Природні науки »Біологія

Минуле, сьогодення та майбутнє дослідження ДНК та генетичної модифікації

дослідження

1. ВСТУП
Генетика починає сильно втручатися у життя всіх нас, і тому важливо краще ознайомитись з цією проблемою. Ми щодня стикаємося з генетикою, хоча і не маємо уявлення. Генетична модифікація сьогодні модифікує фрукти та овочі, які ми споживаємо. Наш ринок також забезпечується взимку гігантськими яблуками, помідорами, перцем тощо, які набули свого розміру завдяки втручанню в їх генетичну структуру. Метою нашої роботи є інформування та ознайомлення у відповідній формі з важким початком генетичних досліджень, сучасними тенденціями та майбутнім у цій науковій галузі. Водночас поруште питання етики генетичних маніпуляцій у живих організмах.

На сьогоднішній день головною проблемою є масовий рівень захворювань, які не піддаються лікуванню за допомогою звичайних та доступних до цього часу методів лікування. Тому дослідники намагаються знайти відповідні методи лікування, які могли б ефективно усунути ці розлади. Одним із шляхів, якими пішли вчені, є генетичні дослідження та вплив генетичних втручань на організм.

2. ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

2.1. Що таке генетика?
Генетика - це наука, яка займається спадком і мінливістю живих систем. Він належить до біологічних наук і поділяється відповідно до вивчення організмів (подібно анатомії або фізіології). Він контролює мінливість, різницю та передачу видів та спадкові ознаки між батьками та потомством та між потомством. Його історія почала писатися в 19 столітті. Великий розвиток відбувся у другій половині 20 століття, і можна очікувати, що швидкий розвиток триватиме і в 21 столітті. Поза медициною генетика знаходить застосування у вирощуванні нових сортів рослин, а також у розведенні (і не тільки) худоби. З розвитком біотехнології та генної інженерії також з’являються генетично модифіковані культури, які стають екологічно-етичною проблемою. Знання генетики дуже важливі в еволюційній біології.

Медична генетика, яку ще називають клінічною генетикою, має велике значення для людини. Він досліджує людей, різні генетичні захворювання, їх виникнення та генетичну детермінацію, таким чином визначаючи риси людини. Сьогодні ми також можемо все частіше зустрічатися з генетичними консультаціями, особливо при плануванні потомства та попередженні вроджених вад розвитку.
Генетика використовується в дослідженнях росту раку, імунної системи, імунних реакцій та мікробіологічних дослідженнях. Клонування стає окремою главою, яка піднімає екологічні та етичні проблеми при клонуванні тварин, не кажучи вже про клонування людей. Опанування генної терапії може привести до повної революції в медицині.

Генетика - одна з найважливіших, якщо не найважливіша, теоретична наука з точки зору опису будь-якої живої системи. Генетична інформація - це початок кожного сучасного живого організму. Він визначає майбутню анатомічну структуру організму, речовини, що беруть участь у біохімічних та фізіологічних процесах в організмі, і, нарешті, але не менш важливе, він є важливою частиною статевого та безстатевого розмноження. Генетичні тести допомагають засудити злочинців, встановити тілесні рештки або втрачених людей. Генетичні тести на батьківство також в моді. До генетичних підполів належать, наприклад, молекулярна генетика, цитогенетика, імуногенетика, онкогенетика, популяційна генетика, класична (менделівська) генетика, генетика рослин, бактерії, віруси Введено/За ред. ), еволюційна генетика та медична (клінічна) генетика.

2.2.2. Генетичний код
"Ескіз" спадкових ознак організму міститься в генетичних інструкціях, що зберігаються в його ДНК. Це генетичний код включає послідовність основ, унікальних для кожного організму. Характеристики організму є результатом багатьох біохімічних процесів, контрольованих ферментами. Кожен фермент складається білка і його властивість залежить від консистенції амінокислоти присутній у його поліпептидних ланцюгах. Отже, ДНК вирішує спадкові властивості організму, визначаючи, які ферменти будуть вироблятися.

2.3. Що таке генетичні модифікації?
Генетична модифікація - це свідоме втручання людини в генетичну інформацію (генетичний матеріал або геном) живої істоти. Використовували цей термін: генетично модифіковані (тобто змінені) організми, що не зовсім вдало, оскільки генетично зміненими є фактично кожен організм, створений статевим розмноженням. За кордоном використовуються терміни: генна інженерія, сучасний відп. нові біотехнології.

