Решение задачи: получение инсулина биотехнологическим методом

Вот решение задачи, оформленное так, чтобы школьнику было удобно переписать его в тетрадь. Задание № 1 Найдите информацию о первом получении инсулина биотехнологическим методом и сравните впервые предложенный путь получения инсулина и современные подходы к получению инсулина. Решение: 1. Первое получение инсулина биотехнологическим методом. * Впервые человеческий инсулин был получен биотехнологическим методом в 1978 году американской компанией Genentech. Это стало прорывом в медицине, так как до этого использовался инсулин, выделенный из поджелудочных желез животных (свиней и крупного рогатого скота), который мог вызывать аллергические реакции у некоторых пациентов. * Ученые использовали метод генной инженерии, чтобы заставить бактерии производить человеческий инсулин. Для этого они встроили гены, кодирующие две цепи инсулина (А и В), в плазмиды бактерий *Escherichia coli*. 2. Впервые предложенный путь получения инсулина (1978 год). * Выделение ДНК: Из клеток человека выделяли ДНК, содержащую гены, кодирующие А-цепь и В-цепь инсулина. * Вырезание фрагментов ДНК: С помощью специальных ферментов (рестриктаз) вырезали отдельные фрагменты ДНК, несущие гены А-цепи и В-цепи инсулина. * Выделение плазмид: Из бактерий *Escherichia coli* выделяли плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК, которые могут существовать и размножаться независимо от основной хромосомы бактерии. * Разрезание плазмид: Плазмиды разрезали теми же рестриктазами, что и человеческую ДНК, чтобы создать "липкие концы", способные соединяться с фрагментами человеческой ДНК. * Объединение ДНК: Фрагменты человеческой ДНК (гены А-цепи и В-цепи) встраивали в разрезанные плазмиды с помощью фермента ДНК-лигазы. Таким образом, получались рекомбинантные плазмиды, содержащие ген человеческого инсулина. * Введение в бактерии: Полученные рекомбинантные плазмиды вводили обратно в бактерии *Escherichia coli*. Этот процесс называется трансформацией. * Размножение бактерий: Бактерии с рекомбинантными плазмидами размножались, образуя множество копий плазмид и, соответственно, генов инсулина. * Синтез отдельных цепей: Бактерии начинали синтезировать А-цепь и В-цепь инсулина по отдельности. * Очистка и соединение цепей: Отдельно синтезированные А-цепь и В-цепь очищали, а затем химически соединяли друг с другом, чтобы получить функциональный человеческий инсулин. 3. Современные подходы к получению инсулина. * Современные методы получения инсулина также основаны на генной инженерии, но они стали более эффективными и совершенными. * Использование гена проинсулина: Вместо того чтобы синтезировать А- и В-цепи по отдельности, современные методы часто используют ген, кодирующий проинсулин — предшественник инсулина. Проинсулин состоит из А-цепи, В-цепи и соединяющего их С-пептида. * Экспрессия проинсулина: Ген проинсулина встраивают в плазмиды и вводят в бактерии (чаще всего *E. coli*) или дрожжи (*Saccharomyces cerevisiae*). Эти микроорганизмы синтезируют проинсулин. * Ферментативное расщепление: После выделения и очистки проинсулина его обрабатывают ферментами, которые отщепляют С-пептид, превращая проинсулин в активный инсулин. Этот процесс имитирует естественное созревание инсулина в организме человека. * Оптимизация штаммов: Используются специально выведенные штаммы бактерий или дрожжей, которые обладают высокой эффективностью синтеза белка и устойчивостью к условиям культивирования. * Улучшенные методы очистки: Разработаны более совершенные и экономичные методы очистки инсулина, что позволяет получать продукт высокой чистоты. * Производство аналогов инсулина: Современные биотехнологии позволяют создавать не только человеческий инсулин, но и его аналоги (например, инсулин лиспро, аспарт, гларгин), которые имеют измененную аминокислотную последовательность для достижения различных фармакологических свойств (быстрое или пролонгированное действие). 4. Сравнение впервые предложенного пути и современных подходов. | Признак сравнения | Впервые предложенный путь (1978 г.) | Современные подходы | | :----------------- | :---------------------------------- | :------------------- | | Исходный ген | Гены А-цепи и В-цепи по отдельности | Ген проинсулина | | Синтез в бактериях | Отдельный синтез А-цепи и В-цепи | Синтез проинсулина | | Соединение цепей | Химическое соединение А- и В-цепей после очистки | Ферментативное расщепление проинсулина до инсулина | | Сложность процесса | Более сложный процесс соединения двух цепей | Более простой и эффективный процесс созревания из проинсулина | | Эффективность | Ниже, требовал больше этапов | Выше, более оптимизированный | | Продукт | Человеческий инсулин | Человеческий инсулин и его аналоги | | Используемые организмы | В основном *Escherichia coli* | *Escherichia coli*, *Saccharomyces cerevisiae* (дрожжи) | Вывод: Первое получение инсулина биотехнологическим методом стало революционным шагом в медицине. С тех пор технологии значительно усовершенствовались. Современные подходы позволяют получать инсулин и его аналоги более эффективно, с меньшими затратами и более высоким качеством, используя ген проинсулина и оптимизированные штаммы микроорганизмов, что делает процесс более приближенным к естественному созреванию инсулина в организме.