Xulosa: Genetika va hujayra muhandisligi. Biotexnologiya

17.06.2010

1.21. Hujayra va genetik muhandislik. Biotexnologiya

Hujayra muhandisligi fan va naslchilik amaliyotida turli turlarga mansub somatik hujayralarni duragaylash usullarini, alohida hujayralardan toʻqimalar yoki butun organizmlarni klonlash imkoniyatini oʻrganuvchi yoʻnalishdir.

O'simliklarni ko'paytirishning keng tarqalgan usullaridan biri haploid usul - sperma yoki tuxumdan to'liq haploid o'simliklar olish.

Qon limfotsitlari va faol ko'payadigan o'simta hujayralarining xususiyatlarini birlashtirgan gibrid hujayralar olindi. Bu sizga tez va kerakli miqdorda antikorlarni olish imkonini beradi.

To'qimalar madaniyati- laboratoriya sharoitida o'simlik yoki hayvon to'qimalarini, ba'zan esa butun organizmlarni olish uchun ishlatiladi. O'simlikchilikda dastlabki shakllarni kolxitsin bilan davolashdan keyin sof diploid chiziqlar ishlab chiqarishni tezlashtirish uchun ishlatiladi.

Vegetativ ko'payish manzarali va madaniy, sabzavot va mevali o'simliklarning navlarini saqlash uchun ishlatiladi.

Genetika muhandisligi- mikroorganizmlar genotipining sun'iy, maqsadli o'zgarishi oldindan belgilangan xususiyatlarga ega bo'lgan madaniyatlarni olish uchun.

Genetika injeneriyasining asosiy usuli zarur genlarni ajratib olish, ularni klonlash va yangi genetik muhitga kiritishdir. Usul quyidagi ish bosqichlarini o'z ichiga oladi:

gen izolyatsiyasi;
uning donor genini boshqa hujayrada ko'paytirishi mumkin bo'lgan hujayra DNK molekulasi bilan birikmasi (plazmidga kiritilishi) - aylana DNK;
qabul qiluvchi bakterial hujayraning genomiga plazmidni kiritish;
amaliy foydalanish uchun zarur bakterial hujayralarni tanlash;
Gen muhandisligi sohasidagi tadqiqotlar nafaqat mikroorganizmlarga, balki odamlarga ham tegishli. Ular immunitet tizimi, qon ivish tizimi va onkologiyaning buzilishi bilan bog'liq kasalliklarni davolashda ayniqsa dolzarbdir.

Biotexnologiya- dorivor preparatlar, oʻgʻitlar, oʻsimliklarni himoya qilishning biologik vositalari ishlab chiqarishda tirik organizmlar va biologik jarayonlardan foydalanish jarayoni; oqava suvlarni biologik tozalash uchun, dengiz suvidan qimmatbaho metallarni biologik olish uchun va boshqalar.

Escherichia coli genomiga odamlarda insulin hosil bo'lishi uchun mas'ul bo'lgan genning kiritilishi ushbu gormonni sanoat ishlab chiqarishini yo'lga qo'yish imkonini berdi.

Genetik muhandislik va biotexnologiyaning istiqbollari:

inson uchun foydali organizmlarni yaratish;
yangi dori-darmonlarni olish;
genetik patologiyalarni tuzatish va tuzatish.

Evolyutsiya

Organik evolyutsiya jonli mavjudotlar tashkil etilishining barcha darajalarida tirik tabiatning moslashuv o'zgarishlarining tarixiy jarayoni bo'lib, qaytarilmas va umumiy progressiv yo'nalish bilan tavsiflanadi. Evolyutsiya jarayoni organizmlarga ma'lum ekologik sharoitlarda yashash va ko'payish uchun imtiyozli imkoniyatlarni ta'minlaydigan genetik ma'lumotlardagi tasodifiy irsiy o'zgarishlarni tanlashga asoslangan. Fenotipik tarzda namoyon bo'ladigan bu o'zgarishlar tabiiy tanlanish orqali olinadi, saqlanadi va filogenez jarayonida kuchayadi. Organizmlar va turlarning hayotiyligini kamaytiradigan o'zgarishlar yo'q qilinadi.

Birinchi evolyutsion nazariyani yaratuvchisi Jan Baptiste Lamark bo'lib, u turlarning o'zgaruvchanligi va ularning maqsadli rivojlanishi g'oyasini oddiydan murakkab shakllarga qadar himoya qilgan. Biroq, organizmlarga taraqqiyotga bo'lgan ichki xohish (maqsad), shuningdek, shaxsning hayoti davomida olingan xususiyatlarning merosxo'rligi haqidagi bayonotlar keyingi tadqiqotlar bilan tasdiqlanmagan. Tashqi muhitning tanaga to'g'ridan-to'g'ri, har doim adekvat ta'siri va uning bu ta'sirga to'g'ri munosabati haqidagi g'oya ham noto'g'ri bo'lib chiqdi. Evolyutsion g'oyalarni ishlab chiqish va evolyutsiyaning yaxlit nazariyasini yaratish xizmati Charlz Darvin va A. Uollesga tegishli bo'lib, ular tabiiy tanlanish tamoyilini asoslab bergan va evolyutsiya mexanizmlari va sabablarini aniqlagan.

Biotexnologiya - bu tirik organizmlar va biologik jarayonlardan foydalangan holda odamlar uchun zarur bo'lgan mahsulotlar va materiallarni ongli ravishda ishlab chiqarish.

