Население Земли превышает 6 млрд и продолжает увечиваться 800 млн человек, т.е. каждый 8-ой, не имеют достаточно пищи. Ежедневно от недоедания умирает человек Чтобы обеспечить население продовольствием, через 7 лет Надо будет увеличить производство продуктов в 1,5 раза С 1996 года по 2002 год посевная площадь под трансгенные сельскохозяйственные культуры увеличилась в 30 раз В норме 30% сельхозпродукции уничтожается вредителями, некоторые опасны для здоровья ( токсины бактерий и насекомых) Мальтус был прав

В настоящее время трансгенная соя занимает 75 % от всей выращиваемой сои Трансгенная кукуруза занимает 30 % из всей выращиваемой кукурузы Всего в мире выращивается 81 разновиность генетически модифицированных продуктов (ГМ) В России зарегистрировано 12 видов ГМ растений Новая отрасль науки нутригеномика – применение генных технологий в производстве продуктов питания

ТРАНСГЕНЕЗ- парасексуальная генетика Обмен генетической информацией между ее носителями – фундаментальный принцип существования всего живого 1.Половое размножение - новое сочетание аллелей 2.Перетасовка хромосом и генов за счет механизма случайного распределения гомологичных хромосом и кроссинговера в мейозе Вертикальный обмен между генами

Горизонтальный обмен генами 1.Трансдукция бактериофагами 2.Обмен с помощью конъюгативных плазмид 3.Перенос генетической информации ретровирусами 4.Агробактериальная инфекция растений Новые сочетания генов получающиеся в природных условиях,случайны, проверяются естественным отбором В искусственных генетических системах достигается перенос нужного гена, его экспрессия в нужной ткани, в нужное время

Ледерберг и Татум на E. Coli показали, что если смешать бактерии синтезирующие вещества А, В, и С с бактериями, синтезирующими вещества Д и Е, то получали культуру бактерий, синтезирующих АВСДЕ это результат обмена ДНК между бактериями разных штаммов

ЧТО ПЕРЕНОСЯТ 1.Гены 2.Хромосомы 3.Митохондрии (цитодукция Куда переносят 1.В соматические клетки 2.В зародышевые клетки 3.В стволовые эмбриональные клетки

Методы переноса генов Биологические – вирусы, плазмиды, искусственные хромосомы, рецепторы Химические – липосомы, ионы металлов, ДЭАЭ-декстран Физические – микроинъекции, баллистический, электропорация механизмы лечебного эффекта: Корректировака или замена дефектного гена (генетическая терапия) Экспрессия введенного гена ( генная терапия) Подавление функции больного гена – антисенс-терапия

Плазмиды – первые эффективные векторы для клонирования фрагментов ДНК Уникальные свойства плазмид – 1.Содержат гены, позволяющие бактериям выжить в изменяющихся условиях окружающей среды 2. Токсичность для других бактерий (колицыны) 3. Прикрепление к субстрату 4. Освоение новых источников углерода 5. Способность к автономной репликации Недостатки плазмид как векторов – Небольшая емкость, не более нескольких тысяч п.н. Нестабильность при включении больших фрагментов

Недостатки продукции эукариотических белков в бактериальных системах Получаются нерастворимые белки в виде телец включения, которые образуют комплексы с бактериальными белками. Их трудно солюбилизировать Нет шаперонов Нет компартментализации Нет гликозилирования, фосфорилирования, протеолиза Поэтому используют эукариотические системы Бакуловирусную систему, в которой вирусы, заражающие насекомых несут трансген. Хорошо идет посттрансляционная модификация белков Система SP клеток (semipermeability) их обрабаты вают дигитонином, повреждающим мембрану в мягких Условиях и вводят трансген

Векторы на основе фага лямбда Космиды – это плазмиды, в которые введены in vitro cos-сайты фага лямбда для упаковки ДНК в фаговую частицу. Емкость до тысяч п.н. Фазмиды – векторы, которые содержат генетические элементы плазмид и фагов.Могут быть упакованы в фаги и плазмиды Емкость до 25 тысяч п.н. Искусственные хромосомы – сверхемкие вектора для клонирования фрагментов ДНК длиной в несколько сотен тысяч п.н.

