خانه » طراحی اتاق نشیمن » ماهیت مهندسی ژنتیک. مهندسی ژنتیک (ژنتیک). اصلاح ژنتیکی - نسخه جدیدی از کشاورزی

ماهیت مهندسی ژنتیک. مهندسی ژنتیک (ژنتیک). اصلاح ژنتیکی - نسخه جدیدی از کشاورزی

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 5
مهندسی ژنتیک در خدمت به دست آوردن کیفیت های مورد نظر یک موجود قابل تغییر یا اصلاح شده ژنتیکی است. بر خلاف انتخاب سنتی، که طی آن ژنوتیپ تنها به طور غیرمستقیم در معرض تغییرات قرار می‌گیرد، مهندسی ژنتیک اجازه مداخله مستقیم در دستگاه ژنتیکی را با استفاده از تکنیک شبیه‌سازی مولکولی می‌دهد. نمونه هایی از کاربرد مهندسی ژنتیک عبارتند از تولید گونه های جدید اصلاح شده ژنتیکی محصولات غلات، تولید انسولین انسانی با استفاده از باکتری های اصلاح شده ژنتیکی، تولید اریتروپویتین در کشت سلولی یا نژادهای جدید موش های آزمایشی برای تحقیقات علمی.

اساس صنعت میکروبیولوژیکی و بیوسنتزی سلول باکتری است. سلول های لازم برای تولید صنعتی با توجه به ویژگی های خاصی انتخاب می شوند که مهمترین آنها توانایی تولید، سنتز، در حداکثر مقادیر ممکن، یک ترکیب خاص - یک اسید آمینه یا آنتی بیوتیک، یک هورمون استروئیدی یا یک اسید آلی است. . گاهی اوقات شما نیاز به یک میکروارگانیسم دارید که می تواند، برای مثال، از روغن یا فاضلاب به عنوان "غذا" استفاده کند و آن را به زیست توده یا حتی پروتئین کاملا مناسب برای افزودنی های خوراک تبدیل کند. گاهی اوقات ما به موجوداتی نیاز داریم که می توانند در دماهای بالا یا در حضور موادی رشد کنند که مطمئناً برای انواع دیگر میکروارگانیسم ها کشنده هستند.
وظیفه به دست آوردن چنین سویه های صنعتی برای اصلاح و انتخاب آنها بسیار مهم است، روش های متعددی برای تأثیرگذاری فعال بر سلول ایجاد شده است - از درمان با سموم قوی تا تابش رادیواکتیو. هدف این تکنیک ها یکی است - دستیابی به تغییرات در دستگاه ارثی و ژنتیکی سلول. نتیجه آن‌ها تولید میکروب‌های جهش‌یافته متعددی است که از میان صدها و هزاران مورد از آنها، دانشمندان سعی می‌کنند مناسب‌ترین آنها را برای یک هدف خاص انتخاب کنند. ایجاد روش های جهش زایی شیمیایی یا تشعشعی یک دستاورد برجسته زیست شناسی بود و به طور گسترده در بیوتکنولوژی مدرن استفاده می شود.
اما توانایی های آنها به دلیل ماهیت خود میکروارگانیسم ها محدود است. آنها قادر به سنتز تعدادی از مواد با ارزشی که در گیاهان، به ویژه در گیاهان دارویی و اسانسی تجمع می یابند، نیستند. آنها نمی توانند موادی را که برای زندگی حیوانات و انسان ها بسیار مهم هستند، تعدادی آنزیم، هورمون های پپتیدی، پروتئین های ایمنی، اینترفرون ها و بسیاری از ترکیبات ساده تر که در بدن حیوانات و انسان سنتز می شوند، سنتز کنند. البته، امکانات میکروارگانیسم ها به پایان نرسیده است. از کل فراوانی میکروارگانیسم‌ها، تنها بخش کوچکی توسط علم و به‌ویژه صنعت استفاده شده است. برای انتخاب میکروارگانیسم‌ها، برای مثال، باکتری‌های بی‌هوازی که می‌توانند در غیاب اکسیژن زندگی کنند، فوتوتروف‌هایی که از انرژی نور استفاده می‌کنند مانند گیاهان، شیمی‌آواتوتروف‌ها، باکتری‌های گرمادوست که می‌توانند در دماها زندگی کنند، که اخیراً کشف شده است، بسیار مورد توجه هستند. 110 درجه سانتیگراد و غیره
و با این حال محدودیت های "مواد طبیعی" آشکار است. آنها سعی کرده اند و می کوشند با کمک کشت سلولی و بافتی گیاهان و جانوران محدودیت ها را دور بزنند. این یک مسیر بسیار مهم و امیدوارکننده است که در بیوتکنولوژی نیز در حال اجراست. در طول چند دهه گذشته، دانشمندان روش‌هایی را توسعه داده‌اند که با استفاده از آن‌ها می‌توان سلول‌های بافتی یک گیاه یا حیوان را برای رشد و تکثیر جدا از بدن، مانند سلول‌های باکتریایی، ساخت. این یک دستاورد مهم بود - کشت های سلولی حاصل برای آزمایش ها و برای تولید صنعتی مواد خاصی استفاده می شود که با استفاده از کشت های باکتریایی نمی توان آنها را به دست آورد.
جهت دیگر تحقیق، حذف ژن‌هایی از DNA است که برای کدگذاری پروتئین‌ها و عملکرد ارگانیسم‌ها غیرضروری هستند و ایجاد موجودات مصنوعی با "مجموعه کوتاه" ژن‌های مبتنی بر چنین DNA. این امکان افزایش چشمگیر مقاومت موجودات اصلاح شده در برابر ویروس ها را فراهم می کند.

تاریخچه توسعه و سطح به دست آمده از تکنولوژی

در نیمه دوم قرن بیستم، چندین اکتشاف و اختراع مهم انجام شد مهندسی ژنتیک. چندین سال تلاش برای "خواندن" اطلاعات بیولوژیکی که در ژن ها "نوشته شده" است با موفقیت به پایان رسیده است. این کار توسط دانشمند انگلیسی فردریک سانگر و دانشمند آمریکایی والتر گیلبرت (جایزه نوبل شیمی 1980) آغاز شد. همانطور که مشخص است، ژن ها حاوی اطلاعات دستورالعمل هایی برای سنتز مولکول های RNA و پروتئین ها، از جمله آنزیم ها، در بدن هستند. برای وادار کردن سلول به سنتز مواد جدیدی که برای آن غیرمعمول است، لازم است مجموعه های مربوطه از آنزیم ها در آن سنتز شوند. و برای این کار لازم است یا به طور هدفمند ژن های واقع در آن را تغییر دهید یا ژن های جدید و قبلاً غایب را در آن وارد کنید. تغییرات در ژن ها در سلول های زنده جهش هستند. آنها تحت تأثیر، به عنوان مثال، جهش زاها - سموم شیمیایی یا تشعشع رخ می دهند. اما چنین تغییراتی را نمی توان کنترل یا هدایت کرد. بنابراین، دانشمندان تلاش خود را بر تلاش برای توسعه روش هایی برای معرفی ژن های جدید و بسیار خاص مورد نیاز انسان در سلول ها متمرکز کرده اند.
مراحل اصلی حل یک مسئله مهندسی ژنتیک به شرح زیر است:
1. به دست آوردن یک ژن جدا شده
2. معرفی یک ژن به یک ناقل برای انتقال به بدن.
3. انتقال یک ناقل با یک ژن به ارگانیسم اصلاح شده.
4. تبدیل سلول های بدن.
5. انتخاب ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی ( GMO) و حذف مواردی که با موفقیت اصلاح نشده اند.
فرآیند سنتز ژن در حال حاضر به خوبی توسعه یافته و حتی تا حد زیادی خودکار است. دستگاه های ویژه ای مجهز به رایانه وجود دارد که در حافظه آنها برنامه هایی برای سنتز توالی های مختلف نوکلئوتیدی ذخیره می شود. این دستگاه قطعات DNA را تا 100-120 باز نیتروژن در طول (الیگونوکلئوتیدها) سنتز می کند. تکنیکی فراگیر شده است که استفاده از واکنش زنجیره ای پلیمراز را برای سنتز DNA، از جمله DNA جهش یافته، ممکن می سازد. یک آنزیم مقاوم در برابر حرارت، DNA پلیمراز، در آن برای سنتز DNA الگو استفاده می شود، که برای آن از قطعات مصنوعی اسید نوکلئیک - الیگونوکلئوتیدها - به عنوان دانه استفاده می شود. آنزیم ترانس کریپتاز معکوس با استفاده از چنین آغازگرهایی اجازه می دهد تا DNA را روی یک الگوی RNA جدا شده از سلول ها سنتز کنند. DNA سنتز شده به این روش، DNA مکمل (RNA) یا cDNA نامیده می شود. یک ژن جدا شده و "از نظر شیمیایی خالص" را نیز می توان از کتابخانه فاژ به دست آورد. این نام یک آماده سازی باکتریوفاژ است که در ژنوم آن قطعات تصادفی از ژنوم یا cDNA ساخته شده است که توسط فاژ به همراه تمام DNA آن بازتولید می شود.
تکنیک وارد کردن ژن به باکتری پس از کشف پدیده تبدیل باکتری توسط فردریک گریفیث ایجاد شد. این پدیده بر اساس یک فرآیند جنسی اولیه است که در باکتری ها با تبادل قطعات کوچک DNA غیر کروموزومی، پلاسمیدها همراه است. فناوری های پلاسمید اساس معرفی ژن های مصنوعی به سلول های باکتریایی را تشکیل دادند.
مشکلات قابل توجهی با معرفی یک ژن آماده به دستگاه ارثی سلول های گیاهی و حیوانی همراه بود. با این حال، در طبیعت مواردی وجود دارد که DNA خارجی (ویروس یا باکتریوفاژ) در دستگاه ژنتیکی یک سلول قرار می گیرد و با کمک مکانیسم های متابولیکی آن، شروع به سنتز پروتئین "خود" می کند. دانشمندان ویژگی های معرفی DNA خارجی را مطالعه کردند و از آن به عنوان یک اصل برای وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول استفاده کردند. این فرآیند ترانسفکشن نامیده می شود.
اگر ارگانیسم های تک سلولی یا کشت های سلولی چند سلولی در معرض تغییر قرار گیرند، در این مرحله شبیه سازی آغاز می شود، یعنی انتخاب آن موجودات و فرزندان آنها (کلون ها) که دستخوش تغییر شده اند. هنگامی که وظیفه به دست آوردن ارگانیسم های چند سلولی است، سلول هایی با ژنوتیپ تغییر یافته برای تکثیر رویشی گیاهان استفاده می شوند یا در مورد حیوانات وارد بلاستوسیست های مادر جایگزین می شوند. در نتیجه، توله ها با ژنوتیپ تغییر یافته یا بدون تغییر به دنیا می آیند، که از بین آنها فقط آنهایی که تغییرات مورد انتظار را نشان می دهند انتخاب و با یکدیگر تلاقی می کنند.

