Artículos académicos de ingeniería genética
Parte 1 de artículos académicos sobre ingeniería genética
La ingeniería genética es una ciencia biotecnológica completamente nueva que nació sobre la base del desarrollo integral de la biología molecular y la genética molecular en la década de 1970. La ingeniería genética es una biotecnología compleja. Los genes de un organismo se pueden transferir a otra célula, e incluso se pueden intercambiar genes de bacterias, animales y plantas. Cuando un gen ingresa a otra célula, cambia ciertas funciones de esa célula. Este proyecto creó un gen recombinante que no existe en la naturaleza. No sólo trae nuevas esperanzas a la industria farmacéutica y mejora el rendimiento de los cultivos agrícolas, sino que también proporciona soluciones a la contaminación ambiental y las crisis energéticas, e incluso puede usarse en la investigación de casos penales. ¿Cuál es la situación actual y las perspectivas de la ingeniería genética y cuáles son sus ventajas y desventajas?
Palabras clave: ingeniería genética; estado de desarrollo; perspectivas de desarrollo; pros y contras de la ingeniería genética
Primero, ingeniería genética
(1) El concepto de ingeniería genética y desarrollo
1. Concepto
La ingeniería genética, también conocida como tecnología de empalme de genes y tecnología de recombinación de ADN, es un método moderno basado en la genética molecular y que utiliza la biología molecular y la microbiología. Según el modelo prediseñado, las moléculas híbridas de ADN se construyen in vitro y luego se introducen en células vivas para cambiar las características genéticas originales de los organismos, obtener nuevas variedades y producir nuevos productos.
2. Desarrollo
Los biólogos descubrieron la estructura de doble hélice del ADN en la década de 1950 y entendieron mejor el portador material de la herencia humana y biológica desde un nivel microscópico. investigación. Después de la década de 1960, los científicos comenzaron a descifrar el código genético de los genes genéticos biológicos. En resumen, se referían a aclarar la secuencia de nucleótidos de cada gen que controla las características genéticas biológicas. Si se comprenden las secuencias de nucleótidos de algunos genes individuales, es posible secuenciar e interpretar de forma planificada y a gran escala todos los mapas genéticos de los seres humanos, del arroz y de otros organismos importantes.
(2) Estado de desarrollo y perspectivas de la ingeniería genética
1. Estado de desarrollo
(1) La ingeniería genética se aplica en la agricultura. Los métodos de ingeniería genética se utilizan para transferir genes específicos a cultivos para construir plantas transgénicas, que tienen las ventajas de resistencia a plagas y enfermedades, resistencia al estrés, conservación, alto rendimiento y alta calidad.
A continuación se presentan varios métodos representativos.
① Mejorar el valor nutricional de los productos agrícolas, como aumentar el contenido proteico de semillas y tubérculos y cambiar la proporción de aminoácidos esenciales en la proteína vegetal.
② Mejorar la resistencia al estrés de los cultivos, como la resistencia a los insectos, la resistencia a la sequía, la resistencia al encharcamiento, la resistencia a los herbicidas, etc.
③ Ingeniería genética de la fijación biológica de nitrógeno. Si las plantas no leguminosas, como los cereales, pueden transformarse en rizobios o tienen la capacidad de fijar nitrógeno, reemplazarán innumerables plantas fertilizadas con nitrógeno. ④Aumentar la producción de metabolitos secundarios de las plantas. Los metabolitos secundarios de las plantas constituyen el 25% de las materias primas farmacéuticas del mundo, como la quinina para tratar la malaria, la vincristina para tratar la leucemia, la escopolamina para tratar la hipertensión, la morfina como anestésico, etc.
⑤Utilizar tecnología animal transgénica para cultivar nuevas variedades de cría de animales.
2. Aplicación de la ingeniería genética en medicina
En la actualidad, la industria de aplicaciones de ingeniería genética dominada por fármacos de ingeniería genética se ha convertido en una de las industrias de más rápido crecimiento en el mundo, con amplias perspectivas. . Los medicamentos modificados genéticamente incluyen principalmente citocinas, anticuerpos, vacunas, hormonas y oligonucleótidos. Desempeña un papel importante en la prevención de tumores humanos, enfermedades cardiovasculares, enfermedades genéticas, diabetes y diversas enfermedades infecciosas, incluido el SIDA y la enfermedad reumatoide. El interferón (IFN) con el que estamos más familiarizados es una citocina multifuncional desarrollada mediante tecnología de ingeniería genética. Se ha utilizado clínicamente para tratar la leucemia, la hepatitis B, la hepatitis C, la esclerosis múltiple, la artritis reumatoide, etc.