YAC – yeast artificial chromosome – искусственные минихромосомы дрожжей – емкость до 300 тысяч п.н. BAC – bacterial artificial chromosome – на основе гигантской плазмиды или F-фактора – емкость несколько млн п.н. PAC- phage artificial chromosome - MAC - mammalian artificial chromosome HAC – human artificial chromosome

Эукариотические вектора используют как для клонирования, так и для экспрессии уже клонированных генов. Для этого используют тканеспецифические промоторы и энхансеры В бактериальных системах при клонировании ДНК могут быть существенные недостатки – Образуются нерастворимые белки – тельца включения Нет шаперонов Нет правильной посттрансляционной модификации белков Бакуловирусная система экспрессии – получаются растворимые белки с правильной посттрансляционной модификацией

Система SP-клеток – клетки с нарушенной проницаемостью мембраны за счет мягкой обработки дигитонином Бесклеточные системы синтеза белка –по происхождению делятся на про-и эукариотические. Популярны ретикулоцитарная, система зародышей пшеницы, культуры соматических клеток Для визуализации встройки применяют ген зеленого белка

Японец О.Шимомура открыл белок GFP( green fluorescent protein) из генома медузы. белок устроен остроумно – состоит из 11 бета-цепей, похож на боченок. Внутри бочки спрятана альфа-спираль, в ней нах 3 АМК Сер-тир-гли, окисляясь/, они переходят в циклическую форму и превращаются в хромофор, т. е. излучают зеленый свет. При трансгенезе светитсяв флуоресцентном микроскопе, значит метит введенные структуры

МЕТОДЫ ВВЕДЕНИЯ ТРАНСГЕНОВ 1.Баллистический метод в трансгенезе растений и при введении трансгенов внутрикожно (генное ружье, генный пистолет) 2.ДНК в липосомах 3.С вирусным вектором 4.С плазмидным вектором 5.ДНК с ионами кальция 6.Микроинъекция( в яйцеклетку, фибробласты, полипотентные стволовые клетки, эмбриональные стволовые клетки) 7.Баллончики с генами роста бактерий 8.ДНК плюс белок, к которому есть рецептор на клетке мишени 9.Метод электропорации 10.Бакуловирусная система переноса в организм насекомых

ТРАНСГЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ 1.Получение точных копий природных труднодоступных препаратов (инсулин, интерлейкины,интерферон, фактор некроза опухолей, факторы 8 и 9 свертывания крови, гемоглобин, антиген вируса гепатита, диагностикумы, пептидные антибиотики, витамины, аминокислоты и др.) 2.Рекомбинантные вирусы как векторы для генной терапии 3.Мультивалентные рекомбинантные вакцины 4.Почвенные и водные трансгенные бактерии, участвующие в очистке сточных вод и почвы (разложении гептила, фенолов, угольной смолы и др. ксенобиотиков)

5. В хирургии для синтеза шовного материала из белка генов паутины 6. Для наработки сверхпрочного белка гена паутины для бронежилетов 7. В пищевой промышленности (микроорганизмы с геном химозина в производстве сыра, другие для улучшения вкуса пищи, пивные дрожжи с геном амилазы для производства пива с низким содержанием углеводов) 8. Рекомбинантные бактерии как инструмент научных исследований 9. Производство красителя индиго

Трансгенез начался с открытия в 1980 г Марка Ван Монтегю и Джеффа Телла механизма переноса генов от Agrobakterium tumifaciens в растения. Теперь показано, что A. rizogenes обладают такой же способностью Бактерия( а также человек) заставляет растение синтезировать нужные ей аминокислоты (генетический паразитизм)

Агробактерии за счет конъюгации с клетками корней растений переносят в них Ti-плазмиды, размер которых тысяч п.н. С плазмидой в растение переносится Т-ДНК. Она случайным образом встраивается в геном растений и ее гены экспрессируются. В частности, экспрессия генов ауксина и цитокинина Приводит пролиферации клеток и развитию опухолей на корнях растения – галлов. Бактерии получают выгоду от симбиоза, заставляя растение синтезировать нужные ей вещества, а растение просто терпит такую интервенцию.