Генетичний матеріал - це високоорганізована структура, випадкові, а потім і постійні зміни (мутації) відбуваються рідко, але не виключно, у природному середовищі. Оскільки природа мутацій випадкова, більшість з них, як правило, є селективно невигідними для організму (помилкові рішення не виживають у природі - так званий відбір). Ідеєю постійного впливу на властивості, особливо рослин, але й тварин, людина займалася з незапам’ятних часів. Однак практично лише у ХХ столітті наукова робота та наукові методи досягли рівня, що дозволяє систематично і швидко прогресувати і в цій галузі. Експерти поступово навчилися штучно викликати мутації, використовуючи речовини, які називаються мутагенами.

Найвідомішою категорією мутагенів є т. Зв фізичні мутагени. Зазвичай сюди входять різні види випромінювання (рентгенівське, ультрафіолетове або УФ-випромінювання тощо). Так, наприклад, були створені сорти пивоварного ячменю, яблука Джонатан. Також у людей, що зазнали впливу проникаючої радіації після вибуху атомної бомби над японським містом Хіросіма під час Другої світової війни, були виявлені мутаційні процеси, які стихали - хоча і в меншій мірі - у наступних поколіннях. Вони проявились у тому, що жінки другого-третього поколінь після опромінення народжували фізично важко обмежених дітей - без кінцівок, з деформованими частинами тіла, психічними вадами чи навіть мертвими. Дослідження підтверджують, що людині легше впоратися з малими дозами опромінення, що діють довше, ніж з миттєвим впливом сильнішої дози. Ймовірно, це пов’язано з певним часом реакції, який організму потрібно для того, щоб запустити якусь «антимутаційну захист» та боротися з аномалією.

Ми вже згадували, що людина вже давно намагається впливати на властивості рослин і тварин, які їй потрібні. Спочатку лише шляхом "контролю" природного відбору, пізніше шляхом навмисного схрещування і приблизно до кінця вісімдесятих років ХХ століття також шляхом штучної індукції мутацій. Це були фактично перші модифікації, зрозумілі в самій суті слова. З цієї точки зору, насправді, кожен новий організм генетично модифікований щодо своїх батьків - модифікований, але більш-менш природно.

3. МИНУЛЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ДНК І ГЕНЕТИКИ

3.1. Батько генетики Дж. Г. Мендель
Йоганн Грегор Мендель був монахом-августиніном у монастирі в Брно. У другій половині XIX століття він проводив експерименти з гібридизації рослин. Він обрав сад монастиря як місце роботи, а горох як об'єкт інтересу. Під час схрещування він спостерігав сім спадкових ознак. Після математичної оцінки результатів він виявив, що ознаки не успадковуються безпосередньо, а талант до них. Мендель таким чином заклав основи класичної генетики. Закони Менделя та міжурядові відносини є одними з основ, і вони все ще застосовуються в медицині для моніторингу моногенних спадкових захворювань. У 1866 році Мендель опублікував працю, присвячену своїм спостереженням
Досліди з рослинними гібридами. У той час, однак, його робота не мала жодного відгуку і навіть була забута.

Мендель виявив, побачивши, що в його саду є низький горох і високий горох. Якщо ми позначимо ген висоти t, де для високих рослин це T, а для низьких - t, то після першого схрещування високих або низьких рослин між собою (високий + високий і низький + низький) отримуємо чотири рослини з Ген TT або з геном tt, тобто гомозиготи. Після другого схрещування (високі рослини з низькими) ми отримуємо рослини з генами Tt, Tt, Tt, Tt, в даному випадку це гетерозиготи. Після третього схрещування (тобто двох гетерозигот) ми отримуємо рослини з такими генами висоти: TT, tt, які є великими та малими гомозиготами, і Tt, tT, які є двома високими гетерозиготами, оскільки T є домінантним геном і t має рецесивний характер, тому він слабший і тим самим фактично заклав основи генетики.

3.2. Відкриття ДНК
Відкриття ДНК пов'язане з зусиллями багатьох вчених: найважливішими з них є: професор англійської мови Вільям Бейтсон, який першим застосував терміни генетика, гетерозиготи та гомозиготи. Американський Томас Хант Морган та його робота над хромосомами також заслуговує на більшу увагу. Він приніс багато нових знань про гени та їх зв'язування. У 1933 році він став першим генетиком, який отримав Нобелівську премію. Ключовим моментом, звичайно, було відкриття ДНК. Як носій генетичної інформації він був доведений ще в 1944 році командою американця Освальда Т. Авері. За їх роботою слідують Джеймс Д. Уотсон і Френсіс Х. Крик, які в 1953 році представили структурну модель подвійної спіралі ДНК і в 1962 році отримали Нобелівську премію за своє дослідження.

