Ген инженериясының пайда болуы

І Кіріспе ... ... 3

ІІ Негізгі бөлім ... ... ... .. 3
2.1 Ген инженериясы ... ... .. 3
2.2 Генді алу жолы ... ... ... ... 4 . 14
2.3 Клеткалар инженериясы .. 14 . 14
2.4 Жануарлар ген инженериясы ... . 14 . 15

III Қорытынды ... ... ... .. 16

IV Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... .17

Молекулалық биологияның жаңа саласы. Ол лабораториялық әдіс арқылы генетикалық жүйелер мен тұқымы өзгерген организмдерді алу жолын қарастырады. Ген инженериясының пайда болуы генетиканың, биохимияның, микробиологияның және молекулалық биологияның жетістіктерімен байланысты. Бұл атаудың екі түрі қолданылады: "генетикалық инженерия" жене "ген инженериясы". Соңғы кезде "генетикалық инженерия" жалпылама түрде қолданылып жүр, ген инженериясы да осының ішіне кіреді.
Молекулалық биология ғылыми жетістіктерінің нәтижесінде пайда болған ген инженериясы организмнің бағалы қасиетін сақтап қана қоймай оған жаңа әрі саналы қасиет те бере алады. "Инженерия" деген атау құрастыру деген мағынаны білдіреді. Яғни ген инженериясы дегенді ген құрастыру деп түсіну қажет. Ген инженериясының дәуірі басталмай тұрып 1969 жылы Г. Корана нуклеотидтерді белгілі бір жүйемен орналасқан ДНҚ синтезінің методологиясын жасап берген. Жекеленген дербес амин қышқылы — ашытқының аланиндік тРНҚ-ның бастауыш жүйесі ашылғаннан кейін Г. Корана химиялық жолмен осы РНҚ-ның көлемі 77 полинуклеотидтен тұратын кодтық бөлігін синтездеді. Кейіннен 1979 жылы осы лабораторияда ішек таяқшасының тирозиндік тРНҚ-сы синтезделді және ол Т4 бактериофагының құрамына еңгізіліп, бактерияның клеткасында жұмыс істеді.
Ген инженериясының дүниеге келген уақыты 1972 жыл 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.

1. C.Ж. Стамбеков «Жалпы генетика»
Алматы «Ана тілі» 1993 ж
2. Н.П. Дубинан «Генетика»
Кишинев 1885 ж
3. И. Гершкович «Генетика»
1968 ж
4. О.А. Иванова «Генетика»
1974 ж
5. П.Ф. Рокицкий «Введение статистическую генетику»

Пән: Медицина
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 16 бет
Таңдаулыға:

Ж О С П А Р

І Кіріспе
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... 3

ІІ Негізгі бөлім
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 3
2.1 Ген инженериясы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 3
2.2 Генді алу жолы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 4 – 14
2.3 Клеткалар инженериясы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14 - 14
2.4 Жануарлар ген инженериясы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14 – 15

III Қорытынды
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . 16

IV Пайдаланылған әдебиеттер тізімі ... ... ... ... ... ... ... ... .17

К І Р І С П Е

2.1 ГЕН ИНЖЕНЕРИЯСЫ

Молекулалық биологияның жаңа саласы. Ол лабораториялық әдіс арқылы
генетикалық жүйелер мен тұқымы өзгерген организмдерді алу жолын
қарастырады. Ген инженериясының пайда болуы генетиканың, биохимияның,
микробиологияның және молекулалық биологияның жетістіктерімен байланысты.
Бұл атаудың екі түрі қолданылады: "генетикалық инженерия" жене "ген
инженериясы". Соңғы кезде "генетикалық инженерия" жалпылама түрде
қолданылып жүр, ген инженериясы да осының ішіне кіреді.

