чем отличается генетическая селекция и генная инженерия

Что такое генная инженерия

Здравствуйте, уважаемые читатели блога KtoNaNovenkogo.ru. Развитие науки, начиная с 20 века, идет вперед семимильными шагами.

Подчас мы не успеваем вникнуть, что же еще новенького открыли и изобрели ученые, принимаем новое как данность. Но «человеку разумному» не пристало быть невежественным.

Поэтому приоткроем завесу тайны над одной из актуальнейших тем последних пятидесяти лет. Поговорим сегодня о том, что такое генная инженерия, для чего она нужна, и чем отличается от генетической селекции.

Генная инженерия – что это такое

Все живые организмы на Земле – это сложные биологические системы, развитие которых происходит по запрограммированному алгоритму. Данный алгоритм записан в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). В этой макромолекуле зашифрованы сведения о наследственной генетической информации.

ДНК состоит из генов. Каждый из них отвечает за какой-либо наследственный признак или участвует в формировании ряда признаков.

Внешняя среда может лишь в незначительной степени влиять на изменение запрограммированного природой алгоритма.

Развитие науки во второй половине 20 века сделало возможным изучить строение ДНК и научиться корректировать гены. Так возникло новое направление в науке, получившее название генной (генетической) инженерии.

Примечание: правильно ставить ударение на третий слог (инженЕрии). Слово «инженерия» произошло от латинского «ingenium», что значит «изобретательность». Подразумевается изобретение и применение определенных способов воздействия на какие-либо материальные объекты.

Следовательно, генетическая инженерия – это комплекс методов, приемов и технологий, применяемых для проведения манипуляций с генами.

Генная инженерия (ГИ) относится к технологиям высокого уровня, в ней используются новейшие достижения микробиологии, вирусологии, биологии.

Методы генной инженерии (т.е. способы, с помощью которых ученые добиваются поставленных целей):

ГИ дает возможность «конструировать» новые клетки ДНК и РНК (рибонуклеиновой кислоты), используя ДНК и РНК других биологических объектов.

Для справки: ДНК хранит наследственную информацию, а РНК – переносит ее. Процессы манипуляции с генами осуществляются вне живого организма, а затем вводятся в него уже измененными.

Этапы манипуляций с генами:

Наиболее наглядный пример результатов генной инженерии – это клонирование (получение генетической копии) в 1996 году овечки, названной Долли (умерла в 2003 году).

Другие примеры менее наглядны, но более практичны: это генно-модифицированная (ГМ) кукуруза, соя и другие сельскохозяйственные культуры. Так, в США на долю ГМ сои приходится до 85 % от всего объема выращенной культуры. ГМ растения начали использовать в сельском хозяйстве начиная с 1996 года.

Научились модифицировать на генном уровне и рыб. В ДНК генно-модифицированного лосося ввели дополнительный гормон роста. Благодаря этому рыба растет в 2 раза быстрее своих собратьев.

Какие проблемы решает генная инженерия

Цель генной инженерии – изменение свойств и характеристик живых организмов посредством воздействия на их геном (совокупность генов).

В частности, ГИ занимается решением следующих проблем:

Изначально с помощью ГИ ученые добивались выведения сельскохозяйственных культур, устойчивых к болезням и дающим рекордные урожаи. Цель – устранение угрозы голода на Земле.

В наши дни цели уже куда масштабней – ученые пытаются посредством ГИ создать способы борьбы с такими серьезными заболеваниями, как ВИЧ или онкология, производить человеческий инсулин с использованием генетически модифицированных бактерий.

Достижения генной инженерии:

Чем отличаются генетическая селекция и генная инженерия

Основное, чем отличается генетическая селекция и генная инженерия – это подход к решению одной и той же проблемы.

В первом случае – это отбор и скрещивание биологических объектов с нужными характеристиками. Во втором – это создание ГМО с желаемыми характеристиками посредством вмешательства в структуру ДНК, т.е. модифицирование генотипа встраиванием в него определенного гена (генов).

Селекция – это тип искусственного отбора, осуществляемом человеком для получения определенных качеств биологического объекта.

