Трансгенді өсімдіктер алу тарихы

Екпе өсімдіктер дәнінде кор ретіңде жинакталатын белоктарды құрамы жағынан біір-біріне жақын гендер кодтайды. Дәннің қор белоктарынан түзіліп жинақталуы күрделі де, дәл реттелетін агрономия және экономика тұрғысынан өте маңызды биосинтетикалық процесс.

Бір өсімдіктің қор белогінің сапасы жақсарту үшін оған басқа өсімдіктің қор белігінің генін енгізу жөнінде алғашқы әрекеті 1983 жылы АҚШ –та Д.Кемп пен Т.Холл істеген. Олар бұршактын басты қор белогы фазеолин генін Ті-плазмида көмегімен күнбағыстын геномына енгізген еді. Бұл тәжірибенің нәтижесінде «санбин» деген трансгендік өсімдік алынды. «Санбин» әзірше ешкандай іске жарамсыз, ауыл шаруашылығында пайдаланылмайды, бірак, сонда да, бұл тәжірибенін маңызы өте зор, себебі ол гендік инженерия әдістерін өсімдіктерге колдануға болатындығына сенім бідіріп, биотехнологияның осы бағытының басталуын жария етті. Күнбағыс клеткаларында фазеолиндік полипептидтер түзілетіндігі иммунологиялык жолмен аныкталды. Өте манызы зор бұл факт әр түрлі тұкымдастарға жататын өсімдіктер арасында гендерді тасымалдауға болатындығын дәлелдеді.

Одан кейін бұршақтын фазеолин гені темекі клеткаларына тасымалданып, регенерант өсімдіктердің барлық ұлпаларында ол геннін экспрессиясы өткен. Бұршақтын пісіп жетілген тұқым жарнағында фазеолин үлесіне жалпы белоктын 25-50 % келеді. Бөтен өсімдікгерде осындай жоғары мөлшерде фазеолин генінін экспрессиясы өтуі үшін онын өзіне тән ретеуіш сигналдары генмен қоса тасымалдануы қажет және онтогенез процесінде экспрессияның бақылануы маңызды екені білінді.

Жүгерінің зеин деген қор белогынын гені Т-ДНК-ға тігіліп күнбағыс геномына енгізілген. Ол үшін зеин гендері тігілген Ті- плазмидалары бар агробактериялар штамдарын жұктырып күнбағыстын сабағында ісікті қоздырған. Кейбір ісіктерде зеиндік мРНК түзілетіндігі анықғалған. Бұл тәжірибе даражарнақты өсімдік генінін қосжарнакгы өсімдікте транскрипщиясы өтетіндігін дәлелдейді. Бірақ транскрипция өтіп, РНК түзілгенмен ген экспрессиясы толығымен жүрмей, трансляция процесі болмаған, яғни жүгерінін зеин белогы күнбағыс ұлпаларында түзілмеген. Сондықтан қор белоктарын кодтайтын гендерді тасымалдау өте күрделі де көбінесе сәтсіз аяқталатын процесс болып тұр.

Гендік инженериянын жеңілірек іске асатын мақсаты, ол бөтен белок гендерін тасымалдамай-ак, әр өсімдікке тән белоктын амин кышкыл құрамын жақсарту. Көптеген астық тұкымдастарының қор белогында лизин, треонин, триптофан, ал бұршақ тұқымдастарында метионин мен цистеин жетіспейттіндігі мәлім. Белоктын құрамына жетіспейтін амин қышқылдарын қосымша енгізу арқылы белоктын сапасын жақсартуға болады. Дағдылы селекцияньщ әдістерімен астык түкымдастарынын кор белоктарында лизин мөлшері едәуір көтерілген. Ол үщің проламиндерцін (спиртке еритін астык түкымдастарынын кор белоктары) бір бөлігі лизині коп баска белоктарға ауыстырылды.

1-сурет. Трансгендік өсімдік

Бірақ сонын салдарында бүл өсімдіктерде дән уақ болып кеткен және жалпы түсімі кеміген. Шамасы, проламиндер дәннін толык болып калыптасуына кажет шығар, сондыктан оларды баска белоктармен ауыстыру тусімді төмендетеді. Осы жаідайды ескеріп, өнімділікті төмендетпейтін, біраккүрамында лизин мен треониң көп белокты дәнді дакылдарда калылтастырукажет. Астык түкымдас өсімдіктерде лизинді көбейту мәс^лесін шешудін тағы бір жолы, ол дәнде бос лизиннін (белок күрамына кірмейгін) мөлшерін арттыру. Бүл тәсіл аспартат-киназа (тармакты амин кышкылдарынын синтезі жолындағы бірінші фермент) гені бойынша мутанттарды алуға негізделген. Астык түкымдастардын аспартат-киназа ферменіі бос лизин мен метионин әсерімен кері байданыс механизмі аркылы, тежеледі, сонын салдарынан лизин синтезі бәсендейтін стадия. Сөйтіл, сол тежеулі стадияньін әсерін басу үшін аспартат-киназа күрылысын мутация аркылы біраз өзгертіп, ол фермеНтпгін каркындылышн төмендетукерек. ’ Кез келген өсімдік белогының амин кышкыл күрамын жаксарту үшін, тек ауыстырылмайтын амин кышкылдарынан (мысалы, лизин, треонин, метионин) түратын бүрын-сонды болмаған, колдан жасалған табиғатта кездеспейтін полипептид- терді кодтайтын жана гендерді пайдалануға болады, Табиғатга болмаған күрамыньщ 80 %-ті ауыстырылмайтын бес амин кышкылынан түратьш полипептидгі кодгайтын осындай генді 1986 жылы Джейнс кызметтестерімен химиялык синтез аркылы жасап шығарды. Ті-плазм иданы ж әне Ri-плазмиданіл пайдаланып, олар осы жасанды генді темекі клеткаларына енгізіп, химералык регенеранттарды алды. Сол трансгендік өсімдіісте жасанды геннщ экспрессиясы жүріп, мүлдем игяңя белок түэілетіні аныкталды. Соңғы кезде гендік инженериянын метаболштіқ инженерия деп аталатын бағыты. қаркынды дамып келеді. Бүл оағыттын міндеті - өсімдікгерде оларға тән емес белоктарды синтездеу аркасында турлі антиденелерді, вакциналарды, интерферондарды т.с.с. лайдалы заттарды өндіру.. Метоболитгік инженерия белоктармен катар өсімдіктегі көмірсулар мен маилардын да күрамына және мөлшеріне әсер ете алады.