Relationer

Vilka problem löser genen? Genterapi: framgångar, svårigheter, framtidsutsikter

Skicka ditt goda arbete i kunskapsbasen är enkelt. Använd formuläret nedan

Studenter, doktorander, unga forskare som använder kunskapsbasen i sina studier och arbete kommer att vara er mycket tacksamma.

FEDERAL STATE EDUCATIONAL INSTITUTION

HÖGRE YRKESUTBILDNING

Ekonomiska fakulteten

Filosofiska institutionen

INDIVIDUELL KONTROLL

OM DISCIPLINEN "BEGREPET FÖR MODERN NATURVETENSKAP"

1. Genetikens huvudproblem och reproduktionens roll i utvecklingen av levande varelser

2. Cellens roll i de levandes utveckling

3. Vilken upptäckt inom naturvetenskapen inträffade 1955 och vad är dess kärna?

Litteratur

Fråga 1. Genetikens huvudproblem och rollen iproduktion i utvecklingen av levande

Genetik (från den grekiska genesis - ursprung), vetenskapen om ärftlighet och variation av levande organismer och metoder för att hantera dem. I tusentals år har människan använt genetiska metoder för att förbättra husdjur och odlade växter utan att förstå mekanismerna bakom dessa metoder. Genom att välja ut vissa organismer från naturliga populationer och korsa dem med varandra skapade människan förbättrade varianter av växter och djurraser som hade de egenskaper hon behövde.

Men bara i början av XX-talet. forskare började till fullo inse vikten av ärftlighetslagarna och dess mekanismer. Även om framstegen inom mikroskopi gjorde det möjligt att fastställa att ärftliga egenskaper överförs från generation till generation genom spermier och ägg, förblev det oklart hur de minsta partiklarna i protoplasman kunde bära "ingredienserna" av det stora utbudet av egenskaper som utgör varje individ organism.

Det första verkligt vetenskapliga steget framåt i studiet av ärftlighet togs av den österrikiske munken Gregor Mendel, som 1866 publicerade en artikel som lade grunden till modern genetik.

Termen "genetik" föreslogs 1906 av W. Batson.

Sedan dess har genetiken gjort stora framsteg när det gäller att förklara ärftlighetens natur både på organismnivå och på gennivå. Generernas roll i utvecklingen av en organism är enorm. Gener kännetecknar alla tecken på en framtida organism, såsom ögon- och hudfärg, storlek, vikt och mycket mer. Gener är bärare av ärftlig information på grundval av vilken organismen utvecklas.

Beroende på studieobjektet särskiljs växtgenetik, djurgenetik, mikroorganismgenetik, humangenetik etc, och beroende på metoder som används inom andra discipliner biokemisk genetik, molekylär genetik, ekologisk genetik m.m.

Idéer och metoder för genetik används inom alla områden av mänsklig aktivitet relaterade till levande organismer. De är av stor betydelse för att lösa problem inom medicin, jordbruk och den mikrobiologiska industrin. Intresset för mänsklig genetik beror på flera skäl. För det första är det människans naturliga önskan att lära känna sig själv. För det andra, efter att många infektionssjukdomar besegrats - pest, kolera, smittkoppor, etc. - ökade den relativa andelen ärftliga sjukdomar. För det tredje, efter att man förstått mutationers natur och deras betydelse i ärftligheten, blev det klart att mutationer kan orsakas av miljöfaktorer som tidigare inte hade ägnats vederbörlig uppmärksamhet. En intensiv studie av effekterna av strålning och kemikalier på ärftlighet påbörjades. Varje år används fler och fler kemiska föreningar i vardagslivet, jordbruk, livsmedel, kosmetika, farmakologiska industrier och andra verksamhetsområden, bland vilka många mutagener används.

I detta avseende kan följande huvudproblem med genetik särskiljas:

1. Härftliga sjukdomar och deras orsaker - kan orsakas av störningar i enskilda gener, kromosomer eller kromosomuppsättningar. För första gången upptäcktes ett samband mellan en onormal uppsättning kromosomer och skarpa avvikelser från normal utveckling när det gäller Downs syndrom. Förutom kromosomsjukdomar kan ärftliga sjukdomar orsakas av förändringar i genetisk information direkt i generna.

2. Medicinska genetiska laboratorier. Kunskap om mänsklig genetik gör det möjligt att bestämma sannolikheten för födseln av barn som lider av ärftliga sjukdomar i fall där en eller båda makarna är sjuka eller båda föräldrarna är friska, men ärftliga sjukdomar hittades hos deras förfäder. I vissa fall är det möjligt att förutsäga födelsen av ett friskt andra barn om det första var sjukt.

3. Går förmågor i arv? Forskare tror att varje person har ett korn av talang. Talang utvecklas genom hårt arbete. Genetiskt är en person rikare på sina förmågor, men inser dem inte fullt ut i sitt liv. Hittills finns det fortfarande inga metoder för att avslöja en persons verkliga förmågor under sin barndoms- och ungdomsuppfostran, och därför tillhandahålls ofta inte lämpliga förutsättningar för deras utveckling.

4. Fungerar naturligt urval i det mänskliga samhället? Mänsklighetens historia är en förändring i den genetiska strukturen hos populationer av en art Homo sapiens under påverkan av biologiska och sociala faktorer. Krig, epidemier förändrade mänsklighetens genpool. Det naturliga urvalet har inte försvagats under de senaste 2 000 åren, utan har bara förändrats: det har överlagrats med socialt urval.

5. Genteknik använder de viktigaste upptäckterna av molekylär genetik för att utveckla nya forskningsmetoder, få nya genetiska data, samt i praktiska aktiviteter, särskilt inom medicin.

6. Golvkorrigering. Könsbyteoperationer i vårt land började göras för cirka 30 år sedan strikt av medicinska skäl.

7. Organtransplantation från donatorer - en mycket svår operation, följt av en lika svår period med transplantation. Mycket ofta avvisas transplantationen och patienten dör. Forskare hoppas att dessa problem kan lösas med hjälp av kloning.

8. Kloning - en metod för genteknik där avkomman erhålls från en förfaders somatiska cell och därför har exakt samma genom. Djurkloning löser många problem inom medicin och molekylärbiologi, men skapar samtidigt många sociala problem.

9. Missbildningar. Utvecklingen av en ny levande varelse sker i enlighet med den genetiska koden som registreras i DNA:t, som finns i kärnan i varje cell i kroppen. Ibland under påverkan av miljöfaktorer - radioaktiva, ultravioletta strålar, kemikalier - uppstår en kränkning av den genetiska koden, mutationer uppstår, avvikelser från normen.

10. Genetik och kriminalistik. I rättspraxis är fall av fastställande av släktskap kända, då barn blandades på förlossningssjukhuset. Ibland gällde det barn som växt upp i utländska familjer i mer än ett år. För att fastställa släktskap används metoder för biologisk undersökning, som utförs när barnet är 1 år och blodsystemet stabiliseras. En ny metod har utvecklats - genfingeravtryck, som möjliggör analys på kromosomnivå. I det här fallet spelar inte barnets ålder någon roll, och förhållandet är etablerat med en 100% garanti.

Alla stadier i livet för någon levande varelse är viktiga, inklusive för människor. Alla av dem reduceras till den cykliska reproduktionen av den ursprungliga levande organismen. Och denna process av cyklisk reproduktion började för cirka 4 miljarder år sedan.

Låt oss överväga dess funktioner. Det är känt från biokemin att många reaktioner av organiska molekyler är reversibla. Till exempel syntetiseras aminosyror till proteinmolekyler som kan brytas ner till aminosyror. Det vill säga, under påverkan av eventuella influenser inträffar både syntesreaktioner och splittringsreaktioner. I den levande naturen går vilken organism som helst genom cykliska stadier av splittring av den ursprungliga organismen och reproduktion från den separerade delen av en ny kopia av den ursprungliga organismen, som sedan återigen ger upphov till ett embryo för reproduktion. Det är av denna anledning som interaktioner i levande natur varar kontinuerligt i miljarder år. Egenskapen för reproduktion från de delade delarna av den ursprungliga organismen av dess kopia bestäms av det faktum att ett komplex av molekyler överförs till den nya organismen, som helt kontrollerar processen att återskapa kopian. Processen började med självreproduktion av komplex av molekyler. Och denna väg är ganska väl fixerad i varje levande cell. Forskare har länge uppmärksammat det faktum att stadierna i livets utveckling upprepas under embryogenesen. Men då bör du vara uppmärksam på det faktum att i själva djupet av cellen, i dess kärna, finns det DNA-molekyler. Detta är det bästa beviset för att livet på jorden började med reproduktionen av komplex av molekyler som hade egenskapen att först dela DNA-dubbelhelixen och sedan tillhandahålla processen att återskapa dubbelhelixen. Detta är processen för cyklisk rekonstruktion av ett levande objekt med hjälp av molekyler som överfördes i ögonblicket av splittring och som helt kontrollerade syntesen av en kopia av det ursprungliga objektet. Så definitionen av livet skulle se ut så här.

Livet är en typ av interaktion av materia, vars huvudsakliga skillnad från de kända typerna av interaktioner är lagring, ackumulering och kopiering av objekt, som introducerar säkerhet i dessa interaktioner och överför dem från slumpmässiga till vanliga, medan en cyklisk reproduktion av ett levande föremål uppstår.

Varje levande organism har en genetisk uppsättning molekyler som helt bestämmer processen att återskapa en kopia av det ursprungliga objektet, det vill säga i närvaro av de nödvändiga näringsämnena med en sannolikhet för en, som ett resultat av interaktionen mellan ett komplex av molekyler , kommer en kopia av en levande organism att återskapas. Men tillförseln av näringsämnen är inte garanterad, och skadliga yttre påverkan och störningar av interaktioner inom cellen förekommer också. Därför är den totala sannolikheten att återskapa en kopia alltid något mindre än en.

Så från två organismer eller levande föremål kommer organismen som har en större total sannolikhet att implementera alla nödvändiga interaktioner att kopieras mer effektivt. Detta är den levande naturens evolutionslag. Med andra ord kan det också formuleras på följande sätt: ju fler interaktioner som krävs för att kopiera ett objekt styrs av objektet självt, desto större är sannolikheten för dess cykliska reproduktion.

Uppenbarligen, om den totala sannolikheten för alla interaktioner ökar, så utvecklas det givna objektet; om det minskar, involverar det, om det inte förändras, är objektet i ett stabilt tillstånd.

Den viktigaste funktionen av livsaktivitet är funktionen av egenproduktion. Livsaktivitet är med andra ord processen att tillgodose behovet av en persons reproduktion av sin levande varelse inom ramen för det system i vilket han ingår som ett element, d.v.s. i miljöförhållanden. Med utgångspunkten att livsaktivitet har det viktigaste behovet av reproduktion av sitt ämne, som ägare till människokroppen, bör det noteras att reproduktionen utförs på två sätt: för det första i konsumtionsprocessen. materia och energi från miljön, och för det andra i processen för biologisk reproduktion, det vill säga födelsen av avkomma. Den första typen av insikt om behovet i länken "miljö-organism" kan uttryckas som reproduktion av "levande från icke-levande". Människan finns på jorden tack vare den ständiga konsumtionen av nödvändiga ämnen och energi från miljön.

