Все записи
Строго говоря, попытки менять генетический код у сформированного
организма была. среди них были и успешные:
На людях технология генной инженерии была впервые применена для
лечения Ашанти Де Сильвы, четырёхлетней девочки, страдавшей от
тяжёлой формы иммунодефицита. Ген, содержащий инструкции для
производства белка аденозиндезаминазы (ADA), был у неё повреждён.
А без белка ADA белые клетки крови умирают, что делает организм
беззащитным перед вирусами и бактериями.
Работающая копия гена ADA была введена в клетки крови Ашанти с
помощью модифицированного вируса. Клетки получили возможность
самостоятельно производить необходимый белок. Через 6 месяцев
количество белых клеток в организме девочки поднялось до
нормального уровня.
После этого область генной терапии получила толчок к дальнейшему
развитию. С 1990-х годов сотни лабораторий ведут исследования по
использованию генной терапии для лечения заболеваний. Сегодня мы
знаем, что с помощью генной терапии можно лечить диабет, анемию,
некоторые виды рака, болезнь Хантингтона и даже очищать артерии.
Сейчас идёт более 500 клинических испытаний различных видов
генной терапии. в некоторых случаях достигнут успех, в некоторых
через несколько лет пришлось повторить лечение... Правда после
нескольких летальных исходов при применений генной терапии
энтузиазм исследователей несколько угас.
Генная терапия – это метод введения фрагмента ДНК в клетки
больного человека с целью замещения функции мутантного гена и
лечения наследственных болезней. испытывается при лечении
моногенных заболеваний (вызванных изменениями в работе 1 гена),
но к сожалению многие заболевания и особенности человека
определяются не 1 и даже не 2 генами. Генотип, как учили еще в
школе, целостная система взаимодействующих генов. генетических
карт (описания расположения и функционального значения) всех 46
хромосом человека не существует.
Необходимо определить функции и назначение каждого гена,
определить, каковы условия его активации, в какие периоды жизни,
в каких частях тела и при каких обстоятельствах он включается и
приводит к синтезу соответствующего белка. Далее, необходимо
понять, какую роль играет в организме этот белок, выходит ли он
за пределы клетки, какие сообщения несёт, какие реакции
катализирует, как влияет на запуск биологических процессов в
других частях организма, какие гены активирует. Отдельной сложной
задачей является решение проблемы сворачивания белков - как, зная
последовательность аминокислот, составляющих белок, определить
его пространственную структуру и функции. Эта проблема требует
новых теоретических знаний и более мощных суперкомпьютеров.
поэтому в настоящее время человечеству доступно симптоматическое
лечение наследсвенных заболеваний и блияние на отдельные функции
организма с помощью белков, например заменяющих вещество которое
не производится в организме из-за генных нарушений.
Наука шагает вперед, многие научные лаборатории имеют в своем
распоряжении возможности для синтеза веществ, влияющих на
состояние человека, для производства гормонов и других веществ с
помощью микробиологического синтеза, работают над выращиванием
искуственных тканей и органов, изучают возможности создания
молекулярных компьютеров, которые позволять приблизить то время,
когда будут изучены все 120000 генов, определяющих
человека.
Процесс создания тканевой скульптуры начинается с получения
необходимых клеток или ткани. Для этого есть два источника:
клеточные линии и первичная ткань. Клеточные линии - это либо
злокачественные клетки, либо клетки, которые подверглись
воздействию вирусов, вызывающих их необоснованный рост в данной
культуре. Клеточные линии можно заказать в банках клеток и тканей
практически в любой точке земного шара.
На сегодняшний день мы уже вырастили таким образом эпителиальную
(кожную) ткань кролика, крысы и мыши, соединительную ткань мыши,
крысы и свиньи, мышечную ткань крысы, овцы и серебряного карася,
костную и хрящевидную ткани свиньи, крысы и овцы, мезенхиму
(стволовые клетки костного мозга) свиньи и нейроны серебряного
карася. Кроме того, мы работали с клеточными линиями, взятыми у
человека, мыши и крысы.
Биологически совместимыми субстратами, из которых строился
трехмерный каркас, были: стекло, гидрогели (P(HEMA), коллаген),
биорасщепляемые/биоабсорбируемые полимеры (полиглюконовая кислота
(PGA), PLGA, P4HB) и кетгут. Сейчас мы пытаемся вырастить ткань
на эндоскелетах кораллов и каракатицы. Мы использовали различные
питательные среды (соответственно типу клеток) и
экспериментировали с концентрацией сыворотки, антибиотиков и
факторов роста. Каркасы изготавливали вручную, выдували,
отливали, получали методом трехмерной печати CAD-файлов (с
использованием скоростной прототипии CAD/CAM [4], фрезерных
станков (управляемых компьютером) и стереолитографии).
Соответственно, каркас у нас принимал самые разные формы - от
технологических артефактов (шестеренок, хирургических
инструментов, орудий труда каменного века) до культурных
артефактов, изделий стеклянного литья и частей тела
мифологических существ (так у свиньи появились крылья).
Объекты, получавшиеся в итоге, обеспечивались всем необходимым
для жизни и роста в биореакторах - устройствах, предназначенных
для выращивания и поддержания жизни клеток и тканей вне их
естественной среды. В них эмулируются условия, характерные для
того тела, из которого взяты эти клетки и ткани. Основными
функциями биореактора являются: снабжение питательными веществами
и другими биологическими агентами, удаление отходов
жизнедеятельности, непрерывное поддержание гомеостаза (включая
температуру, уровень Ph, концентрацию растворенного газа) и в
довершение всего - обеспечение стерильных условий (защита
содержимого от воздействия микробов).
