Genetik mühendisliğinin konusu. Genetik mühendisliği

Ansiklopedik YouTube

• 1 / 5

  Genetik mühendisliği, değiştirilebilir veya genetiği değiştirilmiş bir organizmanın istenen niteliklerinin elde edilmesine hizmet eder. Genotipin yalnızca dolaylı olarak değiştirildiği geleneksel seçilimin aksine, genetik mühendisliği, moleküler klonlama tekniğini kullanarak genetik aparata doğrudan müdahaleye izin verir. Genetik mühendisliğinin uygulama örnekleri, genetiği değiştirilmiş yeni tahıl mahsulleri çeşitlerinin üretilmesi, genetiği değiştirilmiş bakteriler kullanılarak insan insülininin üretilmesi, hücre kültüründe eritropoietin üretimi veya bilimsel araştırma için yeni deneysel fare türlerinin üretilmesidir.

  Mikrobiyolojik, biyosentetik endüstrinin temeli bakteri hücresidir. Endüstriyel üretim için gerekli olan hücreler, belirli özelliklere göre seçilir; bunlardan en önemlisi, üretme, sentezleme ve aynı zamanda mümkün olan en üst düzeyde olma yeteneğidir. olası miktarlar, spesifik bir bileşik - bir amino asit veya antibiyotik, steroid hormon veya organik asit. Bazen, örneğin yağı veya atık suyu "gıda" olarak kullanabilen ve onu biyokütleye ve hatta yem katkı maddeleri için oldukça uygun proteine ​​dönüştürebilen bir mikroorganizmaya ihtiyacınız vardır. Bazen yüksek sıcaklıklarda veya diğer mikroorganizma türleri için kesinlikle öldürücü olan maddelerin varlığında gelişebilen organizmalara ihtiyaç duyarız.

  Bu tür endüstriyel türlerin elde edilmesi görevi çok önemlidir; bunların modifikasyonu ve seçimi için, güçlü zehirlerle tedaviden hücreye aktif etki sağlayan çok sayıda yöntem geliştirilmiştir. radyasyona maruz kalma. Bu tekniklerin amacı tektir; hücrenin kalıtsal, genetik aparatında değişiklikler elde etmek. Bunların sonucunda çok sayıda mutant mikrop üretilir ve bilim insanları daha sonra yüzlerce ve binlerce mikrop arasından belirli bir amaç için en uygun olanı seçmeye çalışır. Kimyasal veya radyasyon mutajenezi yöntemlerinin yaratılması biyolojinin olağanüstü bir başarısıydı ve modern biyoteknolojide yaygın olarak kullanılıyor.

  Ancak yetenekleri mikroorganizmaların doğası gereği sınırlıdır. Başta şifalı ve uçucu yağ bitkileri olmak üzere bitkilerde biriken bir takım değerli maddeleri sentezleyemezler. Hayvanların ve insanların yaşamı için çok önemli olan maddeleri, bir takım enzimleri, peptid hormonlarını, bağışıklık proteinlerini, interferonları ve hayvan ve insan vücudunda sentezlenen daha birçok basit bileşiği sentezleyemezler. Elbette mikroorganizmaların olanakları tükenmekten çok uzaktır. Mikroorganizmaların bolluğu içinde sadece önemsiz pay. Mikroorganizmaların seçimi amacıyla, örneğin oksijen yokluğunda yaşayabilen anaerobik bakteriler, bitkiler gibi ışık enerjisini kullanan fototroflar, kemoototroflar, son zamanlarda keşfedildiği gibi sıcaklıklarda yaşayabilen termofilik bakteriler büyük ilgi görmektedir. 110°C vb.

  Ve yine de sınırlamalar doğal malzeme"açıktır. Bitki ve hayvanların hücre ve doku kültürleri yardımıyla kısıtlamaları aşmaya çalıştılar ve çalışıyorlar. Bu çok önemli ve umut verici bir yoldur ve biyoteknolojide de uygulanmaktadır. Geçtiğimiz birkaç on yıl boyunca bilim insanları, bir bitki veya hayvanın bireysel doku hücrelerinin, bakteri hücreleri gibi vücuttan ayrı olarak büyüyüp çoğalmasını sağlayacak yöntemler geliştirdiler. Oldu önemli başarı- elde edilen hücre kültürleri deneyler ve amaçlar için kullanılır endüstriyel üretim bakteri kültürleri kullanılarak elde edilemeyen bazı maddeler.

  Araştırmanın bir diğer yönü, proteinlerin kodlanması ve organizmaların işleyişi için gereksiz olan genlerin DNA'dan çıkarılması ve bu DNA'ya dayalı genlerin oluşturulmasıdır. yapay organizmalar"kesilmiş bir gen dizisi" ile. Bu, değiştirilmiş organizmaların virüslere karşı direncini önemli ölçüde arttırmayı mümkün kılar.

  Gelişim tarihi ve ulaşılan teknoloji seviyesi

  20. yüzyılın ikinci yarısında, birçok önemli keşif ve icat yapıldı. genetik mühendisliği. Genlerde "yazılı" olan biyolojik bilginin "okunması" için uzun yıllar süren çalışmalar başarıyla tamamlandı. Bu çalışma İngiliz bilim adamı Frederick Sanger ve Amerikalı bilim adamı Walter Gilbert (1980 Nobel Kimya Ödülü) tarafından başlatıldı. Bilindiği gibi genler, vücutta enzimler dahil olmak üzere RNA molekülleri ve proteinlerin sentezi için bilgi-talimatlar içerir. Bir hücreyi kendisi için alışılmadık yeni maddeleri sentezlemeye zorlamak için, ilgili enzim setlerinin hücrede sentezlenmesi gerekir. Ve bunun için ya içinde bulunan genleri bilinçli olarak değiştirmek ya da daha önce bulunmayan yeni genleri ona dahil etmek gerekir. Canlı hücrelerdeki genlerdeki değişiklikler mutasyonlardır. Örneğin mutajenlerin (kimyasal zehirler veya radyasyon) etkisi altında ortaya çıkarlar. Ancak bu tür değişiklikler kontrol edilemez veya yönlendirilemez. Bu nedenle bilim insanları, çabalarını, insanların ihtiyaç duyduğu yeni, çok spesifik genlerin hücrelere aktarılmasına yönelik yöntemler geliştirmeye odakladılar.

  Bir genetik mühendisliği problemini çözmenin ana aşamaları şunlardır:

  1. İzole edilmiş bir genin elde edilmesi.
  2. Bir genin vücuda aktarılmak üzere bir vektöre yerleştirilmesi.
  3. Gen içeren bir vektörün değiştirilmiş organizmaya aktarılması.
  4. Vücut hücrelerinin dönüşümü.
  5. Genetik seçilim değiştirilmiş organizmalar (GDO) ve başarıyla değiştirilmeyenleri ortadan kaldırın.

  Gen sentezi süreci artık çok iyi geliştirilmiş ve hatta büyük ölçüde otomatikleştirilmiştir. Hafızasında çeşitli nükleotid dizilerinin sentezine yönelik programların saklandığı bilgisayarlarla donatılmış özel cihazlar vardır. Bu aparat, uzunluğu 100-120 nitrojen bazına (oligonükleotidler) kadar olan DNA segmentlerini sentezler. Mutant DNA da dahil olmak üzere DNA'nın sentezlenmesi için polimeraz zincir reaksiyonunun kullanılmasını mümkün kılan bir teknik yaygınlaştı. Isıya dayanıklı bir enzim olan DNA polimeraz kullanılır. matris sentezi Yapay olarak sentezlenen parçaların tohum olarak kullanıldığı DNA nükleik asit- oligonükleotidler. Ters transkriptaz enzimi, bu tür primerleri kullanarak, hücrelerden izole edilmiş bir RNA şablonu üzerinde DNA'nın sentezlenmesine olanak tanır. Bu şekilde sentezlenen DNA'ya tamamlayıcı DNA (RNA) veya cDNA denir. İzole edilmiş, "kimyasal olarak saf" bir gen aynı zamanda bir faj kütüphanesinden de elde edilebilir. Bu, genom veya cDNA'dan rastgele parçaların genomun içine yerleştirildiği, faj tarafından tüm DNA'sıyla birlikte çoğaltılan bir bakteriyofaj preparatının adıdır.