Qadim zamonlardan beri biotexnologiya asosan oziq-ovqat va engil sanoatda: vinochilikda, non pishirishda, sut mahsulotlarini fermentatsiyalashda, mikroorganizmlardan foydalanishga asoslangan zig'ir va terini qayta ishlashda qo'llanilgan. So'nggi o'n yilliklarda biotexnologiyaning imkoniyatlari juda kengaydi. Buning sababi shundaki, uning usullari an'anaviy usullardan ko'ra foydaliroqdir, chunki tirik organizmlarda fermentlar tomonidan katalizlangan biokimyoviy reaktsiyalar optimal sharoitlarda (harorat va bosim) sodir bo'ladi, unumdorroq, ekologik toza va kimyoviy moddalarni talab qilmaydi. atrof-muhitni zaharlaydigan reaktivlar.

Biotexnologiya ob'ektlari tirik organizmlar guruhlarining ko'p sonli vakillari - mikroorganizmlar (viruslar, bakteriyalar, protozoa, xamirturushlar), o'simliklar, hayvonlar, shuningdek ulardan ajratilgan hujayralar va hujayra osti komponentlari (organellalar) va hatto fermentlar. Biotexnologiya tirik sistemalarda sodir boʻladigan fiziologik va biokimyoviy jarayonlarga asoslanadi, buning natijasida energiya ajralib chiqadi, metabolizm mahsulotlari sintezlanadi va parchalanadi, hujayraning kimyoviy va strukturaviy komponentlari hosil boʻladi.

Biotexnologiyaning asosiy yo'nalishi mikroorganizmlar va o'stirilgan eukaryotik hujayralar yordamida biologik faol birikmalar (fermentlar, vitaminlar, gormonlar), dori vositalari (antibiotiklar, vaktsinalar, sarumlar, yuqori o'ziga xos antikorlar va boshqalar), shuningdek qimmatli birikmalar ( ozuqa qo'shimchalari, masalan, muhim aminokislotalar, ozuqa oqsillari va boshqalar). Genetika muhandisligi usullari insonning genetik kasalliklarini davolash uchun zarur bo'lgan insulin va somatotropin (o'sish gormoni) kabi gormonlarni sanoat miqdorida sintez qilish imkonini berdi.

Zamonaviy biotexnologiyaning muhim yo'nalishlaridan biri ham atrof-muhitning ifloslanishiga qarshi kurashning biologik usullarini qo'llashdir (oqava suvlarni, ifloslangan tuproqni biologik tozalash va boshqalar).

Shunday qilib, oqava suvlardan metallarni olish uchun uran, mis va kobaltni to'plashga qodir bakterial shtammlardan keng foydalanish mumkin. Rhodococcus va Nocardia jinslarining boshqa bakteriyalari suv muhitidan neft uglevodorodlarini emulsifikatsiya qilish va sorbsiyalash uchun muvaffaqiyatli qo'llaniladi. Ular suv va neft fazalarini ajratish, neftni konsentratsiyalash va oqava suvlarni neft aralashmalaridan tozalashga qodir. Neft uglevodorodlarini assimilyatsiya qilish orqali bunday mikroorganizmlar ularni oqsillarga, B vitaminlari va karotinlarga aylantiradi.

Halobakteriyalarning ba'zi shtammlari qumli plyajlardan yoqilg'i moyini olib tashlash uchun muvaffaqiyatli qo'llaniladi. Shuningdek, oktan, kofur, naftalin va ksilenni parchalab, xom neftdan samarali foydalana oladigan genetik muhandislik shtammlari ham olingan.

O'simliklarni zararkunandalar va kasalliklardan himoya qilishda biotexnologiya usullaridan foydalanish katta ahamiyatga ega.

Biotexnologiya mikroorganizmlar tabiiy resurslarni qazib olish, aylantirish va qayta ishlash uchun ishlatiladigan og'ir sanoatga yo'l olmoqda. Qadim zamonlarda birinchi metallurglar temirni kontsentratsiyalashga qodir bo'lgan temir bakteriyalari tomonidan ishlab chiqarilgan botqoq rudalaridan temir olishgan. Hozirgi vaqtda boshqa bir qator mineral metallarning bakterial kontsentratsiyasi uchun usullar ishlab chiqilgan: marganets, rux, mis, xrom va boshqalar. Bu usullar an'anaviy qazib olish usullari iqtisodiy jihatdan foydali bo'lmagan eski shaxtalar va kambag'al konlarning chiqindilarini ishlab chiqish uchun ishlatiladi.

Genetika muhandisligi biotexnologiyaning eng muhim usullaridan biridir. U hujayrada normal faoliyat ko'rsatishga qodir bo'lgan genetik materialning ma'lum birikmalarini maqsadli ravishda sun'iy ravishda yaratishni, ya'ni yakuniy mahsulotlarning sintezini ko'paytirish va nazorat qilishni o'z ichiga oladi. Foydalanish darajasi va xususiyatlariga qarab, gen injeneriyasi usulining bir necha turlari mavjud.