کاربرد در تحقیقات علمی

اگرچه در مقیاس کوچک، مهندسی ژنتیک در حال حاضر برای دادن شانس باردار شدن به زنان مبتلا به برخی از انواع ناباروری استفاده می شود. برای این منظور از تخم های یک زن سالم استفاده می شود. در نتیجه کودک ژنوتیپ را از یک پدر و دو مادر به ارث می برد.
با این حال، امکان ایجاد تغییرات مهم تر در ژنوم انسان با تعدادی از مشکلات اخلاقی جدی مواجه است. در سال 2016، در ایالات متحده، گروهی از دانشمندان تأییدیه آزمایشات بالینی روشی برای درمان سرطان با استفاده از سلول های ایمنی خود بیمار را دریافت کردند که در معرض تغییرات ژنتیکی با استفاده از فناوری CRISPR / Cas9 قرار گرفت.

مهندسی سلول

مهندسی سلولی مبتنی بر پرورش سلول ها و بافت های گیاهی و حیوانی است که قادر به تولید مواد لازم برای انسان در خارج از بدن هستند. این روش برای تکثیر کلونال (غیر جنسی) اشکال گیاهی با ارزش استفاده می شود. برای به دست آوردن سلول های هیبریدی که ترکیبی از خواص، به عنوان مثال، لنفوسیت های خون و سلول های تومور است، که امکان دستیابی سریع آنتی بادی ها را فراهم می کند.

مهندسی ژنتیک در روسیه

خاطرنشان می شود که پس از معرفی ثبت دولتی GMOs، فعالیت برخی از سازمان های عمومی و نمایندگان منفرد دومای دولتی، در تلاش برای جلوگیری از معرفی بیوتکنولوژی های نوآورانه در کشاورزی روسیه، به طور قابل توجهی افزایش یافته است. بیش از 350 دانشمند روسی نامه ای سرگشاده از سوی انجمن کارگران علمی در حمایت از توسعه مهندسی ژنتیک در فدراسیون روسیه امضا کردند. در نامه سرگشاده اشاره شده است که ممنوعیت تراریخته‌ها در روسیه نه تنها به رقابت سالم در بازار کشاورزی آسیب می‌رساند، بلکه به تاخیر قابل توجهی در فناوری‌های تولید مواد غذایی، افزایش وابستگی به واردات مواد غذایی منجر می‌شود و اعتبار روسیه را به عنوان یک کشور تضعیف خواهد کرد. که در آن دوره ای برای توسعه نوآورانه به طور رسمی اعلام شده است [ اهمیت واقعیت؟ ] .