Например, выведение новых пород животных одного вида (собаки, кошки, куры, коровы и т.д.). Селекция используется для усиления желаемых качеств без насильственного вмешательства в ДНК. Проводится путем скрещивания особей разного пола, т.е. биологическим методом полового размножения.

С помощью ГИ можно получить биологический объект от родителей разной видовой принадлежности, встроив в ДНК одной особи чужеродный ген объекта другого вида.

Изменения в геноме при ГИ осуществляются целенаправленно, а при селекции коррекция генома происходит случайным образом.

Узнавайте новое вместе с нами!

Автор статьи: Елена Копейкина

Удачи вам! До скорых встреч на страницах блога KtoNaNovenkogo.ru

Эта статья относится к рубрикам:

Комментарии и отзывы (2)

Если честно, меня немного пугает генная инженерия, неизвестно куда она может привести. Мне почему-то кажется, что нельзя вмешиваться в то, что создал Бог. Кто знает, может, и не геном человека уже замахнулись.

В середине прошлого века в СССР доказали как дважды два, что генная инженерия сплошной обман народа. Но он продолжается до наших дней. Как можно говорить о чём-то, когда посмотреть ничего нельзя. Это же на молекулярном уровне. Что, прикажете каждому покупателю в магазин с микроскопом ходить. Такой же развод, как и с нано-технологией. Ничего не видно, но деньги дополнительные берут.

Источник

Инженерия против селекции: научный взгляд на ГМО

Споры о вреде и пользе генной модификации организмов (ГМО) ведутся давно. Но уже сейчас генетики выводят коз, которые производят целебное молоко, и получают светящихся мышей для науки, опровергая мифы об ужасах ГМО. Почему ученые выступают за отмену запрета генной инженерии в России?

В 2013 году группа активистов «Россия без ГМО» создала петицию, под которой подписалось более 100 тысяч человек. Люди требовали запретить использование продуктов с ГМО на территории страны.

В июле 2016 года президент РФ подписал закон, запрещающий выращивать в стране растения и животных, генетическая программа которых изменена с использованием методов генной инженерии. Под исключения попали случаи, когда это делается при проведении экспертиз и научно-исследовательских работ.

При этом ввозить импортные продукты с ГМО из-за рубежа можно, если они не представляют вред для человека и окружающей среды. Перечень этих товаров регулируется Роспотребнадзором и Россельхознадзором.

Сейчас ученые работают над той областью, где использование генной модификации разрешено. Наука уже достигла впечатляющих результатов. Например, ученые вывели козу, заменяющую 90 тысяч доноров крови, и научились делать светящихся мышей для науки.

Гены меняли тысячелетиями

По мнению некоторых экспертов, контролируемая генная модификация не только безвредна, но и необходима для дальнейшего развития отечественной науки и сельского хозяйства.

Вице-президент Российского зернового союза Александр Корбут в 2017 году высказал мнение, что запрет на производство ГМО повторяет историю с травлей генетики в СССР. По его мнению, ГМО — не что иное, как ускоренная селекция. Это направление развивают во всем мире, за исключением разве что беднейших стран Африки, процитировала слова Корбута «Лента.ру».

Улучшением генетического набора животных и растений люди занимались на протяжении всей истории человечества, отметил заведующий лабораторией генетики развития Института генетики и цитологии (ИЦиГ) СО РАН Нариман Баттулин.Культура выбрасывать: как еда погубит человечество

«На протяжении тысяч лет человек, занимаясь земледелием, выращивая животных, вел неосознанный отбор. Среди всех видов отбирал те, которые ему необходимы. Например, если требуются животные, которые дают много молока, то в размножение пускали особей, обладающих именно этим признаком», — прокомментировал Sibnet.ru ученый.

Еще один наглядный пример — собаки, добавил Баттулин. Человек, приручая дикое животное, отбирал наименее агрессивных, неосознанно опираясь на признак дружелюбия у особи.

