INXHINIERIA GJENETIKE, një grup metodash të biokimisë dhe gjenetikën molekulare, me ndihmën e të cilit kryhet kombinimi i drejtimit informacion gjenetik ndonjë organizëm. Inxhinieria gjenetike bën të mundur kapërcimin e barrierave natyrore ndërspeciale që pengojnë shkëmbimin e informacionit gjenetik midis llojeve të organizmave të largët taksonomikisht dhe krijimin e qelizave dhe organizmave me kombinime gjenesh që nuk ekzistojnë në natyrë, me veti të trashëguara të specifikuara. Objekti kryesor i ndikimit të inxhinierisë gjenetike është bartësi i informacionit gjenetik - acidi deoksiribonukleik (ADN), molekula e të cilit zakonisht përbëhet nga dy zinxhirë. Specifikimi i rreptë i çiftëzimit të bazave purine dhe pirimidine përcakton vetinë e komplementaritetit - korrespondencën e ndërsjellë të nukleotideve në dy zinxhirë. Krijimi i kombinimeve të reja të gjeneve doli të jetë i mundur për shkak të ngjashmërisë themelore në strukturën e molekulave të ADN-së në të gjitha llojet e organizmave, dhe universaliteti aktual i kodit gjenetik siguron shprehjen e gjeneve të huaja (manifestimi i aktivitetit të tyre funksional). në çdo lloj qelize. Kjo u lehtësua gjithashtu nga akumulimi i njohurive në fushën e kimisë së acidit nukleik, identifikimi i veçorive molekulare të organizimit dhe funksionimit të gjeneve (përfshirë vendosjen e mekanizmave për rregullimin e shprehjes së tyre dhe mundësinë e nënshtrimit të gjeneve ndaj veprimit të " elemente rregullatore të huaja), zhvillimi i metodave të sekuencës së ADN-së, zbulimi i polimerazës reaksion zinxhir, e cila bëri të mundur sintetizimin e shpejtë të çdo fragmenti të ADN-së. Parakushte të rëndësishme për shfaqjen e inxhinierisë gjenetike ishin: zbulimi i plazmideve të afta për replikim dhe transferim autonom nga një qelizë bakteriale në tjetrën, dhe fenomeni i transduksionit - transferimi i gjeneve të caktuara nga bakterofagët, gjë që bëri të mundur formulimin e idesë së vektorët: molekulat - bartës të gjeneve. Enzimat e përfshira në transformimin e acideve nukleike luajtën një rol të madh në zhvillimin e metodologjisë së inxhinierisë gjenetike: enzimat kufizuese (njohin sekuencat e përcaktuara rreptësisht - vendet - në molekulat e ADN-së dhe "prenë" vargun e dyfishtë në këto vende), ligazat e ADN-së (lidhen në mënyrë kovalente fragmente individuale të ADN-së), transkriptazë e kundërt (sintetizon një kopje plotësuese të ADN-së, ose cDNA, në një shabllon ARN), etj. Vetëm me disponueshmërinë e tyre, krijimi i strukturave artificiale është bërë një detyrë teknikisht e realizueshme. Enzimat përdoren për të marrë fragmente individuale të ADN-së (gjene) dhe për të krijuar hibride molekulare - ADN rekombinante (recDNA) bazuar në ADN-në e plazmideve dhe viruseve. Këta të fundit dërgojnë gjenin e dëshiruar në qelizën pritëse, duke siguruar riprodhimin e tij atje (klonimin) dhe formimin e produktit përfundimtar të gjenit (shprehjen e tij).
Parimet e krijimit të molekulave të ADN-së rekombinante. Termi "inxhinieri gjenetike" u përhap pasi P. Berg dhe kolegët e tij morën për herë të parë ADN rekombinante në vitin 1972, e cila ishte një hibrid në të cilin ishin fragmente të ADN-së të bakterit Escherichia coli, virusi i tij (bakteriofagu λ) dhe ADN e virusit simian SV40. të kombinuara (Fig. 1). Në vitin 1973, S. Cohen dhe bashkëpunëtorët përdorën plazmidin pSC101 dhe një enzimë kufizuese (EcoRI), e cila e thyen atë në një vend në mënyrë të tillë që të formohen "bishte" të shkurtra plotësuese me një fije floku (zakonisht 4-6 nukleotide). në skajet e molekulës së ADN-së me dy vargje. Ata quhen "ngjitës" sepse mund të çiftëzohen (të ngjiten së bashku, si të thuash) me njëri-tjetrin. Kur një ADN e tillë u përzie me fragmente të ADN-së së huaj të trajtuar me të njëjtën enzimë kufizuese dhe me të njëjtat skaje ngjitëse, u përftuan plazmide të reja hibride, secila prej të cilave përmbante të paktën një fragment të ADN-së së huaj të futur në vendin EcoRI të plazmidit (Fig. 2) . U bë e qartë se fragmente të ADN-së së huaj të ndryshme të marra nga mikroorganizmat dhe eukariotët më të lartë mund të futen në plazmide të tilla.
Strategjia kryesore moderne për marrjen e recDNA është si më poshtë:
1) Fragmentet e ADN-së që i përkasin një organizmi tjetër që përmbajnë gjene të caktuara ose sekuenca nukleotide të fituara artificialisht me interes për studiuesin, futen në ADN-në e një plazmidi ose virusi që mund të riprodhohet në mënyrë të pavarur nga kromozomi;
2) molekulat hibride që rezultojnë futen në qeliza të ndjeshme prokariote ose eukariote, ku ato përsëriten (shumohen, përforcohen) së bashku me fragmentet e ADN-së të ndërtuara në to;
3) klonet qelizore zgjidhen në formën e kolonive në media të veçanta ushqyese (ose viruse në formën e zonave të pastrimit - pllaka në një shtresë të rritjes së vazhdueshme të qelizave bakteriale ose kulturave të indeve të kafshëve), që përmbajnë llojet e kërkuara të molekulave recDNA dhe subjekteve ato për studime gjithëpërfshirëse strukturore dhe funksionale. Për të lehtësuar përzgjedhjen e qelizave në të cilat është e pranishme recDNA, përdoren vektorë që përmbajnë një ose më shumë shënues. Në plazmidet, për shembull, gjenet e rezistencës ndaj antibiotikëve mund të shërbejnë si shënues të tillë (qelizat që përmbajnë recDNA zgjidhen në bazë të aftësisë së tyre për t'u rritur në prani të një antibiotiku të veçantë). RecADNA që bart gjenet e dëshiruara zgjidhet dhe futet në qelizat marrëse. Nga ky moment, fillon klonimi molekular - marrja e kopjeve të recDNA, dhe, rrjedhimisht, kopjeve të gjeneve të synuara në përbërjen e tij. Vetëm nëse është e mundur të ndahen të gjitha qelizat e transfektuara ose të infektuara, çdo klon do të përfaqësohet nga një koloni e veçantë qelizash dhe do të përmbajë një recDNA specifike. Në fazën përfundimtare, kryhet identifikimi (kërkimi) i kloneve që përmbajnë gjenin e dëshiruar. Ajo bazohet në faktin se një futje në recDNA përcakton disa veti unike të qelizës që e përmban atë (për shembull, produktin e shprehjes së gjenit të futur). Në eksperimentet e klonimit molekular, respektohen 2 parime bazë: asnjë nga qelizat ku ndodh klonimi i recDNA nuk duhet të marrë më shumë se një molekulë plazmide ose grimcë virale; ky i fundit duhet të jetë i aftë për replikim.
Një gamë e gjerë e ADN-ve plazmide dhe virale përdoren si molekula vektoriale në inxhinierinë gjenetike. Vektorët më të njohur të klonimit përmbajnë disa shënues gjenetikë dhe kanë një vend veprimi për enzima të ndryshme kufizuese. Kërkesa të tilla, për shembull, plotësohen më së miri nga plazmidi pBR322, i cili u ndërtua nga një plazmid origjinal natyral duke përdorur metoda të përdorura gjatë punës me recDNA; Ai përmban gjene për rezistencën ndaj ampicilinës dhe tetraciklinës, si dhe një vend njohjeje për 19 enzima të ndryshme kufizuese. Një rast i veçantë i vektorëve të klonimit janë vektorët e shprehjes, të cilët, së bashku me amplifikimin, sigurojnë shprehje korrekte dhe efektive të gjeneve të huaja në qelizat marrëse. Në disa raste, vektorët molekularë mund të sigurojnë integrimin e ADN-së së huaj në gjenomën e një qelize ose virusi (ata quhen vektorë integrues).
Nje nga detyrat më të rëndësishme inxhinieri gjenetike - krijimi i shtameve të baktereve ose majave, linjave qelizore të indeve shtazore ose bimore, si dhe bimëve dhe kafshëve transgjenike (shih Organizmat transgjenikë), të cilat do të siguronin shprehje efektive të gjeneve të klonuara në to. Një nivel i lartë i prodhimit të proteinave arrihet kur gjenet klonohen në vektorë të shumëfishtë, sepse në këtë rast, gjeni i synuar do të jetë i pranishëm në sasi të mëdha në qelizë. Është e rëndësishme që sekuenca koduese e ADN-së të jetë nën kontrollin e një promotori që njihet në mënyrë efektive nga ARN polimeraza e qelizës dhe që mRNA që rezulton të jetë relativisht e qëndrueshme dhe e përkthyer në mënyrë efikase. Përveç kësaj, një proteinë e huaj e sintetizuar në qelizat marrëse nuk duhet t'i nënshtrohet degradimit të shpejtë nga proteazat ndërqelizore. Kur krijohen kafshë dhe bimë transgjenike, shpesh arrihet shprehja specifike për indet e gjeneve të synuara të futura.
Meqenëse kodi gjenetik është universal, mundësia e shprehjes së gjenit përcaktohet vetëm nga prania në përbërjen e tij të sinjaleve për fillimin dhe përfundimin e transkriptimit dhe përkthimit, të njohura saktë nga qeliza pritëse. Meqenëse shumica e gjeneve të eukariotëve më të lartë kanë një strukturë ekzon-intron të ndërprerë, si rezultat i transkriptimit të gjeneve të tilla, formohet një lajmëtar ARN pararendës (pre-mRNA), nga i cili, gjatë bashkimit të mëvonshëm, sekuencat jo-koduese - intronet - ndahen dhe krijohet mARN i maturuar. Gjene të tilla nuk mund të shprehen në qelizat bakteriale ku nuk ka sistem bashkimi. Për të kapërcyer këtë pengesë, një kopje e ADN-së (cDNA) sintetizohet në molekulat e pjekura të mRNA duke përdorur transkriptazën e kundërt, së cilës i shtohet një varg i dytë duke përdorur ADN polimerazën. Fragmente të tilla të ADN-së që korrespondojnë me sekuencën koduese të gjenit (që nuk ndahen më nga nitronet) mund të futen në një vektor molekular të përshtatshëm.
Duke ditur sekuencën e aminoacideve të polipeptidit të synuar, është e mundur të sintetizohet sekuenca nukleotide që e kodon atë, duke marrë të ashtuquajturin gjenin ekuivalent dhe ta integrojmë atë në vektorin përkatës të shprehjes. Kur krijojnë një gjen ekuivalent, ata zakonisht marrin parasysh degjenerimin e kodit gjenetik (20 aminoacide janë të koduara nga 61 kodone) dhe shpeshtësinë e shfaqjes së kodoneve për secilin aminoacid në qelizat në të cilat është planifikuar të futet ky gjen. , meqenëse përbërja e kodoneve mund të ndryshojë ndjeshëm në organizma të ndryshëm. Kodonet e zgjedhura saktë mund të rrisin ndjeshëm prodhimin e proteinës së synuar në qelizën marrëse.
Rëndësia e inxhinierisë gjenetike. Inxhinieria gjenetike ka zgjeruar ndjeshëm kufijtë eksperimentalë të biologjisë molekulare, pasi është bërë e mundur të prezantohet Llojet e ndryshme ADN-në e huaj të qelizave dhe studiojnë funksionet e saj. Kjo bëri të mundur identifikimin e modeleve të përgjithshme biologjike të organizimit dhe shprehjes së informacionit gjenetik në organizma të ndryshëm. Kjo qasje ka hapur perspektiva për krijimin e prodhuesve thelbësisht të rinj mikrobiologjikë të substancave biologjikisht aktive, si dhe kafshëve dhe bimëve që mbajnë gjenet e huaja funksionalisht aktive. Shumë proteina njerëzore biologjikisht aktive më parë të paarritshme, duke përfshirë interferonet, interleukinat, hormonet peptide, faktorët e gjakut, filluan të prodhohen në sasi të mëdha në qelizat e baktereve, majave ose gjitarëve dhe përdoren gjerësisht në mjekësi. Për më tepër, është bërë e mundur të krijohen artificialisht gjenet që kodojnë polipeptide kimerike që kanë vetitë e dy ose më shumë proteinave natyrore. E gjithë kjo i dha një shtysë të fuqishme zhvillimit të bioteknologjisë.
