Гендік инженерия əдістерінің мазмұны

12
гибридтеу, теориялық  тұрғыдан  алғанда  мүмкін  болып  есептеледі. Генді  бөтен
жасушаға  апарып  салу (трансгеноз) жəне  геннің  өзін  ДНҚ  құрамынан  бөліп  алу
немесе  қолдан  синтездеу, əрине, өте  күрделі  жұмыстар. Ал  ағзаға (организмге)
сырттан  енгізілген  геннің, жаңа  генетикалық  аппарат  құрамына  қосылып  қызмет
атқаруы, одан да күрделірек. Дегенмен бұл салада қол жеткен табыстар баршылық.
Мысалы, жасанды  ортада  балапан  ұрығының  жасушасы  өсірілген. Белгілі-бір
уақытта  оған  жаңа  синтезделген  ДНҚ  жіпшелерінің  құрамына  енетін
бромдезоксиуридин  косылған. Осылайша  таңбаланған  жаңа  синтезделген  ДНҚ-ын
бұрынғы  ескі  ДНҚ-нан  оңай  ажыратуға  болады. Сонымен  қатар, осындай  ортаға
тышқан жасушасынан бөлініп алынған тритиймен (
3
Н) таңбаланған ДНҚ қосылған.
Содан  біраз  уақытта, жасуша  көбейгеннен  кейін, оның  құрамындағы  генетикалық
материалды  алып  қарағанда, тышқанның  ДНҚ-ы  мен  балапан  ДНҚ-ның  араласып
кеткендігі байқалған.
Гендік инженерия əдістерімен рекомбинантты ДНҚ құрамына енетін жекелеген
гендерді мынандай жолдармен дайындауға болады:
1) табиғи ортадан (жасуша, организм) тікелей бөліп алу;
2) химиялық жолмен синтездеу арқылы алу;
3) белгілі-бір генге сəйкес келетін рРНҚ-ның көшірмесін алу.
Бірінші  əдіс  ген  инженериясы  дамуының  бастапқы  кезеңінде  кеңінен
қолданылды. Бұл  əдіс  бойынша  түрлі  организмдердің  жасушаларынан  бөлініп
алынған  тұтас  ДНҚ  моекулалары  рестриктаза  ферменттерінің  көмегімен
бөлшектелініп, реципиент  жасушаларға  жіберіледі  жəне  олардан  гибрид
молекулалардан тұратын иондар алынады. Бүл əдіс осы күнге дейін өз мəнін жойған
жоқ, мысалы, қазір гендердің банкін жасау үшін пайдаланылуда.
Генді химиялық жолмен қолдан синтездеу тұңғыш рет 1969 жылы Г Корананың
зертханасында  жүзеге  асырылды. Г  Корана  өзінің  қызметтестерімен  бірге  ашыту
бактериясының  көмегімен  аланиңді  рРНҚ  генін  синтездеді. Ол  ген  бар  жоғы 77
нуклеотидтен  тұрған  жəне  реттеуші  механизмі  жоқ  болғандықтан, активті  қызмет
атқара алмаған. Кейінінен олар функционалдық жағынан активті 200 нуклеотидтен
тұратын  тирозинді  рРНҚ  генін  синтездеді. Қазіргі  кезде  қолдан  синтезделген
гендердің  ішіндегі  ең  ұзыны – адамның  өсу  гормонының  гені  жəне  ол 584
нуклеотидтен тұрады.
Генді  жасанды  жолмен  алудың  үшінші  əдісі – кері  транскрипция  арқылы
жүретін  ферментативтік  синтезге негізделген. Бұл ең  алғаш  онкогенді  вирус  РНҚ-
ның  репликациясын  зерттеу  барысында  анықталды. Сонда  кері  транскриптаза
ферментінің көмегімен
И
РНК матрицасының негізінде ген синтезделген.
Осындай  жолмен  адам  мен  жануарлардың  жəне  құстардың  глобиндерін,
жұмыртқа  ақуызын, сиырдың  көз  айнасының  ақуызын  жəне  т.б. коделейтін
(кодтайтын) гендер  ашылды. Бүл  əдіс  адам  интерферонының  генін  бөліп  алып,
бактерия  жасушасына  жіберу  үшін  де  қолданылды. Интерферон — вирустық
инфекциямен  жəне  басқа  аурулармен, соның  ішінде  қатерлі  ісікпен  күресу  үшін
қолданылатын тиімді емдік дəрмек. Интерферон жануарлар мен адам жасушасынан
да жасалады. Ю. А. Овчинников пен В. Г. Дебасов адам интерферонын синтездейтін
микроорганизмдерді алды. Алдымен олар адам интерферонын синтездеуге қабілетті
рекомбинантты ДНҚ-ын құрастырып алды да, содан соң оны бактерия жасушасына

13
жіберді. Ондай  бактериялар 1 литр  суспензияға  шаққанда 5 мг  интерферон
синтездей алады. Бүл 1 литр қанның құрамындағыдан 5000 есе көп.