«У всех есть мутации, которые отличают потомство от родителей. Например, есть ген, который отвечает за нервную деятельность. Мутация, изменение в генах, приводит к тому, что рождается щенок менее агрессивный, чем его родители. Вот таких и отбирал человек для дальнейшего разведения потомства. Все это продолжалось на протяжении тысяч лет, и было неосознанным и ненаправленным», — пояснил ведущий научный сотрудник.

Отличие селекции от генной модификации

После появления генетики как науки люди не только разобрались, что такое ДНК, но и узнали про роль отдельных генов в развитии конкретных признаков организма. Ученые поняли, что им не нужно ждать случайной мутации гена в процессе селекции. Если конкретный ген отвечает за определенные свойства живого организма или растения, то можно изменить его и получить желаемое свойство организма.

«По большому счету, генная модификация мало отличается от того, что люди делали раньше. Просто это стало эффективнее, быстрее и дешевле», — пояснил Баттулин.

Но ставить знак равенства между селекцией и генной модификацией нельзя. Именно из-за того, что при селекции изменения в геномах случайны, а изменения при генной модификации точно направлены, добавил ученый.

Например, если человек захочет получить определенный окрас шерсти у кошки, то теоретически он может не ждать, когда в процессе селекции и многократного скрещивания видов появится набор генов, меняющих окрас, а сразу изменить их и получить желаемый цвет шерсти.

Селекция или ГМО?

По словам ученого, генная модификация организмов не может подменить селекцию — последняя до сих пор очень эффективный инструмент для выведения новых сортов растений и видов животных. «При генной модификации мы можем изменить один участок, селекция позволяет вести улучшение по многим участкам», — объяснил Баттулин.Дозы радиации: где облучается городской житель

Так, если исследователи захотят получить «лёжкий» сорт помидоров, который способен без гниения преодолеть долгий путь от Аргентины до Сибири, то они будут использовать метод селекции.

Ученым нужно будет выбрать растения, которые приносят более стойкие к гниению плоды. А за этот признак отвечают сразу сотни генов. Далее растения скрестят, соберут «мозаику из генов», и получится требуемый сорт.

Генная модификация необходима в тех случаях, когда при помощи селекции нельзя получить нужный сорт растений или вид животных, потому что у организма изначально нет необходимых генов.

«Ген медузы может светиться в ультрафиолете. Это удобно для исследователей, материал очень хорошо видно в микроскоп. Сделать мышей для исследований, которые светятся в ультрафиолете, с помощью селекции нельзя, просто потому что у них нет «светящегося» гена. А с помощью генной модификации можно перенести ген от медузы к мышке, и мы решаем задачу со светящимися мышами», — сказал сотрудник ИЦиГ.

Как получить светящуюся мышь?

На практике кошек, конечно, никто не модифицирует с помощью генной инженерии. Более 99% генно-модифицированных животных в мире используются в исследовательских целях. «Если ученым нужно выяснить, как определенный ген связан с заболеванием, мы можем изменить его и посмотреть, что будет», — пояснил Баттулин.

Например, ген, отвечающий за появление сахарного диабета, у людей и мышей схож. Ученые «ломают» этот ген у мышек и испытывают препараты для лечения диабета на грызунах.

«С точки зрения этики тут все очень сложно, потому что любителей животных тоже много. Но использовать препараты с неизвестным эффектом и побочными действиями сразу (на людях) нельзя», — отметил специалист.

Ещё одно медицинское направление — трансгенные животные, которые производят… лекарства. Существует несколько примеров, когда в геном козы вносятся изменения, после которых животное начинает производить лечебное для человека молоко.

«Есть в мире несколько коз, которые производят белок антитромбин в молоке, необходимый для лечения анемии. Но это не значит, что люди пьют молоко и выздоравливают. Эти животные по сути — биореакторы, производящие молоко. Из него добывается белок, очищается и используется в изготовлении лекарственных препаратов», — уточнил Баттулин.

Антитромбин можно добывать из плазмы крови человека, но для этого необходимо огромное количество доноров. По некоторым оценкам, одна трансгенная коза заменяет 90 тысяч доноров.

