Жануарлар биотехнологиясы пәні
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.Х. ДУЛАТИ АТЫНДАҒЫ ТАРАЗ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
ЖАНУАРЛАР БИОТЕХНОЛОГИЯСЫ
ЛЕКЦИЯ
Кафедра:Тамақ өнімдері мен қайта өңдеу өндірісінің технологиясы және биотехнология
20202021 оқужылы, 6 семестр
Кредит саны: 3 кредит
Преквизиттер:микробиология, вирусология, адам және жануарлардың физиологиясы, жасушалы биотехнология, биохимия.
Постреквизиттер: генетикалық инженерия.микробиология
Мамандық: 5В070100-Биотехнология
Оқытушыныңаты-жөні: Аубакиров Хамит Аблгазинович
Мекен-жайы: Толе бикөшесі 60, 2 кешен, 3 корпус, 3.313 ауд.
Телефон: 45-36-60 (жұмыс)
Тараз 2021
НЕГІЗГІ ӘДЕБИЕТТЕР
1. Аубакиров Х.А., Алибаев Н.Н., Кенжеходжаев М.Д. Жануарлар биотехнологиясы. Алматы. 2015 ж.
2. Аубакиров Х.Ә.Биотехнология. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Оқулық. Алматы., 2011, ЖШС РПБК Дәуір, - 367 б.
3. Аубакиров Х.Ә., Сұлтанов А.А., Сүлеймен Е.М., Тлепов А.Ә. Ауыл шаруашылық биотехнологиясы. Оқулық. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Алматы., 2013., ЖШС Экономика, - 489 б.
4. Аубакиров Х.Ә, Тастанбеков Қ, Кенжеходжаев М.Д. Биотехнология. Зертханалық жұмыстар практикумы. Тараз баспасы, 2018-2019 ж.
5. Лесова Ж.Т., Мақажанова Х.Х., Надирова С.А. Тағам және биотехнологиялық өндірісінің микробиологиялық негіздері. Оқулық. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Алматы., 2013., ЖШС BOOKPRINT, - 270 б
6. Джусупова Д.Б. Экологиялық биотехнология. Оқулық. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Алматы., 2013., МВ-Принт - 335 б
ҚОСЫМША ӘДЕБИЕТТЕР
7. Донченко Л.В. Технология пектина и пектино продуктов. - М.: Дели, 2000.
8. Крусь Н., Храмцов А.Г. и др. Технология молока и молочных продуктов. - М.: Колос, 2004.
9. Технология спирта под ред. Маринченко В.А. и др. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.
Технология спирта под ред. Яровенко В.А. - М.: Колос 1999
Лекция 1. Кіріспе
1. Жануарлар биотехнологиясы пәні халық шаруашылығындағы маңызы
2. Жануарлар биотехнологиясы пәнінің болашағы
Мал шаруашылығының болашақта дамуы биотехнологияның жаңа бағыттарының бастау көзі - гендік, жасушалық инженерия және маркер-тәуелді селекцияларға негіз берген молекулалық биология мен молекулалық генетика салаларының фундаментальды жетістіктерін толыққұнды пайдаланумен тікелей байланысты екендігі дау тудырмайды.
Жануарлар биотехнологтар үшін үлкен тәжірибелік мүмкіндіктер бергенімен, сонымен қатар олар ғылыми және этикалық жағынан күрделі мәселелер тудырады. Осы мәселелерді сәтті шешкен зерттеушілер ғылым мен жалпы адамзат қоғамының дамуы барысында туындайтын заманауи қажеттіліктерді шешу бағытында өз үлестерін қосуда.
Мал шаруашылығында трансгендiк жануарларды жасау адамзаттың ұзақ тарихында кездескен көптеген қажеттіктерді шешуге әсерiн тигiзедi. Бұл ең алдымен - азық-түлiк өндіру, дәрi-дәрмек жасау және оларды жеткiлiктi көлемде алу мәселелері. Мысалы, 2005 жылы жануарлар көмегімен алынған дәрмектер 17,4 миллиард АҚШ долларын кұраса, 2010 жылы бұл көрсеткіш 21,7 миллиардқа жеткен.
Трансгендiк жануарлар маңызды биохимиялық және морфологиялық қасиеттерi бойынша өзгерудiң жоғары деңгейiмен сипатталады. Бұл кейiннен қалаған жануар түрiн iрiктеу мүмкіндігін арттыруы себепті, селекцияның басты құралы болуы мүмкін. Қазіргі кезде дүниежүзiнде аз ғана уақыт аралығында трансгендi сиыр, ешкi, қой, шошқа және үй қояндарының шамамен 20 жуық түрi жасалды. Олар арқылы жасушалық плазминогендiк белсендiргiш, моноклональды антиденелер, эритропоэтин, инсулин тектес өсу факторы, интерлейкин, антитрипсин және т.б. бағалы фармацевтикалық, ветеринариялық маңызы бар заттар өндiрілген.
Қазір трансгендiк жануарларды алуда жаңа бағыт пайда болған. Гендік инженерия жұмыстарында арнайы векторларды пайдалану, өзге гендiк конструкцияны бұрынғыша, яғни гендi зигота пронуклеусына енгiзген кездегiдей барлық жасушаларға емес, ағзаның жекелеген жасушалық популяцияларымен тікелей ықпалдасуына мүмкiндiк бередi.
Соңғы жылдары елімізде ауыл шаруашылық жануарларын генетикалық сертификаттау мәселесі қолға алынуда. Шет елдерде бұған мемлекеттік дәрежеде мән беріледі. Мысалы Еуропа мен АҚШ-да жануарларды сертификаттаудың көп сатылы молекулалық-генетикалық жүйесі құрылып қолданысқа ендірілген. Генетиктердің халықаралық қоғамы (ISAG) тарапынан жануарлардың шығу тегін бақылауға алудың молекулалық-генетикалық жүйесі ендірілген (төлқұжаттандыру). Еуроодақ елдерінде қойлардың Скрепиге сезімталдығын анықтаудың міндетті түрдегі бағдарламасы қабылданған. Шет елдерде асыл тұқымды малдарға төлқұжат алу үшін оларды міндетті түрде генетикалық кемшіліктерінің (иммундық тапшылығы - BLAD, омыртқа жотасындағы ауытқушылық - CVM) жоқтығына тестілеуден өткізеді.
Қазіргі кезде елімізде ауыл шаруашылық жануарларын бағалаудың кешенді түрдегі молекулалық-генетикалық сараптамасы, генетикалық модификацияланған жануарлардың мониторингі, отандық селекция нәтижесінде шығарылған не болмаса шет елдерден әкелінген асыл тұқымды малдардың қаіпсіздігін бағалаудың әдістемелерін жасақтау мен бекіту, асыл тұқымды жануарлармен молекулалық-генетикалық деңгейде жұмыс жасаудың нормативтік құжаттарын түзу сияқты өзекті мәселелер қолға алынуда. Сонымен қатар ауыл шаруашылығы өнiмiнiң сапасын жақсарту, ауруларға төзімділікті (иммунитет) қалыптастыру, сүтте және басқа да биологиялық сұйықтықтарда рекомбинанттық ақуыздарды алу, ксенотрансплантация үшiн жануарлардың генетикалық модификациясы, жануарлар моделдерiн жасау және т.б. бағыттар. Гендiк терапия және биоөндiрiс үшiн денелелік жасуша трансгенезiн қолдану мәселесі де талқылануда.
Биотехнологиялық селекция ХХI ғасырда мал шаруашылығының дамуында үлкен үлеске ие болмақ. Сондықтан, популяциялық генетиканың фундаментальды мәселелері болып табылатын өзгергіштік, тұқым қуалаушылық пен шаруашылық үшін маңызды қасиеттерімен тікелей байланысты сандық белгілер арасындағы корреляциялық байланыстарды анықтау бағытындағы ғылыми ізденістер өз жалғасын табуы қажет. Осындай зерттеулерді трансгенді жануарлар арасында да, трансгенді емес жануарлармен салыстыра отырып жүргізу абзал. Ғылым мен технологияның үдемелі дамуы нәтижесінде жаңадан туылатын мүмкіндіктерді пайдалана отырып, сұрыптау жүйесін кешенді түрде ұйымдастыру мәселесі де қолға алынуы керек. Бұл, өз кезегінде, жекелеген даралардың басымдықтарын толықтай пайдалана отырып жануарлардың үлкен популяциясына әсер ету арқылы, ауыл шаруашылық жануарларының генетикалық тұрғыдан жетілдіруін қамтамсыз етуге мүмкіндік береді.
Лекция 2. Биотехнологияның мал шаруашылығында қолданылу мүмкіндіктері мен негізгі бағыттары
1. Биотехнологиялық әдістердің қолданылуындағы сүт қоректілерінің биологиялық ерекшеліктері
2. Биотехнологиялық қор және оның түрлері
3. Биотехнологияның мал шаруашылығындағы қолданылу бағыттары
Жануарлар биотехнологиясын - молекулалық және жасушалық биотехнология әдістерін қолданып, генотипін түзету арқылы қарқынды өсіп-жетіле алатын, резистенттілігі мен өнімділік қасиеттері жоғары жануарларды шығару тәсілдерін зерттейтін ғылым деп айтуға болады.
Мал шаруашылығында биотехнологиялық әдістердің қолданылуына сүт қоректілерінің төменде келтірілген биологиялық ерекшеліктері мүмкіндік береді:
1. Жануарлар гаметасының биологиялық банкі. Малдар гаметасының биологиялық банкі гонадаларында жинақталған. Гаметалардың морфогенетикалық потенциалының мүмкіндігі соншалық, мысалға алғанда, жаңа туылған ұрғашы қозының аналық безінде 700 мыңдай аналық жұмыртқасы (фолликулалар) болса, жыныстық жетілу кезеңіне дейін олардан 12000-86000 дана кішігірім және 100-400 дана аралықтарындағы ірі және жетілетін аналық жұмыртқалары болады. Ооциттердің осындай динамикасы басқа да сүт қоректілерінің ұрғашы жыныстарында байқалады. Еркек даралардың аталық жұмыртқаларында сперматозоидтардың бұдан да көп саны кездеседі. Жыныстық жетілген мерзімдерінде, орта есеппен, бір аталықтан бөлінетін спематозоидтардың саны 280-450 трлн. құрайды екен. Осындай көп жыныс жасушаларынан табиғи жағдайда орта есеппен жалғыз төлді малдарда 5-10, ал көп төлділерде 40-80 жұп гаметалары (аналық жұмыртқасы мен спематозоидтар) ғана іске асырылады екен.
2. Эмбриондардың имплантацияға дейінгі дамуы. Ұрықтанғаннан кейін эмбрион зиготадан гаструла кезеңіне (стадия) дейін сүт қоректілердің жыныс мүшесінде (жатыр түтікшесінде) біршама уақыт бос (еркін) күйде болады. Ұрықтанған жерден (жатыр түтікшесі) имплантацияланатын жерге (жатырға) жеткенге дейін орта есеппен шошқаларда 2-3, қойларда 4-5, қояндарда 5-7 және сиырларда 7-8 тәулік кетеді. Имплантацияға дейін эмбрион пеллюцид аймағы (zone pellucid) деп аталатын биологиялық тұрғыдан мықты, қабықты болып табылатын аналық жұмыртқасында дами береді. Осы ерекшеліктер сүт қоректілер эмбриондармен in vitro жағдайында әртүрлі манипуляциялар жасауға мүмкіндік береді.
3. Жалғыз төлді малдарда бір аналық жұмыртқасынан дамитын егіздердің туылуы. Бір аналық жұмыртқасынан дамыған егіздер (үшем немесе одан да көптері сирек кездеседі) - имплантацияға дейінгі жыныс мүшесінде бос күйде болған кезіндегі пеллюцид аймағының (zone pellucid) бұзылуы себебінен, эмбрионның бөлінуі жүзеге асып, ажыраған бөліктер жеке-жеке дамуы нәтижесінде пайда болады. Мұндай егіздердің бастамасы бір болғандықтан (ұрықтанған бір аналық жасуша), егіздер түр-түсі және барлық генетикалық, биохимиялық көрсеткіштері бойынша бір-біріне айнымай ұқсайды. Осындай ерекшеліктің арқасында асыл тұқымды мал шаруашылығында өте маңызды көп жасушалы ағзалар деңгейіндегі биологиялық көшірмелерді (биокопия) алу мүмкін болды.
4. Мал шаруашылығында асыл тұқымды топ (ядро) құру мен жетілдіру. Мал шаруашылығында асыл тұқымды мал тобы мен тұқымы жақсартылуы қажет топтарға бөлінетіні белгілі. Асыл тұқымды малға жату үшін ол малдардың дені сау, көбею қабілеттіліктері мен өнімділіктері жақсы, құнды генотипті және ұрпақ сапасы бойынша бағаланған болуы шарт. Биотехнологиялық зерттеулерде бұларға ұрғашы донорлар мен жақсартушы аталықтарды жатқызады. Асыл тұқымды мал шруашылығындағы көбею үдерістерінде қолданылатын терминология бойынша донор дегеніміз - генетикалық тұрғыдан бағалы ооциттер мен эмбриондар алынатын ұрғашы дара болса, жақсартушыаталық - ұрғашы донорды ұрықтандыруға арналған құндылығы жоғары еркек мал. Сондықтан, жоғарыда аталған асыл тұқымды мал тобының санын көбейту мақсатында донорлар мен жақсартушы аталықтар белсенді түрде қолданылады.