Гендік  инженерияның  əдістерін  қолдану  үшін, хроммен  жақсы  өңделген
қожайын – вектор қажет.
Вектор – белгілі  организмде  дербес  репликацияланушылық  қабілеті  бар,
сонымен  бірге  оған  бөгде  ДНҚ-ның  енуіне  кедергі  келтірмейтін, ДНҚ-ның  шағын
молекуласы. Мұндай қабілет бактериофагтар мен плазмидтерде байқалады.
Екінші  шарт – микроорганизмдерге  векторлық  жəне  рекомбинантты
молекулаларды  енгізудің тиімді  тəсілі болуы  қажет. Өнеркəсіпте  гендік инженерия
əдістерін, микробтық синтез көмегімен медицинада қолданылатын адамдар ақуызын
жəне  ветеринарияда  қажетті  ауылшаруашылық  малдарының  ақуыздарын  өндіруге
мүмкіндік  туды. Мысалы, белгілі-бір аурулармен  зақымданғандардың  организіміне
тиісті  ақуыздарды – интерферон, полипептидтік  гормондарды, иммунно-
модуляторларды  енгізу  қажет  екені  мəлім. Мұндай  ақуызар  мүшелерде  жəне
ұлпаларда  өте  аз  мөлшерде  кездеседі, ал  олардың  кейбіреулерінде  дəлме-дəл
ерекшелік  қасиеттердің  болатыны – қатаң  ескеруді  талап  етеді. Оларды  тек
донорлық  қандардан  немесе  өліктер  материалдарынан  алуға  болады. Мұндай
ақуыздарды  микробтық  синтез  жолымен  алу  үшін, тиімді  технологиялық
жағдайларда, өнеркəсіпте  қолдануға  арналған  микроорганизмдерге  бөгде  гендерді
енгізу  тəсілдерін  жақсылап  игеру  жəне  осындай  микроорганизмдердің  тиімді
қасиетін  одан  əрі  жетілдіріп, үдерісті  жеделдетуге  тигізетін  əсерін  арттыра  түсу
керек.
Соңғы  кездерде  нуклеин  қышқылдарын  алмастырудың  түбегейлі  əдістері
жасалды. Соның негізінде молекулалық биология мен генетиканың жаңа бір саласы
– ген  инженериясы  қалыптасып  дамуда. Ген  инженериясы  одан  бұрынырақ
қалыптасқан 
хромосоманы, генотипті 
өзгертуге 
қарағанда, ДНҚ-ны
рекомбинациялау арқылы  ген  қызметіне  араласуға мол мүмкіндіктер  туғызды. Ген
инженериясы  жəне  генетикалық  инженерия  дегендер  егіз  ұғымдар, дегенмен
соңғысының жеке гендерден гөрі геномның ірі бөлшектеріне қатысы көбірек келеді.
3. Гендік инженерияны қолдану əдістері
Биолог  зерттеушілері  үшін  бактериалды  жасушаларының  тұқым  қуалау
аппаратары үлкен қызығушылық тудырады. Бактерия жасушаларында ДНҚ-ы ядро
орналасатын  орта  тұсында  жайғасады. Бірақта, өсімдіктер  мен  жануарлар
жасушаларындағы  ядро  құрамына  кіретін  ДНҚ-мен  салыстырғанда, бактериялдық
ДНҚ  ядролық  қабықпен  қоршалмай, цитоплазмада  бос  күйінде  жатады. Бактерия
хромосомалары шеңберленіп біткен жіпшелерге ұқсас болады. Олар екі үзікті (цепь)
ДНҚ молекулаларынан құралады.
Біздерге, ДНҚ  молекуласының  əрбір  үзіктері  бірнеше  нуклеотидтерден
тұратыны, яғни  полинуклеотидті  болып  келетіні  жəне  өз  кезегінде  əрбір
нуклеотидтер  құрамына  көміртегі  дезоксирибозасы, фосфор  қышқылдарының
қалдықтары  мен  азот  негізді  заттар  кіретіні  белгілі. Нуклеотидтер  бір-бірінен  осы
азот  негізді  заттар  түрлерінің  кіруіне  байланысты  ерекшеленеді. Бұл  заттар
қатарында  аденин, гуанин, цитозин, тимин  болуы  мүмкін  екендігін  еске  түсіре

14
кетейік. ДНҚ үзіктерін құрайтын нуклеотидтер  бір- бірімен  фосфор  қышқылы  мен
дезоксирибозалар арқылы белгілі бір ретпен байланысады. Мысалы, адениннің (А)
бір  үзігіне  қарсы  тиминннің (Т) екінші  үзігі, ал  гуанинге (Г) қарсы – цитозин (Ц)
орналасады. Екі нуклеотидтер сутегілік байланыстар арқылы бірігіп тұрады жəне де
мұнда  олар  бір-бірін  толықтырып  отырғандай  болады. Сондықтан  гуанинді –
цитозинге, ал аденинді – тиминге комплементарлы (лат. Complemente – толықтыру
деген мағынада) деп айтады.