Молекулалық биология ғылыми жетістіктерінің нәтижесінде пайда болған
ген инженериясы организмнің бағалы қасиетін сақтап қана қоймай оған жаңа
әрі саналы қасиет те бере алады. "Инженерия" деген атау құрастыру деген
мағынаны білдіреді. Яғни ген инженериясы дегенді ген құрастыру деп түсіну
қажет. Ген инженериясының дәуірі басталмай тұрып 1969 жылы Г. Корана
нуклеотидтерді белгілі бір жүйемен орналасқан ДНҚ синтезінің методологиясын
жасап берген. Жекеленген дербес амин қышқылы — ашытқының аланиндік тРНҚ-ның
бастауыш жүйесі ашылғаннан кейін Г. Корана химиялық жолмен осы РНҚ-ның
көлемі 77 полинуклеотидтен тұратын кодтық бөлігін синтездеді. Кейіннен 1979
жылы осы лабораторияда ішек таяқшасының тирозиндік тРНҚ-сы синтезделді және
ол Т4 бактериофагының құрамына еңгізіліп, бактерияның клеткасында жұмыс
істеді.

Ген инженериясының дүниеге келген уақыты 1972 жыл 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.

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 алатының
көрсетті. Соның артынша-ақ дүние жүзінің көптеген лабораторияларында жұмыс
істей алатын әр түрлі плазмидалар алыңды. Совет елінде ондай бөтен гені бар
плазмида академик А.А. Баевтың басшылығымен жасалды.

Ген инженериясы деп рекомбинантты ДНҚ-лар жасап, оларды басқа тірі
клеткаларға енгізуді айтады.

Ген инженериясы шешетін мәселелер:

генді химиялық немесе ферментті қолдану жолымен синтездеу;

әр түрлі организмнен алынған ДНҚ фрагменттерін бір-бірімен жалғастыру (ДНҚ
рекомбинанттарын алу);

бөтен генді жаңа клеткаға векторлық ДНҚ арқылы жеткізу және олардың қызмет
жасауын қамтамасыз ету;

клеткаларға гендерді немесе генетикалық жүйелерді енгізу және бөтен
белокты синтездеу;

бөтен генге ие болған клеткаларды таңдап бөліп алу жолдарын ашу.

2.2 ГЕНДІ АЛУ ЖОЛДАРЫ

Ген инженериясында генді мынадай әдістермен алуға болады:

клеткадағы ДНҚ-дан тікелей кесіп алу;

химиялық жолмен синтездеу;

иРНҚ-дан кері транскриптаза арқылы синтездеу. Бірінші әдіс ген
инженериясының дамуының алғашқы кезеңінде қолданыла бастады. Белгілі
организмнің ДНҚ-сын түгелімен әр түрлі рестриктазалармен үзіп, әр түрлі
фрагменттер алады. Сонан соң оны клетка ішіне "арқалап" кіргізе алатын
сақиналы (дөңгелек) плазмидалармен жалғайды. Ол үшін плазмиданы да
рестриктазалармен үзеді, оған әлгі ДНҚ фрагменттерін қосып жалғап, қайтадан
бүтін плазмидалар алады. Бұл плазмидалардың әрқайсысының құрамыңда бір
немесе бірнеше бөтен ДНҚ фрагменті (гені) болады. Одан кейін ол
плазмидаларды қайтадан бактерияға енгізеді. Осының нәтижесінде бактерия
клеткасының әрқайсысында басқа организм генінің бір түрі болады. Осындай әр
түрлі бөтен гендері бар бактерия клеткаларының жиынтығын немесе
коллекциясын "гендер банкі", кейде "гендер кітапханасы" деп атайды.
Зерттеушілер ол банкіден керек уақытында қажет белоктың генін жаңадан тауып
алады. Осындай гендер банкі қазір Ресейде, Батыс Европада және АҚШ-та
жасалған.

Химиялық жолмен жасанды генді 1969 жылы Г. Корана синтездегені жоғарыда
айтылды. Бірақ оған жалғасқан промотор тізбегі мен транскрипцияны аяқтайтын
кодондар болмағандықтан, ол клетка ішінде ешбір қызмет көрсете алмады.
Гендерді химиялық синтездеуге нуклеин қышқылдарындағы нуклеотидтердің
орналасу тәртібін анықтау әдісін тапқаннан кейін ғана мүмкіндік туды. Бұл
әдістерді тапқан Д. Джильберт пен Ф. Сэнгер. Ғалымдар генді белоктың
құрамындағы амин қышқылдарына қарап отырып синтездеуді де үйренді, (3
нуклеотид — 1 кодон — 1 амин қышқылы деген заңдылық бойынша). Соның ішінде
қолдан синтезделген ең ұзын ген, адамның самототропин (өсу) гені, ол 584
нуклеотидтен тұрады. Оны бактериядағы басқа геннің промоторына жалғастырып,
плазмида арқылы бактерия клеткасына енгізді. Соның нәтижесінде бактерияның
бір клеткасы 3 млн-ға дейін адам самототропин молекуласын жасай алатын
болды. Адам инсулині де химиялық жолмен синтезделіп, әлгі айтылған жолмен
бактерияға еңгізілді.

