Файл: генная инженерия в современном мире.docx

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 


КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине: «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ» 

на тему: «ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ»


Выполнила: студент 2 курса Давлетова Амалия Гасратовна

Специальность: Таможенное дело

Группа: И760401р
Проверил преподаватель

Петракова Ирина Николаевна

канд. филос. наук, доц.

(уч. степень, уч. звание, Ф.И.О.)

Дата проверки ________________

Дата защиты ________________

Тула,

2022
Оглавление

Введение

Естествознание (знание естества, природы) – наука о явлениях и законах природы. Оно изучает мир, как он есть, в его естественном состоянии, независимо от человека. Современное естествознание включает многие естественно-научные отрасли: астрономию, физику, химию, биологию, а также многочисленные смежные отрасли, такие, как астрофизика, биофизика, биохимия и др. Наука быстро прогрессирует, её открытия совершаются на наших глазах.

Зачем нужно знать науку современному человеку, который скорее всего никогда не будет работать в ней?

Во-первых, в наши дни ни один человек не может считаться образованным, если он не проявляет интереса к естественным наукам. Культурный человек должен знать, что такое теория относительности, расширяющаяся вселенная, квантовая механика, периодический закон Менделеева, генная инженерия, биосфера и т.д. Но изучение концепций современного естествознания предполагает не ликбез в области естественных наук, а философское осмысление ведущих идей, принципов описания и объяснения. Это особенно важно с учётом той роли, которую естествознание играет в формировании мировоззрения современного человека.

---

Во-вторых, естественно-научные методы и идеи широко применяются в различных областях науки, экономики, политики. Только знание особенностей, естественных для тех или иных процессов – природы, общества, культуры, позволяет по-настоящему глубоко понять их, ориентироваться в них, деликатно встраиваясь, направлять их. Именно такой подход вместо стремления к господству, подавлению становится «велением времени» в любых сферах деятельности.

И в-третьих, человек, обладающий хотя бы общими и в то же время концептуальными естественно-научными знаниями, т.е. знаниями о природе, будет производить свои действия непременно так, чтобы польза, как результат его действий, всегда сочеталась с бережным отношением к природе и с её сохранением не только для нынешнего, но и для грядущих поколений.

Люди развивают науку не только из любопытства, но и ради улучшения благосостояния людей. В этой связи любая наука неизбежно получает инженерное продолжение. Это не означает, что наука закончилась и началась практика. Просто наука получает новое измерение. Ее поле исследования значительно расширяется. Она приобретает новое измерение, которое часто называют технологическим или инженерным. Биология, обогащенная инженерным измерением, называется биотехнологией. Сюда относится и генетическая инженерия, представляющая собой область молекулярной биологии и генетики, и которая ставит перед собой задачи конструирования генетических структур по ранее намеченному плану, создание организмов с новой генетической программой.

Цель работы – рассмотреть применение и значение генной инженерии в современном мире.

Задачи работы:

• 
  раскрыть теоретические предпосылки формирования и общая характеристика генной инженерии как науки
  
• 
  рассмотреть возможности и области практического применения генной инженерии
  
• 
  рассказать о биоэтике и биобезопасности генно-инженерной деятельности
  
• 
  описать достижения и перспективы развития генной инженерии
  

Информационной основой послужили учебники и учебные пособия по концепции современного естествознания.

1 Генная инженерия как наука

1.1 Теоретические предпосылки формирования генной инженерии

Начальные работы американских учёных Уотсона и Крика были произведены в 1953 году. Они дали возможность развиваться генной инженерии в качестве самостоятельного раздела науки. Эти открытия заключены в следующем: была открыта двойная структура ДНК и постулирован её матричный синтез. Двойная спираль ДНК при репликации разделится и вдоль нити ДНК, специальные ферменты-полимеры, собирают точные копии материнской ДНК, таким образом, в клетке перед делением две совершенно одинаковые молекулы ДНК, одна из которых после деления клетки попадает в дочернюю клетку. Таким образом,

---

дочерняя клетка несет ту же самую информацию, что и материнская, следовательно, выполняет те же самые функции. Итак, в клетках живого организма возможен особый тип реакции - матричный синтез. Одна молекула - матрица, а вторая строится по её программе.

По тому же самому механизму осуществляется сборка РНК, только не двух спиралей, а одной. Этот процесс получил название - транскрипция. Поток информации в клетке обеспечивает реакции матричного синтеза: репликация ДНК (необходима для передачи наследственной информации дочерним клеткам), транскрипция (синтез и-РНК в ядре клетки) и трансляция (сборка белковой цепи на и-РНК при помощи рибосомы).