ДНҚ молекуласындағы нуклеотидтердің белгілі бір ретпен орналасуы, олардағы
қандай  да  бір  ақуыздың  синтезделуі  жөніндегі  информациясын  сақтайды. Егерде,
белгілі бір себептермен нуклеотидтердің біреуі кірмей немесе алмасып қалса, басқа
ақуыз  синтезі  жүре  бастайды. Сондықтан  ақуыз  құрылымы  жөнінде  мəлімет
сақталған ДНҚ бөлігі – геном деп аталады.
Кейбір  бактериялардың  хромосомдар  құрылымы  толықтай  белгілі  болған.
Мысалы  сенна  таяқшасы  деген  атпен  белгілі  бактерияларының  хромосомасы 200-
ден  аса  геннен  тұрады. Ғалымдар  осы  гендердің  хромосома  шеңберінде
орналасуының картасын жасаған.
Гибридті  ДНҚ  алу  барысында  атқарылатын  ген  инженериясы  жұмыстарының
дұрыс жүруіне, бактериалды жасуша бірліктеріне кіретін плазмидтер деп аталатын
құрылымдар  үлкен  роль  атқаратындығы  анықталған. Плазмида  терминін
қолданысқа америкалық ғалым генетик жəне биохимик Джошуа Ледерберг 1952 ж.
енгізді.
Плазмидтер  дегеніміз – құрамына 2250-ден 400000 жұпқа  дейін нуклеотидтер
кіретін  ДНҚ  молекуласы  болып  табылады. Олар  бактериялар  жасушаларында
бірден  бастап  бірнеше  ондық  жұп  көлемінде  кездесуі  мүмкін  жəне
хромосомалардан  бөлек  орналасады. Бактерия  хромосомасы  сияқты  плазмидтер де
шеңбер  тəрізді  болып  біткенімен, хромосомалардан  əжептеуір  кіші  болады.
Плазмидтердегі  ДНҚ  саны  бактериялды  хромосомалармен  салыстырғанда 20-1000
есеге  дейін  аз  болады. Плазмидтер  бактериялды  хромосомаларға  тəуелсіз  екі
еселене  алу (репликациялану) ерекшеліктеріне  ие. Плазмидтер  бактериялды
жасушаларының дəрілерге, мысалы  антибиотиктерге  қарсы тұру  қабілеттіліктеріне
жауап  береді. Бұлардың  ең  маңызды  қасиеттері  қатарына  бір  жасушадан  екінші
жасушаға өте алу ерекшелігін жатқызуға болады.
Егерде  плазмидаға  ДНҚ-ның  қандай  да  бір  бөлігін  ендірсе, ол  плазмидамен
бірге  репликацияланады. Осы  ерекшеліктің  арқасында  адамдарды  қызықтыратын
қажетті гендерді еселей көбейтіп (клондап) алуға болады.
Генетикалық инженерияның əдістерін дамытуда эндонуклеазалар деп аталатын
спецификалық  ферменттер  өте  үлкен  маңызға  ие  болды. Ферменттер – ағзадағы
жүретін  биохимиялық  үдерістердің  қарқынын  бірнеше  есе  арттыра  алатын, шығу
тегі ақуыздық негізді болып келетін биологиялық катализаторлар екенін еске түсіре
кетейік. Эндонуклеазалар  бактериялды  жасушаларының  өздерімен  синтезделеді
жəне  шеңберлі  ДНҚ  молекулаларын  сызықты  бөліктерге  кесе  алатын  қабілетке  ие
екендіктері  анықталған. Осындай  ферменттердің  барлығы  жөніндегі  ойлар, өткен
ғасырдың 50-ші  жылдарының  басында  бірнеше  зертханаларда  жүргізілген
тəжірибелер  барысында, бактериалды  жасушаларында  бактериофагтардың
(бактерия  вирустары) көп  көбейе  алмауы  себебі  анықталғаннан  кейін  жасалынған

15
болатын. Рестрикция  деген  сөз  бір  нəрсенің  шектелуін  білдіреді. Сол  себептен
бактериофагтардың көбейуіне шектеу келтіретін фермент түрлері – рестриктазалар
деп  атала  басталды. Қазіргі  кезде  оларды  əртүрлі  микроорганизмдерден  бөліп
алады. Олар  генетикалық  инженерияда  жасалатын  тəжірибелерде  міндетті  түрде
қолданыла  бастады. Рестриктазалар  көмегімен  ДНҚ  молекулаларын  қажетті
жерлерінен кесіп алу мүмкін болды.