Genetika muhandisligi asosan prokaryotlar va mikroorganizmlarda qo'llaniladi, garchi yaqinda u yuqori eukariotlarda (masalan, o'simliklarda) ham qo'llanila boshlandi. Bu usul hujayralardan alohida genlarni ajratib olish yoki hujayradan tashqari genlarni sintez qilish (masalan, ma'lum bir gen tomonidan sintez qilingan messenjer RNK asosida), ajratilgan yoki sintez qilingan genlarni yo'naltirilgan qayta tashkil etish, nusxalash va ko'paytirishni (genlarni klonlash) o'z ichiga oladi. ularning transferi va genomni o'zgartirish mavzusiga qo'shilishi sifatida. Shunday qilib, bakteriya hujayralariga "begona" genlarning kiritilishiga va bakteriyalar tomonidan odamlar uchun muhim bo'lgan birikmalarning sinteziga erishish mumkin. Buning sharofati bilan E. coli genomiga inson genomidan insulin sintezi genini kiritish mumkin bo'ldi. Bakteriyalar tomonidan sintez qilingan insulin diabet bilan og'rigan bemorlarni davolash uchun ishlatiladi.

Gen muhandisligining rivojlanishi ikkita ferment - DNK molekulasini qat'iy belgilangan joylarda kesib tashlaydigan cheklovchi fermentlar va turli DNK molekulalarining bo'laklarini bir-biriga bog'laydigan ligazalarning kashf etilishi tufayli mumkin bo'ldi. Bundan tashqari, genetik injeneriya vektorlarning kashf etilishiga asoslanadi, ular bakterial hujayralarda mustaqil ravishda ko'payadigan qisqa dumaloq DNK molekulalaridir. Cheklovchi fermentlar va ligazalar yordamida kerakli gen vektorlarga kiritiladi va keyinchalik uning xost hujayra genomiga kiritilishiga erishiladi.

Hujayra muhandisligi - bu ularni etishtirish, duragaylash va rekonstruksiya qilish asosida yangi turdagi hujayralarni qurish usuli. U hujayra va to'qimalarni ekish usullaridan foydalanishga asoslangan. Hujayra muhandisligining ikkita yo'nalishi mavjud: 1) inson uchun foydali bo'lgan turli birikmalarni sintez qilish uchun kulturaga o'tkazilgan hujayralardan foydalanish; 2) o'stirilgan hujayralardan foydalanish, ulardan regeneratsiyalangan o'simliklar olish.

Madaniyatdagi o'simlik hujayralari qimmatbaho tabiiy moddalarning muhim manbai hisoblanadi, chunki ular o'zlariga xos bo'lgan moddalarni: alkaloidlar, efir moylari, qatronlar, biologik faol birikmalarni sintez qilish qobiliyatini saqlaydi. Shunday qilib, madaniyatga o'tkazilgan ginseng hujayralari butun o'simlik tarkibida qimmatli dorivor xom ashyoni sintez qilishda davom etmoqda. Bundan tashqari, madaniyatda hujayralar va ularning genomlari bilan har qanday manipulyatsiyalar amalga oshirilishi mumkin. Induktsiyalangan mutagenezdan foydalanib, ekilgan hujayra shtammlarining mahsuldorligini oshirish va ularning duragaylanishini (jumladan, uzoq duragaylashni) butun organizm darajasiga qaraganda ancha oson va sodda amalga oshirish mumkin. Bundan tashqari, prokaryotik hujayralardagi kabi ular bilan genetik muhandislik ishlari ham olib borilishi mumkin.

Hozirgi bosqichda biotexnologiyaning eng muhim muammolaridan biri bo'lgan limfotsitlarni (antikorlarni sintez qiladigan, ammo kulturada istamay va qisqa vaqt davomida o'sadigan hujayralar) potentsial o'lmaslikka ega va sun'iy muhitda cheksiz o'sishga qodir bo'lgan o'simta hujayralari bilan gibridlash orqali. hal qilindi - cheksiz o'sishga qodir gibridoma hujayralari ma'lum bir turdagi yuqori o'ziga xos antikorlar sintezi olindi.

Shunday qilib, hujayra muhandisligi mutatsiya jarayoni, duragaylash va bundan tashqari, turli xil hujayralarning alohida qismlarini (yadrolar, mitoxondriyalar, plastidlar, sitoplazma, xromosomalar va boshqalar), har xil turdagi hujayralarni birlashtirishdan foydalangan holda yangi turdagi hujayralarni qurishga imkon beradi. , nafaqat turli avlodlar, oilalar, balki shohliklar bilan ham bog'liq. Bu ko'plab nazariy muammolarni hal qilishni osonlashtiradi va amaliy ahamiyatga ega.

Hujayra injeneriyasi o'simliklar seleksiyasida keng qo'llaniladi. Pomidor va kartoshka, olma va olchaning duragaylari yaratilgan. Irsiyati o'zgargan bunday hujayralardan qayta tiklangan o'simliklar foydali xususiyatlarga ega bo'lgan, noqulay ekologik sharoit va kasalliklarga chidamli yangi shakl va navlarni sintez qilish imkonini beradi. Bu usul, shuningdek, virusli kasalliklardan ta'sirlangan qimmatbaho navlarni "qutqarish" uchun ham keng qo'llaniladi. Madaniyatda ularning nihollaridan bir nechta apikal hujayralar ajratiladi, ular hali virus ta'sir qilmaydi va ulardan sog'lom o'simliklar birinchi bo'lib probirkada qayta tiklanadi, so'ngra tuproqqa ko'chiriladi va ko'paytiriladi.

