Генная терапия

Основная статья: Генная терапия

Генная терапия с использованиемаденовируса вектор. Новый ген вставляется в аденовирус вектор, который используется, чтобы ввести изменения ДНК в клетке человека. Если лечение прошло успешно, новый ген сделает функциональных белков.

Генная терапия может использоваться для лечения или даже лечения, генетических и приобретенных заболеваний, как рак и СПИД с помощью нормальных генов, чтобы дополнить или заменить дефектные гены или, чтобы поддержать нормальное функционирование таких как иммунитет. Она может быть использована для целевых соматические клетки (то есть те части тела) или гамет (например, яйца и сперматозоиды) клетки. В терапии соматических ген, геном получателя меняется, но это изменение не проходят на следующее поколение. Напротив, в зародышевой генной терапии, яйца и сперматозоиды из родителей изменяются с целью передачи изменений в их потомстве.

Существуют два основных пути реализации лечения генной терапии:

1. Экс естественных условиях, что означает "вне тела" - клетки из крови пациента или костного мозга удаляются и выращенных в лаборатории. Затем они подвергаются вирусом, несущим ген желаемого. Вирус проникает в клетки, и желаемый геном становится частью ДНК клетки. Клетки могут расти в лабораторных условиях, прежде чем вернулся в пациента путем инъекции в вену.

2. В естественных условиях, что означает "внутри тела" - нет клетки удаляются из организма пациента. Вместо этого, векторы используются для доставки желаемого гена в клетки в теле пациента.

По состоянию на июнь 2001 года более 500 клинических генной терапии испытаний с участием 3500 пациентов были выявлены во всем мире. Около 78% из них находятся в США, с Европой, имеющих 18%. Эти исследования сосредоточены на различных видах рака, хотя и другие заболевания мультигенной изучаются также. Недавно двое детей рождаются с тяжелым комбинированным иммунодефицитом расстройства ("SCID"), как сообщалось, были вылечены после того, как дано генетически измененных клеток.

Генная терапия сталкивается с множеством препятствий, прежде чем она может стать практическим подходом для лечения заболеваний. ^{[ 13 ]} По крайней мере четыре из этих препятствий являются следующие:

1. Инструменты доставки генов. Гены вставляются в тело, используя носителей гена называются векторами. Наиболее распространенные векторы сейчас вирусы, которые развивались способ инкапсуляции и доставки их генов к клеткам человека в патогенных образом. Ученые манипулировать геномом вируса путем удаления болезнетворных генов и вставки терапевтических генов. Однако, в то время как вирусы являются эффективными, они могут ввести такие проблемы, как токсичность, иммунные и воспалительные реакции, а также генетического контроля и ориентации вопросов. Кроме того, для того, чтобы генная терапия обеспечить постоянный терапевтический эффект, гена должна быть интегрирована в геном клетки-хозяина. Некоторые вирусные векторы эффект этого случайным образом, который можно ввести другие проблемы, такие как разрушение эндогенного гена хозяина.

2. Высокие затраты. Так как генная терапия является относительно новой и находятся на экспериментальной стадии, это дорогостоящее лечение предпринять. Это объясняет, почему современные исследования ориентированы на болезни обычно встречаются в развитых странах, где больше людей могут позволить себе платить за лечение. Это может занять десятилетия, прежде чем развивающиеся страны могут воспользоваться преимуществами этой технологии.

3. Недостаточные знания о функциях генов. Ученые в настоящее время знаем функции только несколько генов. Таким образом, генная терапия может решить только некоторые гены, которые вызывают конкретную болезнь. Хуже того, она точно не известно ли гены имеют более чем одну функцию, которая создает неопределенность относительно того, заменив такие гены на самом деле хочется.

4. Мультигенного расстройств и влияние окружающей среды. Большинство генетических нарушений связаны с более чем одним геном. Более того, большинство заболеваний связаны с взаимодействием нескольких генов и окружающей среды. Например, многие люди с раком не только наследуют заболевание ген расстройства, но, возможно, также не наследуют конкретных генов супрессоров опухолей. Диета, физические упражнения, курение и другие факторы окружающей среды могут также внесли вклад в их болезни.