Бактериялды  жасушаларда  рестриктаза  ферменттерімен  бірге, рестриктазалар
кескен  ДНҚ  бөліктерін  қайта «тіге» немесе «желімдей» алатын лигаза атты
ферменттер  де  синтезделетіні  белгілі  болды. Сондықтан, рестриктаза  мен  лигаза
ферменттерінің ашылуы генетикалық инженерияның дамуына үлкен жол ашты. Бұл
ферменттердің  көмегімен, қажетті  қасиеттерге  ие  ДНҚ  молекулаларын  арнайы
құрастыру мүмкіндігіне жол ашылды.
Ген инженериясының негізгі мазмұны – ағзадағы қажетті генді бөліп алып, оны
вектормен  біріктіруге  саяды. Мұнда  көбінесе  генетикалық  вектор  ретінде
плазмидалық ДНҚ-ын пайдаланады. Осы үдеріс нəтижесінде алынған гибридті ДНҚ
молекуласы (рекомбинантты, яғни  рДНҚ), бактерия  жасушасына  ендіріледі.
Бактерия  жасушасында  векторлардың  еселенуі (репликация) нəтижесінде,
дайындалған гибридті рДНҚ молекулаларының да саны арта бастайды. Бұл үдеріс –
рекомбинантты ДНҚ-ын клондау деп аталады.
Жалпылай  алғанда  гендік  инженерия  жұмыстарының  барысы  өз  кезегімен
атқарылатын келесідей кезеңдерден тұрады деуге болады:
1. Ағза  жасушаларынан (Е. coli) қажетті ДНҚ-ын  жəне  ДНҚ  векторларын  бөліп
алу.
2. ДНҚ-ын  арнаулы  рестриктаза  ферменттері  арқылы  қажетті  гені  бар
бөліктерінен  бөлу  жəне  бөлінген  генді  пайда  болған  рестриктазалық
қосындылар арасынан ажыратып алу.
3. Ағзалардан  алынған  қажетті  ДНҚ-ның  бөліктерін (гендерді) лигаза
ферменттерін қолдана отырып ДНҚ векторларымен біріктіру (рДНҚ құрау).
4. Құрастырылған  рДНҚ-ын  арнайы  дайындалған  ағзаларға, мысалы Е. coli
немесе денелік жасушаларына ендіру.
5.
ДНҚ  молекулалары  егілген  гибридті  бактерияларды  арнайы  қоректік
ортаға  себу  арқылы, тек  олардың  көбеюін (репликациясын) қамтамасыз  ету
(Гендердің генотиптік көрініс беруі экспрессия деп аталады).
6. ДНҚ 
молекулалары 
егілген 
гибридті 
бактериялар 
колонияларын
идентификациялау.
7. Клондалған  ДНҚ (клондалған  гендерді) бөлу  жəне  оларды  сипаттау. Бұл
кезеңде  клондалған  ДНҚ  бөліктеріндегі  азотты  негіздері  де  кесіп
(секвенирование) тасталады.
Жоғарыда  айтылған  гендік  инженерия  жұмыстарының  кезеңдерін  жалпылай
сызбанұсқа  түрінде  көрсететін  болсақ, келесі  келтірілген  суреттегідей  болады
(сурет-3)

16
                                                    Клондалған ДНҚ бөлу
                                               жəне сипаттау
3-сурет. Гендік инженерия жұмыстарының атқарылу кезеңдері
Қажетті  ДНҚ-ын  бөліп  алу  жұмыстары  техникалық  жағынан  қандай  да  бір
қиыншылықтар  тудырмайды. Бұл  əдіс  ғылымда 40 жылдай  қолданылып  келеді.
Осындай  экстракциялау  жұмыстары  нəтижесінде  жасушалар  мен  ұлпалардан
құрамында ақуыз немесе басқа да заттары жоқ ДНҚ-ның таза түрі алынады. Қажетті
ДНҚ-ын  бөліп  алу  жұмыстарының  атқарылу  кезеңдерін  төменде  келтірілген
сызбанұсқа түрінде көрсетуге болады (сурет-4).
4-сурет. Қажетті ДНҚ-ын бөліп алу жұмыстарының атқарылуы
ДНҚ-ын  рестриктаза  ферменттері  арқылы  бөліктерге  бөлу  жұмыстарын
бірнеше  əдістер арқылы  жүзеге  асыруға  болады. Бірақта  олардың  барлығын  гендік

17
инженерия мақсатында қолдана алмаймыз. Ол үшін үлескілерге бөлінген ДНҚ-ның
қайтадан бір-бірімен біріге алатындай күйде болуын қамтамасыз ету қажет болады.