1979 жылы біздің елімізде Ю.А. Овчинников пен М.Н. Колосовтың
басшылығымен ферменттердің көмегімен химиялық жолмен адам мен жануарлардың
гормонының гендері - энкефалин және брадикинин синтезделді. Химиялық-
ферменттік синтездеу ұсақ гендерді алу үшін ген инженериясында кеңінен
қолданылады. 1970 жылы Г. Темин, Т. Мизутани және Д. Балтимор кері
тратранскриптаза (ревертаза) ферментін ашты. 1972 жылы кейбір онкогенді
(рак) вирустар кері транскриптаза ферментінің көмегімен РНҚ-ның үлгісінен
ДНҚ синтездейтіні ашылды. Одан әрі жүргізілген зерттеулер ДНҚ көшірмесінің
пайда болуы үшін онкогендік вирустардың ғана РНҚ-сы емес, сондай-ақ жасанды
полирибонуклеотидтердің де үлгі бола алатындығын көрсетті. Бұл кез келген
жеке гендерді (ДНҚ), олардың РНҚ - көшірмелерін қолдана отырып ферменттік
синтездеуге болатынына мүмкіншілік туғызды. Жасанды генді рак вирустарынан
бөлініп алынған кері транскриптаза ферменті арқылы синтездеу қазір кеңінен
қолданылып жүр. Кері транскриптазаның РНҚ-ға қарап, оның тізбегіне сәйкес
ДНҚ тізбегін жасайтынын айттық. Яғни кез келген организмнен алынған РНҚ-дан
оған сәйкес генді (ДНҚ-ны) жасауға болады. Осы әдіспен самототропиннің гені
жасалынып алынды. Ол үшін гипофиздің рак клеткаларынан бөлініп алынған
самототропиннің иРНҚ-сы пайдаланылды (иРНҚ рак клеткаларында өте көп
синтезделеді екен).

ССРО-да академик Ю. А. Овчинниковтың басшылығымен интерферон гені кері
транскриптаза арқылы жасалып, ақырында ең көп мөлшерде интерферон жасайтын
бактерия түрі алынды.

Ферментті синтездеп пробиркада РНҚ молекуласынан ДНҚ генінің
комплементарлы тізбегін жазып алуды транскрипция дейді. Синтездеу үшін
қолданылатын жүйе құрамында ДНҚ-ға кіретін төрт нуклеотид, магний йоны,
кері транскриптаза ферменті және генмен кодталған көшірмесін алатын иРНҚ
бар. иРНҚ-дан кері транскриптаза, оған сәйкес ДНҚ тізбегін синтездеп, сол
ферменттің көмегімен ДНҚ-ның екінші тізбегі синтезделеді. Осының
нәтижесінде иРНҚ-да синтезделген ген құрылымына ұқсас ген пайда болады. Осы
әдіспен көптеген елдің лабораториясында бірнеше гендер тобы алынды.

В.А. Энгельгардтың басшылығымен "ревертаза" жобасы жасалған. Осы
ферменттің көмегімен гендер синтезделеді. Бұл жобаны — іске асыру үшін
көптеген институттар, сондай-ақ ЧССР және ГДР ғылым академиялары қатысты.
Осының нәтижесінде 1974-1978 жылдар аралығында көгершіннің, үй қоянының
және адамның глобин гені, сонымен қатар тышқанның бауыр митохондриясының
гені, иммундық белок генінің бөлшектері және т. б. гендер синтезделді.
Ревертазаның көмегімен синтезделген гендердің реттеуші учаскесі болмайды,
сондықтан олардың қалыпты жұмыс істеуі үшін реттеуші элементтер жалғау
керек. Ол элементтер химиялық синтез жолымен немесе бактерия клеткаларынан
алынады, бұның өзі едәуір қиындыққа соғады. Жоғарыда айтылған әдістерден
басқа, генді трансдукция фагтарының көмегімен алуға болады. Бұл әдіспен
1969 жылы Дж. Беквитц бірінші рет лактоза генін (лакген) ішек таяқшасынан
бөліп алды. Алайда бұл әдіс үнемі қолдануға жарамсыз, себебі ол фагты
белгілі бір жерге орналастыруды талап етеді. Сондықтан керекті гендерді
тасымалдауға жарамды ДНҚ фрагменттерін алудың басқа әдістері қолданылады.
Содан кейін осы ДНҚ бөлшектерін қолайлы векторға орналастырып көбейтіп,
клетка-рецепиенттер құрамына кіргізеді.