Objektet kryesore të inxhinierisë gjenetike janë bakteret Escherichia coli (Escherichia coli) dhe Bacilltis subtilis (sana e bacilit), majaja e bukëpjekësit Saccharomices cerevisiae dhe linjat e ndryshme qelizore të gjitarëve. Gama e objekteve të ndikimit të inxhinierisë gjenetike po zgjerohet vazhdimisht. Fushat e kërkimit mbi krijimin e bimëve dhe kafshëve transgjenike po zhvillohen intensivisht. Metodat e inxhinierisë gjenetike përdoren për të krijuar gjeneratat më të reja vaksinat kundër agjentëve të ndryshëm infektivë (e para prej tyre u krijua në bazë të majasë që prodhon proteinën sipërfaqësore të virusit të hepatitit B të njeriut). Shumë vëmendje i kushtohet zhvillimit të vektorëve të klonimit të bazuar në viruset e gjitarëve dhe përdorimit të tyre për të krijuar vaksina të gjalla polivalente për nevoja veterinare dhe mjekësore, si dhe vektorë molekularë për terapinë gjenetike të tumoreve të kancerit dhe sëmundjeve trashëgimore. Është zhvilluar një metodë për futjen e drejtpërdrejtë të recDNA në trupin e njerëzve dhe kafshëve, duke drejtuar prodhimin e antigjeneve të agjentëve të ndryshëm infektivë në qelizat e tyre (vaksinimi i ADN-së). Drejtimi më i ri i inxhinierisë gjenetike është krijimi i vaksinave të ngrënshme të bazuara në bimë transgjenike, si domatet, karotat, patatet, misri, marule etj., duke prodhuar proteina imunogjene të agjentëve infektivë.
Shqetësimet që lidhen me eksperimentet e inxhinierisë gjenetike. Menjëherë pas eksperimenteve të para të suksesshme për marrjen e recDNA, një grup shkencëtarësh të udhëhequr nga P. Berg propozuan kufizimin e kryerjes së një numri eksperimentesh të inxhinierisë gjenetike. Këto shqetësime bazoheshin në faktin se vetitë e organizmave që përmbajnë informacion gjenetik të huaj janë të vështira për t'u parashikuar. Ato mund të fitojnë karakteristika të padëshirueshme, të prishin ekuilibrin ekologjik dhe të çojnë në shfaqjen dhe përhapjen e sëmundjeve të pazakonta te njerëzit, kafshët dhe bimët. Përveç kësaj, u vu re se ndërhyrja njerëzore në aparatin gjenetik të organizmave të gjallë është imorale dhe mund të shkaktojë pasoja të padëshirueshme sociale dhe etike. Në vitin 1975, këto probleme u diskutuan në një konferencë ndërkombëtare në Asilomar (SHBA). Pjesëmarrësit e saj arritën në përfundimin se ishte e nevojshme të vazhdonin të përdornin metodat e inxhinierisë gjenetike, por pajtueshmërinë e detyrueshme rregulla dhe rekomandime të caktuara. Më pas, këto rregulla, të vendosura në një sërë vendesh, u zbutën ndjeshëm dhe u reduktuan në teknika të zakonshme në kërkimin mikrobiologjik, krijimin e pajisjeve speciale mbrojtëse që parandalojnë përhapjen e agjentëve biologjikë në mjedis, përdorimin e vektorëve të sigurt dhe qelizave marrëse. nuk riprodhohen në kushte natyrore.
Shpesh, inxhinieria gjenetike kuptohet vetëm si punë me recDNA, dhe termat "klonim molekular", "klonim i ADN-së" dhe "klonim i gjeneve" përdoren si sinonime për inxhinierinë gjenetike. Megjithatë, të gjitha këto koncepte pasqyrojnë përmbajtjen e vetëm operacioneve individuale të inxhinierisë gjenetike dhe për këtë arsye nuk janë ekuivalente me termin "inxhinieri gjenetike". Në Rusi, termi "inxhinieri gjenetike" përdoret gjerësisht si sinonim për inxhinierinë gjenetike. Megjithatë, përmbajtja semantike e këtyre termave është e ndryshme: inxhinieria gjenetike synon të krijojë organizma me një program të ri gjenetik, ndërsa termi "inxhinieri gjenetike" shpjegon se si bëhet kjo - duke manipuluar gjenet.
Lit.: Shchelkunov S.N. Novosibirsk, 1986; aka. Inxhinieri gjenetike. Botimi i dytë, Novosibirsk, 2004; Watson J., Tooze J., Kurtz D. ADN rekombinante. M., 1986; Klonimi i ADN-së. Metodat. M., 1988; E re në klonimin e ADN-së: Metodat. M., 1989.
Inxhinieri gjenetike (gjenetike).
Inxhinieri gjenetike (gjenetike).– ndërtim artificial i strukturave gjenetike dhe organizmave të modifikuar trashëgimisht. Inxhinieria gjenetike është një seksion (degë e aplikuar) e gjenetikës molekulare e lidhur me krijimin e synuar të molekulave të reja të ADN-së të afta për t'u shumuar në një qelizë pritëse. Në këtë rast, ndodh një ndryshim artificial, i qëllimshëm në gjenotipin e organizmit (mikroorganizëm) dhe formimi i karakteristikave dhe vetive të reja. Inxhinieria gjenetike merret me dekodimin e strukturës së gjeneve, sintezën dhe klonimin e tyre, si dhe me futjen e gjeneve të izoluara nga qelizat e organizmave të gjallë në qelizat e bimëve dhe kafshëve në mënyrë që të ndryshojnë në mënyrë specifike karakteristikat e tyre gjenetike.
Metodat e zhvilluara mirë të inxhinierisë gjenetike janë transgjeneza, sinteza mikrobiologjike etj.
Transgjeneza– transferimi i gjeneve nga një lloj organizmi në tjetrin. Transgjeneza kryhet duke prerë dhe qepur seksione të ADN-së me pjesëmarrjen e enzimave - enzimave kufizuese dhe ligazave.
Fazat e transgjenezës:
a) izolimi i gjeneve (fragmenteve të ADN-së) nga qelizat bakteriale, bimore ose shtazore duke përdorur një enzimë enzimat kufizuese;
b) lidhja (lidhja) e gjeneve (fragmenteve të ADN-së) me një plazmid duke përdorur një enzimë ligazat;
c) futja e një ADN plazmide hibride që përmban gjenin e dëshiruar në qelizën pritëse;
d) kopjimi (klonimi) i këtij gjeni në qelizën strehuese dhe sigurimi i funksionimit të tij sipas skemës: “Kodi i ADN-së – transkriptimi – përkthimi – proteina”
Mjetet e inxhinierisë gjenetike janë enzima të zbuluara në 1974 - enzimat kufizuese (endonukleazat kufizuese). Enzimat kufizuese njohin seksionet (vendet) e ADN-së dhe bëjnë prerje në fijet e ADN-së. Në skajet e secilit fragment, formohen bishta me një fije, të quajtur " skajet ngjitëse" pasi ato, si të thuash, mund të qëndrojnë së bashku për shkak të komplementaritetit.
Enzimat kufizuese njohin një sekuencë specifike të nukleotideve të ADN-së në ADN me dy fije. Enzima kufizuese më pas ngjitet në vendin e njohur të nukleotideve dhe e pret atë në vendin e lidhjes. Më shpesh, enzimat kufizuese njohin rajone me 4-6 çifte nukleotide në një molekulë të ADN-së dhe prenë të dy vargjet e ADN-së në mes të këtyre rajoneve ose zakonisht me një zhvendosje. Shembuj të enzimave kufizuese: enzimë kufizuese Eco RI, i cili njeh një fragment të ADN-së prej gjashtë nukleotideve GAATTC (vendi i prerë midis nukleotideve G dhe A të të dy vargjeve të ADN-së); enzimë kufizuese Hind III njeh rajonin AAGCTT (vendi i prerjes midis nukleotideve A dhe A të të dy vargjeve të ADN-së); enzimë kufizuese Bam I njeh rajonin GGATCC (vendin e prerjes midis nukleotideve G dhe G të të dy vargjeve të ADN-së); enzimë kufizuese Hae III njeh vendin e GGC (vendin e prerë midis nukleotideve G dhe C të të dy vargjeve të ADN-së); enzimë kufizuese Hpa II njeh regjionin CCGG (vendi i prerjes ndërmjet nukleotideve C dhe C të të dy vargjeve të ADN-së).
Më pas, për të ndërtuar një organizëm të modifikuar gjenetikisht, është e nevojshme futja e gjenit të dëshiruar në qelizën e këtij organizmi. Futja e gjeneve të huaja në trup kryhet duke përdorur vektor plazmidik. Vektori është plazmidi – molekulë e vogël rrethore e ADN-së e cila nxirret nga citoplazma e një qelize bakteriale. Plazmidet– faktorët e trashëgimisë që ndodhen jashtë kromozomeve, që përfaqësojnë ADN ekstrakromozomale.
Oriz. 37.
A– Skema për futjen e ADN-së së huaj në një plazmid bakterial duke përdorur enzima (endonukleaza restriksionale dhe ligaza).
B– Skema e transferimit të gjeneve njerëzore përgjegjëse për sintezën e hormonit të insulinës dhe formimin e ADN-së vektoriale.
Vetitë e plazmidit: 1) ka aftësinë për replikim autonom; 2) përmban gjene që kodojnë antibiotikët; 3) janë në gjendje të integrohen në kromozomin e qelizës marrëse; 4) njeh seksione të ADN-së që mund të priten nga enzimat kufizuese; 5) një enzimë kufizuese mund të presë plazmidin dhe ta transferojë atë në një gjendje lineare. Studiuesit përdorin këto veti të plazmidit për të marrë ADN rekombinante (hibride).
Sekuenca e futjes së ADN-së në një plazmid (vektor plazmid) duke përdorur një enzimë kufizuese(Fig. 37 A):
1) kufizim– prerja e molekulës së ADN-së me një enzimë kufizuese, formimi i fragmenteve të ADN-së dhe izolimi i gjenit të kërkuar;
2) përfshirja e gjenit të izoluar në një plazmid, d.m.th., marrja e ADN-së rekombinante (hibride) duke futur një fragment të ADN-së së huaj në një plazmid;
3) lidhja– ndërlidhja e enzimës ligaza plazmid (vektor) dhe fragmente të huaja të ADN-së; në këtë rast, skajet e vektorit dhe ADN-së së huaj (të ashtuquajturat "skajet ngjitëse") janë plotësuese me njëri-tjetrin;
4) transformimi– futja e një plazmidi rekombinant në gjenomën e një qelize tjetër (qelizë marrëse), në veçanti të një qelize bakteriale.
Duhet të theksohet se plazmidet depërtojnë vetëm në një pjesë të baktereve të trajtuara. Bakteret e transformuara, së bashku me plazmidet, fitojnë rezistencë ndaj një antibiotiku të caktuar, gjë që bën të mundur ndarjen e tyre nga bakteret e patransformuara që vdesin në një mjedis që përmban një antibiotik. Secila prej baktereve të transformuara vendoset në medium ushqyes, shumohet dhe formon një koloni me mijëra pasardhës - një klon.
5) skriningu– përzgjedhja midis baktereve të transformuara të atyre që përmbajnë plazmide me gjenin e dëshiruar.
