Умкд. 042-18-22 10/03-2013 2013 ж. № басылым

Тұқым қуалаушылықтың хромосомалық теориясы ХІХ ғасырдың соңында клетка құрылысының зерттелуіне байланысты ядро мен оның құрамындағы хромосомалардың тұқым қуалаушылыққа қатысы бар екені анықталды. 1883 жылы бельгиялық зоолог Э.Бенеден мейоз процесіндегі редукциялық бөліну аталық және аналық хромосомалардың ажырауына байланысты деп жорамалдады. Мендель заңдарын кейін 1902—1903 жылдары В.Сэттон редукциялық бөліну және ұрықтану кезіндегі хромосомалардың тәртібі мен будан ұрпақтардағы белгілердің тәуелсіз ажырауының арасында байланыс бар екенін анықтады. Өзінің “Хромосомалар және тұқым қуалаушылық” деген еңбегінде хромосомаларды цитологиялық тұрғыдан алғанда Мендель анықтаған тұқым қуалау факторларының таралуына сәйкес келетіндігін көрсетті.

1) бірнеше белгілері бойынша бір-бірінен айқын ажыратылатын көптеген сорттары бар;

2) өсіруге қолайлы;

3) гүліндегі жыныс мүшелері күлтежапырақшаларымен толық қалқаланып тұратындықтан, өсімдік өздігінен тозаңданады. Сондықтан, әр сорт өзінше таза дамып жетілетіндіктен, белгілері ұрпақтан-ұрпаққа өзгеріссіз беріледі;

4) бұл өсімдіктің сорттарын қолдан тозаңдандыру арқылы өсімтал будандар алуға болады.

Қазақстанда тұңғыш рет М.А.Айтхожиннің басқаруымен молекулалық биология және ген инженериясы саласында көптеген зерттеулер жүргізіліп, ғылымға айтарлықтай жаңалықтар қосылды.Соңғы жылдары елімізде генетиканың аса маңызды салалары: молекулалық генетика, экологиялық генетика және радиациялық генетика бойынша ғылыми-зерттеу жұмыстары жүргізілуде.

Ген инженериясының әдістерінің ашылуы биотехнология деген ерекше өндіріс түрінің дүниеге келуіне ықпал жасап отыр. Биотехнология дегеніміз микроорганизмдердің және таза белоктардың ( ферменттердің) жүргізетін биологиялық процестерін халық шаруашылығында әртүрлі салаларында пайдалану. 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 молекулалық биологияның жетістіктерімен байланысты. Бұл атаудың екі түрі қолданылады: «генетикалық инженерия» және « ген инженериясы». Соңғы кезде «генетикалық инженерия» жалпылама түрде қолданылып жүр, ген инженериясы да осының ішіне кіреді.«Инженерия» деген атау құрастыру деген , яғни ген инженериясы дегенді тең құрастыру деген мағынаны білдіреді. Ген инженериясының дәуірі басталмай тұрып, 1969 жылы Г. Корана нуклеотидтерді белгілі бір жүйемен оранласқан ДНҚ синтезінің әдістемесін жасап берген. Ген инженериясы деп рекомбинатты ДНҚ-лар жасап, оларды басқа тірі клеткаларға енгізуді айтады. Ген инженериясы шешетін мәселелер: генді химиялық немесе ферментті қолдану жолымен синтездеу; әртүрлі организмнен алынған ДНҚ фрагменттерін бір-бірімен жалғастыру; бөтен генді жаңа клеткаға векторлық ДНҚ арқылы жеткізу және олардың қызмет жасауын қаматамасыз ету: клеткаларға гендерді немесе генетикалық жүйелерді енгізу және бөтен белокты синтездеу; бөтен генге ие болған клеткаларды таңдап бөліп алу жолдарын ашу. Адамзаттың микроорганизмдер биотехнологиясымен шұғылданғаннан бері көп ғасыр өтті, қазіргі қуатты технология, гендерді тасымалдаумен байланысты, жақын мерзімде-мөлшермен 1970-шы жылдардың ортасында шықты. Өндірістік ген инженериясының басталуы 1980 жыл деп есептелінеді, АҚШ-та мұнайды ыдырата алатын ген-инженерлік микроорганизмдердің штаммына бірінші патент берілген. Ген-инженерлік әдістерді қолдану нәтижесінде қазіргі өндірістік микробиологияның мазмұны төмендегі аспектілерге өзгерді.