[ редактировать ] Проект генома человека

Репликация ДНК изображения из проекта генома человека (ПГП)

Проект генома человека был создан по инициативе Министерства энергетики США ("МЭ"), который направлен для получения высококачественных ссылкой последовательности для всего человеческого генома и идентифицировать все гены человека.

Министерство энергетики и ее учреждения предшественника были назначены в Конгрессе США по разработке новых источников энергии и технологий, а также проводить более глубокое понимание потенциала здоровья и экологических рисков, связанных с их производством и использованием. В 1986 году Министерство энергетики объявило о своем правам инициатива генома. Вскоре после этого, Министерство энергетики и Национальный институт здоровья разработал план совместных проекта генома человека ("ПГП"), который официально начался в 1990 году.

HGP Первоначально планировалось последние 15 лет. Тем не менее, быстрый технический прогресс и во всем мире участие ускоренное завершение дату 2003 (что делает его 13-летний проект). Уже это позволило гена охотников, чтобы точно определить гены, связанные с более чем 30 заболеваний. ^{[ 14 ]}

[ редактировать ] Клонирование

Основная статья: Клонирование

Клонирование заключается в удалении ядра из одной клетки и ее размещение в неоплодотворенные яйцеклетки, ядро ​​которого имеет либо были отключены или удалены.

Есть два типа клонирования:

1. Репродуктивное клонирование. После нескольких делений, яйцеклетка помещается в матку, где она позволила развиться в плод, генетически идентичный донору исходного ядра.

2. Терапевтическое клонирование. ^{[ 15 ]} яйца помещают в чашку Петри, где он развивается в эмбриональные стволовые клетки, которые показали потенциал для лечения нескольких заболеваний. ^{[ 16 ]}

В феврале 1997 года клонирования оказался в центре внимания СМИ, когда Ян Вильмута и его коллеги из института Рослина объявила об успешном клонировании овцы, названная Долли, из молочной железы взрослой женщины. Клонирование Долли сделали это очевидным для многих, что методы, используемые для производства ее когда-нибудь могли быть использованы для клонирования человеческих существ. ^{[ 17 ]} Это перемешивают много споров из-за его этические последствия.

[ редактировать ] Сельское хозяйство

Основная статья: Генетически модифицированные продукты

[ редактировать ] Урожайность

Использование методов современной биотехнологии, один или два гена (Smartstax от Monsanto в сотрудничестве с Dow AgroSciences будет использовать 8, начиная с 2010 года), могут быть переданы в высокоразвитых культур различных придать новый характер, что приведет к увеличению его доходности. ^{[ 18 ]} Однако, несмотря на увеличение урожайности являются наиболее очевидным применения современной биотехнологии в сельском хозяйстве, но и самым сложным. Текущий методов генной инженерии, работать лучше всего для эффектов, которые находятся под контролем одного гена. Многие из генетических характеристик, связанных с выходом (например, усиленный рост) контролируются большим количеством генов, каждый из которых имеет минимальное влияние на общую урожайность. ^{[ 19 ]} Существует, следовательно, большая доля научной работы предстоит сделать в этой области.

[ редактировать ] Уменьшение уязвимости сельскохозяйственных культур на экологических стрессов

Культур, содержащих гены, которые позволят им выдержать биотических и абиотических стрессов могут быть разработаны. Например, засуха и чрезмерно соленой почве два важных ограничивающих факторов урожайности. Биотехнологов изучают растения, которые могут справиться с этих экстремальных условиях в надежде найти гены, которые позволяют им делать это и в конечном итоге передача этих генов в более желательным культур. Одна из последних разработок является идентификация генов растений, Ат-DBF2, из Arabidopsis thaliana, крошечные водоросли, которые часто используются для исследований, потому что растение это очень легко расти и его генетический код и наметили. Когда этот ген был вставлен в томатном и табачных клеток (см. РНК-интерференции), клетки были способны противостоять экологическим стрессам, как соль, засуха, холод и зной, гораздо больше, чем обычные клетки. Если эти предварительные результаты окажутся успешными, в более крупных исследованиях, то, по-DBF2 генов может помочь в инженерных культур, которые могут лучше противостоять суровых условиях. ^{[ 20 ]} Исследователи также создали трансгенные растения риса, устойчивых крисе желтая пятнистость вирус (RYMV). В Африке этот вирус уничтожает большинство посевов риса и делает выживание растения более восприимчивыми к грибковым инфекциям. ^{[ 21 ]}

[ редактировать ] Увеличение питательных качеств

Белки в пище может быть изменен, чтобы увеличить свои питательные качества. Белки в бобовых и зерновых культур может быть преобразован обеспечить аминокислот, необходимых человеческими существами для сбалансированного питания. ^{[ 19 ]} Хорошим примером является работа профессора Инго Potrykus и Питер Бейер в созданиизолотого риса (см. ниже).