  Genleri bakterilere sokma tekniği, Frederick Griffith'in bakteriyel dönüşüm olgusunu keşfetmesinden sonra geliştirildi. Bu fenomen, bakterilerde kromozomal olmayan DNA'nın küçük parçalarının, plazmidlerin değişiminin eşlik ettiği ilkel bir cinsel sürece dayanmaktadır. Plazmid teknolojileri, yapay genlerin bakteri hücrelerine yerleştirilmesinin temelini oluşturdu.

  Hazır bir genin bitki ve hayvan hücrelerinin kalıtsal aparatına dahil edilmesiyle önemli zorluklar ilişkilendirildi. Bununla birlikte, doğada, yabancı DNA'nın (bir virüs veya bakteriyofajın) bir hücrenin genetik aparatına dahil edildiği ve metabolik mekanizmalarının yardımıyla "kendi" proteinini sentezlemeye başladığı durumlar vardır. Bilim adamları yabancı DNA'nın tanıtılmasının özelliklerini incelediler ve bunu giriş ilkesi olarak kullandılar Genetik materyal bir kafese. Bu işleme transfeksiyon denir.

  Tek hücreli organizmalar veya çok hücreli hücre kültürleri modifikasyona tabi tutulursa, bu aşamada klonlama başlar, yani modifikasyona uğramış organizmaların ve onların soyundan gelenlerin (klonların) seçimi başlar. Görev ne zaman elde edilecek Çok hücreli organizmalar Daha sonra değiştirilmiş genotipli hücreler, bitkilerin vejetatif çoğaltılması için kullanılır veya hayvanlar söz konusu olduğunda taşıyıcı annenin blastosistlerine yerleştirilir. Sonuç olarak, yavrular değiştirilmiş veya değişmemiş bir genotiple doğarlar; bunlardan yalnızca beklenen değişiklikleri sergileyenler seçilir ve birbirleriyle çaprazlanır.

  Bilimsel araştırmalarda uygulama

  Küçük ölçekte de olsa, bazı kısırlık türlerine sahip kadınlara hamile kalma şansı vermek için genetik mühendisliği halihazırda kullanılıyor. Bu amaçla sağlıklı bir kadının yumurtaları kullanılır. Sonuç olarak çocuk genotipi bir baba ve iki anneden miras alır.

  Ancak insan genomunda daha önemli değişiklikler yapma olasılığı bir takım ciddi zorluklarla karşı karşıyadır. etik sorunlar. 2016 yılında Amerika Birleşik Devletleri'nde bir grup bilim insanı, CRISPR/Cas9 teknolojisi kullanılarak genetik modifikasyona tabi tutulan, hastanın kendi bağışıklık hücrelerini kullanarak kanseri tedavi etme yönteminin klinik denemeleri için onay aldı.

  Hücre mühendisliği

  Hücre mühendisliği, insanlar için gerekli maddeleri vücut dışında üretebilen bitki ve hayvan hücrelerinin ve dokularının yetiştirilmesine dayanmaktadır. Bu yöntem değerli bitki formlarının klonal (aseksüel) çoğaltılması için kullanılır; örneğin kan lenfositleri ve tümör hücrelerinin özelliklerini birleştiren ve antikorların hızlı bir şekilde elde edilmesini mümkün kılan hibrit hücrelerin elde edilmesi.

  Rusya'da genetik mühendisliği

  GDO'ların devlet tescilinin başlamasından sonra bazı faaliyetlerin faaliyet gösterdiği belirtilmektedir. kamu kuruluşları ve bireysel milletvekilleri Devlet Duması Yenilikçi biyoteknolojilerin Rus tarımına girmesini engellemeye çalışıyor. 350'den fazla Rus bilim adamı, Bilim Çalışanları Derneği'nin genetik mühendisliğinin gelişimini destekleyen açık mektubunu imzaladı. Rusya Federasyonu. İÇİNDE açık mektup Rusya'da GDO yasağının yalnızca tarım pazarında sağlıklı rekabete zarar vermekle kalmayıp, gıda üretim teknolojileri alanında önemli bir geriliğe yol açacağı, gıda ithalatına bağımlılığın artmasına yol açacağı ve Rusya'nın itibarını sarsacağı belirtiliyor. politikasının geçerli olduğu bir devlet yenilikçi gelişme [gerçeğin önemi? ] .

  Ayrıca bakınız

  Notlar

  1. Alexander Pançin Tanrıyı yenmek // Popüler mekanikler. - 2017. - No. 3. - S. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
  2. Yüksek verimliliğe sahip bir TALEN sistemi kullanılarak in-vivo genom düzenleme(İngilizce) . Doğa. Erişim tarihi: 10 Ocak 2017.
  3. Elementler - bilim haberler: maymunlar gen terapisini kullanarak renk körlüğünü iyileştirdi  (Tanımsız) (18 Eylül 2009). Erişim tarihi: 10 Ocak 2017.

  Modern dünyada genetik mühendisliğinin başarıları hakkında hiçbir şey duymamış birini bulmak zordur.
  
  Bugün biyoteknolojiyi geliştirmenin, tarımsal üretimi, ilacı ve diğer birçok endüstriyi geliştirmenin en umut verici yollarından biridir.

  Genetik mühendisliği nedir?

  Bilindiği gibi, herhangi bir canlının kalıtsal özellikleri, vücudun her hücresinde, karmaşık protein moleküllerinin elemanları olan bir dizi gen şeklinde kaydedilir. Canlı bir varlığın genomuna yabancı bir gen ekleyerek, ortaya çıkan organizmanın özelliklerini değiştirebilirsiniz. Sağ Taraf: Bir mahsulü dona ve hastalıklara karşı daha dayanıklı hale getirmek, bitkiye yeni özellikler kazandırmak vb.

  Bu değişiklik sonucunda elde edilen organizmalara genetiği değiştirilmiş veya transgenik denir ve bilimsel disiplin, transgenik teknolojilerin (genetik veya genetik mühendisliği) modifikasyonları ve geliştirilmesi araştırmalarıyla uğraşmaktadır.

  Genetik mühendisliğinin nesneleri

  Genetik mühendisliği araştırmalarının en yaygın nesneleri mikroorganizmalar, bitki hücreleri ve alt hayvanlardır, ancak memeli hücreleri ve hatta insan vücudundaki hücreler üzerinde de araştırmalar yürütülmektedir. Kural olarak, araştırmanın doğrudan amacı diğer hücresel maddelerden arındırılmış bir DNA molekülüdür. DNA, enzimler yardımıyla ayrı bölümlere ayrılır ve istenilen bölümü tanıyıp izole edebilmek, enzimler yardımıyla aktarabilmek ve diğer DNA'nın yapısına entegre edebilmek önemlidir.

  Modern teknikler halihazırda genomun bölümlerinin oldukça özgürce manipüle edilmesini, çoğaltılmasını mümkün kılıyor. gerekli alan kalıtsal zincir ve onu alıcının DNA'sındaki başka bir nükleotidin yerine yerleştirir. Yapı yasaları konusunda oldukça fazla deneyim birikmiş ve önemli bilgiler toplanmıştır. kalıtsal mekanizmalar. Kural olarak, tarım bitkileri, temel gıda ürünlerinin verimliliğini önemli ölçüde artırmayı zaten mümkün kılan dönüşümlerden geçmektedir.

  Genetik mühendisliğine neden ihtiyaç duyulur?

  Yirminci yüzyılın ortalarına gelindiğinde, geleneksel yöntemler artık bilim adamlarına uygun değildi, çünkü bu yönün bir takım ciddi sınırlamaları vardı:

  • ilgisiz canlı türleri arasında geçiş yapmak imkansızdır;
  • genetik özelliklerin rekombinasyon süreci kontrol edilemez kalır ve gerekli nitelikler yavrularda rastgele kombinasyonlar sonucu ortaya çıkarken, yavruların çok büyük bir yüzdesi başarısız olarak değerlendirilip seçim sırasında atılır;
  • geçerken istenen nitelikleri doğru bir şekilde belirlemek imkansızdır;
  • Üreme süreci yıllar, hatta on yıllar alır.

  
  
  Kalıtsal özelliklerin korunmasına yönelik doğal mekanizma son derece stabildir ve istenen niteliklere sahip yavruların ortaya çıkması bile bu özelliklerin sonraki nesillerde korunmasını garanti etmez.