Xulosa

O'zini sifatli oziq-ovqat va xom ashyo bilan ta'minlash va shu bilan birga sayyorani ekologik falokatga olib kelmaslik uchun insoniyat tirik organizmlarning irsiy tabiatini samarali o'zgartirishni o'rganishi kerak. Shu sababli, bizning davrimizda selektsionerlarning asosiy vazifasi sanoat ishlab chiqarish usullariga yaxshi moslashgan, noqulay sharoitlarga bardosh bera oladigan, quyosh energiyasidan samarali foydalana oladigan o'simliklar, hayvonlar va mikroorganizmlarning yangi shakllarini yaratish muammosini hal qilish bo'lgani bejiz emas. energiya va eng muhimi, atrof-muhitni haddan tashqari ifloslantirmasdan biologik toza mahsulotlar olish imkonini beradi. Ushbu asosiy muammoni hal qilishning tubdan yangi yondashuvi - naslchilikda genetik va uyali muhandislikdan foydalanish.

Biotexnologiya nafaqat fan va ishlab chiqarishning o'ziga xos muammolarini hal qiladi. U yanada global metodologik vazifaga ega - u insonning tirik tabiatga ta'siri ko'lamini kengaytiradi va tezlashtiradi va tirik tizimlarning inson mavjudligi sharoitlariga, ya'ni noosferaga moslashishiga yordam beradi. Shunday qilib, biotexnologiya antropogen adaptiv evolyutsiyaning kuchli omili sifatida ishlaydi.

Biotexnologiya, genetik va hujayra muhandisligi istiqbolli. Ko'proq yangi vektorlar paydo bo'lishi bilan, odam o'simliklar, hayvonlar va odamlarning hujayralariga kerakli genlarni kiritish uchun ulardan foydalanadi. Bu asta-sekin insonning ko'plab irsiy kasalliklaridan xalos bo'lish, hujayralarni zarur dori-darmonlar va biologik faol birikmalarni, so'ngra oziq-ovqatda ishlatiladigan to'g'ridan-to'g'ri oqsillar va muhim aminokislotalarni sintez qilishga majburlash imkonini beradi.

Ma'lumotnomalar

1. Biologiya. / N.P. Sokolova, I.I.Andreeva va boshqalar - M.: Oliy maktab, 1987. 304 b.

2. Kolesnikov S.I. Ekologiya. - Rostov-na-Donu: Feniks, 2003. - 384 p.

3. Lemeza N.A., Kamlyuk L.V., Lisov N.D. Biologiya. – M.: Iris-press, 2005. 512 b.

4. Petrov B.Yu. Umumiy biologiya. – Sankt-Peterburg: Kimyo, 1999. – 420 b.

5. Petrov K.M. Jamiyat va tabiatning o'zaro ta'siri: Universitetlar uchun darslik. - Sankt-Peterburg: Kimyo, 1998. – 408 b.

1-ilova

Madaniy o'simliklarning kelib chiqish markazlari (N. I. Vavilov bo'yicha)

Kelib chiqish markazlari	Joylashuv	Madaniy o'simliklar
Janubiy Osiyo tropik	Tropik Hindiston, Indochina, Janubiy Xitoy, Janubi-Sharqiy Osiyo orollari	Guruch, shakarqamish, sitrus mevalari, bodring, baqlajon va boshqalar (50% madaniy o'simliklar)
Sharqiy Osiyo	Markaziy va Sharqiy Xitoy, Yaponiya, Koreya, Tayvan	Soya, tariq, grechka, meva va sabzavot ekinlari - olxo'ri, olcha va boshqalar (madaniy o'simliklarning 20%).
Janubi-G'arbiy Osiyo	Kichik va Oʻrta Osiyo, Eron, Afgʻoniston, Janubi-Gʻarbiy Hindiston	Bugʻdoy, javdar, dukkaklilar, zigʻir, kanop, sholgʻom, sabzi, uzum, sarimsoq, nok, oʻrik va boshqalar (madaniy oʻsimliklarning 14%).
O'rta er dengizi	O'rta er dengizi bo'yidagi mamlakatlar	Hammayoqni, qand lavlagi, zaytun, em-xashak oʻtlari (madaniy oʻsimliklarning 11%)
Habash	Afrikaning Habash tog'lari	Qattiq bug'doy, arpa, jo'xori, qahva daraxti, banan
Markaziy Amerika	Janubiy Meksika	Makkajo'xori, kakao, qovoq, tamaki, paxta
Janubiy Amerika	Janubiy Amerikaning g'arbiy sohillari	Kartoshka, ananas, koka buta, cinchona

2-ilova

Binafsha gulli no'xatlarning oq gulli no'xat bilan Mendel kesishishi sxemasi

binafsha gul oq gul

qora doiralar dominant allellarni ko'rsatadi; oq - retsessiv

3-ilova

Urug'ning shakli va rangi bilan farq qiluvchi no'xatlarning digibrid kesishishi

4-ilova

Tovuqlarda taroq shaklining irsiylanishi

Petrov B.Yu. Umumiy biologiya. – Sankt-Peterburg: Kimyo, 1999. – 420 b.

Biologiya. / N.P. Sokolova, I.I.Andreeva va boshqalar - M.: Oliy maktab, 1987. - 304 p.

Petrov K.M. Jamiyat va tabiatning o'zaro ta'siri: Universitetlar uchun darslik. - Sankt-Peterburg: Kimyo, 1998. – 408 b.

Kolesnikov S.I. Ekologiya. - Rostov-na-Donu: Feniks, 2003. - 384 p.

Lemeza N.A., Kamlyuk L.V., Lisov N.D. Biologiya - M.: Iris-press, 2005.

