Генетикалық инженерияның деңгейлері және хромосомалық,клетка инженериясы

Пән: Биология
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Жоспар:

I . Кіріспе

II. Негізгі бөлім

Эбриогенетикалық инженерия
Гендік инженерияны пайдалану
Генетикалық инженерияның деңгейлері және хромосомалық, клетка инженериясы
Клеткалық инженерия

III. Қорытынды

IV. Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

Биотехнология 70-жылдары ғылымда жаңа серпін алды және гендік (генетикалық) инженерияны молекулалық және клеткалық инженерия белгілі бір мақсатпен жасанды айқын қасиеттері бар генетикалық материалдарды алдын ала құрастырып, оларды басқа клеткаға енгізіп, көбейтіп, зат алмасу процесін өзгеше жүргізу. Бұл әдіспен организмдердегі тұқым қуалайтын информацияны көздеген мақсатқа сай өзгертіп, олардың геномдарын белгілеген жоспармен қайта құруға болады. Бұл биотехнология құралы болып табылады және молекулалық биология, биохимия, клеткалық биология, генетика, микробиология және т. б биологиялық ғылымдардың мәліметтерін пайдаланады. Гендік инженерияның құрылуының нәтижесінде генетикалық ақпарат тірі организмдегі тұқым қуалаушылықтың басқару әдістерін дамыту туралы жаңалықтардың сериясы жоқ болуы мүмкін емес.
Осындай жаңалықтарды жатқызуға болады:
1. Оқшауланған «химиялық» таза гендердің алынуы. Бастапқыда тиісті жасушалар гендерді оқшаулауға тырысты, бірақ содан кейән өзінің құрылымын біле тұра, химиялық және молекулалық -биологиялық синтез арқылы алу оңай болып шықты. Содан кейін гендерді клеткаға кірістіру әдісін жасау керек болды. Гендерді цитоплазмаға кірістіруді үйреніп қана қоймай, ДНҚ клеткасының молекуласын құрастырып, жаңа ақпарат биосинтетикалық ақпаратты оқи алатындай, ақуызды өндіргенде және бөлінген кездегі гендерді шығару.
2. Гендердегі «жазылған» биологиялық ақпаратты «оқу» әдістерін жасау. Бұл жұмысты ағылшын ғалымы Ф. Сенгер және америкалық ғалым У. Гилберт жасады. 1980 жылы ғалымдар осы жұмыстың арқасында химиядан Нобель сыйлығын алды.
3. Клеткадағы генетикалық ақпараттың құрылымы мен қызметінің ашылуы.
4. Гомологты және гомологты емес рекомбинантты ДНҚ механизмдерінің ашылуы.
5. Репликацияға қабілетті бактериалдық клеткадағы хромосомаішілік сақиналы ДНҚ табылуы. Олар 50 жылдардың басында табылды және «плазмид» деген атқа ие болды. Ф. Гриффит бактериалдық трансформацияның пайда болуын ашқаннан кейін, бактерияларға гендерді кірістіру технологиясы жасалды. Бұл құбылыстың пайда болуында қарабайыр жыныстық процесс жатыр, бактериядағы хромосомалық емес ДНҚ, плазмиданың кішігірім фрагменттері алмасады.
6. Плазмидалар автономды репликациялық хромосомалар және клеткада бірнеше данада сақталуға қабілеті бар. Плазмидалар гендік анықтауыштар арқылы айырылады. Плазмидалардың аз мөлшерінің өзі бұзылмаған, туғандай жағдайда клеткадан бөлініп шығады.
7. Рестриктаза және лигазаныі ашылуы. 1970 жылы америкалық ғалымдар С. Келли және Г. Смит өздерінің әріптестерімен, алғаш рестриктазаны бөліп алды - қатаң орындарда ДНҚ гидролитикалық бөлшектенбеуін тудыратын фермент. 60 жылдардың аяғында швейцариялық ғалымдар С. Линна және В. Арбер осындай ферменттерді өздерінің тәжірибесінде дәлелдеді. Рестриктаз гендердің көмегімен әр түрлі комбинациялармен біріктіруге болады. Қазіргі уақытта көптеген ферменттер гендік инженеряда қолданылады: ревертаза, ДНҚ полимераза, терминалды трансфераза, нуклеаза.