Микроорганиздердің өнімділігі, қосымша гендерді еңгізу, олардың санын немесе белсенділігін көбейту жолымен әжептәуір өсті.

Микроб клеткасына жаңа гендерді еңгізу нәтижесінде микроорганизмдердің қоректену талабын өзгертуге, яғни оларды басқа ортада өсіруге мүмкіндік туды. Микроорганизмдерде өздеріне тән емес заттарды синтездей бастады. Микроорганизмдердің клеткасында синтезделген адамның кейбір белоктары, соның ішінде инсулин, интерферондар, интерлейкиндер терапевтік қолдануға жарады.

Биотехнология саласындағы жетістіктердің жемісін жеген ел негізінен АҚШ оның үлесіне барлық биотехнологиялық медициналық препараттардың-63% таяуы, Батыс Европа елдеріне-25%, Жапония-7% тиесілі.

Генетикалық рекомбинанттарының мәні – екі хромосоманың өзара гендерімен алмасуында. Екі немесе одан көп тұқым қуатын анықтауышы бар клетканың немесе организмнің пайда болуына әкеп соғатын кез келген процесті 1958 жылы Понтекров рекомбинация деп атады. Гендер алмасуын, сондай-ақ клеткаға “бөтен” генді енгізуді генетикалық рекомбинация арқылы in vitro организмнен тыс жасауға болады.

Вектор бұл жерде тек тасушы емес бағыттағыш деген де ұғымды білдіреді. Векторды да қолдан құрастырады және оған мынадай талаптар қойылады:

1. 
   Вектор клетка ішіне бөтен генді алып кірген соң алып клеткамен бірге немесе өз алдына бөлініп көбейе алатын болуы керек, сонда ғана ұрпақ клеткаларға беріледі;
   
2. 
   Генетикалық белгілері болуы керек, сол белгілер бойынша оның қайтадан клетка ішіне енгенін анықтайды;
   
3. 
   Құрамында рестриктазалар тауып үзе алатын нуклеотидтер тізбегі болуы крек және рестриктазамен бір рет үзіліп жалғанғаннан кейін ол репликацияланатын қабілетін жоғалтпауы тиіс;
   
4. 
   Құрамына кірген геннің клетка ішінде дұрыс реттеліп жұмыс істеуін қамтамасыз ететін болуы керек;
   
5. 
   Оның клетка ішіндегі көшірмесі жетерліктей көп болуы керек.
   

1. 
   Ori сайты, ол берілген бактерияның түрінің клеткасында ДНҚ-ның репликациясы дұрыс болуы және плазмиданың өсуі үшін;
   
2. 
   Доминанттық сұрыптаушы маркер, ол бөгде ДНҚ-ның үзіндісі отырғызылған плазмиданы таситын клетканы таңдап алады;
   

1. 
   Рекомбинантты ДНҚ түрінде атқаратын қызметі белсенді генетикалық құрылымдарыды жасап, оларды басқа клеткаларға тасымалдау; 2) рекомбинантты ДНҚ-ларды клеткаға енгізу әдісін жете зерттеу; 3) енгізілген клеткада гендердің қалыпты экспрессиялануына жағдай туғызу.
   

Ген инженериясымен салыстырғанда селокционерлер өсімдіктердің жаңа сортын, жануарлардың тұқымын немесе микроорганизмдердің расаларын(нәсілдерін) шығарарда төмендегідей тосқауылдарға кезігеді: 1) туыс емес түрлерді шағылыстыруға болмайды; 2) организмде рекомбинация процесін басқара алмайды; 3) қандай ұрпақ жаралатынын болжауға болмайды.