Өткен  ғасырдың 70 жылдарының  орта  шенінде  рестриктаза  ферменттерінің
көмегімен  ДНҚ-ын  кесілген  ұштарына  ДНҚ-ның  екінші  бір  бөліктерін  жапсыра
алатындай  етіп  бөлу  мүмкіндігі  ашылғаннан  кейін, генетикалық  инженерияның
дамуына  кең  жол  ашылып, рекомбинантты  ДНҚ  алу  технологиясының
қалыптасуына  бастау  болды. Мысалы E. coli  ферменті  алты  жұп  нуклеотидтен
тұратын ДНҚ үлескілерін белгілеп, осы бөліктегі ДНҚ-ның екі жіпшелі құрылымын
олардың кесілген екі ұштарының əрқайсысында төрт нуклеотидтерден құралған бір
жіпшелі  үзіктерден  тұратындай  етіп  кесе  алады  екен. Кесілген  мұндай  ұштар
комплиментарлы  жəне  бір-бірімен  сутегілік  байланыс  арқылы  өзара  əрекеттесе
алатын  болғандықтан «жабысқақ» деп  аталады. Осы  мақсатта  қолданылатын
ферменттер, ДНҚ  үлескілерін  олардың  құрамындағы  нуклеин  қышқылдарының
шығу  тегіне  байланыссыз  танып-белгілей  беретін  болғандықтан, ДНҚ  бөлінген
үлескілері  ұштарының  барлығы  бірдей «жабысқақ» күйде  болады. Сонымен  бірге,
өздерінің  əрекеттері  нəтижесінде  ДНҚ  кесілген  үлескілеріндегі  екі  үзік  ұштары  да
жапсырылған, яғни «доғал» күйінде  болып  шығуы  себепті, бір-бірімен  жабыса
алмайтындай  дəрежеде  дайындайтын  рестриктаза  ферменттерінің  де  бар  екендігі
белгілі болды.
Рестриктаза  ферменттерінің  ДНҚ-ын  кесу  нəтижесінде  олардың  көптеген
бөліктері  алынады. Бөліктердің  саны  бұл  мақсатта  қолданылатын  рестриктаза
ферменттерінің  түріне  байланысты  болады. Гендер «кітапханасын» жасау  үшін,
ДНҚ-ын бірнеше ондаған немесе жүздеген мың бөліктерге бөлу қажет болады.
4.1 Рекомбинантты ДНҚ молекуласын конструкциялау
Бактериалды  жасушаға  ендірер  алдында, молекулалық  деңгейде  клондауға
арналған ДНҚ сегментінің (геннің) репликацияға қабілетті, яғни репликонды болуы
қажет. Алайда  ол  мұндай  қабілетке  ие  емес. Сондықтан  олардың  жасушаға
тасымалдануы  мен  жасушадағы  клондалған  гендердің  белгілі  болып  тұруын
қамтамасыз ету үшін, оларды генетикалық векторлармен біріктіреді.
Векторлар  дегеніміз – гендерді  пробиркадан  биологиялық  зерзатына
тасымалдау  жəне  оларда  қалыпты  қызмет  етулерін  қамтамасыздандыруға  қажетті
генетикалық құрылым. Вектор ретінде плазмидалар мен фагтар бола алатындықтары
жөнінде біздер білеміз. Плазмидалардың қандай да бір антибиотиктерге резистентті
болуы  бактерияларды  осындай  антибиотиктерге  селекция  жүргізуге  мүмкіндік
тудырады жəне рекомбинантты ДНҚ молекуласының оңай анықталуы себепті, олар
жақсы векторлар болып саналады.
Рекомбинантты  ДНҚ  молекуласын  конструкциялауды, зерттелетін  ДНҚ  мен
векторлық ДНҚ рестрикталарын алғаннан кейін бастау қажет болады. Мұның мəні –
зерттелетін  ДНҚ  рестрикт  сегментін (бөлшегін) векторлық  ДНҚ  рестриктасымен
қосуға  саяды  жəне  соның  нəтижесінде  олардың  пішіні  шеңберлі  құрылымнан,
ұштары «жабысқақ» болып келетін түзу сызықты ДНҚ бөліктеріне айналады.
Кейіннен плазмидалық ДНҚ бөліктері лигаза ферменттерінің əсерімен сырттан
əкелінген  ДНҚ  бөліктерімен  қосылады. Нəтижесінде  плазмида  қайтадан  шеңберлі

18
құрылымына  ие  болады. Мұндай  жұмыстарда  көптеген  плазмидалар  пайдалануы
себепті, құрамында əртүрлі гендері бар ДНҚ комбинациялары түзілуі мүмкін (сурет-
5).
5-сурет. ДНҚ-ын біріктіру (лигирование)
Көптеген  рестриктазалар, мысалы Eco R-І  сияқтылар  төрт  негізден  тұратын
«жабысқақ» ұштыларды  шығарады. Осындай  төрт  негізден  тұратын «жабысқақ»
ұштыларды лигирлеу төменгі температураларда (12
0
С дейін) жүреді.