Негізгі бөлім

Гендік инженерия- генетикалық және биохимиялық әдістердің көмегімен түраралық кедергілері жоқ, тұқым қуалайтын қасиеттері өзгеше, табиғатта кездеспейтін жаңа гендер алу; молек. биологияның бір саласы. Гендік инженерия әр түрлі организмдер геномының бөлігінен рекомбинатты ДНҚ құрастырумен қатар, ол рекомбинатты молекулаларды басқа ағза геномына енгізіп, жұмыс істеуін (экспрессиясын) қамтамасыз етеді. Гендік инженериядағы тұңғыш тәжірибені 1972 ж. американ биохимигі Т. Берг (Нобель сыйл. лауреаты) іске асырды. Ол маймылдың онноген вирусы SV-40-тың толық геномын, бактериофаг - L геномының бір бөлігін және Е. Colі бактериясының галактоза генін біріктіру арқылы рекомбинантты (гибридті) ДНҚ алды. 1973 - 74 ж. Америка биохимиктері С. Коэн, Г. Бойер, т. б. түрлі ағзалардан бөліп алынған генді бактерия плазмидасының құрамына енгізді. Бұл тәжірибе басқа организмдер гендерінің жаңа ағза ішінде жұмыс істей алатынын дәлелдеді. Жануарлар клеткаларымен жүргізілген тәжірибелерде бір клетканың ядросын екіншісімен алмастыруға, екі немесе бірнеше эмбриондарды қосып біріктіруге, оларды бірнеше бөлікке бөлшектеуге болатыны анықталды. Мыс., генотиптері әр түрлі тіндердің клеткаларын біріктіру арқылы тышқанның аллофенді особьтары (фенотипі әр түрлі дарабастар) алынды. Гендік инженерия-ның теориялық негізіне генетикалық кодтың әмбебаптылығы жатады. Бір ғана кодтың (триплиттің) әр түрлі ағзадағы белок молекулаларының құрамына енетін амин қышқылдарын бақылай алатындығына байланысты, ДНҚ молекуласының кез келген бөлігін басқа бөтен клеткаға апарып салу, яғни молек. деңгейде будандастырылу теориялық тұрғыдан алғанда мүмкін екені анықталды. Жануарлар, өсімдіктер және микроорганизмдер гендерінің қызметін қолдан басқаруға болатындығы дәлелденді. Ауыл шаруашылығында өсімдіктің атмосфералық азотты өзіне жинақтап алуы - үлкен мәселе. Осыған байланысты 1970 жылдары азотты фиксациялауға қабілеті жоқ пішен таяқшасына азотты жинақтай алатын, басқа бір бактерияның гені салынып, азотты жинақтау қасиетіне ие болды. Мед. саласында жаңа гендерді енгізу арқылы тұқым қуалайтын ауруларды емдеуге болады. Қазіргі кезде ауру адамдардан зат алмасудың 1000-нан аса әр түрлі тұқым қуалайтын өзгерістері табылған.

1. Эбриогенетикалық инженерия

Эбриогенетикалық инженерия - жануарлар геномын, олардың өсіп өнуіне онтогенездің (жеке даму) алғашқы сатыларында белсенді араласу арқылы қайта құру. Геномды қайта құру - клондау арқылы ұрықты (эмбрионды) реконструкциялау, біріктіру немесе олардың ядроларына бөгде ДНҚ-ны енгізу. Бірақ эмбриондық өркендерді, химерлерді (грек. "chimaira" - әртүрлі генетикалық тканьдардан тұратын мозаик-организм), немесе трансгендік жануарларды алу, тек қана реконструкцияланған эмбрионды ұқыпты трансплантациялау нәтижесінде ғана мүмкін.

Трансплантация (лат. "transplantare" - көшіріп отырғызу) - жоғарғы өнімді малдардың (донорлар) бір немесе бірнеше эмбрионын алып, өнімі төмен малдарға (рецепиенттерге) салу арқылы жүргізіледі. Трансплантацияны қолдану генетикалық құнды бір аналықтан ондаған есе көп ұрпақ алуға мүмкіндік береді.