Тұқымы жақсартылуы қажет мал тобы генотипі бойынша құндылығы төмендеу болғанымен, физиологиялық жағынан дені сау және көбею қабілеттіліктері де жақсы болуы қажет. Бұл топқа реципиенттер жатқызылады. Осы тұрғыдан алғанда реципиент дегеніміз - құнды мал ұрпағын өз ағзасында (жатырында) өсіруге арналған, генетикалық жағынан бөгде (жат) аналық.
Жалпы алғанда, ауыл шаруашылық жануарларының биотехнологиялық мүмкіндіктері сүт қоректілердің осындай биологиялық ерекшеліктеріне байланысты қалыптасады. Түрге тиесілі биологиялық ерекшеліктері тұқым қуалаушылық арқылы берілетіні белгілі. Сондықтан, биотехнологиялық мақсатта пайдалану үшін генетикалық мүмкіндіктердің анықталуы - биотехнологиялық қор (ресурс) деп аталады.
Жоғарыда айтылғандарды қортындылай келе, қолданылуына байланысты биотехнологиялық қорды шартты түрде үш класқа бөлуге болады (1-сурет):
1. Молекулалық қор - гендердің құрылымы мен қасиеттері арқылы көрінеді.
2. Физиологиялық қор - гаметалар банкі, имплантация алдындағы эмбриондар дамуы (тотипотенттілік) арқылы байқалады.
3. Селекциялық қор - асыл тұқымды мал шаруашылығындағы аса құнды мал тобын (ядро) құру мен жаңа мал тұқымдарын шығаруға байланысты.
Жануарлардың биотехнологиялық қорларын танып, оларды іске асыру мақсатында мал шаруашылығында:
oo жасушалық биотехнология;
oo молекулалық биотехнология;
oo көбею биотехнологиясы қолданылады.
Биотехнологияның мал шаруашылығындағы қолданылу бағыттары, олардың негізгі мақсаты мен міндеттері жөніндегі жалпы мағлұматты келесі кестеден көруге болады (1-кесте).
Лекция 3. Жануарлар биотехнологиясында қолданылатынжасушалық технологиялар
1. Жасушалық биотехнология ғылымының дамуы
2. Жасушалық биотехнология және оның негізгі бағыттары
Алғаш рет тірі жануарлар жасушаларын ағзадан бөліп алып оны in vitro жағдайында қажетті жағдайлар жасау арқылы өсіру идеясын француз ғалымы Клод Бернар (1813-1878) айтқан болатын. Осы ғалымның пікірі бойынша бөлініп алынған жасушалар ағзадан тыс жерде де өзінің ішкі орта жағдайын сақтап қалуға тырысады және неғұрлым жаңа орта жағдайы табиғи ортаға ұқсас болған сайын, бұл жасушаның өсіп-өну мүмкіншілігі де арта түседі. Бұл өз кезегінде, жасушалардың өсіп-өнуіне қажетті жағдай қалыптастырылған жасанды орта жасап шығару қажеттігін тудырады.
Сәл кейінірек У. Ру (W. Roux,1885 ж.) деген ғалым ағзадан тыс жерде жасушалардың сақталу мүмкіндігін іс жүзінде дәлелдеп берді. Ол тауық эмбрионын сыртқы қабықшасыз тірі күйінде физиологиялық ертіндіде бірнеше күн сақтай алған. Мұнан кейін Жак Леб (Loeb, 1897 ж.) қан сары суы мен плазмасы құйылған пробиркада қан жасушалары мен ұлпа бөліктерін сақтауға қол жеткізді.
Льюнгрен (1898 ж.) қышқыл ортада адам терісін сақтап, оның қайтадан реимплантацияға жарамды болатынын көрсетіп берген.
Р. Гаррисон (1907 ж.) алғаш рет зерттеу жұмыстарына тамшы әдісін ендірді. Ол тұңғыш рет жабынды әйнекке тамызылған лимфалық тромб сұйықтығына салынған жүйке жасушаларын, заттық әйнектің ойындысына (шұңқырына) беттетіп қойып, осы камерадағы жүйке жасушаларының өсу үдерістерін бірнеше апта бойына бақылаған.
Осы әдісті пайдалануды Барроуз (1910 ж.) басқа жануарлардың ұлпалық жасушаларын өсіруде қолданды. Бұл ғалым лимфалық тромбтың орнына тауық плазмасының тромбасын пайдаланған.
Алексис Каррель (1913 ж.) жасанды орта ретінде эмбрион сүзіндісімен байытылған қан плазмасын пайдаланды. Мұндай қосындымен байытылған жасанды ортада ұлпалардың анағұрлым тез өсетінін байқаған.
Кейінірек, зерттеулер көрсеткендей, өздігінен пайда болған бір жасуша ядросында екі ата-анасының да хромосомасы бар гибридтік жасушалар өте сирек болса да кездесетіні белгілі болған. Сондықтан осындай жасушаларды бөліп алып, арнайы орта жасау арқылы оларды өсіру мүмкіндігі бар екендігі анықталған.
Денелік (сомалық) жасушалардың бірігуі бірнеше кезеңде өтеді. Бастапқыда, жасушалар бір-біріне жабысады да, олардың қабықтары еріп, цитоплазмалық көпірше пайда болады. Жасушалардың толықтай бірігуі тұтас бір қабықшаның пайда болуымен аяқталады. Сөйтіп, бір немесе бірнеше ядролы жасушалар түзіледі.
1960 жылы арнайы қоректік ортада өсіріліп жатқан тышқанның денелік ісік жасушалары бір-бірімен жабысып, тіршілікке қабілетті гибридтер түзе алатындығы ашылды. Мұны ары қарай зерттеген ғалымдар, ядросында қоректік ортада бірге өсірілген екі ата-аналық жасушаларының да хромосомалары кездесетін гибиридті жасушалар, барлық типтердегі жасушалар арасында сирек те болса кездесіп тұратындықтарын анықтаған. Арнайы, яғни селективті деп аталатын қоректік орта жағдайын тудыра отырып, бұл гибридті жасушаларын бөліп алып өсіруге болады екен.
Сонымен, денелік жасушаларын гибридизациялау үдерісі бірнеше кезеңдерден тұрады деп айтсақ болады. Алдымен жасушалар бір-бірімен жабысады, содан соң олардың қабықтары бұзылып, цитоплазмалық көпіршелер пайда болады. Жасушалардың толықтай қосылуы ортақ қабықтарының пайда болуымен аяқталады. Сөйтіп екі немесе бірнеше ядролы жасушалар пайда болады.
Гибридтік денелік жасушаларының өздігінен пайда болуы өте сирек жүреді. Дегенмен, кейбір факторлардың болуы жасушалардың өздігінен қосылу жиілігін біршама арттырады. Мұндай фактор ретінде ультракүлгін сәулелерімен инактивтендірілген Сендай вирусы бола алатыны анықталған. Сендай вирусы арқылы жасушалардың бірігуін тездете аламыз. Осы вирустың көмегімен әр түрге, кластарға (сүт қоректілері + құстар) және типтерге (адам + маса) жататын денелік жасушаларының гибридтерін алу мүмкін болған. Осы мақсатта Сендай вирусынан басқа ерекше химиялық зат - полиэтиленгликоль да пайдаланылады.
Денелік жасушаларын гибридизациялау әдісі сүт қоректілерінің, әсіресе адамдардың хромосомаларында гендердің қай жерде орналасқанын, жай жасушалардың қатерлі ісік түрлеріне айналу (обыр ауруы) механизмдерін білу және гендердің атқаратын қызметтерін басқарып отыру үшін өте қажет. Денелік жасушаларын гибридизациялау арқылы гендік инженерияда өте кең қолданылатын зат - гибридом алынды.
Сонымен, жасушалық биотехнология - жасушалармен әр түрлі микроманипуляциялар жасау нәтижесінде, бағалы биологиялық қасиеттері бар ағзаларды алуға бағытталған ғылым саласы. Жануарлар селекциясында бұл мақсатта пайдаланылатын негізгі зерттеу нысаны ретінде ағзаның көбеюге арналған жасушалары (гонадалар) алынады.
Қазіргі кезде жануарлар популяциясымен жұмыс жасауда қолданылатын жасушалық биотехнология өз құрамында бір-бірін толықтырып тұратын екі ғылыми бағыттан құралады деп айтуға болады:
1. Эмбриокультуральдық зерттеулер - бөлініп алынған жасушалардың (гаметалар мен эмбриондар) тіршілігі мен ары қарай өсіп-дамуына қажетті жағдайларды толықтай қамтамасыз етуге бағытталады. Эмбриокультуральдық зерттеулердің негізгі міндеттеріне:
А) гаметалар мен эмбриондарды өсіру (культивирование);
Б) гаметаларды экстракорпоралды ұрықтандыру;
В) гамета мен эмбриондар банкін жасақтау;
Г) қоректік орталар жасау мен оларды жетілдірулер кіреді.
2. Жасушалық технологиялар - бағалы, яғни генотипі құрастырылған жануарлар шығару мақсатында ядро мен жасушалық деңгейінде атқарылатын жұмыстар.
Жасушалық технологиялардың жануарлармен жұмыс жасауда атқарылатын негізгі міндеттері қатарына:
А) денелік (соматикалық) жасушаларын будандастыру (гибридизациялау);
Б) клондау;
В) химерлі жануарлар жасау жұмыстары жатады
Лекция 4. Жануарлар жасушаларын будандастыру (гибридизациялау) әдістері
1. Денелік жасушалардың гибридтерінің алыну тарихы
2. Жасанды будандастырудың (гибридтеу) негізгі әдістері
Денелік жасушалардың бір-бірімен қосылатыны жөніндегі болжаулар ХІХ ғасырдың басында олардың көп ядролы екендігі белгілі бола бастағаннан кейін айтыла бастаған. Алайда, денелік (сомалық) жасушалардың гибридтері алғаш рет тек қана өткен ғасырдың 60-шы жылдары ғана алынды. 1960-шы жылы француз биологы Ж. Барский тышқан саркомасының бір жасушасынан өсірілген, құрамында әртүрлі хромосомалары бар және морфологиялық құрылымы өзгеше екі желілік (линейный) культураларды қосу нәтижесінде алған болатын. Алынған гибридтік жасушалар құрамындағы хромосомалар саны бойынша өздері шыққан желілік жасушалар санынан өзгеше екендігі және беткі антигендері екі желілік жасушаларындағыдай болатыны анықталған. Ары қарай жүргізілген зерттеу жұмыстары нәтижесінде, гибридті жасушаларды әр түрге жататын хайуандардың жасушаларын қосу нәтижесінде де алуға болатыны мәлім болды. Мұнда, екі жасушаларды біріктіретін агент ретінде инактивизацияланған Сендай вирусы деп аталатын HVJ түріндегі вирус қызмет атқарған. Осы кезден бастап Сендай вирусын әртүрлі жасушаларды қосуда жиі пайдалана бастады. Гибридті жасушалардың құрамын зерттеу барысында екі өте маңызды қасиет анықталған:
oo гибридтерде екі ата-ененің геномы да болуы мүмкін;
oo ұзақ өмір сүретін тұқымаралық гибридті хайуандарда ата-енелерінің біреуінің хромосомалары жойылуы мүмкін.
Екі жасушалардың қосылуы әрдайым басқа бір агент арқылы жүзеге аса бермейді. Мұндай үдерістер in vivo (табиғи, ішкі жағдайда) немесе in vitro (сыртқы) жағдайларында басқа агенттердің араласуынсыз да жүзеге аса береді. Кейбіреулері онтогенез үдерістерінде әрдайым жүріп отырады, сондықтан бұл құбылысты эволюциялық заңдылық деп есептеуге де болады. Сонымен бірге, табиғи жағдайда әр түрге жататын хайуандардың қалыпты жасушалары бір-бірімен өте сирек қосылады. Ауыл шаруашылығында мұндай жұмыстар көбінесе жануарлрды қолдан ұрықтандыру және кейіннен оны тасымалдау (трансплантация) арқылы жүзеге асырылады. Бұл жұмыстар ауыл шаруашылық малдарында жасанды полиовуляция шақыру, ұрықтық аналық жұмыртқасын (яйцеклетка) қолдан ұрықтандыру мен ұрықтандырылған жұмыртқаны басқа мал жатырына отырғызу (адамдарда осындай жолмен ұрықтандырылған аналар - суррогатты шеше деп аталады) мүмкіндігінің ашылуына байланысты өз жалғасын тапты.
Жалпылай алғанда жасушаны гибридтеу жұмыстары келесідей кезеңдерден тұрады: жоғары өнімді аналыққа күйіт алдында арнайы дәрмектер (гормондар, прогестерон, синустроэл, буаз бие қан сарысуынан дайындалатын ББС дәрмегі, т.б.) егіліп, одан 10-20 аналық жасушаларының жетіліп шығуы (полиовуляция) қамтамасыз етіледі. Кейіннен, лапоратомия әдісімен аналық жасушалары жатыр түтікшесінде аталықтың сперматозоидтарымен ұрықтындырылады. Ұрықтанудың 7-8 күндері бұл жасушалар арнайы әдіс арқылы жатырдан шайып алынып, басқа, яғни көбінесе өнімділіктері төмен болып келетін ұрғашы жануардың жатырына (реципиент) салынады. Осындай жолмен туылған жануар ұрпағында генетикалық жағынан шынайы ата-енелерінің тұқымдық ерекшеліктері сақталады.
Әр түрге жататын жануарлар жасушаларын гибридизациялау әдістері негізінде химер немесе аллофенді деп аталатын, яғни ұлпа құрамында түрлі генотипті жасушалары бар хайуандар да алынады (мысалы, қара жолақты тышқан немесе арыстан).
Химерлық жануарлар алу жолдары З. Макзарен және Н. Доурин жұмыстарында жазылған.