Егерде рестрикциялау барысында «жабысқақ» ұшты бөлшектер пайда болмаса,
оларды  трансфераза  ферменттерін  қолдана  отырып «жабысқақ» ұштыларға
«мəжбүрлі» түрде  айналдырады. Бұл  фермент  ДНҚ-ның 3
1
  ұшына  нуклеотидтерді
қосады. Бір  бөлшегіне  поли-А  құйрықшасы  жалғанса, екіншісіне – поли-Т
құйрықшасы жалғанады. Қажетті ұшты ДНҚ-ын алу үшін – полимеразды тізбектік
реакциясы (ПТР немесе орысшасы – полимеразная цепная реакция – ПЦР) деген де
қолданылады. ПТР-ның мəні – жасушадан бөлініп алынған ДНҚ-ын денатурациялау
мен «күйдіру» жəне ДНҚ олигонуклеотидтерінің əрқайсысы 15-20 нуклеотидтерден
тұратын ренатурацияланатын үзіктеріне жалғау болып табылады.
3.2 Рекомбинантты ДНҚ молекуласын (рДНҚ) жасушаға ендіру
Біріктірілген  рДНҚ-ын  арнайы  дайындалған  жасушаларға  ендіру – гендік
инженериялық  манипуляциялау  жұмыстарының  соңғы  кезеңі  болып  табылады.
Мұндағы ең күтілетін нəтиже – ендірілген жасуша құрамында олардың көбейуі мен
өздерінің қызметтерін дұрыс атқаруы, яғни қажетті ақуыз синтезін қамтамасыз етуі
керек. Осындай  жасуша  ретінде, хромосомалар  құрамы  жақсы  зерттелген  ішек
таяқшасы (Е. coli) бактериялары  жиі  қолданылады. Бактериялды  жасушалары
рекомбинантты  ДНҚ-ын  қабылдауға  лайық  болуы  үшін  алдын-ала  кальций  немесе
рубидиймен өңделеді.
Жасушаларға  ДНҚ-ның  кіру  мүмкіндігін  арттыру  мақсатында  электропорация
əдісі жиі қолданылады. Бұл əдіс бойынша жасушаларға интенсивті электр  өрісімен
əсер  ету  жүзеге  асырылады. Осындай  əсер  ету  нəтижесінде  жасуша

19
мембраналарында  қуыстар  пайда  болып, жасушалардың  ДНҚ-ын  жақсы
қабылдауына  мүмкіндіктер  туылады. Құрамында  ДНҚ  бөліктері  бар  плазмидалар
ішек таяқшасы жасушасына енеді. Құрамына көп ДНҚ бөліктері бар плазмида енген
соң, ішек таяқшасы бактериялары əртүрлі гендермен байытылады.
Кейіннен, рекомбинантты ДНҚ молекуласы бар бактериялары, осындай қажетті
жасушалардың (рДНҚ-лы) селекциясын  қамтамасыз  ету  үшін  керек  болатын,
арнайы  антибиотиктермен  байытылған, ЕПА (етті-пептонды  агар) қоректік
ортасына  себіледі. Трансформация  жиілігі  көп  болмайды. Көбінесе  бір
трансформант 10
5
  себілген  жасушаларынан  пайда  болады. Егерде  вектордың  тегі
фагтан  шықса, жасуша  трансфекциясын (бактериялар  немесе  ашытқылар) фагпен
жүргізеді.
Жануарлардың денелік (сомалық) жасушаларына келетін болсақ, олардағы ДНҚ
трансформациясын, плазмалық мембранадан ДНҚ-ның тез өтуін қамтамасыз ететін
арнайы химиялық заттардың көмегі арқылы жүзеге асырады. Сонымен бірге құрбақа
ооциттеріне, қоректік  ортада  өсіріліп  жатқан  денелік (сомалық) жасушаларына
немесе  сүт  қоректілердің  эмбриондарына  рДНҚ-ын  тікелей  егу (иньекциялау)
жолымен ендіруге де болады.
Қоректік (селективтік) ортада  арнайы  өсірілген  трансформант  колониялары,
қажетті геномның немесе кДНҚ бөлшектері (гені) бар жасушалар жиынтығы болып
табылады. Осындай клондар коллекцияларын ДНҚ кітапханасы деп те атайды жəне
олар гендік-инженерлік жұмыстарында кеңінен қолданылады.
Гендерді  клондау  жұмыстарының  соңғы  кезеңдерінде, қажетті  гендері  бар
бактериялар түрлі əдістер арқылы бөлініп алынады жəне тексеріліп болғаннан  соң,
құрамында  рДНҚ-сы  бар, қажетті  ақуызды  синтездеуді  бақылай  алатын  құнды
колониялары ары қарай пайдаланылады.
