Question

Гендік инженерия

Answer 1

Гендік инженерия – молекулалық және жасушалық генетиканың қолданбалы саласы. Белгілі қасиетері бар генетикалық материалдарды (гендерді) in vitro жағдайында алдын ала құрастырып, оларды тірі жасушаға енгізіп, көбейтіп, зат алмасу процесін өзгеше жүргізу. Бұл әдіспен организмдердегі генетикалық ақпаратты кһздеген мақсатқа сай өзгертіп, олардың геномдарын белгіленген жоспармен қайта құруға болады

Answer 2

Гендік инженерия ол функционалдық активті генетикалық құрылымдарды рекомбинанттық (будан) ДНҚ молекулалары түрінде қолдан құрастыру. Гендік инженерияның мәні жеке гендерді бір организмнен алып басқа организмге көшіріп орналастыру. Бұған рестриктаза мен лигаза ферменттерінің ашылуы мүмкіндік туғызады. Рестриктазалар  (рестрикциялық эндонуклеазалар) ДНҚ молекуласын белгілі жерлерден жеке үзінділерге қиып бөлшектейтін ыдыратушы фермент. Қазір ДНҚ молекуласын бір-бірінен өзгеше 120 жерінен үзетін 500-ден астам рестриктазалар анықталған. Алынған полинуклеотид бөлшектерінің (ДНҚ фрагменттерінің) комплементарлық немесе «жабысқыш» ұштарын ДНҚ лигазасы бір-біріне «желімдеп» реттеп жалғастырып қосады. Осы ферменттердің көмегімен бір ДНҚ молекуласынан қажетті ген бөлініп алынып, басқа ДНҚ молекуласының үзінділерімен құрастырылып рекомбинанттық, яғни жаңа будан ДНҚ жасалады.
Одан кейін рекомбинанттық ДНҚ бірнеше әдістермен тірі жасушаға енгізіледі. Жаңа геннің экспрессиясы өтеді де, жасуша сол ген белгілейтін белокты синтездей бастайды. Сонымен, жасушаға рекомбинанттық ДНқ молекуласы түрінде жаңа генетикалық ақпаратты енгізіп, ақырында жаңа белгісі бар организмді алуға болады. бұндай организмді трансгендік немесе трансформацияланған организм деп атайды, себебі бір организмнің өзгеріп басқа қасиетке ие болуын трансформация деп атайды.
Алғашқы рет рекомбинанттық ДНҚ 1972 жылы АҚШ-та Стэнфорд университетінде П.Бергтың лабораториясында жасалды. Онда пробирка ішінде үш түрлі микроорганизмнің ДНҚ-лары лямбда фагтың және ішек таяқшасы бактериясының ДНҚ фрагменттері мен маймылдың онкогендік вирусының толық геномы қосылған еді.
Өсімдіктердің гендік инженериясы саласында бірінші жұмыстар in vitro өсірілетін жасушалармен 1980 жылы жүргізілген. 1983 жылы алдымен күнбағыстың трансгендік каллусы, кейін сол каллустан табиғатта мүлдем болмаған санбин өсімдігі алынды. Санбин (ағ.sunflower-күнбағыс, been-бұршақ)  деген ол геномында бұршақтың бнлогы фазеолинді кодтайтын гендері бар күнбағыс өсімдігі еді. Гендік инженерия гендерді тасымалдау тәсілі ретінде болашақта екпе өсімдіктердің селекциясының тиімді аспабы бола алады. Қазіргі кезде гендік инженерия алғашқы қадамдарын басып, екпінді дамып келеді.
Гендік инженерияның әдістемелік негізі жапырақтың мезофилл жасушаларының немесе каллус ұлпасының протопластары болады. жаңа генетикалық ақпаратқа ие болған протопласты өсіріп, одан регенерант өсімдігін алуға болады. генетикалық трансформация үшін сомалық жасушалардан басқа тозаң жасушалары, жұмыртқа жасушасы қолданылады. Сонымен, in vitro өсірілетін жасушаларға гендік инженерияның әдістерін қолданып, өсімдіктердің бағалы белгілері бар негізінде жаңа формаларын құруға болады.

Answer 3

Гендік инженерияның жұмысы мынадай кезеңдерден тұрады:
- басқа организмге көшірілетін құрылымдық генді алу;
- оны вектордың құрамына енгізу, яғни рекомбинанттық ДНҚ-ны жасау;
- рекомбинанттық ДНҚ-ны өсімдік жасушасына тасымалдау;
- өсімдік жасушаларында бөтен ДНҚ-ның экспрессиясын талдау;
- геномы өзгерген жеке жасушалардан регенерант өсімдігін алу.
Басқа организмге тасымалданатын қажетті генді бөліп алу.
Әрбір полипептид тізбегінің, яғни белоктың өзінің құрылымдық гені болады. ол ген нақтылы белок құрамындағы амин қышқылдарының бір-бірімен ізділігін, жалғасу ретін белгілейді. Гендік инженерияның мақсаты – әрбір дербес құрылымдық генді бір өсімдіктен басқа бағалы сорттың өсімдігіне оны одан әрі жақсарту үшін енгізу.
Қазіргі уақытта молекулалық биологияның жетістіктерінің арқасында құрылымдық гендерді таза күйінде және де жеткілікті мөлшерде бөліп шығару әбден болады. бірақ бұл жұмыстың өсімдіктермен өткізгендегі қиыншылықтары, ол өсімдіктердің геномдарының едәуір күрделілігі. Оның құрамына 150 мыңнан астам гендер кіреді, ал соынң ішінде тек 5-10%  бірегей ДНҚ генетикалық код қызметін орындай алады, яғни 15-25 мың гендер құрылымдық гендері болғаны. Өсімдіктер геномында функциясы белгісіз көп қайталанған ДНҚ элементтері орасан зор (90-95 %). Сондықтан өсімдіктердің бір белгісін кодтайтын жеке гендерін теңестіру өте қиын да ауыр жұмыс. Одан басқа бірқатар маңызды белгілер тек бір генде емес, көптеген гендерде жазылған. Мысалы, өнімділік, тез пісіп жетілу, азотты сіңіру, ортаның қолайсыз факторларына төзімділік белгілері полигендік болады. бірақ олардың биохимиялық негіздері белгісіз. Гендік инженерияның әзірше алға қойған мақсаты – анық бір белгі жазылған қарапайым гендермен айналысу. Мысалы, кейбір қор белоктары, гербицидтер мен пестицидтерге төзімділік гендері, т.с.с. өсімдіктердің құрылымдық гендерін бөліп алу үшін гендік инженерияның әдістері қолданылады.
Гендердің көптеген геномдық көшірмелері ДНҚ-ның комплементарлық тізбегін (қДНҚ) кері транскриптаза (ревертаза) көмегімен матрицалық РНҚ-да синтездеу арқылы алынған. Ревертаза көмегімен үйлесімді аРНҚ болса, көрінген дербес генді синтездеуге болады. ал аРНҚ-ны бөліп алу әдістері жақсы дайындалған.
Бұдан басқа белоктың алғашқы құрылымын зерттеу әдістерінің жетілдіруі арқылы сол белокты кодтайтын генді химиялық-биологиялық жолымен синтездеуге болады. сонымен қатар ол үшін ДНҚ-ның нуклеотид қалдықтарының ізділігін тура анықтауға қолдануға болады.
Гендерді тасымалдайтын векторлар.
Құрылымдық гендерде тек қана метаболизм өтудің нәтижесінде түзілетін заттардың (белоктың, иРНҚ-ның) коды жазылған. Оларда ген активтілігін реттейтін бөлшек мүлдем жоқ. Сондықтан, жаңа құрылымдық гендерді иеленген жасушаларда ол гендер өз бетімен тиісті қызметңн атқара алмайды. Гендердің жасушадағы әрекетін басқаратын репликация және транскрипция сигналдарын оларға вектор қамтамасыз етеді.
Вектор –бөтен генді жасуша ішіне тасымалдап алып баратын арнаулы ДНҚ молекуласын вектор дейді. Оған мынадай талаптар қойылады: а)өз алдына репликациялану, яғни жасуша ішіне бөтен генді алып кірген соң жасушамен бірге немесе өз алдына көбейе алатын орны болуы керек; немесе вектор жасуша хромосомасының құрамына еніп, онымен бірге ұрпақ жасушаларға беріліп отыруы керек; б)трансформацияланған жасушаларды анықтау үшін оның ерекше генетикалық белгілері болуы керек; в)құрамында рестриктазалар үзе алатын нуклеотидет тізбегі болуы керек және репликацияға қабілетін жоғалтпауы керек; г)векторға орналастырылған бөтен ген оның ытқаратын қызметін бұзбауы керек, ал вектор болса, олда енгізілген геннің ішінде дұрыс реттеліп жұмыс істеуін қамтамасыз ететін болуы керек.
Бактерия плазмидалары және рекомбинанттық ДНҚ құрастыру.
Векторлар ретінде көбінесе ішек таяқшасы E.coli және де басқа бактериялардың плазмидалары  қолданылады. Бактерияларда басты хромосомадан басқа көптеген кішкентай сақина тәрізді болып тұйықталған қос тізбекті ДНҚ молекулалары кездеседі. Сақина сияқты ДНҚ молекулалары бір-біріне оралып күрделі спираль құрайды. Плазмидалар өз бетіне репликациялана алатын ДНҚ молекулалары. Олар бактерияның басты хромосомасымен тіркеспеген, жасуша ішінде өз алдына еркін орналасқан. Плазмида құрамында тетрациклин немесе канамицин сияқты антибиотиктерге төтеп беруді қамтамасыз ететін ферменттердің гендері бар. Плазмидаларды хромосомалық ДНҚ-дан бөлекше таза түрінде алуға болады.
Құрылымдық генді векторға тіркесіп қосқанда рекомбинанттық ДНҚ пайда болады. ол үшін плазмиданы және керек гені бар ДНҚ-ның бөлшегін рестриктазамен жіп сияқты кеседі. Олардың ұштары бір тізбекті немесе мұқал басты болады. Мұқал және қысқа бір тізбекті ұштары трансфераза ферментінің көмегімен бірнеше аденинді (А) немесе бірнеше тимидинді (Т) жалғап үзартады. Плазмиданың жіп сияқты болған молекуласының да екі ұшы сондай болады. сөйтіп А мен Т комплементарлық болғандықтан, рестрикцияланған фрагменттерде жабысқақ ұштар пайда болады. оларды кейін ДНҚ лигазасымен бір-біріне жабыстырып қосып, булан рекомбинанттық ДНҚ жасалады. Оны клондап көбейту үшін бактерия жасушасына енгізеді.