Оқулық Қазақстан Республикасы Білім жəне ғылым министрлігі бекіткен Алматы, 2011
І тарау ГЕНДІК ИНЖЕНЕРИЯ НЕГІЗДЕРІ 1. Биотехнология ғылымының бастауы – гендік инженерияның пайда
жүктеу/скачать 4,09 Mb. Pdf көрінісі
|
Аубакиров Биотехнология
| І тарау
ГЕНДІК ИНЖЕНЕРИЯ НЕГІЗДЕРІ 1. Биотехнология ғылымының бастауы – гендік инженерияның пайда болуы мен дамуы Молекулалық генетика мен молекулалық биологияның қол жеткен табыстарының негізінде биология ғылымының жаңа бір саласы – гендік инженерия қалыптасты. Бұл ғылымның мақсаты – іс-тəжірибелер мен теория үшін қажетті генетикалық бағдарламаның жобасын жасап, оны тірі организмге енгізу. Мұндай тəсіл тіршілікті меңгеруде жаңа мүмкіндіктер туғызады. Гендік инженерияның көздеген мақсаты мен зерттеу əдістеріне байланысты мынандай деңгейлерін ажыратуға болады: 1) молекулалық (геннің құрамды бөліктерін зерттеу); 2) гендік; 3) хромосомдық; 4) жасушалық; 5) ұлпалық; 6) ағзалық (организмдік); 7) популяциялық. Басқа биологиялық ғылымдар сияқты генетикалық инженерияның да даму тарихы бар. Бұл саладағы алғашқы зерттеулердің қатарына Н.П.Дубининнің (1934 ж.) дрозофила шыбындарының хромосом санын өзгерту бағытында жүргізген жұмыстары жатады. Ол рентген сəулелерімен əсер ету жолымен хромосома санын өзгертуге болатындығын анықтады. 1956 жылы Е.Сире рентген сəулесінің көмегімен өңделген жабайы эгилопс өсімдігі жапырағының сары дақ ауруына төзімділігін анықтайтын генін, жұмсақ бидайдың хромосомасына апарып салған. Нəтижесінде жұмсақ бидайдың сары дақ ауруына төзімді формасы алынған. ДНҚ құрамынан жеке генді бөліп алу жұмысы тұңғыш рет 1969 жылы Дж. Беквиттің зертханасында жүргізілді. Ол Е.СоІі бактериясынан лактозалық оперон тобына жататын гендерді бөліп шығарды. Гендік инженерия немесе шет елдік əдебиеттердегі терминология бойынша – “ДНҚ-ның рекомбинантты молекулаларымен жұмыс істеу”, ХХ ғасырдың 70- жылдарында, молекулярлық биологияның дүниеге келуі жəне қалыптасуының нəтижесінде пайда болған жаңа экспериментальды техника. Бұның негізгі мəні – ДНҚ молекуласының, қатаң тəртіпте, белгілі бір бөлімшесінің бөлшектенуі (фрагменттенуі) жəне ДНҚ-ның жаңа рекомбинантты молекуласының in vitro жағдайда түзілетіндей болып, сол бөліктерінің бір-бірімен қосылуында. Бөлшектелген бөліктері қалай болса солай қыстырылып, полинуклеотидтердің ішіне енуі мүмкін, өйткені жасушалар ферменті оны есептеудің тек басы мен аяғында берілетін сигналдары арқылы хабардар болса, сигналдардың берілу аралықтарында, нуклеотидтердің бір ізділігінен бейхабар болады. Мұндай техникалық жағдайдың организмдердің түрі мен туысына байланысты шегі болмайды, өйткені ДНҚ барлық 10 тірі индивидуумдарда біртектес келеді. Мұның өзі қазір іс жүзінде қиындық келтірмейді деген сөз. 1971 жылы В.А. Струнников ген жəне хромосома деңгейіндегі генетикалық инженерия əдістерін жібек құртында пайдаланды. 1972 жылы америка оқымыстысы П. Берг маймылдың онкогенді вирусының, бактериофагтың жəне Е.СоІі бактериясы геномдарының түрлі бөліктерін біріктіру арқылы рекомбинантты ДНҚ алды. Міне, дəл осы зерттеу жұмысынан кейін, гендік инженерия əдісі – биотехнология ғылымындағы болашағы үлкен сала ретінде жақсы қалыптаса бастады деп айтуға болады. Бірақ, мұндай құрастырмалы ДНҚ- ның функционалдық активтілігі əрі қарай зерттелген жоқ еді, себебі мұндай жолмен адам өміріне қауіпті бактериялар алынуы мүмкін деген күдік туды. Кейінірек зиянды зардаптары жоқ рекомбинантты ДНҚ алудың жаңа тəсілдері табылды. Қызметі жағынан активті, гибридті ДНҚ молекуласын ең бірінші болып 1974 жылы С. Коэн, Д. Хелинский, Г. Бойер алды. Олар құрамына əртүрлі бактериялардың, құрбақа ооцитінің, теңіз кірпісі, тышқан митохондриясы ДНҚ-ның фрагменттері енетін «химерлі» плазмидтерді құрастырып шығарды. Оларды трансформация жолымен бактерия жасушасына енгізу арқылы, онда жоғары сатыдағы организмдер ДНҚ-на тəн транкрипция құбылысын жүргізуге мүмкіндік туылды. Кейінірек активті қызмет атқаратын рекомбинантты ДНҚ-ын Кеңес Одағы ғалымдары С.