Kafshët dhe bimët transgjenike
Gjenet e klonuara futen në vezët e gjitarëve ose protoplastet e bimëve (një qelizë e izoluar pa mur qelizor) duke përdorur mikroinjeksion, dhe më pas prej tyre rriten kafshë ose bimë, në gjenomin e të cilëve veprojnë gjenet e huaja. Quhen bimët dhe kafshët, gjenomi i të cilave është ndryshuar përmes operacioneve të inxhinierisë gjenetike organizatat transgjenike (bimët dhe kafshët transgjenike), sepse përmban gjene të huaja. Janë marrë minj transgjenikë, lepuj, derra dhe dele. Gjenomi i tyre përmban gjene nga bakteret, gjitarët dhe njerëzit. Janë marrë bimë transgjenike (misër, speca, domate, grurë, thekër, bishtajore, patate etj.) që përmbajnë gjene nga specie të palidhura. Bimët transgjenike janë rezistente ndaj herbicideve, insekteve, kushteve të pafavorshme të shiut etj. Problemi i ndryshimit të trashëgimisë së shumë bimëve bujqësore po zgjidhet gradualisht.
Harta gjenetike e kromozomeve. Terapia gjenetike
Një hartë gjenetike e kromozomeve është një diagram pozicioni relativ gjenet në të njëjtin grup lidhjesh. Harta të tilla përpilohen për çdo çift kromozomesh homologe. Harta gjenetike tregon renditjen e gjeneve në kromozom dhe distancën ndërmjet tyre (përqindja e kryqëzimit midis gjeneve të caktuara). Kështu, krijimi i shtameve të reja të mikroorganizmave të aftë për të sintetizuar hormone, proteina dhe medikamente bazohet në njohuritë e hartave gjenetike të mikroorganizmave. Hartat gjenetike njerëzore janë thelbësore për gjenetikën mjekësore. Njohuritë për lokalizimin e një gjeni në një kromozom specifik përdoren në diagnostikimin e një sërë sëmundjesh trashëgimore, si dhe në terapinë gjenetike për të korrigjuar strukturën dhe funksionin e gjeneve.
Terapia gjenetike - duke zëvendësuar gjenet me defekt me ato të paprekura, ose duke korrigjuar strukturën e tyre.
Për të luftuar sëmundjet trashëgimore, onkologjike dhe të lidhura me moshën, po zhvillohen metoda të terapisë gjenetike që janë të sigurta për qelizat njerëzore. Duke përdorur metodat e terapisë gjenetike, është e mundur të zëvendësohen gjenet me defekt në trup, në të cilat kanë ndodhur mutacione me ato të paprekura. Në ditët e sotme, shkencëtarët po zotërojnë metoda biosiguria njerëzore: futja e gjeneve të nevojshme në qelizat e trupit të njeriut. Kjo do t'ju lejojë të shpëtoni nga shumë sëmundje trashëgimore.
Sinteza mikrobiologjike
Metodat e inxhinierisë gjenetike kanë bërë të mundur zbatimin sinteza mikrobiologjike(Fig. 37 B). Duke përdorur metoda të inxhinierisë gjenetike, mikrobiologët arritën të merrnin shtame bakteresh, falë të cilave kryhet me sukses sinteza mikrobiologjike. Për ta bërë këtë, zgjidhen qelizat e nevojshme bakteriale që nuk përmbajnë plazmide. Molekulat e ADN-së me një sekuencë të caktuar të nukleotideve që përcaktojnë zhvillimin janë të izoluara shenjën e dëshiruar. Një plazmid me një seksion të integruar të ADN-së (gjenom) futet në një qelizë bakteriale, në të cilën fillon të funksionojë seksioni i integruar i ADN-së (bëhen proceset e riprodhimit, transkriptimit, përkthimit) dhe proteina e nevojshme (interferoni, geneferoni, imunoglobulina, insulina, somatotropina, etj.) sintetizohet në qelizën bakteriale. Hormonet (insulina, somatotropina), shumë aminoacide, antibiotikë, vaksina etj., merren në sasi industriale Bakteret e tilla shumohen në shkallë industriale dhe prodhojnë proteinën e nevojshme.
Me anë të metodave gjenetike u përftua një lloj i mikroorganizmit Pseudomonas denitrificans, i cili prodhon dhjetëra herë më shumë vitaminë C dhe B sesa forma origjinale; një lloj i ri i bakterit Micrococcus glutamicus sekreton qindra herë më shumë aminoacid lizinë sesa kultura origjinale (e egër) e bakterit që prodhon lizinë.
Inxhinieria e qelizave
Inxhinieria e qelizave– kultivimi i qelizave ose indeve individuale në mjedise të veçanta artificiale, zhvillimi i metodave për krijimin e një lloji të ri qelizash duke i hibridizuar ato, duke zëvendësuar kromozome dhe duke rritur hibride prej tyre.
1. Metoda e kulturës së indit
Metoda konsiston në kultivimin e qelizave të izoluara ose pjesëve të indeve në një mjedis ushqyes artificial në kushte të përshtatshme mikroklimatike. Si rezultat i kultivimit, qelizat bimore ose pjesët e indeve rigjenerohen në një bimë të tërë. Me përhapjen mikroklonale të qelizave individuale ose pjesëve të indeve (zakonisht meristem apikal i kërcellit ose rrënjës), mund të përftohen shumë bimë të dobishme. Kushtet mikroklimatike dhe mjediset ushqyese për rigjenerimin e bimëve zbukuruese, kulturore dhe mjekësore janë përzgjedhur në mënyrë eksperimentale. Për të marrë përdoret edhe kultura e indeve bimët diploide pas trajtimit të formave haploide origjinale me kolkicinë.
2. Hibridizimi somatik
Hibridizimi somatik përfshin prodhimin e qelizave hibride, dhe prej tyre - forma të reja; fekondimi artificial i vezëve.
Marrja e bimëve të reja hibride me shkrirjen e protoplasteve (bërthamë dhe citoplazmë) të qelizave të ndryshme në kulturën e indeve. Për të bashkuar protoplastet, muri qelizor i bimëve shkatërrohet me ndihmën e enzimave dhe fitohet një protoplast i izoluar. Gjatë kultivimit të protoplasteve të tilla tipe te ndryshme bimët bashkohen dhe formojnë forma me karakteristika të reja të dobishme. Fekondimi artificial i vezëve kryhet duke përdorur metodën e fekondimit in vitro (IVF), e cila lejon fekondimin e vezëve in vitro me implantimin e mëvonshëm të embrionit në një fazë të hershme të zhvillimit dhe për të kapërcyer disa forma të infertilitetit tek njerëzit.
3. Inxhinieria e kromozomeve– zëvendësimi i kromozomeve individuale në qelizat bimore ose shtimi i kromozomeve të reja. Diploidët kanë çifte kromozomesh homologe dhe organizma të tillë quhen dizomikë. Nëse një kromozom lihet në një çift të vetëm, atëherë formohet një monozomi. Nëse shtoni një kromozom të tretë homolog në ndonjë çift, formohet një trizomik, etj. Është e mundur të zëvendësohen kromozome individuale të një specie me kromozome të një specie tjetër. Marrë format quhen të zëvendësuara.
.(Burimi: "Biologji. Enciklopedi moderne e ilustruar." Kryeredaktor A. P. Gorkin; M.: Rosman, 2006.)
Shihni se çfarë është "inxhinieria gjenetike" në fjalorë të tjerë:
Inxhinieri gjenetike- një degë e gjenetikës molekulare e lidhur me krijimin e synuar in vitro të kombinimeve të reja të materialit gjenetik (ADN-ja rekombinante) të afta për riprodhim dhe funksionim në një qelizë pritëse. Burimi… Fjalor-libër referues i termave të dokumentacionit normativ dhe teknik
Njëlloj si inxhinieria gjenetike... Fjalori i madh enciklopedik
Sipas përcaktimit të Ligjit Federal për rregullimin shtetëror në fushën e veprimtarive të inxhinierisë gjenetike të datës 5 qershor 1996, një grup teknikash, metodash dhe teknologjish, përfshirë. teknologjitë për prodhimin e acideve ribonukleike dhe deoksiribonukleike rekombinante, sipas ... Fjalori ligjor
INXHINIERIA GJENETIKE, teknika e krijimit të një molekule të ADN-së (acid dezoksiribonukleik) me një gjen të dëshiruar, e cila më pas futet në qelizën e një bakteri, kërpudhe (majaje), bime ose gjitari në mënyrë që të prodhojë proteinën e dëshiruar. Metodologjia...... Fjalor enciklopedik shkencor dhe teknik
Një degë e gjenetikës që zhvillon teknika për manipulimin e NK dhe përdor këto metoda për kërkimin gjenetik dhe marrjen e organizmave me gjenome të përziera, duke përfshirë ato të dobishme për mjekësinë dhe ekonominë kombëtare. (Burimi: “Fjalori i termave... ... Fjalori i mikrobiologjisë
Inxhinieri gjenetike- një grup metodash dhe teknologjish, duke përfshirë teknologjitë për prodhimin e acideve ribonukleike dhe deoksiribonukleike rekombinante, për izolimin e gjeneve nga trupi, manipulimin e gjeneve dhe futjen e tyre në organizma të tjerë;... Burimi ... Terminologjia zyrtare
Inxhinieri gjenetike- - Temat e bioteknologjisë EN inxhinieri biomolekulare ... Udhëzues teknik i përkthyesit
INXHINIERI GJENETIKE- një grup teknikash, metodash dhe teknologjish, përfshirë. teknologjitë për prodhimin e acideve ribonukleike rekombinante (ARN) dhe deoksiribonukleike (ADN), për izolimin e gjeneve nga trupi, manipulimin e gjeneve dhe futjen e tyre në... ... Enciklopedia juridike
Termi inxhinieri gjenetike Termi në anglisht inxhinieri gjenetike Sinonime inxhinieri gjenetike Shkurtesat Terma të ndërlidhura shpërndarje e gjeneve, bioinxhinieri, motorë biologjikë, gjenom, ADN, ARN, oligonukleotide, plazmide, enzimë, terapi gjenetike ... Fjalor Enciklopedik i Nanoteknologjisë
Njësoj si inxhinieria gjenetike. * * * INXHINIERIA GJENETIKE INXHINIERIA GJENETIKE, njëlloj si inxhinieria gjenetike (shih INXHINIERIA GJENETIKE) ... fjalor enciklopedik
Inxhinieri gjenetike- Inxhinieri Gjenetike Inxhinieri Gjenetike Teknologjia e ADN-së rekombinante. Ndryshimi, duke përdorur teknika biokimike dhe gjenetike, materiali kromozomik - substanca kryesore trashëgimore e qelizave. Materiali kromozomik përbëhet nga... Fjalor shpjegues anglisht-rusisht për nanoteknologjinë. - M.
libra
- Inxhinieria gjenetike në bioteknologji. Libër shkollor, Zhuravleva Galina Anatolyevna. Teksti shkollor "Inxhinieria gjenetike në bioteknologji" është përgatitur në përputhje me Standardin Federal të Arsimit Shtetëror për Arsimin e Lartë Profesional në specialitetin 020400 "Biologji" dhe bazohet në leksione të mbajtura prej më shumë se 10 vitesh në Fakultetin e Biologjisë...
Ministria e Bujqësisë e Federatës Ruse
Institucioni Federal Arsimor Shtetëror i Arsimit të Lartë Profesional "Akademia Bujqësore Shtetërore Ural"
në disiplinën "Genetika Veterinare"
në temën e: "Inxhinieria gjenetike - e tashmja dhe e ardhmja"
E kryer:
Student i FVM
Viti i 2-të Grupi i 2-të Grupi i 3-të
Shmakova T.S.
Kontrolluar:
Erofeeva L.F.
Ekaterinburg 2008
Prezantimi
1. Metodat e inxhinierisë gjenetike
2. Arritjet e inxhinierisë gjenetike
3. Inxhinieria gjenetike: të mirat dhe të këqijat
4. Perspektivat për inxhinierinë gjenetike
Lista e literaturës së përdorur
Prezantimi
Inxhinieri gjenetike– një grup teknikash, metodash dhe teknologjish për marrjen e ARN-së dhe ADN-së rekombinante, izolimin e gjeneve nga një organizëm (qelizat), manipulimin e gjeneve dhe futjen e tyre në organizma të tjerë. Inxhinieria gjenetike shërben për të marrë cilësitë e dëshiruara të një organizmi të modifikuar.
Inxhinieri gjenetike nuk është një shkencë në kuptimin e gjerë, por është një mjet i bioteknologjisë, duke përdorur kërkime të tilla shkencat biologjike, si biologjia molekulare, citologjia, gjenetika, mikrobiologjia. Më së shumti një ngjarje e ndritshme, e cila tërhoqi vëmendjen më të madhe dhe ishte shumë e rëndësishme në pasojat e saj, ishte një sërë zbulimesh, rezultati i të cilave ishte krijimi i metodave për kontrollin e trashëgimisë së organizmave të gjallë dhe kontrollin e saj duke depërtuar në "të shenjtët e të shenjtëve" të një qeliza e gjallë - aparati i saj gjenetik.