  Genetik mühendisliği yukarıdaki tüm zorlukların üstesinden gelmemizi sağlar. Transgenik teknolojilerin yardımıyla, genomun bireysel bölümlerinin başka türlere ait canlılardan alınan bölümlerle değiştirilmesiyle, belirli özelliklere sahip organizmalar yaratmak mümkündür. Aynı zamanda yeni organizmalar yaratmak için gereken süre de önemli ölçüde azalır. Sabitlemeye gerek yok gerekli işaretler, onları kalıtsal hale getirir, çünkü sonraki partileri genetik olarak değiştirmek her zaman mümkün olduğundan, süreci tam anlamıyla akışa geçirir.

  Transgenik bir organizma yaratmanın aşamaları

  1. İzole edilmiş bir genin izolasyonu gerekli özellikler. Bugün bunun için oldukça güvenilir teknolojiler var, hatta özel hazırlanmış gen kütüphaneleri bile var.
  2. Transfer için bir genin bir vektöre yerleştirilmesi. Bunu yapmak için, özel bir yapı oluşturulur - bir veya daha fazla DNA segmenti ve düzenleyici element içeren, vektör genomuna yerleştirilen ve ligazlar ve kısıtlama enzimleri kullanılarak klonlamaya tabi tutulan bir transgen. Dairesel bakteriyel DNA - plazmitler - genellikle bir vektör olarak kullanılır.
  3. Vektörün alıcının vücuduna dahil edilmesi. Bu süreç, viral veya bakteriyel DNA'nın konakçı hücrelere yerleştirilmesine ilişkin benzer bir doğal süreçten kopyalanır ve aynı şekilde çalışır.
  4. Moleküler klonlama. Bu durumda, modifikasyona uğrayan hücre başarılı bir şekilde bölünerek, modifiye edilmiş genomu içeren ve belirli özelliklere sahip protein moleküllerini sentezleyen birçok yeni yavru hücre üretir.
  5. GDO seçimi. Son aşamanın sıradan yetiştirme çalışmalarından hiçbir farkı yoktur.

  Genetik mühendisliği güvenli midir?

  Transgenik teknolojilerin ne kadar güvenli olduğu sorusu hem bilim camiasında hem de bilimden uzak medyada periyodik olarak gündeme getirilmektedir. Bunun henüz kesin bir cevabı yok.

  Birincisi, genetik mühendisliği biyoteknolojinin oldukça yeni bir alanı olmaya devam ediyor ve bu sorun hakkında objektif sonuçlar çıkarmamıza olanak tanıyan istatistikler henüz birikmedi.

  İkinci olarak, çokuluslu gıda şirketlerinin genetik mühendisliğine yaptığı devasa yatırımlar, ciddi araştırma eksikliğinin ek bir nedeni olabilir.
  
  
  Ancak birçok ülkenin mevzuatı, üreticilere, gıda grubu ürünlerinin ambalajlarında GDO'lu ürünlerin varlığını belirtme zorunluluğu getiren düzenlemeler getirmiştir. Her durumda, genetik mühendisliği, teknolojilerinin yüksek etkinliğini zaten kanıtlamıştır ve Daha fazla gelişme insanlara daha da fazla başarı ve başarı vaat ediyor.

  giriiş

  Çalışmamda genetik mühendisliği konusunu araştırıyorum. Genetik mühendisliğinin insanlığa hem alanda açtığı fırsatlar temel bilim ve diğer birçok alanda çok büyüktür ve hatta çoğu zaman devrim niteliğindedir.

  Böylece endüstriyel seri üretime olanak sağlar. gerekli proteinler, bunu çok daha kolay hale getiriyor teknolojik süreçler fermantasyon ürünleri (enzimler ve amino asitler) elde etmek için gelecekte bitki ve hayvanları iyileştirmek ve kalıtsal insan hastalıklarını tedavi etmek için kullanılabilir.

  Bu nedenle, ana yönlerden biri olan genetik mühendisliği bilimsel ve teknolojik ilerleme, gıdadan tarıma, enerjiden çevre sorunlarına kadar pek çok sorunun çözümünün hızlandırılmasına aktif olarak katkıda bulunmaktadır.

  Ama özellikle harika fırsatlar Genetik mühendisliği tıp ve farmasötiklerin önünü açar çünkü genetik mühendisliğinin kullanımı tıpta radikal dönüşümlere yol açabilir.

  1. Öz genetik mühendisliği.

  1.1. Genetik mühendisliğinin tarihi.

  Genetik mühendisliği birçok araştırmacının çalışmaları sayesinde ortaya çıktı. farklı endüstriler biyokimya ve moleküler genetik.

  Uzun yıllar boyunca proteinler makromoleküllerin ana sınıfı olarak kabul edildi. Hatta genlerin protein niteliğinde olduğu varsayımı bile vardı.

  Avery, McLeod ve McCarthy, DNA'nın kalıtsal bilginin taşıyıcısı olduğunu ancak 1944'te gösterdiler.

  Bu andan itibaren nükleik asitler üzerine yoğun çalışmalar başladı. On yıl sonra, 1953'te J. Watson ve F. Crick, çift sarmallı bir DNA modeli yarattılar. Bu yıl moleküler biyolojinin doğuş yılı olarak kabul ediliyor.

  50-60'lı yılların başında genetik kodun özellikleri açıklığa kavuşturuldu ve 60'lı yılların sonunda evrenselliği deneysel olarak doğrulandı.

  Nesneleri Escherichia coli (E. Coli), virüsleri ve plazmidleri olan moleküler genetiğin yoğun bir gelişimi vardı.

  Sağlam DNA moleküllerinin, plazmitlerin ve virüslerin yüksek derecede saflaştırılmış preparatlarının izole edilmesi için yöntemler geliştirilmiştir.

  Virüslerin ve plazmitlerin DNA'sı hücrelere biyolojik olarak sokuldu aktif form karşılık gelen genlerin replikasyonunu ve ifadesini sağlamak.

  70'li yıllarda DNA dönüşüm reaksiyonlarını katalize eden bir dizi enzim keşfedildi. Özel rol Genetik mühendisliği yöntemlerinin geliştirilmesinde kısıtlama enzimleri ve DNA ligazları yer alır.

  Genetik mühendisliğinin gelişim tarihi üç aşamaya ayrılabilir:

  İlk aşama, in vitro rekombinant DNA molekülleri elde etmenin temel olasılığının kanıtlanmasıyla ilişkilidir. Bu çalışmalar farklı plazmidler arasında melezlerin üretimiyle ilgilidir. Orijinal DNA moleküllerini kullanarak rekombinant moleküller oluşturma imkanı çeşitli türler ve bakteri suşları, bunların yaşayabilirliği, stabilitesi ve işleyişi.

  İkinci aşama, rekombinant DNA moleküllerinin elde edilmesine yönelik çalışmaların başlamasıyla ilişkilidir. kromozomal genler prokaryotlar ve çeşitli plazmidler, bunların stabilitesinin ve yaşayabilirliğinin kanıtıdır.

  Üçüncü aşama, ökaryotik genlerin, özellikle de hayvanların, vektör DNA moleküllerine (gen aktarımı için kullanılan ve alıcı hücrenin genetik aparatına entegre olabilen DNA) dahil edilmesiyle ilgili çalışmaların başlangıcıdır.

  Resmi olarak genetik mühendisliğinin doğum tarihi, Stanford Üniversitesi'nde P. Berg ve S. Cohen ve işbirlikçilerinin SV40 virüsü, bakteriyofaj ve E. coli'nin DNA parçalarını içeren ilk rekombinant DNA'yı yarattığı 1972 yılı olarak kabul edilmelidir.

  1.2. Genetik mühendisliği kavramı

  Moleküler genetik ve moleküler biyolojinin en büyük buluşu olan dallarından biri pratik uygulama genetik mühendisliğidir.

  Genetik mühendisliği, genlerin bir organizmadan diğerine aktarılmasını sağlayan yöntemlerin toplamıdır veya yeni biyolojik nesnelerin hedeflenen şekilde inşa edilmesine yönelik bir teknolojidir.

  70'li yılların başında doğan oyuncu bugün büyük başarılara imza attı. Genetik mühendisliği teknikleri bakteri, maya ve memeli hücrelerini herhangi bir proteinin büyük ölçekli üretimi için “fabrikalara” dönüştürür.