همچنین ببینید

یادداشت
1. الکساندر پانچینضرب و شتم خدا // مکانیک محبوب. - 2017. - شماره 3. - ص 32-35. - آدرس: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
2. ویرایش درون تنی ژنوم با استفاده از سیستم TALEN با کارایی بالا(انگلیسی) . طبیعت. بازبینی شده در 10 ژانویه 2017.
3. عناصر - اخبار علم: میمون ها با استفاده از ژن درمانی از کوررنگی درمان شدند. (تعریف نشده) (18 سپتامبر 2009). بازبینی شده در 10 ژانویه 2017.
مهندسی ژنتیک
مطالب از ویکی پدیا - دانشنامه آزاد
مهندسی ژنتیک مجموعه ای از تکنیک ها، روش ها و فناوری ها برای به دست آوردن RNA و DNA نوترکیب، جداسازی ژن ها از یک موجود زنده (سلول ها)، دستکاری ژن ها و معرفی آنها به موجودات دیگر است.
مهندسی ژنتیک یک علم به معنای وسیع نیست، بلکه یک ابزار بیوتکنولوژی است که از تحقیقات علوم زیستی مانند زیست شناسی مولکولی و سلولی، سیتولوژی، ژنتیک، میکروبیولوژی، ویروس شناسی استفاده می کند.
1 اهمیت اقتصادی
2 تاریخچه توسعه و سطح دست یافته فناوری
3 کاربرد در تحقیقات علمی
4 مهندسی ژنتیک انسانی
5 یادداشت
7 ادبیات
اهمیت اقتصادی
مهندسی ژنتیک در خدمت به دست آوردن کیفیت های مورد نظر یک ارگانیسم اصلاح شده یا اصلاح شده ژنتیکی است. بر خلاف انتخاب سنتی، که طی آن ژنوتیپ تنها به طور غیرمستقیم در معرض تغییرات قرار می‌گیرد، مهندسی ژنتیک اجازه مداخله مستقیم در دستگاه ژنتیکی را با استفاده از تکنیک شبیه‌سازی مولکولی می‌دهد. نمونه هایی از کاربردهای مهندسی ژنتیک عبارتند از تولید انواع جدید محصولات غلات اصلاح شده ژنتیکی، تولید انسولین انسانی با استفاده از باکتری های اصلاح شده ژنتیکی، تولید اریتروپویتین در کشت سلولی یا نژادهای جدید موش های آزمایشی برای تحقیقات علمی.
اساس صنعت میکروبیولوژیکی و بیوسنتزی سلول باکتری است. سلول های لازم برای تولید صنعتی با توجه به ویژگی های خاصی انتخاب می شوند که مهمترین آنها توانایی تولید، سنتز، در حداکثر مقادیر ممکن، یک ترکیب خاص - یک اسید آمینه یا آنتی بیوتیک، یک هورمون استروئیدی یا یک اسید آلی است. . گاهی اوقات شما نیاز به یک میکروارگانیسم دارید که می تواند، برای مثال، از روغن یا فاضلاب به عنوان "غذا" استفاده کند و آن را به زیست توده یا حتی پروتئین کاملا مناسب برای افزودنی های خوراک تبدیل کند. گاهی اوقات ما به موجوداتی نیاز داریم که می توانند در دماهای بالا یا در حضور موادی رشد کنند که مطمئناً برای انواع دیگر میکروارگانیسم ها کشنده هستند.
وظیفه به دست آوردن چنین سویه های صنعتی بسیار مهم است، روش های متعددی برای تأثیرگذاری فعال بر سلول برای اصلاح و انتخاب آنها ایجاد شده است - از درمان با سموم قوی تا تابش رادیواکتیو. هدف این تکنیک ها یکی است - دستیابی به تغییرات در دستگاه ارثی و ژنتیکی سلول. نتیجه آن‌ها تولید میکروب‌های جهش‌یافته متعددی است که از میان صدها و هزاران مورد، دانشمندان سعی می‌کنند مناسب‌ترین را برای یک هدف خاص انتخاب کنند. ایجاد روش های جهش زایی شیمیایی یا تشعشعی یک دستاورد برجسته زیست شناسی بود و به طور گسترده در بیوتکنولوژی مدرن استفاده می شود.
اما توانایی های آنها به دلیل ماهیت خود میکروارگانیسم ها محدود است. آنها قادر به سنتز تعدادی از مواد با ارزشی که در گیاهان، به ویژه در گیاهان دارویی و اسانسی تجمع می یابند، نیستند. آنها نمی توانند موادی را که برای زندگی حیوانات و انسان ها بسیار مهم هستند، تعدادی آنزیم، هورمون های پپتیدی، پروتئین های ایمنی، اینترفرون ها و بسیاری از ترکیبات ساده تر که در بدن حیوانات و انسان سنتز می شوند، سنتز کنند. البته، امکانات میکروارگانیسم ها به پایان نرسیده است. از کل فراوانی میکروارگانیسم‌ها، تنها بخش کوچکی توسط علم و به‌ویژه صنعت استفاده شده است. برای انتخاب میکروارگانیسم‌ها، برای مثال، باکتری‌های بی‌هوازی که می‌توانند در غیاب اکسیژن زندگی کنند، فوتوتروف‌هایی که از انرژی نور استفاده می‌کنند مانند گیاهان، شیمی‌آوتوتروف‌ها، باکتری‌های گرمادوست که می‌توانند در دماها زندگی کنند، بسیار مورد توجه هستند. حدود 110 درجه سانتیگراد و غیره
و با این حال محدودیت های "مواد طبیعی" آشکار است. آنها سعی کرده اند و می کوشند با کمک کشت سلولی و بافتی گیاهان و جانوران محدودیت ها را دور بزنند. این یک مسیر بسیار مهم و امیدوارکننده است که در بیوتکنولوژی نیز در حال اجراست. در طول چند دهه گذشته، دانشمندان روش‌هایی را توسعه داده‌اند که با استفاده از آن‌ها می‌توان سلول‌های بافتی یک گیاه یا حیوان را به طور جداگانه از بدن مانند سلول‌های باکتریایی رشد و تکثیر کرد. این یک دستاورد مهم بود - کشت های سلولی به دست آمده برای آزمایش ها و برای تولید صنعتی مواد خاصی استفاده می شود که با استفاده از کشت های باکتریایی به دست نمی آیند.
[ویرایش]
تاریخچه توسعه و سطح به دست آمده از تکنولوژی
در نیمه دوم قرن بیستم، چندین اکتشاف و اختراع مهم انجام شد که زمینه ساز مهندسی ژنتیک بود. چندین سال تلاش برای "خواندن" اطلاعات بیولوژیکی که در ژن ها "نوشته شده" است با موفقیت به پایان رسیده است. این کار توسط دانشمند انگلیسی F. Sanger و دانشمند آمریکایی W. Gilbert (جایزه نوبل در شیمی 1980) آغاز شد. همانطور که مشخص است، ژن ها حاوی اطلاعات دستورالعمل هایی برای سنتز مولکول های RNA و پروتئین ها، از جمله آنزیم ها، در بدن هستند. برای وادار کردن سلول به سنتز مواد جدیدی که برای آن غیرمعمول است، لازم است مجموعه های مربوطه از آنزیم ها در آن سنتز شوند. و برای این کار لازم است یا به طور هدفمند ژن های واقع در آن را تغییر دهید یا ژن های جدید و قبلاً غایب را در آن وارد کنید. تغییرات در ژن ها در سلول های زنده جهش هستند. آنها تحت تأثیر، به عنوان مثال، جهش زاها - سموم شیمیایی یا تشعشع رخ می دهند. اما چنین تغییراتی را نمی توان کنترل یا هدایت کرد. بنابراین، دانشمندان تلاش خود را بر تلاش برای توسعه روش هایی برای معرفی ژن های جدید و بسیار خاص مورد نیاز انسان در سلول ها متمرکز کرده اند.
مراحل اصلی حل یک مسئله مهندسی ژنتیک به شرح زیر است:
1. بدست آوردن ژن ایزوله.
2. معرفی ژن به یک ناقل برای انتقال به بدن.
3. انتقال ناقل با ژن به ارگانیسم اصلاح شده.
4. تبدیل سلول های بدن.
5. انتخاب ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی (GMOs) و حذف آنهایی که با موفقیت اصلاح نشده اند.
فرآیند سنتز ژن در حال حاضر به خوبی توسعه یافته و حتی تا حد زیادی خودکار است. دستگاه های ویژه ای مجهز به رایانه وجود دارد که در حافظه آنها برنامه هایی برای سنتز توالی های مختلف نوکلئوتیدی ذخیره می شود. این دستگاه قطعات DNA را تا 100-120 باز نیتروژن در طول (الیگونوکلئوتیدها) سنتز می کند. تکنیکی فراگیر شده است که استفاده از واکنش زنجیره ای پلیمراز را برای سنتز DNA، از جمله DNA جهش یافته، ممکن می سازد. یک آنزیم مقاوم در برابر حرارت، DNA پلیمراز، در آن برای سنتز DNA الگو استفاده می شود، که برای آن از قطعات مصنوعی اسید نوکلئیک - الیگونوکلئوتیدها - به عنوان دانه استفاده می شود. آنزیم ترانس کریپتاز معکوس با استفاده از چنین آغازگرهایی اجازه می دهد تا DNA را بر روی ماتریکسی از RNA مشتق شده از سلول ها سنتز کنند. DNA سنتز شده به این روش، DNA مکمل (RNA) یا cDNA نامیده می شود. یک ژن جدا شده و "از نظر شیمیایی خالص" را نیز می توان از کتابخانه فاژ به دست آورد. این نام یک آماده سازی باکتریوفاژ است که در ژنوم آن قطعات تصادفی از ژنوم یا cDNA ساخته شده است که توسط فاژ به همراه تمام DNA آن تکثیر می شود.
برای قرار دادن یک ژن در یک ناقل، از آنزیم ها استفاده می شود - آنزیم های محدود کننده و لیگازها، که همچنین ابزارهای مفیدی برای مهندسی ژنتیک هستند. با استفاده از آنزیم های محدود کننده، ژن و ناقل را می توان به قطعات تقسیم کرد. با کمک لیگازها، چنین قطعاتی را می توان "به هم چسباند"، در ترکیبی متفاوت ترکیب کرد، یک ژن جدید ساخت یا آن را در یک ناقل محصور کرد. برای کشف آنزیم های محدود کننده، ورنر آربر، دانیل ناتانز و همیلتون اسمیت نیز جایزه نوبل (1978) را دریافت کردند.
تکنیک وارد کردن ژن به باکتری پس از کشف پدیده تبدیل باکتری توسط فردریک گریفیث ایجاد شد. این پدیده بر اساس یک فرآیند جنسی اولیه است که در باکتری ها با تبادل قطعات کوچک DNA غیر کروموزومی، پلاسمیدها همراه است. فناوری های پلاسمید اساس معرفی ژن های مصنوعی به سلول های باکتریایی را تشکیل دادند.
مشکلات قابل توجهی با معرفی یک ژن آماده به دستگاه ارثی سلول های گیاهی و حیوانی همراه بود. با این حال، در طبیعت مواردی وجود دارد که DNA خارجی (ویروس یا باکتریوفاژ) در دستگاه ژنتیکی یک سلول قرار می گیرد و با کمک مکانیسم های متابولیکی آن، شروع به سنتز پروتئین "خود" می کند. دانشمندان ویژگی های معرفی DNA خارجی را مطالعه کردند و از آن به عنوان یک اصل برای وارد کردن مواد ژنتیکی به سلول استفاده کردند. این فرآیند ترانسفکشن نامیده می شود.
اگر ارگانیسم‌های تک سلولی یا کشت‌های سلولی چند سلولی دستخوش تغییر شوند، شبیه‌سازی در این مرحله آغاز می‌شود، یعنی. انتخاب آن موجودات و فرزندان آنها (کلون) که دستخوش تغییر شده اند. هنگامی که وظیفه به دست آوردن ارگانیسم های چند سلولی است، سلول هایی با ژنوتیپ تغییر یافته برای تکثیر رویشی گیاهان استفاده می شوند یا در مورد حیوانات وارد بلاستوسیست های مادر جایگزین می شوند. در نتیجه، توله ها با ژنوتیپ تغییر یافته یا بدون تغییر به دنیا می آیند، که از بین آنها فقط آنهایی که تغییرات مورد انتظار را نشان می دهند انتخاب و با یکدیگر تلاقی می کنند.
کاربرد در تحقیقات علمی
ناک اوت ژنتیکی حذف ژنتیکی می تواند برای مطالعه عملکرد یک ژن خاص استفاده شود. این نام تکنیک حذف یک یا چند ژن است که به فرد امکان می دهد عواقب چنین جهشی را مطالعه کند. برای حذف، همان ژن یا قطعه آن سنتز می شود، طوری اصلاح می شود که محصول ژن عملکرد خود را از دست می دهد. برای تولید موش های ناک اوت، ساختار دستکاری شده ژنتیکی به سلول های بنیادی جنینی وارد می شود و ژن طبیعی را با آن جایگزین می کند و سلول های تغییر یافته در بلاستوسیست های مادر جایگزین کاشته می شود. در مگس میوه مگس سرکه، جهش‌ها در جمعیت زیادی آغاز می‌شود و از آن‌ها فرزندان با جهش مورد نظر جستجو می‌شوند. به روشی مشابه، ناک اوت در گیاهان و میکروارگانیسم ها به دست می آید.
بیان مصنوعی. یک اضافه منطقی به ناک اوت بیان مصنوعی است، یعنی. اضافه کردن ژنی به بدن که قبلا نداشت. از این تکنیک مهندسی ژنتیک می توان برای مطالعه عملکرد ژن نیز استفاده کرد. در اصل، روند معرفی ژن‌های اضافی مانند ناک اوت است، اما ژن‌های موجود جایگزین یا آسیب نمی‌بینند.
برچسب گذاری محصولات ژنی زمانی استفاده می شود که وظیفه مطالعه محلی سازی یک محصول ژنی باشد. یکی از راه های برچسب گذاری جایگزینی ژن طبیعی با ژنی است که با یک عنصر گزارشگر ترکیب شده است، به عنوان مثال، ژن پروتئین فلورسنت سبز (GRF). این پروتئین که در نور آبی فلورسانس می شود، برای تجسم محصول اصلاح ژنتیکی استفاده می شود. اگرچه این تکنیک راحت و مفید است، اما عوارض جانبی آن ممکن است از دست دادن جزئی یا کامل عملکرد پروتئین مورد نظر باشد. یک روش پیچیده تر، اگرچه نه چندان راحت، افزودن الیگوپپتیدهای کوچکتر به پروتئین مورد مطالعه است که می تواند با استفاده از آنتی بادی های خاص شناسایی شود.
مطالعه مکانیسم بیان. در چنین آزمایشاتی، هدف بررسی شرایط بیان ژن است. ویژگی‌های بیان عمدتاً به قطعه کوچکی از DNA که در جلوی ناحیه کدکننده قرار دارد بستگی دارد، که پروموتر نامیده می‌شود و برای اتصال فاکتورهای رونویسی عمل می‌کند. این بخش به بدن وارد می شود و به جای آن یک ژن گزارشگر، به عنوان مثال، همان GFP یا آنزیمی که یک واکنش به خوبی قابل تشخیص را کاتالیز می کند، می گیرد. علاوه بر این واقعیت که عملکرد پروموتر در بافت های خاص در یک زمان به وضوح قابل مشاهده است، چنین آزمایشاتی امکان مطالعه ساختار پروموتر را با حذف یا افزودن قطعات DNA به آن و همچنین تقویت مصنوعی آن فراهم می کند. کارکرد.
[ویرایش]
مهندسی ژنتیک انسانی
هنگامی که مهندسی ژنتیک برای انسان ها اعمال شود، می توان برای درمان بیماری های ارثی استفاده کرد. با این حال، بین درمان خود بیمار و تغییر ژنوم فرزندان او تفاوت معناداری وجود دارد.
اگرچه در مقیاس کوچک، مهندسی ژنتیک در حال حاضر برای کمک به بارداری زنان مبتلا به برخی از انواع ناباروری استفاده می شود. برای این منظور از تخم های یک زن سالم استفاده می شود. در نتیجه کودک ژنوتیپ را از یک پدر و دو مادر به ارث می برد. با کمک مهندسی ژنتیک می توان فرزندانی با ظاهر، توانایی های ذهنی و جسمی، منش و رفتار تغییر یافته به دست آورد. اصولاً می توان تغییرات جدی تری ایجاد کرد، اما در مسیر چنین تحولاتی، بشریت نیازمند حل بسیاری از مشکلات اخلاقی است.
یادداشت
اخبار بی بی سی. news.bbc.co.uk بازیابی شده در 2008-04-26
ادبیات
Singer M., Berg P. ژن ها و ژنوم ها. - مسکو، 1998.
استنت G.، Kalindar R. ژنتیک مولکولی. - مسکو، 1981.
Sambrook J.، Fritsch E.F.، Maniatis T. Molecular Cloning. - 1989.