Niveli aktual i njohurive tona të biokimisë, biologjisë molekulare dhe gjenetikës na lejon të llogarisim në zhvillimin e suksesshëm të bioteknologjisë së re - Inxhinieri gjenetike, d.m.th. një grup metodash që lejojnë, nëpërmjet operacioneve in vitro, transferimin e informacionit gjenetik nga një organizëm në tjetrin. Transferimi i gjeneve bën të mundur tejkalimin e barrierave ndërspeciale dhe transferimin e karakteristikave individuale trashëgimore të një organizmi në tjetrin. Qëllimi i inxhinierisë gjenetike nuk është të kthejë mitet në realitet, por të marrë qeliza (kryesisht bakteriale) të afta për të prodhuar disa proteina "njerëzore" në një shkallë industriale.
1. Metodat e inxhinierisë gjenetike
Metoda më e zakonshme e inxhinierisë gjenetike është metoda e marrjes së rekombinantit, d.m.th. që përmban një gjen të huaj, plazmid. Plazmidet janë molekula rrethore të ADN-së me dy zinxhirë të përbërë nga disa palë nukleotide. Plazmidet janë elemente gjenetike autonome që riprodhohen (d.m.th. shumohen) në qelizën bakteriale në një kohë të ndryshme nga molekula kryesore e ADN-së. Megjithëse plazmidet përbëjnë vetëm një pjesë të vogël të ADN-së qelizore, ato mbartin gjene jetike për bakterin, siç janë gjenet e rezistencës ndaj ilaçeve. Plazmide të ndryshme përmbajnë gjene të ndryshme të rezistencës antibakteriale.
Shumica e këtyre barnave - antibiotikët - përdoren si ilaçe në trajtimin e një sërë sëmundjesh te njerëzit dhe kafshët shtëpiake. Një bakter që ka plazmide të ndryshme bëhet rezistent ndaj antibiotikëve dhe kripërave të ndryshme Metalet e renda. Kur një antibiotik i caktuar vepron në qelizat bakteriale, plazmidet që i japin rezistencë atij përhapen shpejt midis baktereve, duke i mbajtur ato gjallë. Përdoret thjeshtësia e plazmideve dhe lehtësia me të cilën ato depërtojnë në baktere inxhinierë gjenetikë për futjen e gjeneve në qelizat bakteriale organizmat më të lartë.
Enzimat – endonukleazat kufizuese, ose limitazat – janë mjete të fuqishme të inxhinierisë gjenetike. Kufizimi fjalë për fjalë do të thotë "kufizim". Qelizat bakteriale prodhojnë enzima kufizuese për të shkatërruar ADN-në e huaj, kryesisht fagun, e cila është e nevojshme për të kufizuar infeksionin viral. Enzimat kufizuese njohin sekuenca të caktuara nukleotide dhe futin thyerje simetrike, të ndara në mënyrë të pjerrët në vargjet e ADN-së në distanca të barabarta nga qendra e vendit të njohjes. Si rezultat, në skajet e çdo fragmenti të ADN-së të kufizuar formohen "bishte" të shkurtra me një fije (të quajtur edhe skajet "ngjitës").
I gjithë procesi i marrjes së baktereve, i quajtur klonim, përbëhet nga faza të njëpasnjëshme:
1. Kufizimi - prerja e ADN-së njerëzore me një enzimë kufizuese në shumë fragmente të ndryshme, por me të njëjtat skaje "ngjitëse". Të njëjtat skaje fitohen duke prerë ADN-në plazmidike me të njëjtën enzimë kufizuese.
2. Lidhja – përfshirja e fragmenteve të ADN-së njerëzore në plazmide për shkak të “lidhjes së skajeve ngjitëse” me enzimën ligazë.
3. Transformimi - futja e plazmideve rekombinante në qelizat bakteriale të trajtuara në mënyrë të veçantë - në mënyrë që ato një kohë të shkurtër u bë i përshkueshëm nga makromolekulat. Megjithatë, plazmidet depërtojnë vetëm në një pjesë të baktereve të trajtuara. Bakteret e transformuara, së bashku me plazmidin, fitojnë rezistencë ndaj një antibiotiku të veçantë. Kjo i lejon ata të ndahen nga bakteret e patransformuara që vdesin në një medium që përmban këtë antibiotik. Për ta bërë këtë, bakteret mbillen në një medium ushqyes, pasi janë holluar më parë në mënyrë që kur mbillen qelizat të jenë në një distancë të konsiderueshme nga njëra-tjetra. Secila prej baktereve të transformuara shumohet dhe formon një koloni me mijëra pasardhës - një klon.
4. Screening – përzgjedhja ndërmjet kloneve të atyre baktereve që bartin gjenin e dëshiruar të njeriut. Për ta bërë këtë, të gjitha kolonitë bakteriale mbulohen me një filtër të veçantë. Kur hiqet, ajo lë një gjurmë të kolonive pasi disa nga qelizat nga secili klon ngjiten në filtër. Më pas kryhet hibridizimi molekular. Filtrat janë zhytur në një tretësirë që përmban një sondë të etiketuar në mënyrë radioaktive. Një sondë është një polinukleotid plotësues i pjesës së gjenit të dëshiruar. Ai hibridizohet vetëm me ato plazmide rekombinante që përmbajnë gjenin e dëshiruar. Pas hibridizimit, filmi fotografik me rreze X vendoset në filtër në errësirë dhe zhvillohet pas disa orësh. Pozicioni i zonave të ndriçuara në film bën të mundur që midis kloneve të shumta të baktereve të transformuara të gjenden ato që kanë plazmide me gjenin e dëshiruar.
Nuk është gjithmonë e mundur të pritet gjenin e dëshiruar duke përdorur enzimat kufizuese. Prandaj, në disa raste, procesi i klonimit fillon me marrjen e synuar të gjenit të dëshiruar. Për ta bërë këtë, mRNA, e cila është një kopje e transkriptimit të këtij gjeni, izolohet nga qelizat njerëzore dhe me ndihmën e enzimës së kundërt transkriptazë, sintetizohet një varg ADN-je plotësuese për të. Pastaj mARN-ja, e cila shërbeu si shabllon për sintezën e ADN-së, shkatërrohet nga një enzimë e veçantë që mund të hidrolizojë vargun e ARN-së të çiftuar me vargun e ADN-së. Vargu i mbetur i ADN-së shërben si shabllon për sintezën nga transkriptaza e kundërt, e cila është komplementare me vargun e dytë të ADN-së.
Spiralja e dyfishtë e ADN-së që rezulton quhet c-DNA (ADN plotësuese). Ai korrespondon me gjenin nga i cili u lexua mRNA dhe u fut në sistem me transkriptazë të kundërt. Kjo c-ADN futet në një plazmid, i cili transformon bakteret dhe prodhon klone që përmbajnë vetëm gjene të zgjedhura njerëzore.
Për të kryer transferimin e gjeneve, duhet të kryeni operacionet e mëposhtme:
· Izolimi nga qelizat bakteriale, shtazore ose bimore të atyre gjeneve që janë të destinuara për transferim.
·Krijimi i konstrukteve të veçanta gjenetike, në të cilat gjenet e synuara do të futen në gjenomën e një specie tjetër.
· Futja e konstrukteve gjenetike fillimisht në një qelizë, dhe më pas në gjenomin e një specie tjetër dhe rritja e qelizave të modifikuara në organizma të tërë.
2. Arritjet e inxhinierisë gjenetike
trashëgimia e bioteknologjisë së inxhinierisë gjenetike
Tani ata janë në gjendje të sintetizojnë gjenet, dhe me ndihmën e gjeneve të tilla të sintetizuara të futura në baktere, fitohen një sërë substancash, në veçanti hormonet dhe interferoni. Prodhimi i tyre përbënte një degë të rëndësishme të bioteknologjisë.
Pra, në vitin 1980, hormoni i rritjes - somatotropina - u mor nga bakteri Escherichia coli. Para zhvillimit të inxhinierisë gjenetike, ajo ishte e izoluar nga gjëndrat e hipofizës së kufomave. Somatotropina, e sintetizuar në qelizat bakteriale të krijuara posaçërisht, ka avantazhe të dukshme: disponohet në sasi të mëdha, përgatitjet e saj janë biokimikisht të pastra dhe pa ndotës viralë.
Në vitin 1982, hormoni insulinë filloi të prodhohej në një shkallë industriale nga bakteret që përmbajnë gjenin e insulinës njerëzore. Deri në këtë kohë, insulina ishte e izoluar nga pankreasi i lopëve dhe derrave të therur, gjë që është e vështirë dhe e shtrenjtë.
Interferoni, një proteinë e sintetizuar nga trupi në përgjigje të një infeksioni viral, tani po studiohet si një trajtim i mundshëm për kancerin dhe SIDA-n. Do të duheshin mijëra litra gjak njeriu për të prodhuar sasinë e interferonit që siguron vetëm një litër kulturë bakteriale. Është e qartë se përfitimet nga prodhimi masiv i kësaj substance janë shumë të mëdha. Një rol shumë të rëndësishëm luan edhe insulina, e marrë në bazë të sintezës mikrobiologjike, e cila është e nevojshme për trajtimin e diabetit. Inxhinieria gjenetike është përdorur gjithashtu për të krijuar një numër vaksinash që tani po testohen për të testuar efektivitetin e tyre kundër virusit të mungesës së imunitetit njerëzor (HIV), i cili shkakton SIDA-n.
Një fushë tjetër premtuese në mjekësi e lidhur me ADN-në rekombinante është terapia gjenetike. Në këto punime, të cilat ende nuk e kanë lënë fazën eksperimentale, një kopje e gjeneruar gjenetikisht e një gjeni që kodon një enzimë të fuqishme antitumorale futet në trup për të luftuar një tumor. Terapia gjenetike gjithashtu ka filluar të përdoret për të luftuar çrregullimet trashëgimore të sistemit imunitar.
Në bujqësi, dhjetëra kultura ushqimore dhe ushqimore janë modifikuar gjenetikisht. Në blegtori, përdorimi i hormonit të rritjes të prodhuar në mënyrë bioteknologjike ka rritur rendimentin e qumështit; Një vaksinë kundër herpesit te derrat u krijua duke përdorur një virus të modifikuar gjenetikisht.
3. Inxhinieria gjenetike: të mirat dhe të këqijat
Pavarësisht përfitimeve të dukshme të kërkimit dhe eksperimentimit gjenetik, vetë koncepti i "inxhinierisë gjenetike" ka shkaktuar dyshime dhe frika të ndryshme dhe është bërë objekt shqetësimi dhe madje edhe polemikash politike. Shumë kanë frikë, për shembull, se ndonjë virus që shkakton kancer te njerëzit do të futet në një bakter që normalisht jeton në trupin ose në lëkurën e një personi, dhe më pas ky bakter do të shkaktojë kancer. Është gjithashtu e mundur që plazmidi që mbart gjenin e rezistencës barna, do të injektohet në pneumokok, si rezultat i të cilit pneumokoku do të bëhet rezistent ndaj antibiotikëve dhe pneumonia nuk do t'i përgjigjet trajtimit. Këto lloj rreziqesh pa dyshim që ekzistojnë.
Inxhinieria gjenetike është një mënyrë e fuqishme për të ndryshuar jetët, por potenciali i saj mund të jetë i rrezikshëm, ku konsiderata e parë është efektet komplekse dhe të vështira për t'u parashikuar që lidhen me ndikim të mundshëm mbi mjedisin. Imagjinoni një helm që është më i lirë për t'u prodhuar sesa herbicidet komplekse selektive, por që nuk mund të përdoret në teknologjinë bujqësore, sepse vret bimët e dobishme si dhe barërat e këqija. Tani imagjinoni që, le të themi, të jetë futur një gjen në grurë që e bën atë rezistent ndaj këtij helmi. Fermerët që mbjellin arat e tyre me grurë transgjenik mund t'i pjalmojnë ato pa u ndëshkuar me një helm vdekjeprurës, duke rritur të ardhurat e tyre, por duke shkaktuar dëme të pariparueshme për mjedisin. Nga ana tjetër, gjenetistët mund të arrijnë efektin e kundërt nëse zhvillojnë një kulturë që nuk kërkon herbicide.