Қазіргі кезде ғылымда жасанды будандастырудың (гибридтеу)келесідей әдістері қолданылады:
1. Агрегациялық әдіс. Бұл әдісті 1961-1962 жылдары А. Тарковский (Польша, Краков) және Б. Минц (АҚШ, Филаделфия) екеуі бір кезде ұсынған.
Бұл әдісті жүзеге асыру үшін 8-12 бластомералық кезеңдегі әртүрлі генотипті ұрықтарды алады. Әдістеме келесі кезеңдерден тұрады:
А). Инекциялық әдісті 1968 ж. Р. Гарднер ойлап тапқан. Мұнда бластоцит кезеңіндегі эмбриондар пайдаланылады. Алғашында бластоцитті бекітеді, сонан соң өте кішкене микроқондырғыларды пайдалану арқылы донордың ішкі бластоцит жасушасын эмбрион-реципиент бластоцельіне енгізеді. Осындай жолмен өте ерте мерзімдегі эмбриондардың ішкі жасушаларын ендірумен бірге, кешірек мерзімдегі мамандандырылған жасушаларды да егуге болады.
Инекциялық әдіс әр түрге жататын жануарларды жұптап, химерлі жануарларды алуда кеңінен пайдаланыла бастады. Ең бірінші түр аралық химерлі хайуан табиғи жағдайда өзара көбеймейтін жақын екі түрге жататын M. Muskulus және M. caroli тышқандарын шағылыстыру негізінде алынған. Осы жұмыс барысында тек қана бластоциті пайдаланылған түрдің - реципиент аналығының жатырына ендірілген химерлік эмбрионы өсіп-дамитыны анықталған. Мысалы, M Muskulus бластоцитіне M. Karoli эмбрионынан алынған жасуша ішіндік заттары егіліп, ол M. Muskulus жатырына тасымалданған жағдайда пайда болған химерлі хайуан жақсы дамиды да, керісінше, яғни ол M. Karoli аналығына ендірілген жағдайда - ұрпақ екі аптадан соң өліп қалатыны анықталған.
Ә). Түр аралық агрегациялық әдісі арқылы химерлі хайуандардың жаңа қалыптасқан дернәсілдері (зародыш) тек 1970 жылдары, жай тышқан мен көртышқан жасушаларын қосу жолымен алынған, ал бірінші тірі химерлі ұрпақты 1973 ж. Р. Гарднер мен М. Джонсон деген ғалымдар алған. Осы жұмыстар барысында, агрегациялық әдіс арқылы, ірі қара малдарының химерлі ұрпақтарын алу мүмкін емес екені анықталған.
Сондықтан, тек қана бір түрге жататын хайуандар арасында эмбриондарды жемісті тасымалдауға болады деп есептелінді. Мысалы қойдың эмбрионын ешкіге апарып салу олардың сіңісіп кетуіне алып келгенімен, әрдайым тірі ұрпақ туыла бермейді. Өйткені, түр аралық буаздықта кездесетін барлық түсік тастаудың негізгі себебі - планцета қызметінің бұзылуы, яғни ене ағзасының іштегі шарананың бөлетін жаттегілеріне (антигендер) қарсы туындайтын иммунологиялық реакция нәтижесі болып табылады. Бұл сәйкессіздік микрохирургия әдісімен химерлі жануарларды алу арқылы өз шешімін таба алады.
Лекция 5. Жануарларды клондау жұмысының маңызы
1. Клондау жөнінде түсінік
2. Клондалған жануарларды алудың әдістері
3. Клондалған жануарлардың халық шаруашылығындағы маңызы
Даму сатысы бойынша жоғары тұратын жануар дараларынан алынатын ұрпақтар саны әдетте көп болмайды, ал жоғары өнімділікті анықтайтын гендер кешені өте сирек пайда болады және келесі ұрпақтарда комбинациялануы нәтижесінде әжептеуір өзгерістерге ұшырап отырады.
Ал, денелік жасушаның ядросында ағза жөнінде толық генетикалық мәліметтер сақталады және осы мәліметтердің іске асырылуына қажетті жағдайлар жасалынса, белгілі бір дараның сансыз генетикалық көшірмесін (клонын) алуға болады. Көптеген денелік жасушалардың ядросы қалыптасып қойған күйде болуы себепті, бастапқы кезеңдерде бұл мәселе әлі де мамандана (дифференциялана) қоймаған сатыдағы эмбриондарды пайдалану арқылы шешіліп келінді. Жетілген ооциттерге генетикалық тұрғыдан құнды малдардан алынған ядроларды (бластомерлерді) отырғызу осы мәселені шешуге мүмкіндік береді, өйткені ооцит цитоплазмасы енгізілген ядро бағдарламасын іске асырып жаңа эмбрионның дамуын қолдай бастайды.
Клондау - бастапқы бір молекуладан, жасушадан немесе дарадан (жеке түрден) көп үлгілер (көшірмелер) алу үдерісі. Клондалған жануарларға бір дарадан (немесе жеке түрден) шыққан генетикалық ұқсас ағзалардың тобын жатқызады.
Мал шаруашылығы тәжірибесінде құрастырылған жануарлар алу технологиясының екі түрі бар - түр ішіндік және түрлер арасында. Түрдің ішінде өзара құрастырғанда - клондалған, түрлердің арасында құрастырғанда - химералық жануарлар алынады.
Клондалған жануарларды алудың екі әдісін айырады:
1. Имплантацияға дайындалған ұрықты дисекциялау әдісі. Осындай әдіспен алған жануарларды монозиготалық егіздер деп атайды.
2. Энуклеарлы аналық жұмыртқасына денелік жасушаларынан алынған ядроны отырғызу.
Хайуандарды клондау жұмыстарының ең алғашқы жемісті нәтижесі 1970 жылдардың орта шенінде ағылшын эмбриологы Дж. Гордон (Gordon) тарапынан қос мекенділерге (амфибия), атап айтқанда көлбақаның аналық жұмыртқасы ядросын ересек бақаның денелік жасушасы ядросымен алмастыруы барысында шөміш бастардың (головастик) пайда болуынан басталған болатын. Бұл тәжірибелер ересек ағзалардың денелік жасушасы ядросын, ядросы алынып тасталған (энуклеарлы) ооциттерге отырғызу арқылы дифференцияланған жасушалар доноры болған тірі жан иесінің көшірмелерін алуға болатынына көз жеткіздірді.
Дегенмен, жоғарыда аталған әдісті сүт қоректілерге қолдану жұмыстары көпке дейін оң нәтижесін бермей келді. Осы мәселені шешуде Ян Вильмут (Wilmut) бастаған Рослин институтының ғалымдары мен PPL Therapeuticus (Шотландия) компаниясы қызметкерлері зор үлестерін қосты. 1996 ж. осы ғалымдардың шарана фибрибластары ядросын энуклеарлы аналық жұмыртқасына ендіруі нәтижесінде тірі қозы туылғандығы жөнінде мақалалары жарияланса, 1997 ж. Долли атты қойдың алынғаны белгілі болды.
Қазіргі кезде клондау жұмыстарының сәттілігі өте төмен. Зерттеушілер әлі де клондау барысында пайда болатын күтілмеген жағдайларды түсінуге тырысады. Көптеген клондар ауытқулармен туылады, сонын ішінде кең тіл, бүйрек ауытқулары, ас қорыту жүйесінің бітелуі, диабет пен қысқарған сіңірлер және т.б. бар. Сонымен қатар, суррогатты аналар арасындағы эмбриондардыңбөгде ағза ортасына төселе алмай, түсік тастауы, немесе өлідей туылу жағдайлары кәдімгі (табиғи) шешелеріне қарағанда жиірек кездеседі.
Жалпы алғанда, хайуандарды клондау жұмыстары технологиялық тұрғыдан әлі де жетілдірілу үстінде деп айтуға болады. Кейіннен, ересек ағзаның денелік жасушаларынан алынған ядроны тасымалдау арқылы басқа да жануарларды (тышқан, ешкі, шошқа, сиыр) алуға қол жеткізілді. Сондықтан, жануарларды клондау технологиясының пайда болуы ғылыми жағынан ғана емес, сонымен қатар көптеген елдердің ірі компаниялар мен қаржы бизнесі тараптарынан да қызығушылықтарын оята бастады.
Жойылып кетуге жақын қалған жануарларды клондау арқылы көбейту жұмыстарының маңызы зор. Қазіргі кезде клондау көмегімен жануарларды сақтап қалу шаралары іске асырылуда. Түраралық эмбрион тасымалы африкалық дала мысығына қолданылды. Ной, Гаур бұзауы, жергілікті суррогатты сиырдан туылған клон болды. Алайда ол клондау үдерісі кезінде пайда болған инфекциядан қайтыс болды. Осыған қарамастан, пандаларды ақ аю көмегімен клондау жұмыстары жүргізілуде.
Клондау технологиясын пайдалану сырт бейнесі мен генетикалық жағынан да бірдей хайуандар алу мүмкіндігіне қол жеткіздіруі себепті, биомедицина мен ауыл шаруашылығы саласында әлі де шешімін таппаған әртүрлі теориялық және іс-тәжірибелік мәселелерді шеуге мүмкіндік бере алады. Мысал алғанда, хайуандарды клондауды пайдалану маманданған (диффренцияланған) жасушалардың тотипотенттілігін, ағзаның дамуы мен қартаюы, жасушалардың қатерлі ісікке айналу мүмкіндіктерін болжау сияқты мәселерді зерттеуге жағдай туғызады. Клондау арқылы жоғары өнімді мал түрлерін қарқынды түрде генетикалық тұрғыдан сұрыптап, көбейту мүмкіндігіне жол ашылды. Трансгенезбен қатар малдарды клондау, адамдар арасындағы әртүрлі ауруларды емдеуге арналған биологиялық белсенді ақуыздар алуға қол жеткіздіреді. Клонды малдар арқылы медициналық дәрі-дәрмектерді генетикалық жағынан бірдей ағзаларда сынақтан өткізе аламыз. Сонымен бірге, клондалған жасушаларды пайдалану арқылы жасушалық терапияны атқарудың да медицинадағы болашағы зор деп бағаланады. Мұндай жасушалар ағзадағы тиісті жасушалардың кемшіліктері мен кемістіктерінің орнын толтыруы және ең бастысы - трансплантация нәтижесі сіңімді (жаңа ағзаның трансплантантты шеттетпеуі) болуы керек. Болашақта клондау технологиясының дамуы ағза мүшелерін ксенотрансплантациялауды кең ауқымды жүргізуге, яғни адамның қайсібір мүшелерін клондалған хайуандардың осындай мүшелерімен алмастыруға мүмкіндік береді деп болжануда.
Дегенмен, клондау жұмыстары барлық қажеттілікті толықтай орындауға мүмкіндік береді деген тұжырым жасауға болмайды. Мысалы клондар генетикалық тұрғыдан бірдей болғанмен, олар басқа жағынан (мінез-құлық, дарындылық, шыдамдылық және т.б) әртүрлі болады. Сырт келбеті ұқсас болғанымен адам егіздерінің әртүрлі мінездері болатынын еске түсірейік. Сондықтан клондау арқылы өздерінің бұрынғы сүйікті үй жануарларының көшірмесін қайтадан алғысы келетін адамдардың арманы орындалмай жатады. Мысалы, иттің мінезі оның адамдармен қарым-қатынасы мен тіршілік жағдайларына байланысты қалыптасады. Біз иттің генетикалық тұрғыдан көшірмесін алсақ та, оның қылықтарын қайталата алмаймыз. 2002 жылы Калифорнияның Genetics Savings & Clone (GSC) компаниясы сәтті түрде мысықты клондап, үй жануарларын сатумен айналыса бастады.
Тіпті спорттық жылқының шығу тегі бойынша генетикалық мінездемелері керемет болғанымен, олардың мүмкіндіктері генетикадан тыс себептер әсерінен қалыптасады. Ұшқырлық пен жеңіске деген құштарлық, табандылық тек генетикалық тұрғыдан тұқымға берілмеуі мүмкін ғой. Сондықтан спорттық жылқыларды клондау жұмыстарының қарқыны әзірге бел алмайтын түрі бар.
Лекция 6. Жануарлар биотехнологиясында қолданылатынмолекулалық технологиялар
1. Молекулалық биотехнология жөнінде түсінік
2. Молекулалық биотехнологияның негізгі бөлімдері
3. Генетикалық трансформация және оның негізгі міндеттері
Молекулалық технологияның тірі ағзаларда қолданылу саласы, яғни молекулалық биотехнология - жануарлар ағзасында жаңа генетикалық бағдарламалар алу мақсатында тұқым қуалаушылық белгілеріне молекулалық деңгейде түзетулер енгізу жұмыстарын қамтиды. Мұндағы негізгі зерттеу нысаны ретінде нуклейн қышқылдары (ДНҚ және РНҚ молекулалары) алынады.
1869 жылы Швеция биологы Фридрих Мишер ядродан бір зат бөліп алып, оны нуклеин деп атады. Мишер ДНҚ-ны қанның ақ жасушаларынан бөліп алып, оларды ақуыз-ыдыратушы ферменттер, протеазалар көмегімен ыдыратуы мүмкіндігін анықтайды. Бұл жаңалық нуклеин тек қана ақуыздардан тұратынын теріске шығарды. Зерттеу нәтижесінде нуклеиннің қышқылдық қасиетінің болуы дәлелденді де, оның аты нуклеин қышқылына өзгертілді. Нуклеин қышқылдарының екі негізгі түрі бар - ДНҚ мен рибонуклеин қышқылы (РНҚ).
