Гендик инженерия

Лекция

Тема: Микро жана макроорганизмдердин гендик инженериясы

1. Организмдердин тукум куучулук факторлору жана нуклеин кислоталары.

2. Бактериялардын гендик инженериясы

3. Өсүмдүктөрдүн гендик инженериясы

4. Трансгендик өсүмдүктөрдү алуу

5. Трансгендик жаныбарларды алуу

1-суроо. Баардык тирүү организмдердин башкы компоненти болуп нуклеин кислоталары (рибонуклеин жана дезоксирибозонуклеин) эсептелет. Нуклеин кислоталары 3 структурадан турат (10-сүрөт):

1. Азоттук негиз (пуриндик жана пиримидиндик негиздер)

2. Моносахарид - рибоза жана дезоксирибоза

3. Фосфор кислотасы

10-сурөт. Нуклеин кислоталарынын түзүлүшү

Рибонуклеин кислотасынын (РНК) составында рибоза, аденин, гуанин, цитозин, урацил болот. Ал эми дезоксирибонуклеин кислотасында дезоксирибоза, аденин, гуанин, цитазин, тимин бар. Нуклеин кислоталары нуклеотид деп аталуучу компоненттерден турат. Нуклеотиддер биригип полинуклеотиддик чынжырды түзүшөт.

ДНК - кош чынжырлуу, а РНК бир чынжырлуу полинуклеотид болуп эсептелет (11-сүрөт). Азоттук негиздер чынжырлуу спиралдын ичинде жайгашышат, суутектик байланыштын жардамында алар спецификалык жуптарды пайда кылат

А-Т, Г-Ц-ДНК

А-У, Г-Ц-РНК.

РНКнын негизги кызматы - клеткадагы белоктордун синтезине катышуу.

ДНК нын негизги функциясы болуп тукум куучулук материалды сактоо жана кийинки муунга өткөрүп берүү саналат. РНК кызматы боюнча 4 грүппага бөлүнөт:

1. Информациялык-и-РНК

2. Транспорттук -т - РНК

3. Рибосомдук -р- РНК

4. Ядролук РНК

Информациялык же матрицалык РНК - белоктун биринчилик структурасы жөнүндө маалыматты кармайт. т-РНК аминокислоталарды рибосомага ташыйт, рибосомдук РНК рибосомаларды түзөт жана белокторду чогултат. ДНК негизинен хромосомаларда жайгашат, азыраак санда митохондрияларда, өсүмдүктөрдө болсо пластидаларда. Хромосомалардын материалын хроматин түзөт. Ар бир хромосома хромонемадан жана хромомерлерден турат. Хромосомалардын саны 1-100 гө чейин жетет. Эукариоттордо хромосомалар жуп болуп жайгашат. Тирүү организмдерде тукум куучулук фактор болуп ген болуп эсептелет. Кишинин клеткасында гендердин саны 5-125 миңге жетет.

Бактериялардын хромосомасы шакекче түрүндө клетканын борборунан орун алган, ДНКсы кош чынжырлуу жана ядролук чел кабыгы жок. Көпчүлүк бактериялардын цитоплазмасында хромосомдук ДНКдан тышкары ДНКнын майда участоктору жайгашкан. Алар плазмида деп аталат. Плазмидалар 2-200гө чейинки белоктор жөнүндө маалымат кармашат. Плазмидалык ДНКнын көлөмү бактериялардын хромосомасына уланууга жөндөмдүү келишет. Бактериялардын клеткасында бирден онго чейин плазмидалар кездешет.

11-сурөт. ДНКнын түзүлүшү.

2-суроо. Генетикалык рекомбинация деп эки хромосоманын ортосунда гендерди алмаштыруу процеси аталат. Генетикалык рекомбинация жолу менен башка түрдүн гендерин бактериянын клеткасына кийирүүгөө болот.

Бул метод менен иштөө алгач бактериянын клеткасында жүргүзүлөт. Ичеги таякчасы - Escherichia coli бактерияcынын клеткасына жаныбарлардын гендерин кошуп, ДНК материалы репликацияланышат (көбөйүшөт).

Бизге керектүү гендер жайгашкан ДНКнын участогун бөлүп алуу- рестриктаза деп аталуучу ферменттердин жардамында ишке ашат. Рестриктазалар бактериялардын клеткаларында табылган жана алар ДНКнын чынжырында спецификалык фрагменттерди таанып керектүү жерден кесишет. 400 аминокислоталардан турган орто көлөмдөгү белок молекуласын коддоо (генетикалык код боюнча) үчүн узундугу 1200 жуп нуклеотидден турган ДНК участогу керектелет. Азыркы мезгилде рестриктазалардын 500 түрү белгилүү. Алар 120 түркүн вариантта ДНК молекуласын кесүүгө жөндөмдүү болушат. Бул метод гендщик инженерия тармагындагы адистерге керектүү гендерди кармаган ДНК фрагменттерин алууга жана иштетүүгө мүмүкүнчүлүк берди. Кесилген ДНК участокторун электрофорез менен

