Ген инженериясының кезеңдері

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 28 бет
Таңдаулыға:

МАЗМҰНЫ

КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3
І Негізгі бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
4
1. Ген инженериясы туралы түсінік ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1.1 Ген инженериясының даму тарихы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... .
4
5
2. Ген инженериясының кезеңдері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
7
2.1 Генді алу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
7
2.2 Рекомбинантты ДНҚ-ын құрастыру ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ..
10
2.3 Гендік инженериядағы вектор қызметі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
11
2.4 Өсімдік геномына ген енгізу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
12
3. Гендік инженерияның практикалық маңызы ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... .
14
3.1 Ген инженериясы негізінде медициналық өнімдер алу ... ... ... ... ... ... .
16
3.2 Трансгенді өнімдердің адам денсаулығына әсері ... ... ... ... ... ... ... .. ...
3.3 Гендік терапия ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
21
25
ҚОРЫТЫНДЫ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
26
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ...
27

КІРІСПЕ

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 молекулалалық биологияның жетістіктерімен байланысты. Бұл атаудың екі түрі қолданылады: "генетикалық инженерия" және "ген инженериясы". Соңғы кезде "генетикалық инженерия" жалпылама түрде колданылып жүр, ген инженериясы да осының ішіне кіреді. Генетикалық инженерия деп in vitro жағдайында пәрменді генетикалық құрылымдарды құрастыруды және оларды тірі клеткаға енгізуді айтады. Генетикалық инженерия және ген инженериясы терминдерін синоним ретінде қоладанғанымен олардың мағынасы бірдей емес: генетикалық инженерия генетикамен байланысқан, ал ген инженериясы тек генге ғана қатысы бар [1].
Ген инженериясы немесе рекомбинантты ДНҚ (рДНҚ) дегеніміз - әртекті ДНҚ-лардан құралған (табиғи немесе синтетикалық ДНҚ фрагменттерін әр қилы жалғастыру арқылы) және жасушаларда репликациялана алатын генетикалық құрылым.
Бұл ғылымның мақсаты - іс - тəжірибелер мен теория үшін қажетті генетикалық бағдарламаның жобасын жасап, оны тірі организмге енгізу. Мұндай тəсіл тіршілікті меңгеруде жаңа мүмкіндіктер туғызады.
Жалпы генетикалық тұрғыдан екі инженерияның мақсаттары бір және қазіргі кездегі биотехнологияның негізі болашағы зор әдістерінің бірегейлері болып табылады.
Гендік инженерияны ауыл шаруашылығында, медицинада пайдалану арқылы өсімдіктер, жануарлар мен микроорганизмдердің қажетті гендерінің қызметін басқаруға мүмкіндік туады [2].

Курсттық жұмыстың мақсаты: гендік инжернерия туралы жалпы мағлұмат алу, оның кезеңдерімен танысу, медицинадағы жетістіктерін және тағам өнеркәсібіндегі пайдасы мен зиянын зерттеу.
Курстық жұмыстың өзектілігі: ген инженериясының қолданылу аясының кеңейуіне байланысты оның әдістері, жетістіктері, пайдасы және зияны туралы ақпарат жинау.
Курстық жұмыстың мазмұны: кіріспеден, негізгі бөлім, қорытынды және пайдаланылған әдебиеттер тізімінен тұрады.

І НЕГІЗГІ БӨЛІМ

1 Ген инженериясы туралы жалпы түсінік

Молекулалық генетика мен молекулалық биологияның қол жеткен табыстарының негізінде биология ғылымының жаңа бір саласы - гендік инженерия қалыптасты.
Ген (грек. genos - тұқым, тек) - тұқым қуалаудың қандай да бір элементар белгісін қалыптастыруға жауапты материалдық бірлік. Генде жасушаның құрылымы мен қызметін анықтайтын генетикалық ақпарат болады. Бір организмнің гендер жиынтығы оның генотипін құрайды. Ген терминін алғаш рет 1909 жылы Дания ғалымы В. Йогансен енгізді. Барлық гендер ДНҚ-дан тұрады және әрбір жеке жасушадағы мыңдаған осындай гендер жеке ДНҚ молекуларының үзіндісі түрінде емес, хромосома деп аталатын, ірі құрылымдық бірлік құрамында болады. Жасушаның бөлінуі кезінде бұл хромосомалар екі еселенеді және жаңа түзілген жас жасушалар осындай ата-аналық гендер жиынтығының көшірмесін алады. Соның нәтижесінде жасушааның барлық белгілері (қасиеттері) ұрпақтан ұрпаққа беріледі, яғни тұқым қуалайды. Ал, 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 инженерия - генетикалық және биохимиялық әдістердің көмегімен түраралық кедергілері жоқ, тұқым қуалайтын қасиеттері өзгеше, табиғатта кездеспейтін жаңа гендер алу. 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 жылы американ биохимигі Т. Берг (Нобель сыйлығының лауреаты) іске асырды. Ол маймылдың онноген вирусы SV-40-тың толық геномын, бактериофаг - L геномының бір бөлігін және Е. Colі (Escherіchіa colі) бактериясының галактоза генін біріктіру арқылы рекомбинантты (гибридті) ДНҚ алды. 1973 - 1974 жылдары 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 [2].

