Генна інженерія

Відео: Генна інженерія змінить все і назавжди - CRISPR | озвучка DeeAFilm

Генна інженерія - це є біотехнологічним прийомом спрямованого конструювання рекомбінантних молекул ДНК на основі ДНК, взятої з різних джерел.

методи

Генна інженерія ґрунтується на молекулярної біології, яка дає можливість вносити зміни в молекулярну взаємодію основних біологічних молекул в клітині і поза нею.

Біологи оволоділи методами, які дають можливість маніпулювати біологічними молекулами, досліджувати і змінювати їх структуру. За рахунок змін у основних біологічних молекулах ДНК є можливість створювати варіанти живих систем, які не виникають в результаті природної еволюції.

Технології отримання рекомбінантних молекул ДНК і клонування (розмноження) генів передували методи, за допомогою яких молекулу ДНК розщеплюють на фрагменти, модифікувати і знову реконструюють в одне ціле. При цьому мають багато копій цієї молекули. Потім, використовуючи цю рекомбинантную молекулу, можна синтезувати молекули РНК і отримати білок з певними якостями і властивостями.

Історія

Слід зазначити, що чіткого розходження між молекулярної біологією та генною інженерією немає. Пояснюється це тим, що біотехнологія (в даному випадку генна інженерія) використовує методи, розроблені молекулярною біологією.

Вивчення загальних біохімічних властивостей клітинної ДНК не давало можливості визначити особливості її генетичної структури. Вирішенню цього питання сприяли два методи молекулярної біології. Перший метод - відкриття гідролітичних ферментів (рестриктаз рестрикційних ендонуклеаз), які в певних місцях розщеплюють ДНК на фрагменти, які мають специфічну нуклеотидну послідовність молекули ДНК. Рестріктази отримують з бактеріальних клітин.



Ферменти рестріктази гидролизуют нуклеотидні послідовності, в результаті чого повинні фрагменти ДНК. їх може бути від кількох сотень до кількох тисяч і більше пар, вони розрізняються за молекулярною масою. Фрагменти виділяють в ізольованому вигляді за допомогою електрофорезу в гелі, а потім аналізують.

Другим методичним прийомом є визначення нуклеотидної послідовності фрагментів ДНК, які отримують за допомогою рестриктаз в макромолекулі ДНК.

Близько 50 років тому було експериментально встановлено, що молекула ДНК є носієм спадковості. Вивчення спадковості на молекулярному рівні дозволило встановити, що в ДНК запрограмована «інструкція» по синтезу необхідних білків організму.

Пізніше було виявлено, що «інструкція» записана відповідно до послідовності розміщення нуклеотидів в ДНК і відповідно з цим записом синтезується білок речовин, що беруть участь в синтезі.

При визначенні послідовності нуклеотидів або повному зчитуванні генетичної інформації в ДНК було багато проблем. Для невеликої молекули - транспортної РНК (тРНК), завданням якої є транспортувати частини білків - амінокислоти до місця збірки білка, проблема нуклеотидної послідовності була вирішена ще в 1965 р групою американських вчених. Вони пропрацювали принципи і методи, за допомогою яких можна визначити послідовність розміщення нуклеотидів у тРНК.

Молекули ДНК містять багато нуклеотидів. Навіть маленькі молекули включають їх більше 5000. Так, в одній з найменших вірусної ДНК фага ФХ174 є 5375 нуклеотидів. В тРНК їх приблизно 80. У 1975 р була опублікована стаття англійських вчених Ф. Сенгера і А. Коулсон, де говорилося про новий метод аналізу ДНК. Після цієї статті менш ніж через два роки були опубліковані результати визначення повної послідовності нуклеотидів ДНК фага ФХ174.

Послідовність розміщення нуклеотидів в ДНК позначають початковими буквами назви нуклеотиду: аденін - А, цитозин - Ц, гуанін - Г, тіамін - Т. Так, навіть для запису послідовності нуклеотидів маленької ДНК фага ФХ174, яка має 5375 нуклеотидів, потрібно близько трьох сторінок машинопису.