Молекулалық биотехнология екі бөлімнен құралады:
1. Гендік инженерия - тек қана жекелеген генге (немесе гендерге) қатысы бар. Гендік инженерияның негізгі міндеттері қатарына мыналар жатады:
А) гендерді синтездеу немесе бөліп алу мен модификациялау;
Б) рекомбинантты молекулаларды құрастыру және клондау;
В) генотип банкін (геном библиотекасын) жасақтау.
2. Генетикалық трансформация - гендерді тасымалдауға негізделеді. Бұл жұмыстардың негізгі міндеттеріне:
А) реципиентке генді ендіру;
Б) трансформанттарды іріктеу мен сараптау;
В) гендер интеграциясы мен экспрессиясы;
Г) құнды заттарды өндірушілерді (продуценттеушілерді) және трансгенді хайуандарды жасау жатады.
Мал шаруашылығындағы биотехнологиялық жұмыстардың орындалу реті жоғарыда аталған үш әдістердің (суперовуляция, қолдан ұрықтандыру мен эмбрион тасымалдау) тығыз байланыстылығы арқылы жүзеге асырылады. Мысалы, жануарлардың генетикалық тұрғыдан құнды эмбриондарын алу үшін көбейтуге бағытталған биотехнологиялық әдістері (суперовуляция, ұрықтандыру мен эмбрионды шайып алу) қолданылғаннан кейін, алынған эмбриондар сұрыптаудан өткізіліп, кейіннен молекулалық (трансгеноз) және жасушалық (клондау) микроманипуляцияларына ұшыратылады. Кейіннен құрастырылған эмбриондарға in vitro жағдайында реанимациялық жағдай туғызылып, сапалық белгілері бойынша бағаланғаннан кейін (жасушалық селекция), соңғы кезеңі - генетикалық бағалы ұрпақ алу үшін дайын эмбрионды реципиент аналығының жатырына қондырылуымен (трансплантация) аяқталады.
Сонымен, жасушалық биотехнология молекулалық биотехнология, мен көбею биотехнологиялары мал шаруашылығында малдардың гаметаларында, эмбриондары мен ағзаларында жинақталған биотехнологиялық қорларын анықтау мен пайдалануға мүмкіндік беретін жаңа ғылыми бағыттарының - эмбриоинженерия, эмбриокультура мен эмбриотрансплантацияларының пайда болуына алып келді.
Эмбриоинженерияны - генетикалық жағынан құрастырылған және экономикалық тұрғыдан тиімді тірі ағзаларды алу мақсатында, молекулалық және жасушалық биотехнологияларының тәсілдерін қолдану арқылы мал организміндегі генетикалық ресурстарын алудың мүмкіндіктері мен жолдарын қарастыратын биотехнологиялық әдіс деп қарауға болады.
Эмбриокультураны - жануарлардың гаметасы мен эмбриондарынан физиологиялық қорларын алудың мүмкіндіктері мен жолдарын қарастыратын және олардың тіршілігінің сақталып қалуы мен in vitro және in vivo кездерінде қолайлы жағдайлар тудыруға бағытталған мал шаруашылығында қолданылатын биотехнологиялық әдісі деп айта аламыз.
Эмбриотасымалдау (эмбриотрансплантация) - бағалы генотипті жануарларды барынша тез көбейту мақсатында,олардың репродуктивті жүйесінен физиологиялық қорларын алудың мүмкіндіктері мен жолдарын қарастыруға бағытталған мал шаруашылығында қолданылатын биотехнологиялық әдіс.
Лекция 7. Гендік инженерия және оның негізгі бағыттары
1. Гендік инженерияның негізгі мақсаты мен бағыттары
2. Генді жасанды жолмен алудың әдістері
3. Гендік инженерияның әдістерін қолдануда пайдаланылатын шағын молеккула - вектор.
Гендік инженерияның негізгі мақсаты - адамдарға қажетті қасиеттері бар гендерді қолдан құрастырып (химиялық синтез, қалыпты құрылымын қайта құрастыру), оны тиісті жасуша құрамына ендіру арқылы жасанды бактериялар көмегімен адамға қажетті өнімді шығаруды өндірістік жолға қою. Қазіргі кезде осы мақсатта бактериалды жасушалар, мысалы ішек таяқшасы (Escherіchіa colі)жиі қолданылады.
Молекулалық зерттеу әдістері биологияның қолданбалы ғылымдар саласына да кеңінен ендірілуде. Мұндай әдістердің күрделі келуі және қымбатқа түсуіне қарамастан аграрлық ғылымдардың селекция, микробиология, вирусология, эпизоотология, ветеринарлық-санитарлық сараптау, клиникалық диагностика және т.б. бағыттары өздерінің жасап шығарған жаңалықтары мен технологияларын молекулалық деңгейде дәлелдеуі қажеттілігі туындауда.
Қазіргі кезде аграрлық сектордағы ДНҚ-технологиялар қолданылуының бірнеше бағытын атап көрсетуге болады:
- Ауыл шаруашылық шикізаты мен өнімдерінің сапасын тексерудің молекулалық әдістерін жасап шығару.
- Тіршілік иелерінің жаппай генотиптерін анықтау, жануарлар мен өсімдіктердің генетикалық төлқұжаттарын (паспорттарын) жасақтау.
- Генетикалық ауруларды өте ерте кезеңдерінен бастап анықтау.
- Ауыл шаруашылық жануарларының инфекциялық ауруларын диагностикалау мен эпизоотологиялық мониторингтар жүргізу.
- Ауыл шаруашылық жануарларының геномын зерттеп, өнімділіктерімен байланысты белгі гендерін селекциялық мақсатта кеңінен пайдалану.
Аталған бағыттардың қайсыбірі толық жасалып аграрлық ғылымда қолданысқа ие болса, басқалары әлі де зеттеліп жасақталу мен сынақтардан өту үстінде.
Гендік инженериясының теориялық негізіне - генетикалық кодтың әмбебаптығы (универсалдығы) жатады. Бір ғана кодтың (триплеттің) барлық тірі ағзалардың - адам, жануар, өсімдік, бактериялардың ақуыз молекулаларының құрамына енетін амин қышқылдарын бақылай алатындығына байланысты, ДНҚ молекуласының кез келген бөлігін басқа бөтен жасушаға апарып салу, яғни молекулалық деңгейде гибридтеу, теориялық тұрғыдан алғанда мүмкін болып есептеледі. Генді бөтен жасушаға апарып салу (трансгеноз) және геннің өзін ДНҚ құрамынан бөліп алу немесе қолдан синтездеу, әрине, өте күрделі жұмыстар. Ал ағзаға сырттан енгізілген геннің жаңа генетикалық аппарат құрамына қосылып қызмет атқаруы - одан да күрделірек. Дегенмен, бұл салада қол жеткен табыстар баршылық. Мысалы, жасанды ортада балапан ұрығының жасушасы өсірілген. Белгілі-бір уақытта оған жаңа синтезделген ДНҚ жіпшелерінің құрамына енетін бромдезоксиуридин косылған. Осылайша таңбаланған жаңа синтезделген ДНҚ-ын бұрынғы ескі ДНҚ-нан оңай ажыратуға болады. Осы ортаға тышқан жасушасынан бөлініп алынған тритиймен (Н3) таңбаланған ДНҚ қосылған. Содан біраз уақытта жасуша көбейгеннен кейін оның құрамындағы генетикалық материалды алып қарағанда, тышқанның ДНҚ-ы мен балапан ДНҚ-ның араласып кеткендігі байқалған.
Гендік инженерия әдістерімен рекомбинантты ДНҚ құрамына енетін жекелеген гендерді мынадай жолдармен дайындауға болады:
1) табиғи ортадан (жасуша, ағза) тікелей бөліп алу;
2) химиялық жолмен синтездеу арқылы алу;
3) белгілі-бір генге сәйкес келетін рРНҚ-ның көшірмесін алу.
Бірінші әдіс ген инженериясы дамуының бастапқы кезеңінде кеңінен қолданылды. Бұл әдіс бойынша түрлі ағзалардың жасушаларынан бөліп алынған тұтас ДНҚ молекулалары рестриктаза ферменттерінің көмегімен бөлшектелініп, реципиент жасушаларға жіберіледі және олардан гибрид молекулалардан тұратын иондар алынады. Бұл әдіс осы күнге дейін өз мәнін жойған жоқ, мысалы, қазір гендер банкін жасау үшін пайдаланылуда.
Генді химиялық жолмен қолдан синтездеу тұңғыш рет 1969 жылы Г. Корананың зертханасында жүзеге асырылды. Г. Корана өзінің қызметтестерімен бірге ашыту бактериясының көмегімен аланинді рРНҚ генін синтездеді. Ол ген бар жоғы 77 нуклеотидтен тұрған және реттеуші механизмі жоқ болғандықтан, белсенді түрде қызмет атқара алмаған. Кейінінен олар қызметтік жағынан белсенді 200 нуклеотидтен тұратын тирозинді рРНҚ генін синтездеді. Қазіргі кезде қолдан синтезделген гендердің ішіндегі ең ұзыны - адамның өсу гормонының гені және ол 584 нуклеотидтерден тұрады.
Генді жасанды жолмен алудың үшінші әдісі - кері транскрипция арқылы жүретін ферментативтік синтезге негізделген. Бұл ең алғаш онкогенді вирус РНҚ-ның репликациясын зерттеу барысында анықталды. Сонда кері транскриптаза ферментінің көмегімен ИРНК матрицасының негізінде ген синтезделген.
Осындай жолмен адам мен жануарлардың және құстардың глобиндерін, жұмыртқа ақуызын, сиырдың көз айнасының ақуызы және т.б. коделейтін (кодтайтын) гендер ашылды. Бұл әдіс адам интерферонының генін бөліп алып, бактерия жасушасына жіберу үшін де қолданылды. Интерферон -- вирустық инфекциямен және басқа аурулармен, соның ішінде қатерлі ісікпен күресу үшін қолданылатын тиімді емдік дәрмек. Интерферон жануарлар мен адам жасушасынан да жасалады. Ю. А. Овчинников пен Л.В. Дубасова адам интерферонын синтездейтін микроағзаларды алды. Алдымен олар адам интерферонын синтездеуге қабілетті рекомбинантты ДНҚ-ын құрастырып алды да, содан соң оны бактерия жасушасына жіберді. Ондай бактериялар 1 литр суспензияға шаққанда 5 мг интерферон синтездей алады. Бұл 1 литр қанның құрамындағыдан 5000 есе көп.
Гендік инженерияның әдістерін қолдану үшін, хроммен жақсы өңделген қожайын - вектор қажет.
Вектор - белгілі бір ағзадағы дербес репликацияланушылық қабілеті бар, сонымен бірге оған бөгде ДНҚ-ның енуіне кедергі келтірмейтін, ДНҚ-ның шағын молекуласы. Мұндай қабілет бактериофагтар мен плазмидтерде байқалады.
Екінші шарт - микроағзаларға векторлық және рекомбинантты молекулаларды енгізудің тиімді тәсілі болуы қажет. Өнеркәсіпте гендік инженерия әдістерін, микробтық синтез көмегімен медицинада қолданылатын адамдар ақуызын және ветеринарияда қажетті ауыл шаруашылық малдарының ақуыздарын өндіруге мүмкіндік туды. Мысалы, белгілі бір аурулармен зарарланғандардың ағзасына тиісті ақуыздарды - интерферон, полипептидтік гормондарды, иммунно-модуляторларды енгізу қажет екені мәлім. Мұндай ақуызар мүшелерде және ұлпаларда өте аз мөлшерде кездеседі, ал олардың кейбіреулерінде дәлме-дәл ерекшелік қасиеттердің болатыны - қатаң ескеруді талап етеді. Оларды тек донорлық қандардан немесе өліктер материалдарынан алуға болады. Мұндай ақуыздарды микробтық синтез жолымен алу үшін, тиімді технологиялық жағдайларда, өнеркәсіпте қолдануға арналған микроағзаларға бөгде гендерді енгізу тәсілдерін жақсылап игеру және осындай микроағзалардың тиімді қасиетін одан әрі жетілдіріп, үдерісті жеделдетуге тигізетін әсерін арттыра түсу керек.
Соңғы кездері нуклеин қышқылдарын алмастырудың түбегейлі әдістері жасалды. Соның негізінде молекулалық биология мен генетиканың жаңа бір саласы - ген инженериясы қалыптасып дамуда. Ген инженериясы одан бұрынырақ қалыптасқан хромосоманы, генотипті өзгертуге қарағанда, ДНҚ-ны рекомбинациялау арқылы ген қызметіне араласуға мол мүмкіндіктер туғызды. Ген инженериясы және генетикалық инженерия дегендер егіз ұғымдар, дегенмен де соңғысының жеке гендерден гөрі геномның ірі бөлшектеріне қатысы көбірек болатыны белгілі.
Лекция 8.Мал шаруашылығында қолданылатын трансгенді технологиялар
1. Трансгенді жануарлар туралы түсінік
2. Трансгенді жануарлар түрлері
3. Генеративті және денелік трансгенді жануарлардың негізгі ерекшеліктері
Трансгенді жануарлар - деп геном құрамына қосымша гендік мәлімет (трансген) жасанды жолмен ендірілген мал түрі айтылады. Мұндай жаңа мәлімет ретінде орналасуының өзіндік (гомологиялық) реттеу механизмдері (эукариоттық транскрипциялық бірлік) бар ДНҚ-ның жеке үлескісі, не болмаса ДНҚ-ның әртүрлі молекулаларынан жинастырылған (құрастырылған) гибридті (рекомбинантты) ген болуы мүмкін. Сол себепті трансген - бөгде мал ағзасы ДНҚ-на тіркестірілген шығу тегі бөгде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
М.Х. ДУЛАТИ АТЫНДАҒЫ ТАРАЗ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
ЖАНУАРЛАР БИОТЕХНОЛОГИЯСЫ
ЛЕКЦИЯ
Кафедра:Тамақ өнімдері мен қайта өңдеу өндірісінің технологиясы және биотехнология
20202021 оқужылы, 6 семестр
Кредит саны: 3 кредит
Преквизиттер:микробиология, вирусология, адам және жануарлардың физиологиясы, жасушалы биотехнология, биохимия.
