Методология прикладного использования ДНК-технологий

Методология прикладного использования ДНК-технологий

ДНК-технология или генная (генетическая) инженерия — направление исследований в генетике, в рамках которого разрабатывают приемы, позволяющие по заранее намеченному плану перестраивать геном организмов (совокупность генетических элементов организма), изменяя в нем генетическую информацию. С помощью рестриктаз и лигаз получают перестроенные (химерные) молекулы ДНК. Их еще называют рекомбинантными — полученными в результате объединения in vitro в природе никогда вместе не существующих фрагментов ДНК (например, ДНК бактерии и растения). Живую систему для размножения рекомбинантных молекул выбирают среди бактерий. Получение рекомбинантных ДНК в количестве, необходимом для проведения генетической модификации, позволяет перейти непосредственно к ключевому этапу получения ГМ культур: трансформации растительных клеток. В идеале трансформационная система должна отвечать определенным условиям: быть простой, эффективной и дешевой. Однако, несмотря на сравнительно широкий выбор методических приемов, всем требованиям не соответствует ни один из них. Тем не менее в настоящее время для производства трансгенных культур в промышленных масштабах в основном применяются два способа модификации растительного генома — агробактериальный (то, как это делается в природе, см. выше) и баллистический, баллистическая трансформация растительных клеток (еще называемый микробомбардировкой, методом ускорения частиц, биолистикой — термин, произошедший от объединения слов «биология» и «баллистика») состоит в «обстреле» растительных клеток золотыми или вольфрамовыми частицами, которые играют роль переносчика рекомбинантной ДНК. В сущности, микрочастицы могут быть из любого химически инертного металла с достаточно высокой молекулярной массой (золото, вольфрам, палладий, родий, платина, индий), чтобы не образовывать с ДНК металлорганических комплексов и обладать достаточно высокой кинетической энергией для эффективной пенетрации клеточной стенки. Частицам размером 1,5-3 микрона, конъюгированным с ДНК, придается скорость 300-600 м/сек посредством электрического разряда или декомпрессии в направлении клеток-мишеней, подлежащих трансформации. Несмотря на то, что эффективность этого способа невысока (не более 15%), баллистический метод — весьма распространенный прием трансформации однодольных растений.

В последнее время разработан и успешно применен комбинированный метод трансформации, названный агролистическим. Он основан на объединении баллистического и агробактериального способов и заключается во введении в геном растения каким-либо физическим методом (в большинстве случаев баллистическим) чужеродной ДНК, включающей агробактериальные гены.

Конечный этап — получение трансгенных растений, как правило, преодолевается легче, чем предыдущие процедуры. Благодаря тому, что многие клетки растений тотипотентны, то есть из любой единичной клетки может вырасти целое плодоносящее растение, трансгенные растения получают из трансформированных клеток.

Культивирование растений с модифицированным геномом включает несколько серий пересевов на селективных средах. Длительность регенерации трансформированных растений достигает нескольких месяцев, причем все это время они находятся в среде с высокими концентрациями селективных веществ. Как правило, применяются маркерные гены двух основных типов — селективные и репортерные. Селективные придают растениям устойчивость к антибиотикам или гербицидам, позволяя трансформированным растениям расти в условиях действия селективных агентов. Репортерные гены детерминируют синтез нейтральных для клеток белков, наличие которых в тканях может быть легко установлено. При получении генетически модифицированного растения, устойчивого к пестицидам, ген устойчивости выступает как в роли целевого, так и селективного гена.

Присутствие маркерных генов, особенно устойчивых к антибиотикам, служит одним из главных доводов против использования трансгенных продуктов. Потому-то и был разработан и теперь активно применяется ряд методических подходов, обеспечивающих элиминацию маркерного гена, когда фактически он уже не нужен.

После получения целого трансгенного растения проводится анализ геномной ДНК растений, направленный на то, чтобы определить присутствие  целевого  гена.  Он  проводится  различными  путями. В большинстве случаев это достаточно сложные и дорогостоящие лабораторные методы, например, ПЦР-анализ, рестрикционный анализ и др. Заключительная стадия лабораторного тестирования ГМ растений включает биологические исследования, направленные на подтверждение стабильного фенотипического проявления целевого признака.

С использованием описанных выше подходов к настоящему времени в мире созданы и доведены до испытаний в полевых условиях ГМ формы сельскохозяйственных растений, относящиеся более чем к 50 видам. Так, получены трансгенные формы томатов (более 260), сои (более 200), хлопчатника (более 150), тыквенных растений (более 80), табака (более 80), а также пшеницы, риса, подсолнечника, огурцов, салата, яблонь и других (более 70). Из них значительную часть представляют растения, устойчивые к насекомым-вредителям и гербицидам.