Казалось бы, что на рубеже 70-х годов молекулярная биология достигла определённой степени завершенности: были установлены структура и механизм репликации ДНК, провозглашена «центральная догма» экспрессии гена (транскрипция и трансляция), выявлены основные аспекты регуляции активности гена. В этот период главным объектом молекулярно-генетических исследований были микроорганизмы. Переход к эукариотам (включая человека) встретился с дополнительными проблемами и трудностями, и кроме того, существовавшие в то время методы не позволяли рассчитывать на получение принципиально новых результатов. Стремительный порыв в развитии молекулярной генетики в начале 70-х годов стал благодаря появлению нового экспериментального инструмента - рестриктационных эндонуклеаз. Был открыт путь для широкомасштабного получения генных продуктов (физически значимых белков) и для генетического манипулирования с различными организмами. Достигнутые успехи заставили ученых задуматься об этической стороне манипулирования с человеческим зародышем, о возникновения возбудителей различных болезней в процессе генно-инженерных исследований. Многие из этих вопросов были подняты самими учеными активно работающими в данной области. В настоящее время большинство исследователей считают, что опасения касающиеся, генной инженерии, не имеют достаточно оснований, но многие этические проблемы остаются нерешенными и продолжают возникать новые.

В прошлом генетика и медицинская генетика развивалась как относительно независимые отрасли науки, теперь многие из их разделов оказались вовлечёнными в общее русло молекулярно-генетических исследований, и провести между ними грань - трудно.

Генная инженерия

---

- это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.

В основу генно-инженерных методов заложена способность ферментов рестриктаз расщеплять ДНК на отделочные нуклеотидные последовательности, которые могут быть использованы для встраивания их в гены бактериальных клеток с целью получения гибридных или химерных форм, эти гибридные формы состоят из собственной ДНК и дополнительно встроенных фрагментов несвойственной им ДНК. Поэтому методами генетической инженерии добиваются клонирования генов. Это когда выделяют нужный отрезок ДНК из какого-либо биообъекта и затем получают любое количество его, выращивая колонии генетически идентичных клеток, содержащих заданный участок ДНК. Клонирование ДНК - это получение ее генетически идентичных колоний.

Генетическая инженерия подразделяется на генную, геномную и хромосомную.

Сущность первой (генной) состоит в целенаправленном использовании перестроек естественного генома, для изменения генетических характеристик известных вирусов и клеток. В качестве примера можно привести перемещение в вирусные геномы некоторых клеточных генов, придающих вирусам свойства онкогенности.

Сущность геномной инженерии заключается в целенаправленной глубокой перестройке генома прокариот вплоть до создания новых видов. При геномной инженерии вносят большое количество дополнительной генетической информации и получают гибридный организм, который отличается от исходного по многим признакам.

Хромосомная инженерия - сеть генетической инженерии, объектами ее является хромосомы клеток высших и низших микроорганизмов (прокариоты, эукариоты), благодаря хромосомной инженерии стало возможным лечение наследственных заболеваний, селекция пород животных, различных видов растений.

Носителями материальных основ генов служат хромосомы, в состав которых входят ДНК и белки. Но гены образования не химические, а функциональные. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества блоков, хранящих определенный объем информации - генов. В основе действия гена лежат его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК как бы записана информация, определяющая химическую структуру белковых молекул. Ген - участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка (один ген - один белок). Поскольку в организмах присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляет ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации. Поэтому, например, нервные клетки и по структурно-функциональным, и по биологическим особенностям отличаются от клеток печени.

---

Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов не связанные с видимыми в микроскопе изменениями строения хромосом. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК. Информация о структуре белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала.

Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов.

Рестрикция - разрезание ДНК, например, человека на фрагменты.

Лигирование - фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их.

Трансформация -введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства. Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков - клон.

Скрининг - отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые плазмиды, несущие нужный ген человека.

Весь этот процесс называется клонированием. С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого организма. Если клонированный фрагмент кодирует белок, то экспериментально можно изучить механизм, регулирующий транскрипцию этого гена, а также наработать этот белок в нужном количестве. Кроме того, клонированный фрагмент ДНК одного организма можно ввести в клетки другого организма. Этим можно добиться, например, высокие и устойчивые урожаи благодаря введенному гену, обеспечивающему устойчивость к ряду болезней. Если ввести в генотип почвенных бактерий гены других бактерий, обладающих способностью связывать атмосферный азот, то почвенные бактерии смогут переводить этот азот в связанный азот почвы. Введя в генотип бактерии кишечной палочки ген из генотипа человека, контролирующий синтез инсулина, ученые добились получения инсулина при посредстве такой кишечной палочки. При дальнейшем развитии науки станет возможным введение в зародыш человека недостающих генов, и тем самым позволит избежать генетических болезней.

---