Y la vacuna contra el SIDA desarrollada mediante ingeniería genética ha completado las pruebas piloto y ha entrado en la etapa de verificación clínica; ¿se utiliza específicamente para tratar tumores? ¿Misil genético tumoral? También se desarrollará en un futuro próximo un dispositivo capaz de detectar y eliminar tumores de forma específica y que permitirá curar el cáncer.
En tercer lugar, la aplicación de la ingeniería genética en la protección del medio ambiente
La contaminación ambiental causada por el desarrollo industrial y otros factores provocados por el hombre ha superado con creces la capacidad de purificación de los microorganismos naturales. La tecnología de ingeniería genética puede mejorar la capacidad de los microorganismos para purificar el medio ambiente. Estados Unidos utilizó tecnología de ADN recombinante para conectar los genes de cuatro cepas que degradan hidrocarburos aromáticos, hidrocarburos terpenoides, hidrocarburos aromáticos policíclicos e hidrocarburos alifáticos, y los transfirió a una determinada cepa para construir una cepa que puede degradar simultáneamente cuatro tipos de materia orgánica. ¿Superbacterias? Úselo para limpiar manchas de petróleo y puede degradar completamente 2/3 de los hidrocarburos de la mancha de petróleo en unas pocas horas, mientras que las cepas naturales tardan un año. La tecnología de ADN recombinante, que apareció a finales de los años 1990, puede innovar genes, dar nuevas funciones a productos de expresión y crear nuevos microorganismos. Por ejemplo, todos los genes de diferentes bacterias que degradan un contaminante pueden clonarse mediante tecnología de PCR, luego procesarse y recombinarse in vitro mediante tecnología de recombinación genética y finalmente introducirse en un vector adecuado. Varios tipos de bacterias con extraordinaria capacidad de degradación de súper cepas, mejorando así en gran medida la eficiencia de degradación.
(1) Perspectivas de desarrollo
La aplicación de tecnología de ADN recombinante de ingeniería genética para cultivar cultivos alimentarios con características mejoradas ha logrado resultados iniciales. Una característica distintiva de la tecnología del ADN recombinante es que permite que un organismo adquiera nuevas funciones que son completamente independientes de sus rasgos inherentes, provocando así cambios revolucionarios en la biotecnología y permitiendo a las personas producir mamíferos en una gran cantidad de células expandidas. gran significado. Al clonar los genes diana que controlan la síntesis de estos fármacos y transferirlos a E. coli u otros organismos para su expresión eficaz, se puede extraer fácilmente una gran cantidad de fármacos útiles. Actualmente se han conseguido muchos casos de éxito en este campo, el más destacado de los cuales es la producción de insulina recombinante. La tecnología del ADN recombinante también ha promovido fuertemente el desarrollo de la investigación médica. Ha influido en muchas ciencias, como el diagnóstico clínico de enfermedades, la terapia genética de enfermedades genéticas, el desarrollo de nuevas vacunas y la investigación sobre el cáncer y el SIDA, y ha logrado logros considerables.
(2) Pros y contras de la ingeniería genética
1. Beneficios de la ingeniería genética
Las enfermedades hereditarias son causadas por genes defectuosos del padre o de la madre. Los métodos de detección genética pueden diagnosticar rápidamente errores en la codificación genética; la regla de la terapia génica es utilizar tecnología de ingeniería genética para tratar dichas enfermedades. El examen genético prenatal puede diagnosticar si el feto tiene enfermedades genéticas. Este método de detección puede incluso diagnosticar embriones fertilizados in vitro con tan solo dos días de edad y aún en la etapa de ocho células. El método consiste en extirpar una de las células, extraer el ADN, comprobar si sus genes son normales y luego decidir si se implanta el embrión en el útero de la madre para su desarrollo. También se puede medir el sexo fetal. El examen genético no cambia la composición genética de una persona, pero la terapia genética sí. En la actualidad, todo el mundo está prestando atención al desarrollo de la agricultura sostenible, con la esperanza de que la agricultura no sólo tenga beneficios económicos, sino que también sea sostenible y no destruya el medio ambiente ecológico. La ingeniería genética puede ayudar a resolver estos problemas. La ingeniería genética puede mejorar el contenido nutricional de los cultivos o aumentar su resistencia a plagas y enfermedades. Puede aumentar la tasa de crecimiento del ganado y las aves de corral, la producción de leche de vacas y ovejas, mejorar la calidad de la carne y el contenido de grasa, etc.
