Генна інженерія

1. Класифікація біотехнологічних виробництв

Процеси переробки продуктів харчування і сільськогосподарської сировини (випічка хліба, виробництво сиру, напоїв, одержання силосованих кормів для худоби).

Бродильні виробництва, за допомогою яких одержують органічні кислоти, розчинники, енергетичні сировину (спирт, ацетон, бутанол і т.д.)

Біотехнологічні процеси, в яких мікроорганізми використовуються для обробки сільськогосподарських, промислових, побутових відходів, очищення води та грунту від забруднення.

Одержання біомасси для виробництва харчового білку, бактеріальних добрив, пестицидів.

Одержання для промисловисті, сільського господарства, медицини мікробних метаболітів складної органічної структури, які мають фізіологічну активність (антибіотики, вітаміни, ферменти, кровозамінники, полімери, амінокислоти, полісахариди і т.д.).

Культивування клітин багатоклітинних організмів для виробництва моноклональних антитіл (імунна біотехнологія). Клонування важливих сільськогосподарських рослин за допомогою культур клітин, методів клітинної селекції для оздоровлення культур рослин.

Застосування мікробіологічних процесів в небіологічних галузях техніки (збагачення руди, підвищення нафтовіддачі пластів і т.д.)

Застосування методів генної інженерії для одержання нових мікроорганізмів, клітин та тканин з заданими властивостями.

2. Білкова молекула в нативному стані має характерну для неї просторову структуру, яка називається конформацією

В залежності від конформації білки можна розподілити на два основні класи:

фібрилярні білки складаються з паралельно розташованих поліпептидних ланцюгів і утворюють витягнуту ниткову молекулу — поліпептидні ланцюги таких білків розташовані паралельно один одному вподовш однієї осі. Це стійкі, нерозчинні в воді та слабких сольових розчинах органічні сполуки.

До них відносяться основні структурні елементи сполучних тканин вищих тварин, коллаген сухожилля, тканина кісток, — кератин волосся, шкіри, нігтів, піря; фіброїн шовку, міозин мязів та ін.

Приклад:

Фібрилярний білок — кератину складається з поліпептидних ланцюгів (трьох або семи) розташованих паралельно;

Волокна коллагену це спіралі, які складаються з трьох поліпептидних ланцюгів.

глобулярні білки мають кулясту, еліпсоїдну або овальну форму молекул. Їх поліпепдитні ланцюги щільно скручені в компактні структури.

Більшість глобулярних білків розчиняються в воді і легко розпадаються. До глобулярних білків відносяться майже всі ферменти, білки молока, деякі гормони, антитіла, транспортні білки (альбумін сироватки, гемоглобін);

проміжний клас білків — це подібні до фібрилярних білків довгі ланцюговидні структури, розчинні в водних сольових розчинах.

генний інженерія білок конформація

3. Генна інженерія це сукупність прийомів, що дозволяють в умовах in vitro переносити генетичний матеріал з одного організму (джерела генів) в інший (який називається хозяїном або рецепієнтом) таким чином, щоб забезпечити наслідування цих генів в новому для них організмі. Перенесення генів методами генної інженерії дає можливість переборювати міжвидові барєри та передавати окремі спадкові ознаки від одного організму до іншого. В генній інженерії широко використовуються методи біоорганічної хімії.

В загальному вигляді принципи генної інженерії можна показати схематично:

виділення реплікону з клітини хазяїна (реплікон це та клітина, яка буде копіюватися) введення in vitro в реплікон потрібного гена з іншого джерела (отримуємо рекомбінантну клітину, що має властивості реплікону) введення рекомбінантної клітини назад в клітину-хазяїна, в якій вона буде реплікуватися (копіюватися) та передавати при діленні генетичний матеріал в клітини-потомки Після введення потрібного гена в реципієнтну клітину (клітину-хозяїна) завдання дослідника може бути різним в залежності від поставленої перед ним мети. Інколи введенням чужого генетичного матеріалу можна обмежитися. В більш складних випадках необхідно здійснити його експресію (експресивність — ступінь фенотипічного виражения ознаки в новій клітині-хозяїні).

Клонування можна розподілити:

1. репродуктивне клонування: введення ядра в донорську яйцеклітину, відрощування протягом 4−5 тижнів і підсадка сурогатній матері. В цьому випадку ми можемо одержати генетично ідентичний організм. (Введено мораторій на репродуктивне клонування.)

2. терапевтичне клонування на основі клітинної технології: створення органу. В 1995 році було клоноване 11 тварин, 2005 році було вирощено зуб людини.

Способи зєднання фрагментів ДНК, що використовуються в генній інженерії.

Багато рестрикційних ендонуклеаз при розщепленні ДНК дають так звані «липкі кінці». Одержані фрагменти можуть зєднуватися за допомогою фермента ДНК-лігази. Для здійснення цієї процедури використовуються спеціальні прийоми. Для включення чужої ДНК в клітину-хазяїна використовуються плазміди та бактеріофаги, які насправді є репліконами. Плазміди це молекули ДНК, що містять чужі гени. Якщо ДНК бактерій має довжину 510⁶ пар основ, то плазміда або реплікон має кілька тисяч пар основ, тобто вона набагато менша, легко виділяється і очищується.

Процес введення плазміди в клітину, що приводить до спадкових змін, називається трансформацією. Клітини, що утворюються при діленні клітини-хазяїна називаються клонами. Ідентифікація клонів проводиться по продукту, який вони синтезують. (якщо в клітину-хазяїна був вмонтований ген синтезу полісахариду з збільшеним вмістом галактози, ідентифікувати можна визначивши концентрацію галактози в культуральному середовищі).

В наш час розроблені системи для клонування в різних бактеріях, дріжджах, грибах, рослинах, тваринах і навідь для людей. Значний практичний інтерес маються системи клонування грампозитивних бактерій, які використовуються в промисловості, дріжджах, вищих організмах.