Mikroorganizmlarning (asosan bakteriya va zamburug'larning) an'anaviy seleksiyasi eksperimental mutagenez va eng mahsuldor shtammlarni tanlashga asoslangan. Ammo bu erda ham ba'zi o'ziga xosliklar mavjud. Bakterial genom haploid bo'lib, har qanday mutatsiyalar birinchi avlodda paydo bo'ladi. Mikroorganizmlarda tabiiy mutatsiyaning yuzaga kelish ehtimoli boshqa barcha organizmlardagi kabi bo'lsa ham (har bir gen uchun 1 million kishiga 1 mutatsiya), ko'payishning juda yuqori intensivligi gen uchun foydali mutatsiyani topishga imkon beradi. tadqiqotchi.

Sun'iy mutagenez va seleksiya natijasida penitsilium zamburug'i shtammlarining mahsuldorligi 1000 martadan ortiq oshdi. Mikrobiologik sanoat mahsulotlari non pishirish, pivo tayyorlash, vinochilik va ko'plab sut mahsulotlarini tayyorlashda qo'llaniladi. Mikrobiologiya sanoati yordamida antibiotiklar, aminokislotalar, oqsillar, gormonlar, turli fermentlar, vitaminlar va boshqalar olinadi.

Mikroorganizmlar oqava suvlarni biologik tozalash va tuproq sifatini yaxshilash uchun ishlatiladi. Hozirgi vaqtda an'anaviy qazib olish usullari iqtisodiy jihatdan foydali bo'lmagan bakteriyalardan foydalangan holda eski shaxtalarning chiqindilarini o'zlashtirish yo'li bilan marganets, mis va xrom olish usullari ishlab chiqilgan.

Biotexnologiya- odam uchun zarur bo'lgan moddalarni ishlab chiqarishda tirik organizmlar va ularning biologik jarayonlaridan foydalanish. Biotexnologiyaning ob'ektlari bakteriyalar, zamburug'lar, o'simlik va hayvon to'qimalarining hujayralaridir. Ular maxsus bioreaktorlarda ozuqa muhitida yetishtiriladi.

Eng so'nggi tanlov usullari mikroorganizmlar, o'simliklar va hayvonlar hujayra, xromosoma va genetik muhandislikdir.

Genetika muhandisligi

Genetika muhandisligi- bir organizm genomidan kerakli genni ajratib olish va uni boshqa organizm genomiga kiritish imkonini beruvchi texnikalar majmuasi. Genomiga "begona" genlar kiritilgan o'simliklar va hayvonlar deyiladi transgenik, bakteriyalar va zamburug'lar - aylantirilgan. Genetika injeneriyasining an'anaviy maqsadi inson ichaklarida yashovchi Escherichia coli bakteriyasidir. Aynan uning yordami bilan o'sish gormoni olinadi - somatotropin, ilgari sigirlar va cho'chqalarning oshqozon osti bezidan olingan insulin gormoni va virusli infektsiyani engishga yordam beradigan interferon oqsili.

O'zgartirilgan bakteriyalarni yaratish jarayoni quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi.

Cheklov- kerakli genlarni "kesib tashlash". Bu maxsus "genetik qaychi", fermentlar yordamida amalga oshiriladi - cheklovchi ferment.
Vektor yaratish- mo'ljallangan gen boshqa hujayraning genomiga kiritiladigan maxsus genetik konstruktsiya. Vektor yaratish uchun asos plazmidlardir. Gen plazmidga boshqa fermentlar guruhi - ligazalar yordamida birlashtiriladi. Vektorda ushbu genning ishlashini nazorat qilish uchun zarur bo'lgan hamma narsa bo'lishi kerak - promotor, terminator, operator geni va regulyator geni, shuningdek, qabul qiluvchi hujayraga ushbu hujayrani asl hujayradan ajratish imkonini beradigan yangi xususiyatlarni beruvchi marker genlari.
Transformatsiya— bakteriyaga vektorni kiritish.
Skrining- kiritilgan genlar muvaffaqiyatli ishlaydigan bakteriyalarni tanlash.
Klonlash transformatsiyalangan bakteriyalar.

1 — asl plazmidli hujayra; 2 - ajratilgan plazmid; 3 - vektor yaratish; 4 — rekombinant plazmid (vektor); 5 — rekombinant plazmidli hujayra.

Eukaryotik genlar, prokaryotik genlardan farqli o'laroq, mozaik tuzilishga ega (eksonlar, intronlar). Bakteriya hujayralarida ishlov berilmaydi va vaqt va makonda transkripsiyadan ajratilmaydi. Shu munosabat bilan transplantatsiya uchun sun'iy sintez qilingan genlardan foydalanish samaraliroq. Bunday sintez uchun matritsa mRNK hisoblanadi. Teskari transkriptaza fermenti yordamida dastlab shu mRNKdan DNK zanjiri sintezlanadi. Keyin ikkinchi ip DNK polimeraza yordamida unga to'ldiriladi.

Xromosoma muhandisligi

Xromosoma muhandisligi— xromosomalarni manipulyatsiya qilishga imkon beruvchi texnikalar majmuasi. Usullarning bir guruhi o'simlik organizmining genotipiga kerakli xususiyatlarning rivojlanishini nazorat qiluvchi bir juft begona homolog xromosomalarni kiritishga asoslangan ( kengaytirilgan chiziqlar) yoki bir juft homolog xromosomani boshqasi bilan almashtirish ( almashtirilgan chiziqlar). Shu tarzda olingan almashtirilgan va to'ldirilgan chiziqlarda o'simliklarni "ideal xilma" ga yaqinlashtiradigan belgilar to'planadi.