3.1 Ген инженериясының даму тарихы.

Жалпы ген инженериясының даму тарихы. Гендік инженерия жеке биология ғылымындағы ең жас салалардың бірі. Оның дамуы ХХ ғасырдың 60 жылдары басталды. Бұл кезде ДНҚ молекуласын өзгерте алатын біршама құралдар ашылды. Ал ғалымдар болса геннің құрылымын, қалай жұмыс атқаратынын және қалай пайда болатынын сол кездің өзінде білген болатын. Бұл гендік инженерияның негізі болып табылады. Бірақ алда жаңа гендерді бөліп алу, оларды белсенді, тұрақты түрде тұқым қуалай алатын құрылымға біріктіру міндеттері тұрды.
1. Оқшауланған химиялық таза гендердің алынуы. Бастапқы 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 лигазаның 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 инженерияда қолданылады: ревертаза, ДНҚ полимераза, терминалды трансфераза, нуклеаза[2].
Гендік инженерия әдістерімен тек қана ДНҚ молекуласына ғана емес, тұтастай хромосомаға да әсер етуге болады. Осы әдістер арқылы тұтастай хромосоманы бөліп алып, басқа түрдің жасушаны енгізу арқылы түрлі будан тұқымдар зертханалық жағдайда алынды. Гендік материалды бір жасушадан басқа жасушаға тасымалдау үшін жасушалық деңгейде өте нәзік әдіс -микрургия қолданылады. Мысалы, ұрықтанған жұмыртқа жасушаға микропипетканың көмегімен геннің көптеген көшірмелерін ядроға енгізеді. Содан кейін бұл жұмыртқа жасушаны жасанды ортада біраз уақыт өсіріп, жануардың жатырына имплантациялайды.
Мұндай тәжірибелер егеуқұйрыққа жасалынды. Егеуқұйрықтардың ұрпақтары ата - аналарынан ірі болуы үшін оларға өсу гормоны енгізілді. Гендік инженерия саласындағы тәжірибелер өте қатаң бақылауда болады. Бірқатар елдерде адамға қауіпті ДНҚ молекуласы пайда болмас үшін гендік инженерия саласында жасалынатын тәжірибелер үшін арнайы ережелер қабылданды
Жетпісінші жылдардың орта шенінде, рРНҚ-ны алудың алғашқы тәжірибелерінен кейін ғалымдар арасында микроорганизмдер ген инженериясының қауіптілігі туралы сөз болғанын да атай өту керек. Ол кезде, жұртшылықта Е. СоІі және басқа бактериялардың ген инженерлік құрастыру барысында зерттеушілердің бақылауынан шығып кетіп, генетикалық монстрларға айналады да, өте қауіпті аурулар таралып кетуі мүмкін деген абыржулар болды. Тіпті, 1974 жылы арнайы комиссия ген инженерлік жұмыстарды уақытша тоқтату туралы шешім қабылдады. Алайда, бір жылға жетпей бұл тыйым өз күшін жоғалтты. 1975 жылдың көктемінде Асиломар қаласында (АҚШ) рекомбинантты ДНҚ бойынша өткен алғашқы халықаралық конференция рДНҚ-мен трансформацияланған организмдермен жұмыс істеу ережесін қабылдады. Алғашқы рекомбинантты ДНҚ құрастырылғанан бері міне 20 жылдай астам уақыт өтті, бірақ осы кезеңге шейін оның ешқандай да зиянды әсері байқалған жоқ және мүмкін емес те [2].

2 Ген инженериясының кезеңдері

Сонымен біз қарастырғалы отырған ген инженериясының кезеңдері:
1) генді химиялық немесе ферментті қолдану жолымен синтездеу;
2) әр түрлі орғанизмнен алынған ДНҚ фрагменттерін бір-бірімен жалғастыру (ДНҚ рекомбинантарын алу);
3) бөтен генді жаңа клеткага векторлық ДНҚ аркылы жеткізу және олардың қызмет жасауын қамтамасыз ету;
4) клеткаларға гендерді немесе генетикалық жүйелерді енгізу және бөтен белокты синтездеу;
5) бөтен генге ие болған клеткаларды таңдап бөліп алу жолдарын ашу [3].