2. Desventajas de la ingeniería genética
El cribado genético a gran escala provocará una serie de problemas sociales. Si bien los exámenes genéticos pueden ayudar a los médicos a tratar a los pacientes antes y de forma más eficaz, pueden obstaculizar su vida y su empleo en el futuro. ¿Qué producirá la ingeniería genética? ¿Pesticida? Algunos cultivos también pueden ser perjudiciales para el medio ambiente. Pueden matar insectos beneficiosos inesperados y afectar el equilibrio ecológico de los insectos. Los alimentos genéticamente modificados son diferentes de los alimentos convencionales del mismo origen biológico. Los cambios en los rasgos genéticos pueden afectar la composición de las proteínas de las células, provocando cambios en las concentraciones de los componentes o la formación de nuevos metabolitos. Por tanto, se pueden producir sustancias tóxicas o aparecer síntomas alérgicos. Algunas personas incluso sospechan que los genes se transferirán dentro del cuerpo humano, provocando consecuencias inimaginables.
Los peligros potenciales de los alimentos genéticamente modificados incluyen: la creación de nuevas toxinas y alérgenos en los alimentos; otros efectos nocivos para la salud causados por alimentos no naturales; productos químicos utilizados en los cultivos que aumentan la contaminación del agua y los alimentos y el desarrollo de malezas resistentes a los herbicidas; a través de barreras de especies; pérdida de biodiversidad de cultivos; desequilibrio en el equilibrio ecológico.
Cuatro. Conclusión
Con el avance de las ciencias sociales y la tecnología, el desarrollo de la ingeniería genética será inevitable. Aunque nos traerá algún daño, todavía nos traerá muchos beneficios. No sólo nos proporciona nueva energía, sino que también promueve el desarrollo económico de varios países. Por lo tanto, al desarrollar la ingeniería genética, debemos intentar evitar algunos peligros y permitir que se apliquen en la medida de lo posible los aspectos beneficiosos.
Referencias:
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En 2001, las ventas globales de EPO alcanzaron los 2.110 millones de dólares, los 2.680 millones de dólares en 2002 y los 5.000 millones de dólares en 2003. Actualmente es el fármaco modificado genéticamente de mayor éxito y la mayor variedad de fármacos modificados genéticamente. La mayoría de los pacientes que han usado EPO se sienten bien y no presentan efectos secundarios evidentes ni disfunción durante el tratamiento. Las células CHO recombinantes se pueden ampliar a escala de producción para satisfacer la demanda de EPO.
2 Insulina
Desde que Banting y otros extrajeron con éxito la insulina y la aplicaron clínicamente en 1921, ha salvado la vida de innumerables pacientes diabéticos. Sólo en el año 2000, la insulina prolongó la vida de aproximadamente 565.438 millones de personas con diabetes tipo 1 en todo el mundo. A principios de la década de 1980, la insulina humana volvió a ser una realidad comercial. A finales de la década de 1980, la insulina humana se sintetizó con éxito mediante tecnología de recombinación genética y se utilizaron Escherichia coli y levaduras como células huésped para la expresión de insulina [7].
Solo Eli Lilly and Company de Estados Unidos, Novo Nordisk de Dinamarca, Aventis de Francia y Beijing Li Gan Biotechnology Co., Ltd. de China pueden producir insulina humana a escala industrial en el país y en el extranjero. Además, solo existen los cuatro análogos de insulina mencionados anteriormente. Se produce en varios países y cada empresa solo puede producir un tipo de toalla simulada fuerte o de acción rápida. La razón principal es que la industrialización de la insulina humana biosintética es extremadamente difícil. lograrlo no se puede lograr sin una tecnología madura de fermentación de alta densidad, tecnología de purificación y experiencia en producción industrial [8].
3 vacunas
En la historia de la humanidad, ha habido muchas epidemias que causaron enormes pérdidas de vidas y propiedades. Las vacunas desempeñaron un papel muy importante en la prevención y eliminación de estas epidemias. Por ello, las vacunas están catalogadas como uno de los descubrimientos más importantes de la historia de la humanidad.
Las vacunas se pueden dividir en dos categorías: vacunas tradicionales (vacunas adicionales) y vacunas nuevas (vacunas de nueva generación) o vacunas de alta tecnología (vacunas de alta tecnología). Las vacunas tradicionales incluyen principalmente vacunas vivas atenuadas, vacunas inactivadas y vacunas de subunidades, mientras que las vacunas nuevas son principalmente vacunas genéticamente modificadas. El papel de las vacunas también ha evolucionado desde la simple prevención de enfermedades infecciosas hasta la prevención o el tratamiento de enfermedades (incluidas las enfermedades infecciosas), con igual énfasis en la prevención y el tratamiento [2].
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología, se han logrado grandes avances en la investigación y el desarrollo de vacunas para enfermedades que amenazan gravemente la vida humana, como el SIDA, el cáncer y la hepatitis, lo que también genera enormes oportunidades de negocio. [9]. En 2007, las ventas mundiales de vacunas alcanzaron los 654.380,63 millones de dólares. Según un informe de investigación publicado por Merrill Lynch, el mercado mundial de vacunas está creciendo a una tasa de crecimiento sostenido de más de 654,38 03. China es un mercado emergente para las vacunas. El mercado interno de vacunas tiene un enorme potencial de desarrollo, con una tasa de crecimiento anual de más del 15%.