  Bu, proteinlerin yapısını ve işlevlerini ayrıntılı olarak analiz etmeyi ve bunları protein olarak kullanmayı mümkün kılar. ilaçlar.

  Şu anda Escherichia coli (E. coli), insülin ve somatotropin gibi önemli hormonların tedarikçisi haline gelmiştir.

  Daha önce insülin hayvan pankreas hücrelerinden elde ediliyordu, dolayısıyla maliyeti çok yüksekti. 100 g kristal insülin elde etmek için 800-1000 kg pankreas gerekir ve bir ineğin bir bezi 200-250 gramdır. Bu, insülini pahalı ve elde edilmesini zorlaştırdı. geniş aralıkşeker hastaları.

  İnsülin, 20 ve 30 amino asit uzunluğunda A ve B olmak üzere iki polipeptit zincirinden oluşur. Disülfür bağlarıyla bağlandıklarında doğal çift zincirli insülin oluşur.

  E. coli proteinleri, endotoksinler ve diğer yabancı maddeleri içermediği, hayvan insülini gibi yan etki yaratmadığı, biyolojik aktivite açısından ondan farklı olmadığı gösterilmiştir.

  Somatotropin, hipofiz bezi tarafından salgılanan bir insan büyüme hormonudur. Bu hormonun eksikliği hipofiz cüceliğine yol açar. Somatotropin haftada üç kez 1 kg ağırlık başına 10 mg'lık dozlarda uygulanırsa, eksikliğinden muzdarip bir çocuk yılda 6 cm büyüyebilir.

  Daha önce kadavra materyalinden, bir cesetten elde ediliyordu: Nihai farmasötik preparasyon açısından 4 - 6 mg somatotropin. Dolayısıyla hormonun mevcut miktarları sınırlıydı, ayrıca bu yöntemle elde edilen hormon heterojendi ve yavaş büyüyen virüsler içerebiliyordu.

  1980 yılında Genentec şirketi bakterileri kullanarak somatotropin üretimi için bu dezavantajlardan yoksun bir teknoloji geliştirdi. 1982 yılında Fransa'daki Pasteur Enstitüsü'nde E. coli ve hayvan hücrelerinin kültüründe insan büyüme hormonu elde edildi ve 1984 yılında SSCB'de endüstriyel insülin üretimi başladı.

  1.3. Genetik mühendisliğinin amaçları ve hedefleri

  Uygulamalı genetik mühendisliğinin amacı, genetik aparata dahil edildiğinde vücuda insanlar için yararlı özellikler kazandıracak bu tür rekombinant DNA moleküllerini tasarlamaktır.

  Rekombinant DNA teknolojisi, dokulardaki genlerin ekspresyonunu, kromozomlardaki genlerin lokalizasyonunu inceleyerek, genlerin kromozomlardaki lokalizasyonunu inceleyerek oldukça spesifik DNA problarının üretimine dayanmaktadır. ilgili işlevler(örneğin insanlarda ve tavuklarda). DNA probları teşhiste de kullanılıyor çeşitli hastalıklar.

  Rekombinant DNA teknolojisi, ters genetik adı verilen alışılmadık bir protein-gen yaklaşımını mümkün kıldı. Bu yaklaşımda, bir hücreden bir protein izole edilir, bu proteine ​​ait gen klonlanır ve modifiye edilerek proteinin değiştirilmiş bir formunu kodlayan mutant bir gen oluşturulur. Ortaya çıkan gen hücreye verilir. Bu sayede hatalı genler düzeltilerek kalıtsal hastalıklar tedavi edilebilmektedir.

  Hibrit DNA döllenmiş bir yumurtaya verilirse, mutant geni yavrularına aktaran transgenik organizmalar elde edilebilir.

  Hayvanların genetik dönüşümü, bireysel genlerin ve bunların protein ürünlerinin, hem diğer genlerin aktivitesinin düzenlenmesinde hem de çeşitli patolojik süreçlerdeki rolünün belirlenmesini mümkün kılar.

  Rekombinant DNA teknolojisinin kullanım alanları aşağıdaki yöntemler:

  · Bireysel genlerin izolasyonunu ve manipülasyonunu hızlandıran, kısıtlama nükleazları tarafından DNA'nın spesifik bölünmesi;

  · saflaştırılmış bir DNA fragmanının tüm nükleotidlerinin hızlı sekanslanması; bu, genin sınırlarını ve onun tarafından kodlanan amino asit sekansını belirlemenizi sağlar;

  · rekombinant DNA'nın inşası;

  · Spesifik RNA veya DNA dizilerinin daha yüksek doğruluk ve hassasiyetle tanımlanmasına olanak tanıyan nükleik asitlerin hibridizasyonu;

  DNA klonlaması: bir polimeraz zincir reaksiyonu kullanılarak in vitro amplifikasyon veya bir DNA fragmanının, böyle bir dönüşümden sonra bu fragmanı milyonlarca kopya halinde yeniden üreten bir bakteri hücresine yerleştirilmesi;

  · Rekombinant DNA'nın hücrelere veya organizmalara dahil edilmesi.

  
  

  2.

  2.1. içeren genlerin izolasyonu gerekli bilgi.

  Genler çeşitli yollarla elde edilebilir: DNA'dan izolasyon, kimyasal-enzimatik sentez ve enzimatik sentez.

  Genlerin DNA'dan izolasyonu, belirli nükleotid dizilerine (4-7 nükleotid çifti) sahip alanlarda DNA bölünmesini katalize eden kısıtlama enzimleri kullanılarak gerçekleştirilir. Bölünme, nükleotid çiftlerinin tanınabilir bir bölgesinin ortasında gerçekleştirilebilir; bu durumda her iki DNA zinciri de aynı seviyede “kesilir”. Ortaya çıkan DNA fragmanlarının sözde "kör" uçları vardır. DNA bölünmesi, şeritlerden birinin birkaç nükleotid tarafından dışarı çıkmasıyla bir kayma ile mümkündür. Bu durumda tamamlayıcılıklarından dolayı oluşan "yapışkan" uçlar etkileşime girer. Yapışkan uçları olan bir nükleotid sekansı, bir vektöre (aynı kısıtlama enzimi ile önceden işlenmiş) bağlanabilir ve karşılıklı olarak tamamlayıcı uçların ligazlarla çapraz bağlanmasının bir sonucu olarak dairesel bir sekansa dönüştürülebilir. Yöntemin önemli dezavantajları vardır, çünkü istenen genin kesin izolasyonu için enzimlerin etkisini seçmek oldukça zordur. Genle birlikte, "fazladan" nükleotitler yakalanır veya tersine, enzimler genin bir kısmını keserek onu işlevsel olarak kusurlu bir hale getirir.

  Biliniyorsa kimyasal-enzim sentezi kullanılır Birincil yapı sentezi bir gen tarafından kodlanan protein veya peptid. Genin nükleotid dizisinin tam bilgisi gereklidir. Bu yöntem, istenen nükleotid dizisini doğru bir şekilde yeniden oluşturmanıza ve ayrıca kısıtlama enzimleri, düzenleyici diziler vb. için tanıma bölgelerini genlere tanıtmanıza olanak tanır. Yöntem aşağıdakilerden oluşur. kimyasal sentez Genellikle 8-16 birimlik nükleotidler arasındaki ester bağlarının adım adım oluşması nedeniyle tek sarmallı DNA fragmanları (oligonükleotidler). Şu anda, bir mikroişlemcinin kontrolü altında, tek sarmallı DNA'nın belirli kısa dizilerini çok hızlı bir şekilde sentezleyen "gen makineleri" vardır.

  İstenilen baz dizisi tuş takımına girilir. Mikroişlemci, bir pompa kullanılarak nükleotidlerin yanı sıra gerekli reaktiflerin ve çözücülerin sırayla sentez kolonuna beslendiği valfleri açar. Sütun, üzerinde DNA moleküllerinin toplandığı silikon boncuklarla doldurulur. Bu cihaz, 30 dakikada 1 nükleotid hızında, uzunluğu 40 nükleotide kadar olan zincirleri sentezleyebilmektedir. Ortaya çıkan oligonükleotidler, çift sarmallı bir nükleotid oluşturmak üzere DNA ligaz kullanılarak birbirine çapraz bağlanır. Kullanarak Bu method insülin, proinsülin, somatostatin vb.'nin A ve B zincirleri için genler elde edildi.