Молекулалық биологияның ғылыми жетістіктерінің нәтижесінде пайда болған ген инженериясы организмнің бағалы қасиетін сақтап, оған жаңа әрі саналы қасиет те бере алады. “инженерия” деген атау құрастыру деген мағынаны білдіреді. Ген инженериясының дәуірі басталмай тұрып, 1969 жылы Г. Корана нуклеотидтерді белгілі бір жүйемен орналасқан ДНҚ синтезінің әдістемесімен жасап берген.

ген инженериясының дүниеге келген уақыты 1972 жыл деп есептеледі. Сол жылы АҚШ-та П. Бергтің тобы алғаш рет пробиркада үш түрлі микроорганизмнің ДНҚ-ларының фрагменттерінен жаңа гибридтік ДНҚ құрастырды.

Клеткада жұмыс істей алатын гибридтік ДНҚ-ны 1973 жылы алғаш С. Коэн мен Г. Бойер құрастырды. Олар басқа организмнен бөліп алған ДНҚ фрагментін бактерия плазмидасының құрамына енгізген. Ол плазмидадағы бөтен гендердің алғаш рет жаңа организм ішінде жұмыс істей алатынын көрсетті.

Ген инженериясы деп жаңа комбинатнтты ДНҚ- лар жасап, оларды басқа тірі клеткаларға енгізуді айтады.

Соңғы жылдары ғалымдар жоғары организмдердің гендерін бактериялар мен ашытқы саңырауқұлақтарының организміне енгізуді іске асырды. Соңынан оларды белок синтездеуге пайдаланды. Мысалы, инсулин генін осылайша "жұмыс істеткізді". Адам инсулині ең алғаш рет Е. соlі деген бактерияның көмегімен 1982 жылы алынды.

Осылайша бір типтегі организмнен алынған генді басқа типтегі организмге енгізуді гендік инженерия деп атайды. Жоғарыда айтылған ипсулин, өсу гормоны — соматотропин, сондай-ақ гемофилия ауруына қолданылатын VIII фактор — гендік инженерияның өнімдері. Қазіргі кезде гендік инженерияның көмегімен түрлі жұқпалы ауруларға қарсы вакциналар өндіріле бастады.

Өзін өзі тексеруге арналған сұрақтар:

1. 
   Гендік инженерия нені зерттейді?
   
2. 
   Моногибридті будандастырудағы тұқым қуалау  заңдылықтары қандай ?
   
3. 
   Генді алу жолдары қандай?
   

№ 13 дәріс тақырыбы. Мутагенез, ДНҚ репарациясы және кроссинговердің молекулярлық механизмі.

Тірі организмердің маңызды қасиеттерінің бірі ұрпақтан ұрпаққа таралатын өзгергіштіктің пайда болуы. Мутациялық өзгергіштік көп өзгергіштіктің бір түрі болып табылады. Мутация деген атауды ғылымға Гуго де Фриз енгізген. Мутация-әртүрлі физикалық және химиялық факторлардың әсерінен организмде тұқым қуатын өзгерістің пайда болу процесі. Мутация клеткадағы геннің табиғи не жасанды жолмен өзгеруі. Организмнің табиғи не жасанды факторлар әсерінен тұқым қуатын өзгеріске бейімділігі мутабильдік деп аталады.

Мутацияның түрлерін топтастырудың бірнеше негізі бар.

Сондықтан жер бетінде бір-біріне екі ұқсас адамның дүниеге келуі өте сирек кездеседі. Комбинативті өзгеріске кроссинговер көп үлесін қосады. Соның әсерінен аллельдер рекомбинациясы арқасында жаңа топтар пайда болады. Мүмкін болатын генотиптер саны (g) тең:

 Бұл заңды 1908 жылы ағылшын математигі Харди және неміс биолог-дәрігері Венберг соңына дейін зерттеп, ашқан. Сондықтан бұл заң Харди-Венберг заңы дер аталад

индуцирленген); 2) нысаналық жолға байланысты (соматикалық,

генеративті); 3) адаптивті белгілеріне қарай (жағымды, жағымсыз,нейтральды

4) генотипінің өзгеруіне қарай (генді, хромосомды, геномды); 5) жасушадағы локализациясына қарай (ядролық, цитоплазматикалық).

