Генна інженерія
Генна інженерія - це метод біотехнології, який займається дослідженнями з розбудови генотипів. Генотип не просто механічної сумою генів, а складної, що склалася в процесі еволюції організмів системою. Генна інженерія дозволяє шляхом операцій у пробірці переносити генетичну інформацію з одного організму до іншого. Перенесення генів дає можливість долати міжвидові бар'єри та передавати окремі спадкові ознаки одних організмів іншим.
Носіями матеріальних основ генів служать хромосоми, до складу яких входять ДНК та білки. Але гени освіти не хімічні, а функціональні. З функціональної точки зору ДНК складається з багатьох блоків, що зберігають певний обсяг інформації - генів. В основі дії гена лежить його здатність за допомогою РНК визначати синтез білків. У молекулі ДНК записана інформація, що визначає хімічну структуру білкових молекул. Ген - ділянка молекули ДНК, в якій знаходиться інформація про первинну структуру якогось одного білка (один ген - один білок). Оскільки в організмах є десятки тисяч білків, існують і десятки тисяч генів. Сукупність усіх генів клітини становить її геном. Всі клітини організму містять однаковий набір генів, але в кожній з них реалізується різна частина інформації, що зберігається. Тому, наприклад, нервові клітини і за структурно-функціональними, і за біологічними особливостями відрізняються від клітин печінки.
Перебудова генотипів і під час завдань генної інженерії є якісні зміни генів, які пов'язані з видимими у мікроскопі змінами будівлі хромосом. Зміни генів пов'язані із перетворенням хімічної структури ДНК. Інформація про структуру білка, записана у вигляді послідовності нуклеотидів, реалізується у виглядіпослідовності амінокислот у синтезованій молекулі білка. Зміна послідовності нуклеотидів у хромосомній ДНК, випадання одних і включення інших нуклеотидів змінюють склад молекули РНК, що утворюються на ДНК, а це, у свою чергу, обумовлює нову послідовність амінокислот при синтезі. У результаті клітині починає синтезуватися новий білок, що призводить до появи в організму нових властивостей. Сутність методів генної інженерії у тому, що у генотип організму вбудовуються чи виключаються із нього окремі гени чи групи генів. В результаті вбудовування в генотип раніше відсутнього гена можна змусити клітину синтезувати білки, які вона раніше не синтезувала.
Найбільш поширеним методом генної інженерії є метод отримання рекомбінантних, тобто містять чужорідний ген, плазмід. Плазміди є кільцевими дволанцюжковими молекулами ДНК, що складаються з декількох тисяч пар нуклеотидів. Цей процес складається з кількох етапів:
* Рестрикція - розрізання ДНК на фрагменти.
* Лігування - фрагмент з потрібним геном включають в плазміди і зшивають їх.
* Трансформація - введення рекомбінантних плазмід в бактеріальні клітини. Трансформовані бактерії при цьому набувають певних властивостей. Кожна з трансформованих бактерій розмножується і утворює колонію багатьох тисяч нащадків — клон.
* Скринінг - відбір серед клонів трансформованих бактерій тих, які містять плазміди, що несуть потрібний ген.
Весь цей процес називається клонуванням. За допомогою клонування можна отримати понад мільйон копій будь-якого фрагмента ДНК людини чи іншого організму. Якщо клонований фрагмент кодує білок, експериментально можна вивчити механізм, що регулює транскрипцію цьогогена, а також напрацювати цей білок у потрібній кількості. Крім того, клонований фрагмент ДНК одного організму можна ввести до клітин іншого організму. Цим можна досягти, наприклад, високих і стійких урожаїв завдяки введеному гену, що забезпечує стійкість до ряду хвороб. Якщо ввести в генотип ґрунтових бактерій гени інших бактерій, що мають здатність зв'язувати атмосферний азот, то ґрунтові бактерії зможуть переводити цей азот у зв'язаний азот ґрунту. Ввівши в генотип бактерії кишкової палички ген із генотипу людини, який контролює синтез інсуліну, вчені домоглися отримання інсуліну за допомогою такої кишкової палички. При подальшому розвитку науки стане можливим введення в зародок людини генів, що бракують, що дозволить уникнути генетичних хвороб.
Експерименти клонування тварин ведуться давно. Достатньо прибрати з яйцеклітини ядро, імплантувати в неї ядро іншої клітини, взятої з ембріональної тканини, і виростити її або в пробірці, або в утробі прийомної матері. Знаменита клонована овечка була створена нетрадиційним шляхом. Ядро із клітини вимені 6-річної дорослої вівці однієї породи пересадили в без'ядерне яйце вівці іншої породи. Зародок, що розвивається, помістили в вівцю третьої породи. Оскільки овечка, що народилася, отримала всі гени від першої вівці — донора, то є її точною генетичною копією. Цей експеримент відкриває безліч нових можливостей для клонування елітних порід замість багаторічної селекції.
Вчені Техаського університету змогли продовжити життя кількох типів людських клітин. Зазвичай клітина вмирає, переживши близько 7 – 10 процесів розподілу, які досягли результатів, в 10 разів перевищують звичайні показники. Старіння, на думку вчених, відбувається через те, що клітини при кожному розподілі втрачаютьтеломери - молекулярні структури, що розташовуються на кінцях усіх хромосом. Вчені імплантували в клітини відкритий ними ген, який відповідає за вироблення теломерази, зробивши їх безсмертними. Можливо, це майбутній шлях до безсмертя.