  İzole haberci RNA'ya (mRNA) dayalı enzimatik gen sentezi şu anda en yaygın yöntemdir. İlk olarak hücrelerden haberci RNA'lar izole edilir; bunların arasında izole edilmesi gereken gen tarafından kodlanan mRNA da bulunur. Daha sonra, onaylanmış koşullar altında, hücreden izole edilen mRNA üzerinde, bir matris üzerinde olduğu gibi, ters transkriptaz (revertaz) kullanılarak mRNA'yı (cDNA) tamamlayan bir DNA ipliği sentezlenir. Ortaya çıkan tamamlayıcı DNA (cDNA), DNA polimeraz veya tersaz kullanılarak ikinci DNA ipliğinin sentezi için bir şablon görevi görür. Bu durumda primer, mRNA'nın 3' ucunu tamamlayan bir oligonükleotittir; Magnezyum iyonlarının varlığında deoksinükleosit trifosfatlardan yeni bir DNA zinciri oluşur.

  Yöntemi büyük başarı 1979'da insan büyüme hormonu (somatotropin) genini elde etmek için kullanıldı. Öyle ya da böyle elde edilen gen, proteinin yapısı hakkında bilgi içerir ancak bunu kendi başına uygulayamaz. Bu nedenle genin hareketini kontrol etmek için ek mekanizmalara ihtiyaç vardır. Genetik bilginin alıcı hücreye aktarımı bir vektörün parçası olarak gerçekleştirilir. Bir vektör, kural olarak, bağımsız çoğalma yeteneğine sahip dairesel bir DNA molekülüdür. Gen, vektörle birlikte rekombinant DNA oluşturur.

  2.2. Alıcı hücrede bağımsız replikasyon yeteneğine sahip vektörlerin (virüsler, plazmidler) seçimi.

  "Vektör" terimi, bir hücreye verildikten sonra şunları yapabilen bir nükleik asit molekülü anlamına gelir: özerk varoluş içindeki replikasyon ve transkripsiyon sinyallerinin varlığı nedeniyle.

  Vektör molekülleri aşağıdaki özelliklere sahip olmalıdır:

  1) alıcı hücrede otonom olarak çoğalma, yani bağımsız bir replikon olma yeteneği;

  Deneyin hedeflerine bağlı olarak vektörler iki gruba ayrılabilir: 1) istenen genin klonlanması ve amplifikasyonu için kullanılır; 2) uzmanlaşmış, yerleşik yabancı genlerin ifadesi için kullanılır. İkinci vektör grubu, klonlanmış genlerin protein ürünlerinin sentezini sağlamak için tasarlanmış vektörleri birleştirir. İfade vektörleri, genlerin klonlanmış kopyalarının transkripsiyonu ve mRNA'larının hücre suşlarında translasyonu için gerekli olan DNA dizilerini içerir.

  Plazmitler ve bakteriyofajlar prokaryotik vektörler olarak kullanılır; Hayvan ve bitki virüsleri, 2 μm maya ve mitokondri bazlı vektörler ve hem bakteriyel hem de ökaryotik hücrelerde çoğalma yeteneğine sahip bir dizi yapay olarak oluşturulmuş vektörler (mekik vektörler), ökaryotik vektörler olarak kullanılır.

  Plazmitler, hücrelerde otonom olarak çoğalan pro- ve ökaryotların kromozom dışı genetik elemanlarıdır. Çoğu plazmit vektörü doğal plazmitler ColE1, pMB1 ve p15A'dan türetilir.

  Bakteriyel plazmitler iki sınıfa ayrılır. Bazı plazmitler (örneğin, E. coli'de cinsiyeti belirleyen, iyi çalışılmış faktör F) hücreden hücreye hareket etme yeteneğine sahipken, diğerleri bu yeteneğe sahip değildir. Bir dizi nedenden dolayı ve öncelikle potansiyel olarak tehlikeli genetik materyalin kontrolsüz yayılmasını önlemek için, bakteriyel plazmit vektörlerinin büyük çoğunluğu ikinci sınıf plazmidlere dayanmaktadır. Pek çok doğal plazmit, hücrenin antibiyotiklere karşı direncini belirleyen genleri zaten içerir (bu genlerin ürünleri, antibiyotik maddeleri değiştiren veya parçalayan enzimlerdir). Ek olarak, diğer antibiyotiklere karşı direnci belirleyen ek genler, vektörler oluşturulurken bu plazmidlere eklenir.

  İncirde. Şekil 1, en yaygın E.coli plazmit vektörlerinden biri olan pBR322'yi göstermektedir. Kapsamlı bir şekilde araştırılmış bir E.coli plazmidi (kolikinojenik faktör ColE1) temel alınarak oluşturulmuştur ve bu plazmidin replikasyonunun kökenini içerir. ColE1 plazmidinin (ve sırasıyla pBR322) özelliği, protein sentezi inhibitörü antibiyotik kloramfenikolün (konakçı kromozomunun replikasyonunu dolaylı olarak inhibe eden) varlığında, E. coli'deki sayısının 20-50'den 1000 moleküle çıkmasıdır. Bu, büyük miktarlarda klonlanmış gen elde etmeyi mümkün kılar. pBR322 vektörünü orijinal plazmitlerden oluştururken, kısıtlama enzimleri için bir dizi "ekstra" bölge silindi.

  Şu anda, E. coli için birçok uygun vektör sisteminin yanı sıra, bir dizi başka gram negatif bakteri (Pseudomonas, Rhizobium ve Azotobacter gibi endüstriyel açıdan önemli olanlar dahil), gram pozitif bakteriler (Bacillus), daha düşük gram pozitif bakteriler (Bacillus) için plazmid vektörler oluşturulmuştur. mantarlar (maya) ve bitkiler.

  Plazmid vektörler nispeten küçük genom parçalarını (10 bin baz çiftine kadar) klonlamak için uygundur büyük boyutlar. Yüksek bitki ve hayvanların genlerinden oluşan bir kütüphane (veya kütüphane) edinmeniz gerekiyorsa, toplam uzunluk genomu çok büyük boyutlara ulaştığında, geleneksel plazmit vektörleri bu amaçlar için uygun değildir. Daha yüksek ökaryotlar için gen kütüphaneleri oluşturma sorunu, bakteriyofaj I'in türevlerinin klonlama vektörleri olarak kullanılmasıyla çözüldü.

  Faj vektörleri arasında en uygun sistemler, bakteriyofaj l ve M13 E. coli'nin genomlarına dayanarak oluşturuldu. Bu fajların DNA'sı, E. coli hücrelerinde çoğalma yeteneklerini etkilemeden silinebilen veya yabancı DNA ile değiştirilebilen genişletilmiş bölgeler içerir. L faj DNA'sına dayalı bir vektör ailesi oluşturulurken, ilk olarak DNA replikasyonu için gerekli olmayan bölgeden birçok kısıtlama bölgesi (DNA'nın kısa bölümlerine bölünerek) çıkarıldı ve bu tür alanlar, DNA replikasyonu için amaçlanan bölgede bırakıldı. yabancı DNA'nın yerleştirilmesi. İşaretleyici genler sıklıkla aynı bölgeye yerleştirilerek rekombinant DNA'nın orijinal vektörden ayırt edilmesini mümkün kılar. Bu tür vektörler “gen kütüphaneleri” oluşturmak için yaygın olarak kullanılmaktadır. Değiştirilen faj DNA fragmanının ve buna bağlı olarak yabancı DNA'nın eklenen bölgesinin boyutları, rekombinant faj genomunun yabani faj genomundan %10 daha büyük veya %75 daha küçük olması nedeniyle 15-17 bin nükleotid kalıntısı ile sınırlıdır. artık faj parçacıkları halinde paketlenemez.

  Şekil 1. Plazmid pBR322'nin ayrıntılı kısıtlama haritası.

  Bu tür kısıtlamalar teorik olarak filamentli bakteriyofaj M13 temel alınarak oluşturulan vektörler için mevcut değildir. Bu fajın genomuna yaklaşık 40 bin nükleotid kalıntısı uzunluğunda yabancı DNA'nın yerleştirildiği durumlar anlatılmıştır. Ancak yabancı DNA'nın uzunluğu 5 bin nükleotid kalıntısını aştığında M13 fajının kararsız hale geldiği bilinmektedir. Aslında M13 faj DNA'sından türetilen vektörler esas olarak genlerin dizilenmesi ve mutajenezi için kullanılır ve bunlara eklenen parçaların boyutları çok daha küçüktür.