Хромосома аралыққа (транслокация деп те атайды): Реципкорлық –гомологиялық емес хромосомалардың аумағын ауыстыруы.

Мутация тудыратын факторларды мутагендер дейді. Олардың үш түрі бар: физикалық, химиялық және биологиялық. Физикалық мутагендерге радиоактивті сәулелер, ультракүлгін сәулелер, лазер сәулелері және т.б. жатады. Химиялық мутагендерге колхицин, этиленимин, никотин қышқылы және т.б. химиялық қосылыстар жатады. Олардың саны қазір 400-ден асады. Өте жоғары концентрациядағы кейбір гербицидтер мен пестицидтер де мутация тудыра алады. Сондықтан гербицидтер мен пестицидтерді шамадан тыс мөлшерде пайдаланбау қажет.

Клеткадағы зат алмасу процесі кезінде түзілетін кейбір ыдырау өнімдері мен организмге тағам арқылы келіп түсетін радиоактивті заттарда да (мысалы, сүйекте жинақталатын стронций, т.б.) мутагендік қасиет болады. Оларды биологиялық мутагендер дейді.

Кроссинговер (ағылш. crossіng-over – айқасу) – гомологтық хромосомалардың ұқсас бөліктері арасындағы ажырау және қайта бірігу нәтижесінде болатын айқасу. Кроссинговер І-ші мейоздың профазасында жүреді және әр түрлі гендердің аллельдерінің жаңа комбинацияларының түзілуіне әкеледі. Мейоз процесінде гомологты хромосомалар әр ядроға ажыраудың алдында бір-біріне қарама-қарсы орналасады. Осы уақытта екі гомологты хромосомалардың бөліктері үзіліп, олар осы хромосомалардың басқа бөліктерімен айқасып қайта жалғасады. Кроссинговер тұқым қуалайтын өзгергіштіктің бір түрі болып саналады, соның нәтижесінде ұрпақтардың генетик. әр түрлілігі артады.

Кроссинговер – популяциядағы комбинативті өзгергіштікті қамтамасыз ететін және табиғи сұрыптауға материал бола алатын маңызды механизм. Сондай-ақ құрамында бір немесе бірнеше гендер орналасқан хромосоманың үлкен бөліктерінің қайта комбинациялануына немесе бір ген ішіндегі комбинацияларға әкелуі мүмкін. Хромосомада гендер бір-бірінен неғұрлым алшақ орналасса, олардың арасында айқасудың болу мүмкіндігі соғұрлым көбейеді. Экспериментальды (тәжірибелік) генетикада кроссинговер хромосомалардың генетик. картасын құру үшін, яғни қандайда болмасын геннің басқа генге қарағандағы орнын анықтауда қолданылады.

1. 
   Мутагенез дегеніміз не?
   
2. 
   Мутациялардың қандай түрлері болады ?
   
3. 
   Кроссинговер дегеніміз не?
   

№ 14 дәріс тақырыбы. Рекомбинантты ДНҚ технологиясы

Статистика бойынша жыл сайын дүние жүзінде негізгі алты органның рак ауруы (өкпе, асқазан, емшек, тік ішек, жатырдың мойыны простата (гр. "prostates"-алдында тұрған- жыныс безі ) 6 млн артық тіркеледі. Ауырғандардың жартысына жуығы өледі. Сайып келгенде, өркендеген елдердің әрбір бесінші тұрғыны онкологиялық ("онкос"- ісік ) аурулардан өледі. Бұның өзі онкологиялық ауруларды зерттеудің тіпті таза қолданбалы мақсатта жүргізілуінің зор маңызы бар екенін көрсетеді.

Кез келген ісіктің клеткасын іс жүзінде басқа генетикалық ұқсас жануарға отырғызып егуге жарамды ісік клеткаларын алуға болады, олар еккен сайын шексіз өсе береді. Егуге жарайтын ісіктің болуының өзі, олардың дербес өсіп-өнетінің көрсететді, олардың өсуінің құпиясы өздерімен байланысты, себебі қалыпты сау организмге көшіргенде, олар өсуін тоқтатпайды.