0.1 Генді алу

Генді алудың 3 әдісі бар:
1. табиғи генді тікелей бөлу (сирек мүмкіндік);
2. химиялық;
3. ферменттік синтез;
1. Табиғи генетикалық материалда-ДНҚ-дан арнайы ферменттердің (рестрикциялық эндонуклеазалардың) көмегімен қажет ген кесіліп алынады. Бұл әдістің елеулі кемшіліктері бар. Біріншіден, ДНҚ-дан қажет генді танып, кесе алатын ферментті таңдап алу қиын. Екіншіден, эукариоттық организм геномының экзон-интрондық құрылысы, олардың гендерін бактерияларғаларға енгізгенде функциялық тұрғыдан қиындық туғызады, өйткені бактериялық клеткада сплайсинг процесі өтпейді. Үшіншіден, егер ген барлық ДНҚ-ның аз ғана бөлігін құраса, онда оны бөлу мен анықтауда елеулі қиындықтар пайда болады. Сондықтан бұл әдіс негізінен генетикалық эксперименттер талабына сәйкес вирус пен бактериялардың генін бөлуде қолданылады.
2. Генді - синтездеудің химиялық әдісі. Бұл әдістер белоктың немесе полипептидтің бірінші құрылымы (аминқышқылдар қатары) белгілі болса, оның генінің нуклеотидтер қатары химиялық жолмен синтезделеді.
Берілген нуклеотидтер тізбегі бойынша ДНҚ - синтездеу әдісін 1969 жылы, ген инженериясының дәуірі басталмаған кезде-ақ, үнді ғалымы Г. Корана ұсынған болатын. Ашытқы тРНҚ-ның гені осылай синтезделді. Бұл ген 77 н.ж. құралған. Алдымен, ұзындығы 5 - 12 нуклеотидтерден тұратын ДНҚ-ның қысқа фрагменттері синтезделді, онан соң олар арнайы ферменттің (лигаза) әсерімен бір - бірімен қосылды. Алайда, алғаш синтезделген бұл генді ішек таяқшасының клеткасына енгізген кезде жұмыс істей алмады, өйткені онда реттеуші элементтер - промотор және терминация бөліктері жоқ болатын. Кейін, 1976 жылы Г. Корана қызметкерлерімен тирозиннің тРНҚ-ының генін синтездей алды. Геннің ұзындығы 126 н.ж. тең болды, оған 52 н.ж. құралған промотор, 21 н.ж. - терминатор және ұштарына тетрануклеотидтер жалғанды. Нәтижесінде, осы генді бактериофаг арқылы Е. Со1і клеткасына енгізгенде олар өз функциясын көрсете алды.
Қазіргі уақытта Г. Корана өңдеген әдістер бірқатар жасанды гендерді синтездеу үшін қолданылады. Осындай жолмен адамның - инсулин және интерферон, адам мен жануарлардың - энкефалин және бардикинин гормондарының функциялы гендері синтезделді.
Қазіргі кезде гендерді автоматты синтездейтін құралдар бар. 1980 жылы Итакура алғаш өзінің құрамында алдын ала берілген тізбек бойынша 6 сағат ішінде 12 - мүшелік олигонуклеотидті синтездеуге қабілетті автоматтың жұмысын компьютер бақылады.
3. Генді синтездеудің ферменттік (энзимдік) әдісі. Генді синтездеудің үшінші әдісі кеңінен таралған және кейін рекомбинанты ДНҚ күйінде бір, кейде көп клеткалы организмдерде көбейетін гендердің негізгі шығу көзі болып саналады. Оның мәні ферменттік синтез арқылы генді алудан тұрады және төмендегіге саяды. Ең алдымен, клеткалардан (мұнда, қажет геннің активтілігі жоғары болуы керек) информациялық (матрицалық) РНҚ (иРНҚ) молекулаларын бөліп алады, олардың арасында ген коделейтін иРНҚ бар, міне осы иРНҚ-ны бөлу қажет. Бұдан кейін кері транскриптаза (ревертаза) ферментінің көмегімен бөлінген иРНҚ-да комплементарлы ДНҚ (кДНҚ) синтезделеді. Кері транскрипция процесінде матрицалық иРНҚ-да кДНҚ-ның синтезі басталуы үшін иРНҚ-ның 3'- ұшына комплементарлы ашытқы -олигонуклеотид (қысқа тізбек) қажет. Жаңа кДНҚ тізбегі синтезделуі үшін тағы Мg иондары мен дезоксинуклеозидтрифосфаттар керек.