Постреквизиттер: генетикалық инженерия.микробиология
Мамандық: 5В070100-Биотехнология
Оқытушыныңаты-жөні: Аубакиров Хамит Аблгазинович
Мекен-жайы: Толе бикөшесі 60, 2 кешен, 3 корпус, 3.313 ауд.
Телефон: 45-36-60 (жұмыс)
Тараз 2021
НЕГІЗГІ ӘДЕБИЕТТЕР
1. Аубакиров Х.А., Алибаев Н.Н., Кенжеходжаев М.Д. Жануарлар биотехнологиясы. Алматы. 2015 ж.
2. Аубакиров Х.Ә.Биотехнология. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Оқулық. Алматы., 2011, ЖШС РПБК Дәуір, - 367 б.
3. Аубакиров Х.Ә., Сұлтанов А.А., Сүлеймен Е.М., Тлепов А.Ә. Ауыл шаруашылық биотехнологиясы. Оқулық. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Алматы., 2013., ЖШС Экономика, - 489 б.
4. Аубакиров Х.Ә, Тастанбеков Қ, Кенжеходжаев М.Д. Биотехнология. Зертханалық жұмыстар практикумы. Тараз баспасы, 2018-2019 ж.
5. Лесова Ж.Т., Мақажанова Х.Х., Надирова С.А. Тағам және биотехнологиялық өндірісінің микробиологиялық негіздері. Оқулық. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Алматы., 2013., ЖШС BOOKPRINT, - 270 б
6. Джусупова Д.Б. Экологиялық биотехнология. Оқулық. ҚР Білім және ғылым министрлігі. Алматы., 2013., МВ-Принт - 335 б
ҚОСЫМША ӘДЕБИЕТТЕР
7. Донченко Л.В. Технология пектина и пектино продуктов. - М.: Дели, 2000.
8. Крусь Н., Храмцов А.Г. и др. Технология молока и молочных продуктов. - М.: Колос, 2004.
9. Технология спирта под ред. Маринченко В.А. и др. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.
Технология спирта под ред. Яровенко В.А. - М.: Колос 1999
Лекция 1. Кіріспе
1. Жануарлар биотехнологиясы пәні халық шаруашылығындағы маңызы
2. Жануарлар биотехнологиясы пәнінің болашағы
Мал шаруашылығының болашақта дамуы биотехнологияның жаңа бағыттарының бастау көзі - гендік, жасушалық инженерия және маркер-тәуелді селекцияларға негіз берген молекулалық биология мен молекулалық генетика салаларының фундаментальды жетістіктерін толыққұнды пайдаланумен тікелей байланысты екендігі дау тудырмайды.
Жануарлар биотехнологтар үшін үлкен тәжірибелік мүмкіндіктер бергенімен, сонымен қатар олар ғылыми және этикалық жағынан күрделі мәселелер тудырады. Осы мәселелерді сәтті шешкен зерттеушілер ғылым мен жалпы адамзат қоғамының дамуы барысында туындайтын заманауи қажеттіліктерді шешу бағытында өз үлестерін қосуда.
Мал шаруашылығында трансгендiк жануарларды жасау адамзаттың ұзақ тарихында кездескен көптеген қажеттіктерді шешуге әсерiн тигiзедi. Бұл ең алдымен - азық-түлiк өндіру, дәрi-дәрмек жасау және оларды жеткiлiктi көлемде алу мәселелері. Мысалы, 2005 жылы жануарлар көмегімен алынған дәрмектер 17,4 миллиард АҚШ долларын кұраса, 2010 жылы бұл көрсеткіш 21,7 миллиардқа жеткен.
Трансгендiк жануарлар маңызды биохимиялық және морфологиялық қасиеттерi бойынша өзгерудiң жоғары деңгейiмен сипатталады. Бұл кейiннен қалаған жануар түрiн iрiктеу мүмкіндігін арттыруы себепті, селекцияның басты құралы болуы мүмкін. Қазіргі кезде дүниежүзiнде аз ғана уақыт аралығында трансгендi сиыр, ешкi, қой, шошқа және үй қояндарының шамамен 20 жуық түрi жасалды. Олар арқылы жасушалық плазминогендiк белсендiргiш, моноклональды антиденелер, эритропоэтин, инсулин тектес өсу факторы, интерлейкин, антитрипсин және т.б. бағалы фармацевтикалық, ветеринариялық маңызы бар заттар өндiрілген.
Қазір трансгендiк жануарларды алуда жаңа бағыт пайда болған. Гендік инженерия жұмыстарында арнайы векторларды пайдалану, өзге гендiк конструкцияны бұрынғыша, яғни гендi зигота пронуклеусына енгiзген кездегiдей барлық жасушаларға емес, ағзаның жекелеген жасушалық популяцияларымен тікелей ықпалдасуына мүмкiндiк бередi.
Соңғы жылдары елімізде ауыл шаруашылық жануарларын генетикалық сертификаттау мәселесі қолға алынуда. Шет елдерде бұған мемлекеттік дәрежеде мән беріледі. Мысалы Еуропа мен АҚШ-да жануарларды сертификаттаудың көп сатылы молекулалық-генетикалық жүйесі құрылып қолданысқа ендірілген. Генетиктердің халықаралық қоғамы (ISAG) тарапынан жануарлардың шығу тегін бақылауға алудың молекулалық-генетикалық жүйесі ендірілген (төлқұжаттандыру). Еуроодақ елдерінде қойлардың Скрепиге сезімталдығын анықтаудың міндетті түрдегі бағдарламасы қабылданған. Шет елдерде асыл тұқымды малдарға төлқұжат алу үшін оларды міндетті түрде генетикалық кемшіліктерінің (иммундық тапшылығы - BLAD, омыртқа жотасындағы ауытқушылық - CVM) жоқтығына тестілеуден өткізеді.
Қазіргі кезде елімізде ауыл шаруашылық жануарларын бағалаудың кешенді түрдегі молекулалық-генетикалық сараптамасы, генетикалық модификацияланған жануарлардың мониторингі, отандық селекция нәтижесінде шығарылған не болмаса шет елдерден әкелінген асыл тұқымды малдардың қаіпсіздігін бағалаудың әдістемелерін жасақтау мен бекіту, асыл тұқымды жануарлармен молекулалық-генетикалық деңгейде жұмыс жасаудың нормативтік құжаттарын түзу сияқты өзекті мәселелер қолға алынуда. Сонымен қатар ауыл шаруашылығы өнiмiнiң сапасын жақсарту, ауруларға төзімділікті (иммунитет) қалыптастыру, сүтте және басқа да биологиялық сұйықтықтарда рекомбинанттық ақуыздарды алу, ксенотрансплантация үшiн жануарлардың генетикалық модификациясы, жануарлар моделдерiн жасау және т.б. бағыттар. Гендiк терапия және биоөндiрiс үшiн денелелік жасуша трансгенезiн қолдану мәселесі де талқылануда.
Биотехнологиялық селекция ХХI ғасырда мал шаруашылығының дамуында үлкен үлеске ие болмақ. Сондықтан, популяциялық генетиканың фундаментальды мәселелері болып табылатын өзгергіштік, тұқым қуалаушылық пен шаруашылық үшін маңызды қасиеттерімен тікелей байланысты сандық белгілер арасындағы корреляциялық байланыстарды анықтау бағытындағы ғылыми ізденістер өз жалғасын табуы қажет. Осындай зерттеулерді трансгенді жануарлар арасында да, трансгенді емес жануарлармен салыстыра отырып жүргізу абзал. Ғылым мен технологияның үдемелі дамуы нәтижесінде жаңадан туылатын мүмкіндіктерді пайдалана отырып, сұрыптау жүйесін кешенді түрде ұйымдастыру мәселесі де қолға алынуы керек. Бұл, өз кезегінде, жекелеген даралардың басымдықтарын толықтай пайдалана отырып жануарлардың үлкен популяциясына әсер ету арқылы, ауыл шаруашылық жануарларының генетикалық тұрғыдан жетілдіруін қамтамсыз етуге мүмкіндік береді.
Лекция 2. Биотехнологияның мал шаруашылығында қолданылу мүмкіндіктері мен негізгі бағыттары
1. Биотехнологиялық әдістердің қолданылуындағы сүт қоректілерінің биологиялық ерекшеліктері
2. Биотехнологиялық қор және оның түрлері
3. Биотехнологияның мал шаруашылығындағы қолданылу бағыттары
Жануарлар биотехнологиясын - молекулалық және жасушалық биотехнология әдістерін қолданып, генотипін түзету арқылы қарқынды өсіп-жетіле алатын, резистенттілігі мен өнімділік қасиеттері жоғары жануарларды шығару тәсілдерін зерттейтін ғылым деп айтуға болады.
Мал шаруашылығында биотехнологиялық әдістердің қолданылуына сүт қоректілерінің төменде келтірілген биологиялық ерекшеліктері мүмкіндік береді:
1. Жануарлар гаметасының биологиялық банкі. Малдар гаметасының биологиялық банкі гонадаларында жинақталған. Гаметалардың морфогенетикалық потенциалының мүмкіндігі соншалық, мысалға алғанда, жаңа туылған ұрғашы қозының аналық безінде 700 мыңдай аналық жұмыртқасы (фолликулалар) болса, жыныстық жетілу кезеңіне дейін олардан 12000-86000 дана кішігірім және 100-400 дана аралықтарындағы ірі және жетілетін аналық жұмыртқалары болады. Ооциттердің осындай динамикасы басқа да сүт қоректілерінің ұрғашы жыныстарында байқалады. Еркек даралардың аталық жұмыртқаларында сперматозоидтардың бұдан да көп саны кездеседі. Жыныстық жетілген мерзімдерінде, орта есеппен, бір аталықтан бөлінетін спематозоидтардың саны 280-450 трлн. құрайды екен. Осындай көп жыныс жасушаларынан табиғи жағдайда орта есеппен жалғыз төлді малдарда 5-10, ал көп төлділерде 40-80 жұп гаметалары (аналық жұмыртқасы мен спематозоидтар) ғана іске асырылады екен.
2. Эмбриондардың имплантацияға дейінгі дамуы. Ұрықтанғаннан кейін эмбрион зиготадан гаструла кезеңіне (стадия) дейін сүт қоректілердің жыныс мүшесінде (жатыр түтікшесінде) біршама уақыт бос (еркін) күйде болады. Ұрықтанған жерден (жатыр түтікшесі) имплантацияланатын жерге (жатырға) жеткенге дейін орта есеппен шошқаларда 2-3, қойларда 4-5, қояндарда 5-7 және сиырларда 7-8 тәулік кетеді. Имплантацияға дейін эмбрион пеллюцид аймағы (zone pellucid) деп аталатын биологиялық тұрғыдан мықты, қабықты болып табылатын аналық жұмыртқасында дами береді. Осы ерекшеліктер сүт қоректілер эмбриондармен in vitro жағдайында әртүрлі манипуляциялар жасауға мүмкіндік береді.
3. Жалғыз төлді малдарда бір аналық жұмыртқасынан дамитын егіздердің туылуы. Бір аналық жұмыртқасынан дамыған егіздер (үшем немесе одан да көптері сирек кездеседі) - имплантацияға дейінгі жыныс мүшесінде бос күйде болған кезіндегі пеллюцид аймағының (zone pellucid) бұзылуы себебінен, эмбрионның бөлінуі жүзеге асып, ажыраған бөліктер жеке-жеке дамуы нәтижесінде пайда болады. Мұндай егіздердің бастамасы бір болғандықтан (ұрықтанған бір аналық жасуша), егіздер түр-түсі және барлық генетикалық, биохимиялық көрсеткіштері бойынша бір-біріне айнымай ұқсайды. Осындай ерекшеліктің арқасында асыл тұқымды мал шаруашылығында өте маңызды көп жасушалы ағзалар деңгейіндегі биологиялық көшірмелерді (биокопия) алу мүмкін болды.
4. Мал шаруашылығында асыл тұқымды топ (ядро) құру мен жетілдіру. Мал шаруашылығында асыл тұқымды мал тобы мен тұқымы жақсартылуы қажет топтарға бөлінетіні белгілі. Асыл тұқымды малға жату үшін ол малдардың дені сау, көбею қабілеттіліктері мен өнімділіктері жақсы, құнды генотипті және ұрпақ сапасы бойынша бағаланған болуы шарт. Биотехнологиялық зерттеулерде бұларға ұрғашы донорлар мен жақсартушы аталықтарды жатқызады. Асыл тұқымды мал шруашылығындағы көбею үдерістерінде қолданылатын терминология бойынша донор дегеніміз - генетикалық тұрғыдан бағалы ооциттер мен эмбриондар алынатын ұрғашы дара болса, жақсартушыаталық - ұрғашы донорды ұрықтандыруға арналған құндылығы жоғары еркек мал. Сондықтан, жоғарыда аталған асыл тұқымды мал тобының санын көбейту мақсатында донорлар мен жақсартушы аталықтар белсенді түрде қолданылады.
Тұқымы жақсартылуы қажет мал тобы генотипі бойынша құндылығы төмендеу болғанымен, физиологиялық жағынан дені сау және көбею қабілеттіліктері де жақсы болуы қажет. Бұл топқа реципиенттер жатқызылады. Осы тұрғыдан алғанда реципиент дегеніміз - құнды мал ұрпағын өз ағзасында (жатырында) өсіруге арналған, генетикалық жағынан бөгде (жат) аналық.
Жалпы алғанда, ауыл шаруашылық жануарларының биотехнологиялық мүмкіндіктері сүт қоректілердің осындай биологиялық ерекшеліктеріне байланысты қалыптасады. Түрге тиесілі биологиялық ерекшеліктері тұқым қуалаушылық арқылы берілетіні белгілі. Сондықтан, биотехнологиялық мақсатта пайдалану үшін генетикалық мүмкіндіктердің анықталуы - биотехнологиялық қор (ресурс) деп аталады.
Жоғарыда айтылғандарды қортындылай келе, қолданылуына байланысты биотехнологиялық қорды шартты түрде үш класқа бөлуге болады (1-сурет):
1. Молекулалық қор - гендердің құрылымы мен қасиеттері арқылы көрінеді.
2. Физиологиялық қор - гаметалар банкі, имплантация алдындағы эмбриондар дамуы (тотипотенттілік) арқылы байқалады.
3. Селекциялық қор - асыл тұқымды мал шаруашылығындағы аса құнды мал тобын (ядро) құру мен жаңа мал тұқымдарын шығаруға байланысты.
Жануарлардың биотехнологиялық қорларын танып, оларды іске асыру мақсатында мал шаруашылығында:
oo жасушалық биотехнология;
oo молекулалық биотехнология;
oo көбею биотехнологиясы қолданылады.
Биотехнологияның мал шаруашылығындағы қолданылу бағыттары, олардың негізгі мақсаты мен міндеттері жөніндегі жалпы мағлұматты келесі кестеден көруге болады (1-кесте).
Лекция 3. Жануарлар биотехнологиясында қолданылатынжасушалық технологиялар
1. Жасушалық биотехнология ғылымының дамуы
2. Жасушалық биотехнология және оның негізгі бағыттары
Алғаш рет тірі жануарлар жасушаларын ағзадан бөліп алып оны in vitro жағдайында қажетті жағдайлар жасау арқылы өсіру идеясын француз ғалымы Клод Бернар (1813-1878) айтқан болатын. Осы ғалымның пікірі бойынша бөлініп алынған жасушалар ағзадан тыс жерде де өзінің ішкі орта жағдайын сақтап қалуға тырысады және неғұрлым жаңа орта жағдайы табиғи ортаға ұқсас болған сайын, бұл жасушаның өсіп-өну мүмкіншілігі де арта түседі. Бұл өз кезегінде, жасушалардың өсіп-өнуіне қажетті жағдай қалыптастырылған жасанды орта жасап шығару қажеттігін тудырады.
Сәл кейінірек У. Ру (W. Roux,1885 ж.) деген ғалым ағзадан тыс жерде жасушалардың сақталу мүмкіндігін іс жүзінде дәлелдеп берді. Ол тауық эмбрионын сыртқы қабықшасыз тірі күйінде физиологиялық ертіндіде бірнеше күн сақтай алған. Мұнан кейін Жак Леб (Loeb, 1897 ж.) қан сары суы мен плазмасы құйылған пробиркада қан жасушалары мен ұлпа бөліктерін сақтауға қол жеткізді.
Льюнгрен (1898 ж.) қышқыл ортада адам терісін сақтап, оның қайтадан реимплантацияға жарамды болатынын көрсетіп берген.
Р. Гаррисон (1907 ж.) алғаш рет зерттеу жұмыстарына тамшы әдісін ендірді. Ол тұңғыш рет жабынды әйнекке тамызылған лимфалық тромб сұйықтығына салынған жүйке жасушаларын, заттық әйнектің ойындысына (шұңқырына) беттетіп қойып, осы камерадағы жүйке жасушаларының өсу үдерістерін бірнеше апта бойына бақылаған.
Осы әдісті пайдалануды Барроуз (1910 ж.) басқа жануарлардың ұлпалық жасушаларын өсіруде қолданды. Бұл ғалым лимфалық тромбтың орнына тауық плазмасының тромбасын пайдаланған.
Алексис Каррель (1913 ж.) жасанды орта ретінде эмбрион сүзіндісімен байытылған қан плазмасын пайдаланды. Мұндай қосындымен байытылған жасанды ортада ұлпалардың анағұрлым тез өсетінін байқаған.
Кейінірек, зерттеулер көрсеткендей, өздігінен пайда болған бір жасуша ядросында екі ата-анасының да хромосомасы бар гибридтік жасушалар өте сирек болса да кездесетіні белгілі болған. Сондықтан осындай жасушаларды бөліп алып, арнайы орта жасау арқылы оларды өсіру мүмкіндігі бар екендігі анықталған.
Денелік (сомалық) жасушалардың бірігуі бірнеше кезеңде өтеді. Бастапқыда, жасушалар бір-біріне жабысады да, олардың қабықтары еріп, цитоплазмалық көпірше пайда болады. Жасушалардың толықтай бірігуі тұтас бір қабықшаның пайда болуымен аяқталады. Сөйтіп, бір немесе бірнеше ядролы жасушалар түзіледі.
1960 жылы арнайы қоректік ортада өсіріліп жатқан тышқанның денелік ісік жасушалары бір-бірімен жабысып, тіршілікке қабілетті гибридтер түзе алатындығы ашылды. Мұны ары қарай зерттеген ғалымдар, ядросында қоректік ортада бірге өсірілген екі ата-аналық жасушаларының да хромосомалары кездесетін гибиридті жасушалар, барлық типтердегі жасушалар арасында сирек те болса кездесіп тұратындықтарын анықтаған. Арнайы, яғни селективті деп аталатын қоректік орта жағдайын тудыра отырып, бұл гибридті жасушаларын бөліп алып өсіруге болады екен.
Сонымен, денелік жасушаларын гибридизациялау үдерісі бірнеше кезеңдерден тұрады деп айтсақ болады. Алдымен жасушалар бір-бірімен жабысады, содан соң олардың қабықтары бұзылып, цитоплазмалық көпіршелер пайда болады. Жасушалардың толықтай қосылуы ортақ қабықтарының пайда болуымен аяқталады. Сөйтіп екі немесе бірнеше ядролы жасушалар пайда болады.
Гибридтік денелік жасушаларының өздігінен пайда болуы өте сирек жүреді. Дегенмен, кейбір факторлардың болуы жасушалардың өздігінен қосылу жиілігін біршама арттырады. Мұндай фактор ретінде ультракүлгін сәулелерімен инактивтендірілген Сендай вирусы бола алатыны анықталған. Сендай вирусы арқылы жасушалардың бірігуін тездете аламыз. Осы вирустың көмегімен әр түрге, кластарға (сүт қоректілері + құстар) және типтерге (адам + маса) жататын денелік жасушаларының гибридтерін алу мүмкін болған. Осы мақсатта Сендай вирусынан басқа ерекше химиялық зат - полиэтиленгликоль да пайдаланылады.
Денелік жасушаларын гибридизациялау әдісі сүт қоректілерінің, әсіресе адамдардың хромосомаларында гендердің қай жерде орналасқанын, жай жасушалардың қатерлі ісік түрлеріне айналу (обыр ауруы) механизмдерін білу және гендердің атқаратын қызметтерін басқарып отыру үшін өте қажет. Денелік жасушаларын гибридизациялау арқылы гендік инженерияда өте кең қолданылатын зат - гибридом алынды.
Сонымен, жасушалық биотехнология - жасушалармен әр түрлі микроманипуляциялар жасау нәтижесінде, бағалы биологиялық қасиеттері бар ағзаларды алуға бағытталған ғылым саласы. Жануарлар селекциясында бұл мақсатта пайдаланылатын негізгі зерттеу нысаны ретінде ағзаның көбеюге арналған жасушалары (гонадалар) алынады.
Қазіргі кезде жануарлар популяциясымен жұмыс жасауда қолданылатын жасушалық биотехнология өз құрамында бір-бірін толықтырып тұратын екі ғылыми бағыттан құралады деп айтуға болады:
1. Эмбриокультуральдық зерттеулер - бөлініп алынған жасушалардың (гаметалар мен эмбриондар) тіршілігі мен ары қарай өсіп-дамуына қажетті жағдайларды толықтай қамтамасыз етуге бағытталады. Эмбриокультуральдық зерттеулердің негізгі міндеттеріне:
А) гаметалар мен эмбриондарды өсіру (культивирование);
Б) гаметаларды экстракорпоралды ұрықтандыру;
В) гамета мен эмбриондар банкін жасақтау;
Г) қоректік орталар жасау мен оларды жетілдірулер кіреді.
2. Жасушалық технологиялар - бағалы, яғни генотипі құрастырылған жануарлар шығару мақсатында ядро мен жасушалық деңгейінде атқарылатын жұмыстар.
Жасушалық технологиялардың жануарлармен жұмыс жасауда атқарылатын негізгі міндеттері қатарына:
А) денелік (соматикалық) жасушаларын будандастыру (гибридизациялау);
Б) клондау;
В) химерлі жануарлар жасау жұмыстары жатады
Лекция 4. Жануарлар жасушаларын будандастыру (гибридизациялау) әдістері
1. Денелік жасушалардың гибридтерінің алыну тарихы
2. Жасанды будандастырудың (гибридтеу) негізгі әдістері
Денелік жасушалардың бір-бірімен қосылатыны жөніндегі болжаулар ХІХ ғасырдың басында олардың көп ядролы екендігі белгілі бола бастағаннан кейін айтыла бастаған. Алайда, денелік (сомалық) жасушалардың гибридтері алғаш рет тек қана өткен ғасырдың 60-шы жылдары ғана алынды. 1960-шы жылы француз биологы Ж. Барский тышқан саркомасының бір жасушасынан өсірілген, құрамында әртүрлі хромосомалары бар және морфологиялық құрылымы өзгеше екі желілік (линейный) культураларды қосу нәтижесінде алған болатын. Алынған гибридтік жасушалар құрамындағы хромосомалар саны бойынша өздері шыққан желілік жасушалар санынан өзгеше екендігі және беткі антигендері екі желілік жасушаларындағыдай болатыны анықталған. Ары қарай жүргізілген зерттеу жұмыстары нәтижесінде, гибридті жасушаларды әр түрге жататын хайуандардың жасушаларын қосу нәтижесінде де алуға болатыны мәлім болды. Мұнда, екі жасушаларды біріктіретін агент ретінде инактивизацияланған Сендай вирусы деп аталатын HVJ түріндегі вирус қызмет атқарған. Осы кезден бастап Сендай вирусын әртүрлі жасушаларды қосуда жиі пайдалана бастады. Гибридті жасушалардың құрамын зерттеу барысында екі өте маңызды қасиет анықталған:
oo гибридтерде екі ата-ененің геномы да болуы мүмкін;
oo ұзақ өмір сүретін тұқымаралық гибридті хайуандарда ата-енелерінің біреуінің хромосомалары жойылуы мүмкін.
Екі жасушалардың қосылуы әрдайым басқа бір агент арқылы жүзеге аса бермейді. Мұндай үдерістер in vivo (табиғи, ішкі жағдайда) немесе in vitro (сыртқы) жағдайларында басқа агенттердің араласуынсыз да жүзеге аса береді. Кейбіреулері онтогенез үдерістерінде әрдайым жүріп отырады, сондықтан бұл құбылысты эволюциялық заңдылық деп есептеуге де болады. Сонымен бірге, табиғи жағдайда әр түрге жататын хайуандардың қалыпты жасушалары бір-бірімен өте сирек қосылады. Ауыл шаруашылығында мұндай жұмыстар көбінесе жануарлрды қолдан ұрықтандыру және кейіннен оны тасымалдау (трансплантация) арқылы жүзеге асырылады. Бұл жұмыстар ауыл шаруашылық малдарында жасанды полиовуляция шақыру, ұрықтық аналық жұмыртқасын (яйцеклетка) қолдан ұрықтандыру мен ұрықтандырылған жұмыртқаны басқа мал жатырына отырғызу (адамдарда осындай жолмен ұрықтандырылған аналар - суррогатты шеше деп аталады) мүмкіндігінің ашылуына байланысты өз жалғасын тапты.
Жалпылай алғанда жасушаны гибридтеу жұмыстары келесідей кезеңдерден тұрады: жоғары өнімді аналыққа күйіт алдында арнайы дәрмектер (гормондар, прогестерон, синустроэл, буаз бие қан сарысуынан дайындалатын ББС дәрмегі, т.б.) егіліп, одан 10-20 аналық жасушаларының жетіліп шығуы (полиовуляция) қамтамасыз етіледі. Кейіннен, лапоратомия әдісімен аналық жасушалары жатыр түтікшесінде аталықтың сперматозоидтарымен ұрықтындырылады. Ұрықтанудың 7-8 күндері бұл жасушалар арнайы әдіс арқылы жатырдан шайып алынып, басқа, яғни көбінесе өнімділіктері төмен болып келетін ұрғашы жануардың жатырына (реципиент) салынады. Осындай жолмен туылған жануар ұрпағында генетикалық жағынан шынайы ата-енелерінің тұқымдық ерекшеліктері сақталады.
Әр түрге жататын жануарлар жасушаларын гибридизациялау әдістері негізінде химер немесе аллофенді деп аталатын, яғни ұлпа құрамында түрлі генотипті жасушалары бар хайуандар да алынады (мысалы, қара жолақты тышқан немесе арыстан).
Химерлық жануарлар алу жолдары З. Макзарен және Н. Доурин жұмыстарында жазылған.
Қазіргі кезде ғылымда жасанды будандастырудың (гибридтеу)келесідей әдістері қолданылады:
1. Агрегациялық әдіс. Бұл әдісті 1961-1962 жылдары А. Тарковский (Польша, Краков) және Б. Минц (АҚШ, Филаделфия) екеуі бір кезде ұсынған.
Бұл әдісті жүзеге асыру үшін 8-12 бластомералық кезеңдегі әртүрлі генотипті ұрықтарды алады. Әдістеме келесі кезеңдерден тұрады:
А). Инекциялық әдісті 1968 ж. Р. Гарднер ойлап тапқан. Мұнда бластоцит кезеңіндегі эмбриондар пайдаланылады. Алғашында бластоцитті бекітеді, сонан соң өте кішкене микроқондырғыларды пайдалану арқылы донордың ішкі бластоцит жасушасын эмбрион-реципиент бластоцельіне енгізеді. Осындай жолмен өте ерте мерзімдегі эмбриондардың ішкі жасушаларын ендірумен бірге, кешірек мерзімдегі мамандандырылған жасушаларды да егуге болады.
Инекциялық әдіс әр түрге жататын жануарларды жұптап, химерлі жануарларды алуда кеңінен пайдаланыла бастады. Ең бірінші түр аралық химерлі хайуан табиғи жағдайда өзара көбеймейтін жақын екі түрге жататын M. Muskulus және M. caroli тышқандарын шағылыстыру негізінде алынған. Осы жұмыс барысында тек қана бластоциті пайдаланылған түрдің - реципиент аналығының жатырына ендірілген химерлік эмбрионы өсіп-дамитыны анықталған. Мысалы, M Muskulus бластоцитіне M. Karoli эмбрионынан алынған жасуша ішіндік заттары егіліп, ол M. Muskulus жатырына тасымалданған жағдайда пайда болған химерлі хайуан жақсы дамиды да, керісінше, яғни ол M. Karoli аналығына ендірілген жағдайда - ұрпақ екі аптадан соң өліп қалатыны анықталған.
Ә). Түр аралық агрегациялық әдісі арқылы химерлі хайуандардың жаңа қалыптасқан дернәсілдері (зародыш) тек 1970 жылдары, жай тышқан мен көртышқан жасушаларын қосу жолымен алынған, ал бірінші тірі химерлі ұрпақты 1973 ж. Р. Гарднер мен М. Джонсон деген ғалымдар алған. Осы жұмыстар барысында, агрегациялық әдіс арқылы, ірі қара малдарының химерлі ұрпақтарын алу мүмкін емес екені анықталған.
Сондықтан, тек қана бір түрге жататын хайуандар арасында эмбриондарды жемісті тасымалдауға болады деп есептелінді. Мысалы қойдың эмбрионын ешкіге апарып салу олардың сіңісіп кетуіне алып келгенімен, әрдайым тірі ұрпақ туыла бермейді. Өйткені, түр аралық буаздықта кездесетін барлық түсік тастаудың негізгі себебі - планцета қызметінің бұзылуы, яғни ене ағзасының іштегі шарананың бөлетін жаттегілеріне (антигендер) қарсы туындайтын иммунологиялық реакция нәтижесі болып табылады. Бұл сәйкессіздік микрохирургия әдісімен химерлі жануарларды алу арқылы өз шешімін таба алады.
Лекция 5. Жануарларды клондау жұмысының маңызы
1. Клондау жөнінде түсінік
2. Клондалған жануарларды алудың әдістері
3. Клондалған жануарлардың халық шаруашылығындағы маңызы
Даму сатысы бойынша жоғары тұратын жануар дараларынан алынатын ұрпақтар саны әдетте көп болмайды, ал жоғары өнімділікті анықтайтын гендер кешені өте сирек пайда болады және келесі ұрпақтарда комбинациялануы нәтижесінде әжептеуір өзгерістерге ұшырап отырады.
Ал, денелік жасушаның ядросында ағза жөнінде толық генетикалық мәліметтер сақталады және осы мәліметтердің іске асырылуына қажетті жағдайлар жасалынса, белгілі бір дараның сансыз генетикалық көшірмесін (клонын) алуға болады. Көптеген денелік жасушалардың ядросы қалыптасып қойған күйде болуы себепті, бастапқы кезеңдерде бұл мәселе әлі де мамандана (дифференциялана) қоймаған сатыдағы эмбриондарды пайдалану арқылы шешіліп келінді. Жетілген ооциттерге генетикалық тұрғыдан құнды малдардан алынған ядроларды (бластомерлерді) отырғызу осы мәселені шешуге мүмкіндік береді, өйткені ооцит цитоплазмасы енгізілген ядро бағдарламасын іске асырып жаңа эмбрионның дамуын қолдай бастайды.
Клондау - бастапқы бір молекуладан, жасушадан немесе дарадан (жеке түрден) көп үлгілер (көшірмелер) алу үдерісі. Клондалған жануарларға бір дарадан (немесе жеке түрден) шыққан генетикалық ұқсас ағзалардың тобын жатқызады.
Мал шаруашылығы тәжірибесінде құрастырылған жануарлар алу технологиясының екі түрі бар - түр ішіндік және түрлер арасында. Түрдің ішінде өзара құрастырғанда - клондалған, түрлердің арасында құрастырғанда - химералық жануарлар алынады.
Клондалған жануарларды алудың екі әдісін айырады:
1. Имплантацияға дайындалған ұрықты дисекциялау әдісі. Осындай әдіспен алған жануарларды монозиготалық егіздер деп атайды.
2. Энуклеарлы аналық жұмыртқасына денелік жасушаларынан алынған ядроны отырғызу.
Хайуандарды клондау жұмыстарының ең алғашқы жемісті нәтижесі 1970 жылдардың орта шенінде ағылшын эмбриологы Дж. Гордон (Gordon) тарапынан қос мекенділерге (амфибия), атап айтқанда көлбақаның аналық жұмыртқасы ядросын ересек бақаның денелік жасушасы ядросымен алмастыруы барысында шөміш бастардың (головастик) пайда болуынан басталған болатын. Бұл тәжірибелер ересек ағзалардың денелік жасушасы ядросын, ядросы алынып тасталған (энуклеарлы) ооциттерге отырғызу арқылы дифференцияланған жасушалар доноры болған тірі жан иесінің көшірмелерін алуға болатынына көз жеткіздірді.
Дегенмен, жоғарыда аталған әдісті сүт қоректілерге қолдану жұмыстары көпке дейін оң нәтижесін бермей келді. Осы мәселені шешуде Ян Вильмут (Wilmut) бастаған Рослин институтының ғалымдары мен PPL Therapeuticus (Шотландия) компаниясы қызметкерлері зор үлестерін қосты. 1996 ж. осы ғалымдардың шарана фибрибластары ядросын энуклеарлы аналық жұмыртқасына ендіруі нәтижесінде тірі қозы туылғандығы жөнінде мақалалары жарияланса, 1997 ж. Долли атты қойдың алынғаны белгілі болды.
Қазіргі кезде клондау жұмыстарының сәттілігі өте төмен. Зерттеушілер әлі де клондау барысында пайда болатын күтілмеген жағдайларды түсінуге тырысады. Көптеген клондар ауытқулармен туылады, сонын ішінде кең тіл, бүйрек ауытқулары, ас қорыту жүйесінің бітелуі, диабет пен қысқарған сіңірлер және т.б. бар. Сонымен қатар, суррогатты аналар арасындағы эмбриондардыңбөгде ағза ортасына төселе алмай, түсік тастауы, немесе өлідей туылу жағдайлары кәдімгі (табиғи) шешелеріне қарағанда жиірек кездеседі.
Жалпы алғанда, хайуандарды клондау жұмыстары технологиялық тұрғыдан әлі де жетілдірілу үстінде деп айтуға болады. Кейіннен, ересек ағзаның денелік жасушаларынан алынған ядроны тасымалдау арқылы басқа да жануарларды (тышқан, ешкі, шошқа, сиыр) алуға қол жеткізілді. Сондықтан, жануарларды клондау технологиясының пайда болуы ғылыми жағынан ғана емес, сонымен қатар көптеген елдердің ірі компаниялар мен қаржы бизнесі тараптарынан да қызығушылықтарын оята бастады.
Жойылып кетуге жақын қалған жануарларды клондау арқылы көбейту жұмыстарының маңызы зор. Қазіргі кезде клондау көмегімен жануарларды сақтап қалу шаралары іске асырылуда. Түраралық эмбрион тасымалы африкалық дала мысығына қолданылды. Ной, Гаур бұзауы, жергілікті суррогатты сиырдан туылған клон болды. Алайда ол клондау үдерісі кезінде пайда болған инфекциядан қайтыс болды. Осыған қарамастан, пандаларды ақ аю көмегімен клондау жұмыстары жүргізілуде.
Клондау технологиясын пайдалану сырт бейнесі мен генетикалық жағынан да бірдей хайуандар алу мүмкіндігіне қол жеткіздіруі себепті, биомедицина мен ауыл шаруашылығы саласында әлі де шешімін таппаған әртүрлі теориялық және іс-тәжірибелік мәселелерді шеуге мүмкіндік бере алады. Мысал алғанда, хайуандарды клондауды пайдалану маманданған (диффренцияланған) жасушалардың тотипотенттілігін, ағзаның дамуы мен қартаюы, жасушалардың қатерлі ісікке айналу мүмкіндіктерін болжау сияқты мәселерді зерттеуге жағдай туғызады. Клондау арқылы жоғары өнімді мал түрлерін қарқынды түрде генетикалық тұрғыдан сұрыптап, көбейту мүмкіндігіне жол ашылды. Трансгенезбен қатар малдарды клондау, адамдар арасындағы әртүрлі ауруларды емдеуге арналған биологиялық белсенді ақуыздар алуға қол жеткіздіреді. Клонды малдар арқылы медициналық дәрі-дәрмектерді генетикалық жағынан бірдей ағзаларда сынақтан өткізе аламыз. Сонымен бірге, клондалған жасушаларды пайдалану арқылы жасушалық терапияны атқарудың да медицинадағы болашағы зор деп бағаланады. Мұндай жасушалар ағзадағы тиісті жасушалардың кемшіліктері мен кемістіктерінің орнын толтыруы және ең бастысы - трансплантация нәтижесі сіңімді (жаңа ағзаның трансплантантты шеттетпеуі) болуы керек. Болашақта клондау технологиясының дамуы ағза мүшелерін ксенотрансплантациялауды кең ауқымды жүргізуге, яғни адамның қайсібір мүшелерін клондалған хайуандардың осындай мүшелерімен алмастыруға мүмкіндік береді деп болжануда.
Дегенмен, клондау жұмыстары барлық қажеттілікті толықтай орындауға мүмкіндік береді деген тұжырым жасауға болмайды. Мысалы клондар генетикалық тұрғыдан бірдей болғанмен, олар басқа жағынан (мінез-құлық, дарындылық, шыдамдылық және т.б) әртүрлі болады. Сырт келбеті ұқсас болғанымен адам егіздерінің әртүрлі мінездері болатынын еске түсірейік. Сондықтан клондау арқылы өздерінің бұрынғы сүйікті үй жануарларының көшірмесін қайтадан алғысы келетін адамдардың арманы орындалмай жатады. Мысалы, иттің мінезі оның адамдармен қарым-қатынасы мен тіршілік жағдайларына байланысты қалыптасады. Біз иттің генетикалық тұрғыдан көшірмесін алсақ та, оның қылықтарын қайталата алмаймыз. 2002 жылы Калифорнияның Genetics Savings & Clone (GSC) компаниясы сәтті түрде мысықты клондап, үй жануарларын сатумен айналыса бастады.
Тіпті спорттық жылқының шығу тегі бойынша генетикалық мінездемелері керемет болғанымен, олардың мүмкіндіктері генетикадан тыс себептер әсерінен қалыптасады. Ұшқырлық пен жеңіске деген құштарлық, табандылық тек генетикалық тұрғыдан тұқымға берілмеуі мүмкін ғой. Сондықтан спорттық жылқыларды клондау жұмыстарының қарқыны әзірге бел алмайтын түрі бар.
Лекция 6. Жануарлар биотехнологиясында қолданылатынмолекулалық технологиялар
1. Молекулалық биотехнология жөнінде түсінік
2. Молекулалық биотехнологияның негізгі бөлімдері
3. Генетикалық трансформация және оның негізгі міндеттері
Молекулалық технологияның тірі ағзаларда қолданылу саласы, яғни молекулалық биотехнология - жануарлар ағзасында жаңа генетикалық бағдарламалар алу мақсатында тұқым қуалаушылық белгілеріне молекулалық деңгейде түзетулер енгізу жұмыстарын қамтиды. Мұндағы негізгі зерттеу нысаны ретінде нуклейн қышқылдары (ДНҚ және РНҚ молекулалары) алынады.
1869 жылы Швеция биологы Фридрих Мишер ядродан бір зат бөліп алып, оны нуклеин деп атады. Мишер ДНҚ-ны қанның ақ жасушаларынан бөліп алып, оларды ақуыз-ыдыратушы ферменттер, протеазалар көмегімен ыдыратуы мүмкіндігін анықтайды. Бұл жаңалық нуклеин тек қана ақуыздардан тұратынын теріске шығарды. Зерттеу нәтижесінде нуклеиннің қышқылдық қасиетінің болуы дәлелденді де, оның аты нуклеин қышқылына өзгертілді. Нуклеин қышқылдарының екі негізгі түрі бар - ДНҚ мен рибонуклеин қышқылы (РНҚ).