Efter uppkomsten och spridningen av liv på jorden är dess uppkomst för närvarande på basis av enbart oorganiskt material inte längre möjligt. Alla levande system som finns på jorden uppstår nu antingen på basis av det levande eller genom det levande. Innan en levande organism reproducerar sig själv materiellt och energiskt måste den alltså reproduceras biologiskt, det vill säga födas av en annan levande organism. De levandes reproduktion av de levande är först och främst överföringen från en generation till en annan av genetiskt material, vilket hos avkomman bestämmer fenomenet med en viss morfofysiologisk struktur. Det är tydligt att det genetiska materialet inte överförs från generation till generation på egen hand, dess överföring är också en funktion av mänskligt liv.

fråga 2. Cellens roll i utvecklingen av levande varelser

För första gången namnet "cell" i mitten av XVII-talet. tillämpas av R. Hooke. Hooke undersökte en tunn sektion av kork med ett mikroskop och såg att korken består av celler - celler.

Cellen i vilken organism som helst är ett integrerat levande system. Den består av tre oupplösligt sammanlänkade delar: membran, cytoplasma och kärna. Cellskalet interagerar direkt med den yttre miljön och interagerar med närliggande celler (i flercelliga organismer).

Cellmembranet har en komplex struktur. Den består av ett yttre skikt och ett plasmamembran som ligger under. Djur- och växtceller skiljer sig åt i strukturen av deras yttre skikt. Hos växter, såväl som hos bakterier, blågröna alger och svampar, finns ett tätt membran, eller cellvägg, på ytan av cellerna. I de flesta växter består den av fibrer. Cellväggen spelar en extremt viktig roll: den är en yttre ram, ett skyddande skal, ger turgor av växtceller: vatten, salter, molekyler av många organiska ämnen passerar genom cellväggen.

Avgränsad från den yttre miljön av plasmamembranet, är cytoplasman den inre halvflytande miljön av celler. Cytoplasman hos eukaryota celler innehåller kärnan och olika organeller. Kärnan är belägen i den centrala delen av cytoplasman. Den innehåller också en mängd olika inneslutningar - produkter av cellulär aktivitet, vakuoler, såväl som de minsta rören och filamenten som bildar cellens skelett. Proteiner dominerar i sammansättningen av huvudämnet i cytoplasman. De viktigaste metaboliska processerna äger rum i cytoplasman, den förenar kärnan och alla organeller till en helhet, säkerställer deras interaktion, cellens aktivitet som ett enda integrerat levande system.

Hela cytoplasmans inre zon är fylld med många små kanaler och håligheter, vars väggar är membran som liknar plasmamembranets struktur. Dessa kanaler förgrenar sig, ansluter till varandra och bildar ett nätverk som kallas endoplasmatiska retikulum. Huvudfunktionen hos det granulära endoplasmatiska retikulumet är deltagande i proteinsyntes, som utförs i ribosomer.

Varje cell av encelliga och flercelliga djur, såväl som växter, innehåller en kärna. Formen och storleken på kärnan beror på formen och storleken på cellerna. De flesta celler har en kärna, och sådana celler kallas mononukleära. Det finns också celler med två, tre, flera tiotals och till och med hundratals kärnor. Dessa är flerkärniga celler.

Kärnjuice är ett halvflytande ämne som är beläget under kärnmembranet och representerar kärnans inre miljö.

I mitten av 1800-talet formulerade T. Schwann, på grundval av redan många kunskaper om cellen, cellteorin (1838) . Han sammanfattade den befintliga kunskapen om cellen och visade att cellen är den grundläggande strukturella enheten för alla levande organismer, att cellerna hos djur och växter liknar strukturen. Dessa bestämmelser var det viktigaste beviset på enheten i ursprunget för alla levande organismer, enheten i hela den organiska världen. T. Schwan introducerade i vetenskapen en korrekt förståelse av cellen som en självständig livsenhet, den minsta livsenheten: det finns inget liv utanför cellen.

Studiet av cellens kemiska organisation ledde till slutsatsen att det är de kemiska processerna som ligger till grund för dess liv, att cellerna i alla organismer är lika i kemisk sammansättning, de har samma grundläggande metaboliska processer. Data om likheten mellan den kemiska sammansättningen av celler bekräftade återigen enheten i hela den organiska världen.

Modern cellteori inkluderar följande bestämmelser:

Cellen är den grundläggande enheten för struktur och utveckling av alla levande organismer, den minsta livsenheten;

Cellerna i alla encelliga och flercelliga organismer är likartade (homologa) i sin struktur, kemiska sammansättning, grundläggande manifestationer av vital aktivitet och metabolism;

Reproduktion av celler sker genom deras delning, och varje ny cell bildas som ett resultat av delning av den ursprungliga (moder) cellen;

I komplexa flercelliga organismer är cellerna specialiserade på sin funktion och bildar vävnader;

Vävnader består av organ som är nära sammankopplade och är föremål för nervösa och humorala regleringssystem.

Studiet av strukturen, kemisk sammansättning, metabolism och alla manifestationer av cellers vitala aktivitet är nödvändigt inte bara inom biologi, utan också inom medicin och veterinärmedicin.

Fråga 3.Vilken händelse inom naturvetenskapen ägde rum 1955 och vad är dess kärna?

1955 isolerade Severo Ochoa det bakteriella enzymet polynukleotidfosforylas, med hjälp av vilket han erhöll syntetiska ribonukleinsyror (RNA) med olika sammansättningar av kvävebaser. Denna prestation var nyckeln till att dechiffrera den genetiska koden.

På tjugotalet av förra seklet fastställdes att kromosomer, bestående av nukleinsyror och protein, är ansvariga för överföringen av ärftliga egenskaper. Senare fann kemister att nukleinsyror och proteiner är högmolekylära föreningar, långkedjiga polymerer.

1944 blev det känt att ärftlighet finner sitt materiella eller fysiska uttryck i nukleinsyrors molekylära strukturer. Den ärftliga informationen som krypteras i kromosomerna bestämmer arrangemanget av atomer i deoxiribonukleinsyra (DNA) molekyler. Detta konstaterades av den amerikanske bakteriologen O. Avery, som experimentellt visade att ärftliga egenskaper kan överföras från en bakteriecell till en annan med hjälp av ett renat DNA-preparat. Eftersom DNA hittades i kromosomerna i alla celler, visade Averys experiment att alla gener är uppbyggda av DNA. Att belysa den kemiska strukturen hos dessa molekyler kan således vara ett viktigt steg mot att förstå hur gener reproduceras.

Det bör noteras att metoden för DNA-bildning i celler vid den tiden var ett av de centrala problemen inom biologi och genetik; forskare från många länder i världen var samtidigt involverade i det. Upptäckten av DNA:s struktur 1953 revolutionerade biokemin och ledde till en enorm mängd ny forskning inom andra vetenskapsområden.
Med hjälp av en 3D-modell skapad av Watson och Crick kunde forskare äntligen undersöka DNA-biosyntes. De fann att DNA-molekylen är lindad till en dubbelspiral som en spiraltrappa. Utanför denna spiral finns två lager av deoxiribos (en fematoms kolhydrat) sammankopplade med fosfatbryggor. Dessa två lager inuti helixen är förenade av par av kvävebaser ("trappsteg") anslutna till varandra genom vätebindningar. Det visade sig att båda halvorna av DNA-molekylen först separeras från varandra som ett blixtlås. Därefter, bredvid varje sådan halva, syntetiseras dess spegelbild. Sekvensen av kvävehaltiga baser, eller nukleotider (en av komponenterna i vilka DNA klyvs av nukleaser), fungerar som en mall för syntesen av nya molekyler.

Således visades det att generna som finns i kromosomerna i kärnan i varje cell bestämmer nedärvningen av fysiska egenskaper och styr syntesen av proteiner (enzymer). Utredningen av DNA:s funktioner som innehavare av ärftlig information avslutade frågan om den genetiska koden.

Proteinsyntes sker när genetisk information överförs till ribonukleinsyra, som till sin struktur liknar DNA. I princip kan RNA bilda dubbla helixar och utföra ärftliga funktioner som DNA. Men i de flesta organismer utför RNA sina huvudfunktioner i form av enkelsträngade molekyler. Tre typer av RNA är involverade i den sekventiella inkluderingen av aminosyror i en proteinmolekyl: informativ, ribosomal och transport. På grund av samma egenskaper för komplementaritet (ömsesidig överensstämmelse i den kemiska strukturen hos två makromolekyler) av RNA-baser, gör den kopior, eller "arbetsmallar", från DNA-molekyler som lagras i cellkärnan.

Sålunda hade det 1957 fastställts att de genetiska instruktionerna för proteinsyntes kodades i sekvensen av kvävehaltiga baser i DNA och RNA. Några år senare, om denna situation inom biokemin, skrev Watson: "Även efter att RNA:s roll i proteinsyntesen var i stort sett tydlig, var forskarna inte särskilt optimistiska om utsikterna för att dechiffrera den genetiska koden. Det antogs att identifieringen av kodoner (för varje enskild aminosyra) skulle kräva en noggrann bestämning av både bassekvensen i genen och aminosyrasekvensen i genens proteinprodukt. "Masternyckeln" med vilken den snabba "knäckningen" av koden började var polymerer syntetiserade med användning av enzymet polynukleotidfosforylas, upptäckt 1955 av Ochoa et al.

Ochoas arbete visade för första gången verkligen den genetiska kodens universalitet. De blev grunden för utvecklingen av metoder och riktningar för replikation (upprepning) av cellens genetiska material.

1959 tilldelades vetenskapsmannen Nobelpriset i fysiologi eller medicin.