4.1.3. Клінічна генетика
Клінічна генетика належить до окремих кафедр медицини. Він базується на знаннях загальної та експериментальної генетики, які він використовує для дослідження впливу генетичних та зовнішніх факторів на розвиток різних захворювань та порушень. Вона прагне досягти здорового розвитку майбутніх поколінь, впливаючи на розмноження людини. Отже, загалом це відділ, орієнтований на профілактику. Завдання медичної генетики такі: профілактика, тобто зусилля з використанням пренатальної діагностики для раннього виявлення потенційних проблем. Це пов’язано з виявленням генетичного ризику різних розладів чи захворювань. У разі виявлення ускладнень шукається оптимальне рішення проблеми. Роль гінеколога також важлива в профілактиці. Крім того, це спроба діагностувати, використовуючи молекулярно-генетичні, цитогенетичні, біохімічні, серологічні та інші методи, можливі вроджені розлади розвитку або різні генетично обумовлені захворювання, а пізніше лікувати ці розлади. Частота вроджених вад розвитку реєструється в більшості розвинених країн завдяки кращому усвідомленню стану населення та успіху пренатальної діагностики, а також виявленню нових факторів розвитку цих розладів.

4.2. Останні відкриття в генетиці
4.2.4. Вилучення ДНК людини
Вчені завершили один з найважливіших наукових проектів за останні роки, коли нанесли на карту останню хромосому генетичного коду людини. Хромосома 1 містить майже вдвічі більше генів, ніж інші хромосоми, і становить 8% від усього генетичного коду. Його гени пов'язані з 350 різними захворюваннями, включаючи рак, хворобу Альцгеймера та Паркінсона. Розпад хромосом - це також завершення проекту «Геном людини». Весь проект розпочався в 1990 р. Тільки на розшифровку хромосоми 1 знадобилося 150 британським та американським вченим 10 років. Хромосома 1 є найбільшою з усіх і тому є областю генетичного коду, яка пов’язана з найбільшою кількістю захворювань. Повна карта генетичного коду людини є у вільному доступі для вчених усього світу. Вони можуть бути використані для поліпшення діагностики та лікування раку, аутизму, психічних розладів та багатьох інших захворювань. Геном людини складається приблизно з 20 000 до 25 000 генів. В даний час розпочинається робота над другою фазою проекту. Дослідникам потрібно з’ясувати, що робить кожен ген і як він працює разом.

4.2.5. Трансплантація стовбурових клітин може відновити пошкоджений спинний мозок
Стовбурові клітини мозку мишей можуть відновити пошкоджену тканину спинного мозку та відновити рух паралізованих щурів. Дослідники з Університету Торонто відкрили відкриття, яке може призвести до нових методів лікування людей з травмами спинного мозку. У той же час канадська команда визначила критичний час, протягом якого слід оперувати стовбурові клітини, щоб трансплантація була ефективною. Дослідники використовували стовбурові клітини, взяті з мозку дорослих мишей, і пересаджували їх у пошкоджений спинний мозок щурів. Ті клітини, які були трансплантовані протягом двох тижнів після пошкодження спинного мозку, вижили - за допомогою імунодепресивних препаратів, які також були розроблені цією науковою групою. Більше третини трансплантованих клітин перетворилися на клітинний тип, який спочатку був знищений в спинний мозок. Ці клітини почали регенерувати ізолюючий шар навколо нервових волокон, які посилають сигнали від мозку. Саме руйнування цього ізолюючого шару, відомого як мієлін, викликає параліч при травмах спинного мозку. У випадках, коли трансплантація стовбурових клітин у пошкодженому спинному мозку успішно відновила мієлін, щури почали відновлюватися після отриманих травм і починали ходити з краща координація.

4.2.6. Новий тест дозволить раннє виявлення синдрому Дауна
Виявлення синдрому Дауна вже на 12-му тижні вагітності дозволяє новий аналіз крові, розроблений американськими дослідниками з Колумбійського університету в Нью-Йорку. Безризиковий метод був протестований на 38 000 жінок у 15 клініках США. Його надійність становила 87 відсотків. Синдром Дауна (ДС) - одне з найпоширеніших серйозних спадкових захворювань. Це спричинено потрійним виникненням хромосоми 21, тому її ще називають трисомією 21. Симптомами ДС є розумова відсталість, деформоване серце та нирки та косо положення віки повік, тому в розмовній терміні його називають монголізмом. Синдром Дауна не був виявлений до четвертого місяця вагітності. Новий метод аналізує певні білки та гормони в крові матері та вимірює товщину шкіри на шиї плоду за допомогою ультразвуку. Тест можна робити з 11 тижня вагітності, результат буде доступний через п’ять днів. 117 жінок, у яких плід страждав на синдром Дауна, брали участь у клінічних випробуваннях. Результати аналізу крові були перевірені лікарями шляхом аналізу навколоплідних вод або дослідження тканини плода. Ці процедури є ризикованими і можуть спричинити передчасні пологи. Хоча трисомія 21 може торкнутися практично будь-яку вагітну жінку, найчастіше страждають майбутні матері старше 35 років.