  Bu vektörler M13 faj DNA'sının replikatif (çift sarmallı) formundan oluşturulur ve içine "polilinker" bölgeler inşa edilir (böyle bir tasarımın örneği Şekil 5'te gösterilmiştir). DNA, faj parçacığına tek sarmallı bir molekül olarak dahil edilir. Böylece bu vektör, klonlanmış bir genin veya onun fragmanının hem çift sarmallı hem de tek sarmallı formda elde edilmesini mümkün kılar. Rekombinant DNA'nın tek sarmallı formları, Sanger yöntemi kullanılarak DNA'nın nükleotid dizisinin belirlenmesinde ve genlerin oligodeoksinükleotid yönelimli mutajenezinde halihazırda yaygın olarak kullanılmaktadır.

  Yabancı genlerin hayvan hücrelerine transferi, iyi çalışılmış bir dizi hayvan virüsünün (SV40, bazı adenovirüsler, sığır papilloma virüsü, çiçek hastalığı virüsü vb.) DNA'sından elde edilen vektörler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu vektörlerin yapımı standart şemaya göre gerçekleştirilir: kısıtlama enzimleri için "ekstra" bölgelerin çıkarılması, replikasyonu için gerekli olmayan DNA bölgelerine işaretleyici genlerin eklenmesi (örneğin, timidin kinaz (tk) geni) HSV'den (herpes virüsü)), düzenleyici bölgelerin eklenmesi, gen ekspresyon seviyesinin arttırılması.

  Hem hayvan hücrelerinde hem de bakteri hücrelerinde çoğalma yeteneğine sahip olan "mekik vektörler" olarak adlandırılanların kullanışlı olduğu ortaya çıktı. DNA replikasyonundan sorumlu bölgelerin etkilenmeden kalması için hayvan ve bakteri vektörlerinin (örneğin, SV40 ve pBR322) büyük bölümlerinin birbirine dikilmesiyle yapılırlar. Bu, bir bakteri hücresinde bir vektör oluşturma (ki bu teknik olarak çok daha basittir) gibi temel işlemleri gerçekleştirmeyi ve daha sonra elde edilen rekombinant DNA'yı bir hayvan hücresindeki genleri klonlamak için kullanmayı mümkün kılar.

  Şekil 2. M13 mp8 vektörünün kısıtlama haritası.

  2.3. Rekombinant DNA'nın hazırlanması.

  Rekombinant DNA oluşturmanın özü, ilgilendiğimiz DNA bölgesinin bulunduğu DNA fragmanlarının, pro'ya aktarılabilen sözde vektör DNA moleküllerine (veya basitçe vektörlere) - plazmid veya viral DNA'ya entegrasyonudur. - veya ökaryotik hücreler ve orada otonom olarak çoğalırlar. Bir sonraki aşamada, rekombinant DNA taşıyan hücrelerin seçimi gerçekleştirilir (vektörün sahip olduğu işaretleyici özellikler kullanılarak) ve ardından ilgilendiğimiz DNA segmentine sahip bireysel klonlar (belirli bir gene özgü özellikler veya problar kullanılarak) veya DNA segmenti).

  Rekombinant DNA yapımı, bir takım bilimsel ve biyoteknolojik problemleri çözerken aynı zamanda klonlanan genin maksimum ifadesini sağlayacak sistemlerin oluşturulmasını da gerektirir.

  Yabancı DNA'yı vektör moleküllerine entegre etmenin üç ana yolu vardır. İlk durumda, aralarında ilgilendiğimiz DNA bölgesinin (bir gen veya onun segmenti, düzenleyici bölge) yer aldığı DNA fragmanlarının 3" uçları, bir homopolinükleotid dizisi (örneğin, poli(T)) ile uzatılır. Terminal nükleotidil transferaz enzimi kullanılarak 3" uçlar şekil olarak doğrusaldır. Vektör DNA, kendisine tamamlayıcı bir homopolinükleotid sekansı (yani poli (A)) ile aynı şekilde genişletilir. Bu, iki DNA molekülünün yapay olarak üretilen "yapışkan" uçların tamamlayıcı eşleşmesiyle birleştirilmesini sağlar.

  İkinci durumda, "yapışkan" uçlar, DNA moleküllerinin (hem vektör hem de ilgilendiğimiz parçayı içeren) kısıtlama endonükleazlarından (kısıtlama enzimleri) biri tarafından bölünmesiyle oluşturulur. Kısıtlama enzimleri son derece yüksek özgüllük ile karakterize edilir. DNA'daki çeşitli nükleotid kalıntılarından oluşan bir diziyi "tanır" ve bunların içindeki kesin olarak tanımlanmış nükleotidler arası bağları parçalarlar. Bu nedenle, büyük DNA'da bile kısıtlama enzimleri sınırlı sayıda kırılmaya neden olur.

  Üçüncü yöntem, bir kısıtlama enzimi tarafından oluşturulan DNA'nın yapışkan uçlarının sentetik dizilerle uzatıldığı ilk ikisinin birleşimidir (Şekil 3).

  DNA fragmanlarının uçları, bir kısıtlama tanıma bölgesi içeren çift sarmallı oligonükleotidler ("bağlayıcılar") ile genişletilerek "yapışkan" olanlara dönüştürülebilir.

  Şekil 3. PstI kısıtlama enzimleri ve poli(G)-poli(C)-bağlayıcı kullanılarak rekombinant DNA oluşturmaya yönelik şema.

  çok iyi. Böyle bir parçanın bu kısıtlama enzimi ile işlenmesi, onu aynı kısıtlama enzimi ile yarılmış bir vektör DNA molekülüne entegrasyon için uygun hale getirir. Çoğu zaman, polinükleotid fragmanları, aynı anda birkaç kısıtlama enzimi için spesifik bölgeleri içeren "bağlayıcılar" olarak kullanılır (bunlara "polibağlayıcılar" denir).

  Yabancı DNA'nın vektöre yerleştirilmesinden sonra bunların kovalent çapraz bağlanması DNA ligaz tarafından gerçekleştirilir. Rekombine moleküldeki boşluğun boyutu bir fosfodiester bağını aşarsa, DNA polimeraz kullanılarak in vitro veya hücre onarım sistemleri kullanılarak in vivo olarak onarılır.

  2.4. Rekombinant DNA'nın alıcı hücreye girişi

  Rekombinant DNA'nın transferi, transformasyon veya konjugasyon yoluyla gerçekleştirilir. Dönüşüm bir değişim sürecidir genetik özellikler Yabancı DNA'nın içine nüfuz etmesi sonucu hücreler. İlk kez pnömokoklarda, öldürücü olmayan bakteri türlerinin bazı hücrelerinin, öldürücü türlerle birlikte fareleri enfekte ettiklerinde patojenik özellikler kazandığını gösteren F. Giffith tarafından keşfedildi. Dönüşüm daha sonra çeşitli bakteri türlerinde gösterildi ve araştırıldı. Yalnızca birkaç sözde "yeterli" hücrenin (yabancı DNA'yı bünyesine katma ve özel bir dönüştürücü protein sentezleme yeteneğine sahip) dönüşüm yeteneğine sahip olduğu tespit edilmiştir. Hücre yeterliliği aynı zamanda faktörler tarafından da belirlenir. dış ortam. Bu, hücrelerin polietilen glikol veya kalsiyum klorür ile işlenmesiyle kolaylaştırılabilir. Hücreye nüfuz ettikten sonra, rekombinant DNA şeritlerinden biri bozulur ve diğeri, alıcı DNA'nın homolog bir bölgesi ile rekombinasyon nedeniyle bir kromozoma veya kromozom dışı birime dahil edilebilir. Dönüşüm en çok evrensel bir şekilde Genetik bilginin aktarımı ve genetik teknolojileri açısından büyük önem taşımaktadır.