Қатерлі ісіктің автономиялығы оларды қоршаған тканьдарға тәуелді етпейді. Қалыпты жағдайды көршілес тканьдар бір-біріне әсер етеді және ешқашан өз шеңберінен шықпайды. Залалды ісіктер бұл әсерді сезбейді.Олар басқа ортаны инвазияға ұшыратып, басқа ортада өсе алады. Метастаздың қабілеті – оның бөлінуі және таралуында емес, негізінен басқа ортада, өзіне бөгде микроқоршауда өсетін қасиетіне байланысты.

Әрбір ұлпадағы клеткалар саны, сондай-ақ денедегі ұлпалардың көлемі тұрақты болады. Клеткалардың табиғи азаюы тканьдардың басқа бөлшектерінен қалыптасады, олар төменгі мамандықтағы бөлінетін клеткалардан (камбий) толықтырылады. Егер тепе-теңділігі бір жағдаймен толтыруға бұзылса, онда клеткалардың көп түрі пайда болады және тепе-теңдік зақымданған жерде гиперплазия (лат «гиперплозия» - құрылым үстінде). Бұл ұзақ уақыт бойы өседі, не бірте-бірте жоғалып кетуі мүмкін.
Гиперплазиялар алғаш залалсыз болса, кейін қауіпті ісікке айналуы мүмкін. Заласыз ісік деп аталуы, оның өте баяу өсуінде өзі зақымдаған тканінан шықпайды, яғни көршілесклеткасына енбейді-жұқтырмайды және метастаз бермейді (грек «мета» -аурудың қайталануы).

Залалсыз ісіктерде қан тамырлары болмайды,сондықтан клеткалар үнемі өсіп-өнгенмен, қоректің жетіспеуінен, ескі клеткалардың өсуі мен бұл процесі дамымайды. Нәтижесінде ісік әрі өспейді. Залалсыз ісіктерді хирургиялық жолмен, оны толықтыратын жас клеткалармен қоса сылып тастаса, ол ісік әрі қарай өспейді, және қайта жаңармайды. Қауіпті ісіктің басты белгісі, өзі өскен тканьнан тыс шығуында. Оның себебі, ісіктің ішіне қан тамырлары кіре бастайды. Қоректік затты көп алған ісік өсе бастайды. Егер ол көршілес тканьға енсе, ісік клеткаларының инвазиясы (сіңуі) (лат «invasio» -басып алу) басталады. Инвазия –қатерліктің бірінші белгісі. Егер ісік клеткалары негізгі ошағынан айырылса, лимфа (лат «лимфа» -ылғал, сұйық) немесе қан арқылы организмге тарап, шеттегі органдарға орналасады және ісіктері өсунің екінші көзіне айналады, осыны местаза, яғни ісік процесінің бүкіл организмге таралуы деп атайды.

Қауіпті ісіктің тағы бір қасиеті оның клеткаларының мәңгілігінде. Қалыпты клеткалар өледі, олардың өмірлік циклы бағдарланған өлім –апоптозбен шектелген. Культураға отырғызылған клеткалар бөлінудің белгілі бір циклынан өтіп өледі. Залалды ісіктің клеткалары организмде де, одан тыс жерде де шексіз өсе береді. Қатерлі ісіктің өте маңызды және міндетті түрдегі қасиеті оның бір өркендігінде (моноклондығында). Қатерлі ісік бір генетикалық өзгерген клеткадан өркендейді. Олардың бірөркенділігінің дәлелі ДНҚ-ын талдай нәтижесінде алынған созылмалы миологендік лейкемия ауруына ұшыраған сырқаттардың бәрінде, лейкемиялық ақ қан түйіршіктері қалыпты клеткалардан филодельфиялық хромосома деп аталатын ерекше хромосомалық қайта құрылу арқылы жекешеленеді.