ارسال کار خوب خود در پایگاه دانش ساده است. از فرم زیر استفاده کنید

دانشجویان، دانشجویان تحصیلات تکمیلی، دانشمندان جوانی که از دانش پایه در تحصیل و کار خود استفاده می کنند از شما بسیار سپاسگزار خواهند بود.

ارسال شده در http://www.allbest.ru/

مهندسی ژنتیک،مجموعه ای از روش های بیوشیمی و ژنتیک مولکولی که با کمک آنها اطلاعات ژنتیکی ترکیبی هدایت شده هر موجود زنده انجام می شود.

مهندسی ژنتیک امکان غلبه بر موانع بین گونه ای طبیعی را فراهم می کند که از تبادل اطلاعات ژنتیکی بین گونه های موجودات از نظر طبقه بندی دورتر جلوگیری می کند و سلول ها و موجوداتی را با ترکیبی از ژن هایی که در طبیعت وجود ندارند، با ویژگی های موروثی مشخص ایجاد می کند. هدف اصلی تأثیر مهندسی ژنتیک حامل اطلاعات ژنتیکی - اسید دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA) است که مولکول آن معمولاً از دو زنجیره تشکیل شده است. ویژگی دقیق جفت شدن پایه های پورین و پیریمیدین خاصیت مکمل بودن - مطابقت متقابل نوکلئوتیدها در دو زنجیره را تعیین می کند. ایجاد ترکیب‌های ژنی جدید به دلیل شباهت اساسی در ساختار مولکول‌های DNA در همه انواع موجودات ممکن است و در واقع جهانی بودن کد ژنتیکی بیان ژن‌های خارجی (تجلی عملکرد آنها) را تضمین می‌کند. فعالیت) در هر نوع سلولی. این نیز با انباشت دانش در زمینه شیمی اسید نوکلئیک، شناسایی ویژگی های مولکولی سازمان و عملکرد ژن ها (از جمله ایجاد مکانیسم هایی برای تنظیم بیان آنها و امکان تابع کردن ژن ها به عمل " عناصر تنظیمی خارجی)، توسعه روش های توالی یابی DNA، و کشف واکنش زنجیره ای پلیمراز، که سنتز سریع هر قطعه DNA را ممکن ساخت. پیش نیازهای مهم برای ظهور مهندسی ژنتیک عبارت بودند از: کشف پلاسمیدهایی با قابلیت تکثیر مستقل و انتقال از یک سلول باکتری به سلول دیگر و پدیده انتقال - انتقال ژن های خاص توسط باکتریوفاژها که امکان فرموله کردن ایده ناقل ها: مولکول ها - حامل های ژن. آنزیم های دخیل در تبدیل اسیدهای نوکلئیک نقش بزرگی در توسعه روش مهندسی ژنتیک ایفا کردند: آنزیم های محدود کننده (توالی های کاملاً تعریف شده - مکان ها - در مولکول های DNA را می شناسند و رشته های دوگانه را در این مکان ها "برش می دهند")، لیگازهای DNA (به صورت کووالانسی متصل می شوند). تک تک قطعات DNA)، ترانس کریپتاز معکوس (یک کپی مکمل از DNA یا cDNA را روی یک الگوی RNA سنتز می کند)، و غیره. تنها با در دسترس بودن آنها، ایجاد ساختارهای مصنوعی از نظر فنی به یک کار امکان پذیر تبدیل شده است. از آنزیم ها برای به دست آوردن تکه های DNA (ژن ها) و ایجاد هیبریدهای مولکولی - DNA نوترکیب (recDNA) بر اساس DNA پلاسمیدها و ویروس ها استفاده می شود. دومی ژن مورد نظر را به سلول میزبان می رساند و از تولید مثل آن در آنجا (کلونینگ) و تشکیل محصول نهایی ژن (بیان آن) اطمینان حاصل می کند.