«Никаких кошмаров»

Генетически модифицированных животных, мясо которых люди употребляют в пищу, в мире практически нет. К пище, которую ест человек, генный инженер не прикасался. Это касается и растений, подчеркнул Баттулин.Тувинские сенсации, или Исчезающая история скифов и хунну

И все же существуют некоторые исключения. Так, в США на аквафермах несколько лет назад приступили к выращиванию генетически модифицированного лосося. В генетический набор лосося добавили ген от другой рыбы для ускоренного роста. Это позволило ему достичь размера взрослой особи не за 36 месяцев, как задумала природа, а за 12.

А в Китае, по данным собеседника, разводят трансгенных прудовых рыб, и любую из них можно спокойно употреблять в пищу. Никаких кошмаров они для человеческого организма не несут.

«Даже если мы переносим ген от одного животного к другому, это никак не меняет суть для нашего организма. Это все равно, что съесть мясо двух животных одновременно, в желудке все переварится в «кирпичики ДНК» и будет использоваться как питательные вещества для организма», — пояснил Баттулин.

Есть ли перспективы у ГМО?

ГМО тщательно изучается на протяжении многих лет. На сегодняшний день, по словам ученого, существует больше 1 тысячи работ, в которых разные исследователи говорят о безопасности генной модификации. И все эти научные выводы основаны на многочисленных экспериментах.

«Например, две группы крыс кормили генно-модифицированной соей и обычной. На многих поколениях животных смотрели, отличаются ли они. Ни в одном надежно проведенном эксперименте не зафиксировали отличий у животных», — рассказал Батулин.

Он добавил, что ужасы о ГМО основаны также на научных экспериментах, но если внимательно смотреть, как их проводили, можно увидеть, что либо в самом эксперименте есть ошибки, либо в расчете данных.

«Страх у людей есть, и это правильно. Человек боится того, чего не понимает, К сожалению, не многие знают, как работают гены и как работает биология на уровне генетики», — отметил собеседник. А пока сильны страхи и неведение, резюмировал ученый, перспектив массового использования генной модификации в мире очень мало.

Источник

Селекция. Биотехнология.

Селекция

Селекция — отбор и создание новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов с нужными человеку свойствами.

Породы животных, сорта растений, штаммы микроорганизмов — это совокупности особей, созданные человеком и обладающие какими-либо ценными для него качествами. Теоретической основой селекции является генетика.

Основные методы селекции

Отбор

В селекции действует естественный и искусственный отбор. Искусственный отбор бывает бессознательным и методическим. Бессознательный отбор заключается в сохранении человеком лучших особей для разведения и употреблении в пищу худших без сознательного намерения вывести более совершенную породу или сорт. Методический отбор осознанно направлен на выведение нового сорта или породы с желаемыми качествами. В процессе селекции наряду с искусственным отбором не прекращает своего действия и естественный отбор, который повышает приспособляемость организмов к условиям окружающей среды.

Сравнительная характеристика естественного и искусственного отбора

Массовый отбор — выделение из исходного материала целой группы особей с желательными признаками и получение от них потомства.
Индивидуальный отбор — выделение отдельных особей с желательными признаками и получение от них потомства.

Массовый отбор чаще применяют в селекции растений, а индивидуальный — в селекции животных, что связано с особенностями размножения растений и животных.

Гибридизация

Методом отбора нельзя получить новые генотипы. Для создания новых благоприятных комбинаций признаков (генотипов) применяют гибридизацию. Различают внутривидовую и межвидовую (отдалённую) гибридизацию.

Внутривидовая гибридизация — скрещивание особей одного вида. Применяют близкородственное скрещивание и скрещивание неродственных особей.