[ редактировать ] Улучшенный вкус, текстуру и внешний вид пищи

Современная биотехнология может быть использована, чтобы замедлить процесс порчи, так что плод может созревать дольше на заводе, а затем доставляется потребителю по-прежнему разумным срок годности. Это изменяет вкус, текстуру и внешний вид плодов. Что еще более важно, она может расширить рынок для фермеров в развивающихся странах из-за сокращения порчи. Тем не менее, иногда непонимание исследователями в развитых странах, о реальных потребностей будущих бенефициаров в развивающихся странах. Например, инженерной сое, чтобы противостоять порче делает их менее пригодными для производства темпе, который является важным источником белка, который зависит от брожения. Использование модифицированных соевых бобов приводит к кусковой текстуру, которая является менее приемлемым и менее удобно при приготовлении пищи.

Первый генетически модифицированный пищевой продукт был томатный который был преобразован, задержать его созревания. ^{[ 22 ]} Исследователи из Индонезии, Малайзии,Таиланда, Филиппин и Вьетнама в настоящее время работает над замедленного созревания папайи в сотрудничестве с Университетом Ноттингема и Zeneca. ^{[ 23 ]}

Биотехнологии в производстве сыра: ^{[ 24 ]} ферменты, вырабатываемые микроорганизмами, представляют собой альтернативу животного сычужного - сыр коагулянта - и альтернативных поставок для сыроделов. Это также устраняет возможные проблемы с общественным животного происхождения материала, хотя Есть в настоящее время нет планов по разработке синтетической молока, что делает этот аргумент менее убедительными. Ферменты предлагаем животного чистая альтернатива животного сычужного фермента. При предоставлении сопоставимого качества, они теоретически и дешевле.

Около 85 млн. тонн пшеничной муки используется каждый год, чтобы испечь хлеб. ^{[ 25 ]} При добавлении фермента амилазы maltogenic на муку, хлеб остается свежим дольше.Если предположить, что 10-15% хлеба выбрасывают как просроченные, если это могло быть сделано, чтобы остаться свежей еще 5-7 дней, то, возможно, 2 млн. тонн муки в год будет спасен. Другие ферменты могут вызвать хлеб расширить, чтобы сделать легче хлеб, или изменить хлеб в ряде направлений.

[ редактировать ] Уменьшение зависимости от удобрений, пестицидов и других агрохимикатов

Большинство современных коммерческих приложений современной биотехнологии в сельском хозяйстве на снижение зависимости фермеров от агрохимикатов. Например, Bacillus thuringiensis (Bt) является почвенной бактерии, который производит белок с инсектицидными свойствами. Традиционно, процесс ферментации был использован для производства инсектицидных брызги от этих бактерий. В этой форме, токсин Bt происходит в неактивном протоксин, которая требует переваривания насекомых, чтобы быть эффективными. Есть несколько токсинов Bt и каждый из них специфичны для некоторых насекомых цели. Сельскохозяйственных культур в настоящее время спроектированы, чтобы содержать и выражать гены Bt-токсин, который они производят в его активную форму. Когда восприимчивых насекомых глотает трансгенных сортов культур выражения белка Bt, он перестает кормления и вскоре после этого умирает в результате токсин Bt привязки к его стенки кишечника. Bt-кукуруза в настоящее время коммерчески доступны в ряде стран для контроля кукурузного мотылька (насекомых чешуекрылых), которое иным образом контролируется напыление (более сложный процесс).