Вектор  ретінде  плазмидалармен  қатар  əртүрлі  бактериофагтар, хайуандар  мен
өсімдіктер  вирустарын  да  пайдалануға  болады. Алайда, хайуандар  мен  өсімдіктер
жасушаларында  хромосомалар  құрамы  мен  гендер  əрекеттері  бойынша
бактериялардан  бірталай  айырмашылықтары  болуы  себепті, бұларда  гендік-
инженериялық манипуляциялар жүргізу жұмыстары қиынырақ келеді.
3.3 Гендік инженерияның практикалық маңызы
Молекулалық  генетика  мен  генетикалық  инженерияның  қол  жеткен
табыстарының арқасында, жасушаға сырттан жаңа генетикалық информация енгізу
арқылы  организмдердің  алдын-ала  жобаланған  тұқым  қуалайтын  бағдарламасын
жасауға  болады. Ондай  информацияның  қолдан  синтезделінуі  мүмкін  немесе
табиғи  генетикалық  зат  ретінде  əртүрлі  организмдерден  бөлініп  алынады. Сөйтіп,
тəжірибелік (эксперименттік) əдіспен, табиғи-эвюлюциялық  жолмен  пайда  бола
алмайтын жаңа генетикалық жүйе жасалады.
Гендік  инженерия  жетістіктері – денсаулық  сақтау, ауылшаруашылығы,
биотехнология  жəне  микробиологиялық  өндіріс  салаларында  аса  зор  практикалық
мəні  бар  проблемаларды  шешуде  маңызды  роль  атқарады. Гендік  инженерия
əдістерін  жетілдіру  денсаулық  сақтау  мен  ауылшаруашылығы  үшін  қажетті
гормондар, ферменттер  жəне  антибиотиктерді  синтездейтін  микроорганизмдердің

20
жаңа штаммдарын  алуға  мүмкіндік  туғызады. Сонымен қатар, жануарлар  гендерін
бактерияларға  ендірудің  жіберудің  де  үлкен  практикалық  мəні  бар. Өсімдік  жəне
жануар ақуыздарын бактерия жасушаларында синтездеу мүмкіндігі, экономикалық
тұрғыдан тиімді болып есептеледі.
Ауылшаруашылығында, оның  ішінде  егіншілікте, өсімдіктердің  атмосфералық
азотты өздері жинақтап алуы басты бір проблема болып есептеледі. Ал азот болса,
ақуызды  заттың  құрамына  енетін негізгі  компонент. Сол  азотты  кейбір өсімдіктер,
мысалы, бұршақ  тұқымдастар  топырақ  бактерияларымен  селбесіп, өздері
жинақтайды. Көпшілік  өсімдіктерде, соның  ішінде  əсіресе  астық  түқымдастарда
ондай касиет жоқ, сондықтан олар үшін миллиондаған тонна азотты тыңайтқыштар
жұмсалады. Олардың топыраққа 40 пайыздайы ғана сіңіп, қалғаны сумен шайылып
кетеді. Екінші жағынан ол экологиялық  түрғыдан тиімсіз  болып  есептеледі, себебі
көп мөлшердегі нитратты қосылыстар тірі ағзаларға зиян келтіреді.
Соңғы кезде бұл мəселені шешуде ген инженериясы көмекке келді. 1972 жылы
У. Постгейт пен Р. Диксон азот фиксациялауға қабілеті жоқ пішен таяқшасына, азот
жинақтай  алатын  басқа  бір  бактерияның  генін  апарып  салған, сонда  ол  азот
фиксациялау (ұстау, тұту) қасиетіне  ие  болған. Осындай  зерттеулердің  негізінде,
аталмыш  қасиетті  астық  тұқымдас  өсімдіктерге  беру  мүмкіндігі  бар  екендігі
анықталды.
Денсаулық  сақтау  саласында  тұқым  қуалайтын  ауруларды  емдеу  үшін  ген
инженериясының  үлкен  маңызы  бар. Қазіргі  кезде  ауру  адамдардан  зат  алмасудың
1000-нан  аса  түрлі  тұқым  қуалайтын  өзгерістері  анықталған. Соның  салдарынан
белгілі-бір 
гендердің 
мутацияға 
ұшырауына 
байланысты 
ферменттердің,
гормондардың  немесе  ақуыздардың  өзгеретіндігі  анықталды. Сонда  ондай
аурулардан мүлдем айығу үшін, сол мутантты гендерді жөндеу керек немесе  өзгерген
генді  сау  генмен  алмастыру  қажет  болады. Мысалы, галактоземия  ауруында  ген
өзгеруіне  байланысты, жасушада  галактоза-1-фосфат  уридилтрансфераза  ферменті
синтезделмейді. Соған  байланысты  адам  организмі  сүт  қантының  құрамына  енетін
галактозаны  сіңіре  алмайды. Нəтижесінде  галактоза  бауыр  мен  мидың  жəне  т.б. ағза
мүшелерінің жасушаларына жинақталады. Соның салдарынан адамдардың көзі көрмей
калады, бауырдың  қызметі  бұзылады, есте сақтау  қабілеті төмендейді, т.б. күрделі
өзгерістер пайда болады.