РЕСТРИКЦИЯ ФЕРМЕНТТЕРІ (РЕСТРИКТАЗАЛАР). Рестрикциялау — модификациялау
құбылысы 50-ші жылдары байқалған болатын. Рестрикция тоқтату деген мағананы
білдіреді, ал модификация - молекуланың белгілі топтарын химиялық жолмен
немесе оларға басқа топтарды жалғау арқылы өзгерту. Рестрикция мен
модификациялау құпиясын В. Арбер ашты.

Бактерияның "өзінің" нуклеин қышқылын "бөтен" фагтардың (вирустардың)
нуклеин қышқылынан ажырататын арнайы ферменттері болады. Рестрикция
ферменттері фагтың нуклеин қышқылын үзіп, оның клеткада көбеюіне жол
бермейді. Рестриктазалармен қатар бактерияларда метилаза деген фермент бар.
Ол бактерияның өзінің ДНҚ тізбегіндегі азоттық негіздерге белгілі мөлшерде
әрбір репликациядан кейін метил тобын (СН3) жалғап, модификациялап отырады.
Метилденген ДНҚ-ны рестриктаза "өзінікі" санап оған "тиіспейді". Бұл
бактериялардағы өзіндік бір "иммундық жүйе" іспеттес. Дегенмен, кейде
бактерия клеткасына енген фагтың кейбір нуклеин қышқылы кездейсоқ
метилденіп кетеді. Осы қателігінен бактерияның өзі фагтың әсерінен қырылып
қалады. Осы құбылысты О. Смит, Д. Натанс және В. Арбер ашты. Рестриктазалар
табиғаттың ген инженериясына арнап жасаған таптырмас құралы. Бактерия әр
түрлі болғандықтан олардың рестриктазалары ДНҚ-ны әртүрлі жолмен үзеді.
Қазір 500-ден аса рестриктаза түрі белгілі және олар ДНҚ-ны бір-бірінен
өзгеше 120 жерінен үзе алады. Яғни зерттеуші рестриктазаны таңдай отырып
ДНҚ-дан қалаған ферментті немесе генді бүлдірмей бүтін күйінде кесіп алады.
Генді бөліп алу мен ген өркенің (клондарын) алу үшін әртүрлі объектілер
(бактериялардан, сүтқоректілер клеткаларынан, құстардан т. б. алынған) және
әртүрлі вирустар жұқтырылған ортада өсірілетін ерекше ферменттер құрал
ретінде пайдаланылады. Негізінде олар үш түрлі ферменттер: рестриктазалар,
лигаза және кері транскриптаза.

Рестиктазалар - дезоксирибонуклеазалардың ДНҚ молекуласын қысқа немесе
ұзын бөлшектерге тіпті жеке нуклеотидтерге дейін кесетін ферменттердің бір
түрі. Рестриктазалардың ерекшеліктері ДНҚ молекуласын кез келген жерден
кеспей тек белгілі нуклеотидтер арасынан кесуінде. Әрбір рестриктазаның
таңдайтын нуклеотидтер орналасу тәртібі бар. Бұл әдетте 4-6 жұп
нуклеотидтер, әртүрлі рестриктазалар үзетін жеріндегі нуклеотидтердің
құрамында айырмашылығы болады. Мысалы Е. соlі рестриктазасы ДНҚ молекуласын
ГААТТЦ учаскесінде үзеді, Ват - НІ-ГГАТЦЦ учаскесіңде. Қазір әр түрлі
рестриктазалардың жүзден артық өзіндік бірізділігі белгілі. ДНҚ тізбегінің
ұзына бойында нуклеотидтер кездейсоқ орналасса, төрт белгілі нуклеотидтен
тұратын жүйелілік (бірізділік) 1256-ға, ал алты нуклеотидтен - 14096 тең
болады. Сондықтан рестриктазалар ДНҚ-ны бірнеше жүздеген немесе мыңдаған
нуклеотидтер жұптарынан тұратын бөлшектерге үзеді.