Жаңа кДНҚ синтезделіп біткеннен кейін, оны тазалап, ДНҚ-ның екінші тізбегін синтездеу үшін матрица ретін де пайдаланады. Ол үшін ортаға ревертазаны немесе ДНҚ - полимеразаны (бактериялардан алынған) қосады. ДНҚ-ның екінші тізбегінің синтезі басталуы үшін олигонуклотид (ДНҚ-ның 3'-ұшына комплементарлы) керек, әйтпесе кДНҚ-ның 3'- ұшы белгісіз себептермен шпилькалы кұрылым түзбейді, осы құрылым екінші ДНҚ-ның синтезін инициациялай алады. ДНҚ-ының екінші тізбегі синтезделіп болғаннан кейін, оның алғашқы кДНҚ-ымен қосылған бөлігі (шпилькалы) нуклеаза 51 ферментінің әсері арқылы ажырайды, нәтижесінде қос тізбекгі ген алынады, осы қос тізбекті комплементарлы ДНҚ (қтк ДНҚ) деп атайды [3].
Ген инженерияның əдістерін дамытуда эндонуклеазалар деп аталатын спецификалық ферменттер өте үлкен маңызға ие болды. Ферменттер - ағзадағы жүретін биохимиялық үдерістердің қарқынын бірнеше есе арттыра алатын, шығу тегі ақуыздық негізді болып келетін биологиялық катализаторлар екенін еске түсіре кетейік. Эндонуклеазалар бактериялды жасушаларының өздерімен синтезделеді жəне шеңберлі ДНҚ молекулаларын сызықты бөліктерге кесе алатын қабілетке ие екендіктері анықталған. Осындай ферменттердің барлығы жөніндегі ойлар, өткен ғасырдың 50-ші жылдарының басында бірнеше зертханаларда жүргізілген тəжірибелер барысында, бактериалды жасушаларында бактериофагтардың (бактерия вирустары) көп көбейе алмауы себебі анықталғаннан кейін жасалынған болатын. Рестрикация деген сөз бір нəрсенің шектелуін білдіреді. Сол себептен бактериофагтардың көбейуіне шектеу келтіретін фермент түрлері - рестриктазалар деп атала басталды. Қазіргі кезде оларды əртүрлі микроорганизмдерден бөліп алады. Олар генетикалық инженерияда жасалатын тəжірибелерде міндетті түрде қолданыла бастады. Рестриктазалар көмегімен ДНҚ молекулаларын қажетті жерлерінен кесіп алу мүмкін болды. Бактериялды жасушаларда рестриктаза ферменттерімен бірге, рестриктазалар кескен ДНҚ бөліктерін қайта тіге немесе желімдей алатын лигаза атты ферменттер де синтезделетіні белгілі болды. Сондықтан, рестриктаза мен лигаза ферменттерінің ашылуы генетикалық инженерияның дамуына үлкен жол ашты. Бұл ферменттердің көмегімен, қажетті қасиеттерге ие ДНҚ молекулаларын арнайы құрастыру мүмкіндігіне жол ашылды [4].
1973 жылы Х. Смит және Д. Натанс рестрикация - модификация жүйесінің (МR) ферменттерін белгілеудің номенкулатурасын ұсынды. Бұл номенкулатура бойынша туыстың бірінші әріпі және түрдің алғашқы екі әріпінен тұратын үш әріпті қысқарту ферменттің шығу тегін көрсетеді. Эндонуклеазаларды R, метилазаларды М символымен белгілейді. Осы номенкулатураға сүйеніп, E.Coli рестриктазасы EcoRI, EcoRII және тағы басқа, ал Bac.subtilis рестриктазасы BsuRI болып белгіленді.

Рестриктаза

Үзілу нүктелері
EcoRI
Г ААТТЦ
ЦТТАА Г
HindIII
А АГЦТТ
АТЦГА А
BamH I
Г ГАТЦЦ
ЦЦТАГ Г
BalI
ТГГ ЦЦА
АЦЦ ГГТ
PstI
ЦТГ ЦЦА
Г АГЦТЦ
SalI
Г ТЦГАЦ
ЦАГЦТ Т
EcoRII
ЦЦАГГ
ГГТЦЦ
EcoRV
ГАТ АТЦ
ЦТА ТАГ
ЕСКЕРТУ: Сілтемемен рестриктазалар үзетін сайттар (нүктелер) көрсетілген

1-кесте. Ген инженериясында пайдаланылатын кейбір рестриказалар [3].

2.2 Рекомбинантты ДНҚ-ын құрастыру
Бұл in vitro жағдайында әртүрлі биологиялық материалдардан алынған ДНҚ- ның екі немесе одан да көп фрагменттерін біріктіру арқылы түзілген ДНҚ молекуласы. Әдетте ДНҚ фрагменттерін, оның ішінде бүтін гендерді рестриказалар көмегімен алады. ДНҚ фрагменттерін біріктіру олардың тігілген ұштарының түріне байланысты.
1. ДНҚ фрагменттерін жабысқақ ұштары бойынша қосу. Кейбір рестриктазалар, мысалы EcoRI, танитын сайтының ортасынан бірдей қашықтықта симметриялы орналасқан ДНҚ тізбегінде кесінділер жасайды. Бұл бір-біріне комплементарлы бөліктер негіздердің жұптасуы арқасында бірігуге дайын, сондықтан оларды жабысқақ ұштар деп атайды.
Әртүрлі организмнен алынған ДНҚ - ның кез келген екі фрагменті тек бір рестриктаза әсерімен алынса, онда олар комплементарлық нуклеотидтердің бір тізбекті бөліктері арқылы сутектік байланыс түзіп байланысады. Ал ДНҚ- ға әртүрлі рестриктаза әсер етсе, онда олардың фрагменттерінің ұштары комплементарлы бола алмайды, сондықтан олар қосыла алмайды. Комплементарлы ұштар жұптасқанмен, қос спиральдің бүтіндігін қалпына келтіру үшін фосфодиэфирлік байланыстарды қалпына келтіру қажет. Ол үшін ДНҚ-лигаза ферменті пайдаланылады.
2. ДНҚ фрагменттерін тұйық ұштары бойынша қосу. Мұндай фрагменттерді қосудың әдісі басқаша. Терминалдық трансфераза көмегімен тұйық ұштар жасалады. Бұл әдісті Стэнфорд университетінің оқымыстысы Берг жүзеге асырған. Ол SV40 вирусынан, бактериофаг лямбда және ішек таяқшасының галактоздық оперонынан тұратын рекомбинанттық ДНҚ- ын құрастырды. Осы жолмен кері транскрипция әдісімен алынған гендерді векторға қосады. Бұл тәсіл эукариоттық гендерді рекомбинанттық ДНҚ-на енгізуге қолайлы. Оған эукариоттар генін интрондарсыз енгізеді. Векторлық ДНҚ комплементарлық жолмен өз-өзімен сақиналы құрылыс түзе алмайды.
Рекомбинантты ДНҚ технологиясы келесі әдістерді қолданады:
- Бөлек гендерді бөліп алушы және олармен манипуляцияны тездетуші рестрикциялаушы нуклеазалармен ДНҚ молекуласын арнайылап ыдырату;
- Тазартылған ДНҚ фрагментіндегі нуклеотидтерді жылдам сиквенстеу, ал ол,өз кезегінде, геннің шекарасын және оның кодтайтын амин қышқылдар тізбегін анықтауға мүмкіндік береді;
- Рекомбинантты ДНҚ-ны құрастыру;
Нуклеин қышқылдары тізбектерін комплементарлылық заңы бойынша байланыстыру қасиетіне негізделген сезмталдылығы және дәлдігі көмегімен спецификалық РНҚ және ДНҚ тізбектерін анықтау арқылынуклеин қышқылдарын гибридизациялау;
- ДНҚ-ны клондау; полимеразды тізбектік реакцияны қолданып, in vitro амплификациялау немесе ДНҚ фрагментін бактериалды жасушаға енгізу арқылы миллиондаған копияларын алу: трансформация процессі өткеннен кейін ДНҚ фрагментінің саны көбейеді;
- Рекомбинантты ДНҚ-ны жасуша немесе ағзаға енгізу [5];

2.3 Гендік инженериядағы вектор қызметі

Гендің инженерияның әдістерін қолдану үшін, хроммен жақсы өңделген қожайын - Вектор қажет. Вектор - белгілі микроорганизмде дербес репликацияланушылық қабілеті бар, сонымен бірге оған бөгде ДНҚ-ның енуіне кедергі келтірмейтін, ДНҚ-ның шағын молекуласы болады. Бұндай қабілет бактериофагтар мен плазмидтерде байқалады. Екінші шарт - микроорганизмдерге векторлық және рекомбинантты молекулаларды енгізудің тиімді тәсілі болуы керек. Өнеркәсіпте гендік инженерия әдістерін, микробтық синтез көмегімен медицинада қолданылатынадамдар белогын және ветеринарияда қажетті ауыл шаруашылық малдарының белоктарын өндіруге мүмкіндік туды. Мысалы, белгілі бір аурулармен зақымданғандардың организміне тиісті белоктарды - интерферон, полипептидтік гормондарды, иммуномодуляторларды енгізу қажет екені мәлім. Бұндай белоктар органдарда және ұлпаларда өте аз мөлшерде кездеседі, ал олардың кейбіреулерінде дәлме-дәл ерекшелік қасиеттердің болатынын қатаң ескертуді талап етеді. Оларды тек донорлық қандардан немесе өліктер материалдарынан алуға болады.
Бұндай белоктарды микробтық синтез жолымен алу үшін, тиімді технологиялық жағдайларда, өнеркәсіпте қолдануға арналған микроорганизмдерге бөгде гендерді енгізу тәсілдерін жақсылап игеру және осындай микроорганизмдердің тиімді қасиетін одан әрі жетілдіріп, процесті жеделдетуге тигізетін әсерін арттыра түсу керек [3].
Қажетті белокты түзуші микроорганизмдер штамдарын табу процесі бірнеше кезеңдерден тұрады.
1. Алынған белоктың құрылымдық генін бөліп алу немесе құрастыру.
Егерде белоктың аминқышқылдық бірізділігінің құрылымы белгілі болса, онда оның генетикалық кодын біле отырып, мұндай генді синтездеуге болады. Бұл процесс оңай болмағандықтан, проинсулин, интерферон, саомстатин және т.б. сол сияқты белоктардың оннан астамының гендері синтезделген болатын. Геномнан генді оқшаулап алуда, егерде оның құрамында интерферон болмаса ғана, мысалы адам генінің интерфероны, ол мақсатқа сәйкес болады. Микроорганизмдер клеткасы мұндай жағдайда мРНҚ-ның өз қызметін тиісті дәрежеде дұрыс атқаруына қолқабыс көрсете алмайды. Интрондар - ДНҚ нуклеотидінің бірізділігінің кодталмайтын бөлімшесі, ол көптеген жоғары сатыдағы организмдер гендерінде кездеседі.
Құрылымдық гендерді алудың ең тиімді жолдары, оларды кері транскрипция жолымен синтездеу. Бірақ бұл мРНҚ-ны таза түрінде оқшаулап алумен байланысты атқарылатын болғандықтанкөптеген қиындық келтіреді.

5
4
3
2
1

1 - сурет. Интерферон ақуызын алу процессі [12].
1. Адам ДНҚ-нан арнайы фермент көмегімен интерферонды синтездейтін генді бөліп алу.
2. Бактериядын сақина тәрізді ДНҚ-ны (плазмиданы) арнайы фермент арқылы кесіп алу.
3. Бактерия ДНҚ-на адам ДНҚ-нан алынған генді жалғайды.
4. Пайда болған жаңа сақина тәрізді ДНҚ бактерия денесіне қайта енгізіледі.
5. Бактерия адамның интерферон ақуызын синтездей бастайды.

2. Микроорганизмдерге бөгде гендерді енгізу (экспрессиялау).
Бактериялар немесе ашытқы клеткалары өздерінің жекеменшік реттеуші механизмдері көмегімен, құрылымды геннің ішіне енген бөгде гендерді экспрессиялай алады. Қажетті өнім химерлі белоктар құрамында болғандықтан және оларды бөлуде, ажыратуда, көптеген сатылы реакцияларды қайталауға байланысты мұндай айла әрекеттің пайдасы мардымсыз.
Бөгде гендерді экспрессиялау үшін, тікелей экспрессиялау әдісі қолданылады. Бұл процесті атқару үшін, әрбір нақты жағдайда рибосомаларды байланыстырушы бөлімшелер құрылысының үйлесімділігін анықтап алу керек.
3. Реципент немесе қожайын - клеткаларды таңдап алу. Бөтен мРНҚ тұрақтылығын және бөтен геннің экспрессиясының өнімі болып есептелетін, белоктардың протеолитикалық төмендеуін азайту үшін, қажетті жағдайлармен қамтамасыз ету рецепиент клеткаларды таңдап алуда негізгі көрсеткіш болып саналады. Рибонулеазалар гендеріне тапшы клеткаларында, кейбір эукариоттық гендердің экспресииясы Е. Cоlі клеткасында арта түсетіні анықталды. Е. Cоlі клеткасында бөгде белоктардың синтезделуін, протеолизді тоқтатып тастайтын мутациялар қолайлы әсер етеді.
4. Жасалынған штамдардың тұрақтылығы. Микроорганизмдердің бөгде белоктарды өндіру қабілеті плазмидтердің генетикалық материалдарының құрылымдарының қайта өзгеріп құрылуына байланысты болуы мүмкін. Бұл уақиға белгілі бір жиілікпен жүреді. Бұнда құрылымдық қайта өзгеру клетканың плазмидті жоғалтуына қарағанда 100-1000 реттеу сирек кездеседі. Вектор ретінле қолданылатын плазмидалар микроорганизмнің белгілі бір антибиотикке төзімділігіне жауапты, гендердің қоджайыны болып саналатыны белгілі. Сондықтан плазмидтің жоғалуын тоқтату үшін, ферментацияны осы антибиотик бар ортада ғана, яғни популцияда плазидалары жоқ штамдардың жиналуына кедергі келтіру мақсатында жүргізіледі [4].

2.4 Өсімдік геномына ген енгізу

Гендік өзгерген өнімдерді алу қазіргі кезде гендік инженерлер үшін ешқандай қиындық тудырмайды.
Өсімдік геномына бөтен генді енгізудің бірнеше әдістері бар.
Әдіс №1
Табиғатта өз ДНҚ сының бөлігін өсімдікке енгізе алатын Agrobacterium tumefaciens бактериялары кездеседі. Бұл бактериялар енген соң өсімдіктің зақымдалған жасушалары тез бөліне бастайды да одан ісік пайда болады. Алдымен ғалымдар бұл бактерияның ісік тудырмайтын, бірақ өз ДНҚ сын басқа жасушаға енгізу қабілетінен айрылмаған штаммдарын алды. Одан кейін қажетті генді алдымен клондап алып, осы бактерияны өсімдікке жұқтырды. Зақымдалған өсімдік жасушасы қажетті қасиеттерге ие болды.
Әдіс №2
Қалың жасуша қабықшасын бұза алатын реагенттермен өңделген жасушаларды ДНҚ және ДНҚ ның жасушаға енуіне жағдай туғызатын заттар бар ерітіндіге салады. Осыдан кейін сол жасушалардан тұтас өсімдікті өсіреді.
Әдіс №3
Өсімдік жасушаларын арнайы,өте кішкентай,құрамында ДНҚ сы бар вольфрам оқтармен атқылау арқылы трансгенді өсімдік алады. Бұл оқ өсімдік жасушаларына дұрыс тиген жағдайда генетикалық ақпарат өсімдік жасушасына беріліп,өсімдік жаңа қасиеттерге ие болады.
Сонымен,трансгенді өсімдікті алудағы басты міндеттердің бірібөтенДНҚ дан қажетті генді бөліп алып, өсімдіктің ДНҚ сына енгізу болып табылады. Бұл үрдіс өте күрделі әрі қиын.
Ширек ғасыр бұрын ДНҚ ның ұзын молекуласын жеке бөліктерге - гендерге бөлетін рестриктаза ферменті алынды. Алынған гендердің ұштары тура сондай рестриктаза ферментімен бөлінген бөтен ДНҚ ның гендеріне жабысып,бірігіп кете алатын қасиеттерге ие болады.
Трансгенді өсімдік алуда ең көп қолданылатыны әрі ең тиімдісі №1 әдіс болып табылады. Өсімдіктерде ауру туғызатын Agrobacterium tumefaciens бактериясы өсімдік хромосомасына өз ДНҚ сының бөлігін енгізеді. Одан соң өсімдікте гормондар қарқынды түрде бөліне бастайды да, жасушалары тез бөлініп, ісік пайда болады. Пайда болған ісік бактерия үшін өте қолайлы қоректік орта болғандықтан бактерия тез көбейеді. Ботаниктер үшін өсімдіктің кез келген мүшесінің жасушасынан тұтас өсімдікті өсіру қиын емес.
Бірақ бұл әдіс кейде қолдануға тиімсіз болады. Өйткені агробактерия бидай, жүгері, күріш тәрізді дақылдарды зақымдай алмайды. Ондай жағдайда жоғарыда айтылған әдістердің бірі қолданылады [13].
3 Гендік инженерияның практикалық маңызы