Пари азотистих основ формують різні інформаційні блоки, кількість яких у геномі (сукупності всіх генів хромосоми організму) становить 50-100 тис.

Одночасно з визначенням послідовності розміщення нуклеотидів в молекулі ДНК на прикладі вірусів були визначені ділянки, які не входять до структури гена, що не кодують білки, але беруть участь у регуляції експресії генів і самовідтворенні (реплікації) вірусної ДНК.

У молекулярній біології розроблені методи виділення генів донорських організмів, введення їх в векторну молекулу і отримання гібридних (рекомбінантних) ДНК, забезпечення їх самовідтворення (реплікації), перенесення в організм реципієнта (клітку-господаря) і забезпечення відчутності дії (експресії) чужих генів.

Для перенесення генів, яких немає в клітці-реципієнті, використовують переносники (вектори) генів - плазміди (епісоми) - невеликі кільцеві молекули ДНК, здатні до стабільного, не пов`язаного з хромосомами існування і реплікації. Плазміди можуть також бути в геномі клітини-господаря, в хромосомі. Вони є в цитоплазмі бактеріальних клітин деяких дріжджів. Автономне існування їх обумовлено тим, що їх розмноження не залежить від розмноження хромосом. Розмір їх різний, і тому розмір генетичної інформації у них теж неоднаковий. За рахунок реплікації кількість копій плазмід регулярно збільшується і вони рівномірно розподіляються між потомством клітини, яка ділиться.

Рекомбінантні молекули ДНК використовуються і будуть використовуватися в роботі з мікроорганізмами для виробництва різних цінних речовин в медицині, біохімічної промисловості, сільському господарстві. Велике значення при цьому має метод клонування генів.

Технологія конструювання рекомбінантних ДНК є одним з найважливіших досягнень біотехнології. Щодо рослинництва вона має велике майбутнє в створенні сортів і гібридів корисних біологічними і екологічними властивостями. Це - високі врожайність і якість врожаю, стійкість проти хвороб, шкідників, бур`янів, здатність до активної азотфіксації, одночасність дозрівання, посухостійкість, високий коефіцієнт засвоєння ФАР (висока продуктивність) і ін.

Генна інженерія та сільське господарство

На сьогоднішній день генетична інженерія сільськогосподарських рослин розвивається переважно в руслі класичної селекції. Основні зусилля вчених зосереджені на захисті рослин від несприятливих (біотичних і абіотичних) факторів, поліпшення якості та зменшення втрат при зберіганні продукції рослинництва. Зокрема, це підвищення стійкості проти хвороб, шкідників, заморозків, солонцюватих грунтів та т.п., видалення небажаних компонентів із рослинних масел, зміна властивостей білка і крохмалю в пшеничному борошні, поліпшення лежкості і смакових якостей овочів і ін. Порівняно з традиційною селекцією , основними інструментами якої є схрещування і відбір, генна інженерія дозволяє використання принципово нових генів, що визначають агрономічно важливі ознаки, і нових молекулярно-генетичних методів моніторингу тра сгенов (молекулярні маркери генів), у багато разів прискорюють процес створення трансгенних рослин. Селекціонерів привертає можливість цілеспрямованого генетичного "ремонту" рослин. Важливим напрямком є створення генетично модифікованих рослин (ГМР) з ознакою чоловічої стерильності. Крім того, завдяки генетичній модифікації рослини можуть виконувати не властиву їм раніше функцію. Прикладом є коренеплоди цукрових буряків, які накопичують замість сахарози низькомолекулярні фруктами, банани, які використовують як їстівну вакцину. Завдяки введенню генів бактерій вищі рослини набувають властивості руйнувати чужорідні органічні сполуки (ксенобіотики), що забруднюють навколишнє середовище. Вирощування ГМР, стійких до широкого спектру хвороб і комах-шкідників, може суттєво знизити, а в подальшому звести до мінімуму пестицидне навантаження на навколишнє середовище.

Увага, тільки СЬОГОДНІ!