Gaploid usuli gaploid o'simliklarni etishtirish, so'ngra xromosomalarning ikki baravar ko'payishiga asoslangan. Masalan, 10 xromosomaga ega haploid o'simliklar makkajo'xori polen donalaridan o'stiriladi ( n= 10), keyin xromosomalar ikki baravar ko'payadi va diploidlar olinadi ( n= 20), to'liq gomozigotli o'simliklar 6-8 yillik inbreeding o'rniga atigi 2-3 yil ichida.

Bunga ham kiradi poliploid o'simliklarni olish usuli(Qarang: 23-maʼruza “Oʻsimliklar seleksiyasi”).

Hujayra muhandisligi

Hujayra muhandisligi— ularni yetishtirish, duragaylash va rekonstruksiya qilish asosida yangi turdagi hujayralarni qurish.

Hayot uchun zarur bo'lgan barcha moddalarni o'z ichiga olgan ozuqa muhitiga joylashtirilgan o'simlik va hayvonlarning hujayralari bo'linib, hosil bo'ladi. hujayra madaniyati. O'simlik hujayralari ham xususiyatga ega totipotentlik, ya'ni ma'lum sharoitlarda ular to'liq o'simlikni shakllantirishga qodir. Shuning uchun hujayralarni ma'lum bir ozuqa muhitiga joylashtirish orqali o'simliklarni probirkalarda ko'paytirish mumkin. Bu, ayniqsa, noyob yoki qimmatbaho o'simliklar uchun to'g'ri keladi.

Hujayra kulturalari yordamida qimmatli biologik faol moddalarni (jenshen hujayra madaniyati) olish mumkin. Gibrid hujayralarni olish va o'rganish nazariy biologiyaning ko'plab masalalarini (hujayra differentsiatsiyasi mexanizmlari, hujayra ko'payishi va boshqalar) hal qilish imkonini beradi. Turli turlarga (kartoshka va pomidor, olma va olcha va boshqalar) mansub somatik hujayralar protoplastlarining birlashishi natijasida olingan hujayralar o'simliklarning yangi shakllarini yaratish uchun asosdir. Biotexnologiyada monoklonal antikorlar qo'llaniladi gibridomalar- saraton hujayralari bilan limfotsitlar gibrid. Gibridomalar limfotsitlar kabi antikorlarni ishlab chiqaradi va saraton hujayralari kabi madaniyatda cheksiz ko'payish qobiliyatiga ega.

Somatik hujayra yadrolarini tuxumga ko'chirish usuli hayvonning genetik nusxasini olish imkonini beradi, ya'ni buni amalga oshiradi. klonlash hayvonlar. Hozirgi vaqtda klonlangan qurbaqalar olindi, sutemizuvchilarni klonlashning birinchi natijalari olindi.

Dastlabki bosqichlarda embrionlarni birlashtirish usuli yaratishga imkon beradi kimerik hayvonlar. Shu tarzda kimerik sichqonlar (oq va qora sichqonlar embrionlarining birlashishi) va kimerik qo'y-echki hayvoni olindi.

Ko'pgina kasalliklarni davolash uchun turli xil biologik faol moddalar kerak. Ularni inson to'qimalaridan ajratib olishda, hosil bo'lgan materialning turli viruslar (gepatit B, inson immunitet tanqisligi va boshqalar) bilan ifloslanish xavfi mavjud. Bundan tashqari, bu moddalar oz miqdorda ishlab chiqariladi va qimmat. Hayvonlardan olingan biologik faol moddalar bemorning immunitet tizimiga mos kelmasligi sababli samarasizdir. Faqat gen injeneriyasining yangi tarmog‘ining rivojlanishigina sof biologik faol moddalarni ko‘p miqdorda arzon narxda ishlab chiqarishni ta’minlashga yordam berdi.

Genetika muhandisligi- bu gibrid, rekombinant DNK molekulalarini va shuning uchun yangi xususiyatlarga ega organizmlarni yaratish. Buning uchun organizmdan genni ajratib olish yoki uni sun'iy sintez qilish, klonlash (ko'paytirish) va boshqa organizmga o'tkazish kerak.

Genetika injeneriyasining vositalari fermentlardir: cheklovchi fermentlar (DNK molekulasini kesish) va ligazalar (uni bir-biriga bog'lash). Viruslar vektor sifatida ishlatiladi.

Genetik muhandislikdan foydalangan holda, ichak tayoqchasining shtammlari yaratildi, ularda inson insulini (qandli diabetni davolash uchun zarur), interferon (virusga qarshi dori) va somatotropin (o'sish gormoni) genlari kiritilgan.

Xamirturush hujayralari genetik jihatdan inson insulinini ishlab chiqarish uchun yaratilgan. Achitqi hujayralari yordamida inson insulinini ishlab chiqarishning biosintetik usuli farmatsevtika ishlab chiqarishida keng qo'llaniladi (Daniya, Yugoslaviya, AQSh, Germaniya va boshqa mamlakatlarda).

Hozirgi vaqtda turli mamlakatlar olimlari gen injeneriyasi yordamida bir qator boshqa zarur biologik faol moddalar, gepatit B ga qarshi vaktsina, profibrinolizin faollashtiruvchi (antikoagulyant), interleykin-2 (immunomodulyator) va boshqalarni olish ustida ishlamoqda.