Litteratur

1. Kemiska grunder för ärftlighet. Per. från engelska. Ed. I.L. Knunyants, B.N. Sidorov. M.: Utländsk. lit., 1963

2. Ruzavin G.I. Begreppet modern naturvetenskap: En lärobok för universitet. - M.: UNITI, 2000.

3. Gaisinovich A.K. Genetikens ursprung och utveckling. -- M., 1988.

4. Gershenzon S.M. Grunderna i modern genetik. -- Kiev, 1993.

5. Cybernshtern F. Gener och genetik. -- M.: Paragraph Publishing House, 1995.

Liknande dokument

Utvecklingshistoria, ämne för cytologi. De viktigaste bestämmelserna i modern cellteori. Cellstruktur hos levande organismer. En cells livscykel. Jämförelse av processerna för mitos och meios. Enhet och mångfald av celltyper. Värdet av cellteori.

abstrakt, tillagt 2009-09-27

Skaparna av cellteorin. Funktioner av arkea och cyanobakterier. Fylogeni av levande organismer. Strukturen av en eukaryot cell. Rörlighet och fluiditet hos membran. Funktioner hos Golgi-apparaten. Symbiotisk teori om ursprunget till semi-autonoma organeller.

presentation, tillagd 2014-04-14

Autoreglering av cellens kemiska aktivitet, irritabilitet och rörelse av cellen. Genetikens grundläggande lagar, genens och genotypens natur och materiella grund. Exempel på cytoplasmatisk nedärvning, genetik och Darwins evolutionsteori, huvudfaktorerna.

abstrakt, tillagt 2009-10-13

Bildandet av evolutionsteori, mönstren för individuell utveckling av organismen. Utvecklingen av levande organismer. Ch. Darwins teori - ärftlighet, föränderlighet och naturligt urval. Speciation. Genetikens roll i modern evolutionär undervisning.

abstrakt, tillagd 2008-10-09

presentation, tillagd 2015-11-25

Cytologi som en vetenskap om celler - de strukturella och funktionella enheterna hos nästan alla levande organismer. Grundläggande bestämmelser i cellteorin. Cellöppning. Grundläggande egenskaper hos levande celler. Upptäckten av ärftlighetslagen. Prestationer av modern cytologi.

test, tillagt 2009-10-28

Studiet av den cellulära teorin om organismers struktur, den huvudsakliga metoden för celldelning, metabolism och energiomvandling. Analys av egenskaperna hos levande organismer, autotrofisk och heterotrofisk näring. Studiet av oorganiska och organiska ämnen i cellen.

abstrakt, tillagt 2011-05-14

Celltranslation som en process för proteinbiosyntes som bestäms av budbärar-RNA. Konceptet med den genetiska koden, dess egenskaper. Avvikelser från den universella genetiska koden. Ribosomernas struktur, mekanismen för förlängning och avslutning. Proteiner i evolution och ontogenes.

presentation, tillagd 2014-02-21

Forskare som har tilldelats Nobelpriset för enastående prestationer inom genetikområdet. Morgans upptäckt av kromosomernas funktioner som bärare av ärftlighet. Dechiffrera den genetiska koden av Jacob. Studie av mekanismen för onkogena Dulbecco-virus.

abstrakt, tillagt 2012-09-29

Strukturen hos en djurcell. De viktigaste bestämmelserna i cellteorin, begreppet prokaryoter och eukaryoter. Strukturen av cytoplasman och det endoplasmatiska retikulumet. Den mänskliga kromosomuppsättningen. Metoder för celldelning (amitos, mitos och meios) och dess kemiska sammansättning.

Introduktion………………………………………………………………………3

Kapitel 1. Ämnet genetik……………………………………………....4

1.1 Vad studerar genetiken……………………………………………....4

1.2. Moderna idéer om genen…………………………….5

1.2. Genstruktur……………………………………………………...6

1.4. Problem och metoder för genetisk forskning…………………9

1.5. Huvudstadierna i utvecklingen av genetik…………………………..11

1.6 Genetik och människa……………………………………………………….18

Kapitel 2. Reproduktionens roll i de levandes utveckling……………. 23

2.1. Funktioner för cyklisk reproduktion…………23

Slutsats………………………………………………………...27

Bibliografisk lista över använd litteratur…………….…29

Introduktion

För mitt arbete med ämnet "Begrepp för modern naturvetenskap" valde jag ämnet "Genetikens huvudproblem och reproduktionens roll i utvecklingen av levande", eftersom genetik är en av de viktigaste, mest fascinerande och samtidigt tidskomplexa discipliner inom modern naturvetenskap.

Genetik, som gjorde 1900-talets biologi till en exakt vetenskaplig disciplin, slår ständigt fantasin hos de "breda delarna" av det vetenskapliga och pseudovetenskapliga samfundet med nya riktningar och fler och fler nya upptäckter och landvinningar. I tusentals år har människan använt genetiska metoder för att förbättra de användbara egenskaperna hos odlade växter och föda upp högproduktiva raser av husdjur, utan att förstå mekanismerna bakom dessa metoder.

Först i början av -talet började vetenskapsmän till fullo inse vikten av ärftlighetslagarna och dess mekanismer. Även om framstegen inom mikroskopi gjorde det möjligt att fastställa att ärftliga egenskaper överförs från generation till generation genom spermier och ägg, förblev det oklart hur de minsta partiklarna i protoplasman kunde bära "ingredienserna" av det stora utbudet av egenskaper som utgör varje individ organism.

Kapitel 1. Ämnet genetik

1.1 Vad studerar genetiken.

Genetik ger ett enormt bidrag till utvecklingen av evolutionsteorin (evolutionär genetik, populationsgenetik). Idéer och metoder för genetik används inom alla områden av mänsklig aktivitet relaterade till levande organismer. De är viktiga för att lösa problem inom medicin, jordbruk och den mikrobiologiska industrin. De senaste framstegen inom genetik är förknippade med utvecklingen av genteknik.

I det moderna samhället diskuteras genetiska frågor flitigt i olika målgrupper och ur olika synvinklar, inklusive etiska, uppenbarligen, av två skäl.

Behovet av att förstå de etiska aspekterna av användningen av ny teknik har alltid uppstått.

Skillnaden med den moderna perioden är att hastigheten för genomförandet av en idé eller vetenskaplig utveckling som ett resultat har ökat dramatiskt.

1.2. Moderna idéer om genen.

Generernas roll i utvecklingen av en organism är enorm. Gener kännetecknar alla tecken på en framtida organism, såsom ögon- och hudfärg, storlek, vikt och mycket mer. Gener är bärare av ärftlig information på grundval av vilken organismen utvecklas.

Precis som i fysiken är materiens elementära enheter atomer, i genetik är de elementära diskreta enheterna för ärftlighet och variabilitet gener. Kromosomen hos vilken organism som helst, vare sig det är en bakterie eller en människa, innehåller en lång (hundratusentals till miljarder baspar) kontinuerlig DNA-kedja längs vilken många gener finns. Att fastställa antalet gener, deras exakta placering på kromosomen och den detaljerade inre strukturen, inklusive kunskap om den fullständiga nukleotidsekvensen, är en uppgift av exceptionell komplexitet och betydelse. Forskare löser det framgångsrikt med en hel rad molekylära, genetiska, cytologiska, immunogenetiska och andra metoder.

1.2. Genens struktur.

Kodningskedja

Regleringszon

promotor

Exon 1

promotor

Intron 1

Exon 2

promotor

Exon 3

Intron2

Terminator

i-RNA

Transkription

Skarvning

Moget mRNA

Enligt moderna koncept består genen som kodar för syntesen av ett visst protein i eukaryoter av flera obligatoriska element. (Fig) Först och främst är det en omfattande reglering en zon som har ett starkt inflytande på aktiviteten av en gen i en viss vävnad i kroppen vid ett visst stadium av dess individuella utveckling. Därefter är promotorn direkt intill de kodande elementen i genen -

en DNA-sekvens upp till 80-100 baspar lång, ansvarig för att binda RNA-polymeraset som transkriberar den givna genen. Efter promotorn ligger den strukturella delen av genen, som innehåller information om den primära strukturen för motsvarande protein. Denna region för de flesta eukaryota gener är betydligt kortare än den reglerande zonen, men dess längd kan mätas i tusentals baspar.

En viktig egenskap hos eukaryota gener är deras diskontinuitet. Det betyder att regionen av genen som kodar för proteinet består av två typer av nukleotidsekvenser. Vissa - exoner - sektioner av DNA som bär information om proteinets struktur och är en del av motsvarande RNA och protein. Andra - introner - kodar inte för strukturen av proteinet och ingår inte i sammansättningen av den mogna mRNA-molekylen, även om de är transkriberade. Processen att skära ut introner - "onödiga" sektioner av RNA-molekylen och splitsning av exoner under bildningen av mRNA utförs av speciella enzymer och kallas skarvning(sömnad, skarvning). Exoner är vanligtvis sammanfogade i samma ordning som de är i DNA. Men inte alla eukaryota gener är diskontinuerliga. Med andra ord, i vissa gener, som bakterier, finns det en fullständig överensstämmelse mellan nukleotidsekvensen och den primära strukturen hos de proteiner de kodar för.

1.3. Grundläggande begrepp och metoder för genetik.

Låt oss introducera de grundläggande begreppen genetik. När man studerar arvsmönstren korsas vanligtvis individer som skiljer sig från varandra i alternativa (ömsesidigt uteslutande) egenskaper (till exempel gul och grön, slät och skrynklig yta på ärter). De gener som bestämmer utvecklingen av alternativa egenskaper kallas allelisk. De är belägna på samma loci (platser) av homologa (parade) kromosomer. En alternativ egenskap och genen som motsvarar den, som förekommer i hybrider av den första generationen, kallas dominant och inte manifesterad (undertryckt) kallas recessiv. Om båda homologa kromosomerna innehåller samma alleliska gener (två dominanta eller två recessiva), så kallas en sådan organism homozygot. Om olika gener av samma alleliska par är lokaliserade i homologa kromosomer, kallas en sådan organism heterozygot på denna skylt. Den bildar två typer av könsceller och, när den korsas med en organism av samma genotyp, ger den splittring.

Helheten av alla gener i en organism kallas genotyp. En genotyp är en uppsättning gener som interagerar med varandra och påverkar varandra. Varje gen påverkas av andra gener av genotypen och själv påverkar dem, så samma gen i olika genotyper kan yttra sig på olika sätt.

Helheten av alla egenskaper och egenskaper hos en organism kallas fenotyp. Fenotypen utvecklas utifrån en viss genotyp som ett resultat av interaktion med miljöförhållanden. Organismer som har samma genotyp kan skilja sig från varandra beroende på förhållandena.

Representanter för alla biologiska arter reproducerar varelser som liknar dem själva. Denna egenskap hos ättlingar att likna sina förfäder kallas ärftlighet.

Funktioner för överföring av ärftlig information bestäms av intracellulära processer: mitos och meios. Mitos- Det här är processen för distribution av kromosomer till dotterceller under celldelning. Som ett resultat av mitos dupliceras varje kromosom i modercellen och identiska kopior divergerar till dottercellerna; i detta fall överförs ärftlig information fullständigt från en cell till två dotterceller. Det är så celldelning sker vid ontogenes, d.v.s. processen för individuell utveckling. Meios- Detta är en specifik form av celldelning, som endast sker under bildandet av könsceller, eller könsceller (spermatozoer och ägg). Till skillnad från mitos halveras antalet kromosomer under meios; endast en av de två homologa kromosomerna i varje par kommer in i varje dottercell, så att i hälften av dottercellerna finns en homolog, i den andra hälften - den andra; medan kromosomerna är fördelade i gameter oberoende av varandra. (Generna hos mitokondrier och kloroplaster följer inte lagen om lika fördelning under delning.) När två haploida könsceller går samman (befruktning) återställs antalet kromosomer igen - en diploid zygot bildas, som fick en enda uppsättning kromosomer från varje förälder.