Близкородственное скрещивание (инбридинг) (например, самоопыление у растений) ведёт к повышению гомозиготности, что, с одной стороны, способствует закреплению наследственных свойств, но с другой — ведёт к снижению жизнеспособности, продуктивности и вырождению. Скрещивание неродственных особей (аутбридинг) позволяет получить гетерозисные гибриды. Если сначала вывести гомозиготные линии, закрепив желательные признаки, а затем провести перекрёстное опыление между разными самоопыляющимися линиями, то в результате в ряде случаев появляются высокоурожайные гибриды. Явление повышенной урожайности и жизнеспособности у гибридов первого поколения, полученных при скрещивании родителей чистых линий, называется гетерозисом. Основная причина эффекта гетерозиса — отсутствие проявления вредных рецессивных аллелей в гетерозиготном состоянии. Однако уже со второго поколения эффект гетерозиса быстро снижается.

Межвидовая (отдалённая) гибридизация — скрещивание разных видов.

Используется для получения гибридов, сочетающих ценные свойства родительских форм (тритикале — гибрид пшеницы и ржи, мул — гибрид кобылы с ослом, лошак — гибрид коня с ослицей). Обычно отдалённые гибриды бесплодны, так как хромосомы родительских видов отличаются настолько, что невозможен процесс конъюгации, в результате чего нарушается мейоз. Преодолеть бесплодие у отдалённых гибридов растений удаётся с помощью полиплоидии. Восстановление плодовитости у гибридов животных более сложная задача, так как получение полиплоидов у животных невозможно.

Полиплоидия

Полиплоидия — увеличение числа хромосомных наборов.

Полиплоидия позволяет избежать бесплодия межвидовых гибридов. Кроме того, многие полиплоидные сорта культурных растений (пшеница, картофель) имеют более высокую урожайность, чем родственные диплоидные виды. В основе явления полиплоидии лежат три причины: удвоение хромосом в неделящихся клетках, слияние соматических клеток или их ядер, нарушение процесса мейоза с образованием гамет с нередуцированным (двойным) набором хромосом. Искусственно полиплоидию вызывают обработкой семян или проростков растений колхицином. Колхицин разрушает нити веретена деления и препятствует расхождению гомологичных хромосом в процессе мейоза.

Индуцированный мутагенез

В естественных условиях частота возникновения мутаций сравнительно невелика. Поэтому в селекции используется индуцированный (искусственно вызванный) мутагенез — воздействие на организм в условиях эксперимента каким-либо мутагенным фактором для возникновения мутации с целью изучения влияния фактора на живой организм или получения нового признака. Мутации носят ненаправленный характер, поэтому селекционер сам отбирает организмы с новыми полезными свойствами.

Клеточная и генная инженерия

Биотехнология — методы и приёмы получения полезных для человека продуктов и явлений с помощью живых организмов (бактерий, дрожжей и др.). Биотехнология открывает новые возможности для селекции. Её основные направления: микробиологический синтез, генная и клеточная инженерия.
Микробиологический синтез — использование микроорганизмов для получения белков, ферментов, органических кислот, лекарственных препаратов и других веществ. Благодаря селекции удалось вывести микроорганизмы, которые вырабатывают нужные человеку вещества в количествах, в десятки, сотни и тысячи раз превышающих потребности самих микроорганизмов. С помощью микроорганизмов получают лизин (аминокислоту, не образующуюся в организме животных; её добавляют в растительную пищу), органические кислоты (уксусную, лимонную, молочную и др.), витамины, антибиотики и т. д.
Клеточная инженерия — выращивание клеток вне организма на специальных питательных средах, где они растут и размножаются, образуя культуру ткани. Из клеток животных нельзя вырастить организм, а из растительных клеток можно. Так получают и размножают ценные сорта растений. Клеточная инженерия позволяет проводить гибридизацию (слияние) как половых, так и соматических клеток. Гибридизация половых клеток позволяет проводить оплодотворение «в пробирке» и имплантацию оплодотворённой яйцеклетки в материнский организм. Гибридизация соматических клеток делает возможным создание новых сортов растений, обладающих полезными признаками и устойчивых к неблагоприятным факторам внешней среды.
Генная инженерия — искусственная перестройка генома. Позволяет встраивать в геном организма одного вида гены другого вида. Так, введя в генотип кишечной палочки соответствующий ген человека, получают гормон инсулин. В настоящее время человечество вступило в эпоху конструирования генотипов клеток.