Inxhinieria gjenetike i ka paraqitur njerëzimit një sfidë unike. Çfarë na sjell inxhinieria gjenetike, lumturi apo fatkeqësi? RRETH rrezik i mundshëm E gjithë bota tashmë po trumbeton produkte të modifikuara gjenetikisht për shëndetin e njeriut. Nuk ka asnjë mendim të qartë dhe unanim midis shkencëtarëve për këtë çështje. Disa besojnë se inxhinieria gjenetike do ta shpëtojë njerëzimin nga uria, të tjerë besojnë se ushqimet e modifikuara gjenetikisht do të shkatërrojnë të gjithë jetën në tokë së bashku me njerëzit. Shkencëtarët e përfshirë në këtë pretendojnë se bimët e modifikuara gjenetikisht janë më produktive, më rezistente ndaj pesticideve dhe ekonomikisht më fitimprurëse se ato konvencionale. Prandaj, ata janë e ardhmja. Sidoqoftë, ekspertët që nuk janë të lidhur me prodhuesit e këtij produkti janë larg optimistë.
Parashikoni pasojat afatgjata që mund të ndodhin si rezultat i konsumimit të produkteve të modifikuara gjenetikisht, tek ky moment krejtësisht e pamundur. Ekziston një qëndrim relativisht i qetë ndaj produkteve GM (të modifikuara gjenetikisht) në SHBA, ku sot kultivohet rreth 80 për qind e të gjithë ushqimeve. kulturat gjenetike. Evropa ka një qëndrim jashtëzakonisht negativ ndaj kësaj. Nën presionin e publikut dhe organizatave të konsumatorëve që duan të dinë se çfarë hanë, disa vende kanë vendosur një moratorium për importin e produkteve të tilla (Austri, Francë, Greqi, Britani e Madhe, Luksemburg).
Të tjerë kanë miratuar një kërkesë strikte për të etiketuar ushqimin e modifikuar gjenetikisht, gjë që, natyrisht, furnizuesve nuk u pëlqente shumë. Më 1 korrik 2000, Rusia ndaloi shitjen e produkteve të modifikuara gjenetikisht pa një etiketë të veçantë paralajmëruese në paketim. Një nga shkencëtarët e parë që dha alarmin për rreziqet e mundshme të produkteve GM ishte profesori britanik Arpad Pusztai. Ai i quajti ata "ushqim zombie". Përfundime të tilla janë nxjerrë nga rezultatet e eksperimenteve në minjtë e ushqyer me ushqim të modifikuar gjenetikisht. Kafshët përjetuan një sërë ndryshimesh serioze në traktin gastrointestinal, mëlçinë, strumën dhe shpretkën. Shqetësues më i madh ishte fakti se vëllimi i trurit të minjve u ul.
Shkencëtarët besojnë se me ndihmën e bimëve të modifikuara gjenetikisht është e mundur të zvogëlohen humbjet e të korrave. Sot në Rusi po përfundojnë provat e patateve amerikane rezistente ndaj brumbullit të patates së Kolorados. Ndoshta këtë vit do të merret leja për të. prodhimit industrial. Varietetet e tilla kanë një "por" domethënëse. Kur një bimë fitohet me një rezistencë të rritur ndjeshëm ndaj çdo dëmtuesi, pas dy ose tre brezash ky dëmtues do t'i përshtatet bimës dhe do ta gllabërojë atë edhe më shumë. Rrjedhimisht, patatet rezistente mund të shkaktojnë dëmtues agresivë që bota nuk i ka hasur kurrë më parë.
4. Perspektivat për inxhinierinë gjenetike
Një gjetje e vërtetë për gjenetistët ishte qelibar, një rrëshirë peme fosile. Në kohët parahistorike, insektet, poleni, sporet e kërpudhave dhe mbetjet e bimëve shpesh ngriheshin në të. Rrëshira e rrjedhur i mbështillte hermetikisht robërit e saj dhe material biologjik duke pritur shëndoshë e mirë studiuesit modernë. Dhe në vitin 1990, George O. Poinar nga Universiteti i Kalifornisë bëri një zbulim të bujshëm. Duke studiuar termitet e bllokuar në qelibar 40 milionë vjet më parë, ai gjeti informacion gjenetik të ruajtur mirë. Më vonë, Poinar arriti të izolojë nga qelibar ADN-në e një kërthizë që ka jetuar 120 milionë vjet më parë! Tani shumë shkencëtarë po punojnë për të ringjallur dinosaurët, hardhucat e lashta dhe mamutët. Dhe kjo nuk duket më fantastike, siç ishte vetëm disa vite më parë. Megjithatë, shkencëtarët nuk kanë ndërmend të ndalen në ringjalljen e kafshëve. Nëse mund t'i ringjallni, atëherë e njëjta gjë mund të bëhet me njerëzit.
Zhvillimi i shkencës na jep potencialin për të keq dhe për të mirë. Pra, është e rëndësishme ajo që ne bëjmë zgjedhja e duhur. Vështirësia kryesore është e natyrës politike - zgjidhja e pyetjes se kush jemi "ne" në këtë fjali. Nëse kjo çështje do t'u lihet elementëve të tregut, interesat afatgjata të mjedisit ka të ngjarë të vuajnë. Por kjo mund të thuhet për shumë aspekte të tjera të jetës.
Lista e literaturës së përdorur
1. Neiman B.Ya. Industria mikrobike. - Dituria, 1983.
2. Ruvinsky A.O. Biologji e përgjithshme. - Iluminizmi, 1994.
3. Chebyshev N.V. Biologjia. − Vala e Re, 2005.
INXHINIERI GJENETIKE(sin. Inxhinieri gjenetike) - drejtimi i kërkimit në biologjinë molekulare dhe gjenetikë, qëllimi përfundimtar që është prodhimi, duke përdorur teknika laboratorike, i organizmave me kombinime të reja, përfshirë ato që nuk gjenden në natyrë, të vetive trashëgimore. Në zemër të G. dhe. qëndron mundësia e manipulimit të synuar me fragmente të acideve nukleike për shkak të arritjeve më të fundit të biologjisë molekulare dhe gjenetikës. Këto arritje përfshijnë vendosjen e universalitetit të kodit gjenetik (shih), pra faktin që në të gjithë organizmat e gjallë përfshirja e të njëjtave aminoacide në një molekulë proteine kodohet nga të njëjtat sekuenca nukleotide në zinxhirin e ADN-së; sukseset e enzimologjisë gjenetike, e cila i dha studiuesit një grup enzimash që bëjnë të mundur marrjen e gjeneve individuale ose fragmenteve të acidit nukleik në formë të izoluar, kryerjen e sintezës in vitro të fragmenteve të acidit nukleik dhe kombinimin e fragmenteve që rezultojnë në një tërësi e vetme. Kështu, duke ndryshuar vetitë trashëgimore të trupit me ndihmën e G. dhe. zbret në ndërtimin e materialit të ri gjenetik nga fragmente të ndryshme, futjen e këtij materiali në organizmin marrës, krijimin e kushteve për funksionimin dhe trashëgiminë e tij të qëndrueshme.
Një nga mënyrat për të marrë gjenet është kimikisht. sintezë. Pasi A. Holli në SHBA, A. A. Baev në BRSS dhe studiues të tjerë arritën të deshifrojnë strukturën e RBHA-ve të ndryshme transportuese (tRNA), X. Korana et al. sinteza e ADN-së që kodon tRNA alanine e majave të bukëpjekësit.
Por metoda më efektive e sintezës artificiale të gjeneve lidhet me përdorimin e enzimës ADN-polimerazë të varur nga ARN (transkriptaza e kundërt), e zbuluar nga D. Baltimore dhe H. Temin në viruset onkogjene (shih). Kjo enzimë u izolua dhe u pastrua nga qelizat e infektuara me disa viruse onkogjenë që përmbajnë ARN, duke përfshirë virusin e mieloblastozës së shpendëve, virusin e sarkomës Rous dhe virusin e leuçemisë së minjve. Transkriptaza e kundërt siguron sintezën e ADN-së në një shabllon të ARN-së së dërguar (mRNA). Përdorimi i molekulave të mARN-së si shabllone për sintezën e ADN-së lehtëson shumë sintezën artificiale të gjeneve strukturore individuale të organizmave më të lartë, pasi sekuenca bazat azotike në një molekulë mARN është një kopje e saktë e sekuencës së bazave azotike të gjeneve strukturore përkatëse dhe teknika për izolimin e molekulave të ndryshme të mARN-së është mjaft e zhvilluar. Përparime në izolimin e mRNA të proteinës së globinës, e cila është pjesë e hemoglobinës së njerëzve, kafshëve dhe shpendëve, mRNA proteina e lenteve të syrit, mRNA imunoglobinës, mRNA e proteinave specifike tumor malinj(mieloma) bëri të mundur, duke përdorur transkriptazën e kundërt, sintetizimin e pjesës strukturore të gjeneve që kodojnë disa nga këto proteina.
Megjithatë, në trup, gjenet strukturore funksionojnë së bashku me gjenet rregullatore, sekuenca nukleotide e të cilave nuk riprodhohet nga një molekulë mARN. Prandaj, asnjë nga këto metoda nuk lejon sintezën e një grupi gjenesh strukturore dhe rregullatore. Një zgjidhje për këtë problem u bë e mundur pas zhvillimit të metodave për izolimin e gjeneve individuale. Për të izoluar gjenet bakteriale, përdoren struktura të vogla citoplazmike që përmbajnë ADN që mund të replikohen (shih Replikimin) pavarësisht nga kromozomi bakterial. Këto struktura formojnë një grup të vetëm elementesh gjenetike ekstrakromozomale të baktereve - plazmideve (shih Plazmidet). Disa prej tyre mund të inkorporohen në kromozomin bakterial dhe më pas spontanisht ose nën ndikimin e agjentëve nxitës, p.sh. Rrezatimi UV, lëviz nga kromozomi në citoplazmë, duke marrë me vete gjenet kromozomike ngjitur të qelizave pritëse. Elementet gjenetike ekstrakromozomale të baktereve që kanë veti të tilla quhen epizoma [F. Jacob, Wollman (E. Wollman)]. Epizomet (shih) përfshijnë fagët e butë (shih Bakteriofag), faktorin seksual të baktereve, faktorët e rezistencës ndaj ilaçeve të mikroorganizmave (shih), faktorët bakteriocinogjenë (shih). Në citoplazmë, gjenet e kapura nga epizomet riprodhohen brenda tyre dhe shpesh formojnë kopje të shumta. Zhvillimi i një metode efektive për izolimin e plazmideve, në veçanti fagëve të butë, që mbartin materialin gjenetik të kromozomit bakterial dhe izolimin e një fragmenti të kromozomit të një qelize bakteriale të përfshirë në gjenomën e bakteriofagut, lejuar në 1969 J. Beckwith et al., për të izoluar operonin e laktozës - një grup gjenesh që kontrollojnë enzimat e sintezës së nevojshme për përthithjen e laktozës nga E. coli. Një teknikë e ngjashme u përdor për të izoluar dhe pastruar gjenin që kontrollon sintezën e tirozinës ARN transferuese Escherichia coli (shih acidet ribonukleike).
Përdorimi i plazmideve bën të mundur marrjen e pothuajse çdo gjen bakterial në formë të izoluar, dhe për këtë arsye aftësinë për të ndërtuar molekula të ADN-së nga burime të ndryshme. Struktura të tilla hibride mund të grumbullohen në qeliza në sasi të konsiderueshme, pasi shumë plazmide, në kushte të caktuara, përsëriten intensivisht në citoplazmën e baktereve, duke formuar dhjetëra, qindra dhe madje mijëra kopje.