Trots ärftlighetens enorma inflytande när det gäller att forma fenotypen av en levande organism, skiljer sig besläktade individer i större eller mindre utsträckning från sina föräldrar. Denna egenskap av ättlingar kallas variabilitet. Vetenskapen om genetik handlar om studiet av fenomenen ärftlighet och föränderlighet. Således är genetik vetenskapen om ärftlighetens och föränderlighetens lagar. Enligt moderna begrepp är ärftlighet de levande organismernas egendom att från generation till generation överföra drag av morfologi, fysiologi, biokemi och individuell utveckling under vissa miljöförhållanden. Variabilitet- en egenskap som är motsatsen till ärftlighet är dotterorganismernas förmåga att skilja sig från sina föräldrar i morfologiska, fysiologiska, biologiska egenskaper och avvikelser i individuell utveckling.

Studien av fenotypiska skillnader i en stor population visar att det finns två former av variabilitet - diskret och kontinuerlig. För att studera variabiliteten hos en egenskap, såsom höjd hos människor, är det nödvändigt att mäta den egenskapen hos ett stort antal individer i populationen som studeras.

Ärftlighet och föränderlighet förverkligas i arvsprocessen, d.v.s. vid överföring av genetisk information från föräldrar till avkomma genom könsceller (vid sexuell reproduktion) eller genom somatiska celler (vid asexuell reproduktion Idag är genetik en enda komplex vetenskap som använder både biologiska och fysikalisk-kemiska metoder för att lösa det bredaste utbudet av de största biologiska problem.

1.4. Problem och metoder för genetisk forskning.

De globala grundläggande frågorna om modern genetik inkluderar följande problem:

1. Variabiliteten hos organismernas ärftliga apparat (mutagenes, rekombinogenes och riktningsvariabilitet), som spelar en viktig roll i avel, medicin och evolutionsteorin.

2. Miljöproblem förknippade med de genetiska konsekvenserna av kemiska och strålningsföroreningar av miljön kring människor och andra organismer.

3. Tillväxt och reproduktion av celler och deras reglering, bildning av en differentierad organism från en cell och kontroll av utvecklingsprocesser; cancerproblem.

4. Problemet med kroppsskydd, immunitet, vävnadskompatibilitet under vävnads- och organtransplantation.

5. Problemet med åldrande och livslängd.

6. Uppkomsten av nya virus och kampen mot dem.

7. Särskild genetik hos olika typer av växter, djur och mikroorganismer, som gör det möjligt att identifiera och isolera nya gener för användning inom bioteknik och förädling.

8. Problemet med produktivitet och kvalitet hos jordbruksväxter och djur, deras motståndskraft mot ogynnsamma miljöförhållanden, infektioner och skadedjur.

För att lösa dessa problem används olika forskningsmetoder.

Metod hybridologiska analys utvecklades av Gregor Mendel. Denna metod gör det möjligt att avslöja mönster av nedärvning av individuella egenskaper under sexuell reproduktion av organismer. Dess kärna är som följer: analysen av arv utförs på separata oberoende egenskaper; överföring av dessa tecken i ett antal generationer spåras; en noggrann kvantitativ hänsyn tas till nedärvningen av varje alternativ egenskap och arten av avkomman till varje hybrid separat.

Cytogenetisk metod låter dig studera karyotypen (uppsättningen av kromosomer) av kroppsceller och identifiera genomiska och kromosomala mutationer.

genealogisk metod involverar studier av stamtavlor för djur och människor och låter dig fastställa typen av arv (till exempel dominant, recessiv) av en viss egenskap, organismers zygositet och sannolikheten för manifestation av egenskaper i kommande generationer. Denna metod används i stor utsträckning i avel och arbetet med medicinska genetiska konsultationer.

tvillingmetoden baserat på studiet av manifestationen av tecken hos identiska och tvåäggstvillingar. Det låter dig identifiera ärftlighetens och miljöns roll i bildandet av specifika egenskaper.

Biokemiska metoder studier bygger på studiet av enzymers aktivitet och den kemiska sammansättningen av celler, vilka bestäms av ärftlighet. Med dessa metoder är det möjligt att identifiera genmutationer och heterozygota bärare av recessiva gener.

Befolkningsstatistisk metod låter dig beräkna frekvensen av förekomsten av gener och genotyper i populationer.

utveckling och existens. En enda funktion kallas hårtork. Fenotypiska egenskaper inkluderar inte bara yttre egenskaper (ögonfärg, hår, näsform, blomfärg, etc.), utan också anatomiska (magvolym, leverstruktur, etc.), biokemiska (glukos- och ureakoncentration i blodserum, etc.) . ) och andra.

1.5. Huvudstadierna i utvecklingen av genetik.

Ursprunget till genetik, som all vetenskap, bör sökas i praktiken. Genetik uppstod i samband med uppfödning av husdjur och odling av växter, samt med utvecklingen av medicin. Sedan människan började använda korsningen av djur och växter, ställdes hon inför det faktum att egenskaperna och egenskaperna hos avkomman beror på egenskaperna hos de föräldraindivider som valts ut för korsning.

Utvecklingen av vetenskapen om ärftlighet och föränderlighet främjades särskilt starkt av Charles Darwins teori om arternas ursprung, som introducerade den historiska metoden att studera organismers utveckling till biologi. Darwin själv lade mycket kraft på studiet av ärftlighet och föränderlighet. Han samlade en enorm mängd fakta, drog ett antal korrekta slutsatser på grundval av dem, men han misslyckades med att fastställa ärftlighetslagarna. Hans samtida, de så kallade hybridisatorerna, som korsade olika former och letade efter graden av likhet och skillnad mellan föräldrar och avkomma, lyckades inte heller etablera allmänna arvsmönster.

Den första ett verkligt vetenskapligt steg framåt i studiet av ärftlighet togs av den österrikiske munken Gregor Mendel (1822-1884), som 1866 publicerade en artikel som lade grunden till modern genetik. Mendel visade att ärftliga böjelser inte blandas, utan överförs från föräldrar till ättlingar i form av diskreta (isolerade) enheter. Dessa enheter, presenterade i par i individer, förblir diskreta och överförs till efterföljande generationer i manliga och kvinnliga könsceller, som var och en innehåller en enhet från varje par.

Sammanfattning av kärnan i Mendels hypoteser

1. Varje egenskap hos en given organism styrs av ett par alleler.

2. Om organismen innehåller två olika alleler för en given egenskap, kan en av dem (dominant) manifestera sig, helt undertrycka manifestationen av en annan egenskap (recessiv).

3. Under meios delas varje par av alleler (splittring) och varje gamet får en av varje par av alleler (splittringsprincip).

4. Under bildandet av manliga och kvinnliga gameter kan vilken allel som helst från ett par komma in i var och en av dem tillsammans med vilken som helst från det andra paret (principen om oberoende distribution).

5. Varje allel överförs från generation till generation som en diskret enhet som inte förändras.

6. Varje organism ärver en allel (för varje egenskap) från var och en av moderindividerna.

För evolutionsteorin var dessa principer av kardinal betydelse. De avslöjade en av de viktigaste källorna till variation, nämligen mekanismen för att upprätthålla konditionen hos egenskaperna hos en art under ett antal generationer. Om de adaptiva egenskaperna hos organismer, som uppstod under kontroll av urval, absorberades, försvann under korsningen, skulle artens framfart vara omöjligt.

All efterföljande utveckling av genetik har associerats med studiet och utvidgningen av dessa principer och deras tillämpning på evolutionsteorin och selektion.

På den andra scen August Weisman (1834-1914) visade att könsceller är isolerade från resten av organismen och därför inte är föremål för påverkan som verkar på somatiska vävnader.

Trots Weismanns övertygande experiment, som var lätta att verifiera, förnekade Lysenkos segerrika anhängare inom sovjetisk biologi länge genetik och kallade det Weismannism-Morganism. I det här fallet vann ideologin över vetenskapen, och många vetenskapsmän, som N.I. Vavilov, förtrycktes.

På den tredje stadium Hugo de Vries (1848-1935) upptäckte förekomsten av ärftliga mutationer som utgör grunden för diskret variabilitet. Han föreslog att nya arter uppstod på grund av mutationer.

Mutationer är partiella förändringar i strukturen av en gen. Dess slutliga effekt är en förändring i egenskaperna hos proteiner som kodas av mutanta gener. Den egenskap som uppträdde som ett resultat av en mutation försvinner inte, utan ackumuleras. Mutationer orsakas av strålning, kemiska föreningar, temperaturförändringar och kan helt enkelt vara slumpmässiga.

På den fjärde Thomas Maughan (1866-1945) skapade kromosomteorin om ärftlighet, enligt vilken varje biologisk art har ett strikt definierat antal kromosomer.

På den femte stadium G. Meller 1927 fann att genotypen kan förändras under påverkan av röntgenstrålar. Det är här inducerade mutationer har sitt ursprung, och det som senare kallades genteknik med dess storslagna möjligheter och faror med att störa den genetiska mekanismen.

Den sjätte stadium J. Beadle och E. Tatum 1941 avslöjade den genetiska grunden för biosyntes.

Den sjunde På scenen föreslog James Watson och Francis Crick en modell av DNA:s molekylära struktur och mekanismen för dess replikation. De fann att varje DNA-molekyl består av två polydeoxiribonukleinkedjor, spiralvridna runt en gemensam axel.

Under perioden från 1940-talet fram till idag har en rad upptäckter (främst på mikroorganismer) av helt nya genetiska fenomen gjorts, som öppnat för möjligheter att analysera en gens struktur på molekylär nivå. De senaste åren, med introduktionen av nya forskningsmetoder inom genetik, lånade från mikrobiologin, har vi kommit att reda ut hur gener styr sekvensen av aminosyror i en proteinmolekyl.

Först och främst ska det sägas att det nu är helt bevisat att ärftlighetens bärare är kromosomer, som består av ett knippe DNA-molekyler.

Ganska enkla experiment utfördes: från de dödade bakterierna från en stam, som hade en speciell yttre egenskap, isolerades rent DNA och överfördes till levande bakterier av en annan stam, varefter de förökande bakterierna av den senare fick särdraget av den första stammen . Sådana många experiment visar att det är DNA som är bärare av ärftlighet.

För närvarande har man hittat tillvägagångssätt för att lösa problemet med att organisera den ärftliga koden och dess experimentella avkodning. Genetik, tillsammans med biokemi och biofysik, var nära att belysa processen för proteinsyntes i en cell och den artificiella syntesen av en proteinmolekyl. Detta börjar ett helt nytt stadium i utvecklingen av inte bara genetik, utan av all biologi som helhet.

Utvecklingen av genetik fram till idag är en ständigt växande fond för forskning om den funktionella, morfologiska och biokemiska diskretiteten hos kromosomer. Mycket har redan gjorts på det här området, mycket har redan gjorts, och varje dag närmar sig vetenskapens framkant målet - att reda ut genens natur. Hittills har ett antal fenomen som kännetecknar genens natur etablerats. För det första har genen i kromosomen egenskapen att självreproducera sig (självreproduktion); för det andra är den kapabel till mutationsförändring; för det tredje är det associerat med en viss kemisk struktur av deoxiribonukleinsyra - DNA; För det fjärde kontrollerar den syntesen av aminosyror och deras sekvenser i en proteinmolekyl. I samband med nyare studier bildas en ny förståelse av genen som ett funktionellt system, och genens effekt på bestämning av egenskaper beaktas i ett integrerat system av gener - genotypen.