  Konjugasyon, genetik bilginin donörden alıcıya tek yönlü aktarımının olduğu genetik materyal alışverişi yöntemlerinden biridir. Bu transfer özel konjugatif plazmitlerin (doğurganlık faktörü) kontrolü altındadır. Verici hücreden alıcı hücreye bilgi aktarımı özel genital villus (pili) aracılığıyla gerçekleştirilir. Yardımcı plazmidlerin katılımıyla konjugatif olmayan plazmidler kullanılarak bilgi aktarımı da mümkündür. Hücrede faj parçacıklarının gelişmesine yol açan tüm virüs veya faj gen setinin transferine transfeksiyon denir. Bakteri hücrelerine uygulandığı şekliyle teknik, sferoplastların elde edilmesini, kuluçka ortamının nükleazlardan saflaştırılmasını ve saflaştırılmış faj DNA'sının eklenmesini (protamin sülfatın varlığı transfeksiyonun etkinliğini arttırır) içerir. Teknik, özel mekik viral vektörler kullanılarak hayvan ve bitki hücrelerine uygulanabilir.

  3.

  İnsanlara uygulandığında genetik mühendisliği kalıtsal hastalıkları tedavi etmek için kullanılabilir. Ancak teknik olarak hastanın kendisini tedavi etmekle torunlarının genomunu değiştirmek arasında önemli bir fark var.

  Yetişkin bir insanın genomunu değiştirme görevi, genetiği değiştirilmiş yeni hayvan türlerinin yetiştirilmesinden biraz daha karmaşıktır. bu durumda sadece bir embriyonik yumurtayı değil, halihazırda oluşmuş bir organizmanın çok sayıda hücresinin genomunu değiştirmek gerekir. Bunu yapmak için viral parçacıkların vektör olarak kullanılması önerilmektedir. Viral parçacıklar, yetişkin insan hücrelerinin önemli bir yüzdesine nüfuz edebilir ve kalıtsal bilgilerini bu hücrelerin içine yerleştirebilir; Vücuttaki viral partiküllerin kontrollü çoğalması mümkündür. Aynı zamanda, yan etkileri azaltmak için, bilim adamları genetiği değiştirilmiş DNA'nın genital organ hücrelerine sokulmasından kaçınmaya çalışıyor, böylece hastanın gelecekteki torunları üzerindeki etkiden kaçınılıyor. Medyada bu teknolojiye yönelik önemli eleştirileri de belirtmekte fayda var: Genetiği değiştirilmiş virüslerin geliştirilmesi birçok kişi tarafından tüm insanlığa yönelik bir tehdit olarak algılanıyor.

  Gen terapisinin yardımıyla gelecekte insan genomunu değiştirmek mümkün. Şu anda, insan genomunu değiştirmeye yönelik etkili yöntemler geliştirme ve primatlar üzerinde test etme aşamasındadır. Uzun zamandır Maymunların genetik mühendisliği ciddi zorluklarla karşılaştı, ancak 2009'da deneyler başarı ile taçlandırıldı: Nature dergisinde konuyla ilgili bir yayın çıktı. başarılı uygulama Renk körlüğü olan yetişkin bir erkek maymunu tedavi etmek için genetiği değiştirilmiş viral vektörler. Aynı yıl, genetiği değiştirilmiş ilk primat (değiştirilmiş bir yumurtadan yetiştirilen), marmoset yavrularını doğurdu.

  Küçük ölçekte de olsa, bazı kısırlık türlerine sahip kadınlara sağlıklı bir kadının yumurtalarını kullanarak hamile kalma şansı vermek için genetik mühendisliği halihazırda kullanılıyor. Sonuç olarak çocuk genotipi bir baba ve iki anneden miras alır.

  Ancak insan genomunda daha önemli değişiklikler yapma olasılığı bir takım ciddi etik sorunlarla karşı karşıyadır.

  Çözüm

  Genetik mühendisliği yöntemlerinin yoğun gelişimi sonucunda, ribozomal, taşıma ve 5S RNA, histonlar, fare, tavşan, insan globini, kollajen, ovalbümin, insan insülini ve diğer peptid hormonları, insan interferonu vb. için birçok genin klonları ortaya çıkmıştır. elde edildi.

  Bu, biyolojik olarak pek çok şey üreten bakteri türlerinin yaratılmasını mümkün kıldı. aktif maddeler tıpta kullanılan, tarım ve mikrobiyoloji endüstrisi.

  Genetik mühendisliğine dayanarak ilaç endüstrisinin “DNA endüstrisi” adı verilen bir dalı ortaya çıktı. Bu, biyoteknolojinin modern dallarından biridir.

  İçin tıbbi kullanım recDNA ile elde edilen insan insülini (humulin) onaylanmıştır. Ayrıca, çalışmaları sırasında elde edilen bireysel genler için çok sayıda mutanta dayanarak, kanserojen bileşiklerin tanımlanması da dahil olmak üzere çevresel faktörlerin genetik aktivitesini belirlemek için oldukça etkili test sistemleri oluşturulmuştur.

  
  

  REFERANSLAR:

  1) Bekiş O.-Ya.L. Tıbbi biyoloji. – Mn.: Urajai, 2000. – s. 114-119.

  2) Mutovin G.R. Klinik genetiğin temelleri. - M.: Yüksek Lisans, 1997. – s. 83-84.

  3) Hare R.S. Tıbbi genetiğin temelleri. – Mn.: Yüksekokul, 1998. – s. 60-65.

  4) biotechnolog.ru

  Plan:

  Giriiş.

  1.Genetik mühendisliğinin özü.

  1.1. Genetik mühendisliğinin tarihi

  1.2. Genetik mühendisliği kavramı

  1.3. Genetik mühendisliğinin amaçları ve hedefleri

  2. Genetiği değiştirilmiş bir programla organizma yaratmanın aşamaları.

  2.1. Gerekli bilgiyi içeren genlerin (doğal veya sentezlenmiş) izolasyonu.

  2.2. Alıcı hücrede bağımsız replikasyon yeteneğine sahip vektörlerin (virüsler, plazmidler) seçimi.

  2.3. Rekombinant DNA'nın hazırlanması.

  2.4. Rekombinant DNA'nın alıcı hücreye yerleştirilmesi.

  3.Genetik mühendisliği teknolojilerinin tıpta uygulanması.

  Genetik mühendisliği, genleri hücrelerden veya bir organizmadan izole etmek, rekombinant RNA ve DNA elde etmek, genlerle çeşitli manipülasyonlar gerçekleştirmek ve bunları diğer organizmalara dahil etmek için kullanılan bir dizi yöntem, teknik ve teknolojidir. Bu disiplin, değiştirilmiş organizmanın istenen özelliklerinin elde edilmesine yardımcı olur.

  Bilim geniş anlamda Genetik mühendisliği biyoteknolojik bir araç değildir ancak bir biyoteknolojik araç olarak kabul edilir. Genetik ve moleküler mikrobiyoloji gibi bilimlerden elde edilen araştırmaları kullanır.

  Kalıtımın yönetimiyle ilgili oluşturulan genetik mühendisliği yöntemleri en çok kullanılan yöntemlerden biriydi. parlak olaylar bilimin gelişmesinde.

  Bilim adamları, moleküler biyologlar ve biyokimyacılar, farklı organizmalardan gelen genleri birleştirerek genleri değiştirmeyi, değiştirmeyi ve tamamen yenilerini yaratmayı öğrendiler. Ayrıca verilen kalıplara göre materyalin nasıl sentezleneceğini de öğrendiler. Bilim adamları yapay materyalleri organizmalara sokmaya ve onları çalışmaya zorlamaya başladı. Genetik mühendisliği tüm bu çalışmalara dayanmaktadır.

  Ancak bazı sınırlamalar var" biyolojik materyal». Bu sorun bilim insanları bu sorunu çözmeye çalışıyor ve uzmanlar bu yolun oldukça umut verici olduğunu belirtiyor. Geçtiğimiz birkaç on yıl boyunca bilim insanları, belirli bitki veya bitki hücrelerinin organizmadan ayrı olarak bağımsız olarak gelişmeye ve çoğalmaya zorlanabileceği teknikler geliştirdiler.

  Genetik mühendisliğinin başarıları büyük önem. deneylerde de kullanılır endüstriyel üretim bakteri kültürleri kullanılarak elde edilemeyen bazı maddeler. Ancak bu alanda da sıkıntılar yaşanıyor. Örneğin sorun, hayvan hücrelerinin aynı hücreyi bölme yeteneğinin olmamasıdır. sonsuz sayı aynen

  Deneyler sırasında temel keşifler yapıldı. Böylece ilk kez “kimyasal olarak saf” izole edilmiş bir gen yetiştirildi. Daha sonra bilim adamları ligaz ve kısıtlama enzimlerini keşfettiler. İkincisinin yardımıyla geni parçalara (nükleotidler) ayırmak mümkün hale geldi. Ve ligazların yardımıyla, tam tersine, bu parçaları birbirine bağlayabilir, "yapıştırabilirsiniz", ancak yeni bir kombinasyonla, farklı bir gen oluşturarak, inşa ederek.