Chet el genlari hayvon hujayralariga individual DNK molekulalari shaklida yoki hujayra genomiga begona DNKni kiritishga qodir bo'lgan virusli vektorlarning bir qismi sifatida kiritiladi. Odatda ikkita usul qo'llaniladi:

1) hujayra inkubatsiya muhitiga DNK qo'shiladi;

2) to'g'ridan-to'g'ri yadroga DNKning mikroin'ektsiyalarini ishlab chiqarish (bu samaraliroq).

Odamlarda gen muhandisligining asosiy vazifalari ularni o'rganish uchun inson gen banklarini yaratish va gen terapiyasi usullarini izlash, ya'ni mutant genlarni normal allellar bilan almashtirishdir.

Hujayra muhandisligi- bu hujayralarni etishtirish, duragaylash yoki rekonstruksiya qilish asosida yangi turdagi hujayralarni yaratish usuli. Gibridlanish butun hujayralarni (ba'zan uzoq turlardan) sun'iy ravishda birlashtirib, duragay hujayra hosil qiladi. Hujayralarni qayta tiklash - bu turli hujayralarning alohida bo'laklaridan (yadro, sitoplazma, xromosomalar va boshqalar) yashovchan hujayrani yaratishdir.

Gibrid hujayralarni o'rganish biologiya va tibbiyotning ko'plab muammolarini hal qilish imkonini beradi. Masalan, biotexnologiyada gibridomalardan foydalaniladi. Gibridoma oddiy limfotsit va o'simta hujayrasining birlashishi natijasida olingan hujayra duragayidir. U kerakli o'ziga xoslikdagi (limfotsitning xossasi) monoklonal (bir hil) antikorlarni va sun'iy muhitda cheksiz o'sishni (o'simta hujayrasining xususiyati) sintez qilish qobiliyatiga ega.

Biotexnologiya- bu biologik ob'ektlardan foydalangan holda odamlar uchun zarur bo'lgan mahsulot va materiallarni ishlab chiqarishdir.

"Biotexnologiya" atamasi 20-asrning 70-yillari o'rtalarida keng tarqaldi, garchi biotexnologiyaning ayrim tarmoqlari uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan va turli mikroorganizmlardan foydalanishga asoslangan: pishirish, vinochilik, pivo tayyorlash, pishloq tayyorlash. Genetika sohasidagi yutuqlar biotexnologiyani rivojlantirish uchun katta qoʻshimcha imkoniyatlar yaratdi.

20-asrning o'rtalarida. va uning ikkinchi yarmida induktsiyalangan mutagenez yordamida antibiotiklar (penitsillin, streptomitsin, eritromitsin va boshqalar) olingan - mikroblar yordamida; amilaza fermenti - Bacillus subtilis yordamida, aminokislotalar - Escherichia coli yordamida; sut kislotasi - sut kislotasi bakteriyalari yordamida; limon kislotasi - aspergillus mog'oridan foydalanish; B vitaminlari - xamirturush yordamida.

Genetika (genetik) muhandislik

Bu mezbon hujayrada ko'payish va metabolik yakuniy mahsulotlar sintezini boshqarishga qodir bo'lgan yangi DNK molekulalarini maqsadli yaratish bilan bog'liq bo'lgan molekulyar genetikaning bo'limi. Nuklein kislotalar kimyosi va mikroorganizmlar genetikasi chorrahasida paydo bo'lgan gen muhandisligi genlarning tuzilishini dekodlash, ularni sintez qilish va klonlash, tirik organizmlar hujayralaridan ajratilgan genlarni yoki yangi sintez qilingan genlarni o'simlikka integratsiyalash bilan shug'ullanadi. va hayvon hujayralari irsiy xususiyatlarini o'zgartirish uchun.

Bir organizm turidan, kelib chiqishi uzoq bo'lgan boshqa turdagi genlarni (yoki transgenezni) amalga oshirish uchun bir nechta murakkab operatsiyalarni bajarish kerak:

bakteriya, o'simlik yoki hayvon hujayralaridan genlarni (alohida DNK bo'laklari) ajratib olish. Ba'zi hollarda bu operatsiya zarur genlarning sun'iy sintezi bilan almashtiriladi;
har qanday kelib chiqishining alohida DNK qismlarini plazmidning bir qismi sifatida bitta molekulaga ulash (tikish);
kerakli genni o'z ichiga olgan gibrid plazmid DNKni xost hujayralariga kiritish;
uning ishlashini ta'minlash uchun ushbu genni yangi xostga nusxalash (klonlash).

Klonlangan genlar sutemizuvchilar tuxumiga yoki o'simlik protoplastlariga (fermentativ davolash natijasida hujayra devoridan mahrum bo'lgan izolyatsiya qilingan hujayralar) mikroin'ektsiya qilinadi va ulardan genomiga klonlangan genlar kiritilgan butun hayvonlar yoki o'simliklar yetishtiriladi. Gen muhandislik operatsiyalari natijasida genomi o'zgartirilgan o'simliklar va hayvonlar transgen o'simliklar yoki transgen hayvonlar deb ataladi.