Культуры также были генетически приобрести устойчивость к широкого спектра действия гербицида. Отсутствие гербицидов широкого спектра деятельности, а не культура травмы был последовательным ограничением в растениеводстве управления сорняками. Несколько приложений многочисленных гербициды обычно используются для управления широким спектром видов сорняков ущерб агрономических культур. Сорняк управления как правило, полагаются на preemergence, то есть гербицидами опрыскивали в ответ на ожидаемый сорняков инвазии, а не в ответ на фактическое сорняков. Механическая культивация и прополка стороны, часто необходимых для борьбы с сорняками, не контролируемых гербицидами. Внедрение устойчивых к гербицидам культур имеет потенциал сокращения количества гербицидов активных ингредиентов, используемых для борьбы с сорняками управления, сокращение числа гербицидами, сделанные в ходе сезона, и повышения урожайности за счет улучшения управления и сорняков урожай меньше травм. Трансгенные культуры, которые выражают устойчивость к глифосату, глюфосината и бромоксинил были разработаны. Эти гербициды теперь можно распылять на трансгенных культур без нанесения ущерба культур, убивая близлежащие сорняки. ^{[ 26 ]}

С 1996 по 2001 год, устойчивость к гербицидам был самый доминантный признак представлены имеющиеся в продаже трансгенных культур, а затем насекомым-вредителям.В 2001 году, устойчивость к гербицидам, развернутых в сои, кукурузы и хлопка приходилось 77% от 626 тысяч квадратных километров, посадил к трансгенным культурам; Bt-культур составила 15%, а "сложены гены" за толерантность к гербицидам и насекомым-вредителям, используемые в обоих хлопка и кукурузы составила 8%. ^{[ 27 ]}

[ редактировать ] Производство новых веществ в сельскохозяйственных растений

Биотехнология применяется для романа применения, кроме еды. Например, масличные культуры могут быть модифицированы для получения жирных кислот для моющих средств, заменить топливо и нефтехимические. картофель, помидоры, рис табака, салат-латук, safflowers и других растений были генной инженерии для производстваинсулина и некоторых вакцин. Если будущие клинические испытания окажутся успешными, преимущества съедобной вакцины будет огромным, особенно для развивающихся стран. Трансгенные растения могут быть выращены на месте и дешевле. Доморощенные вакцин позволило бы также избежать материально-технических и экономических проблем, возникающих из-за необходимости транспортной традиционной подготовки на большие расстояния и держать их холодной во время транзита. И так как они съедобны, они не понадобятся шприцы, которые не только дополнительные расходы в традиционных вакцинных препаратов, но и источником инфекции, если загрязнены. ^{[ 28 ]} В случае инсулина выросла в трансгенных растениях, это хорошо Установлено, что желудочно-кишечного тракта перерывы белка вниз поэтому это не может в настоящее время быть введены в виде пищевого белка. Тем не менее, это может быть произведен при значительно меньших затратах, чем инсулина, производимого в дорогостоящие биореакторы. Например, Калгари, Канада основе SemBioSys генетики, Inc сообщает, что ее сафлор производства инсулина позволит снизить удельные затраты более чем на 25% или более и приближает сокращение капитальных затрат, связанных с созданием промышленных масштабах инсулина производственные мощности более чем $ 100 млн, по сравнению с традиционными объектов biomanufacturing. ^{[ 29 ]}

[ редактировать ] животных Биотехнология

У животных, биотехнология методы используются для улучшения генетики и для фармацевтических и промышленных приложений. Методы молекулярной биологии могут помочь программы разведения диск, направляя выбор высшего животных. Животное клонирование, через соматические передачи ячейки ядерных (SCNT), позволяет для генетической репликации выбранных животных. Генная инженерия, с помощью рекомбинантной ДНК, изменяет генетический состав животных для выбранных целей, в том числе производство терапевтических белков у коров и коз. ^{[ 30 ]} Существует генетически измененных лосось с повышенной скоростью роста рассматриваются для утверждения FDA. ^{[ 31 ]}

[ редактировать ] Критика

Существует и другая сторона вопроса сельскохозяйственной биотехнологии. Она включает в себя увеличенный гербицид использования и, как следствие сопротивления гербицида ", суперсорняки", остатки и находится в зоне продовольственных культур, генетического загрязнения не-ГМ культур, которые больно органических и обычных фермеров и т. д. ^{[ 32 ] [ 33 ]}

[ редактировать ] биологической инженерии

Основная статья: биоинженерии

Биотехнологические инженерных или биологической инженерии является филиалом инженерной, которая сосредотачивается на биотехнологии и биологических наук. Она включает в себя различные дисциплины, такие как биохимической инженерии, биомедицинской инженерии, био-технологических процессов, биосистемы инженерных и так далее. Из-за новизны поле, биоинженер до сих пор четко не определены. Однако в целом это комплексный подход фундаментальных биологических наук и традиционных инженерных принципов.