Трансплантация технологиясы жануарлар өсіп-өну биологиясының зор табыстарына негізделген, оның ішіне мынадай тәсілдер кіреді:

гормондар арқылысуперовуляция(лат. "super" - «көп», "ovum" - «жұмыртқа») туғызу;
ұрпақтары бойынша бағаланған аталықтардың ұрығымен донорларды ұрықтандыру;
эмбрионды тауып алу және оның сапасын анықтап, сақтау және рецепиентке көшіріп отырғызу немесе оны сұйық (грек. "kryos" - «суық», "conservare" - «сақтау»), жібіту және отырғызу.

Ұрықты трансплантациялауды төмендегі мақсаттар үшін пайдаланады:

генетикалық құнды тұлғаларды көбейту үшін; осы әдістің көмегімен жоғарғы өнімді, ауруға төзімді аталық іздері (линиялар) және ұяларды (семейства) шығаруды тездету;
алғашқы эмбриондарды бөлшектеу арқылы ұқсас жануарларды алу. Бұл әдіс генотип- қоршаған орта өзара қатынасын, тұқым қуудың шаруашылыққа пайдалы әсерін зерттеуге мүмкіндік береді. Эмбриондарды бөлу технологиясы алынған жарты бластоцистаны терең мұздатып, ал екінші жартысынан жануар өсіруге мүмкіндік береді. Егер аталық (бластоцистаның бір жартысынан алынған) генетикалық жағынан құнды болса, онда оның көшірмесін белгілі бір уақыттан кейін екінші жартысынан өндіруге болады;
аз популяциялардың және тұқымның генофондының мутантты гендерін сақтау;
генетикалық құнды, бірақ бедеу жануарлардан ұрпақ алу;
зиянды рецессивті гендерді және хромосомалық аномалияларды анықтау;
жануарлардың ауруларға төзімділігін арттыру;
ауруларды болдырмау үшін сыртқа шығарылатын және ішке кіргізілетін малдардың орнына бұл мақсаттар үшін олардың криоконсервацияланған ұрықтарын қолдану;
ұрықтын жынысын анықтау және белгілі жыныстағы жануарларды алу;
түр аралық трансплантация;
әртүрлі алғашқы сатыдағы эмбриондардан, әртүрлі жануарлар бластомерлерінен құралған химерлік жануарларды алу.

2. Гендік инженерияны пайдалану

Гендік инженерияда гендерді тасымалдау арқылы түраралық кедергілерді жойып, қажетті тұқым қуалайтын белгілерді бір организмнен екіншісіне беру іске асырылады.

Инженерия түсінігінің өзі құрастыру деген мағынаны береді. Олай болса, гендік инженерия организмнің жағымды белгілерін сақтай отырып, оған арнайы мақсатта қосымша жаңа қасиет беріп, генотипін қалаған бағытта өзгерту болып табылады. Гендік инженерияны ауыл шаруашылығында, медицинада пайдалану арққылы өсімдіктер, жануарлар мен микроорганизмдердің қажетті гендерінің қызметін басқаруға мүмкіндік туды.

Соңғы жылдары гендік инженерияның көмегімен бактериялық клеткадан вирустық ауруларды емдеуге қолданылатын интерферон және өсу гормоны - соматотропин нәруыздарын алуға қол жетті. Қант диабеті ауруын емдеуге қолданылатын инсулин гормонын алудың арзан жолы табылды. Бұрын инсулин жануарлардың ұйқы безінен өте қымбатқа түсетін жолмен алынатын еді. Қазіргі кезде гендік инженерия әдісімен ішек таяқшасы бактериясынан бөлініп алынатын болды.

Файл тақырыбы

Жануарлар селекциясында гендік инженерияға байланысты аустралиялық ғалымдар гендер құрамына өсу гормонының генін енгізе отырып, кәдімгі шошқаға қарағанда екі еседей жылдам өсетін шошқаның жаңа қолтұқымын шшығарды.

Ағылшын ғалымдары геномына қанның ұюын тездететін ген енгізілген қой алды. Мұндай қойдан бөліп алынған арзанға түсетін препаратты гемофилия ауруын емдеуде қолданады.