اصول خلقتتجزیه و تحلیل مولکول های DNA نوترکیب

اصطلاح "مهندسی ژنتیک" پس از آن رایج شد که در سال 1972 پی. برگ و همکارانش برای اولین بار DNA نوترکیب را به دست آوردند که ترکیبی بود که در آن قطعات DNA باکتری اشریشیا کلی، ویروس آن (باکتریوفاژ a) و DNA ویروس سیمیان SV40 بود. ترکیب شدند. در سال 1973، اس. کوهن و همکارانش از پلاسمید pSC101 و یک آنزیم محدود کننده (EcoRI) استفاده کردند که آن را در یک مکان باز می کند تا "دم"های تک رشته ای مکمل کوتاه (معمولا 4 تا 6 نوکلئوتید) در انتهای یک رشته تشکیل شود. مولکول DNA دو رشته ای آنها را "چسبنده" می نامیدند زیرا می توانستند با یکدیگر جفت شوند (به طور معمول به هم بچسبند). هنگامی که چنین DNA با قطعاتی از DNA خارجی تیمار شده با همان آنزیم محدود کننده و دارای انتهای چسبنده یکسان مخلوط شد، پلاسمیدهای هیبریدی جدیدی به دست آمد که هر کدام حاوی حداقل یک قطعه DNA خارجی است که در محل EcoRI پلاسمید وارد شده است. آشکار شد که قطعات DNA خارجی مختلف که از میکروارگانیسم‌ها و یوکاریوت‌های بالاتر به دست آمده‌اند را می‌توان در چنین پلاسمیدهایی قرار داد.

استراتژی اصلی مدرن برای به دست آوردن recDNA به شرح زیر است:

1) قطعات DNA متعلق به ارگانیسم دیگری حاوی ژن های خاص یا توالی های نوکلئوتیدی به دست آمده مصنوعی مورد علاقه محقق در DNA پلاسمید یا ویروسی قرار می گیرند که می تواند مستقل از کروموزوم تولید مثل کند.

2) مولکول های هیبریدی به دست آمده به سلول های حساس پروکاریوتی یا یوکاریوتی وارد می شوند، جایی که آنها با قطعات DNA ساخته شده در آنها همانندسازی می شوند (تکثیر، تکثیر می شوند).

3) کلون های سلولی به صورت کلونی بر روی محیط های غذایی ویژه (یا ویروس ها به شکل مناطق پاک کننده - پلاک هایی روی لایه ای از رشد مداوم سلول های باکتریایی یا کشت بافت حیوانی) حاوی انواع مولکول های مورد نیاز recDNA انتخاب شده و در معرض آنها قرار می گیرند. به مطالعات ساختاری و عملکردی جامع.

برای تسهیل انتخاب سلول‌هایی که recDNA در آن‌ها وجود دارد، از وکتورهای حاوی یک یا چند نشانگر استفاده می‌شود. برای مثال، در پلاسمیدها، ژن‌های مقاومت آنتی‌بیوتیکی می‌توانند به عنوان چنین نشانگرهایی عمل کنند (سلول‌های حاوی recDNA بر اساس توانایی آنها برای رشد در حضور یک آنتی‌بیوتیک خاص انتخاب می‌شوند). RecDNA حامل ژن های مورد نظر انتخاب شده و به سلول های گیرنده وارد می شود. از این لحظه، شبیه سازی مولکولی آغاز می شود - به دست آوردن نسخه هایی از رودخانه های DNA، و در نتیجه، کپی هایی از ژن های هدف در ترکیب آن. تنها در صورتی که امکان جداسازی تمام سلول های ترانسفکت شده یا آلوده وجود داشته باشد، هر کلون با یک کلنی جداگانه از سلول ها نشان داده می شود و حاوی مقدار مشخصی DNA است. در مرحله نهایی، کلون های حاوی ژن مورد نظر شناسایی می شوند. یکی بر این واقعیت استوار است که قرار دادن در یک جریان DNA برخی از ویژگی های منحصر به فرد سلول حاوی آن را تعیین می کند (به عنوان مثال، محصول بیانی ژن درج شده). در آزمایش‌های شبیه‌سازی مولکولی، 2 اصل اساسی رعایت می‌شود: هیچ یک از سلول‌هایی که رودخانه‌های DNA شبیه‌سازی می‌شوند، نباید بیش از یک مولکول پلاسمید یا ذره ویروسی دریافت کنند. دومی باید قابلیت تکرار داشته باشد.

طیف وسیعی از پلاسمیدها و DNAهای ویروسی به عنوان مولکول های ناقل در مهندسی ژنتیک استفاده می شوند. محبوب‌ترین ناقل‌های شبیه‌سازی حاوی چندین نشانگر ژنتیکی هستند و یک مکان عمل برای آنزیم‌های محدودکننده مختلف دارند. برای مثال، چنین الزاماتی به بهترین وجه توسط پلاسمید pBR322 برآورده می‌شود که از یک پلاسمید طبیعی با استفاده از روش‌های مورد استفاده در هنگام کار با recDNA ساخته شده است. حاوی ژن هایی برای مقاومت به آمپی سیلین و تتراسایکلین و همچنین یک مکان شناسایی برای 19 آنزیم محدود کننده مختلف است. یک مورد خاص از وکتورهای شبیه سازی، وکتورهای بیانی هستند که همراه با تقویت، بیان صحیح و موثر ژن های خارجی را در سلول های گیرنده تضمین می کنند. در برخی موارد، وکتورهای مولکولی می توانند از ادغام DNA خارجی در ژنوم یک سلول یا ویروس اطمینان حاصل کنند (به آنها وکتورهای یکپارچه می گویند).

یکی از مهمترین وظایف مهندسی ژنتیک، ایجاد سویه‌هایی از باکتری‌ها یا مخمرها، رده‌های سلولی بافت‌های حیوانی یا گیاهی و همچنین گیاهان و جانوران تراریخته است که بیان مؤثر ژن‌های شبیه‌سازی شده در آنها را تضمین می‌کند. اگر ژن ها در وکتورهای چند کپی کلون شوند، سطح بالایی از تولید پروتئین حاصل می شود، زیرا در این حالت ژن هدف در مقادیر زیادی در سلول وجود خواهد داشت. مهم است که توالی کد کننده DNA تحت کنترل یک پروموتر باشد که به طور موثر توسط RNA پلیمراز سلول شناسایی می شود و mRNA حاصل نسبتاً پایدار و به طور مؤثر ترجمه می شود. علاوه بر این، پروتئین خارجی سنتز شده در سلول های گیرنده نباید در معرض تخریب سریع توسط پروتئازهای داخل سلولی قرار گیرد. هنگام ایجاد حیوانات و گیاهان تراریخته، بیان خاص بافت ژن های هدف معرفی شده اغلب به دست می آید.

از آنجایی که کد ژنتیکی جهانی است، امکان بیان ژن تنها با وجود سیگنال هایی برای شروع و خاتمه رونویسی و ترجمه در ترکیب آن تعیین می شود که به درستی توسط سلول میزبان تشخیص داده می شود. از آنجایی که بیشتر ژن‌های یوکاریوت‌های بالاتر دارای ساختار اگزون-اینترون ناپیوسته هستند، در نتیجه رونویسی چنین ژن‌هایی، یک پیش‌ساز RNA الگو تشکیل می‌شود که از آن، در طول پیرایش بعدی، توالی‌های غیر کدکننده - اینترون‌ها - شکافته شده و mRNA بالغ می‌شوند. تشکیل می شود. چنین ژن هایی را نمی توان در سلول های باکتریایی که در آن سیستم پیرایشی وجود ندارد بیان کرد. برای غلبه بر این مانع، یک کپی DNA (cDNA) با استفاده از رونوشت معکوس بر روی مولکول‌های mRNA بالغ سنتز می‌شود که رشته دوم با استفاده از DNA پلیمراز به آن اضافه می‌شود. چنین قطعات DNA مربوط به توالی کد کننده ژن ها (دیگر با اینترون ها جدا نمی شوند) می توانند در یک ناقل مولکولی مناسب وارد شوند.