Sukseset e G. dhe. lidhur me zhvillimin e teknikave për kombinimin e strukturave gjenetike nga të ndryshme burimet në një molekulë të ADN-së. Vendimtar në ndërtimin e molekulave hibride in vitro ishte përdorimi i endonukleazave kufizuese - enzima speciale të afta për të prerë molekulat e ADN-së në zona të përcaktuara rreptësisht. Enzima të tilla u gjetën në qelizat Escherichia coli që mbartin plazmide të tipit R, të cilat përcaktojnë rezistencën bakteriale ndaj barnave të caktuara, në qelizat e Haemophilus influenzae, Serratia marcescens dhe mikroorganizmave të tjerë. Një nga enzimat më të përdorura të këtij lloji është endonukleaza restriktive EcoRI, e sintetizuar nga plazmidi RI në qelizat E. coli. Enzima njeh një seksion të ADN-së me një sekuencë unike prej gjashtë çiftesh nukleotidesh dhe shkurton strukturën e ADN-së me dy fije në këtë seksion, në mënyrë që skajet me një zinxhir të katër nukleotideve (të ashtuquajturat skajet ngjitëse) të formohen në të dy anët. Meqenëse enzima pret molekulat e ADN-së, pavarësisht nga origjina e tyre, në një mënyrë të përcaktuar rreptësisht, të gjitha fragmentet e ADN-së të formuara si rezultat i veprimit të enzimës do të kenë të njëjtat skaje ngjitëse. Skajet ngjitëse plotësuese të çdo fragmenti të ADN-së bashkohen me lidhje hidrogjeni, duke formuar një ADN hibride rrethore (Fig.). Për të stabilizuar molekulën hibride të ADN-së, përdoret një enzimë tjetër - ligaza polinukleotide, e cila redukton lidhje kovalente, i thyer nga një enzimë kufizuese. Sekuenca e njohur në mënyrë specifike nga EcoRI shfaqet në ADN jo më shpesh se pas 4000-16,000 çifte bazash. Rrjedhimisht, fragmenti i ADN-së i formuar nën veprimin e EcoRI mund të përfshijë të paktën një gjen që nuk dëmtohet nga enzima (një gjen mesatarisht përmban 1000-1500 çifte nukleotide).
Përdorimi i endonukleazave restriktive dhe një sërë enzimash të tjera bën të mundur marrjen e ADN-së komplekse rekombinante. Një grup studiuesish në SHBA nën udhëheqjen e P. Berg arriti të kombinonte informacionin gjenetik nga tre burime në një molekulë të ADN-së: gjenomin e plotë (shih) të virusit onkogjenik simian SV40, pjesë e gjenomit të bakteriofagut të butë λ dhe një grup gjenesh E. coli përgjegjës për asimilimin e galaktozës. Molekula rekombinante e ndërtuar nuk u testua për aktivitet funksional, sepse autorët e kësaj pune u ndalën në rrezik potencial përhapja e viruseve onkogjene të kafshëve në popullatën e baktereve që jetojnë në zorrën e njeriut. Dihet se ADN-ja virale e pastruar mund të depërtojë në qeliza të ndryshme të gjitarëve dhe të trashëgohet në mënyrë të qëndrueshme prej tyre.
Për herë të parë, molekulat e ADN-së hibride funksionale aktive u ndërtuan në SHBA nga S. Cohen et al. Grupi i Cohen zgjidhi vazhdimisht problemin e grumbullimit dhe klonimit (akumulimin selektiv) të molekulave të ADN-së të izoluara nga specie gjithnjë e më të largëta nga njëra-tjetra në aspektin filogjenetik. Procedura e klonimit zakonisht konsiston në fragmentimin e ADN-së nga burime të ndryshme duke përdorur endonukleaza kufizuese, më pas duke i kombinuar këto fragmente in vitro në strukturën e përgjithshme dhe injektohet në organizmin marrës, i cili në eksperimentet e Cohen është Escherichia coli. Është vërtetuar se qelizat e disa llojeve të baktereve (përfshirë Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus) mund të transformohen (shiko Transformimi) duke përdorur molekulat e ADN-së rekombinante. Në këtë rast, pjesa plazmide e molekulës hibride (ose një nga plazmidet, nëse dy plazmide nga burime të ndryshme kombinohen në molekulën hibride) shërben si vektor, d.m.th., siguron transferimin e materialit gjenetik filogjenetikisht të huaj në qelizat marrëse. dhe riprodhimi i tij në to. Plazmidi i parë i përdorur nga Cohen et al si vektor ishte plazmidi pSC101, të cilin ai e mori in vitro, i cili kontrollon rezistencën bakteriale ndaj tetraciklinës. Ky plazmid i vogël përbëhet nga vetëm 8000 çifte bazash. Ai sulmohet nga enzima EcoRI vetëm në një vend, dhe enzima nuk dëmton aftësinë e plazmidit për t'u riprodhuar më pas në qelizat E. coli dhe për të kontrolluar rezistencën tetraciklinike. Këto karakteristika bënë të mundur përdorimin e tij për ndërtimin in vitro të molekulave hibride të ADN-së. Në fazat e para, ADN-ja plazmidike e izoluar nga lloje të ndryshme bakteresh dhe më pas nga organizma më të lartë u ngjit në pSC101. Kështu, u krijuan plazmide "kimerike" (d.m.th., të paaftë të lindin në kushte natyrore), duke kombinuar në përbërjen e tyre materialin gjenetik të Escherichia coli, një pjesë të ADN-së nga ovocitet e bretkosës me kthetra Xenopus laevis, e cila kontrollon sintezën e ARN ribozomale dhe një pjesë e ADN-së iriq deti, e cila kontrollon sintezën e proteinave të histonit ose ADN-së mitokondriale të miut. Në qelizat E. coli në të cilat u futën plazmide të tilla hibride, "kimerike", u regjistrua funksionimi i gjeneve të organizmave më të lartë.
Ndryshe nga pSC101, i cili është i pranishëm në vetëm 4-6 kopje në qelizë, disa plazmide të tjera të përdorura si vektorë, në kushte të caktuara, mund të përsëriten disa herë, duke prodhuar disa mijëra kopje në një qelizë të vetme. Veti të tilla zotërohen, për shembull, nga plazmidi ColEI, i cili kontrollon sintezën e kolicinës (shiko Bakteriocinogjene). Ashtu si pSC101, ColEI pritet nga enzima EcoRl vetëm në një vend, dhe ADN-ja e huaj, e trajtuar gjithashtu me EcoRI, ngjitet lehtësisht me molekulën lineare që rezulton me skajet ngjitëse. Kështu, u bë e mundur "lidhja" e gjeneve të operonit triptofan të Escherichia coli me ColEI. Në qelizat që mbartin kopje të shumta të plazmidit hibrid të ndërtuar, prodhimi i proteinave enzimë të kontrolluar nga gjenet e biosintezës së triptofanit u rrit ndjeshëm. Në një sistem in vitro, ishte e mundur të lidhej plazmidi ColEI me faktorë të caktuar R dhe një fag të butë. Punë e ngjashme u krye për herë të parë në BRSS nën udhëheqjen e Akademik A. A. Baev dhe profesor S. I. Alikhanyan. Plazmidet vektoriale të kombinuara të formuara nga faktorët ColEI dhe R janë të afta të shumohen intensivisht në qelizat bakteriale, si ColEI, dhe në të njëjtën kohë përcaktojnë rezistencën e qelizave ndaj antibiotikëve, gjë që thjeshton shumë përzgjedhjen e baktereve që mbajnë plazmide hibride.
Fagët e butë përdoren gjithashtu si vektorë. Në sistemin in vitro, u ndërtuan grimca hibride të bakterofagëve që përfshinin në strukturën e tyre gjenet bakteriale, ADN-në e fagëve të tjerë ose organizmave më të lartë (për shembull, ADN-në e mizës së frutave Drosophila).
Aktiviteti funksional i ADN-së hibride përcaktohet nga mundësia e transferimit të tyre në qelizat e organizmave marrës dhe shumëzimi (amplifikimi) pasues në këto qeliza. Jo vetëm bakteret, siç u përmend më lart, por edhe qelizat e organizmave më të lartë tashmë po përdoren efektivisht si marrës, megjithatë, deri më tani vetëm në formën e një kulture indesh të kultivuar jashtë trupit. Ka indikacione për mundësinë e depërtimit të ADN-së nga fagët që bartin gjenet bakteriale në qeliza IND lidhës(fibroblaste) të njerëzve, në protoplaste ose në një kulturë të padiferencuar (kallus) të qelizave bimore. Në vitin 1971, Amer. Studiuesi S. R. Merril et al. raportoi mbi eksperimentet për të korrigjuar defektin trashëgues - galaktozeminë (shih) duke futur në qelizat "të sëmura" gjenet e galaktozës të përfshira në ADN-në e fagut transduktues. Si rezultat, qelizat nga një pacient me galaktosemi, me defekte në enzimën beta-D-galaktozë-1-fosfat uridiltransferazë dhe të paaftë për të metabolizuar galaktozën, rivendosën aftësinë e tyre normale për t'u rritur në prani të galaktozës dhe u regjistrua aktiviteti enzimatik i munguar më parë. në ekstraktet e tyre. Një rezultat i ngjashëm është marrë nga J. Horst et al, kur futet një gjen bakterial që kontrollon sintezën e beta-galaktozidazës në fibroblastet e një pacienti me gangliozidozë të gjeneralizuar, të karakterizuar nga mungesa e rëndë e kësaj enzime. Munyon (W. Munyon) dhe bashkëpunëtorët e tij. duke përdorur një virus herpes, ata transferuan gjenin që kontrollon sintezën e timidinës kinazës nga qelizat njerëzore në qelizat e miut, duke rivendosur aftësinë e fibroblasteve me defekt të miut për të sintetizuar këtë enzimë.
Një nga mënyrat e transmetimit të informacionit gjenetik në kulturën e qelizave njerëzore, shtazore dhe bimore është hibridizimi qelizat somatike, zhvilluar nga Ephrussi (V. Ephrussi) dhe Barski (G. Barski). Efektiviteti i kësaj metode u rrit shumë nga zbulimi se grimcat e inaktivizuara të virusit Sendai parainfluenza rritën frekuencën e shkrirjes së qelizave nga një sërë burimesh. Është demonstruar mundësia e transferimit të gjeneve individuale nga kromozomet e izoluar të lloj brejtësi kinez në qelizat e indit lidhor të miut. Janë përshkruar hibride të qelizave të njeriut dhe të miut në të cilat një pjesë e kromozomeve njerëzore hiqet, dhe një pjesë mbetet funksionalisht aktive. Zhvillimi i teknikave të mikrokirurgjisë qelizore ka bërë të mundur transplantin bërthamat e qelizave nga qelizat somatike në vezë të fekonduara dhe si rezultat fitohen organizma absolutisht identikë. Hibridizimi i qelizave bëri të mundur nxitjen e sintezës së globinës njerëzore në qelizat embrionale të bretkosës. Të gjithë këta shembuj demonstrojnë aftësitë e mundshme të G. dhe.
Rëndësia praktike e G. dhe. për mjekësinë lidhet me perspektivat për korrigjimin e defekteve metabolike trashëgimore tek njerëzit (shih terapinë gjenetike), krijimin e mikroorganizmave që kanë humbur patogjenitetin, por ruajnë aftësinë për të formuar imunitet, sintezën e antibiotikëve, aminoacideve, hormoneve, vitaminave, enzimave, imunoglobulinave. etj., bazuar në përdorimin e mikroorganizmave që kanë përfshirë gjenet përkatëse. Rezultate të jashtëzakonshme mund të merren në të ardhmen e afërt nga G. dhe. bimët. Duke përdorur metodat e G. dhe. Ata po përpiqen të krijojnë bimë që mund të thithin azotin atmosferik dhe të përmirësojnë përbërjen e proteinave të ushqimeve bimore. Zgjidhja e suksesshme e këtyre problemeve do të rrisë në mënyrë dramatike produktivitetin e bimëve, do të zvogëlojë prodhimin dhe konsumin e azotit mineral dhe në këtë mënyrë do të përmirësojë ndjeshëm mjedisin (shih). Po studiohet mundësia e krijimit të formave krejtësisht të reja të kafshëve dhe bimëve duke kapërcyer barrierat ndërspecifike për ndërthurjen. Megjithatë, kur vlerësohet G. dhe. Si formë e re zhvillimi i natyrës së gjallë duhet të marrë parasysh jo vetëm rolin e saj të mundshëm revolucionar në biologji, mjekësi dhe bujqësi, por edhe mundësinë e shfaqjes së formave të reja të mikroorganizmave patogjenë që lindin në lidhje me zhvillimin e saj, rrezikun e përhapjes së bartësve të ADN-së hibride. Viruset onkogjene në popullatat e baktereve që jetojnë te njerëzit, etj. Sigurisht, përdorimi i qëllimshëm i arritjeve të shkencës, përfshirë gjeologjinë, për qëllime çnjerëzore, mizantropike është i mundur vetëm në një shoqëri në të cilën e mira e njeriut sakrifikohet për përfitime dhe sulm.