Биотехнологов часто используются для расширения биологических процессов от лабораторного масштаба для производства масштабе. Более того, как и большинство инженеров, они часто имеют дело с управлением, экономических и правовых вопросов. Так как патенты и регулирования (например, в США пищевых продуктов и медикаментов регулирования в США) очень важные вопросы для биотехнологических предприятий, биоинженеры часто необходимо иметь знания, связанные с этими вопросами.

Все большее число предприятий биотехнологической, вероятно, создаст необходимость биоинженеры в ближайшие годы. Многие университеты по всему миру в настоящее время оказывают программы в биоинженерии и биотехнологии (как самостоятельные программы или специальные программы в рамках более устоявшихся областях техники).

[ редактировать ] биоремедиации и биодеградации

Основная статья: Микробная биодеградации

Биотехнология используется для инженера и адаптации организмов особенно микроорганизмов, в попытке найти устойчивые способы очистки загрязненных средах.Устранение широкого спектра загрязняющих веществ и отходов от среды является обязательным требованием для содействия устойчивому развитию нашего общества с низким уровнем воздействия на окружающую среду. Биологические процессы играют важную роль в удалении загрязнений и биотехнологии пользуются удивительной универсальностью катаболических микроорганизмов к деградации / преобразование таких соединений. Новый методологический прорыв в последовательности, геномика,протеомика, биоинформатика и изображения производят большие объемы информации. В области экологической микробиологии, геном основе глобальных исследований открыть новую эру предоставляя беспрецедентные в кремнии виды обмена веществ и регуляторных сетей, а также ключи к эволюции деградации пути и молекулярные стратегии адаптации к изменяющимся условиям окружающей среды. Функциональные геномных и метагеномных подходы повышения нашего понимания относительной значимости различных путей и регуляторных сетей для потока углерода, в частности, условия и для отдельных соединений и они, безусловно, ускорит развитиебиоремедиации технологий и биотрансформации процессов. ^{[ 34 ]}

Морской среды, особенно уязвимы с разливами нефти в прибрежных районах и в открытом море, плохо сдерживать и смягчения трудно. В дополнение к загрязнению вследствие деятельности человека, миллионы тонн нефти ввести морскую среду каждый год из натуральных seepages. Несмотря на свою токсичность, значительная часть нефтяных масел ввода морских систем устраняется углеводородов унижающие деятельности микробных сообществ, в частности, замечательный недавно обнаружили группу специалистов, так называемые hydrocarbonoclastic бактерий (HCCB). ^{[ 35 ]}

[ редактировать ] Биотехнология правил

Национальный институт здоровья был первым федеральным агентством предположить нормативно ответственности в Соединенных Штатах. Рекомбинантной ДНК Консультативного комитета NIH опубликовал рекомендации по работе с рекомбинантной ДНК и рекомбинантных организмов в лабораторных условиях. В настоящее время учреждения, которые несут ответственность за биотехнологией регулирования являются: Министерство сельского хозяйства США (USDA), который регулирует вредителей растений и лекарственного препарата из живых организмов, по охране окружающей среды (EPA), который регулирует пестицидов и гербицидов, а также пищевых продуктов и медикаментов (FDA), которая гарантирует, что продукты питания и лекарственные препараты являются безопасными и эффективными ^{[ 2 ]}

[ редактировать ] Образование

В 1988 году после толчков со стороны Конгресса США, Национальный институт генерального медицинских наук (Национальный институт здоровья) возбуждено механизм финансирования для биотехнологии обучения. Университетов общенациональной конкуренции за эти средства на создание биотехнологии Программы обучения (BTPS).Каждое успешное применение, как правило, финансируемых в течение пяти лет, то должна быть конкурентоспособной обновляется. Аспиранты, в свою очередь конкурируют за принятие в БТП, если они будут приняты, то стипендия, обучение и медицинское страхование поддержка предоставляется в течение двух-трех лет в ходе их кандидатдиссертации работу. Девятнадцать учреждения предлагают NIGMS поддерживается BTPS. ^{[ 36 ]} Биотехнология подготовка также предлагаются на университетском уровне, и в местных колледжах.