De öppna utsikterna för syntes av levande materia lockar stor uppmärksamhet från genetiker, biokemister, fysiker och andra specialister.

Under de senaste decennierna har genetik som vetenskap genomgått en kvalitativ förändring: en ny forskningsmetodik har vuxit fram - genteknik, som har revolutionerat genetiken och lett till den snabba utvecklingen av molekylär genetik och genetiskt modifierad bioteknik.

Den moderna utvecklingen av allmän och särskild genetik, molekylär genetik och genteknik sker med ömsesidig berikning av idéer och metoder och sammanställs genom rent genetisk analys, d.v.s. få mutationer och utföra vissa korsningar. Det var möjligt att avslöja många grundläggande livslagar, d.v.s. redan i de tidiga stadierna av dess utveckling blev genetik en exakt experimentell vetenskap.

Utan högt utvecklad allmän och molekylär genetik kan det inte ske några effektiva framsteg inom praktiskt taget alla områden av modern biologi, avel eller skydd av människors ärftliga hälsa.

Lika viktigt är genetik och genteknik i utvecklingen av samhällsekonomin.

Modern avel använder metoderna för inducerade mutationer och rekombinationer, heteros, polyploidi, immunogenetik, cellteknik, fjärrhybridisering, protein- och DNA-markörer och andra. Deras introduktion i avelscentra är extremt givande.

För närvarande utförs industriell mikrobiologisk syntes av ett antal produkter som är nödvändiga för medicin, jordbruk och industri genom genteknik. Syntes av andra värdefulla produkter utförs i cellkulturer.

Utvecklingen av mikrobiell genetik avgör till stor del effektiviteten hos den mikrobiologiska industrin.

Nu planeras ett nytt steg i utvecklingen av genteknik - en övergång till användning som källor för värdefulla produkter av växter och djur med transplanterade gener som ansvarar för syntesen av motsvarande produkter, d.v.s. skapande och användning av transgena växter och djur. Genom att skapa transgena organismer kommer problemen med att få nya sorter av växter och djurraser med ökad produktivitet samt resistens mot infektionssjukdomar och ogynnsamma miljöförhållanden också lösas.

Utvecklingen av genteknik har skapat en i grunden ny grund för att konstruera DNA-sekvenser som forskare behöver. Framsteg inom experimentell biologi har gjort det möjligt att utveckla metoder för att infoga sådana konstruerade gener i kärnorna hos ägg eller spermier. Som ett resultat blev det möjligt att få transgena djur, de där. djur som bär främmande gener i sina kroppar.

Ett av de första exemplen på framgångsrikt skapande av transgena djur var produktionen av möss i arvsmassan av vilka råtttillväxthormonet infogades. Några av dessa transgena möss växte snabbt och nådde storlekar som var betydligt större än kontrolldjuren.

Världens första genetiskt modifierade apa föddes i Amerika. Hanen, som heter Andy, föddes efter att manetgenen introducerades i sin mammas ägg. Experimentet utfördes med en rhesusapa, som i sina biologiska egenskaper är mycket närmare människor än något annat djur som hittills har utsatts för experiment med genetisk modifiering. Forskarna säger att tillämpningen av denna metod kommer att hjälpa dem att utveckla nya behandlingar för sjukdomar som bröstcancer och diabetes. Men enligt BBC har experimentet redan väckt kritik från djurskyddsorganisationer, som fruktar att forskningen kommer att leda till lidande för många primater i laboratorier.

Skapande av en hybrid av människa och gris. Kärnan extraheras från en mänsklig cell och implanteras i kärnan av ett grisägg, som tidigare befriats från djurets genetiska material. Resultatet var ett embryo som levde i 32 dagar innan forskare bestämde sig för att förstöra det. Forskning utförs, som alltid, för ett ädelt mål: sökandet efter botemedel mot mänskliga sjukdomar. Även om försök att klona människor är ogillade av många forskare och till och med de som skapade Dolly the Sheep, kommer sådana experiment att vara svåra att stoppa, eftersom principen för kloningstekniken redan är känd för många laboratorier.

För närvarande är intresset för transgena djur mycket stort. Detta beror på två skäl. För det första har det uppstått stora möjligheter för att studera en främmande gens arbete i en värdorganisms genom, beroende på platsen för dess integration i en eller annan kromosom, såväl som strukturen i den genreglerande zonen. För det andra kan transgena husdjur vara av praktiskt intresse i framtiden.

Av stor betydelse för medicin är utvecklingen av metoder för prenatal diagnos av genetiska defekter och de strukturella egenskaperna hos det mänskliga genomet som bidrar till utvecklingen av allvarliga sjukdomar: cancer, hjärt-kärlsjukdomar, mentala och andra.

Uppdraget var satt till att skapa nationell och global genetisk övervakning, d.v.s. spåra den genetiska belastningen och genernas dynamik i människors arv. Detta kommer att ha stor betydelse för att bedöma effekterna av miljömutagener och kontrollera demografiska processer.

Utvecklingen av metoder för att korrigera genetiska defekter genom gentransplantation (hemoterapi) påbörjas och kommer att utvecklas under 90-talet.

Framsteg inom området för att studera olika geners funktion kommer att göra det möjligt att under 1990-talet närma sig utvecklingen av rationella metoder för behandling av tumör-, kardiovaskulära, ett antal virus- och andra farliga sjukdomar hos människor och djur.

1.6 Genetik och människan.

Inom humangenetik finns det ett tydligt samband mellan vetenskaplig forskning och etiska frågor, liksom den vetenskapliga forskningens beroende av den etiska innebörden av deras slutliga resultat. Genetiken har gått så långt fram att människan står på tröskeln till sådan makt som gör att hon kan bestämma sitt biologiska öde. Det är därför användningen av alla potentiella möjligheter med medicinsk genetik är verklig endast med strikt iakttagande av etiska standarder.

Mänsklig genetik, som har utvecklats snabbt under de senaste decennierna, har gett svar på många av de frågor som människor länge varit intresserade av: vad bestämmer könet på ett barn? Varför ser barn ut som sina föräldrar? Vilka tecken och sjukdomar ärvs och vilka inte är det, varför är människor så olika varandra, varför är närbesläktade äktenskap skadliga?

Intresset för mänsklig genetik beror på flera skäl. För det första är det människans naturliga önskan att lära känna sig själv. För det andra, efter att många infektionssjukdomar besegrats - pest, kolera, smittkoppor, etc. - ökade den relativa andelen ärftliga sjukdomar. För det tredje, efter att man förstått mutationers natur och deras betydelse i ärftligheten, blev det klart att mutationer kan orsakas av miljöfaktorer som tidigare inte hade ägnats vederbörlig uppmärksamhet. En intensiv studie av effekterna av strålning och kemikalier på ärftlighet påbörjades. Varje år används fler och fler kemiska föreningar i vardagslivet, jordbruk, livsmedel, kosmetika, farmakologiska industrier och andra verksamhetsområden, bland vilka många mutagener används.

I detta avseende kan följande huvudproblem med genetik särskiljas.

Ärftliga sjukdomar och deras orsaker.Ärftliga sjukdomar kan orsakas av störningar i enskilda gener, kromosomer eller uppsättningar av kromosomer. För första gången upptäcktes ett samband mellan en onormal uppsättning kromosomer och skarpa avvikelser från normal utveckling när det gäller Downs syndrom.

Förutom kromosomsjukdomar kan ärftliga sjukdomar orsakas av förändringar i genetisk information direkt i generna.

Effektiva behandlingar för ärftliga sjukdomar finns ännu inte. Det finns dock behandlingsmetoder som lindrar patienters tillstånd och förbättrar deras välbefinnande. De bygger huvudsakligen på kompensation av metabola defekter orsakade av störningar i arvsmassan.

Medicinska genetiska laboratorier. Kunskap om mänsklig genetik gör det möjligt att bestämma sannolikheten för födseln av barn som lider av ärftliga sjukdomar i fall där en eller båda makarna är sjuka eller båda föräldrarna är friska, men ärftliga sjukdomar hittades hos deras förfäder. I vissa fall är det möjligt att förutsäga födelsen av ett friskt andra barn om det första var sjukt. Sådana prognoser utförs i medicinska genetiska laboratorier. Den utbredda användningen av genetisk rådgivning kommer att rädda många familjer från olyckan att få sjuka barn.

Går förmågor i arv? Forskare tror att varje person har ett korn av talang. Talang utvecklas genom hårt arbete. Genetiskt är en person rikare på sina förmågor, men inser dem inte fullt ut i sitt liv.
Hittills finns det fortfarande inga metoder för att avslöja en persons verkliga förmågor under sin barndoms- och ungdomsuppfostran, och därför tillhandahålls ofta inte lämpliga förutsättningar för deras utveckling.

Fungerar naturligt urval i det mänskliga samhället? Mänsklighetens historia är en förändring i den genetiska strukturen hos populationer av arten Homo sapiens under påverkan av biologiska och sociala faktorer. Krig, epidemier förändrade mänsklighetens genpool. Det naturliga urvalet har inte försvagats under de senaste 2 000 åren, utan har bara förändrats: det har överlagrats med socialt urval.

Genteknik använder de viktigaste upptäckterna av molekylär genetik för att utveckla nya forskningsmetoder, få nya genetiska data, samt i praktiska aktiviteter, särskilt inom medicin.

Tidigare gjordes vacciner endast från dödade eller försvagade bakterier eller virus som kan inducera immunitet hos människor genom bildandet av specifika antikroppsproteiner. Sådana vacciner leder till utvecklingen av stark immunitet, men de har också nackdelar.

Det är säkrare att vaccinera med rena proteiner från skalet av virus - de kan inte föröka sig, tk. de har inga nukleinsyror, men de orsakar produktion av antikroppar. De kan erhållas genom genteknik. Ett sådant vaccin mot infektiös hepatit (Botkins sjukdom) har redan skapats - en farlig och svårbehandlad sjukdom. Arbete pågår med att skapa rena vacciner mot influensa, mjältbrand och andra sjukdomar.

Golvkorrigering. Könsbyteoperationer i vårt land började göras för cirka 30 år sedan strikt av medicinska skäl.

Organtransplantation. Organtransplantation från donatorer är en mycket komplex operation, följt av en lika svår period av transplantation. Mycket ofta avvisas transplantationen och patienten dör. Forskare hoppas att dessa problem kan lösas med hjälp av kloning.

Kloning- en metod för genteknik där ättlingar erhålls från förfaderns somatiska cell och därför har exakt samma genom.

Djurkloning löser många problem inom medicin och molekylärbiologi, men skapar samtidigt många sociala problem.

Forskare ser möjligheten att reproducera enskilda vävnader eller organ från allvarligt sjuka människor för efterföljande transplantation - i det här fallet kommer det inte att finnas några problem med transplantationsavstötning. Kloning kan också användas för att erhålla nya läkemedel, särskilt sådana som erhålls från vävnader och organ från djur eller människor.