Nga materialet shtesë
Inxhinieria gjenetike vazhdon të jetë një metodë kërkimore që përparon me shpejtësi në biologjinë molekulare dhe gjenetikë. Duhet të theksohet se konceptet e "inxhinierisë gjenetike" dhe "inxhinierisë gjenetike" nuk janë sinonime të plota, pasi kërkimet në lidhje me inxhinierinë gjenetike nuk kufizohen vetëm në manipulimin e gjeneve si të tilla. Aktualisht, metodat e inxhinierisë gjenetike bëjnë të mundur kryerjen më të thelluar dhe analiza e detajuar acidet nukleike natyrore - substanca përgjegjëse për ruajtjen, transmetimin dhe zbatimin e informacionit gjenetik (shih. Acidet nukleike.), si dhe të krijojë gjene të modifikuar ose krejtësisht të rinj që nuk ndodhin në natyrë (shih Gjen), kombinime gjenesh dhe i shpreh ato me efikasitet të lartë në një qelizë të gjallë (shih Ekspresiviteti i gjeneve). Nga specifike arritjet praktike inxhinieri gjenetike në dekadën e fundit Më e rëndësishmja është krijimi i prodhuesve të proteinave biologjikisht aktive - insulina (shih), interferoni (shih), hormoni i rritjes (shih hormoni somatotrop) etj., si dhe zhvillimi i metodave të inxhinierisë gjenetike për aktivizimin e atyre pjesëve të metabolizmit, të cilat shoqërohen me formimin e substancave biologjikisht aktive me peshë të ulët molekulare. Në këtë mënyrë u përftuan prodhues të disa antibiotikëve, aminoacideve dhe vitaminave, shumë herë më efikas se prodhuesit e këtyre substancave të edukuara me metoda tradicionale të gjenetikës dhe përzgjedhjes. Janë duke u zhvilluar metoda për marrjen e vaksinave të proteinave të pastra kundër viruseve të hepatitit, gripit, herpesit dhe Afta Epizootike, ideja e përdorimit të vaksinimit me virusin vaccinia, gjenomi i të cilit përmban gjenet që kodojnë; sinteza e proteinave të viruseve të tjera (për shembull, hepatiti ose viruset e gripit): si rezultat i vaksinimit me një virus të ndërtuar në këtë mënyrë, trupi zhvillon imunitet jo vetëm ndaj lisë, por edhe ndaj hepatitit, gripit ose sëmundjeve të tjera të shkaktuara nga ai virus. , proteina e së cilës është e koduar nga gjeni i integruar.
Koleksioni botëror i endonukleazave kufizuese, enzimave kufizuese, "mjetet" kryesore të manipulimeve të inxhinierisë gjenetike, është rritur ndjeshëm. Janë izoluar më shumë se 400 enzima kufizuese që "njohin" përafërsisht. 100 rajone specifike strukturore (vendet) në molekulat e ADN-së (shih acidet deoksiribonukleike) dhe shkëputja e zinxhirit polinukleotid të ADN-së në këto vende. Duke përdorur një enzimë të tillë ose një kombinim të disa enzimave kufizuese, pothuajse çdo gjen mund të izolohet nga një ose më shumë fragmente të ADN-së (të ashtuquajturat fragmente kufizuese). Kjo ka zgjeruar mundësitë e inxhinierisë gjenetike jo vetëm në drejtim të izolimit të gjeneve, por edhe në drejtim të aktivizimit të punës së tyre, duke analizuar strukturën e gjeneve dhe mjedisin molekular të tyre. Janë zhvilluar metoda për sintezën e gjeneve të tëra me një sekuencë të caktuar nukleotide, është bërë e mundur furnizimi i gjeneve të sintetizuara dhe natyrore me sekuenca të ndryshme rregullatore nukleotide, zëvendësimi, futja, fshirja e nukleotideve të vetme në seksione të përcaktuara rreptësisht të gjenit; zinxhiri i tij nukleotid me saktësi prej një nukleotidi.
Arritja e inxhinierisë gjenetike ishte depërtimi i saj në organizimin dhe funksionimin e mekanizmave të trashëgimisë së qelizave të organizmave më të lartë, përfshirë njerëzit. Është në eukariotët më të lartë që të dhënat më interesante janë marrë duke përdorur metodat e inxhinierisë gjenetike. Sukseset e inxhinierisë gjenetike lidhen kryesisht me prodhimin e vektorëve të rinj të specializuar që bëjnë të mundur klonimin (riprodhimin) efektiv të fragmenteve (gjeneve) të ADN-së dhe sintetizimin e proteinave të koduara nga këto gjene.
Fragmentet e kufizimit të lidhura me vektorët e ADN-së klonohen në një qelizë të gjallë, duke përfituar nga aftësia e vektorëve të tillë për t'u riprodhuar (përsëritur) në qelizë në kopje të shumta. Në varësi të madhësisë së fragmenteve që do të klonohen dhe qëllimit të studimit, përdoren vektorë të një prej katër llojeve - plazmide (shih), fagë (shih Bakteriofag), kozmide ose derivate të fagëve me ADN me një fije floku.
Për të klonuar fragmente relativisht të vogla të ADN-së (deri në 10 mijë çifte bazash), përdoren vektorët plazmidë (pBR322, pAT 153, pUR250, pUC19, etj.). Arritja e inxhinierisë gjenetike vitet e fundit ishte prodhimi i vektorëve të bazuar në fagun X (Charon 4A, gtwes-B), në të cilin një pjesë e gjenomit u zëvendësua nga një fragment i ADN-së së huaj. Gjenomi hibrid është "paketuar" artificialisht në një guaskë proteine dhe bakteret infektohen me këtë fag të rindërtuar. Duke formuar disa mijëra kopje gjatë riprodhimit në një qelizë, fagu i rindërtuar e lizon atë dhe lëshohet në mjedisin e kulturës. Duke përdorur vektorë të tillë, klonohen fragmente të ADN-së 10-25 mijë çifte bazash të gjata.
Vektorët kozmidë (pIB8, MUA-3) janë një hibrid i fagut X dhe një plazmidi. Ato përmbajnë të ashtuquajturat. Sekuencat e ADN-së së fagut COS të nevojshme për paketimin e gjenomave të fagut në një guaskë proteine, dhe një seksion të ADN-së plazmide që lejon vektorët kozmidë të replikohen në baktere në të njëjtën mënyrë si plazmidet. Kështu, gjenomi rekombinant që rezulton infekton bakteret me efikasitet të lartë si një bakterofag, por shumohet në to si një plazmid, pa shkaktuar vdekjen e qelizës bakteriale. Kozmidet përdoren për klonimin e fragmenteve të ADN-së deri në 35-45 mijë çifte bazash në gjatësi.
Vektorët, të cilët janë derivate të fagëve me ADN me një fije floku (M13 mp8, M13, mp73, etj.), janë ndërtuar në bazë të molekulës rrethore të ADN-së të bakteriofagut M13. Për të integruar ADN-në e huaj, përdoret një molekulë replikative e ADN-së së fagut me dy vargje. Një vektor që mbart një DIC të huaj futet në qelizat bakteriale, ku molekulat rekombinante shumohen pa e lizuar qelizën dhe "shfryhen" në mjedisin e kulturës si një grimcë virale me një molekulë ADN-je me një fije floku. Këta vektorë përdoren për klonimin e fragmenteve të ADN-së (deri në 300-400 çifte nukleotide).
Gjeni i nevojshëm për manipulimet e inxhinierisë gjenetike merret duke klonuar molekulat përkatëse të ADN-së rekombinante dhe duke zgjedhur klonet e tilla. Në rastet kur gjenet e organizmave më të lartë dhe të njerëzve klonohen dhe shprehja në E. coli (më shpesh përdoret për qëllime të tilla) është e pamundur, procedura e klonimit dhe përzgjedhjes kryhet në disa faza. Në fazën e parë, ata krijojnë të ashtuquajturat. një bibliotekë gjenesh nga fragmentet e ADN-së (të klonuara drejtpërdrejt nga gjenomi i qelizës) ose nga kopjet e klonuara të ADN-së (cDNA) të ARN-së së dërguar përkatëse. Duke krahasuar strukturën e fragmenteve të ADN-së gjenomike dhe cADN-së përkatëse, fitohen informacione të rëndësishme për organizimin e materialit gjenetik, dhe në rastin e sëmundjeve trashëgimore, për natyrën e anomalive në materialin gjenetik, pasojë e të cilave është kjo sëmundje. Nga një bibliotekë gjenesh, duke përdorur teknika moderne, është e mundur të nxirret gjeni i kërkuar me rajonet e gjenomit përreth. Aktualisht, janë krijuar biblioteka të plota të gjeneve të shumë mikroorganizmave, bimëve dhe kafshëve (përfshirë gjitarët dhe njerëzit). Disa qindra gjene dhe sekuenca të tjera nukleotide në ADN-në njerëzore tashmë janë klonuar dhe studiuar në një shkallë ose në një tjetër.
Mundësitë e kërkimit të inxhinierisë gjenetike nuk kufizohen vetëm në klonimin dhe marrjen e gjeneve numer i madh kopje të tij. Shpesh është e nevojshme jo vetëm të klonohet një gjen, por edhe të sigurohet shprehja e tij në qelizë, domethënë, të zbatohet informacioni që përmbahet në të në sekuencën aminoacide të zinxhirit polipeptid të proteinës së koduar nga ky gjen. Nëse një gjen i futur në një qelizë bakteriale merret nga bakteret e të njëjtës specie (ose të ngjashme), atëherë mjafton të izolohet gjeni me elemente rregullatore që kontrollojnë shprehjen e tij. Megjithatë, me përjashtim të disa përjashtimeve, sekuencat rregullatore nukleotide të organizmave që janë evolucionarisht të largët nga njëri-tjetri nuk janë të këmbyeshme. Prandaj, për të arritur, për shembull, shprehjen e një gjeni eukariotik në qelizat E. coli, rajoni rregullues hiqet prej tij dhe pjesa strukturore e një gjeni të tillë është ngjitur (në një distancë të caktuar) në rajonin rregullues. të gjenit bakterial. Progres i rëndësishëm në zhvillimin e kësaj teknike është arritur pas zbulimit të enzimës nukleazë Ba131, e cila ka vetinë unike të hidrolizimit të të dy vargjeve të një molekule lineare të ADN-së me dy fije, duke filluar nga fundi i molekulës, pra kjo enzimë heq “ekstra sekuenca nukleotide të çdo gjatësie nga fundi i një fragmenti të ADN-së. Aktualisht, rajonet strukturore dhe rregullatore janë izoluar veçmas duke përdorur ato enzima kufizuese, vendet "njohëse" të të cilave janë më të suksesshme të vendosura në zinxhirin polinukleotid, pastaj sekuencat "ekstra" nukleotide hiqen dhe rajoni strukturor i gjenit eukariotik është i lidhur. në rajonin rregullues të gjenit bakterial. Në këtë mënyrë, është e mundur të arrihet jo vetëm shprehja e gjeneve eukariote në qelizat bakteriale, por edhe anasjelltas, gjenet bakteriale në qelizat e eukarioteve më të larta dhe të poshtme.
Sukseset e inxhinierisë gjenetike janë të lidhura ngushtë me zhvillimin dhe përmirësimin e metodave për përcaktimin e sekuencës së nukleotideve (sekuencës) në molekulat e ADN-së. Një numër i konsiderueshëm i enzimave kufizuese në dispozicion të studiuesve bën të mundur izolimin e disa fragmenteve të ADN-së me specifikë absolute, dhe zhvillimi dhe përmirësimi i metodave të klonimit bën të mundur marrjen e fragmenteve të gjeneve madje unike në sasitë e kërkuara për analizë. Metodat e sekuencës së ADN-së janë provuar të jenë aq efektive sa shpesh, duke përcaktuar sekuencën e nukleotideve të ADN-së, merren të dhëna për sekuencën e nukleotideve në molekulat përkatëse të ARN-së dhe për sekuencën e mbetjeve të aminoacideve në molekulën e proteinës së sintetizuar. Kur përpunohen rezultatet e sekuencës së ADN-së, kompjuterët përdoren gjerësisht. Për një interpretim më të plotë dhe më të shpejtë të të dhënave eksperimentale të marra, po krijohen "banka" kompjuterike kombëtare dhe ndërkombëtare të sekuencave nukleotide. Aktualisht, janë përcaktuar sekuencat e plota nukleotide të gjenomave të një numri të plazmideve dhe viruseve bakteriale, dhe problemi i përcaktimit të sekuencave të plota nukleotide të kromozomeve të para individuale, dhe më pas të gjithë gjenomit të organizmave më të lartë, duke përfshirë njerëzit, tashmë është duke u zhvilluar. zgjidhur.