Большинство производящихся в настоящее время в промышленных объемах ГМ сельскохозяйственных растений (или растений первого поколения) имеют свойства, обеспечивающие повышение урожайности или облегчение уборки, хранения, переработки урожая. Эти качества позволяют снизить применение гербицидов и инсектицидов, что оказывает положительное влияние на окружающую среду, сократить количество технологических операций при переработке, а также уменьшить потери урожая, повысить качество продукции, сэкономить средства и материальные ресурсы.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

Частота использования кобеля

Из книги Разведение собак автора Хармар Хиллери

Частота использования кобеля Новички часто спрашивают, какую нагрузку можно или должно давать кобелю. Это в действительности зависит от возможностей данной конкретной собаки, твердых правил в этом отношении нет.Молодого кобеля, если его готовят к племенной работе,


Примеры использования вертикальных гряд

Из книги Гидропоника для любителей автора Зальцер Эрнст Х

Примеры использования вертикальных гряд Достаточно всего несколько строчек, чтобы показать, насколько разнообразными могут быть области применения стенок из мха или торфа.Безусловно, цветочная стенка должна иметься в саду или в парке. Если она умело и со вкусом


Частота использования кобеля

Из книги Собаки и их разведение [Разведение собак] автора Хармар Хиллери

Частота использования кобеля Новички часто спрашивают, какую нагрузку можно или должно давать кобелю. Это в действительности зависит от возможностей данной конкретной собаки, твердых правил в этом отношении нет.Молодого кобеля, если его готовят к племенной работе,


10. Основные принципы использования собаки для «работы» по чутью

Из книги Служебная собака [Руководство по подготовке специалистов служебного собаководства] автора Крушинский Леонид Викторович

10. Основные принципы использования собаки для «работы» по чутью Понятие о запахе. Самым сложным в дрессировке является розыск человека по его невидимым следам — запаху. На способности диференцировать запахи (т. е. с помощью чутья различать запахи, похожие, но не


Направления коммерческого использования генетически модифицированных организмов

Из книги Кризис аграрной цивилизации и генетически модифицированные организмы автора Глазко Валерий Иванович

Направления коммерческого использования генетически модифицированных организмов В мире наблюдается глобальное падение эффективности возделывания зерновых (no Tilman et al., 2002). С 1960 г по 2000 глобальная продуктивность зерновых возросла примерно в 2,3 раза, в том числе и в


Использование ДНК-технологий для разработки вакцин

Из книги Основы психофизиологии автора Александров Юрий

Использование ДНК-технологий для разработки вакцин Перспективным направлением является создание трансгенных растений, несущих гены белков, характерных для бактерий и вирусов, вызывающих инфекционные заболевания. При потреблении сырых плодов и овощей, несущих такие


6. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ССП

Из книги Естественные технологии биологических систем автора Уголев Александр Михайлович

6. ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ССП Эффективность использования ССП как метода психофизиологического исследования определяется решением основной проблемы: каково соотношение параметров ССП, активности мозга, феноменов поведения и психологических явлений. Решение этой


1.3. Сопоставление естественных и производственных технологий

Из книги Популярно о микробиологии автора Бухар Михаил

1.3. Сопоставление естественных и производственных технологий Сопоставление определений производственных технологий и естественных процессов позволяет заключить, что лишь первые имеют отношение к проблемам, рассматриваемым технологией. Действительно, в 1901 г. в статье


1.5. Экзотрофия как модель для анализа естественных технологий

Из книги Пищевые растения Сибири автора Черепнин Виктор Леонидович

1.5. Экзотрофия как модель для анализа естественных технологий В биологии решение даже наиболее важных и общих проблем часто зависит от счастливого выбора подходящих экспериментальных моделей, т.е. объектов исследования. Примерами могут служить гигантский аксон


Глава 4. ЭВОЛЮЦИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ПРИМЕРЕ ЭКЗОТРОФИИ

Из книги Биологическая химия автора Лелевич Владимир Валерьянович

Глава 4. ЭВОЛЮЦИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ПРИМЕРЕ ЭКЗОТРОФИИ Экзотрофия, и в том числе пищеварение, была охарактеризована как некоторая естественная технология. В этой главе такая технология будет рассмотрена в эволюционном аспекте.Было бы привлекательно думать, что


4.7. Принцип эффективности как основа естественных технологий

Из книги автора

4.7. Принцип эффективности как основа естественных технологий Насколько известно, наибольшие затруднения встречаются не тогда, когда требуется объяснить появление признака, полезного в данных условиях, а в тех случаях, когда необходимо понять исчезновение структуры или


Глава 8. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Из книги автора

Глава 8. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Признание естественных технологий влечет за собой многочисленные теоретические и практические следствия, касающиеся биологии, промышленности, сельского хозяйства, медицины и т.д. Наука становится технологичной, а


Глава 27 Микробиология — основа новейших технологий

Из книги автора

Глава 27 Микробиология — основа новейших технологий Всякая наука черпает свои права на существование в возможности так или иначе оказаться полезной человечеству в качестве науки прикладной. В. Оствальд Прошло уже достаточно времени с тех пор, как человек начал


Посезонный календарь использования пищевых растений

Из книги автора

Посезонный календарь использования пищевых растений Растение Части растений Время сбора Использование Примечание 1 2 3 4 5 Аир обыкновенный Листья С весны до осени Как ароматическое Лекарственное Листовая розетка С весны до осени На варенье Корневища Весна,