В трансгенезе растений два подхода – 1.Использованеи чужеродных для растений генов(B.turingiensis, шены внеклеточных белков микробов, нейротоксинов скорпионов и пауков) 2.Использование генов растений – ингибиторов гидролаз, лектинов, протеаз

ТРАНСГЕННЫЕ РАСТЕНИЯ 1.1. Растения с генами устойчивости к вирусным заболеваниям (табак с геном интерферона, томаты,кукуруза с генами устойчивости) 2. Растения с генами устойчивости к гербицидам «Баста» и «Облава» 3.Растения с генами устойчивости к вредителям,в основном с генами токсина B.turingiensis (картофель устойчивый к колорадскому жуку и фитофторе, кукуруза, хлопчатник) 4. Растения с генами нитрогеназы, фермента из азотфиксирующих бактерий

5.Растения пищевые вакцины (картофель и бананы как вакцины против холеры), растения с генами антител против холеры и др. заболеваний, картофель с геном поверхностного белка вируса гепатита В 6.Транспластомики растения, у которых трансген введен в пластиды (неординарная экспрессия гена до копий в клетке)

7.Растения с генами, обеспечивающими распад предшественника этилена, для предотвращения быстрой порчи (негниющие томаты, бананы и др.) 8. Растения с генами лекарственных препаратов 9. Растения с улучшенными пищевыми качествами – золотой рис с витамином А, картофель с повышенным содержанием белка protato 10. Растения, синтезирующие человеческие антитела 11. Синие розы

Замолкание трансгенов Наблюдается с вероятностью 30% Зависит от 1.повторяющихся копий трансгена 2.От присутствия гомологичных участков в генах реципиента и трансгена 3.При повторной трансфекции наступает координированная супрессия трансгена и клеточных генов 4.Впервые установили у петуньи при введении кукурузного гена флавоноидредуктазы 5.Механизм замолкания - ми РНК, цель - защита от вторжения чужеродной генетической информации

Трансгенные животные

1. Трансгенные и нокаутированные мыши для научных исследований модели заболеваний человека (нокаут прионового гена, гены рецепторов к определенным вирусам для моделирования вирусных заболеваний человека и др.) 2. Бельгийский крупный рогатый скот с геном миостатина с мутацией Шварценегер 3. Козы, секретирующие с молоком человеческие белки (антитромбин и др.) 4. Коровы с геном человеческого лактоферина, трансферина и др. белков

5. Лосось с геном холодоустойчивости (растет и летом, и зимой) 6. Свиньи, секретирующие в кровь факторы 8 и 9 свертывания крови и антитела 7. Овцы с генами фактора роста шерсти, с геном хитиназы для борьбы с насекомыми, с геном сывороточного альбумина человека и др. 8. Мыши с геном, продукт которого преобразует омега-6 в омега-3 (витамин F)

Безопасность трансгенных продуктов - это как вера в Бога: вы или верите в него или не верите. На планете было около ста тысяч скотоводческих ферм…около двухсот тысяч зерновых ферм… Все вместе они составляли основу изобилия – гигантский, предельно автоматизированный комбинат, производящий продукты питания, - все, начиная от свинины и картофеля и кончая устрицами и манго. Никакие стихийные бедствия, никакие катастрофы не грозили теперь планете недородом и голодом. Проблема питания перестала существовать. А. и Б. Стругацкие Полдень.ХХII век.

Сегодня в России около 15 линий ГМ растений (а в мире их более 160) разрешены к использованию в качестве пищевых продуктов и 7 линий в качестве кормов. Выращивать ГМ растения в промышленных масштабах не позволено вообще только на опытных делянках. Согласно закону «О защите прав потребителей», в России до недавнего времени необходимо было маркировать всю пищевую продукцию, содержащую даже следовые количества ГМ- компонентов. В США такая маркировка не требуется, в Японии маркируется продукция с содержанием ГМ организмов выше 5%, а в ЕС выше 0,9%.

Трансгенные синие розы