Генная інженерія

Генная инженерия

Генная інженерія виникає в70-е рр. як нова галузь молекулярної біології, головна завдання якої - активна і цілеспрямована перебудова генрв живих істот, їх конструювання, тобто управління наследственостью.

Генная інженерія — розділ молекулярної генетики, пов’язані з целеноправленным створенням in vitro нових комбінацій геннетического матеріалу, здатного розмножуватися в клетке-хозяине і синтезувати кінцеві продукти обміну. Виникла в 1972 року, як у лабораторії П. Берга (Станфордский університет, США) отримали перша рекомбінантна (гібридна) ДНК (рекДНК), де було соеденины фрагменти ДНК фага лямбда і кишковій палички з кільцевої ДНКобезьярьего вірусу SV40.

Kлючевое значення при конструюванні рекДНК in vitro мають фрагменти -рестриктазы, що розсікають молекулу ДНК на фрагменти по суворо определеным місцях, і ДНК -лигазы, сшивающие фрагменти ДНК у єдине ціле. Тільки після виділення таких фрагментів створення штучних генетичних стуктур стало технічно здійсненним завданням. Рекомбінантна молекула ДНК має форму кільця, вони містять ген (гени), що становить об'єкт генетичних маніпуляцій, так званий вектор-фрагмент ДНК, який би розмноження річок ДНК і синтез кінцевих продуктів діяльності генетичної системы-белков. Останнє відбувається вже у клітці -господаря, куди вводиться річок ДНК. Гени, підлягають клонування, можна отримати у складі фрагментів шляхом механічного чи рестриктазного роздрібнення тотальної ДНК. Але структурні гени, зазвичай, припадати або синтезувати химико-биологическим шляхом, або отримувати як ДНКкопії інформаційних РНК, соответсвующих обраному гену. Структурні гени утримують тільки кодовану запис кінцевий продукт (білка, РНК), повністю позбавлені регуляторних ділянок та тому нездатні, функціонувати ні з клітинігосподаря, ні in vitro. Функціональні властивості рекДНК надає вектор, у якому присутні ділянки початок реплікації (забезпечує розмноження рекДНК), генетичні маркери, необхідних селекції, регуляторні ділянки, обов’язкові для траксрипции і трансляції генів. Більшість векторів отримана з плазмід кишкової палички та інших бактерій. Використовуючи також вектори з урахуванням фага лямбда, вірусів SV40 і полиомы, дріжджів, Agrobacterium tumefaciens идругие.

При отриманні рекДНК утворюється найчастіше кілька структур, із яких лише одна є потрібної. Тому обов’язковий етап становить селекція і молекулярне клонування рекДНК, введеної шляхом трансформації в клетку-хозяина. Наиболие часто як клетки-хозяина використовують кишкову паличку, проте застосовують та інші бактерії, а як і дріжджі (Saccharomyces cerevisiae), животные і рослинні клітини. Система вектор-хозяин.

Не то, можливо довільній: вектор підганяється до клетке-хозяину, его вибір зависет від видовий специфічності і цілей иследователя. Існує три шляху селекції рекДНК: генетичний (по маркерам, з допомогою виборчих середовищ), иммунохимическй і гибридизационный з міченими ДНК і РНК. РекДНК характеризують фізичним картированием (розщеплення рекстриктазами і електрофорез фрагментів в гелі) й аналізом первинної структури. Через війну інтенсивному розвиткові методів генної інженерії отримані клони багатьох генів рибосомальной, транспортної та 5S PHK, гистонов, глобиного мыши, кролика, людини, колагену, овальбумина, інсуліну людини, і аж ніяк недавнє відкриттярасшировка геному человка, яке січні двохтисячного року року, позволет у майбутньому клонувати человека. На основі генної інженерії виникла галузь фармацевтичної промисловості, звана «індустрією ДНК» і що є жодну з современых гілок біотехнології. Допущений для лікувального застосування інсулін людини (хумулин), отриманий по засобом рекомбінантних ДНК. Генна інженерія за стислі терміни справила величезний впливом геть розвиток різноманітних молекулярно-генетичних методів і дозволила істотно просунутися по дорозі пізнання будівлі та функціонування геннетического аппарата. В основі ж генної інженерії заложенны знання про властивості организмов, которые передаються у спадок -це звана геннетическая інформація.