Men trots de frestande utsikterna är den etiska sidan av kloning ett problem.

Missbildningar. Utvecklingen av en ny levande varelse sker i enlighet med den genetiska koden som registreras i DNA:t, som finns i kärnan i varje cell i kroppen. Ibland, under påverkan av miljöfaktorer - radioaktiva, ultravioletta strålar, kemikalier - uppstår en kränkning av den genetiska koden, mutationer uppstår, avvikelser från normen.

Genetik och kriminalistik. I rättspraxis är fall av fastställande av släktskap kända, då barn blandades på förlossningssjukhuset. Ibland gällde det barn som växt upp i utländska familjer i mer än ett år. För att fastställa släktskap används metoder för biologisk undersökning, som utförs när barnet är 1 år och blodsystemet stabiliseras. En ny metod har utvecklats - genfingeravtryck, som möjliggör analys på kromosomnivå. I det här fallet spelar inte barnets ålder någon roll, och förhållandet är etablerat med en 100% garanti.

Kapitel 2. Reproduktionens roll i de levandes utveckling.

2.1. Funktioner av cyklisk reproduktion.

Processen började med självreproduktion av komplex av molekyler. Och denna väg är ganska väl fixerad i varje levande cell. Forskare har länge uppmärksammat det faktum att stadierna i livets utveckling upprepas under embryogenesen. Men då bör du vara uppmärksam på det faktum att i själva djupet av cellen, i dess kärna, finns det DNA-molekyler. Detta är det bästa beviset för att livet på jorden började med reproduktionen av komplex av molekyler som hade egenskapen att först dela DNA-dubbelhelixen och sedan tillhandahålla processen att återskapa dubbelhelixen. Detta är processen för cyklisk rekonstruktion av ett levande objekt med hjälp av molekyler som överfördes i ögonblicket av splittring och som helt kontrollerade syntesen av en kopia av det ursprungliga objektet. Så definitionen av livet skulle se ut så här. Livet är en typ av interaktion av materia, vars huvudsakliga skillnad från de kända typerna av interaktioner är lagring, ackumulering och kopiering av objekt som introducerar säkerhet i dessa interaktioner och överför dem från slumpmässiga till vanliga, medan en cyklisk reproduktion av en levande föremål uppstår.

Varje levande organism har en genetisk uppsättning molekyler som helt bestämmer processen för att återskapa en kopia av det ursprungliga objektet. Det vill säga, i närvaro av de nödvändiga näringsämnena med en sannolikhet för en, som ett resultat av interaktionen mellan ett komplex av molekyler, kommer en kopia av en levande organism att återskapas. Men tillförseln av näringsämnen är inte garanterad, och skadliga yttre påverkan och störningar av interaktioner inom cellen förekommer också. Därför är den totala sannolikheten att återskapa en kopia alltid något mindre än en. Så från två organismer eller levande föremål kommer organismen som har en större total sannolikhet att implementera alla nödvändiga interaktioner att kopieras mer effektivt. Detta är den levande naturens evolutionslag. Med andra ord kan det också formuleras på följande sätt: ju fler interaktioner som krävs för att kopiera ett objekt styrs av objektet självt, desto större är sannolikheten för dess cykliska reproduktion.

IN OCH. Vernadsky presenterade i sitt välkända verk "Biosphere" livets process på jorden som en konstant cirkulation av materia och energi, i vilken människan, tillsammans med andra varelser, måste inkluderas. Atomer och molekyler av fysiska ämnen som utgör jordens biosfär har inkluderats i och ut ur dess cirkulation miljontals gånger under livets existens. Människokroppen är inte identisk med substansen och energin som förbrukas från den yttre miljön, den är föremålet för dess livsaktivitet omvandlad på ett visst sätt. Som ett resultat av realiseringen av behoven av ämnen, energi, information, uppstår ett annat naturobjekt från ett naturobjekt, som har egenskaper och funktioner som inte alls är inneboende i det ursprungliga objektet. Detta manifesterar en speciell typ av verksamhet som är inneboende i människan. Sådan verksamhet kan definieras som ett behov som syftar till material- och energireproduktion. Innehållet i förverkligandet av detta behov är utvinningen av livsmedel ur miljön. Utvinning i vid mening, både faktisk utvinning och produktion.

Denna typ av reproduktion är inte den enda nödvändiga för livets existens. V.I.Vernadsky skrev att en levande organism, "när den dör, lever och förstörs, ger den dess atomer och tar dem kontinuerligt från den, men en levande substans som omfamnas av livet har alltid en början i det levande". Den andra typen av reproduktion är också inneboende i allt levande på jorden. Vetenskapen har med tillräcklig säkerhet bevisat att levande varelsers direkta ursprung från livlös materia i detta skede av jordens utveckling är omöjligt.

Slutsats.

Genetik är vetenskapen om ärftlighet och variation i organismer. Genetik är en disciplin som studerar mekanismer och mönster för ärftlighet och variabilitet hos organismer, metoder för att hantera dessa processer. Den är utformad för att avslöja lagarna för reproduktion av levande efter generationer, uppkomsten av nya egenskaper i organismer, lagarna för individuell utveckling av en individ och den materiella grunden för de historiska omvandlingarna av organismer i evolutionsprocessen. Genetikens föremål är virus, bakterier, svampar, växter, djur och människor. Mot bakgrund av arter och annan specificitet finns allmänna lagar i ärftlighetsfenomenen för alla levande varelser. Deras existens visar den organiska världens enhet.

I det moderna samhället diskuteras genetiska frågor flitigt i olika målgrupper och ur olika synvinklar, inklusive etiska, uppenbarligen, av två skäl.

För det första påverkar genetik de mest primära egenskaperna hos levande natur, som om nyckelpositionerna i livets manifestationer. Därför är framstegen inom medicin och biologi, såväl som alla förväntningar på det, ofta fokuserade på genetik. Till stor del är denna inriktning motiverad.

För det andra, under de senaste decennierna har genetiken utvecklats så snabbt att den ger upphov till både vetenskapliga och kvasivetenskapliga lovande prognoser. Detta gäller särskilt mänsklig genetik, vars framsteg väcker etiska problem mer akut än inom andra områden inom biomedicinsk vetenskap.

Inom humangenetik finns det ett tydligt samband mellan vetenskaplig forskning och etiska frågor, liksom den vetenskapliga forskningens beroende av den etiska innebörden av deras slutliga resultat. Genetiken har gått så långt fram att människan står på tröskeln till sådan makt som gör att hon kan bestämma sitt biologiska öde. Det är därför användningen av alla potentiella möjligheter med genetik är verklig endast med strikt iakttagande av etiska standarder.

Genetik intar en viktig plats i den moderna vetenskapens system, och kanske är de viktigaste landvinningarna under det senaste decenniet av det senaste århundradet kopplade till just genetik. Nu, i början av 2000-talet, öppnar sig framtidsutsikter inför mänskligheten som fascinerar fantasin. Kommer forskare att kunna inse den gigantiska potential som finns i genetik inom en snar framtid? Kommer mänskligheten att få den efterlängtade befrielsen från ärftliga sjukdomar, kommer en person att kunna förlänga sitt för korta liv, få odödlighet? I dagsläget har vi all anledning att hoppas på det.

Bibliografisk lista över använd litteratur:

Artyomov A. Vad är en gen. - Taganrog.: Förlaget "Red Page", 1989.

Biologisk encyklopedisk ordbok. - M.: Sov. uppslagsverk, 1989.

Vernadsky V.I. Kemisk struktur för jordens biosfär och dess miljö. - M .: Nauka, 1965.

medvetande och kognitiva processer i formationen Levande... som syftar till utveckling och fortplantning samband med viss... befolkningsekologi och genetik, matematisk genetik. ”Ny... Därför dessa tre huvud Problem och kräver...
Genetik. Föreläsningsanteckningar
Sammanfattning >> Biologi
... roll genetik i utveckling medicin. Main delar av modern genetikär: cytogenetik, molekylär genetik, mutagenes, population, evolutionär och ekologisk genetik ...

Läroboken överensstämmer med Federal State Educational Standard for Secondary (Complete) General Education, rekommenderas av Ryska federationens utbildnings- och vetenskapsministerium och ingår i den federala listan över läroböcker.

Läroboken vänder sig till elever i årskurs 10 och är utformad för att undervisa i ämnet 1 eller 2 timmar per vecka.

Modern design, frågor och uppgifter på flera nivåer, ytterligare information och möjligheten till parallellt arbete med en elektronisk ansökan bidrar till en effektiv assimilering av utbildningsmaterial.

Vilken betydelse har mikroorganismurval för industri och jordbruk?

Bioteknik - det är användningen av organismer, biologiska system eller biologiska processer i industriell produktion. Termen "bioteknik" har blivit utbredd sedan mitten av 1970-talet. XX-talet, även om mänskligheten sedan urminnes tider har använt mikroorganismer i bakning och vinframställning, vid produktion av öl och vid osttillverkning. All produktion baserad på en biologisk process kan betraktas som bioteknik. Genetisk, kromosom- och cellteknik, kloning av jordbruksväxter och djur är olika aspekter av modern bioteknik.

Bioteknik gör det möjligt att inte bara få fram produkter viktiga för människan, som antibiotika och tillväxthormon, etylalkohol och kefir, utan också att skapa organismer med förutbestämda egenskaper mycket snabbare än att använda traditionella förädlingsmetoder. Det finns biotekniska processer för rening av avloppsvatten, avfallshantering, borttagning av oljeutsläpp i vattendrag och bränsleproduktion. Dessa teknologier är baserade på egenskaperna hos den vitala aktiviteten hos vissa mikroorganismer.

Framväxande modern bioteknik förändrar vårt samhälle, öppnar nya möjligheter, men skapar samtidigt vissa sociala och etiska problem.

Genteknik. Bekväma objekt för bioteknik är mikroorganismer som har ett relativt enkelt organiserat genom, en kort livscykel och en mängd olika fysiologiska och biokemiska egenskaper.

En av orsakerna till diabetes är bristen på insulin i kroppen - ett hormon i bukspottkörteln. Injektioner av insulin isolerat från bukspottkörteln hos grisar och nötkreatur räddar miljontals liv, men leder hos vissa patienter till utveckling av allergiska reaktioner. Den optimala lösningen skulle vara att använda humant insulin. Genom genteknik infogades den humana insulingenen i DNA från Escherichia coli. Bakterien började aktivt syntetisera insulin. 1982 blev humant insulin det första genetiskt modifierade läkemedlet.

Ris. 107. Länder som odlar transgena växter. Nästan hela området med transgena grödor upptas av genetiskt modifierade sorter av fyra växter: sojabönor (62 %), majs (24 %), bomull (9 %) och raps (4 %). Varianter av transgen potatis, tomater, ris, tobak, rödbetor och andra grödor har redan skapats

Tillväxthormon erhålls för närvarande på liknande sätt. Den mänskliga genen, införd i bakteriegenomet, tillhandahåller syntesen av ett hormon, vars injektioner används vid behandling av dvärgväxt och återställer tillväxten av sjuka barn till nästan normala nivåer.