Transgen sichqonlar, quyonlar, cho'chqalar, qo'ylar allaqachon olingan bo'lib, ularning genomida turli xil kelib chiqishi begona genlar, shu jumladan bakteriyalar, xamirturushlar, sutemizuvchilar va odamlar genlari ishlaydi; shuningdek, boshqa, bir-biriga bog'liq bo'lmagan turlarning genlari bo'lgan transgen o'simliklar. Transgen organizmlar molekulyar genetikaning amaliy sohasi sifatida gen muhandisligining katta imkoniyatlaridan dalolat beradi. Masalan, so'nggi yillarda gerbitsidlarga chidamlilik, hasharotlar hujumiga chidamlilik va boshqalar kabi qimmatli xususiyatlar bilan ajralib turadigan transgen o'simliklarning yangi avlodi olindi.

Yaqin kelajakda qishloq xo'jaligida inqilobga olib keladigan yuqori o'simliklarning irsiyatidagi yo'naltirilgan o'zgarishlar muammosi hal qilinadi, deb taxmin qilish uchun barcha asoslar mavjud. Avvalo, biz donli ekinlar va azotli tugun bakteriyalari o'rtasida simbioz yaratish haqida gapiramiz va bu azotli o'g'itlar muammosini hal qiladi.

Atmosferadagi uglerodni fiksatsiya qilish uchun metabolik yo'lning yanada samarali fermentativ tizimlarini (fotosintezning qorong'u bosqichi yoki Kalvin tsikli) ma'lum o'simliklarga o'tkazish usuli ishlab chiqilmoqda, bu CO 2 fiksatsiyasi tezligini va fotosintez mahsuldorligini oshiradi. madaniy o'simliklar.

Nafaqat irsiy kasalliklar, balki keksalik ustidan g'alaba qozonish yo'lidagi muhim qadam hujayra uchun xavfsiz vektorlarni ishlab chiqarish va genlarni faollashtirish, "yoqish va o'chirish" mexanizmining yakuniy yechimi bo'ladi. Shunda shifokorlar keksa odamlarning organizmidagi mutatsiyalar natijasida zararlangan genlarni oddiylarga almashtirish imkoniyatiga ega bo'ladilar.

Xromosoma muhandisligi o'simliklar alohida xromosomalarni yoki hatto ularning bo'laklarini bir xil yoki boshqa turdagi boshqa genotipdagi opa-singillar bilan almashtirish imkoniyatiga asoslanadi. Donor xromosomalarining ayrim qismlari tegishli sharoitlarda retsipient xromosomalariga birlashishi mumkinligi isbotlangan.

Xromosoma bo'limlarini maqsadli o'tkazish muammosini hal qilish ikki sababga ko'ra tanlov jarayoniga inqilobiy ta'sir ko'rsatishi mumkin:

bunday uzatish uchun tabiat tomonidan yaratilgan tabiiy mexanizmlardan foydalanish mumkin;
Xromosomalarning bo'laklarini olish individual genlarni ajratib olish va ularni qabul qiluvchining genomiga qo'shishga harakat qilishdan ko'ra osonroqdir.

Hujayra muhandisligi

Hujayra muhandisligi ajratilgan hujayralar va to‘qimalarni sun’iy oziq muhitida eksperimental sharoitda yetishtirish usullaridan foydalanishga asoslangan. Bu usul o'simlik hujayralarining regeneratsiya natijasida bir hujayradan butun o'simlik hosil qilish qobiliyatiga asoslangan. Ko'pgina madaniy o'simliklar uchun regeneratsiya sharoitlari ishlab chiqilgan: kartoshka, bug'doy, arpa, makkajo'xori, pomidor va boshqalar. Ushbu ob'ektlar bilan ishlash naslchilikda hujayra muhandisligining noan'anaviy usullarini, masalan, somatik duragaylash, haploidiya, hujayra seleksiyasini qo'llash imkonini beradi. , madaniyatdagi o'zaro bog'liqlikni bartaraf etish va boshqalar.

Somatik gibridlanish to'qima madaniyatida ikki xil hujayraning birlashishi. Xuddi shu organizmning turli xil hujayralari va har xil, ba'zan juda uzoq turlarning hujayralari birlashishi mumkin, masalan: sichqonlar va kalamushlar, mushuklar va itlar, odamlar va sichqonlar.

Uyali muhandislikning juda muhim sohasi embriogenezning dastlabki bosqichlari bilan bog'liq. Misol uchun, tuxumni in vitro urug'lantirish allaqachon odamlarda bepushtlikning ba'zi keng tarqalgan shakllarini engib o'tishi mumkin. Qishloq xo‘jaligi hayvonlarida gormon inyeksiyalari yordamida bitta rekord darajadagi sigirdan o‘nlab tuxum olish, ularni naslli buqaning spermatozoidlari bilan in vitro urug‘lantirish, so‘ngra ularni boshqa sigirlarning bachadoniga va Shunday qilib, bitta qimmatbaho namunadan odatdagidan 10 barobar ko'proq nasl olish mumkin.

Sekin o'sadigan o'simliklarni tez ko'paytirish uchun o'simlik hujayrasi madaniyatini qo'llash foydalidir: jenshen, moyli palma, malina, shaftoli va boshqalar. Shunday qilib, an'anaviy ko'paytirish bilan, malinali buta yiliga 50 dan ortiq kurtaklar berishi mumkin. hujayra madaniyati yordamida 50 mingdan ortiq o'simlik olish mumkin. Bu turdagi naslchilik ba'zan asl navdan ko'ra ko'proq hosildor bo'lgan o'simliklarni ishlab chiqaradi. Kartoshka va greyfurtning yangi qimmatli navlari mana shunday olindi.