Генетическая инженерия 16.09.14
.pdf
1.Что такое генная
инженерия?
Непосредственное изменение структуры и характеристик генов и
геномов так, чтобы управлять биологическими процессами организма ИЗМЕНЯТЬ (МОДИФИЦИРОВАТЬ) ГЕНЕТИЧЕСКУЮ ПРОГРАММУ ЛЮБЫХ ОРГАНИЗМОВ.
Генная инженерия также известна, как технологии рекомбинантных ДНК или манипуляции с генами (клонирование генов) для получения Генетически Модифицированных Организмов (ГМО) с новыми технологическими и потребительскими свойствами.
ВОЗМОЖНЫ РАЗЛИЧНЫЕ ВИДЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ МОДИФИКАЦИИ:
ПЕРЕНОС ЧУЖЕРОДНОГО ГЕНА ИЗ ОДНОГО ВИДА В ДРУГОЙ;
ИЗМЕНЕНИЕ СУЩЕСТВУЮЩИХ ГЕНОВ ТАК, ЧТОБЫ ИХ ПРОДУКТЫ ИЗМЕНЯЛИСЬ;
ИЗМЕНЕНИЕ УРОВНЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ, ТАК ЧТОБЫ ОНИ БОЛЕЕ ЧАСТО ТРАНСЛИРОВАЛИСЬ ИЛИ ВООБЩЕ ЗАМОЛКАЛИ (НОКДАУН ГЕНОВ)
НАПРАВЛЕННАЯ МОДИФИКАЦИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ НУКЛЕОТИДОВ В
ГЕНОМЕ СПЕЦИФИЧЕСКИМИ ФЕРМЕНТАМИ
Проф. А.К.Гапоненко |
11 |
2. Генетической инженерией также называют
прикладную молекулярную и клеточную генетику, разрабатывающую приемы экспериментального вмешательства, позволяющие по заранее намеченному плану перестраивать геном организмов, изменяя содержащуюся в нем наследственную (генетическую) информацию.
В понятие генетической инженерии не включают перестройку геномов обычными генетическими методами, т.е. искусственным вызыванием мутаций и получением рекомбинаций путем скрещивания.
3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕ́РИЯ (ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.
Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.
ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генно-модифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.
СРЕДСТВА ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ
Проф. А.К.Гапоненко |
14 |
1. Рестрикционные ферменты
В 1972 г. Пол Берг с сотрудниками опубликовали первую работу о получении in vitro (в пробирке, вне организма) рекомбинантной (гибридной) молекулы
ДНК, состоящей из фрагментов фаговой,
бактериальной и вирусной ДНК. Так родилась новая ОТРАСЛЬ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИИ, ПОЛУЧИВШАЯ НАЗВАНИЕ "ГЕНЕТИЧЕСКАЯ (ГЕННАЯ) ИНЖЕНЕРИЯ".
Своей целью она имеет создание новых генетических структур и, в конечном счете, создание организмов с новыми наследственными свойствами.
Ферменты, используемые в генной инженерии.
РЕСТРИКТАЗЫ (рестрикционные нуклеазы) – ферменты,
способные узнавать специфические последовательности ДНК (4-6 нуклеотидов) и расщепляющие их в строго определённых местах.
РЕВЕРТАЗА (РНК-зависимая ДНК-полимераза) – фермент,
синтезирующий ДНК по матрице РНК.
НУКЛЕАЗЫ – большой класс ферментов, расщепляющих молекулы нуклеиновых кислот; имеются нуклеазы, расщепляющие одноили двуцепочечные ДНК или РНК путём отщепления по одному нуклеотиду или небольших олигонуклеотидов.
ТЕРМИНАЛЬНАЯ ТРАНСФЕРАЗА – наращивает на концах фрагментов ДНК однонитевые участки путём последовательного присоединения нуклеотидов; используется для создания на соединяемых фрагментах ДНК «липких» концов.
ЛИГАЗЫ - “сшивает“ между собой сахарофосфатные остовы двух фрагментов с образованием полной структуры двойной спирали ДНК
1.Рестрикционные ферменты
•Разрезающие ДНК ферменты (МОЛЕКУЛЯРНЫЕ НОЖНИЦЫ)
•Рестрикционные эндонуклеазы разрезают ДНК в специфичных сайтах (местах),
определяемых последовательностью оснований в ДНК (сайты узнавания) образуя “липкие концы”
in vitro притягивание и взаимодействие (гибридизация) молекул ДНК возможно, если они будут иметь небольшие комплементарные односпиральные участки из четырех и более нуклеотидов на концах молекул. Такие комплементарные односпиральные последовательности получили название липких концов, так как две молекулы ДНК могут соединиться (слипнуться) этими концами. ТАКИМ ОБРАЗОМ, ЕСЛИ В ПРОБИРКУ ПОМЕСТИТЬ САМЫЕ РАЗНЫЕ МОЛЕКУЛЫ ДНК С ОДИНАКОВЫМИ ЛИПКИМИ КОНЦАМИ, ТО БУДЕТ ПРОИСХОДИТЬ РЕКОМБИНАЦИЯ,
ДАЖЕ ЕСЛИ ВСЯ ИХ СТРУКТУРА ОЧЕНЬ РАЗЛИЧАЕТСЯ.
Проф. А.К.Гапоненко |
17 |
1.Рестрикционные ферменты
1.В практической молекулярной биологии чаще всего используются рестриктазы II типа, сайт узнавания для которых в большинстве случаев представляет собой палиндром.
2.Палиндром Фета «А роза упала на лапу Азора».
3.Уникальные последовательности нуклеотидов, являющиеся субстратом
для рестриктаз, характеризуются большим разнообразием первичной
структуры.
4.Более половины из известных рестриктаз узнают четырех-, шести- и восьминуклеотидные последовательности, являющихся палиндромами - обращенными повторами (сайты с идентичными последовательностями нуклеотидов в направлении 5'->3' на комплементарных цепях ДНК).
5. Рестриктаза BamHI разрезает |
5' GGATCC 3‘ |
3' CCTAGG5’ |
Рестриктаза HaeIII разрезает |
5'GGCC3‘ |
3'CCGG5' |
6. Несколько сотен эндонуклеаз выделены из бактерий и многие используются в исследовании ДНК и генной инженерии, такие как: EcoR1, Hind III, HaeIII, TaqA1, Sau3A
Нуклеотидные последовательности, распознаваемые некоторыми ферментами рестрикции
Расщепление фрагмента ДНК рестриктазой типа II Hind II с образованием тупых концов