Молекулалық генетика мен генетикалық инженерияның қол жеткен табыстарының арқасында, жасушаға сырттан жаңа генетикалық информация енгізу арқылы организмдердің алдын - ала жобаланған тұқым қуалайтын бағдарламасын жасауға болады. Ондай информацияның қолдан синтезделінуі мүмкін немесе табиғи генетикалық зат ретінде əртүрлі организмдерден бөлініп алынады. Сөйтіп, тəжірибелік (эксперименттік) əдіспен, табиғи-эвюлюциялық жолмен пайда бола алмайтын жаңа генетикалық жүйе жасалады. Гендік инженерия жетістіктері - денсаулық сақтау, ауылшаруашылығы, биотехнология жəне микробиологиялық өндіріс салаларында аса зор практикалық мəні бар проблемаларды шешуде маңызды роль атқарады. Гендік инженерия əдістерін жетілдіру денсаулық сақтау мен ауылшаруашылығы үшін қажетті гормондар, ферменттер жəне антибиотиктерді синтездейтін микроорганизмдердің 20 жаңа штаммдарын алуға мүмкіндік туғызады. Сонымен қатар, жануарлар гендерін бактерияларға ендірудің жіберудің де үлкен практикалық мəні бар. Өсімдік жəне жануар ақуыздарын бактерия жасушаларында синтездеу мүмкіндігі, экономикалық тұрғыдан тиімді болып есептеледі. Ауылшаруашылығында, оның ішінде егіншілікте, өсімдіктердің атмосфералық азотты өздері жинақтап алуы басты бір проблема болып есептеледі. Ал азот болса, ақуызды заттың құрамына енетін негізгі компонент. Сол азотты кейбір өсімдіктер, мысалы, бұршақ тұқымдастар топырақ бактерияларымен селбесіп, өздері жинақтайды. Көпшілік өсімдіктерде, соның ішінде əсіресе астық тұқымдастарда ондай касиет жоқ, сондықтан олар үшін миллиондаған тонна азотты тыңайтқыштар жұмсалады. Олардың топыраққа 40 пайыздайы ғана сіңіп, қалғаны сумен шайылып кетеді. Екінші жағынан ол экологиялық тұрғыдан тиімсіз болып есептеледі, себебі көп мөлшердегі нитратты қосылыстар тірі ағзаларға зиян келтіреді. Соңғы кезде бұл мəселені шешуде ген инженериясы көмекке келді. 1972 жылы У. Постгейт пен Р. Диксон азот фиксациялауға қабілеті жоқ, азот жинақтай алатын басқа бір бактерияның генін апарып салған, сонда ол азот фиксациялау (ұстау, тұту) қасиетіне ие болған. Осындай зерттеулердің негізінде, аталмыш қасиетті астық тұқымдас өсімдіктерге беру мүмкіндігі бар екендігі анықталды. Денсаулық сақтау саласында тұқым қуалайтын ауруларды емдеу үшін ген инженериясының үлкен маңызы бар. Қазіргі кезде ауру адамдардан зат алмасудың 1000-нан аса түрлі тұқым қуалайтын өзгерістері анықталған. Соның салдарынан белгілі - бір гендердің мутацияға ұшырауына байланысты ферменттердің, гормондардың немесе ақуыздардың өзгеретіндігі анықталды. Сонда ондай аурулардан мүлдем айығу үшін, сол мутантты гендерді жөндеу керек немесе өзгерген генді сау генмен алмастыру қажет болады. Мысалы, галактоземия ауруында ген өзгеруіне байланысты, жасушада галактоза-1-фосфат уридилтрансфераза ферменті синтезделмейді. Соған байланысты адам организмі сүт қантының құрамына енетін галактозаны сіңіре алмайды. Нəтижесінде галактоза бауыр мен мидың жəне т.б. ағза мүшелерінің жасушаларына жинақталады. Соның салдарынан адамдардың көзі көрмей калады, бауырдың қызметі бұзылады, есте сақтау қабілеті төмендейді, т.б. күрделі өзгерістер пайда болады. Жалпы генотерапия адамның денсаулығын түзеуге көмектеседі. Бұл жағдайда адам жасушасына ондағы жетіспейтін қызметті қалпына келтіретін калыпты ген жіберу керек. 1971 жылы Меррил мен оның қызметтестері галактоземия ауруы бойынша адам жасушасында жүргізілген генотерапияның сəтті аяқталғанын хабарлады. Олар галактоземиямен ауыратын адамның фибробластарын алды. Мұндай жасушалардың галактозаны сіңіруге қажетті ферментті синтездеуге қабілеті болмаған. Оны қалыпқа келтіру үшін, құрамында галактоза гені бар Е.СоІі бактериясының фагы алынған. Сондай бактерия генін адам жасушасына жібергенде, ол галактоза ферментін синтездеуге кіріскен. Австралия оқымыстысы Дой 1973 жылы Меррил тəжірибесін өсімдік жасушаларына қайталап жүргізді. Бұл ретте зерзат ретінде томат өсімдігінің гаплоидты жасушалары алынды. Өсімдік жасушалары лактоза мен галактозада өсуге қабілетсіз. Ал егер ондай ортаға ДНҚ-ның құрамында лактоза мен галактозаны ашыту қабілетін 21 басқаратын гені бар фагты апарып косқанда - жасушалардың өсе бастайтындығы байқалған. Осы зерттеулердің негізінде ген инженериясының əдістерін пайдалана отырып, эукариоттардың жасушаларына тікелей араласуға болатындығы анықталды. Эукариоттардың гендерін бактерия плазмидтері мен вирустардың ДНҚ-на жіберу жұмыстары, жоғары сатыдағы организмдердің генетикалық материалының молекулалық құрылымын зерттеудің жаңа бір тəсілі болып есептеледі. Ген ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.