Население Земли превышает 6 млрд и продолжает увечиваться 800 млн человек, т.е. каждый 8-ой, не имеют достаточно пищи. Ежедневно от недоедания умирает. - презентация

1 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

2 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

3 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

4 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

5 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

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

7 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

8 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

9 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

10 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.

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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

16 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)

17 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

18 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)

19 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.

20

21 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

22 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

23 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)

24 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

25 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

26 Трансгенные животные

27 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

28 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)

29 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.

30 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%.

31 Трансгенные синие розы