Лигаза - ДНҚ-ның бос ұштарын бір-біріне жалғайтын фермент. Бұл фермент
қалыпты клеткаларда ДНҚ синтезіне және репарация (қалпына келу)
процестеріне қатысады, яғни ДНҚ молекуласының біраз бөлінген жерлерін
қалпына келтіруге қатысады.

Кері транскриптаза — ДНҚ-полимераза тәріздес фермент. Бірақ ДНҚ-ны ДНҚ-
дан емес РНҚ-дан синтездейді. РНҚ-полимеразамен салыстырғанда ол кері
бағытта жұмыс істейді, яғни ДНҚ-дан РНҚ-ға емес, РНҚ-дан ДНҚ-ға. Кері
транскриптаза ферментінің қалыпты сау клеткалары бар ма, және оларда ДНҚ
синтезі РНҚ-да жүре ме? Бұл күмәнді сұрақ әлі толық шешілмеген. Алайда бұл
фермент, эукариоттар клеткаларында оларға ДНҚ арқылы көбейетін РНҚ-сы бар
вирустарды жұқтырғаннан кейін пайда болады. Бұл вирустардың геномы кері
транскриптазаны кодтайды, соның көмегімен вирустың ДНҚ-үлгісі құрылады да,
кейін вирустар молекулаларының РНҚ-сы синтезделеді.

ДНҚ РЕКОМБИНАНТТАРЫ (БУДАН ДНҚ-ЛАР)

Генетикалық рекомбинацияның мәні — екі хромосоманың өзара гендерімен
алмасуында. Екі немесе одан көп тұқым қуатын анықтауышы бар клетканың
немесе организмнің пайда болуына әкеп соғатын кез келген процесті 1958 жылы
Понтекорво рекомбинация деп атады. Міндетті түрде сүтқоректілердің жыныс
клеткалары пайда болғанда, мейоздың барысында гомологты хромосомалар
гендерімен алмасады (кроссинговер - айқасу құбылысы). Осы алмасулар
ұрпақтарға берілетін тұқым қуатын белгілердің араласуын түсіндіруге
мүмкіндік береді.

Гендер алмасуын, сондай-ақ клеткаға "бөтен" генді енгізуді генетикалық
рекомбинация арқылы іп vitro - организмнен тыс жасауға болады.

1972 жылы П. Бергтің лабораториясында (АҚШ, Станфорд университеті) ең
бірінші рекомбинантты деп аталатын будан ДНҚ молекуласы алынды. Оның
құрамына лямбда (λ) бактериофагының геномы мен S V 40 вирус геномы кірді.

Организмнен тыс рекомбинация әдісі, әр түрдің ДНҚ-ларын (табиғи немесе
жасанды) бөліп алып, оларды бір-бірімен қосуды, содан кейін осы
рекомбинантгы ДНҚ-ны тірі клеткаға енгізіп, жаңа белгінің пайда болуын
мысалы, ерекше белок синтезін жүргізуді көздейді (36-сурет).

Мұндай эксперименттердің мақсаты ДНҚ-дағы белгілі бір нуклеотидтер
жүйелілігін "векторға" енгізіп, кейін клетканың ішінде жұмыс істеткізу. ДНҚ
фрагментін вектормен жалғастыру төмендегідей жолдармен жүргізіледі:

ректрикциялық эндонуклеазалардың қатысуымен пайда болған ДНҚ-ның жабысқақ
ұштары арқылы;

ДНҚ-ның әрбір тізбегіне қосымша полинуклеотидтер фрагменттерін синтездеу
(поли-А, поли-Т);

Т4-лигаза ферментінің көмегімен тұқыл ұштарын жалғау. 1974 жылдан бастап
рекомбинантты ДНҚ алу жұмыстары көптеп жүргізілді.

36-суретте геннің ферменттік ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.