Генетическая информация.

Генетическая інформація записана послідовністю нуклеотидів молекул нуклеїнових кислот (ДНК, в деяких вірусів також РНК). Містить інформацію про будову всіх (близько 10 000)ферментов, структурних білків і РНК клітини, і навіть про регуляції їх синтезу. Инфоромация про властивості організму, яка передається у спадок. Генетична інформація записана послідовністю нуклеотидів молекул нуклеїнових кислот (ДНК, в деяких вірусів також РНК). Містить інформацію про будову всіх (близько 20 000) ферментів, структурних білків і РНК клітини, а також регуляції їх синтезу. Зчитують генетичну інформацію різні ферментні комплекси клітини. Одне з таких комплексів — апарат трансляції, становить понад ніж 200 різних макромолекул (у такого порівняно простого організму, як кишкова паличка). Гинетическая інформація, яка зчитується у процесі трансляції, складається з значень триплетов генетичного коду і включає знаки початок і закінчення білкового синтезу. Інші складові генетичної інформації зчитуються апаратами реплікації, транскрипції, і навіть апаратами інших процесів, оперують молекулами, нуклеїнових кислот (як-от репорация, рестрикация, модефикация, рекомендація, сеграция) і різними регуляторними білками. У багатоклітинних організмів при статевому розмноженні генетична інформація передається з покоління до покоління за посередництвом статевих клітин у прокариотичных мікроорганізмів ирмеются особливі типи передачі генетичекой інформації - трансдукция, тансформация.

Итак, володіючи генетичної інформацією можна побудувати карти хромосом з нанесенням на них порядку розташування генів, що успішно здійснив Томас Гент Морган (1866−1945) тчательно вивчивши явище зчеплення і перекреста, того що відбувається між гомологичными хромосомами і здійснює рекомбінацію генів.

Генетическая карта.

Генетическая карта хромосоми — схема взаємного розташування генів, що у однієї групі зчеплення. Для сотавления генетичних карт хромосом необхідно виявлення безліч мутантних генів і проведення численних схрещувань. Відстань між генами на генетичної карті хромосом визначають за чистотою кроссинговера з-поміж них. Одиницею відстані генетичної карті хромосом мейотически делящихся клітин є морганида, соотвеьсвующая одному відсотку кроссинговера. Для побудови генетичної карти хромосоми эукариот (найбільш докладна гентические карти сотавленны для дрозофіли, що має вивчено більш тисячі мутантних генів, і навіть для кукурудзи, має за десять группых зчеплення з вище чотирьохсот генів) використовують меотический і митотический кроссинговер. Порівняння генетичних карт хромосом, побудованих різними методами в однієї й того виду, виявляє однаковий порядок розташування генів, хоча расстоуние між конкретними генами на мейотических і митотических генетичних картах хромосом можуть різнитися. У нормі генетичні карти хромосом у эукариот лінійні, проте, наприклад, при побудові генетичних карт хромосом у гетерозигот по транслакации виходить генетична карта хромосом як хреста. Це зазначає, що форму для карт відбиває характер кон’югації хромосом. У прокариот і вірусів генетичні карти хромосом також будують з допомогою рекомбінації. При картировании генів у бактерій з допомогою кон’югації виходить кільцева генетична карта хромосоми. Значення генетичних карт дозволяє планувати роботу з отриманню організмів з певними поєднаннями ознак, що використовують у генетичних експериментах селекційної практиці. Порівняння генетичних карт хромосом різних видів сприяє эволюциоонному процесу. За підсумками ж генетичних карт проводять генетичний анализ.

Генетический анализ.