В тканевом инженеринге биореакторы также применяются для того,
чтобы: лучше присоединить клетки к каркасу/субстрату, поддержать
процесс трехмерного формирования ткани (например, обеспечивая
условия микрогравитации), контролировать поступление
биологических агентов (таких как факторы роста и ингибиторы),
создать необходимое давление на определенные виды ткани. При этом
важно, что оператор может в любой момент изменить заданные
установки
Проблема, с которой столкнулись тканевые инженеры, работающие над
производством сложных органов для трансплантации. Чтобы соорудить
каркас или лекало - шаблон для капиллярной системы - в
лаборатории применяют техники, позаимствованные из производства
биологических микрочипов, и трехмерную печать высокого
разрешения. Получив искусственную капиллярную систему, можно было
бы. Кроме того, искусственная кровеносная система облегчила бы
создание живого щита для наших скульптур - кожи, которая укрыла
бы их от вредных воздействий извне. Клетки скелетной мускулатуры
- иногда в них видят источник мышечных клеток - мы изолируем,
культивируем и разводим до количества, необходимого для
присоединения к каркасу. Затем в силу определенных изменений в
среде, где растут эти клетки, и процесса дифференцировки они
преобразуются в мышечные волокна, которые начинают произвольным
образом сокращаться. До этой стадии мы благополучно дошли - и
теперь думаем, как бы гармонизировать их сокращения
электрическими импульсами. Но здесь, опять же, все упирается в
капиллярную систему: чтобы добиться различимого глазом движения,
необходимо удовлетворять постоянный энергетический аппетит
кислородом и питательными веществами.
В связи с появлением большого числа фантастических проектов в
данной области, не имеющих под собой прочной научно-обоснованной
базы, в данном сообществе будет публиковать научно-популярная
информация о современных биотехнологических разработках и
понятиях.
Здесь же можно задавать вопросы по сути темы: почему нельзя взять
и поменять гены у взрослого организма, что более
перспективно трансгенные микробы или трансгенные растения, как
переносят гены из одного орагнизма в другой...
Биотехнология
Биотехнология в целом представляет собой систему приёмов
направленного использования процессов жизнедеятельности живых
организмов для получения промышленным способом ценных
продуктов.
Направления:
Микробиологический синтез.
Современное микробиологическое производство — производство очень
высокой культуры. Технология его очень сложна и специфична,
обслуживание аппаратуры требует овладения специальными навыками,
ведь всё производство работает только в условиях строжайшей
стерильности: стоит попасть в ферментатор лишь одной клетке
микроорганизма другого вида, как всё производство может
остановиться — «чужак» размножится и начнёт синтезировать совсем
не то, что нужно человеку.
В настоящее время с помощью микробиологического синтеза
производят антибиотики, ферменты, аминокислоты, полупродукты для
дальнейшего синтеза разнообразных веществ, феромоны (вещества, с
помощью которых можно управлять поведением насекомых),
органические кислоты, кормовые белки и другие. Технология
производства этих веществ хорошо отработана, получение их
микробиологическим путём экономически выгодно.
Плазмиды
Наибольшие успехи были достигнуты в области изменения
генетического аппарата бактерий. Вводить новые гены в геном
бактерии научились с помощью небольших кольцеобразных молекул ДНК
— плазмид, присутствующих в бактериальных клетках. В плазмиды
«вклеивают» необходимые гены, а затем такие гибридные плазмиды
добавляют к культуре бактерий, например кишечной палочки.
Некоторые из этих бактерий поглощают такие плазмиды целиком.
После этого плазмида начинает реплицироваться в клетке,
воспроизводя в клетке кишечной палочки десятки своих копий,
которые обеспечивают синтез новых белков.
Генная инженерия
Сейчас созданы методы введения генов в клетку прокариотов
(организмов, не имеющих оформленного ядра и хромосомного
аппарата). На очереди разработка методов введения новых генов в
клетки эукариотов, прежде всего высших растений и животных
организмов. в первую очередь речь идет о половых клетках и
клетках эмбриона на первых этапах дробления.
Клеточная инженерия
— необычайно перспективное направление современной биотехнологии.
Учёные разработали методы выращивания в искусственных условиях
(культивирование) клеток растений животных и даже человека.
Культивирование клеток позволяет получать различные ценные
продукты, ранее добываемые в очень ограниченном количестве из-за
отсутствия источников сырья.
Всегда одной из основных практических задач клеточной и тканевой
инженерии являлось создание на основе культивированных in vitro
клеток живых эквивалентов тканей и органов с целью их
использования в заместительной терапии для восстановления
повреждённых структур и функций организма. Наибольшие успехи в
этом направлении достигнуты при использовании выращенных in vitro
кератиноцитов для лечения повреждений кожного покрова, и в первую
очередь — при лечении ожоговых ран.
Биотехнологическую промышленность иногда разделяют на
четыре направления:
«'Красная» биотехнология' — производство биофармацевтических
препаратов (протеинов, ферментов, антител) для человека, а также
коррекция генетического кода в перспективе. сейчас описан
успешный эксперимент по изменению генетического кода -это
изъятие гена заболевания на стадии яйцеклетки (болезнь по женской
линии), искуственное оплодотворение и в итоге рождение здорового
ребенка. ученые с интересом наблюдают за дальнейшим развитием
событий. речь о модификациях генетического кода у взрослых
организмов в академической науке не идет.
«'Зелёная» биотехнология' — разработка и внедрение в культуру
генетически модифицированных растений.
«'Белая» биотехнология' — производство биотоплив, ферментов и
биоматериалов для различных отраслей промышленности.
Академические и правительственные исследования — например,
расшифровка генома риса.
| |