ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. ПОЛУЧЕНИЕ ТРАНСГЕННЫХ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ

GENETIC ENGINEERING: OBTAINING TRANSGENIC PLANTS AND ANIMALS

Arina Rusina

student, Faculty of Arts and Design, Grodno State University named after Yanka Kupala,

Republic of Belarus, Grodno

АННОТАЦИЯ

В статье рассматриваются основные понятия генной инженерии, трансдукции, селекции, трансгенных растении и животных. Проведено изучение происхождения и самой сути генной инженерии ее понятий, а также разбору самих трансгенных растений и животных.

ABSTRACT

The article examines the basic conctpts of genetic engineering, transduction, selection, transgenic plants and animals. The origin and essence of genetic engineering of its concepts are studied, as well as the analysis of transgenic plants and animals themselves.

Ключевые слова: генная инженерия, трансдукция, селекция, трансгенные растения и живочные, гены, ДНК.

Keywords: genetic engineering, transduction, selection, transgenic plants and animals, genes, DNA.

В начале 70-х гг. ХХ в. успехи в познании структуры и механизма действия гена привели к развитию нового направления молекулярно-генетических исследований — генной инженерии. Целью этого направления является генетическое конструирование, т.е. создание клеток и организмов с заранее запланированными свойствами. Оно позволяет изменять генетический код живых существ, что открывает новые горизонты в сельском хозяйстве, медицине и экологии. Развитие генной инженерии стало возможным благодаря тому, что генетики научились получать отдельные гены. Именно этот прогресс породил идею о манипулировании ими. Впервые ген, а точнее лактозный оперон, был выделен из клетки E. coli в лаборатории американского ученого Дж. Бэквита в 1969 г. Для этого было использовано явление трансдукции [3, с.7].

Трансдукция – перенос бактериофагом в заражаемую клетку фрагментов генетического материала клетки, исходно содержавшей бактериофаг. Трансдуцирующий бактериофаг обычно переносит лишь небольшой фрагмент ДНК хозяина от одной клетки (донор) к другой (реципиент). Выделено три типа трансдукции: неспецифическая (общая), специфическая, абортивная. В клетке, инфицированной бактериофагом, в ходе сборке дочерней популяции в головки некоторых фагов вместе с вирусной ДНК могут проникнуть фрагменты бактериальной ДНК или плазмиды. Вирусы ограничены в объеме генетического материала в соответствии с объемом головки. Если ДНК бактериальной клетки расщепляется фагом в нетипичном месте, то чтобы освободить пространство для фрагмента хромосомной ДНК, некоторые участки вирусных ДНК “приносят в жертву”, что приводит к потере определенных их функций. При этом фаговая частица может стать дефектной. Количество аномальных фагов может достигать 0.3% всей дочерней популяции [4, с. 7].

Сама же генная инженерия основывается на принципах молекулярной биологии и генетики. Основные методы, используемые в этой области, включают:

1. Клонирование генов – процесс выделения и копирования определенного гена.
2. Векторные системы – использование вирусов или плазмид для переноса генов в клетки организма.
3. CRISPR/Cas9 – современный метод редактирования генома, позволяющий точно изменять последовательность ДНК.

Одним из наиболее значимых направлений генной инженерии является создание тренсгенных растений, которые обладают новыми свойствами и могут решать актуальные проблемы человечества.

На самом деле, фермеры изменяли генетический аппарат растений уже тысячи лет. Интуитивно скрещивая друг с другом определенные растения с наилучшими свойствами, фермеры заметили, что эти свойства сохраняются в потомстве. Так зарождалась селекция. Селекция растений – это отрасль в сельском хозяйстве, занимающаяся созданием гибридов и новых сортов растительных культур с определёнными характеристиками. Селекция решает такие задачи, как повышение урожайности и качества растений, их способности противостоять заболеваниям и неблагоприятным природным факторам, а также приспосабливаться к климатическим и почвенным условиям региона [2, с. 7].

Но уже в 1981 году Шелл и его команда создала первое трансгенное растение — новый сорт табака — с помощью методик генной инженерии. С тех пор многие лаборатории по всему миру пользуются этим методом, создавая новые трансгенные растения, благодаря которым может быть побежден голод и загрязнение планеты неумеренным использованием удобрений [1, с. 7].