Duke përdorur metoda të inxhinierisë gjenetike, u zbuluan devijime në strukturën e seksioneve të caktuara të gjeneve njerëzore, gjë që ishte shkaku i sëmundjeve trashëgimore. Më shpesh, kjo metodë është e ashtuquajtura. b analiza e lotit. ADN-ja qelizore e izoluar i nënshtrohet hidrolizës së enzimës kufizuese dhe fragmentet që rezultojnë ndahen sipas madhësisë duke përdorur elektroforezë në agarozë ose xhel poliakrilamid. Fragmentet e ndara transferohen (“riprintohen”) në letër kromatografie të trajtuar posaçërisht, nitrocelulozë ose filtër najloni dhe përsëri i nënshtrohen ndarjes elektroforetike. Zonat e elektroforegramit që korrespondojnë me fraksione individuale dhe që përmbajnë fragmente të ngjashme të ADN-së janë prerë; seksionet e prera të elektroferogrameve inkubohen me një gjen të klonuar më parë ose një pjesë të tij, ose me një të marrë kimikisht. sintezë nga një sekuencë nukleotidesh që përmbajnë një etiketë radioaktive. ADN-ja e etiketuar lidhet vetëm me ato fragmente të ADN-së qelizore të analizuar që kanë sekuenca nukleotide plotësuese. Një ndryshim në shpërndarjen dhe sasinë e një etikete fikse në krahasim me normën na lejon të gjykojmë rirregullimet në gjenin e analizuar ose sekuencat nukleotide aty pranë.
Vendet e "njohjes" së disa enzimave kufizuese në molekulën e ADN-së janë të vendosura në mënyrë të pabarabartë, prandaj, kur hidrolizohet nga këto enzima, molekula e ADN-së ndahet në një numër fragmentesh me gjatësi të ndryshme. Ristrukturimi i strukturës së ADN-së, si rezultat i të cilit zonat ekzistuese të "njohjes" zhduken ose shfaqen zona të reja "njohjeje", çon në një ndryshim në grupin e këtyre fragmenteve (të ashtuquajturat fragmente kufizuese), d.m.th., në pamjen i polimorfizmit të gjatësisë së fragmentit të kufizuar (RFR). Rirregullimet në molekulën e ADN-së mund ose nuk mund të shkaktojnë ndryshime në procesin e sintezës ose në strukturën e proteinës së koduar; Rirregullimet që nuk shkaktojnë ndryshime janë shumica, dhe ato shkaktojnë një RFLP normale. Doli se RFLP është një tipar i qartë gjenetik. Aktualisht, analiza RFLP është bërë një nga metodat më të sakta të përdorura në gjenetikën njerëzore dhe gjenetikën mjekësore. Për një sërë sëmundjesh trashëgimore, janë përshkruar forma RFLP që tregojnë drejtpërdrejt praninë e sëmundjes ose bartjen e një gjeni të ndryshuar patologjikisht.
Inxhinieria gjenetike shënoi fillimin e një drejtimi të ri kërkimi, të quajtur "gjenetika e kundërt". Analiza gjenetike tradicionale (shih) kryhet në sekuencën e mëposhtme: zgjidhet një tipar, vendoset marrëdhënia e tiparit me një përcaktues gjenetik dhe vendoset lokalizimi i këtij përcaktori në lidhje me ato të njohura tashmë. Në "gjenetikën e kundërt", gjithçka ndodh në rend të kundërt: zgjidhet një fragment ADN-je me një funksion të panjohur, vendoset lidhja e këtij fragmenti të ADN-së me rajone të tjera të gjenomit dhe lidhja e tij me tipare të caktuara. Kjo qasje ka bërë të mundur zhvillimin e metodave për diagnostikimin e hershëm dhe identifikimin e bartësve të sëmundjeve si korea e Huntington-it, sëmundja Duchenne, fibroza cistike, natyra biokimike e defekteve trashëgimore në të cilat nuk dihet ende. Duke përdorur metodën gjenealogjike të përcaktimit të modeleve të transmetimit trashëgues të koresë së Huntingtonit, u tregua se fragmenti i ADN-së G8 i izoluar nga gjenomi i njeriut është i lidhur ngushtë me gjenin që përcakton sëmundjen dhe duke përdorur formën RFLP të fragmentit G8 në një të dhënë. popullata, është e mundur të diagnostikohet kjo sëmundje dhe të identifikohen bartësit e gjeneve me defekt.
Në rrugën e zbatimit në praktikë mjekësore Ka ende shumë vështirësi teknike që lidhen me metodat e përdorura në inxhinierinë gjenetike. Shumë laboratorë në mbarë botën po zhvillojnë në mënyrë aktive metoda diagnostike praktikisht të përshtatshme të inxhinierisë gjenetike dhe mund të shpresojmë se metoda të tilla do të gjejnë zbatim në të ardhmen e afërt, nëse jo për analizimin gjenetik masiv (skrining) gjatë ekzaminimit mjekësor të popullatës, atëherë të paktën për ekzaminimi selektiv i grupeve me rrezik të lartë për sëmundjet trashëgimore.
Inxhinieria gjenetike bën të mundur jo vetëm kopjimin e komponimeve dhe proceseve natyrore, por edhe modifikimin e tyre dhe t'i bëjë ato më efektive. Një shembull i kësaj është një fushë e re kërkimore e quajtur inxhinieri proteinash. Llogaritjet e bëra në bazë të të dhënave për sekuencën e aminoacideve dhe organizimin hapësinor të molekulave të proteinave tregojnë se me zëvendësime të caktuara të mbetjeve të caktuara të aminoacideve në molekulat e një numri enzimash, është e mundur një rritje e konsiderueshme e aktivitetit të tyre enzimatik. Në një gjen të izoluar që kodon sintezën e një enzime specifike, zëvendësimi i kontrolluar rreptësisht i disa nukleotideve kryhet duke përdorur metoda të inxhinierisë gjenetike. Gjatë sintezës së një proteine enzimatike nën kontrollin e një gjeni të tillë të modifikuar, ndodh një zëvendësim i planifikuar paraprak i mbetjeve të aminoacideve të përcaktuara rreptësisht në zinxhirin polipeptid, i cili shkakton një rritje të aktivitetit enzimatik shumë herë në krahasim me aktivitetin e prototipit natyror. .
Në fushën e bujqësisë, inxhinieria gjenetike pritet të japë një kontribut të madh në përzgjedhjen e varieteteve të reja të bimëve me prodhimtari të lartë, rezistente ndaj thatësirës, sëmundjeve dhe dëmtuesve, si dhe në zhvillimin e racave të reja bujqësore me prodhimtari të lartë. kafshët.
Si çdo arritje e shkencës, sukseset e inxhinierisë gjenetike mund të përdoren jo vetëm në dobi, por edhe në dëm të njerëzimit. Studimet e kryera posaçërisht kanë treguar se rreziku i përhapjes së pakontrolluar të ADN-së rekombinante nuk është aq i madh sa mendohej më parë. ADN-ja rekombinante dhe bakteret që i mbartnin doli të ishin shumë të paqëndrueshme ndaj ndikimeve mjedisore dhe jo të zbatueshme në trupin e njeriut dhe të kafshëve. Dihet se në natyrë, dhe pa ndërhyrjen e njeriut, ekzistojnë kushte që sigurojnë shkëmbimin aktiv të informacionit gjenetik, kjo është e ashtuquajtura. rrjedha e gjeneve. Megjithatë, natyra ka krijuar shumë pengesa efektive për depërtimin e informacionit gjenetik të huaj në trup. Tani është e qartë se kur punoni me shumicën e molekulave të ADN-së rekombinante, masat e zakonshme janë mjaft të mjaftueshme, të cilat përdoren, për shembull, nga mikrobiologët kur punojnë me materiale infektive. Për Raste të veçanta Janë zhvilluar metoda efektive si për mbrojtjen biologjike ashtu edhe për izolimin fizik të objekteve eksperimentale nga njerëzit dhe mjedisi. Prandaj, versionet e para shumë strikte të rregullave për të punuar me ADN-në rekombinante u rishikuan dhe u zbutën ndjeshëm. Sa i përket përdorimit të qëllimshëm të arritjeve të inxhinierisë gjenetike për të dëmtuar njerëzit, si shkencëtarët ashtu edhe publiku duhet të luftojnë në mënyrë aktive për të siguruar që ky rrezik të mbetet vetëm teorikisht i mundshëm.
Shihni gjithashtu Bioteknologji.
Bibliografi: Alikhanyan S.I. Përparimet dhe perspektivat e inxhinierisë gjenetike, Gjenetika, vëll 12, Jvft 7, f. 150, 1976, bibliogr.; AlihanyanS. I. et al. Përgatitja e molekulave të ADN-së funksionuese (hibride), in vitro, në të njëjtin vend, vëll. 34, 1975, bibliogr.; Baev A. A. Inxhinieri gjenetike, Natyra, M1, f. 8, 1976; Tikhomirova L.P. et al. Molekulat hibride të ADN-së të fagut X dhe plazmidit ColEl, Dokl. Akademia e Shkencave të BRSS, vëll 223, nr. 995, 1975, bibliogr.; Brown D. D. a. S t e r n R. Metodat e izolimit të gjenit, Ann. Rev. Biochem., v. 43, f. 667, 1974, bibliogr.; C h a n g A. C. Y. a. o. Studimet e ADN-së mitokondriale të miut në Escherichia coli, Cell, v. 6, fq. 231,1975, bibliogr.; Hedgpeth J., Goodman H. M. a. B o y e r H. W. Sekuenca nukleotide e ADN-së e kufizuar nga endonukleaza R1, Proc. nat. Akad. Shkencë. (Wash.), v. 69, f. 3448, 1972, bibliogr.; Hershfield V. a. o. Plazmidi ColEl si mjet molekular për klonimin dhe amplifikimin e ADN-së, po aty, v. 71, f. 3455, 1974; Morrow J. F. a. o. Replikimi dhe transkriptimi i ADN-së eukariote në Escherichia coli, po aty, f. 1743; T e m i n H. M. a. Mizu-t ani S. ADN-polimeraza e varur nga ARN në virionet e virusit të sarkomës Rous, Nature (Lond.), v. 226, f. 1211, 1970.
Bioteknologji, ed. A. A. Baeva, M., 1984; B o h k o v N. P., Zakharov A. F. dhe Ivanov V. I. Gjenetika mjekësore, M., 1984; M a n i a-tis G., FritschE. dhe Sambrook J. Metodat e inxhinierisë gjenetike. Klonimi molekular, trans. nga anglishtja, M., 1984; A n t o n a r a k i s S. E. a. o. Polimorfizmi i ADN-së dhe patologjia molekulare e grupeve të gjeneve të globinës njerëzore, Hum. Genet., v. 69, f. 1, 1985; Beaudet A. L. Bibliografia e njeriut të klonuar dhe ADN-ve të tjera të përzgjedhura, Amer. J. hum. Genet., v. 37, f. 386, 1985; V o t s t e i n D. a. o. Ndërtimi i një harte të lidhjes gjenetike tek njeriu duke përdorur polimorfizma të gjatësisë së fragmenteve kufizuese, po aty, v. 32, f. 314, 1980; G u s e 1 1 a J. E. a. o. Markuesit e ADN-së për sëmundjet e sistemit nervor, Shkencë, v. 225, f. 1320, 1984; Motulsky A. G. Ndikimi i manipulimit gjenetik në shoqëri dhe mjekësi, po aty, v. 219, f. 135, 1983; White R. a. o. Një shënues gjenetik i lidhur ngushtë për fibrozën cistike, Nature (Londër), v. 318, f. 382, 1985; Wo o S. L. C., L i d s k y A. S. a. Guttler F. Diagnoza prenatale e fenilketonurisë klasike me anë të hartës së gjeneve, J. Amer. mjek. Ass., v. 251, f. 1998, 1984.
L. S. Chernin, V. N. Kalinin.
