Вопрос 2. Генная инженерия - это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов

Генная инженерия - это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.

l Ген - элементарная и структурная единица наследственности. Часть молекулы ДНК и содержит закодированную информацию об аминокислотной последовательности одного белка или рибонуклеиновой кислоты (РНК)

l Всего 30 тысяч

l Сегодня геном - это на 95% нечто, чего мы не понимаем

l В 5% генома мы знаем многое о структуре и немногое о функциях

Генная инженерия это новая, революционная технология, при помощи которой ученые могут извлекать гены из одного организма и внедрять их в любой другой. Гены это программа жизни - это биологические конструкции, из которых состоит ДНK и которые обуславливают специфические характеристики, присущие тому или другому живому организму. Пересадка генов изменяет программу организма-получателя и его клетки начинают производить различные вещества, которые, в свою очередь, создают новые характеристики внутри этого организма. При помощи этого метода исследователи могут менять особые свойства и характеристики в нужном им направлении, например: они могут вывести сорт томатов с более длительным сроком хранения или сорт соевых бобов, устойчивых к воздействию гербицидов.

БИЛЕТ № 17

1. Туннельный эффект. В чем физическая суть этого процесса. Кто первым предложил его физико-математическую интерпретацию.

Туннельный эффект - квантовое явление проникновения микрочастицы из одной классически доступной области движения в другую, отделенную от первой потенциальным барьером.

Физико-математическую интерпретацию предложил Г.А. Гамов. B 1928 году Г. А. Гамов с помощью туннельного эффекта объяснил явление - радиоактивности тяжёлых ядер.

Если рассматривать электрон в потенциальной яме, то существует конечная вероятность обнаружить (в отличие от классической механике) этот объект в области, где полная энергия меньше, чем потенциальная энергия.

2. Что такое биочипы: Как устроена система диагностики на основе биочипов.

Биологические микрочипы представляют собой массив трехмерных ячеек геля, расположенных на гидрофобной поверхности стекла. Каждая ячейка содержит индивидуальное химическое вещество, находящееся в условиях, близких к их состоянию в растворах, и служащее специфическим зондом. При взаимодействии зонда с анализируемым веществом происходит химическая или ферментативная реакция идентификации. В результате такого взаимодей­ствия возникает свечение различных ячеек чипа, причем яркость свечения тем выше, чем специфичнее взаимодействие.

ДИАГНОСТИКА.

1. Забор анализируемого образца.

2. Обработка образца.

3. Взаимодействие образца с иммобилизованными зондами биологического микрочипа.

4. Анализ биочипа после взаимодействия, те ДНК-матрица сканируется лазером или другим источником оптического возбуждения. Там где реакция гибридизации осуществилась, будут светиться флюорисцентные метки. Это свечение регистрирует фотодетектор. Следует отметить, что картина распределения свечения ячеек микрочипа является индивидуальной характеристикой анализируемого образца.

ПРИМЕНЕНИЕ.

Биочипы обрабатывают информацию в 7-8 раз быстрее, чем производятся обычные лабораторные анализы. Этот метод эффективен для проведения быстрой и точной идентификации болезнетворных вирусов и микроорганизмов (возбудителей туберкулеза, натуральной оспы, ВИЧ, гепатита и др.). Причем анализировать можно параллельно несколько образцов биологического материала. С помощью биочипов можно изучать также кинетические и термодинамические параметры молекулярных комплексов, образующихся в результате взаимодействия зонда и анализируемого вещества.

Биочипы помогают за считанные часы обнаруживать у больных лекарственно устойчивые формы туберкулеза. Еще одно очень важное медицинское применение биочипов — это диагностика лейкозов и других раковых заболеваний. Биочипы позволяют быстро, за считанные дни или даже часы различать внешне неразличимые виды лейкозов.

БИЛЕТ № 18

1. Сканирующий зондовый микроскоп. Нарисуйте и поясните принцип его работы.

Экспоненциальная зависимость туннельного тока от расстояния (2) позволяет осуществлять регулирование расстояния между зондом и образцом в туннельном микроскопе с высокой точностью. СТМ представляет собой электромеханическую систему с отрицательной обратной связью. Система обратной связи поддерживает величину туннельного тока между зондом и образцом на заданном уровне (I ₀), выбираемом оператором. Контроль величины туннельного тока, а следовательно, и расстояния зонд-поверхность осуществляется посредством перемещения зонда вдоль оси Z с помощью пьезоэлектрического элемента (рис. 42).

Рис. 42 Упрощенная схема организации обратной связи по туннельному току.

Изображение рельефа поверхности в СТМ формируется двумя способами. В режиме постоянного туннельного тока (рис. 43 (а)) зонд перемещается вдоль поверхности, осуществляя растровое сканирование; при этом изменение напряжения на Z - электроде пьезоэлемента в цепи обратной связи (с большой точностью повторяющее рельеф поверхности образца) записывается в память компьютера в виде функции Z = f (x,y), а затем воспроизводится средствами компьютерной графики.

Рис. 43. Формирование СТМ изображений поверхности в режиме постоянного туннельного тока (а) и постоянного среднего расстояния (б).

При исследовании атомарно гладких поверхностей часто более эффективным оказывается получение СТМ изображения поверхности в режиме постоянной высоты Z = const. В этом случае зонд перемещается над поверхностью на расстоянии нескольких ангстрем, при этом изменения туннельного тока регистрируются в качестве СТМ изображения поверхности (рис. 43 (б)). Сканирование производится либо при отключенной ОС, либо со скоростями, превышающими скорость реакции ОС, так что ОС отрабатывает только плавные изменения рельефа поверхности. В данном способе реализуются очень высокие скорости сканирования и высокая частота получения СТМ изображений, что позволяет вести наблюдение за изменениями, происходящими на поверхности, практически в реальном времени.

Высокое пространственное разрешение СТМ определяется экспоненциальной зависимостью туннельного тока от расстояния до поверхности. Разрешение в направлении по нормали к поверхности достигает долей ангстрема. Латеральное же разрешение зависит от качества зонда и определяется, в основном, не макроскопическим радиусом кривизны кончика острия, а его атомарной структурой. При правильной подготовке зонда на его кончике с большой вероятностью находится либо одиночный выступающий атом, либо небольшой кластер атомов, который локализует его на размерах, много меньших, чем характерный радиус кривизны острия. Действительно, туннельный ток протекает между поверхностными атомами образца и атомами зонда. Атом, выступающий над поверхностью зонда, находится ближе к поверхности на расстояние, равное величине периода кристаллической решетки. Поскольку зависимость туннельного тока от расстояния экспоненциальная, то ток в этом случае течет, в основном, между поверхностью образца и выступающим атомом на кончике зонда.

Рис. 44. Реализация атомарного разрешения в сканирующем туннельном микроскопе

С помощью таких зондов удается получать пространственное разрешение вплоть до атомарного, что продемонстрировано многими исследовательскими группами на образцах из различных материалов.