должна утрачиваться при нарушении организации клетки. В 1897 г. Бюхнеру первому вопреки всеобщему скептицизму удалось показать, что каталитическим действием может обладать и клеточный экстракт. Спустя три десятка лет Самнер, получив кристаллы уреазы, обнаружил, что каталитическое или ферментативное действие является свойством белков.

Долгое время о химической структуре белков было известно очень немногое. Однако к 1913 г. Фишеру удалось доказать, что белки представляют собой цепи из аминокислот, соединенных амидной связью. Все двадцать аминокислот, входящих в состав белков, были в конце концов идентифицированы (даже без помощи хроматографии). После этого в результате трудоемких работ было показано, что белки различаются по своему аминокислотному составу. В связи с этим сразу же возник важный вопрос: является ли каждый белок группой молекул особого вида с четко определенной последовательностью аминокислот или это только определенная совокупность родственных молекул, сходных лишь по статистическому распределению аминокислотного состава? Хотя до работ Сэнгера, выяснившего структуру инсулина, на этот вопрос не было ясного ответа, некоторые косвенные данные, способные подсказать такой ответ, все же существовали. Можно, например, упомянуть прекрасную работу Рейхерта и Брауна, изучавших поведение кристаллов различных гемоглобинов. Эти авторы сумели доказать, что каждый гемоглобин имеет специфическую кристаллическую структуру, различную у разных видов животных. Отсюда следовало, что по крайней мере данный белок состоит из молекул определенного вида или из смеси молекул, очень близких друг другу. У каждого из вариантов гемоглобина молекулы должны иметь свою определенную конфигурацию и фиксированную последовательность аминокислотных остатков. Поскольку известные варианты гемоглобина видоспецифичны, конфигурация и последовательность аминокислот в молекулах каждого гемоглобина каким-то образом определяются наследственностью.

Однако быть может, в связи с тем, что дальнейшая проверка этой гипотезы в то время казалась невозможной, эти и подобные им данные не оказали существенного влияния па последующие работы. Более того, некоторые новые результаты, казалось, вообще не оставляли надежд на возможность точного определения структуры белков или хотя бы последовательности аминокислотных остатков. Анализ с применением различных физико-химических методов показал, что если молекулы таких белков, как   цитохром с, сравнительно невелики, то молекулярные веса большей части других белков достигают порядка сотен тысяч и даже миллионов. Сомнительно было, чтобы вопрос: «Состоит ли белок из молекул какого-либо одного вида?»— вообще имел смысл в приложении к молекулам такого размера. Тогда не было, конечно, известно, что такие гигантские молекулы представляют собой агрегаты, состоящие из меньших полипептидных цепей строго определенного состава.

Итак, примерно к 1940 г. в результате биохимических исследований выяснилось, что биохимические реакции малых молекул осуществляются в несколько стадий, причем пути многих биохимических превращений были подробно изучены. Выяснялось также, что каждая отдельная стадия катализируется определенным ферментом; ферменты же — это белки, т. е. полимеры аминокислот. В то время, однако, казалось, что, поскольку молекулы белков столь велики, нет надежды узнать какие-либо подробности об их структуре в ближайшем будущем. Между тем значительных успехов достигла генетика. Ранние периоды ее истории, прекрасно описанные Стертевантом и другими авторами, достаточно хорошо известны, и поэтому нет необходимости останавливаться на них здесь. Основным достижением генетики была концепция о существовании дискретных факторов наследственности и о линейном расположении этих факторов в хромосоме. По мере того как развивалась эта наука, генетиков все более интересовал вопрос, в каком же месте биохимической схемы проявляют свое действие гены. К сожалению, большинство накопленных к тому времени данных имело мало отношения к этому вопросу. Дело в том, что «единичные признаки», которые обычно изучались генетиками, представляют собой конечный результат длинной цепи биохимических превращений. Генетиков интересовал в первую очередь механизм наследования и потому удобным для наблюдения «единичным признаком» в принципе мог быть для них любой фенотип — от способности сочинять музыку до цвета волос. Однако вскоре после вторичного открытия законов Менделя Гэррод обнаружил, что некоторые генетически четкие «единичные признаки» человека связаны с довольно простыми и легко выявляемыми биохимическими превращениями. В организме здоровых людей тирозин распадается через стадию образования гомогентизиновой кислоты до соединении, известного теперь как 4-фумарилацетоуксусная кислота. При особом заболевании, алкаптонурия, распад тирозина блокируется на стадии гомогентизиновой кислоты (последняя выводится с мочой и вызывает ее потемнение). Поскольку алкаптонурия наследуется как рецессивный единичный признак, Гэррод совершенно справедливо заключил, что, по крайней мере, некоторые гоны контролируют простые биохимические функции. Аналогичным образом, полагал он, обстоит дело с альбинизмом и цистинурией. Как это ни странно, но работа Гэррода не имела должного резонанса. В этом смысле она разделила судьбу работ Менделя по генетике или Цвета  по хроматографии: ни те, ни другие почти не вызвали интереса у современников.