Бұршақ тұқымдас өсімдіктердің тамыр жүйесінде ауадағы азотты тұтатын қасиеті бар бүйнек бактериялары селбесіп тіршілік ететіні белгілі. Олар топырақты азотты қосылыстармен байытады. Қазіргі кезде осы бактериялардағы азотты тұтатын генді астық тұқымдастар геномына енгізу жұмыстары жүргізілуде.

3. Генетикалық инженерияның деңгейлері және хромосомалық, клетка инженериясы

Молекулалық генетика мен молекулалық биологияның қол жеткен табыстарының негізінде биология ғылымының жаңа бір саласы - гендік инженерия қалыптасты.

Бұл ғылымның мақсаты - іс-тәжірибелер мен теория үшін қажетті генетикалық бағдарламаның жобасын жасап, оны тірі организмге енгізу.

Басқа биологиялық ғылымдар сияқты генетикалық инженерияның да даму тарихы бар. Бұл саладағы алғашқы зерттеулердің қатарына Н. П. Дубининнің (1934 ж. ) дрозофила шыбындарының хромосом санын өзгерту бағытында жүргізген жұмыстары жатады. Ол рентген сәулелерімен әсер ету жолымен хромосома санын өзгертуге болатындығын анықтады.

1956 жылы Е. Сире рентген сәулесінің көмегімен өңделген жабайы эгилопс өсімдігі жапырағының сары дақ ауруына төзімділігін анықтайтын генін, жұмсақ бидайдың хромосомасына апарып салған. Нәтижесінде жұмсақ бидайдың сары дақ ауруына төзімді формасы алынған.

ДНҚ құрамынан жеке генді бөліп алу жұмысы тұңғыш рет 1969 жылы Дж. Беквиттің зертханасында жүргізілді. Ол E. Coli бактериясынан лактозалық оперон тобына жататын гендерді бөліп шығарды.

1971 жылы В. А. Струнников ген және хромосома деңгейіндегі генетикалық инженерия әдістерін жібек құртында пайдаланды.

1972 жылы америка оқымыстысы П. Берг маймылдың онкогенді вирусының, бактериофагтың және E. Coli бактериясы геномдарының түрлі бөліктерін біріктіру арқылы рекомбинантты ДНҚ алды. Міне, дәл осы зерттеу жұмысынан кейін, гендік инженерия әдісі - биотехнология ғылымындағы болашағы үлкен сала ретінде жақсы қалыптаса бастады.

Әдетте генетикалық инженерияның үш деңгейін ажыратады:

1) гендік-рекомбинантты ДНҚ-ны тікелей зерттеу;

2) хромосомалық-гендердің үлкен топтарын немесе бүкіл хромосомаларды манипуляциялайды;

3) геномдық - бір клетканың генетикалық материалын басқа клеткаға тасымалдайды.

Генетикалық инженерияның бірінші деңгейі рекомбинантты ДНҚ технологиясының әр алуан әдістерін біз жоғарыда толық талқыладық. Енді генетикалық инженерияның қалған деңгейлеріне қысқаша тоқталамыз. Қазіргі кезде хромосома деңгейіндегі генетикалық инженерияны хромосомалық инженерия деп атауға болады, ал геномдық инженерия өзінің мәні бойынша клетка инженериясына сәйкес келеді.

Хромосомалық инженерия . Хромосомалық инженерияны эукариоттық организмдерде қарастыруға болады, өйткені прокариоттарда «хромосома» және «геном» түсініктемелері біртекті қаралады. Жалпы хромосомаларды және олардың фрагменттерін биологиялық объектілерді өзгерту әдісі ретінде тасымалдау, әсіресе, болмашы рол атқарады. Дегенмен, мұндай әдістің іргелі мағынасы зор және болашақта елеулі рол атқаруы мүмкін. Хромасомаларды басқа клеткаға (риципиенттік) трансформациялау үшін алдымен оларды клеткадан (донорлық) бөліп алу қажет. Ол үшін клетка бөлінуін колхициннің көмегімен метафаза сатысында тоқтатады. Одан соң клеткаларды гипотонизациялайды. Хромосомалардың таза бөлігін дифференцияалды центрифугалау арқылы бөледі. Бүгін хромосома немесе оның бөліктері реципиенттік клеткаға пиноцитоз жолымен енеді. Клеткаға енген инактілі хромосомалар өздерінің кұрылымын бірнеше ұрпақ деңгейінде сақтап тіпті репликациялана алады. Нәтижесінде мұндай хромосомалардың гендері полипептид синтезін іске асыра алады. Жалпы клеткаға енген хромосомалар ақырында лизосомалық ферменттер әсерінен жеке бөліктерге ыдырайды. Хромосомалық инженерияның әдістері жануарлар хромосомаларының генетикалық картасын құрастыруға үлкен мүмкіндіктер береді.