Молекулалық биотехнология екі бөлімнен құралады:
1. Гендік инженерия - тек қана жекелеген генге (немесе гендерге) қатысы бар. Гендік инженерияның негізгі міндеттері қатарына мыналар жатады:
А) гендерді синтездеу немесе бөліп алу мен модификациялау;
Б) рекомбинантты молекулаларды құрастыру және клондау;
В) генотип банкін (геном библиотекасын) жасақтау.
2. Генетикалық трансформация - гендерді тасымалдауға негізделеді. Бұл жұмыстардың негізгі міндеттеріне:
А) реципиентке генді ендіру;
Б) трансформанттарды іріктеу мен сараптау;
В) гендер интеграциясы мен экспрессиясы;
Г) құнды заттарды өндірушілерді (продуценттеушілерді) және трансгенді хайуандарды жасау жатады.
Мал шаруашылығындағы биотехнологиялық жұмыстардың орындалу реті жоғарыда аталған үш әдістердің (суперовуляция, қолдан ұрықтандыру мен эмбрион тасымалдау) тығыз байланыстылығы арқылы жүзеге асырылады. Мысалы, жануарлардың генетикалық тұрғыдан құнды эмбриондарын алу үшін көбейтуге бағытталған биотехнологиялық әдістері (суперовуляция, ұрықтандыру мен эмбрионды шайып алу) қолданылғаннан кейін, алынған эмбриондар сұрыптаудан өткізіліп, кейіннен молекулалық (трансгеноз) және жасушалық (клондау) микроманипуляцияларына ұшыратылады. Кейіннен құрастырылған эмбриондарға in vitro жағдайында реанимациялық жағдай туғызылып, сапалық белгілері бойынша бағаланғаннан кейін (жасушалық селекция), соңғы кезеңі - генетикалық бағалы ұрпақ алу үшін дайын эмбрионды реципиент аналығының жатырына қондырылуымен (трансплантация) аяқталады.
Сонымен, жасушалық биотехнология молекулалық биотехнология, мен көбею биотехнологиялары мал шаруашылығында малдардың гаметаларында, эмбриондары мен ағзаларында жинақталған биотехнологиялық қорларын анықтау мен пайдалануға мүмкіндік беретін жаңа ғылыми бағыттарының - эмбриоинженерия, эмбриокультура мен эмбриотрансплантацияларының пайда болуына алып келді.
Эмбриоинженерияны - генетикалық жағынан құрастырылған және экономикалық тұрғыдан тиімді тірі ағзаларды алу мақсатында, молекулалық және жасушалық биотехнологияларының тәсілдерін қолдану арқылы мал организміндегі генетикалық ресурстарын алудың мүмкіндіктері мен жолдарын қарастыратын биотехнологиялық әдіс деп қарауға болады.
Эмбриокультураны - жануарлардың гаметасы мен эмбриондарынан физиологиялық қорларын алудың мүмкіндіктері мен жолдарын қарастыратын және олардың тіршілігінің сақталып қалуы мен in vitro және in vivo кездерінде қолайлы жағдайлар тудыруға бағытталған мал шаруашылығында қолданылатын биотехнологиялық әдісі деп айта аламыз.
Эмбриотасымалдау (эмбриотрансплантация) - бағалы генотипті жануарларды барынша тез көбейту мақсатында,олардың репродуктивті жүйесінен физиологиялық қорларын алудың мүмкіндіктері мен жолдарын қарастыруға бағытталған мал шаруашылығында қолданылатын биотехнологиялық әдіс.
Лекция 7. Гендік инженерия және оның негізгі бағыттары
1. Гендік инженерияның негізгі мақсаты мен бағыттары
2. Генді жасанды жолмен алудың әдістері
3. Гендік инженерияның әдістерін қолдануда пайдаланылатын шағын молеккула - вектор.
Гендік инженерияның негізгі мақсаты - адамдарға қажетті қасиеттері бар гендерді қолдан құрастырып (химиялық синтез, қалыпты құрылымын қайта құрастыру), оны тиісті жасуша құрамына ендіру арқылы жасанды бактериялар көмегімен адамға қажетті өнімді шығаруды өндірістік жолға қою. Қазіргі кезде осы мақсатта бактериалды жасушалар, мысалы ішек таяқшасы (Escherіchіa colі)жиі қолданылады.
Молекулалық зерттеу әдістері биологияның қолданбалы ғылымдар саласына да кеңінен ендірілуде. Мұндай әдістердің күрделі келуі және қымбатқа түсуіне қарамастан аграрлық ғылымдардың селекция, микробиология, вирусология, эпизоотология, ветеринарлық-санитарлық сараптау, клиникалық диагностика және т.б. бағыттары өздерінің жасап шығарған жаңалықтары мен технологияларын молекулалық деңгейде дәлелдеуі қажеттілігі туындауда.
Қазіргі кезде аграрлық сектордағы ДНҚ-технологиялар қолданылуының бірнеше бағытын атап көрсетуге болады:
- Ауыл шаруашылық шикізаты мен өнімдерінің сапасын тексерудің молекулалық әдістерін жасап шығару.
- Тіршілік иелерінің жаппай генотиптерін анықтау, жануарлар мен өсімдіктердің генетикалық төлқұжаттарын (паспорттарын) жасақтау.
- Генетикалық ауруларды өте ерте кезеңдерінен бастап анықтау.
- Ауыл шаруашылық жануарларының инфекциялық ауруларын диагностикалау мен эпизоотологиялық мониторингтар жүргізу.
- Ауыл шаруашылық жануарларының геномын зерттеп, өнімділіктерімен байланысты белгі гендерін селекциялық мақсатта кеңінен пайдалану.
Аталған бағыттардың қайсыбірі толық жасалып аграрлық ғылымда қолданысқа ие болса, басқалары әлі де зеттеліп жасақталу мен сынақтардан өту үстінде.
Гендік инженериясының теориялық негізіне - генетикалық кодтың әмбебаптығы (универсалдығы) жатады. Бір ғана кодтың (триплеттің) барлық тірі ағзалардың - адам, жануар, өсімдік, бактериялардың ақуыз молекулаларының құрамына енетін амин қышқылдарын бақылай алатындығына байланысты, ДНҚ молекуласының кез келген бөлігін басқа бөтен жасушаға апарып салу, яғни молекулалық деңгейде гибридтеу, теориялық тұрғыдан алғанда мүмкін болып есептеледі. Генді бөтен жасушаға апарып салу (трансгеноз) және геннің өзін ДНҚ құрамынан бөліп алу немесе қолдан синтездеу, әрине, өте күрделі жұмыстар. Ал ағзаға сырттан енгізілген геннің жаңа генетикалық аппарат құрамына қосылып қызмет атқаруы - одан да күрделірек. Дегенмен, бұл салада қол жеткен табыстар баршылық. Мысалы, жасанды ортада балапан ұрығының жасушасы өсірілген. Белгілі-бір уақытта оған жаңа синтезделген ДНҚ жіпшелерінің құрамына енетін бромдезоксиуридин косылған. Осылайша таңбаланған жаңа синтезделген ДНҚ-ын бұрынғы ескі ДНҚ-нан оңай ажыратуға болады. Осы ортаға тышқан жасушасынан бөлініп алынған тритиймен (Н3) таңбаланған ДНҚ қосылған. Содан біраз уақытта жасуша көбейгеннен кейін оның құрамындағы генетикалық материалды алып қарағанда, тышқанның ДНҚ-ы мен балапан ДНҚ-ның араласып кеткендігі байқалған.
Гендік инженерия әдістерімен рекомбинантты ДНҚ құрамына енетін жекелеген гендерді мынадай жолдармен дайындауға болады:
1) табиғи ортадан (жасуша, ағза) тікелей бөліп алу;
2) химиялық жолмен синтездеу арқылы алу;
3) белгілі-бір генге сәйкес келетін рРНҚ-ның көшірмесін алу.
Бірінші әдіс ген инженериясы дамуының бастапқы кезеңінде кеңінен қолданылды. Бұл әдіс бойынша түрлі ағзалардың жасушаларынан бөліп алынған тұтас ДНҚ молекулалары рестриктаза ферменттерінің көмегімен бөлшектелініп, реципиент жасушаларға жіберіледі және олардан гибрид молекулалардан тұратын иондар алынады. Бұл әдіс осы күнге дейін өз мәнін жойған жоқ, мысалы, қазір гендер банкін жасау үшін пайдаланылуда.
Генді химиялық жолмен қолдан синтездеу тұңғыш рет 1969 жылы Г. Корананың зертханасында жүзеге асырылды. Г. Корана өзінің қызметтестерімен бірге ашыту бактериясының көмегімен аланинді рРНҚ генін синтездеді. Ол ген бар жоғы 77 нуклеотидтен тұрған және реттеуші механизмі жоқ болғандықтан, белсенді түрде қызмет атқара алмаған. Кейінінен олар қызметтік жағынан белсенді 200 нуклеотидтен тұратын тирозинді рРНҚ генін синтездеді. Қазіргі кезде қолдан синтезделген гендердің ішіндегі ең ұзыны - адамның өсу гормонының гені және ол 584 нуклеотидтерден тұрады.
Генді жасанды жолмен алудың үшінші әдісі - кері транскрипция арқылы жүретін ферментативтік синтезге негізделген. Бұл ең алғаш онкогенді вирус РНҚ-ның репликациясын зерттеу барысында анықталды. Сонда кері транскриптаза ферментінің көмегімен ИРНК матрицасының негізінде ген синтезделген.
Осындай жолмен адам мен жануарлардың және құстардың глобиндерін, жұмыртқа ақуызын, сиырдың көз айнасының ақуызы және т.б. коделейтін (кодтайтын) гендер ашылды. Бұл әдіс адам интерферонының генін бөліп алып, бактерия жасушасына жіберу үшін де қолданылды. Интерферон -- вирустық инфекциямен және басқа аурулармен, соның ішінде қатерлі ісікпен күресу үшін қолданылатын тиімді емдік дәрмек. Интерферон жануарлар мен адам жасушасынан да жасалады. Ю. А. Овчинников пен Л.В. Дубасова адам интерферонын синтездейтін микроағзаларды алды. Алдымен олар адам интерферонын синтездеуге қабілетті рекомбинантты ДНҚ-ын құрастырып алды да, содан соң оны бактерия жасушасына жіберді. Ондай бактериялар 1 литр суспензияға шаққанда 5 мг интерферон синтездей алады. Бұл 1 литр қанның құрамындағыдан 5000 есе көп.
Гендік инженерияның әдістерін қолдану үшін, хроммен жақсы өңделген қожайын - вектор қажет.
Вектор - белгілі бір ағзадағы дербес репликацияланушылық қабілеті бар, сонымен бірге оған бөгде ДНҚ-ның енуіне кедергі келтірмейтін, ДНҚ-ның шағын молекуласы. Мұндай қабілет бактериофагтар мен плазмидтерде байқалады.
Екінші шарт - микроағзаларға векторлық және рекомбинантты молекулаларды енгізудің тиімді тәсілі болуы қажет. Өнеркәсіпте гендік инженерия әдістерін, микробтық синтез көмегімен медицинада қолданылатын адамдар ақуызын және ветеринарияда қажетті ауыл шаруашылық малдарының ақуыздарын өндіруге мүмкіндік туды. Мысалы, белгілі бір аурулармен зарарланғандардың ағзасына тиісті ақуыздарды - интерферон, полипептидтік гормондарды, иммунно-модуляторларды енгізу қажет екені мәлім. Мұндай ақуызар мүшелерде және ұлпаларда өте аз мөлшерде кездеседі, ал олардың кейбіреулерінде дәлме-дәл ерекшелік қасиеттердің болатыны - қатаң ескеруді талап етеді. Оларды тек донорлық қандардан немесе өліктер материалдарынан алуға болады. Мұндай ақуыздарды микробтық синтез жолымен алу үшін, тиімді технологиялық жағдайларда, өнеркәсіпте қолдануға арналған микроағзаларға бөгде гендерді енгізу тәсілдерін жақсылап игеру және осындай микроағзалардың тиімді қасиетін одан әрі жетілдіріп, үдерісті жеделдетуге тигізетін әсерін арттыра түсу керек.
Соңғы кездері нуклеин қышқылдарын алмастырудың түбегейлі әдістері жасалды. Соның негізінде молекулалық биология мен генетиканың жаңа бір саласы - ген инженериясы қалыптасып дамуда. Ген инженериясы одан бұрынырақ қалыптасқан хромосоманы, генотипті өзгертуге қарағанда, ДНҚ-ны рекомбинациялау арқылы ген қызметіне араласуға мол мүмкіндіктер туғызды. Ген инженериясы және генетикалық инженерия дегендер егіз ұғымдар, дегенмен де соңғысының жеке гендерден гөрі геномның ірі бөлшектеріне қатысы көбірек болатыны белгілі.
Лекция 8.Мал шаруашылығында қолданылатын трансгенді технологиялар
1. Трансгенді жануарлар туралы түсінік
2. Трансгенді жануарлар түрлері
3. Генеративті және денелік трансгенді жануарлардың негізгі ерекшеліктері
Трансгенді жануарлар - деп геном құрамына қосымша гендік мәлімет (трансген) жасанды жолмен ендірілген мал түрі айтылады. Мұндай жаңа мәлімет ретінде орналасуының өзіндік (гомологиялық) реттеу механизмдері (эукариоттық транскрипциялық бірлік) бар ДНҚ-ның жеке үлескісі, не болмаса ДНҚ-ның әртүрлі молекулаларынан жинастырылған (құрастырылған) гибридті (рекомбинантты) ген болуы мүмкін. Сол себепті трансген - бөгде мал ағзасы ДНҚ-на тіркестірілген шығу тегі бөгде ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz