Генетика. Генная инженерия. ГМО

1.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ПРОЕКТ ПО БИОЛОГИИ
ТЕМА: «ГЕНЕТИКА. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ. ГМО».
Выполнил:
Ученик 11 класса
Сафин Адель
Ленарович
Руководитель проекта
Яковлева Виктория
Владимировна

2.

Введение
Наступивший XXI век, несомненно, является веком биологии и в значительной
мере – веком генетики. Сейчас генетике человека уделяют очень большое
внимание, и связано это в первую очередь с развитием наших цивилизаций, с
тем, что в результате этого в среде, окружающей человека, появляется очень
много факторов, негативно сказывающихся на его наследственности, в
результате чего могут возникнуть мутации, то есть изменения, в генетической
информации клетки.
Генетически модифицированный организм (ГМО) — организм, генотип которого
был целенаправленно искусственно изменён при помощи методов генной
инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и
микроорганизмов. Генетические изменения, как правило, производятся в
научных или хозяйственных целях.
Генетические изменения организмов — совершенно естественный в природе
процесс, без которого невозможна биологическая эволюция.
Одно из главных отличий человека от животного – стремление к
усовершенствованию среды обитания, что неминуемо приводит к изменениям
на нашей планете, происходящим благодаря генетическим исследованиям.

3.

Глава 1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ ГЕНЕТИКИ
«Отцом» генетики считается Грегор Мендель (1822-1884 гг.),
но впервые генетика как наука стала рассматриваться только
в начале XX века. Вторичное открытие менделевских
законов наследственности произошло в 1900 году учёными
из Голландии Х. Де Фризом, Германии К. Корренсом и
Австрии Э.Чермаком, что и стало «источником» генетики.
Английский биолог Уильям Бэтсон, введший
термин генетика в 1905.
Американский биолог Томас Хант Морган и его ученики,
открывшие хромосомную теорию наследственности в
1909 году (теория о том, что внутри клеточного ядра
располагаются хромосомы, в которых находятся гены,
несущие в себе наследственную информацию);

4.

Современная генетика изучает
наследственность и изменчивость организмов,
предметом исследований является молекула
ДНК. С помощью новых открытий врачи стали
способны контролировать практические любые
физиологические процессы, останавливать
биосинтез белка в клетке, прерывать развитие
на определённой стадии.
Методы – центрифугирование,
рентгенография, хромография,
полимеразная цепная реакция (ЦПР)
и метод меченых атомов.
Особенностью генетики является
изучение изменчивости и
наследования признаков.

5.

Американский цитолог, основоположник
цитогенетики Э.Б. Уилсон в 1912 публикует свой
труд «Клетка и её роль в наследственности и
эволюции». Раньше полагалось, что гены состоят
из белков, хотя нуклеиновые кислоты также
немаловажны. Э.Уилсон в одном своём издании
говорил, что «стройматериалом» генов являются
белки, а в другом – нуклеиновые кислоты
Советский учёный-генетик С.С. Четвериков –
основоположник эволюционной генетики, в
основу которой легла его научная работа «О
некоторых моментах эволюционного процесса с
точки зрения современной генетики»,
опубликованная в 1926 году.

6.

Эволюционная генетика – это наука о наследственных свойствах генов у живых
организмов. Она показывает механизмы закрепления изменений в организме,
случайный и направленный характер эволюции. Эволюционная генетика стала
доказательной базой современной синтетической теории эволюции.
Американские генетики Э.
Тэйтем и Д.У. Бидл в 1944
открыли механизмы регуляции
генами всех процессов
жизнедеятельности организма на
примере плодовой мушки
Drosophila. Дрозофила
представляет собой универсальный
предмет изучения генетики, модель,
так как имеет всего 8 хромосом,
быстро размножается (за
небольшой промежуток времени
можно наблюдать несколько
поколений), довольно хорошо
проявляются мутации.
Американский биолог
Освальд Т. Эйвери и его
коллеги в 1944 году
доказали, что фактором
трансформации служит
ДНК. Они разрушали белки
и другие всевозможные
вещества клетки, но при
этом трансформация
продолжалась. Когда они
разрушили ДНК, изменения
в клетках прекратились.

7.

Классическим доказательством того, что генетическая информация
находится в молекулах ДНК, является эксперимент Альфреда Херши,
проведённый в 1952 совместно с Мартой Чейз. Они, зная, что бактерии
состоят наполовину из ДНК (содержит фосфор P, но нет серы S ), а
наполовину из белков (есть сера S, но нет P), поместили одну часть фагов в
среду с питательной смесью с радиоактивной серой 35S, а другую вырастили
на питательной среде с радиоактивным фосфором 32P. В итоге, оказалось,
что клетки бактерий, заражённые фагом 35S, были менее радиоактивны, чем
клетки с фагом 32P. Исследователи показали, что потомство фагов содержит
большую часть радиоактивной ДНК и практически не имеет в составе
радиоактивного белка. А так как развитие потомства зависит от внедряемого
материала, из этого был сделан правильный вывод: функция (одна из) ДНК –
перенос информации о постройке белков.
В тоже время Э. Чарграфф установил, что нуклеотиды в НК (аденин А,
гуанин G, цитозин C, тимин T, в РНК тимин заменяется урацилом U –
азотистые основания, составляющие нуклеотидов) содержатся не в равных
пропорциях, а наблюдается следующее соотношение:
1) количество А равно Т, а количество G = С
2) общее количество пуринов (А+G) соответствует общему количеству
пиримидов (С+Т)
Пиримидовые основания – азотистые основания НК – С, Т (U),
образующие собой кольцо из 6 атомов. Пуриновые основания – азотистые
основания НК – А и G, образующие кольцо из 5 атомов. Связываясь, кольца
строят молекулы ДНК. Сами основания соединяются по принципу
комплиментарности, то есть соответствия друг другу

8.

В 1954 году М. Меселсон и Ф. Сталь занимались исследованиями репликации ДНК. Они
выращивали бактерий в среде с содержанием разных изотопов азота (тяжёлого 15N и легкого
14N). Включая тяжёлый азот в свои клетки, бактерии становились красными; после
перенесения их в среду с обычным азотом, они вновь зеленели. После центрифугирования
через различные промежутки времени проводился анализ. Сначала все ДНК были плотными;
после первого деления они стали плотными наполовину, после второго – одна половина ДНК
была плотной, другая – лёгкой. Так они показали, как должна была себя вести ДНК по
модели Уотсона-Крика, то есть по приведённой ниже схеме, где сплошными линиями
обозначены изначальные молекулы, а новые – прерывистыми.
«Репликация ДНК».
В 1960-ых годах С. Бензер исследовал тонкие структуры генов с помощью фагов
Т4 (вирусы, поражающие бактерию E. Coli, или кишечную палочку), ему удалось
выделить редкие внутригенные рекомбинанты (продукты рекомбинаций).
Рекомбинация – процесс перераспределения генетической информации обменом
участков хромосом, источник изменчивости, обмен участками хромосом,
позволяет приспосабливаться к окружающей среде и эволюционировать.

9.

В 1960-ых годах С. Бензер исследовал тонкие структуры
генов с помощью фагов Т4 (вирусы, поражающие
бактерию E. Coli, или кишечную палочку), ему удалось
выделить редкие внутригенные рекомбинанты
(продукты рекомбинаций). Рекомбинация – процесс
перераспределения генетической информации обменом
участков хромосом, источник изменчивости, обмен
участками хромосом, позволяет приспосабливаться к
окружающей среде и эволюционировать.
В 1962 году Ф. Крик и его коллеги установили, что
генетический код состоит из триплетов (или кодонов –
определённой последовательности азотистых оснований).
После разработок методов искусственного синтеза белка М.
Ниренбергом и Ф. Ледером в 1961 во многих лабораториях
стали проводиться опыты, в которых учёные пытались
подобрать код к каждой аминокислоте. В конце концов, в 1965
был расшифрован генетический код всех аминокислот при
помощи М. Ниренберга, С. Очоа и Г. Кораны и составлена
таблица соответствия кодов с иРНК
«Генетический код»

10.

Генетическая информация закодирована с
помощью генетического кода. Генетический
код – это принцип записи информации о
последовательности аминокислот в
полипептидной цепочке в виде
последовательности нуклеотидов в молекулах
РНК и ДНК.
Свойства генетического кода:
1 - триплетность – каждая
аминокислота кодируется только
тремя нуклеотидами;
2 - однозначность – один триплет
кодирует строго только одну
аминокислоту;
3 - вырожденность – одна
аминокислота может кодироваться
несколькими триплетами.
Исключение составляют метионин
и триптофан;
4 - универсальность –
аминокислоты кодируются одними
и теми же кодонами у всех живых
организмов;
5 - генетический код не
перекрывается – триплеты в ДНК
или РНК располагаются строго
друг за другом;
6 - триплеты УАА, УАГ, УГА
являются стоп сигналами и е
кодирует ни одну аминокислоту;
7 - триплет АУГ является
универсальным стартовым кодоном,
с него начинается трансляция.

11.

Геном человека включает несколько миллионов генов,
способных к тому же по-разному влиять на развитие
признаков. В результате мутаций и перекомбинации
генов возникает присущее человеку разнообразие по
самым разным признакам. Гены человека мутируют
каждый с частотой от 1 на 100000 до 1 на 100000000
гамет на поколение.
Генетический код нужен для получения
информации о построении белков.
В 1961 Ф. Жакоб и Ж. Моно опубликовали
схему синтеза белков на уровне
транскрипции (транскрипция –
считывание информации с ДНК и синтез
иРНК).

12.

Генетика изучает деление клеток, потому что при этом
происходит репликация хромосом перед делением, а
также конъюгация (максимальное сближение хромосом) и
кроссинговер (обмен участками гомологичных хромосом)
в мейозе. Процессы деления наблюдались ещё в 1924
французскими учёными Ж. Л. Прево и Ж. Б. Дюма, в 1926
итальянский эмбриолог М. Рускони подробно описал, что
происходит при делении. Однако только в 1978 году
благодаря Ф. Флемингу появился термин митоз
Общее строение хромосом описал В. Гофмейстер в 80ые, хотя сам термин хромосома (от древнегреч. «хрома»
— цвет, краска; «сома» — тело) ввёл немецкий гистолог
В. Вальдейер в 1888.

13.

В нашей обычной жизни пытаются найти место такие
современные генетические исследования как
клонирование, трансгенез (продуктом которого являются
ГМО – генетически-модифицированные организмы,
выводятся трансгенные растения и животные,
обладающих признаками разных видов), развиваются
многие другие ответвления генетики. Возможности
современной генетики очень широки. Учёные могут
создавать новые виды организмов путём скрещиваний
(генная инженерия), улучшать качество продуктов,
создавать новые сорта растений, пород животных
(селекция), жизни человечества (геномика).
В перспективах генетики лежит изучение генома
человека, изменчивости его организма для
усовершенствования следующих поколений, улучшения
качества жизни. В медицине появились новые методы
лечения некоторых наследственных заболеваний (такие
как бронхиальная астма, сахарный диабет):
генодиагностика, генотерапия, без которых уже не
обойтись, если нужно выявить какое-нибудь генетическое
заболевание или, при его устранении, осуществить
трансплантацию клеток реципиенту. Генетические
исследования стали неотъемлемой частью нашей жизни.

14.

Глава 2. Генная инженерия
Генетическая инженерия - это раздел молекулярной генетики,
связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций
генетического материала. Основа прикладной генетической
инженерии - теория гена. Созданный генетический материал
способен размножаться в клетке-хозяине и синтезировать
конечные продукты обмена.
Генная инженерия играет огромную роль и в современной медицине.
В 1978 году были созданы первые трансгенные бактерии,
вырабатывающие человеческий инсулин (белковый гормон,
регулирующий углеводный обмен в организме), а сегодня
подавляющее большинство препаратов инсулина, поддерживающих
жизнь миллионов людей, больных диабетом, производят
генетически модифицированные микроорганизмы. Аналогично с
помощью генетически модифицированных организмов производят
свертывание крови для больных гемофилией (врожденным
заболеванием, при котором плохо сворачивается кровь) и гормон
роста для детей с генетически обусловленной низкорослостью. Есть
и более экзотичные разработки, например, по созданию безобидных
генетически модифицированных бактерий, которые смогут
защищать зубы от кариеса, устраняя вредные бактерии, или уберечь
человека от ожирения.

15.

Генетически модифицированные растения
могут применяться для производства антител
(молекул, используемых иммунной системой
для распознания вирусов, бактерий и других
чужеродных объектов), гормонов, вакцин и
ферментов.
В настоящее время на Земле проживает около 7 млрд.
человек. По прогнозам учёных, к 2050 году население
может увеличиться до 9 - 11 млрд. Одна из основных
проблем, с которой уже столкнулось человечество, это
недостаток продовольствия. В связи с этим в сельское
хозяйство внедряются наиболее производительные
биотехнологии. Одной из них является генная
инженерия, при помощи которой создаются
генетически модифицированные продукты.
Генная инженерия уже применяется в самых разных
сферах человеческой жизни – от искусства и
развлечений до лечения наследственных заболеваний,
а также в рамках фундаментальных научных
исследований. Но центральной темой общественных и
политических дискуссий, связанных с генной
инженерией, является использование генетически
модифицированных организмов в качестве продуктов
питания.

16.

2.1 Виды генетически модифицированных организмов
Генетически модифицированные организмы появились в конце 80-х годов
двадцатого века.
ГМО объединяют три группы организмов:
• Генетически модифицированные микроорганизмы (ГММ);
• Генетически модифицированные животные (ГМЖ);
• Генетически модифицированные растения (ГМР) – наиболее
распространенная группа.

17.

Свойства генетически
модифицированных организмов
Для повышения урожайности. Накормить голодающие
страны. ГМ зерно можно засевать без предварительного
вспахивания земли, потому как борьба с сорняками
переносится на «Раундап», к которому зерно проявляет
устойчивую невосприимчивость.
Свойства генно-модифицированных организмов :
• Повышение, понижение жирности (помощь в пищевой
индустрии для удаления вредных транс жиров);
• Удешевление товара;
• Ускорение роста;
• Устойчивость к неблагоприятным погодным условиям;
• Устойчивость к жаре;
• Устойчивость к насекомым

18.

Глава 3. Генетически модифицированные организмы в России
Генетически модифицированные сорта растений устойчивы
к болезням и погоде, быстрее созревают и дольше хранятся,
умеют самостоятельно вырабатывать инсектициды против
вредителей. ГМО-растения способны расти и приносить
хороший урожай там, где старые сорта просто не могли
выжить из-за определенных погодных условий.
Пищевые продукты, полученные из генно-измененных
культур, могут иметь улучшенные вкусовые качества,
лучше выглядеть и дольше храниться. Также часто такие
растения дают более богатый и стабильный урожай, чем их
природные аналоги.
На Российском рынке ГМ-продукция появилась в 90-е
годы. В России генно-модифицированные продукты
выращиваются только на экспериментальных участках,
но в больших количествах ввозятся из других стран.
В России разрешены 16 линий генно-модифицированных
культур (7 линий кукурузы, 4 линии картофеля, 3 линии
сои, 1 линия риса, 1 линия свеклы).

19.

Россия не занимается пока еще производством и выращиванием ГМО продуктов, но, если
учесть объемы импорта продуктов из-за границы, от 20 - 35% всей продукции (по
скромным подсчетам) на вашем столе занимают продукты с такими свойствами. У нас в
стране запрета на ввоз ГМО продукции не имеется, есть только обязательство для ряда
производителей указывать на маркировку о ГМО.
Правительство РФ разрешило сеять на полях страны генно-модифицированные зерновые.
Уже подписанное решение правительства Медведева Д.А. вступило в силу 1 июля 2014
года. Так как регистрировать подобные семена требуется порядка двух лет, то самый
первый урожай, к примеру, генно-модифицированной сои земледельцы собрали уже
осенью 2016 года.
Напомним, продукты питания с использованием ГМО в России разрешены, но подлежат
обязательной маркировке об этом. Таким образом, на территории РФ использование и
развитие различных генно-модифицированных организмов находится на начальной
стадии онтогенеза.

20.

Социологический опрос!
Каждый день мы сталкиваемся с генетически
модифицированными организмами. Для выяснения отношения
студентов к ГМО мной составлена анкета, куда вошли 5
вопросов, и проведен социологический опрос.
В анкетировании принимали участие 29 учеников школы.
Вопросы анкеты
1.Знаете ли вы о генетически модифицированных продуктах?
2.Знаете ли вы об истории появления ГМО?
3.Знаете ли вы о пользе генетически модифицированных
продуктов?
4.Знаете ли вы производителей данной продукции?
5.Стали бы вы покупать генетически модифицированные
продукты?

21.

Вывод: 90% из опрошенных не владеют информацией о генетически
модифицированных организмах. Тема Генетика, генная инженерия и ГМО
организмов непонятна для многих. В то время как ГМО-продукты уже давно
существуют вокруг нас, многие люди не знают, что уже сейчас являются их
потребителями.

22.

Заключение
Генетически-модифицированные продукты – достижение генной
инженерии. Проблема ГМО на данный момент очень актуальна и,
несомненно, волнует не только экспертов, но и обычных граждан.
Генетически модифицированные или обычные продукты – свобода
выбора для каждого человека.
Проведённые исследования позволяют сделать следующие выводы:
Генетически модифицированный организм (ГМО) — организм, генотип
которого был целенаправленно искусственно изменён при помощи
методов генной инженерии.
Генетические изменения организмов — совершенно естественный в
природе процесс, без которого невозможна биологическая эволюция.
На сегодняшний день ГМО – наиболее дешевый и экономически
безопасный (как считают производители) способ для производства
пищевых продуктов.
Проблема использования ГМО актуальна, генная инженерия неуклонно
завоевывает мировое пространство.
Таким образом, на данный момент в мире не существует единого
мнения о вкладе ГМО в нашу жизнь. С одной стороны – это прогресс
науки и огромный вклад в будущее, который создан с благими
намерениями для улучшения и усовершенствования качества жизни в
целом. А с другой стороны - это вмешательство в процессы, которыми
ранее занималась только природа.