И. Алиханян мен А. А. Баст құрастырды. Жасуша деңгейінде жүргізілетін жұмыстардың ішінде сомалық жасушаларды гибридизациялау əдісі кеңінен қолданылады. 1960 жылы Ж. Барский жануарлардың сомалық жасушалары бір-бірімен қосылысуға, яғни екі жасушадағы генетикалық информация бірігуге қабілетті екендігін көрсетті. К. Гржешик (1973 ж.) көп жыл бойы зертханада жүргізген тəжірибелерінің нəтижесінде, денелік (сомалық) жасушалардың түр ішіндік жəне түр аралық гибридтерін алды. Денелік жасушаларды гибридтеу өсімдіктерге де жүргізілді. Темекі, сəбіз, қызанақ сияқты өсімдіктердің жеке протопластарынан жасуша қабықшасы регенерацияланып, каллус түзілгеннен кейін тұтас өсімдік қалыптаса алатындығы анықталды. Осы тұрғыдан көптеген зерттеушілер протопластарды бөтен генетикалық информацияны қабылдайтын жақсы реципиент жəне денелік жасушаларды будандастыру үшін қолайлы материал деп біледі. 1953 ж. АҚШ ғалымы Джеймс Уотсон мен ағылшын физигі Фрэнсис Крик ДНҚ-ның қрылымын зерттей келе, тұңғыш рет оның шиыршықталып келген екі спираль тəрізді пішіндегі нобайын жасаған. Бұлар өз жұмыстарында Морис Уилкинс жəне Розалинда Франклиннің (Ұлыбритания) ДНҚ-ның рентгенді құрылысына сараптама жасау жəне Эрвин Чаргаффтың (АҚШ) ДНҚ-ның нуклеотидті құрамы жөніндегі мəліметтеріне сүйенді. Мұндағы нуклеин қышқылдарындағы негізгі «құрылыс материалдары» мононуклеотидтер болып табылатын. Əрбір мононуклеотид бір азотты негізден (пуринді немесе пиримидинді), пентозадан, жəне фосфат қалдығынан құралған. Оған моншақ тəрізді «орналастырылған» 4 типті нуклеотидтер (аденин-А, тимин-Т, гуанин-Г жəне цитозин-Ц) қатал түрде белгіленген тəртіп бойынша орналастырылған жəне бір-бірімен жұп құрады. Аденин тек тиминмен жұп құрса, гуанин тек цитозинмен серіктеседі. Мысалы, 11 жылқылардың геномында шамамен осындай жұптың 3 биллионы бар. Осындай ретпен орналасқан спиралдың əрбір жұбы өзінің «серіктесі» жайлы толық мəлімет береді. Осылайша, бір жұптың арқасында оған серіктес екінші жұпты жасауға болады. ДНҚ-ның молекулярлы моделін келесі суреттен көре аламыз (сурет-2). Сурет -2. Екі спиралды ДНК 2-сурет. ДНҚ-ның молекулярлы моделі. Генетикалық инженерияның жасушалық жəне ағзалық деңгейлері бір-бірімен тығыз байланысты. Жануарлар жасушаларымен жүргізген тəжірибелерде бір жасушаның ядросын екіншісімен алмастыруға, екі немесе бірнеше эмбрионды қосып біріктіруге, оларды бірнеше бөлікке бөлшектеуге болатындығы анықталды. Мысалы, генотиптері əртүрлі ұлпалардың жасушаларын біріктіру жолымен тышқанның аллофенді даралары алынған. Ол үшін дамудың бастапқы бластомерлі кезеңіндегі эмбриондар алынады жəне оларды бөліп алған соң проназа ферментінің көмегімен жеке-жеке бластомерлерге бөлшектейді. Содан соң екі немесе бірнеше ұрықтың бластомерлерін қосып, соның негізінде тұтас бір комплексті эмбрион жасалынады. Сөйтіп, ақ жəне қара тышқандар бластомерлерінің бірігуі нəтижесінде – аллофенді ұрық дамиды. Гаструла стадиясында ұрық пробиркадан алынып, аналық тышқанға жіберіледі. Одан туатын ұрпақ екі түрлі ата-ананың фенотиптерін біріктіретін аллофенді болып шығады. Аллофенді ұрпақтарды үш, төрт немесе одан да көп ата-анадан да алуға болады. Денелік жасушаларды біріктірумен қатар, бір жасушадан бөлініп алынған жеке хромосоманы, басқа жасушаға енгізудің де жолдары табылған. Сондай жеке бөлініп алынған хромосома гендерінің, басқа, яғни бөтен жасушаға барғанда да өз қызметтерін атқаратындығы анықталған (Мак-Брайд, Озер, 1971). жүктеу/скачать 4,09 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|