Тем не менее, новое направление, впоследствии названное «физиологической генетикой», все же родилось. Его основным выразителем был Гольдшмидт. Физиологическая генетика накопила значительное количество данных о связи между генетикой и процессами развития. Были также разработаны остроумные схемы, с помощью которых можно было объяснить ряд явлении, оперируя такими понятиями, как порог химической чувствительности, скорость реакции и тому подобное. Многие из этих работ до сих пор представляют большой интерес. Их главным недостатком было отсутствие доказательств реальности постулированных химических реакций. Реакции эти связывались, в довольно неопределенной форме, с действием гормонов, морфогенетическпх факторов и ферментов, однако без точного указания места действия гена. Этот недостаток настолько бросался в глаза, что были предприняты попытки его исправить.

 

 

ГЕННАЯ ТЕРАПИЯ.

 

Долгое время медицинская генетика занималась одной проблемой: установлением генетических основ наследственных заболеваний человека. Были разработаны диагностические тесты для выявления ряда таких заболеваний у новорожденных или плода, и по их результатам проводилось генетическое консультирование семей, относящихся к группе риска. Это позволяло подготовить консультируемых к возможности проявления данного заболевания у их потомков. Кроме того, иногда удавалось смягчить негативные последствия генетического дефекта с помощью медикаментозной терапии, переливания крови или назначения диеты.

Нормальная работа организма обеспечивается функциями множества взаимосвязанных генов, и мутация даже в одном из них может иметь самые разные последствия. Так, мутация, в результате которой изменяется активность того или иного фермента, может приводить к накоплению токсичного субстрата или дефициту соединения, необходимого для нормального функционирования клетки, а мутация в гене, кодирующем структурный белок, — к серьезным нарушениям на уровне клеток, тканей или органов. Кроме того, мутация в гене, экспрессирующемся в одной ткани, может сказаться самым серьезным образом на совсем другой ткани и привести к появлению множества симптомов. Например, мутация в гене печеночного фермента фенилаланиндегидроксилазы, в результате которой блокируется превращение фенилаланина в тирозин, оказывает серьезное влияние на нервную систему. У индивидуума, гомозиготного по дефектному гену, этот фермент не вырабатывается вообще или вырабатывается в очень небольших количествах; это приводит к повышению уровня эндогенного фенилаланина в крови, к неправильному формированию миелиновой оболочки вокруг аксонов нервных клеток центральной нервной системы и как следствие — к тяжелой умственной отсталости. Это врожденное заболевание, называемое фенилкетонурией, встречается у европеоидов с частотой 1 на 10 000 новорожденных. В каждой ткани организма экспрессируется свой набор из всей совокупности генов, но есть мутации, которые приводят к болезням, затрагивающим буквально все органы и ткани: мышцы, глаза, печень, кости, почки, сердце, нервную систему, кожу, мозг, желудок, кишечник, систему кроветворения.

Конечной целью медико-генетических исследований является создание методов лечения всех наследственных заболеваний. Наследственные заболевания имеют сложные клинические проявления, и их лечение носит во многом симптоматический характер. Некоторые нарушения метаболизма корректируют назначением специальной диеты, что приводит к снижению уровня токсичных веществ в организме, накопление которых обусловливается мутациями в определенных генах. Так, при фенилкетонурии, которую выявляют у новорожденных с помощью специфического биохимического анализа крови, назначают безаланиновую диету. Для облегчения симптомов наследственных заболеваний, связанных с дефектом определенного белка, вводят внутривенно его функциональную форму, не вызывающую иммунной реакции. Такую «заместительную» терапию используют, например, для лечения гемофилии, тяжелого комбинированного иммунодефицита и болезни Гоше. Иногда для компенсации каких-то утраченных функций проводят трансплантацию костного мозга или других органов. К сожалению, нередко интенсивное лечение многих наследственных болезней начинают проводить только тогда, когда пациент находится в критическом состоянии и удается лишь ненамного продлить его жизнь. Поскольку генетические заболевания часто носят системный характер и постепенно приводят к ослаблению организма, разработка эффективных методов лечения представляет собой непростую задачу. Существующая терапия, как правило, малоэффективна, лишь немногие пациенты доживают до старости и могут иметь детей. В большинстве случаев лечение необходимо проводить многократно, оно очень дорогое и длительное. Поэтому разработка новых видов терапии очень актуальна.

Информация о работе Генная инженерия