با دانستن توالی اسید آمینه پلی پپتید هدف، می‌توان توالی نوکلئوتیدی کدکننده آن را سنتز کرد، معادل ژنی به دست آورد و آن را در ناقل بیانی مربوطه وارد کرد. هنگام ایجاد یک ژن معادل، معمولاً انحطاط کد ژنتیکی (20 اسید آمینه با 61 کدون کدگذاری می‌شوند) و فراوانی وقوع کدون‌ها برای هر اسید آمینه در سلول‌هایی که قرار است این ژن به آن وارد شود، در نظر می‌گیرند. از آنجایی که ترکیب کدون ها می تواند در موجودات مختلف به طور قابل توجهی متفاوت باشد. کدون های انتخاب شده به درستی می توانند تولید پروتئین هدف را در سلول گیرنده به میزان قابل توجهی افزایش دهند.

اهمیت مهندسی ژنتیک

مهندسی ژنتیک به طور قابل توجهی مرزهای تجربی زیست شناسی مولکولی را گسترش داده است، زیرا امکان وارد کردن DNA خارجی به انواع مختلف سلول ها و مطالعه عملکرد آن فراهم شده است. این امر امکان شناسایی الگوهای بیولوژیکی کلی سازماندهی و بیان اطلاعات ژنتیکی را در موجودات مختلف فراهم کرد. این رویکرد چشم‌اندازی را برای ایجاد تولیدکنندگان میکروبیولوژیکی جدید از مواد فعال بیولوژیکی، و همچنین حیوانات و گیاهان حامل ژن‌های خارجی فعال، باز کرده است. بسیاری از پروتئین‌های فعال بیولوژیکی انسانی که قبلاً غیرقابل دسترس بودند، از جمله اینترفرون‌ها، اینترلوکین‌ها، هورمون‌های پپتیدی، فاکتورهای خونی، شروع به تولید مقادیر زیادی در سلول‌های باکتری، مخمر یا پستانداران کردند و به طور گسترده در پزشکی استفاده می‌شوند. علاوه بر این، ایجاد مصنوعی ژن‌های کدکننده پلی پپتیدهای کایمریک که دارای خواص دو یا چند پروتئین طبیعی هستند، ممکن شده است. همه اینها انگیزه قدرتمندی به توسعه بیوتکنولوژی داد.

اشیاء اصلی مهندسی ژنتیک باکتری های اشریشیا کلی (اشریشیا کلی) و باسیلوس سوبتلیس (باسیلوس سوبتیلیس)، مخمر نانوایی Saccharomices cereuisiae و رده های سلولی مختلف پستانداران هستند. دامنه اشیاء تأثیر مهندسی ژنتیک به طور مداوم در حال گسترش است. حوزه های تحقیقاتی در زمینه ایجاد گیاهان و حیوانات تراریخته به شدت در حال توسعه هستند. آخرین نسل از واکسن‌ها علیه عوامل عفونی مختلف با استفاده از روش‌های مهندسی ژنتیک ایجاد می‌شوند (اولین آنها بر اساس مخمری ساخته شد که پروتئین سطحی ویروس B انسانی را تولید می‌کند). توجه زیادی به توسعه ناقل های شبیه سازی بر اساس ویروس های پستانداران و استفاده از آنها برای ایجاد واکسن های چند ظرفیتی زنده برای نیازهای دامپزشکی و پزشکی و همچنین ناقل های مولکولی برای ژن درمانی تومورهای سرطانی و بیماری های ارثی شده است. روشی برای وارد کردن مستقیم recDNA به بدن حیوانات و انسان ها، هدایت تولید آنتی ژن های عوامل عفونی مختلف در سلول های آنها (واکسیناسیون DNA) ایجاد شده است. جدیدترین جهت مهندسی ژنتیک ایجاد واکسن های خوراکی بر پایه گیاهان تراریخته مانند گوجه فرنگی، هویج، سیب زمینی، ذرت، کاهو و غیره است که پروتئین های ایمنی زایی عوامل عفونی را تولید می کند. مولکول نوترکیب مهندسی ژنتیک

نگرانی های مرتبط با هدایتآزمایش های مهندسی ژنتیک

بلافاصله پس از اولین آزمایش های موفقیت آمیز بر روی به دست آوردن رودخانه های DNA، گروهی از دانشمندان به رهبری P. Berg پیشنهاد کردند که انجام تعدادی از آزمایش های مهندسی ژنتیک را محدود کنند. این نگرانی‌ها مبتنی بر این واقعیت بود که پیش‌بینی ویژگی‌های موجودات حاوی اطلاعات ژنتیکی خارجی دشوار است. آنها می توانند ویژگی های نامطلوب به دست آورند، تعادل اکولوژیکی را به هم بزنند و منجر به ظهور و گسترش بیماری های غیرعادی در انسان، حیوانات و گیاهان شوند. علاوه بر این، اشاره شد که دخالت انسان در دستگاه ژنتیکی موجودات زنده غیراخلاقی است و می تواند پیامدهای اجتماعی و اخلاقی نامطلوبی را به همراه داشته باشد. در سال 1975، این مشکلات در یک کنفرانس بین المللی در Asilomar (ایالات متحده آمریکا) مورد بحث قرار گرفت. شرکت کنندگان آن به این نتیجه رسیدند که ادامه استفاده از روش های مهندسی ژنتیک ضروری است، اما مشروط به رعایت اجباری قوانین و توصیه های خاص. متعاقباً، این قوانین که در تعدادی از کشورها ایجاد شد، به طور قابل توجهی کاهش یافت و به تکنیک های رایج در تحقیقات میکروبیولوژیکی، ایجاد دستگاه های حفاظتی ویژه ای که از انتشار عوامل بیولوژیکی در محیط جلوگیری می کند، استفاده از ناقل های ایمن و سلول های گیرنده کاهش یافت. در شرایط طبیعی تولید مثل نمی کنند.

اغلب، مهندسی ژنتیک فقط به عنوان کار با DNA درک می شود و اصطلاحات "شبیه سازی مولکولی"، "کلونینگ DNA"، "شبیه سازی ژن" به عنوان مترادف برای مهندسی ژنتیک استفاده می شود. با این حال، همه این مفاهیم تنها منعکس کننده محتوای عملیات مهندسی ژنتیک فردی هستند و بنابراین معادل اصطلاح "مهندسی ژنتیک" نیستند. در روسیه، اصطلاح "مهندسی ژنتیک" به طور گسترده ای به عنوان مترادف برای مهندسی ژنتیک استفاده می شود. با این حال، محتوای معنایی این اصطلاحات متفاوت است: مهندسی ژنتیک با هدف ایجاد موجودات با یک برنامه ژنتیکی جدید، در حالی که اصطلاح "مهندسی ژنتیک" توضیح می دهد که چگونه این کار انجام می شود - با دستکاری ژن ها.

ارسال شده در Allbest.ru

اسناد مشابه
زمانی که مهندسی ژنتیک برای انسان ها اعمال شود، می توان برای درمان بیماری های ارثی استفاده کرد. با این حال، از نظر فنی، بین درمان خود بیمار و تغییر ژنوم فرزندان او تفاوت معناداری وجود دارد.

وظیفه تغییر ژنوم یک فرد بالغ تا حدودی پیچیده تر از پرورش نژادهای جدید حیوانات دستکاری شده ژنتیکی است، زیرا در این مورد لازم است ژنوم سلول های متعدد یک ارگانیسم از قبل تشکیل شده و نه فقط یک تخم جنینی را تغییر داد. برای انجام این کار، استفاده از ذرات ویروسی به عنوان یک ناقل پیشنهاد شده است. ذرات ویروسی قادرند به درصد قابل توجهی از سلول های انسان بالغ نفوذ کنند و اطلاعات ارثی خود را در آنها جاسازی کنند. تولید مثل کنترل شده ذرات ویروسی در بدن امکان پذیر است. در عین حال، برای کاهش عوارض جانبی، دانشمندان سعی می کنند از وارد کردن DNA دستکاری شده ژنتیکی به سلول های اندام تناسلی خودداری کنند و از این طریق از تأثیر بر فرزندان آینده بیمار جلوگیری کنند. همچنین شایان ذکر است که انتقادات قابل توجهی از این فناوری در رسانه ها وجود دارد: توسعه ویروس های دستکاری شده ژنتیکی توسط بسیاری به عنوان یک تهدید برای کل بشریت تلقی می شود.

با کمک ژن درمانی، امکان تغییر ژنوم انسان در آینده وجود دارد. در حال حاضر روش های موثر برای اصلاح ژنوم انسان در مرحله توسعه و آزمایش بر روی پستانداران است. برای مدت طولانی، مهندسی ژنتیک میمون‌ها با مشکلات جدی مواجه بود، اما در سال 2009 آزمایش‌ها با موفقیت همراه بود: انتشاری در مجله Nature در مورد استفاده موفقیت‌آمیز از ناقل‌های ویروسی دستکاری شده ژنتیکی برای درمان یک میمون نر بالغ از کوررنگی منتشر شد. در همان سال، اولین پستاندار اصلاح شده ژنتیکی (رشد شده از یک تخم مرغ اصلاح شده) فرزندانی به دنیا آورد - مارموست معمولی.

اگرچه در مقیاس کوچک، مهندسی ژنتیک در حال حاضر برای دادن شانس باردار شدن به زنان مبتلا به برخی از انواع ناباروری استفاده می شود. برای این منظور از تخم های یک زن سالم استفاده می شود. در نتیجه کودک ژنوتیپ را از یک پدر و دو مادر به ارث می برد.

با این حال، امکان ایجاد تغییرات مهم تر در ژنوم انسان با تعدادی از مسائل اخلاقی جدی مواجه است.

_____________________________________________________________________________________________

مهندسی ژنتیک (مهندسی ژنتیک)

این مجموعه ای از تکنیک ها، روش ها و فناوری ها برای به دست آوردن RNA و DNA نوترکیب، جداسازی ژن ها از یک موجود زنده (سلول ها)، دستکاری ژن ها و معرفی آنها به موجودات دیگر است.

مهندسی ژنتیک یک علم به معنای وسیع نیست، بلکه یک ابزار است بیوتکنولوژیبا استفاده از روش های علوم زیستی مانند زیست شناسی مولکولی و سلولی، سیتولوژی، ژنتیک، میکروبیولوژی، ویروس شناسی.

بخش مهمی از بیوتکنولوژی مهندسی ژنتیک است. او که در اوایل دهه 70 متولد شد، امروز به موفقیت های بزرگی دست یافته است. تکنیک های مهندسی ژنتیک سلول های باکتری، مخمر و پستانداران را به "کارخانه هایی" برای تولید در مقیاس بزرگ هر پروتئین تبدیل می کند. این امکان تجزیه و تحلیل دقیق ساختار و عملکرد پروتئین ها و استفاده از آنها به عنوان دارو را فراهم می کند.

در حال حاضر، اشرشیاکلی (E. coli) به تامین کننده هورمون های مهمی مانند انسولین و سوماتوتروپین تبدیل شده است. قبلاً انسولین از سلول های پانکراس حیوانی تهیه می شد، بنابراین هزینه آن بسیار بالا بود. برای به دست آوردن 100 گرم انسولین کریستالی، 800-1000 کیلوگرم لوزالمعده مورد نیاز است و وزن یک غده گاو 200 تا 250 گرم است. این امر انسولین را گران و دسترسی به آن را برای طیف وسیعی از بیماران دیابتی دشوار کرده است. در سال 1978، محققان Genentech برای اولین بار انسولین را در یک سویه مهندسی شده خاص از Escherichia coli تولید کردند. انسولین از دو زنجیره پلی پپتیدی A و B به طول 20 و 30 اسید آمینه تشکیل شده است. هنگامی که آنها توسط پیوندهای دی سولفید به هم متصل می شوند، انسولین دو زنجیره ای بومی تشکیل می شود. نشان داده شده است که حاوی پروتئین های E. coli، اندوتوکسین ها و سایر ناخالصی ها نیست، مانند انسولین حیوانی عوارض جانبی ایجاد نمی کند و از نظر فعالیت بیولوژیکی با آن تفاوتی ندارد. متعاقباً، پروانسولین در سلولهای E. coli سنتز شد، که برای آن یک کپی DNA بر روی یک الگوی RNA با استفاده از رونوشت معکوس سنتز شد. پس از خالص سازی پروانسولین حاصل، به انسولین بومی تقسیم شد، در حالی که مراحل استخراج و جداسازی هورمون به حداقل رسید. از 1000 لیتر مایع کشت می توان تا 200 گرم هورمون به دست آورد که معادل مقدار انسولین ترشح شده از 1600 کیلوگرم پانکراس خوک یا گاو است.

سوماتوتروپین یک هورمون رشد انسانی است که توسط غده هیپوفیز ترشح می شود. کمبود این هورمون منجر به کوتولگی هیپوفیز می شود. اگر سوماتوتروپین در دوزهای 10 میلی گرم به ازای هر کیلوگرم وزن بدن سه بار در هفته تجویز شود، در یک سال کودکی که از کمبود آن رنج می برد، می تواند 6 سانتی متر رشد کند، قبلاً از یک جسد: 4 - 6 میلی گرم سوماتوتروپین از نظر محصول نهایی دارویی. بنابراین، مقادیر موجود هورمون محدود بود، علاوه بر این، هورمون به‌دست‌آمده از این روش ناهمگن بود و می‌توانست حاوی ویروس‌هایی با رشد کند باشد. در سال 1980، شرکت "Genentec" فناوری تولید سوماتوتروپین با استفاده از باکتری را توسعه داد که فاقد این معایب بود. در سال 1982، هورمون رشد انسانی در کشت E. coli و سلول های حیوانی در انستیتو پاستور فرانسه به دست آمد و در سال 1984، تولید صنعتی انسولین در اتحاد جماهیر شوروی آغاز شد. در تولید اینترفرون، هم E. coli، هم S. cerevisae (مخمر) و هم از کشت فیبروبلاست ها یا لکوسیت های تبدیل شده استفاده می شود. واکسن های ایمن و ارزان نیز با استفاده از روش های مشابه به دست می آیند.

فناوری DNA نوترکیب مبتنی بر تولید پروب‌های DNA بسیار اختصاصی است که برای مطالعه بیان ژن‌ها در بافت‌ها، محلی‌سازی ژن‌ها روی کروموزوم‌ها و شناسایی ژن‌هایی با عملکردهای مرتبط (مثلاً در انسان و مرغ) استفاده می‌شود. پروب های DNA نیز در تشخیص بیماری های مختلف استفاده می شود.
فناوری DNA نوترکیب یک رویکرد غیرمتعارف ژن پروتئینی به نام ژنتیک معکوس را ممکن کرده است. در این روش، پروتئینی از یک سلول جدا می‌شود، ژن این پروتئین شبیه‌سازی می‌شود، و اصلاح می‌شود و یک ژن جهش‌یافته ایجاد می‌کند که شکل تغییر یافته پروتئین را کد می‌کند. ژن حاصل به سلول وارد می شود. اگر بیان شود، سلول حامل آن و فرزندان آن پروتئین تغییر یافته را سنتز می کنند. به این ترتیب می توان ژن های معیوب را اصلاح کرد و بیماری های ارثی را درمان کرد.

اگر DNA هیبرید به تخم بارور شده وارد شود، ارگانیسم های تراریخته می توانند تولید شوند که ژن جهش یافته را بیان می کنند و آن را به فرزندان خود منتقل می کنند. دگرگونی ژنتیکی حیوانات این امکان را فراهم می کند که نقش ژن های فردی و محصولات پروتئینی آنها را هم در تنظیم فعالیت سایر ژن ها و هم در فرآیندهای مختلف پاتولوژیک تعیین کند. با کمک مهندسی ژنتیک، خطوطی از حیوانات مقاوم به بیماری های ویروسی و همچنین نژادهایی از حیوانات با ویژگی های مفید برای انسان ایجاد شده است. به عنوان مثال، تزریق ریز DNA نوترکیب حاوی ژن سوماتوتروپین گاوی به زیگوت خرگوش امکان به دست آوردن یک حیوان تراریخته با تولید بیش از حد این هورمون را فراهم کرد. حیوانات حاصل آکرومگالی مشخص داشتند.
اکنون حتی پیش‌بینی همه احتمالاتی که در چند دهه آینده محقق می‌شوند نیز دشوار است.

مهندسی ژنتیک رشته ای از بیوتکنولوژی است که شامل فعالیت هایی برای بازآرایی ژنوتیپ ها می شود. در حال حاضر، مهندسی ژنتیک امکان روشن و خاموش کردن ژن های فردی را فراهم می کند، بنابراین فعالیت موجودات را کنترل می کند، و همچنین دستورالعمل های ژنتیکی را از یک موجود به موجود دیگر، از جمله موجودات گونه های مختلف، منتقل می کند. همانطور که ژنتیک دانان بیشتر و بیشتر در مورد کار ژن ها و پروتئین ها می آموزند، توانایی برنامه ریزی خودسرانه یک ژنوتیپ (عمدتاً ژنوتیپ انسانی)، به راحتی به هر نتیجه ای می رسند: مانند مقاومت در برابر تشعشع، توانایی زندگی در زیر آب، توانایی بازسازی اندام های آسیب دیده و حتی جاودانگی.