бөлүп алышат. Ал үчүн рестриктаза менен аракеттенген ДНК участогун электр талаасында жайгаштырылган гель түрүндөгү агарозага кошобуз. Электр талаасынын таасири астында ДНК фрагменттери гель агарозанын ичинде кыймылга келе бешташат. ДНКнын кыска фрагменттери узун үзүндүлөргө салыштырмалуу тез жылып, бири-биринен ажырай, бирок өздөрүнүн биологиялык сапаттарын жоготпойт. Кыркылган ДНКнын кыска фрагменттерин ДНК- лигаза деп аталуучу фермент бириктирет. Лигаза ДНК фрагменттерин бириктирип толук ДНКнын кош спиралын калыбына келтирет. Репликациялануучу гибриддик функционалдык ДНКны алуу үчүн бизге керектүү ДНКнын фрагментин вектордун составына кошушат. Вектор- бул микроорганизмдердин клеткасына теги башка ДНКны алып кирүүчү жана анын көбөйүшүн камсыздоочу ДНК молекуласы болуп эсептелет. Вектор аркылуу жаңы ген курамына ээ болгон клеткалар реципиент деп аталышат.

Вектор катары бактериялардын плазмидалары кызмат аткарышат. Плазмида – бул клеткада автономиялуу хромосома менен байланышпаган туруктуу абалда жашоого жөндөмдүү генетикалык элементтер. Плазмидалардын негизги өзгөчөлүгү хромосомалардан көз карандысыз репликацияланышы. Өлчөмү боюнча плазмиданын ДНКсы бактериянын хромосомасынын ДНКсынан 100 эсе кичине болот. Бирок ошого карабастан мындай плазмида миндеген гендерди өзүнө батырат.

Плазмидалар бактериялардын клеткаларынын сырткы чөйрөгө, жагымсыз шарттарга туруктуулугун күчөтүшөт.

12-сурөт. Генетикалык рекомбинациянын схемасы

Көпчүлүк майда плазмидаларда бир катар рестриктазалар үчүн бирден кыркуу участоктору бар экендиги белгилүү болду. Ар бир рестриктаза плазмиданы майдалап кыркпастан плазмидалык ДНКны шакекче түрүнөн түз сызыктуу абалга келтирет. Алгач мындай плазмида 1974-жылы англиялык окумуштуу Стэнли Коуэн тарабынан ачылган. Мындай абалдагы поазмида өз алдынча көбөйүүгө жана учтары менен башка ДНК молекуласынын участогуна уланууга жөндөмдүү болот.

Гендик инженериянын алгачкы тажрыйбаларын жүргүзүүдө обьект катары – Escherichia coli - ичеги таякчасынын клеткасы тандалып алынган (13-сүрөт). Ичеги таякчасынын клеткаларын төмөнкү температурада Са эритмесинде кармап, андан кийин жогорку температура менен таасир этишет. Бул ыкмадан кийин бактериялардын клеткалык мембраналары тандап өткөргүчтүүлүгүн төмөндөтөт да, сырттан келген ДНК молекулалары клетканын нчине тоскоолсуз өтүшөт. Плазмидага триптофан аминокислотасынын синтезине жооп берүүчү гендердин тобу бириккен. Мындай гибриддик ДНК Е. cоli нин клеткаларына кирген соң ичеги таякчасынын клеткалары жаңы сапатка ээ болушуп, активдүү түрдө триптофанды синтездей башташат.

13-сурөт.Ичеги таякчасынын клеткасы

Плазмидалардан сырткары вектордун ролун бактериялардын клеткларында митечилик кылган вирустардын ДНКсы да аткарат. Аларды фаг деп аташат. Гибриддик ДНКга ээ болгон клеткалар көбойүшүп клондорду пайда кылышат. Гибриддик ДНКларды бактериялардын клеткаларына кошуу методу менен көптөгөн белоктук препараттарды, дары -дармектерди, гормондор ж.б. ушул сыяктуу биологиялык активдүү заттарды өндүрүү перспективалары күчөдү. Эң чоң жетишкендик болуп бул инсулин гормонун микробдук синтез менен өндүрүү саналат . Инсулин гормону - бул-кишинин жана жаныбарлардын организминде уйку бези аркылуу синтезделүүчү белок. Инсулин организмдеги глюкозанын концентрациясын башкарып турат жана углеводдук зат алмашууда өтө чоң мааниге ээ. Эгерде организмде жетиштүү санда инсулин иштелип чыкпаса анда кант диабети пайда болот. Кант диабети менен ооруган адамдарга инсулин иньекция түрүндө берилет. Инсулин дары препараты негизинен малдын жана чочконун уйку безинен алынып даярдалат. Бирок көпчүлүк оорулуулар мындай инсулинди көтөрө алышпайт да организминде инсулинге каршы антитело иштеп чыгышат. Бул көйгөйдү чечилиши биотехнологиялык метод менен байланышкан. Кишинин инсулин гормонун ичеги бактериялары иштеп чыга башташты.

3-суроо. Өсүмдүктөрдүн гендик инженериясы тармагындагы изилдөөчүлөр көп убакытка чейин өсүмдүк клеткасына керектүү гендерди кандай жол менен киргизүү ыкмасын табууга аракеттеништи. Ал үчүн окумуштуулар өсүмдүктөрдүн ткандарынын шишик оорусун (галл) козгоочу бактерияларды колдонууну чечишти. Өсүмдүктөрдүн галл оорусу кадимки залалдуу шишик оорусу болуп эсептелет. Жабыркаган клеткалар тез ылдамдык менен көбөйүшөт жана метастаза болуп таралууга жөндөмдүү. Галл оорусу эки үлүштүү өсүмдүктөрдүн 600 ашык түрүн жабыркатат.

1897 –жылы жүзүмдүн галл залалдуу оорусу изилденип, козгогучу - Pseudomonada уруусуна кирген Аgrobacterium tumefaciens бактериясы экендиги аныкталган. Бул бактериянын ачылышы менен өсүмдүктөрдүн гендик инженериясы негизделди. Ризосферада кеңири таралган Аgrobacterium tumefaciens бактерияларын таза өсүмдүккө жугузса, анда өсүмдүк тканында жараат пайда болот да шишикке айланат. Галл менен жабыркаган клеткалар культурада абдан тез өсүүгө жөндөмдүү болушат.

1974 жылы агробактериянын патогендик штаммдарында 150-200 миң жуп нуклеотиддерди кармаган ири плазмида бар экендиги жана ал шишик оорусун пайда кылаары аныкталды. Бул ири плазмидалар оңой эле агробактериянын клеткасынан өсүмдүк клеткаларына өтөөрү белгилүү болду.

14-сурөт. Аgrobacterium tumefaciens тин жардамы менен өсүмдүктөрдүн геномун өзгөртүү.

4-суроо. Жогоруда белгилегендей өсүмдүк клеткасына керектүү ДНК агробактериялардын жардамы аркылуу киргизилет (15-16-17-сүрөттөр). Агробактерия клеткага киргенден кийин өсүмдүк тканында тератома шишигин пайда кылат.

15-сурөт. Өсумдук тамырында пайда болгон шишиктер (тератома).

Тератомалар дифференциацияланган клеткалар тобунан турат жана өсүмдүктөрдүн түрдүү органдарынын өсүшүнө негизги ткань (база) болуп берет. Эгерде тератомаларды тамыр системасына уласа, анда жаңы гендерге ээ болгон өсүмдүк өөрчуп чыгат. Бирок, мындай өсүмдүктөрдүн кийинкң муундары баштапкы жаңы белгилерин жогото баштайт, анткени агробактериялар аркылуу келген жаңы ген мейоз процессинде кийинки муунга өтө албаганы аныкталды.

16-сурөт. Аgrobacterium tumefaciens жалбырактардын жана сабактардын мертинүүсүнө алып келет, анын плазмидалары өсүмдүк клеткасынын хромосомасына уланууга жөндөмдүү.

17-сурөт. Трансгендик өсумдуктөрду алуу

5-суроо. Жогору түзүлүштөгү организмдердин гендерин бөлүп алуу, гендерди бактериялык плазмидалар менен рекомбинациялоо, клон клеткаларды алуу, тирүү клеткага рекомбинант ДНКнын интеграциясы жана гендердин экспрессиясы багытындагы окумуштуулардын ийгиликтери жаңы гендерге ээ болгон жаныбарларды алуу теориясына негиз салган. Бирок сүт эмүүчү жаныбарлар менен мындай эксперименттер теория жүзүндө гана түзүлүүдө, себеби жаныбарлардын клеткасына кирүүчү векторлор аныктала элек. Жогорку түзүлүштөгү жаныбарлардын геномун өзгөртүү - зигота же эмбрион абалында бактериалдык плазмидалар аркылуу клондоштурулган эукариот гендерин кошуу процесстерин камтыйт. Мындай жаныбарлар трансгендик деп аталат (18-19-сүрөттөр). (Клондошуу деген - бактерия клеткасында рекомбинант ДНКнын молекуласынын көбөйүү процесси).

18-сүрөт. Трансгендик жаныбарлар

19-сүрөт. Трансгендик чычкандарды алуу

Гендин инженериянын технологиялары күч алып, жаныбарларга, канаттууларга, кур-кумурскаларга түркүн илимий тажрыйбалар, эксперименттер жүргүзүлүүдө, бирок жаныбарлардын геномун өзгөртүүгө багытталган гендик инженериянын иш-аракеттери адамдын ден-соолугуна, өмүрүнө жана айлана-чөйрөгө канчалык коопсуз экендигине ким кепилдик бере алат деген суроолор жаралат.

Текшерүү үчүн суроолор:

1. Нуклеин кислоталары деген эмне?

2. Нуклеин кислоталарынан түзүлүшү? Түрлөрү?

3. Нуклеин кислотасынын функциялары?

4. Рестриктаза ферменти деген эмне?

5. ДНК лигаза, вектор, реципиент, плазмида деген терминдер эмнени түшүндүрөт?

6. Трансгендик өсүмдүктөрдү жана жаныбарларды алуунун технологиясы?