Клетка инженериясы. Клетка инженериясының негізін сома клеткалардың гибридизациясы-қосылуы құрайды. Жануарлар сома клеткаларының организмнен тыс ортада қосылу қабілеттілігін алғаш рет 1900 ж. Ж. Барский байқады. Мұндай қосылудың нәтижесінде гибридтік клеткалар тіні түзіледі, олардың ядросында бастапқы клеткалар хромосомаларының қосындысына тең хромосомалар саны болады. Егер культураға кейбір заттарды, мысалы полиэтиленгликоль немесе инактивацияланған вирустарды қосса, онда гпбридтік клеткалардың түзілуі өте жоғары жиілікпен өтеді. Осындай мақсатпен Сендай вирусы өте жиі қолданылады. Олардың клетка рецепторларымен байланыса алатын бірнеше ерекше бөліктері бар, сондықтан бір мезгілде екі клеткамен байланыса алады. Вирустың мөлшері өте ұсақ болғандықтан клеткалар өте тығыз жақындасады да, бір-бірімен қосылып, жаңа гибридтік клеткаға бірігіп кетеді. Мұндай қосылуда дикарион - екі ядролы клетка түзіледі. Онан соң екі ядроның хромасомалары бірігіп, синкарион түзілуі мүмкін. Бастапқы клеткалар тек синкарион түзеп қана қоймай, бірнеше ұрпақ көлемінде митоздық бөлінуге қабілетті болуы керек. Қазіргі кезде әр түрлі сүтқоректілердің, тіпті жүйелік тұрғыдан бір-бірінен өте алыс түрлердің клеткаларын гибридизациялау әдістері тәжірибелерде ойдағыдай қолдану алды. Мысалы, адам X тышқан, адам X ірі қара, қоян X тауық, ірі қара X қара күзен, адам X тауық, ірі қара X атжалман т. с. с. гибридтік клеткаларды іn vitro жағдайында өсіруге болады.

Жаңадан түзілген гибридтік клеткаларда белгісіз себептермен митоздық бөлінудің алғашқы кезеңдеріне бір түрдің хромосомаларының жоғалуы байқалады. Адам мен тышқанның гибридтік клеткаларынан адамның хромосомалары жоғалады. Әдетте, 30 бөлінуден кейін мұндай клеткаларда тышқанның барлық хромосомалары және адамның орта есеппен жеті хромосомасы сақталады. Ірі дара X атжалман, шошқа X тышқан гибридтік клеткаларында алғашқы көрсетілген түрлердің хромосомаларының жоғалуы жиі байқалады. Бір түрдің хромосомаларының гибридтік клеткадан жоғалу өзгергіштігі хромосомалардың генетикалық картасын құрастыруға мүмкіндік береді. Егер гибридтік клетка өсетін ортаға енгізген өнімге байланысты, гибридтік клеткада қайсыбір хромосома сақталса, онда өнімнің гені осы хромосомада орналасқан деп есептелінді. Қазіргі кезде сома клеткаларды гибридизациялау әдісінің көмегімен адамның 2000-дай генінің хромосомалардағы орны табылды.

4. Клеткалық инженерия

Клеткалық инженерия - дене жасушаларына будандастыру әдiсiн қолдана басталуымен немесе екi әртүрлi жасушалардың ұлпа себiндiсiнде қосылуынан пайда болды. Ол үшiн жасуша жарғағын бiраз бұзады. Бұрын мұндай бүлiнудi Сендая вирусы тудыратын, қазiр оны химиялық заттар әсерi бередi. Сондықтан организм жасушаларының әр, тiптi алыс түрлерi қосыла алады. Мұндай жасуша - гетерокарион жасушалары деп аталады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.