  Bilim insanları biyolojik bilginin “okunması” sürecinde de önemli ilerlemeler kaydetti. Amerikalı ve İngiliz bilim adamları W. Gilbert ve F. Sanger uzun yıllardır genlerin içerdiği verileri deşifre ediyorlar.

  Uzmanlar, genetik mühendisliğinin var olduğu süre boyunca herhangi bir etkisinin olmadığını belirtiyor. olumsuz etki araştırmacıların kendilerine göre, insana zarar vermediği gibi doğaya da zarar vermediği ortaya çıktı. Bilim adamları şunu belirtiyor elde edilen sonuçlar hem organizmaların hayati işlevlerini sağlayan mekanizmaların işleyişinin incelenmesi sürecinde hem de uygulamalı endüstride çok etkileyicidirler. Aynı zamanda beklentiler gerçekten harika görünüyor.

  Tarım ve tıpta genetiğin ve genetik mühendisliğinin büyük önemine rağmen, temel sonuçlarına henüz ulaşılamamıştır.

  Bilim insanları oldukça fazla zorlukla karşı karşıyadır. Her genin sadece fonksiyonlarını ve amacını değil, aynı zamanda aktivasyonunun hangi koşullar altında gerçekleştiğini, yaşamın hangi dönemlerinde, hangi faktörlerin etkisi altında, vücudun hangi kısımlarını açıp tetiklediğini de belirlemek gerekir. karşılık gelen proteinin sentezi. Ayrıca bu proteinin vücut yaşamındaki rolünün, hangi reaksiyonları tetiklediğinin, hücresel sınırların dışına çıkıp çıkmadığının, hangi bilgileri taşıdığının öğrenilmesi de önemlidir. Protein katlanması sorunu oldukça karmaşıktır. Bunların ve daha birçok sorunun çözümü bilim insanları tarafından genetik mühendisliği çerçevesinde gerçekleştirilmektedir.

  Genetik mühendisliği ve modern biyoteknoloji, mikrobiyoloji, genetik ve biyokimyadaki gelişmelerin bir sonucu olarak ortaya çıkmıştır. Moleküler biyoloji, moleküler genetik, hücre biyolojisindeki gelişmelerin yanı sıra yeni keşfedilen deneysel yöntemler ve yeni ekipmanlar, genetik mühendisliği ve biyoteknolojide inanılmaz ilerlemeler sağlamıştır.

  Genetik mühendisliğinin amacı

  Genetik mühendisliğinin amacı genlerin yapısını, kromozom üzerindeki konumlarını değiştirmek ve aktivitelerini insanın ihtiyaçlarına göre düzenlemektir. Bu hedefe ulaşmak için kullandıkları çeşitli metodlar proteinlerin endüstriyel ölçekte üretilmesine, gereksinimleri en iyi karşılayan yeni bitki çeşitlerinin ve hayvan türlerinin oluşturulmasına, çeşitli bulaşıcı ve kalıtsal insan hastalıklarının teşhis ve tedavisine olanak sağlar.

  Genetik mühendisliği araştırmasının nesneleri virüsler, bakteriler, mantarlar, hayvanlar (insan vücudu dahil) ve bitki hücreleri. Bu canlıların DNA molekülü diğer hücre maddelerinden arındırıldıktan sonra aralarındaki maddi farklılıklar ortadan kalkar. Saflaştırılmış bir DNA molekülü, enzimler kullanılarak belirli bölümlere bölünebilir ve bunlar daha sonra gerekirse çapraz bağlayıcı enzimler kullanılarak bir araya getirilebilir. Modern yöntemler Genetik mühendisliği, herhangi bir DNA parçasını çoğaltmanıza veya bir DNA zincirindeki herhangi bir nükleotidi bir başkasıyla değiştirmenize olanak tanır. Elbette bu başarılar kalıtım yasalarının tutarlı bir şekilde incelenmesi sonucunda elde edildi.

  Genetik mühendisliği (genetik mühendisliği), kalıtımın maddi temelini - DNA molekülünü spesifik olarak bölümlere ayıran ve bu bölümleri uçları birbirine bağlayan enzimlerin yanı sıra bunu mümkün kılan elektroforetik yöntemin keşfi sonucu ortaya çıktı. DNA segmentlerini uzunluk boyunca yüksek doğrulukla bölmek için. Bir DNA molekülünü oluşturan nükleotidlerin spesifik diziliminin belirlenmesi ve istenilen herhangi bir DNA bölümünün otomatik sentezi için yöntem ve ekipmanların yaratılması, genetik mühendisliğinin hızlı bir şekilde gelişmesini sağlamıştır.

  Bilim adamlarının kalıtımı kontrol etme arzusunun gelişimi, tüm bitki ve hayvanlardaki kalıtımın temelinin DNA molekülü olduğunu, bakteri ve fajların da kalıtım yasalarına uyduğunu, mutasyon sürecinin tüm canlılar için ortak olduğunu gösteren kanıtlarla kolaylaştırılmıştır. ve deneysel yöntemlerle düzenlenebilir.

  Louis Paster

  Klon elde etmek için bir yöntem geliştiren büyük Fransız bilim adamı Louis Pasteur, bakterilerin çeşitli olduğunu, kalıtıma sahip olduğunu ve özelliklerinin ikincisiyle yakından ilişkili olduğunu gösteren ilk kişi oldu (Şekil 1, 2).

  Twort ve D'Herrel

  1915'te Twort ve D'Herrel, bakterilerin içinde kendiliğinden çoğalan fajların (fajlar bakterilerde çoğalan virüslerdir) onları yok edebildiğini kanıtladı. Mikrobiyologlar umutlarını tehlikeli bulaşıcı hastalıklara neden olan mikroplara karşı fajların kullanılmasına bağladılar. Ancak bakteriler spontan mutasyonlar nedeniyle fajlara karşı dirençlidir. Bu mutasyonların kalıtımı, bakterileri fajlar tarafından yok edilmekten korur.

  Virüsler ve fajlar bir hücrenin içinde çoğalarak onu yok edebilir veya hücrenin genomuna girerek onun kalıtımını değiştirebilir. Bir organizmanın kalıtımını değiştirmek için dönüşüm ve transdüksiyon süreçleri yaygın olarak kullanılmaktadır.

  Joshua ve Esther Lederberg

  1952'de Joshua ve Esther Lederberg, bakteri kolonilerinin kopyalanması (çoğaltılması) yöntemini kullanarak bakterilerde kendiliğinden mutasyonların varlığını kanıtladılar (Şekil 3). Çoğaltma kullanarak mutant hücreleri izole etmek için bir yöntem geliştirdiler. Dış ortamın etkisi altında mutasyonların sıklığı artar. Özel yöntemler görmene izin ver çıplak göz Mutasyonlar sonucu oluşan yeni suşların klonları.

  Çoğaltma yöntemi bakteri kolonileri aşağıdaki şekilde gerçekleştirilir. Sterilize edilmiş kadife kumaş, ahşap bir cihazın yüzeyi üzerine gerilir ve kopyaların nakledilmesi amaçlanan bir Petri kabının yüzeyinde büyüyen bir bakteri kolonisine uygulanır. Daha sonra koloniler yapay besin ortamına sahip temiz bir Petri kabına aktarılır. Siteden materyal

  Genetik mühendisliğinin aşamaları

  Genetik mühendisliği birkaç aşamada gerçekleştirilir.

  • İşlevine dayalı olarak ilgilenilen bir gen tanımlanır, daha sonra izole edilir, klonlanır ve yapısı incelenir.
  • İzole edilen gen, bir kromozomla rekombinasyon yeteneğine sahip bazı faj, transpozon veya plazmidin DNA'sı ile birleştirilir (rekombine edilir) ve bu şekilde bir vektör yapısı oluşturulur.
  • Vektör yapısı hücreye eklenir (transformasyon) ve transgenik bir hücre elde edilir.
  • Olgun organizmalar yapay koşullar altında transgenik bir hücreden elde edilebilir.