Precis som hos bakterier kan även eukaryota organismers ärftliga material förändras med hjälp av genteknik. Dessa genetiskt modifierade organismer kallas transgena eller genetiskt modifierade organismer(GMO).

I naturen finns en bakterie som frigör ett gift som dödar många skadliga insekter. Genen som är ansvarig för syntesen av detta toxin isolerades från bakteriegenomet och integrerades i genomet hos odlade växter. Hittills har skadedjursresistenta sorter av majs, ris, potatis och andra jordbruksväxter redan utvecklats. Att odla sådana transgena växter som inte kräver användning av bekämpningsmedel har enorma fördelar, eftersom för det första dödar bekämpningsmedel inte bara skadliga utan också nyttiga insekter, och för det andra ackumuleras många bekämpningsmedel i miljön och har en mutagen effekt på levande organismer (Fig. 107).

Ett av de första framgångsrika experimenten med att skapa genetiskt modifierade djur utfördes på möss, i vars arvsmassa råttgenen för tillväxthormon infogades. Som ett resultat växte de transgena mössen mycket snabbare och blev dubbelt så stora som normala möss. Om denna erfarenhet var av uteslutande teoretisk betydelse, så hade experimenten i Kanada redan en tydlig praktisk tillämpning. Kanadensiska forskare introducerade genen från en annan fisk i laxens ärftliga material, vilket aktiverade tillväxthormongenen. Detta resulterade i att laxen växte 10 gånger snabbare och gick upp flera gånger sin normala vikt.

Kloning. Skapandet av flera genetiska kopior av en enda individ genom asexuell reproduktion kallas kloning. I ett antal organismer kan denna process ske naturligt, kom ihåg vegetativ reproduktion hos växter och fragmentering hos vissa djur (). Om en bit av en stråle av misstag bryter av från en sjöstjärna, bildas en ny fullvärdig organism av den (bild 108). Hos ryggradsdjur sker denna process inte naturligt.

Det första framgångsrika djurkloningsexperimentet utfördes av forskaren Gurdon i slutet av 60-talet. 1900-talet vid Oxford University. Forskaren transplanterade en kärna som tagits från en albinogrodas tarmepitelcell till ett obefruktat ägg från en vanlig groda, vars kärna tidigare hade förstörts. Från ett sådant ägg lyckades forskaren odla en grodyngel, som sedan förvandlades till en groda, som var en exakt kopia av en albinogroda. Således visades det för första gången att informationen som finns i kärnan i någon cell är tillräcklig för utvecklingen av en fullfjädrad organism.

Ris. 108. Regenerering av en sjöstjärna från en stråle

Ytterligare forskning utförd i Skottland 1996 ledde till den framgångsrika kloningen av fåret Dolly från moderns bröstepitelcell (Fig. 109).

Kloning verkar vara en lovande metod inom djurhållningen. Till exempel, vid uppfödning av nötkreatur, används följande teknik. På ett tidigt stadium av utvecklingen, när embryots celler ännu inte är specialiserade, delas embryot upp i flera delar. Från varje fragment som placeras i en fostermor (surrogat) kan en fullvärdig kalv utvecklas. På så sätt kan du skapa många identiska kopior av ett enda djur med värdefulla egenskaper.

För speciella ändamål kan enstaka celler också klonas, vilket skapar vävnadskulturer som, i rätt media, kan växa i det oändliga. Klonade celler tjänar som ett substitut för försöksdjur, eftersom de kan användas för att studera effekterna på levande organismer av olika kemikalier, såsom läkemedel.

Växtkloning använder en unik egenskap hos växtceller. I början av 60-talet. 1900-talet för första gången visades att växtceller, även efter att de uppnått mognad och specialisering, under lämpliga förhållanden, kan ge upphov till en hel växt (Fig. 110). Därför gör moderna metoder för cellteknik det möjligt att utföra växtförädling på cellnivå, d.v.s. att välja inte vuxna växter med vissa egenskaper, utan celler, från vilka fullvärdiga växter sedan odlas.

Ris. 109. Dolly Sheep Cloning

Etiska aspekter på utvecklingen av bioteknik. Användningen av modern bioteknik väcker många allvarliga frågor för mänskligheten. Kan en gen som sätts in i transgena tomatplantor migrera och integreras i arvsmassan hos till exempel bakterier som lever i människans tarm när frukterna äts? Kan en transgen gröda som är resistent mot herbicider, sjukdomar, torka och andra stressfaktorer, korspollinera med relaterade vilda växter, överföra dessa egenskaper till ogräs? Kommer inte detta att resultera i "superogräs" som mycket snabbt kommer att befolka jordbruksmark? Kommer yngel av jättelax av misstag komma i öppet hav och kommer detta att störa balansen i den naturliga populationen? Klarar kroppen av transgena djur den belastning som uppstår i samband med att främmande gener fungerar? Och har människan rätt att göra om levande organismer för sitt eget bästa?

Dessa och många andra frågor relaterade till skapandet av genetiskt modifierade organismer diskuteras flitigt av experter och allmänheten runt om i världen. Särskilda tillsynsorgan och kommissioner som skapats i alla länder hävdar att, trots befintliga farhågor, inga skadliga effekter av GMO på naturen har registrerats.

Ris. 110. Stadier av växtkloning (i exemplet med morötter)

1996 antog Europarådet konventionen om mänskliga rättigheter vid användning av genomisk teknik inom medicin. Fokus i dokumentet ligger på etiken i att använda sådan teknik. Det hävdas att ingen individ kan diskrimineras baserat på information om egenskaperna i hans arvsmassa.

Införandet av främmande genetiskt material i mänskliga celler kan få negativa konsekvenser. Okontrollerat införande av främmande DNA i vissa delar av arvsmassan kan leda till störningar av generna. Risken med att använda genterapi när man arbetar med könsceller är mycket högre än när man använder somatiska celler. När genetiska konstruktioner introduceras i könsceller kan en oönskad förändring i arvsmassan hos framtida generationer inträffa. Därför betonas det i de internationella dokumenten från UNESCO, Europarådet, Världshälsoorganisationen (WHO) att varje förändring av det mänskliga genomet endast kan utföras på somatiska celler.

Men de kanske allvarligaste frågorna uppstår i samband med den teoretiskt möjliga mänskliga kloningen. Forskning inom området mänsklig kloning är nu förbjuden i alla länder, främst av etiska skäl. Bildandet av en person som person bygger inte bara på ärftlighet. Det bestäms av familjen, den sociala och kulturella miljön, därför är det, med någon kloning, omöjligt att återskapa en personlighet, precis som det är omöjligt att reproducera alla villkor för uppväxt och utbildning som utgjorde personligheten hos dess prototyp (kärndonator) ). Alla större religiösa samfund i världen fördömer all inblandning i mänsklig fortplantning och insisterar på att befruktning och födelse måste ske naturligt.

Djurkloningsexperiment har väckt ett antal allvarliga frågor för vetenskapssamfundet, vars lösning är beroende av den fortsatta utvecklingen av detta vetenskapsområde. Fåret Dolly var inte den enda klonen som skotska forskare fick. Det fanns flera dussin kloner, och bara Dolly överlevde. Under senare år har förbättringar av kloningstekniker gjort det möjligt att öka andelen överlevande kloner, men deras dödlighet är fortfarande mycket hög. Det finns dock ett problem som är ännu allvarligare ur vetenskaplig synvinkel. Trots Dollys segerrika födelse förblev hennes verkliga biologiska ålder, tillhörande hälsoproblem och relativt tidiga död oklart. Enligt forskare påverkade användningen av cellkärnan hos ett äldre sexårigt donatorfår Dollys öde och hälsa.

Det är nödvändigt att avsevärt öka livskraften hos klonade organismer, för att ta reda på om användningen av specifika metoder påverkar djurens förväntade livslängd, hälsa och fertilitet. Det är mycket viktigt att minimera risken för defekt utveckling av det rekonstruerade ägget.

Det aktiva införandet av bioteknik i medicin och mänsklig genetik har lett till framväxten av en speciell vetenskap - bioetik. Bioetik- vetenskapen om etiskt förhållningssätt till allt levande, inklusive människor. Etiken kommer nu i förgrunden. De moraliska buden som mänskligheten har använt i århundraden ger tyvärr inte nya möjligheter som modern vetenskap ger liv. Därför måste människor diskutera och anta nya lagar som tar hänsyn till livets nya realiteter.

Granska frågor och uppgifter

1. Vad är bioteknik?

2. Vilka problem löser genteknik? Vilka är utmaningarna förknippade med forskning inom detta område?

3. Varför tror du att urvalet av mikroorganismer nu är av största vikt?

4. Ge exempel på industriell produktion och användning av produkter av vital aktivitet hos mikroorganismer.

5. Vilka organismer kallas transgena?

6. Vad är fördelen med kloning framför traditionella avelsmetoder?

Tror! Kör!

1. Vilka är utsikterna för utvecklingen av den nationella ekonomin öppnar upp för användningen av transgena djur?

2. Kan den moderna mänskligheten klara sig utan bioteknik? Organisera en utställning eller gör en väggtidning "Bioteknik: dåtid, nutid, framtid."

3. Organisera och leda en diskussion om ämnet "Klonning: för- och nackdelar".

4. Ge exempel på livsmedel i din kost som har skapats med hjälp av biotekniska processer.

5. Bevisa att biologisk vattenrening är en bioteknisk process.

Arbeta med dator

Se den elektroniska ansökan. Studera materialet och slutför uppgifterna.

Cellulär teknik. På 70-talet. under förra seklet började cellteknik aktivt utvecklas inom bioteknik. Cellteknik gör det möjligt att skapa celler av en ny typ baserat på olika manipulationer, oftast hybridisering, dvs fusion av de ursprungliga cellerna eller deras kärnor. En kärna som tillhör en cell från en annan organism placeras i en av cellerna som studeras. Förhållanden skapas under vilka dessa kärnor smälter samman, och sedan sker mitos, och två enkärniga celler bildas, som var och en innehåller blandat genetiskt material. För första gången utfördes ett sådant experiment 1965 av den engelske vetenskapsmannen G. Harris, som kombinerade mänskliga och musceller. Därefter erhölls hela organismer, som är interspecifika hybrider erhållna genom cellteknik. Sådana hybrider skiljer sig från hybrider som erhålls sexuellt genom att de innehåller cytoplasman från båda föräldrarna (kom ihåg att under normal befruktning penetrerar inte spermiernas cytoplasma ägget). Cellfusion används för att producera hybrider med användbara egenskaper mellan avlägsna arter som normalt inte korsar sig. Det är också möjligt att få cellhybrider av växter som bär cytoplasmatiska gener (dvs gener som finns i mitokondrier och plastider), som ökar motståndskraften mot olika skadliga influenser.

Ditt framtida yrke

1. Vad är ämnet för studier av vetenskapen om gerontologi? Bedöm hur utvecklad denna vetenskap är i vårt land. Finns det specialister inom detta område i din region?