Здається, клітини імунної системи - зокрема лімфоцити - будуть додані до цієї пари клітин. В імунній відповіді проти деяких вірусів відбувається екстремальний поділ клітин, в результаті чого відбувається 15-20 поколінь клітин. Згодом деякі з цих клітин потрапляють у «сплячий» стан (навіть на кілька десятиліть) і утворюють т. Зв імунологічна пам’ять. Як тільки вони знову зустрічаються зі своїм антигеном, вони можуть міцно жити. Зрозуміло, що якби ці клітини не мали можливості багаторазово продовжувати свої теломери, реакція була б слабшою при повторних подразниках, поки вона повністю не зникла - організм втратив би захисні сили. Однак, все навпаки, реакція організму стає все більш ефективною після багаторазових контактів з одним і тим же видом інфекції. Тому не дивно, що роботи, що підтверджують наявність теломерази в лімфоцитах пам’яті, були представлені на цьогорічному Всесвітньому конгресі генетиків. Експерименти тривають, і вчені хочуть контролювати, як поводиться імунна система, якщо їй не вистачає теломерази. Цікавим є також дослідження активності теломерази в лімфоцитах людей, що старіють.

Ембріональні клітини відкривають нові можливості та перспективи для клонування. Репродуктивне клонування дозволяє створювати генетично ідентичні копії особини (у людини генетичні клони - це однояйцеві близнюки). З технічної точки зору, це вирішувана проблема. З морально-етичної точки зору це несе багато моральних ризиків, особливо безпеки. Більшість людей сходяться на думці, що спроби клонування людей повинні бути заборонені.
З іншого боку, коли мова йде про клонування тварин, клонування може бути використано для порятунку унікальних особин (порятунок рідкісної породи великої рогатої худоби від останньої живої особини в Новій Зеландії або виду, що перебуває під загрозою зникнення, наприклад панди в Китаї). Терапевтичне клонування дозволяє використовувати техніки клонування в терапевтичних цілях, використовуючи стовбурові клітини як альтернативу зародковим статевим клітинам.

У світі не вистачає єдиних правових норм щодо клонування людських ембріонів. Клонування людини заборонено. Однак, щоб не перешкоджати науковому прогресу, Конвенція допускає певні форми клонування у тварин. Великобританія - єдина країна в Європі, де терапевтичне клонування дозволено. Клонований ембріон може жити лише 14 днів, а стовбурові клітини можуть бути використані як заміна будь-якої тканини, м’яза або кістки в організмі пацієнта. Отриманий клон ніколи не залишає лабораторію, в якій він створений. Клонування все ще триває. Здається, що шлях назад вже неможливий. Замість вирішення заборони потрібно шукати спосіб придушення та контролю клонування. З одного боку, клонування людських клітин, щоб допомогти організувати тканини, тканини або м’язи для заміщення хворих, допомогло б багатьом невиліковно хворим пацієнтам. З іншого боку, клонування не є оптимальним способом поширення людського покоління. Існує ризик того, що світ може бути завалений винятковими людьми або, навпаки, низької якості. Донедавна створення нових людей, які будуть точно такими ж, належало до галузі науково-фантастичних романів. Створення без емоцій істоти - це ризик для людства. Людство 21 століття вирушить у цю подорож?

6. ОБГОВОРЕННЯ
З одного боку, генетична модифікація живих організмів, особливо рослин, може бути корисною в майбутньому для вирішення проблеми продовольчої безпеки для постійно зростаючого населення на нашій планеті. Крім того, генетична терапія може значно допомогти в лікуванні таких захворювань, як напр. рак, хвороба Альцгеймера та Паркінса та багато іншого. З іншого боку, ці генетичні модифікації представляють загрозу передачі моногенних та міжвидових захворювань. Генетичні модифікації рослин також можуть мати несприятливий вплив на організм людини. Оскільки генетика є відносно молодою наукою, наслідки її необдуманого використання ще недостатньо вивчені.

7. ВИСНОВОК
Ця робота інформує та доповнює основні знання з досліджень ДНК та генетичної модифікації. Підводячи підсумок, генетика - це багатоцільова наука, яка широко використовується, і одна з найважливіших наук, що описує живі системи. Його розвиток приносить надію на багато заражених хвороб, для яких ми на сьогодні не знаємо ефективних препаратів. Але ми можемо також стверджувати, що генетика супроводжується значним ступенем небезпеки її неправильного використання проти людства.