Сабақтың тақырыбы: Биотехнологиядағы гендік инженерлік әдістері

1.Гендік инженерия пайдаланылатын ферменттер сипаттамасы. Эндонуклеаза, олардың негізгі сипаттамалары мен қосымшалар.

2.Векторлар молекулаларының сипаттамалары мен ерекшеліктері. Прокариоттық жасушаларында клондау үшін пайдаланылатын векторлы жүйелер. Векторлар түрлері: плазмидті бактериофагты, космид және фазмид. Эукариот жасушаларының ішіне клондаудың векторлық жүйесі: жануарлар, өсімдіктер мен ашытқылар.
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 қол-данылады: “генетикалық инженерия” және “ген инженериясы”. Соңғы кезде “генетикалық инженерия” жалпылама түрде колданылып 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 кұрастыру 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 енгізіліп, 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 алатынын көрсетті. Соның артынша-ақ дүние жүзінің көптеген лабораторияларында жұмыс істей алатын әр түрлі плазмидалар алынды. Совет елінде ондай бөтен гені бар плазмида академик А.А. Баевтың басшылығымен жасалды.

Ген инженериясы шешетін мәселелер:

1) генді химиялық немесе ферментті қолдану жолымен синтездеу;

2) әр түрлі орғанизмнен алынған ДНҚ фрагменттерін бір-бірімен жалғастыру (ДНҚ рекомбинантгарын 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. Микроорганизмдер генетикасы мен Vның екпінді дамуы біздің ғасырымыздың70-жылдарының бірінші жартысындагенетикалық инженерия,ген инженериясы немесе рекомбинатты ДНҚ техникасы деп аталатын жаңа эксперименттік технологияның пайдаболуына әкелді. ТМД елдерінде алғашқы — екі, ал батыста соңғы аталу кең қолдану алды.

Генетикалықинженерия депin vitroжағдайында функциялық пәрменді генетикалық құрылымдарды (рекомбинантты ДНҚ-ны) құрастыруды және олардытіріклеткаларға енгізуді түсінеді. «Генетикалық инженерия» және «ген инженериясы» терминдері синоним ретіңде қаралғанмен, олардың мағынасы бірдей емес: генетикалықинженерия — генетикамен байланысқан, ал ген инженериясы — тек генге ғана қатысы бар. Рекомбинантты ДНҚ (рДНҚ) дегеніміз әр текті ДНҚ-лардан құралған(табиғи немесе синтетикалық ДНҚ фрагменттерін жалғастыру арқылы) және клеткаларда репликациялана алатын генетикалық құрылымды түсінеді. Бүл арадан, біз үш терминнің де жалпы анықтамасы бір бағытта екендігін байқауымыз керек, реалдық тұрғыдан олардың мақсаттары.бірдей және қазіргі жаңа биотехнологияның негізгі, әрі перспективалы әдісі болып саналады.

Ген инженериясы мынадай кезеңдерден тұрады: 1) генді (ДНҚ фрагментін) алу; 2) рекомбинантты ДНҚ . молекуласын құрастыру; 3) реципиент клеткасына рекомбинантты ДНҚ молекуласын енгізу; 4) қажет рекомбинантты ДҢҚ молекулалары бар клондарды (бактерияық клеткаларды) ортадан табу.

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.

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.