Жалпы генотерапия адамның денсаулығын түзеуге көмектеседі. Бұл жағдайда адам
жасушасына  ондағы  жетіспейтін  қызметті  қалпына  келтіретін  калыпты  ген  жіберу
керек. 1971 жылы  Меррил  мен  оның  қызметтестері  галактоземия  ауруы  бойынша
адам жасушасында жүргізілген генотерапияның сəтті аяқталғанын хабарлады. Олар
галактоземиямен  ауыратын  адамның  фибробластарын  алды. Мұндай  жасушалардың
галактозаны сіңіруге қажетті ферментті синтездеуге қабілеті болмаған. Оны қалыпқа
келтіру  үшін, құрамында  галактоза  гені  бар Е.СоІі  бактериясының  фагы  алынған.
Сондай  бактерия  генін  адам  жасушасына  жібергенде, ол  галактоза  ферментін
синтездеуге кіріскен.
Австралия  оқымыстысы  Дой 1973 жылы  Меррил  тəжірибесін  өсімдік
жасушаларына қайталап жүргізді. Бұл ретте зерзат ретінде томат өсімдігінің гаплоидты
жасушалары алынды. Өсімдік жасушалары лактоза мен галактозада өсуге қабілетсіз.
Ал егер ондай ортаға ДНҚ-ның құрамында лактоза мен галактозаны ашыту қабілетін

21
басқаратын  гені  бар  фагты  апарып  косқанда – жасушалардың  өсе  бастайтындығы
байқалған. Осы  зерттеулердің  негізінде  ген  инженериясының  əдістерін  пайдалана
отырып, эукариоттардың  жасушаларына  тікелей  араласуға  болатындығы
анықталды.
Эукариоттардың  гендерін  бактерия  плазмидтері  мен  вирустардың  ДНҚ-на
жіберу  жұмыстары, жоғары  сатыдағы  организмдердің  генетикалық  материалының
молекулалық  құрылымын  зерттеудің  жаңа  бір  тəсілі  болып  есептеледі. Ген
инженериясының  əдістері, гендердің  қызметі  мен  құрылымдық  ерекшеліктеріне
тереңірек үңілуге мүмкіндік береді. Ген проблемасын зерттеудің мұндай деңгейінің
канцерогенездің  иммунологиялық  қасиетін, аллергияның, практикалық  медицинада
маңызы бар басқа да құбылыстардың мəнін ашуда ерекше маңызы бар.
Ген инженериясы бойынша жүргізілген жұмыстардың негізінде, биологиялық қауіп
тудыратын  проблемалардың  да  бар  екенін  ескерте  кеткен  жөн. ДНҚ  молекулаларын
оңды-солды қолдану, биологиялық тұрғыдан өте қауіпті гибрид молекулалардың пайда
болуына əкеп соғуы мүмкін. Өйткені, соның салдарынан биосфераға жаңа патогенді
немесе  мутантты  гендері  бар  бактериялар  мен  вирустар  қаптап  кетуі  ықтимал.
Кейбір  рекомбинантты  молекулалар  қатерлі  ісік (рак) тудыруы  да  мүмкін. Гендік
инженерияның  əдістері  жаңа  биологиялық  қарулар  жасау  мақсатында  да
қолданылуы кəдік. Егер бұл айтылғандар жүзеге асатын болса, жалпы жер бетіндегі
тіршілік атаулыға, соның ішінде ең алдымен адам баласына қауіп төнеді.
Гендік  инженерияның  қол  жеткен  табыстарының  арқасында  болашақта
ауылшаруашылығының, биотехнологияның  жəне  медицинаның  іргелі  мəселелері
шешілетіні сөзсіз. Осыған байланысты өсімдіктер, жануарлар мен мироорганизмдер
селекциясы  жаңа  сипат  алмақ. Бұл  ғылымның  адамда  болатын  тұқым  қуалайтын
аурулармен  жəне  басқа  да  биологиялық  кемістіктермен  күресуде  алатын  орны
ерекше. Гендік  инженерияның, сонымен  қатар, əлеуметтік  жəне  психологиялық
мəселелерді  зерттеуге  де  қатысы  бар. Осы  аталған  мəселелер  шешілетін  болса,
адамзаттың бүкіл органикалық дүниеге үстемдігі артады, сөйтіп ол тірі табиғаттың
нағыз иесіне айналады.

жүктеу/скачать 4,09 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: