Манипуляции с генетическим материалом. Генная инженерия презентация

Генная инженерия
Сущность генной инженерии состоит в том, что в организм (чаще прокариотный) встраивается ген или группа генов другого организма, часто очень далекого по своему происхождению.
Измененная таким образом молекула ДНК называется рекомбинантной, а сами организмы получили название трансгенных или генетически модифицированных.
Первая рекомбинантная (гибридная) ДНК, полученная в лаборатории Берга (нобелевский лауреат) в США в 1972 г, объединяла фрагменты ДНК фага λ (лямбда), кишечной палочки и обезьяньего вируса SV 40.

Генная инженерия
Методом рекомбинантных плазмид ген инсулина человека был встроен в ДНК кишечной палочки, и бактерия начала активно синтезировать гормон. В 1982 г. инсулин человека стал одним из первых фармацевтических препаратов, полученных с помощью методов генной инженерии.
Аналогичным способом с 1980 г. получают гормон роста - соматотропин.
Человеческий ген, встроенный в геном бактерии, обеспечивает синтез гормона, инъекции которого используются при лечении карликовости и восстанавливают рост больных детей почти до нормального уровня.

Генная инженерия
Генная инженерия возникла на стыке 3-х наук:
1. молекулярная биология (открытие структуры и особенностей работы генов);
2. микробиология (помогла найти векторы для генно-инженерных работ – плазмиды – внехромосомные факторы наследственности бактерий, состоящие из небольших кольцевых молекул ДНК);
3. энзимология (открытие и синтез ферментов – рестриктаз, способных «узнавать» определенные последовательности нуклеотидов в ДНК и разрезать их так, чтобы на концах молекул образовывались одноцепочечные «липкие» концы, и лигаз, сшивающих ДНК заново.

Генная инженерия
Плазмиды – внехромосомные факторы наследственности, способные стабильно существовать в клетке в автономном, не связанном с хромосомами состоянии. Это кольцевые двухцепочечные молекулы ДНК. Роль плазмид могут выполнять также некоторые умеренные бактериофаги (вирусы), встроенные в основную молекулу ДНК бактерии.
Некоторые плазмиды, называемые эписомами, способны соединяться с хромосомами при конъюгации основной ДНК и ДНК плазмиды. Классическими примерами эписом являются фактор фертильности (определяет и контролирует конъюгацию между бактериями), который может встраиваться в хромосому бактерии кишечной палочки более, чем в 20 различных участках, и фаг λ (лямбда), включаемый в строго определенную область этой же бактерии.
Некоторые бактериальные эписомы при переносе в клетки других м/о утрачивают способность встраиваться в основную ДНК и становятся типичными плазмидами. Известны также случаи, когда некоторые плазмиды при определенных условиях приобретают свойства эписом. Исключение эписомы из основной хромосомы происходит также за счет конъюгации. При этом в конъюгации может участвовать не только эписома, но и прилегающие к ней гены бактерии (такой процесс переноса генетического материала называется секдукция).

Генная инженерия
Плазмиды часто придают содержащим их клеткам новые свойства: способность передавать гены при конъюгации, придают устойчивость к антибиотикам и сульфаниламидным препаратам, способность подавлять рост бактерий другого вида или штамма.
Плазмиды используются в генетических исследованиях в качестве переносчиков чужеродной ДНК (векторов). Рекомбинантные плазмиды в питательной среде способны внедряться в клетки про- и эукариот, а затем встраиваться в их ДНК.

Генная инженерия
Ключевое значение при реконструировании рекомбинатной ДНК имеют ферменты – рестрикционные эндонуклеазы - рестриктазы, рассекающие молекулу ДНК на фрагменты по строго определенным местам. Самим бактериям рестриктазы нужны для разрушения вирусной ДНК, попавшей в клетку. Рестриктазы распознают определенные последовательности нуклеотидов – т.н. сайты – участки узнавания – и разрывают молекулу ДНК
наискосок с образованием одноцепочечных «хвостов» – т.н. липких концов.
У разных видов бактерий выделено около 200 различных рестриктаз, для которых описаны сайты рестрикции.

1. Рестрикция
2. Лигирование
3. Трансформация

Метод рекомбинантных плазмид
Метод рекомбинантных плазмид включает в себя несколько последовательных этапов:
1. Рестрикция - вырезание из молекулы ДНК фрагмента с нужным геном и липкими концами ферментом рестриктазой (ген можно синтезировать искусственно). Тем же ферментом разрезают плазмидную ДНК, поэтому липкие концы плазмиды комплиментарны липким концам гена.
2. Лигирование – вшивание гена в плазмидную ДНК (фермент лигаза) и получение рекомбинантной плазмиды;
3. Трансформация – введение рек-плазмиды в бактериальную клетку, после чего она начинает синтезировать нужный белок, а при делении, передает рек-плазмиду дочерним клеткам. Однако, частота попадания плазмиды в клетку при трансформации невысока – только в 1 клетку из тысячи.
4. Скрининг – отбор колоний бактерий, содержащих рек-плазмиды с нужным геном.

Этапы образования рекомбинантной ДНК
Трансформация – введение рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку
Отбор колоний бактерий

Генная инженерия у эукариот
Один из первых успешных экспериментов по созданию генетически модифицированных животных был произведен на мышах, в геном которых был встроен ген гормона роста крыс. В результате трансгенные мыши росли гораздо быстрее и в итоге были в 2 раза больше обычных мышей.
Канадские ученые ввели в геном лосося ген другой рыбы, который активировал ген гормона роста. Это привело к тому, что лосось рос в 10 раз быстрее и набирал вес, в 30 раз превышающий норму.
Созданы трансгенные овцы, генотип которых содержит ген, отвечающий за синтез особого белка – фактора свертываемости крови IX. Этот белок, вырабатываемый клетками молочной железы, выделяется из овечьего молока и используется для лечения больных гемофилией.

Генная инженерия у эукариот
Бактерия тюрингская бацилла выделяет эндотоксин, убивающий многих вредных насекомых.
Ген, отвечающий за синтез этого токсина, был выделен из генома бактерии и встроен в геном культурных растений.
К настоящему времени уже созданы устойчивые к вредителям сорта кукурузы, риса, картофеля, помидоров, свеклы, табака.
Сейчас получены сорта культурных растений, устойчивые к действию гербицидов путем «вшивания» гена сальмонеллы, обеспечивающего такую невосприимчивость.

Генная инженерия у эукариот
Введение гена моркови в генотип риса уже сейчас обеспечивает потребность жителей Юго-Восточной Азии в витамине А, необходимом для нормального зрения и роста.
Вживление генов северных рыб в геном томатов и клубники делают их морозоустойчивыми. Удалось добиться морозоустойчивости винограда путем внедрения в его геном гена от дикорастущего родственника капусты брокколи.