ДНҚ молекулалары

Презентация қосу

Тақырыбы: Гендік инженерия
Жоспар:
1. Гендік инженерия тарихы
2. Гендік инженерия әдістері
2. Гендік инженерия шешетін мәселелері
3. Генді тасымалдайтын векторлар
Гендік инженерия ғылымының даму тарихы

Ген инженериясының дүниеге келген уақыты 1972 ж. деп
есептеледі. Сол жылы Т. Берг алғаш рет пробиркада үш түрлі
микроорганизмнің ДНҚ-ларының фрагменттерінен жаңа
гибридтік ДНҚ құрастырды. Бірақ маймылдың рак
вирусының, бактериофагтың және ішек бактериясының
гендік ДНҚ-ларынан құрастырылған. Ол гибридтік ДНҚ-ның
клетка ішінде ойдағыдай жұмыс істей алатындығы
тексерілмеді, себебі құрамында рак вирусының нуклеин
қышқылы болғандықтан ғалымдар тәуекелге бармады.
Гендік инженерия ғылымының даму тарихы

Клеткада жұмыс істей алатын гибридтік ДНҚ-ны 1973-74
жылдары С. Коэн мен Г. Бойер құрастырды. Олар басқа
организмнен бөліп алған ДНҚ фрагментін (генін) бактерия
плазмидасының құрамына енгізді. Ол плазмидадағы бөтен
гендердің алғаш рет жаңа организм ішінде жұмыс істей
алатынын көрсетті. Соның артынша-ақ дүние жүзінің
көптеген лабораторияларында жұмыс істей алатын әр түрлі
плазмидалар алынды. Советтік заманда ондай бөтен гені бар
плазмида академик А.А. Баевтың басшылығымен жасалды.
1945-1950 ж.ж. Бірінші рет жануарлар жасушаларының культуралары
өсірілді.
XX ғ. 50 – ші жылдары адам жасушасының бірінші культуралары
өсірілді.
1970 ж. Г. Смит және В. Арбер рестриктаза бөліп алды.
1972 ж. П. Берг С. Коэн, Х. Бойер рекомбинанты in vitro ДНК алды, ол
SV-40 маймыл ДНК-ның бөліктерінен және E. coli мен λ фаг
бактерияларының ДНК сынан құрастырылған еді.
1975. ж. Ф. Сэнгер ДНК анықтаудың тікелей әдісін үсынды.
1978 ж. Генді-инженериялық инсулин жасалды, ол кәдімгі ақуызға өте
ұқсас болды.
1978 ж. Англияда бірінші пробиркадағы адам Луиза Браун дүниеге
келді.
1985 ж. 4 қаңтарында Лондон қаласының бір клиникасында бірінші
суррогатты ана атанған миссис Коттон қызды өмірге әкелді.
1986 ж. В гепатиты мен көптеген вирустық аруларға қарсы генді-
инженериялық вакцина және генді-инженериялық интерферон жасалды.
1990 ж. Адамның генетикалық картасын құрастыру үшін халықаралық
проект бастау алды. (Human Genome Project)
1993 ж. Генетикалық өзгертілген өнімдерді дүкен сөрелерінде сатуға
рұқсат берілді.
1993 ж. К. Мюллис ПЦР әдісін ойлап тапқан үшін Нобел силығының
лауреаты атанды.
1995 ж. Бактерия гені Haemophilus influenzae толық сиквенделді.
1996 ж. Ашытқы санырауқұлағы сиквенделді. (Saccharomyces
cerevisiae)
1997 ж. Я. Уилмут және К. Кэмпбел Рослин Эдинбург институтында
жануар эмбрионынан саулық Доллиды клондады.
2001 ж. Ауыл шаруашылық өсімдігінің (күріш) бірінші толық
генетикалық картасы құралды.
2008 ж. 1000 адам геномын сиквендеу бойынша жоба басталды. (1
геномы сиквенделген адам Ф. Крик)
2010 ж. Крейг Вентр алғашқы “микоплазма микоидес” jcva sym 1.0
ағзасының геномын құрастырды.
Гендік инженерия -