En la producción de vacunas y fármacos de anticuerpos basados en cultivos celulares, las células Vero, las células BHK21, las células CHO y las células Marc145 son las células más utilizadas. La tecnología de cultivo a gran escala del reactor de estas células respalda la. nivel tecnológico de la industria. Actualmente, el foco de la investigación de la industria internacional de vacunas es establecer una plataforma tecnológica para el cultivo celular y la expresión de proteínas y seguir mejorando las tecnologías de apoyo para la producción de vacunas en el contexto de biorreactores.
4 Anticuerpos
Desde un punto de vista funcional, los anticuerpos se pueden dividir en anticuerpos terapéuticos y anticuerpos de diagnóstico según las características estructurales, los anticuerpos se pueden dividir en anticuerpos monoclonales y anticuerpos policlonales. Los anticuerpos pueden tratar eficazmente diversas enfermedades, como enfermedades autoinmunes, enfermedades cardiovasculares, enfermedades infecciosas, cáncer e inflamación [10, 11].
Una característica importante de los fármacos con anticuerpos es que su toxicidad es baja o incluso insignificante. Otra ventaja es que los propios anticuerpos pueden utilizarse como armas terapéuticas y vehículos de administración de fármacos. Además de los anticuerpos humanizados, los anticuerpos conjugados asociados con fármacos de molécula pequeña, toxinas o cargas radiactivas también muestran en teoría un gran potencial, especialmente en el tratamiento del cáncer [12].
Los anticuerpos terapéuticos son uno de los fármacos biotecnológicos más vendidos en el mundo. En 2008, las ventas de anticuerpos terapéuticos superaron los 30 mil millones de dólares, lo que representa el 40% de todo el mercado biofarmacéutico. De los 99 medicamentos biotecnológicos aprobados en los Estados Unidos, 30 son medicamentos con anticuerpos; de los 633 medicamentos biotecnológicos en investigación clínica, 192 son medicamentos con anticuerpos terapéuticos que representan la mitad de las investigaciones sobre enfermedades autoinmunes y contra el cáncer. A partir de 2007, los fármacos con anticuerpos aprobados para su comercialización por la FDA de EE. UU. se muestran en la Tabla 2 [13].
Referencia
Zhang, Sun Yu, Wang. El desarrollo de la industria biofarmacéutica estadounidense y su iluminación [J]. Información científica y tecnológica de Jiangsu 2011, 1 (5): 11-14.
[2]Wang Youtong, Wu, Wu Wenjun. El pasado, presente y futuro de la industria biofarmacéutica de China. Biotecnología médica [J].2010, 17(1): 1-14.
Wu, Wang Youtong, Wu Wenjun. 265438 Desarrollo y perspectivas de los fármacos de bioingeniería en el siglo XX [J]. Biotecnología farmacéutica, 2000, 7 (2): 65-70.
Zhu Ju, Li,. Control de fermentación industrial moderno (segunda edición) [M] Prensa de la industria química.
[5] Koury MJ, Bondurant MC. La eritropoyetina mantiene la viabilidad y maduración de las células precursoras eritroides de ratón [J Cell Physiology, 1988, 137(1):65.
[6] Zhu Zulin, Zhu Yumei, Wang Xiaohong. Aplicación de eritropoyetina humana recombinante en el tratamiento de la uremia [J Chinese Journal of Cancer Prevention and Treatment, 2002. Blood, 1997, 89(12). ): 4248-4267.
, Liu,. Descripción general de los últimos avances en investigación sobre preparados de insulina [J]. Revista china de medicina interna práctica.
Zhang Shige, Liang Jianhua. Progreso y aplicación de insulina y análogos de insulina [J]. Monografías farmacéuticas 2005, 14 (11): 21-23.
Xu Weiliang. Investigación sobre la optimización de la cadena de suministro de productos biológicos y la reducción del plazo de entrega, basada en un análisis de caso del Departamento de Vacunas de GlaxoSmithKline (China) (tesis de maestría). Universidad Jiao Tong de Shanghai, 2005.
[10]Presta LG. Ingeniería molecular y diseño de anticuerpos terapéuticos [J]. Curr Opin Immunol, 2008, 20 (4): 460.
【11】Liu XY, Pop LM, Vitetta ES. Ingeniería de anticuerpos monoclonales terapéuticos [J]. Immunology Reviews, 2008, 222: 9.
Chen Zhinan. Perspectivas de industrialización de productos biofarmacéuticos en China basados en anticuerpos. Biotecnología médica china [J]. 2007, 1(1): 2.
Yu, Daming Chen,. Estado actual y tendencias de desarrollo de los fármacos con anticuerpos [J]. Biotecnología.
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