Селекция растений, животных и микроорганизмов

Селекция растений Для селекционера очень важно знать свойства исходного материала, используемого в селекции. В этом плане очень важны два достижения отечественного селекционера Н. И. Вавилова: закон гомологических рядов в наследственной изменчивости и учение о центрах происхождения культурных растений.
Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости: виды и роды, генетически близкие (связанные друг с другом единством происхождения), характеризуются сходными рядами в наследственной изменчивости. Так, например, у мягкой и твёрдой пшеницы и ячменя существуют остистые, короткоостые и безостые колосья. Зная наследственные изменения у одного вида, можно предвидеть нахождение сходных изменений у родственных видов и родов, что используется в селекции. Чем ближе между собой виды и роды, тем больше сходство в изменчивости их признаков. Н. И. Вавиловым закон был сформулирован применительно к растениям, а позднее подтверждён для животных и микроорганизмов.
В селекции растений наиболее широко используются такие методы, как массовый отбор, внутривидовая гибридизация, отдалённая гибридизация, полиплоидия.
Большой вклад в селекцию плодовых растений внёс отечественный селекционер И. В. Мичурин. На основе методов межсортовой и межвидовой гибридизации, отбора и воздействия условиями среды им были созданы многие сорта плодовых культур. Благодаря его работам многие южные сорта плодовых культур удалось распространить в средней полосе нашей страны.
Многие сорта культурных растений являются полиплоидными. Таковы некоторые сорта пшеницы, ржи, клевера, картофеля, свёклы и т. д. Сочетание отдалённой гибридизации с последующим получением полиплоидных форм позволило преодолеть бесплодие отдалённых гибридов. В результате многолетних работ Н. В. Цицина и его сотрудников были получены гибриды пырея и пшеницы, пшеницы и ржи (тритикале).
К наиболее важным достижениям селекции растений следует отнести создание большого количества высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных растений.

Селекция животных

Как и культурные растения, домашние животные имеют диких предков. Процесс превращения диких животных в домашних называют одомашниванием (доместикацией). Почти все домашние животные относятся к высшим позвоночным животным — птицам и млекопитающим.
В селекции животных наиболее широко используются такие методы, как индивидуальный отбор, внутривидовая гибридизация (родственное и неродственное скрещивание) и отдалённая (межвидовая) гибридизация.
Использование индивидуального отбора связано с половым размножением животных, когда получить сразу много потомков затруднительно. В связи с этим селекционеру важно определить наследственные признаки самцов, которые непосредственно у них не проявляются (жирномолочность, яйценоскость). Поэтому оценка животных может быть осуществлена по их родословной и по качеству их потомства. Имеет определённое значение также учёт экстерьера, то есть совокупности внешних признаков животного. Подбор производителей в животноводстве особенно актуален в связи с применением в настоящее время искусственного осеменения, позволяющего получить от одного организма значительное число потомков. Родственное скрещивание ведёт к гомозиготности и чаще всего сопровождается уменьшением устойчивости животных к неблагоприятным факторам среды, снижением плодовитости и т. п. Для устранения неблагоприятных последствий используют неродственное скрещивание разных линий и пород. На основе межпородного скрещивания были созданы высокопродуктивные сельскохозяйственные животные (в частности М. Ф. Иванов создал высокопродуктивную породу свиней Белая украинская, породу овец Асканийская рамбулье). Неродственное скрещивание сопровождается гетерозисом, сущность которого состоит в том, что гибриды первого поколения имеют повышенную жизнеспособность и усиленное развитие. Примером эффективного использования гетерозиса служит выведение гибридных цыплят (бройлерное производство).
Отдалённая (межвидовая) гибридизация животных приводит к бесплодию гибридов. Но благодаря проявлению гетерозиса широко используется человеком. Среди достижений по отдалённой гибридизации животных следует отметить мула — гибрида кобылы с ослом, бестера — гибрида белуги и стерляди, продуктивного гибрида карпа и карася, гибридов крупного рогатого скота с яками и зебу, отдалённых гибридов свиней и т. д.

Селекция микроорганизмов

Источник