• молекулалық және жасушалық генетиканың қолданбалы саласы. Белгілі
қасиеттері бар генетикалық материалдарды (гендерді) in vitro
жағдайында алдын ала құрастырып, оларды тірі жасушаға енгізіп,
көбейтіп, зат алмасу процесін өзгеше жүргізу. Бұл әдіспен
организмдердегі генетикалық ақпаратты көздеген мақсатқа сай өзгертіп,
олардың геномдарын белгіленген жоспармен қайта құруға болады.
• Гендік инженериялық қызметтің кең мағынада үш негізгі мақсаты
бар:
• - фармакологиялық және тамақ өнеркәсібі үшін ГМ өсімдіктерді;
• - ГМ – жануарларды;
• - ГМ – микроорганизмдерді (немесе рекомбинантты
микроорганизмдерді) жасау.
Гендік инженерияның дамуына негіз болған молекулалық биология
мен молекулалық генетиканың жетістіктері:

Рестриктаза мен лигаза ферменттерінің ашылуы;

Генді химиялық ферменттерді қолдану арқылы синтездеу
әдістері;

Бөтен генді клеткаға тасымалдаушы – векторларды
пайдалану;

Бөтен генге ие болған клеткаларды таңдап бөліп алу
жолдарының ашылуы;
•Гендік инженерия ол функциональдық активті генетикалық құрылымдарды
рекомбинанттық (будан) ДНҚ молекулалары түрінде қолдан құрастыру. Гендік
инженерияның мәні – жеке гендерді бір организмнен алып басқа организмге
көшіріп орналастыру. Бұған рестриктаза мен лигаза ферменттерінің ашылуы
мүмкіндік туғызады.
•Рестриктазалар – ДНҚ молекуласын белгілі жерлерден жеке үзінділерге қиып,
бөлшектейтін ыдыратушы фермент.
•Алынған полинуклеотид бөлшектерінің (ДНҚ фрагменттерінің)
комплементарлық немесе «жабысқыш» ұштарын ДНҚ лигазасы бір-біріне
«желімдеп» реттеп жалғастырып қосады. Осы ферменттердің көмегімен бір ДНҚ
молекуласынан қажетті ген бөлініп алынып, басқа ДНҚ молекуласының
үзінділерімен құрастырылып, рекомбинанттық, яғни жаңа будан ДНҚ жасалады.

•Рекомбинанттық ДНҚ бірнеше әдістермен тірі клеткаға енгізіледі. Жаңа геннің
экспрессиясы өтеді де, клетка сол ген белгілейтін белокты синтездей бастайды.
Сонымен, клеткаға рекомбинанттық ДНҚ молекуласы түрінде жаңа генетикалық
информацияны енгізіп, ақырында жаңа белгісі бар организмді алуға болады.
Бұндай организмді трансгендік немесе трансформацияланған организм деп
атайды.
Гендік
инженерияда
рекомбинантты
ДНҚ алу үшін
рестриктаза және
лигаза
ферменттері
қолданылады.
Рестриктаза
(рестрикциялық
эндонуклеазалар)
ДНҚ
молекуласын
белгілі
жерлерден жеке
үзінділерге қиып
бөлшектейтін
ыдыратушы
фермент.
.
Алынған полинуклеотид бөлшектерінің (ДНҚ
фрагменттерінің) комплементарлық немесе “жабысқыш”
ұштарын ДНҚ лигазасы бір-біріне “желімдеп” реттеп
жалғастырып қосады.
Гендік инженерияның мақсаты

1. Рекомбинантты ДНҚ түрінде атқаратын қызметі белсенді
генетикалық құрылымдарды жасап, оларды басқа клеткаларға
тасымалдау.

2.Рекомбинантты ДНҚ - ларды клеткаға енгізу әдісін жете
зерттеу.

3.Енгізілген клеткада гендердің қалыпты экспрессиялануына
жағдай туғызу.
Рекомбинатты ДНҚ деп in vitro жағдайда кез
келген екі немесе бірнеше ДНҚ
фрагменттерін біріктіру арқылы түзілген ДНҚ-
ны айтады.
Рекомбинатты ДНҚ-ның қарапайым құрамы
бөтен ДНҚ мен вектордан тұрады.
Ген инженериясы шешетін мәселелер

Генді химиялық немесе ферментті қолдану жолымен
синтездеу.

Әр түрлі организмнен алынған ДНҚ фрагметтерін бір
- бірімен жалғастыру.

Бөтен генді жаңа клеткаға векторлық ДНҚ арқылы
жеткізу және олардың қызметін қадағалау.

Клеткаға бөтен генді енгізу.

Бөтен генға ие болған клеткаларды
таңдап бөліп алу жолдарын ашу.
Алғашқы рет рекомбинанттық ДНҚ 1972 жылы
АҚШ-та Стэнфорд университетінде П.Бергтың
лабораториясында жасалды. Онда пробирка ішінде үш
түрлі микроорганизмнің ДНҚ-лары лямбда фагтың және
ішек таяқшасы бактериясының ДНҚ фрагменттері мен
маймылдың онкогендік вирусының толық геномы
қосылған еді.
Гендік инженерияның жұмысы мынадай кезеңдерден тұрады:

басқа организмге көшірілетін құрылымдық генді алу;

оны вектордың құрамына енгізу, яғни рекомбинанттық
ДНҚ-ны жасау;

рекомбинанттық ДНҚ-ны жасушаға тасымалдау;

жасушада бөтен ДНҚ-ның экспрессиясын талдау;

геномы өзгерген жеке жасушалардан регенерант алу.
Гендерді тасымалдайтын векторлар

• Құрылымдық гендерде тек қана метаболизм өтудің
нәтижесінде түзілетін заттардың (белоктың, иРНҚ-ның)
коды жазылған. Оларда ген активтілігін реттейтін бөлшек
мүлдем жоқ. Сондықтан, жаңа құрылымдық гендерді
иеленген жасушаларда ол гендер өз бетімен тиісті
қызметңн атқара алмайды. Гендердің жасушадағы әрекетін
басқаратын репликация және транскрипция сигналдарын
оларға вектор қамтамасыз етеді.
Вектор деп бөтен генетикалық материалды (ДНҚ фрагментін) клеткаға
(реципиенттің) тасымалдауға қабілетті ДНҚ молекуласын айтады. Векторлар
— ген тасығыштар, ал вектор деген сөздің өзі бағыттағыш деген мағынаны
білдіреді.
ДНҚ молекуласын векторсыз, мысалы, бактериялық клеткаға енгізсе, онда
оларды бактериялық ферменттер ыдыратып жібереді. Кейбір жағдайда ДНҚ
сақталуы мүмкін, бірақ клетканың бөлінуінде олар тұқым қуаламайды.
Осындай жағдай болмас үшін векторлық молекулалар қолданылады.
• Векторға – мынадай талаптар қойылады:
• а) өз алдына репликациялану, яғни жасуша ішіне бөтен генді
алып кірген соң жасушамен бірге немесе өз алдына көбейе
алатын орны болуы керек немесе вектор жасуша
хромосомасының құрамына еніп, онымен бірге ұрпақ
жасушаларға беріліп отыруы керек;
• б)трансформацияланған жасушаларды анықтау үшін оның
ерекше генетикалық белгілері болуы керек (мысалы,
антибиотикке төзімділігі);
• в)құрамында рестриктазалар үзе алатын нуклеотид тізбегі
болуы керек және репликацияға қабілетін жоғалтпауы керек;
• г)векторға орналастырылған бөтен ген оның ытқаратын
қызметін бұзбауы керек, ал вектор болса, олда енгізілген
геннің ішінде дұрыс реттеліп жұмыс істеуін қамтамасыз ететін
болуы керек.
• вектордың көлемі кішігірім болуы керек.
Әдетте құрылымдық ген өте қысқа болып келеді (бірнеше жүз
нуклеотид). Оны бірден көп мөлшерде бөліп алу қиын.
Сондықтан оның көшірмелерін (молекулаларының санын)
жетерліктей көбейту керек. Генді клондау үшін бактериялар
қолданылады. Мысалы, өте жақсы тексерілген, зияны жоқ,кең
таралған бактерия – ішек таяқшасы. Керекті ген орналастырылған
векторды бактерияға енгізеді. Бактерия тез бөлінетіндіктен, оның
ішіндегі вектор да, ген де бактериямен бірге көбейеді. Соңында
өскен бактерия биомассасынан вектор мен ген, яғни
рекомбинанттық ДНҚ көп мөлшерде бөлініп алынады.
Бактерия плазмидалары және рекомбинанттық ДНҚ
құрастыру

Векторлар ретінде көбінесе ішек таяқшасы E.coli
және де басқа бактериялардың плазмидалары
қолданылады. Бактерияларда басты хромосомадан
басқа көптеген кішкентай сақина тәрізді болып
тұйықталған қос тізбекті ДНҚ молекулалары
кездеседі. Сақина сияқты ДНҚ молекулалары бір-
біріне оралып күрделі спираль құрайды.
Плазмидалар өз бетіне репликациялана алатын
ДНҚ молекулалары. Олар бактерияның басты
хромосомасымен тіркеспеген, жасуша ішінде өз
алдына еркін орналасқан. Плазмида құрамында
тетрациклин немесе канамицин сияқты
антибиотиктерге төтеп беруді қамтамасыз ететін
ферменттердің гендері бар. Плазмидаларды
хромосомалық ДНҚ-дан бөлекше таза түрінде
алуға болады.
Өсімдіктер үшін ең лайықты вектор Agrobacteria Рекомбинанттық ДНҚ
деген топырақ бактерияларының плазмидалары. молекулаларын
жасау үлгісі
Құрылымдық генді векторға тіркесіп
қосқанда рекомбинанттық ДНҚ пайда
болады Ол үшін плазмиданы және керек
гені бар ДНҚ-ның бөлшегін
рестриктазамен жіп сияқты кеседі.
Олардың ұштары бір тізбекті немесе
мұқал басты болады. Мұқал және қысқа
бір тізбекті ұштары трансфераза
ферментінің көмегімен бірнеше аденинді
(А) немесе бірнеше тимидинді (Т) жалғап
ұзартады. Плазмиданың жіп сияқты
болған молекуласының да екі ұшы сондай
болады. Сөйтіп А мен Т комплементарлық
болғандықтан, рестрикцияланған
фрагменттерде жабысқақ ұштар пайда
болады. Оларды кейін ДНҚ лигазасымен
бір-біріне жабыстырып қосып, будан
рекомбинанттық ДНҚ жасалады. Оны
клондап көбейту үшін бактерия
жасушасына енгізеді.
Плазмиданың бір ерекшелігі-бір бактерияның клеткасынан келесі клеткаға оңай ене
береді. Бактерияның ішінде олар репликацияланып көбейе бастайды. Сонымен, бөтен
ДНҚ-ның транскрипциясы да, трансляциясы да өтеді. Сөйтіп бөтен генде «жазылған»
белок синтезделеді, яғни клетка трансформацияланады.

Трансформацияланған клеткаларды ажырату үшін маркерлік гендер қажет.
Олардың екі түрі бар:

1.Селективті гендер клеткаға антибиотикке (канамицин, неомицин) төзімділік

белгісін береді.

2.репортерлық гендер клеткаға зиян әсер етпейтін белоктарды кодтайды.
E.Coli клеткасында эукариоттық геннің қайссының болса да экспрессиясы
өте алады. Құрамына керек гені бар рекомбинанттық ДНҚ молекуласын өзіне
дарытқан бактерияларды сұрыптау үшін қоректік ортаға антибиотикті
қосады. Себебі плазмидаларда антибиотикке төзімділік гені болады. Бұл
жағдайда плазмидасы жоқ клеткалар құриды. Сонымен, плазмидалар бөтен
генді көбейту үшін нәтижелі қолданылады. Өсімдіктер үшін ең лайықты
вектор Agrobacteria деген топырақ бактерияларының плазмидалары.

Ұқсас жұмыстар

Гендік инженерия және жұмысының кезеңдері

Генетикалық код туралы қазіргі қалыптасқан көзқарасқа 1960 жылы

Гендік инженерияның мәселері

ДНҚ бөлімі

Рекомбинантты ДНҚ молекуласын құрастыру технологиясы

Цитология - жасуша туралы ғылым

ДНҚ полимераза

Транскрипция және трансляция кезеңдері

Жасушаның Генетикалық аппараты

ДНҚ тізбектерін ДНҚ полимеразамен көшіру әдісі

Пәндер