Генетически модифицированные растения — это растения, генотип (то есть, совокупность всех генов) которых был искусственно изменен с помощью генной инженерии. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного изменения, характерного для естественного и искусственного мутационного процесса.

Этапы создания генетически модифицированных растений:

1. Получение изолированного гена. Мы получаем нужный ген либо путем химического синтеза из составляющих ДНК нуклеотидов (что очень долго и дорого, а потому обычно нецелесообразно), либо путем его выделения из клеток других организмов с помощью специальных методик.
2. Введение гена в вектор для переноса в организм. Вектор — структура, переносящая в клетку соответствующую генетическую информацию. Обычно в виде векторов используют плазмиды или инактивированные оболочки вирусов. Для трансформации растений иногда также используют липосомы, состоящие из фосфатидилсерина и холестерина.
3. Перенос вектора с геном в модифицируемый организм с помощью различных манипуляций. В зависимости от используемых клеток и векторов манипуляции могут быть самые разные — от простого капания вектора на необходимые клетки до обстрела клеток вектором из генной пушки.
4. Выращивание растений из модифицированных клеток.
5. Отбор генетически модифицированных организмов и устранение тех, которые не были успешно модифицированы [5, с. 7].

Также одним из наиболее значимых направлений генной инженерии является создание тренсгенных животных

В конце 70-х и начале 80-х годов в некоторых лабораториях мира и Советского Союза были начаты работы по введению чужеродных генов в оплодотворенные яйцеклетки мыши как наиболее доступного и генетически изученного объекта. Животные, содержащие чужеродные гены, получили название трансгенных. В начале 80-х годов группа ученых США и Швеции впервые получила мышей-великанов. Это был результат введения гена гормона роста крысы в оплодотворенные яйцеклетки мыши. И выросшая из этого зародыша мышь-великан оказалась почти в два раза больше обычной. Но главный результат опыта заключался в том, что трансгенная мышь росла в два раза быстрее, чем обычная. В настоящее время уже имеются некоторые успехи в получении трансгенных мышей и их использовании для решения тех или иных биологических задач [6, с. 7].

Можно выделить следующие этапы получения трансгенных животных:

1. Выбор гена – как и в случае с растениями, исследователи выбирают целевой ген для внедрения.
2. Внедрение гена – существует несколько методов:

• Инъекция ДНК в зиготы – один из самых распространенных методов получения трансгенных животных.
• Метод ES-клеток (эмбриональных стволовых клеток) – позволяет создавать животных с более сложными изменениями в геноме.

3. Отбор трансгенных особей – после внедрения гена необходимо отобрать особей с успешной интеграцией нового материала.
4. Разведение трансгенных животных – полученные особи разводятся для получения потомства с желаемыми характеристиками.

Генная инженерия открывает новые горизонты для науки и технологий, позволяя создавать трансгенные растения и животных с уникальными свойствами. Эти достижения могут значительно улучшить продовольственную безопастность и здоровье населения. Однако важно учитывать этические и экологические аспекты данной технологии, чтобы обеспечить безопасное и ответсвенное генной инженерии в будущем.

Список литературы:

1. Комов В.П. и Шведова В.Н. Биохимия: учебник для вузов. М.: «Дрофа», 2008. — 638 с.;
2. Селекция растенийй [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://direct.farm/post/selektsiya-rasteniy-1170 (дата обращения: 11.05.2025);
3. Тема 8. Генная инженерия: ее развитие и методы [Электронный ресурс]. –  Режим доступа: https://licey.net/free/6-biologiya/73-genetika_i_selekciya_teoriya_zadaniya_otvety/stages/4409-tema_8_gennaya_inzheneriya__ee_razvitie_i_metody.html (дата обращения: 11.05.2025);
4. Трансдукция. Неспецифическая трансдукция. Специфичская трансдукция. Абортивная трансдукция. Феномен лезогинии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://meduniver.com/Medical/Microbiology/85.html (дата обращения: 11.05.2025);
5. Трансгенные растения — спасители планеты или бомбы замедленного действия? [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://biomolecula.ru/articles/transgennye-rasteniia-spasiteli-planety-ili-bomby-zamedlennogo-deistviia#source-2 (дата обращения: 11.05.2025)
6. Трансгенные животные [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.nkj.ru/archive/articles/33616/ (дата обращения: 11.05.2025)