2. Vilka personliga egenskaper tycker du att personer som arbetar med genetisk rådgivning bör ha? Förklara din synpunkt.

3. Vad vet du om yrken relaterade till materialet i det här kapitlet? Hitta namnen på flera yrken på Internet och förbered ett kort (högst 7-10 meningar) meddelande om det yrke som imponerade mest på dig. Förklara ditt val.

4. Använd ytterligare informationskällor för att ta reda på vad som är ämnet för embryologens studie. Var kan man skaffa sig en sådan färdighet?

5. Vilken kunskap bör specialister som är involverade i urvalsarbete ha? Förklara din synpunkt.

<<< Назад

Vidarebefordra >>>

Genteknik - problem och prestationer

Ämne 4. Grundvetenskapliga problem inom ekologi och naturförvaltning

Moderna problem med ekologi som vetenskap

Moderna problem inom geovetenskap

Geologi

Geografi

3.3. markvetenskap

1. Moderna problem med biologi som vetenskap

Genteknik - problem och prestationer

Genteknik ( Presenterat av... ). Se även bilaga

Arbetet med genetisk rekonstruktion, eller genteknik, började runt 70-talet av 1900-talet, och de första rapporterna om att erhålla modifierade genetiskt modifierade eukaryota organismer dök upp i mitten. 80-tal.

Ett av bioteknikens huvudområden är produktion och användning av transgena växter, d.v.s. former som i sitt genom bär främmande gener inbyggda genom genteknikmetoder som fungerar normalt i det nya genomet. Generna från djur, människor, bakterier och andra växter som producerar nya produkter är integrerade i växtgenomet. I framtiden kommer denna riktning att vara en av de mest lovande när det gäller en betydande förbättring av de egenskaper som krävs för urval.

Förbättring av växter genom transgenes går i följande riktningar. Problem löst mest framgångsrikt herbicidresistens, vilket är viktigt för att bekämpa ogräs som täpper fält och minskar skörden av kulturväxter. Herbicidresistenta varianter av bomull, majs, raps, sojabönor, sockerbetor, vete och andra växter har erhållits och använts.

Det är kring denna riktning av transgenes som seriösa diskussioner om de negativa konsekvenserna av överföringen av herbicidresistensgener till odlade växter för närvarande har utspelats. Möjligheten av spontan överföring av dessa gener till ogräs diskuteras, eftersom hybridisering och följaktligen genöverföring under vissa förhållanden kan ske mellan odlade arter och deras medföljande vilda släktingar.

Växtresistens mot skadeinsekterär ett annat problem som framgångsrikt lösts tack vare introduktionen av transgena växter. Det mesta av arbetet med detta problem ägnas åt deltaendotoxinproteinet som produceras av olika stammar av bakterien Bacillus turingensis. Detta protein är giftigt för många insektsarter och är säkert för däggdjur, inklusive människor. I ett för dem främmande genom började bakteriegenerna fungera normalt och producera ett toxin, som, när insekter äter växter, leder till deras död.

En av de första kommersiella produkterna inom växtgenteknik var de berömda transgena tomaterna med en nästan obegränsad hållbarhet. De togs emot i två företag på olika sätt. I det första fallet introducerades en genblockerare (antisenskonstruktion) för ett enzym som spelar en stor roll i sönderdelningen av tomatfrukter i tomater. I ett annat fall blockerades genen för syntesen av eten, ett fytohormon som reglerar fruktmognaden. Frukterna av sådana transgena växter kan lagras på obestämd tid, upp till tvångsbehandling med eten, när mogna frukter behövs. (Har frisättningen av dessa tomater och konsumtionen hittills inte orsakat några negativa effekter?)

Mycket lovande är studier som syftar till att få fram proteiner, antikroppar, vacciner och andra unika komponenter av animaliskt ursprung för medicin och veterinärmedicin genom transgena växter. I dessa fall sätts mänskliga eller djurgener in i växtgenomet, som styr syntesen av proteinkomponenter som är nödvändiga för medicin. Därmed förvandlas anläggningen till en slags fabrik för tillverkning av de produkter vi behöver. I samma plan pågår ett arbete med att förvandla djur till donatorer av proteiner, enzymer, hormoner, antikroppar, vacciner etc. nödvändiga för medicin och veterinärmedicin, Arbetet med transgena djur är dock förenat med stora svårigheter på grund av särdragen i objekt och är fortfarande mindre effektiv än av växter.

Om vi utvärderar bioteknikens senaste landvinningar i den metodologiska aspekten, så talar vi utan tvekan om en allvarlig inblandning i de evolutionärt etablerade genomen av växter, djur och till och med människan själv. All transgenes, dvs. införandet av främmande gener i genomet och deras arbete i det är en allvarlig genetisk rekonstruktion, vilket leder till uppkomsten av nya funktioner, nya produkter av genomet, som introducerar en betydande obalans i de evolutionärt etablerade mekanismerna för interaktion mellan både intragenomiska och externa system. Men en person tvingas leta efter nya tillvägagångssätt för att skapa i grunden nya organismer som uppfyller hans behov, eftersom han hotas av brist på mat, eftersom det finns ett hot mot hans hälsa och miljömässiga välbefinnande. Efter att ha uttömt naturresurserna måste en person börja skapa konstgjorda biologiska system som förser honom med de nödvändiga komponenterna, men som inte stör den ekologiska balansen. Alla dispyter och diskussioner ligger just i detta plan. De förvärras av att vi ännu inte känner till konsekvenserna av vårt ingrepp i arvsmassan, även om forskning i denna riktning bedrivs intensivt.

Om det är möjligt att överföra enskilda gener av systematiskt avlägsna arter och få dem att fungera framgångsrikt, varför inte överföra större genetiska block - delar av kromosomer eller hela kromosomer. Området cytogenetik, där dessa problem löses, kallas kromosomteknik. Metoder och tillvägagångssätt för kromosomteknik har framgångsrikt utvecklats under en relativt lång tid på växter som det mest lämpliga objektet för dessa ändamål. Överföringen av kromosomer eller deras delar från ett genom till ett annat är en ännu större omorganisation av genom. Hittills har detta bara varit framgångsrikt i växter, men försök, och redan framgångsrika sådana, görs på djur. I det här fallet talar vi inte om individuella produkter av överförda gener, utan om att erhålla organismer som kombinerar många egenskaper hos olika arter.

Ett av de mest betydande problemen inom modern naturvetenskap är problemet med biologi och genetik för utvecklingen av organismen. Mysteriet för forskarna är de mekanismer som bildar olika typer av celler, vävnader, organ, d.v.s. ansvarig för differentieringen av kroppens system, fungerar som en helhet. Många forskare hanterar detta problem och fokuserar på de genetiska aspekterna av differentiering. Hypoteser har dykt upp, intressant faktamaterial har samlats. Det verkar dock som att det här problemet är så komplext att det kommer att ta många år att lösa det. Resultatet av dess beslut - hanteringen av utvecklingsprocesser kan vara oerhört viktigt.

Maligna formationer är avvikelser i den normala utvecklingsprocessen på grund av förlust av kontroll över de system som styr utvecklingen, främst genetiska. Om vi känner till verkningsmekanismerna för dessa system, kommer vi att kunna kontrollera dem och göra den nödvändiga korrigeringen i de stadier som bestämmer den normala typen av utveckling. Det finns all anledning att tro att de viktigaste upptäckterna väntar oss inom detta område av biologi.

Nästa lovande riktning i utvecklingen av modern biologi är studien komplexa fysiologiska och genetiska funktioner i kroppen. För växter är detta fotosyntes, kvävefixering etc, för djur, beteende, stressreaktivitet etc. Det finns ingen anledning att förklara vad fotosyntes betyder för växter. Cellerna i gröna växter, vissa alger och bakterier kan syntetisera organiska föreningar på grund av ljusets energi. Det är genom fotosyntes som processen för självreproduktion av en betydande del av de biologiska resurserna äger rum. För närvarande studerar många laboratorier runt om i världen denna komplexa process, dessakerar den i separata länkar, för att sedan förstå och reproducera detta komplexa system som helhet. Fotosyntesens genetik studeras särskilt intensivt, ett hundratal gener är redan kända som styr enskilda delar av processen.

Ett annat exempel på en komplex fysiologisk och genetisk egenskap är djurens beteende. I 50 år har Institutet för cytologi och genetik vid den sibiriska grenen av den ryska vetenskapsakademin genomfört ett experiment om domesticering av rävar. I den initiala populationen differentierades djuren efter typer av beteende: aggressiva, fega, lugna mot människor, med efterföljande urval från generation till generation. Som ett resultat, efter mer än 50 generationer av urval, har en ny beteendepopulation av djur skapats. Detta experiment reproducerade i en komprimerad form processen för domesticering av vilda djur, som varade i årtusenden. Det blev tydligt att den mest kraftfulla urvalsfaktorn i domesticeringen av vilda djur var deras beteende mot människor. Arbetet som utfördes visade att det idag är oerhört viktigt att modellera länkarna till den evolutionära processen för att komma närmare omorganisationen av komplexa fysiologiska genetiska funktioner - beteende, stressresistens, etc.

Snäv specialisering inom biologi har nu lett till en viss försvagning av internivåstudier och därmed till svårigheterna att förstå experimentella data på evolutionär populationsnivå. Detta är en mycket allvarlig brist, eftersom mot bakgrund av en enorm mängd faktamaterial, särskilt den molekylärgenetiska planen, ofta går den evolutionära innebörden av de fenomen som studeras förlorad. Det är mycket viktigt att bevara traditionerna för komplex forskning, också för att det förutom huvudlinjen för utveckling av biologi (molekyl - cell - organism - population) finns många problem som uppstår i gränssnittet med andra vetenskaper. Tolkningen av data som erhålls på detta sätt är ännu mer komplicerad och kräver allmänna naturvetenskapliga ansatser. Exempel på sådana intervetenskapliga integrationsprogram kan vara följande:

1) bedömning av antropogena (strålning, kemiska, etc.) effekter på levande system inom ett stort tidsintervall. Naturligtvis behövs ansträngningar från biologer, läkare, fysiker, kemister och andra för att studera detta problem;

2) forntida DNA-forskning från arkeologiska prover flera tusen år gamla för att studera ett antal aspekter av evolutionen och variationen av det mänskliga genomet. Ett sådant program genomförs av genetiker i samarbete med arkeologer och paleontologer;

3) skapande av bioinformationsteknik att studera genomets struktur och funktioner. Dessa arbeten, som biologer utför tillsammans med matematiker, blir nu prioriterade. Att dechiffrera arvsmassan hos människor, djur och växter är en genetisk text i flera volymer, och det är möjligt att förstå dem, föra dem till ett tillstånd av fragment som motsvarar gener, bara med hjälp av datorprogram.

4) studie av ärftliga sjukdomar(idag finns det redan mer än 2 tusen av dem), den genetiska komponenten i en persons predisposition för de vanligaste onkologiska, kardiovaskulära och många andra sjukdomarna. Detta är också många vetenskapers uppgift.

Listan över relaterade problem och tvärvetenskapliga, tvärvetenskapliga program skulle kunna fortsätta.