Генетический аналіз — це сукупність методів иследований спадкових властивостей організму (його генотипу), оскільки аналіз елементів генотипу (груп зчеплення, генів і внутригенных структур) здійснюється, зазвичай, опосередковано, через ознаки, геннетический аналіз є сутнісно аналізом ознак, контрольованих тими чи інші елементами генотипу. Залежно від завдання й особливостей досліджуваного об'єкта генетичний аналіз проводять на популяційному, організмовому, клітинному і молекулярному рівнях.

К основним методам геннетического аналізу ставляться:

Селекционный метод, з допомогою якого здійснюють добір або створення вихідного материала, подвергающегося подальшому аналізу (наприклад,. Р. Мендель, який сутнісно є основоположником генетичного аналізу, розпочинав своє роботи з отримання константнихгомозиготных-форм гороху шляхом самоопыления);

Гибридологический метод, являє собою систему спеціальних схрещувань і обліку їх результатов;

Цитогенетичедский метод, що полягає в цитологічному аналізі генетичних структур і явищ з урахуванням гибридологического аналізу із єдиною метою зіставлення генетичних явищ зі структурою і поведінкою хромосом та його ділянок (аналіз хромосомних і геномних мутацій, побудова цитологічних карт хромосом, цитохимическое вивчення активності генів). Приватний випадок цитогенетичского методу — геномный аналіз. На основі популяционного методу вивчають генетичну структуру популяцій різних організмів: кількісно оцінюють розподіл особин різних генотипів в популяції, аналізують динаміку генетичної структури популяцій під впливом різних чинників (у своїй використовують створення модельних популяций).

Молекулярно-генетический метод є біохімічне і фізико-хімічне вивчення структури та функції генетичного матеріалу і на з’ясування етапів шляху «ген — ознака» та правових механізмів взаємодії різних молекул у цьому пути.

Мутационый метод дозволяє (з урахуванням всебічного аналізу мутації) встановити особливості, закономірності і механізми мутагенезу у вивченні структури та функції генів. Особливого значення мутаційний метод набуває при працювати з організмами, размножающимися безстатевим шляхом й у генетиці людини, де можливості гибридологического аналізу вкрай утруднені.

Близнецовый метод, що полягає в аналізі та порівнянні мінливості ознак не більше різних груп близнюків, дозволяє оцінити відносну роль генотипу і зовнішніх умов що спостерігається мінливості. Особнно важливий эттот метод під час роботи з малоплодовитыми організмами, мають пізні терміни наступу статевої зрілості (наприклад, велика рогата худоба), а також у генетиці людини. У генетичному аналізі використовують і ще методи (онтогенетический, иммуногенетический, математичний тощо), дозволяють комплексно вивчати генетичний материал.

Генетический аналіз є вихідним необхідним етапом шляху до генетичному синтезу (отриманню організмів із наперед заданими властивостями), зокрема методами генетичної инженерии.

Уже в 80-ых рр. геная инжененерия дати в необмеженій кількості гормони і інші білки людини, необхідні дла лікування генетичних хвороб (наприклад, інсулін, гормон росту й інші). Найбільше ж відкриття, зроблене вченими в 2000 року — розшифровка геному людини, позволело клонувати як органи, а й людину.

Список литературы

Биологический енциклопедичний словник.

Москва, «радянська енциклопедія» — 1989 р.; головного редактора М.С. Гіляров.

Девис Р., Ботстайн Д., Рот Дж., методи генетичної інженерії. Генетика бактерій, перекл. з анг., М., 1984; Маниатист Т., Фрич Еге., Сембурк Дж., Методи генетичної інженерії. Молекулярне клонування, перекл. з анг., М., 1984; ПирузиянЭ. З., Андріанов У. М., Плазмідами агробактерій игенетическая інженерія рослин, М., 1985; Biotechnology and genetic engineering reviews, v. 1, ed. by G. E. Russel, Newcastle upon Myne, 1984; Genetic manipulation; impact on man and society, ed. by W. Arber [ a.o.], Camb., 1984.).

Энциклопедический словник юного біолога Москва, «Педагогика"-1986 р.; упорядник М. Е. Аспиз.