مهندسی ژنتیک
زیست شناسی مدرن اساساً با زیست شناسی سنتی نه تنها در عمق بیشتر توسعه ایده های شناختی، بلکه در ارتباط نزدیک تر با زندگی جامعه و با عمل متفاوت است. می توان گفت در زمان ما زیست شناسی به وسیله ای برای دگرگونی جهان زنده در جهت رفع نیازهای مادی جامعه تبدیل شده است. این نتیجه گیری در درجه اول با ارتباط نزدیک زیست شناسی با بیوتکنولوژی نشان داده می شود، که به مهم ترین حوزه تولید مواد تبدیل شده است، شریک برابر فن آوری های مکانیکی و شیمیایی ایجاد شده توسط انسان، و همچنین با پزشکی.
زیست‌شناسی و بیوتکنولوژی از بدو پیدایش همواره با هم توسعه یافته‌اند و زیست‌شناسی از همان ابتدا مبنای علمی بیوتکنولوژی بوده است. با این حال، برای مدت طولانی، فقدان داده های خود اجازه نمی داد زیست شناسی تأثیر بسیار زیادی بر بیوتکنولوژی داشته باشد. وضعیت به طور چشمگیری با ایجاد در نیمه دوم قرن بیستم تغییر کرد. روش شناسی مهندسی ژنتیک،که به عنوان دستکاری ژنتیکی به منظور ساخت ژنوتیپ های جدید و بازسازی موجود درک می شود. مهندسی ژنتیک به دلیل ماهیت خود یک دستاورد روش شناختی به گسست در ایده های موجود در مورد پدیده های بیولوژیکی منجر نشد، بر اصول بنیادی زیست شناسی تأثیری نداشت، همانطور که نجوم رادیویی اصول اساسی اخترفیزیک را متزلزل نکرد، استقرار " معادل مکانیکی گرما” منجر به تغییر در قوانین هدایت حرارتی نشد، اما اثبات نظریه اتمی ماده، روابط بین ترمودینامیک، هیدرودینامیک و نظریه کشش را تغییر نداد (A.A. Baev).
با این وجود، مهندسی ژنتیک عصر جدیدی را در زیست شناسی گشوده است، به این دلیل که فرصت های جدیدی برای نفوذ به اعماق پدیده های بیولوژیکی پدید آمده است تا شکل های موجودیت ماده زنده را بیشتر توصیف کند، ساختار و عملکرد ژن ها را به طور مؤثرتر مطالعه کند. سطح مولکولی، و مکانیسم های ظریف عملکرد دستگاه ژنتیکی آنها را درک کنید. موفقیت مهندسی ژنتیک به معنای انقلابی در مدرن است
علوم طبیعی. آنها معیارهای ارزش ایده های مدرن در مورد ویژگی های ساختاری و عملکردی سطوح مولکولی و سلولی ماده زنده را تعیین می کنند. داده های مدرن در مورد موجودات زنده از اهمیت آموزشی بسیار بالایی برخوردار هستند، زیرا آنها درک یکی از مهمترین جنبه های جهان ارگانیک را ارائه می دهند و در نتیجه سهم ارزشمندی در ایجاد تصویر علمی از جهان دارند. بنابراین، با گسترش چشمگیر پایه شناختی خود، زیست شناسی از طریق مهندسی ژنتیک نیز تأثیر مهمی بر ظهور بیوتکنولوژی داشت.
مهندسی ژنتیک زمینه ای را در مسیر درک روش ها و روش های "ساخت" موجودات جدید یا بهبود موجودات موجود ایجاد می کند و به آنها ارزش اقتصادی بیشتری می دهد و توانایی افزایش شدید بهره وری فرآیندهای بیوتکنولوژیکی را به آنها می دهد. با این حال، مهندسی ژنتیک افق های جدیدی را برای پزشکی در تشخیص و درمان بسیاری از بیماری ها اعم از غیر ارثی و ارثی ایجاد کرده است. راه های جدیدی را در جستجوی داروها و مواد جدید مورد استفاده در پزشکی باز کرده است. مهندسی ژنتیک و بیوتکنولوژی باعث توسعه تکنیک های بیونانوتکنولوژی شده است.
در چارچوب مهندسی ژنتیک وجود دارد ژنتیکیو سلولیمهندسی. مهندسی ژنتیک به دستکاری برای ایجاد مولکول های DNA نوترکیب اشاره دارد. این روش اغلب به عنوان شبیه سازی مولکولی، شبیه سازی ژن، فناوری DNA نوترکیب یا به سادگی دستکاری ژنتیکی نامیده می شود. مهم است که تاکید شود که اهداف مهندسی ژنتیک مولکول های DNA و ژن های فردی هستند. در مقابل، مهندسی سلول به دستکاری ژنتیکی سلول های منفرد جدا شده یا گروه هایی از سلول های گیاهان و حیوانات اشاره دارد.
مهندسی ژنتیک و ابزارهای آن
مهندسی ژنتیک مجموعه‌ای از تکنیک‌ها (تکنیک‌های) آزمایشی مختلف است که طراحی (بازسازی) و شبیه‌سازی مولکول‌های DNA و ژن‌ها را برای اهداف مشخص فراهم می‌کند.
روش های مهندسی ژنتیک در یک توالی خاص استفاده می شود (شکل 127)، و چندین مرحله در اجرا متمایز می شوند.
یک آزمایش مهندسی ژنتیک معمولی با هدف شبیه سازی یک ژن نیست، یعنی:
1. جداسازی DNA پلاسمیدی از سلول های ارگانیسم مورد نظر (اولیه) و جداسازی ناقل DNA.
2. برش (محدود کردن) DNA ارگانیسم اصلی به قطعات حاوی ژن های مورد نظر با استفاده از یکی از آنزیم های محدود کننده و جداسازی این ژن ها از مخلوط محدود کننده. در همان زمان، DNA ناقل بریده می شود (محدود می شود) و آن را از یک ساختار دایره ای به یک ساختار خطی تبدیل می کند.
3. اتصال قطعه DNA مورد نظر (ژن) با DNA ناقل به منظور به دست آوردن مولکول های DNA هیبریدی.
4. معرفی مولکولهای DNA نوترکیب با تبدیل به موجودات دیگر، به عنوان مثال به E. coliیا سلول های سوماتیک
5. کاشت باکتری هایی که مولکول های DNA هیبریدی در آن ها وارد محیط های غذایی شدند که اجازه رشد تنها سلول های حاوی مولکول های DNA هیبریدی را می دهند.
6. شناسایی کلنی های متشکل از باکتری های حاوی مولکول های DNA هیبریدی.
7. جداسازی DNA کلون شده (ژن های کلون شده) و خصوصیات آن، از جمله تعیین توالی بازهای نیتروژنی در قطعه DNA شبیه سازی شده.
برنج. 127.مراحل متوالی یک آزمایش مهندسی ژنتیک
در طول تکامل، باکتری‌ها توانایی سنتز آنزیم‌های محدودکننده (اندونوکلئازها) را توسعه دادند که بخشی از سیستم اصلاح محدودیت سلولی (باکتریایی) شد. در باکتری‌ها، سیستم‌های اصلاح محدودیت یک سیستم ایمنی درون سلولی برای محافظت در برابر DNA خارجی هستند. بر خلاف ارگانیسم‌های بالاتر، که در آن‌ها شناسایی و تخریب ویروس‌ها، باکتری‌ها و سایر عوامل بیماری‌زا به صورت خارج سلولی اتفاق می‌افتد، در باکتری‌ها، محافظت از DNA خارجی (DNA گیاهان و حیواناتی که در بدن آنها زندگی می‌کنند) به صورت درون سلولی اتفاق می‌افتد، یعنی. هنگامی که DNA خارجی به سیتوپلاسم باکتری نفوذ می کند. برای محافظت از خود، باکتری ها همچنین توانایی "برچسب زدن" DNA خود را با بازهای متیلاسیون بر روی توالی های خاص ایجاد کرده اند. به همین دلیل، DNA خارجی، به دلیل عدم وجود گروه‌های متیل در توالی‌های مشابه، توسط آنزیم‌های محدودکننده باکتری‌های مختلف ذوب شده (بریده می‌شود) و سپس توسط اگزونوکلئازهای باکتری به صفروتیدها تجزیه می‌شود. می توان گفت که به این ترتیب باکتری ها از خود در برابر DNA گیاهان و حیوانات محافظت می کنند که در بدن آنها به طور موقت (به عنوان پاتوژن) یا به طور دائم (به عنوان ساپروفیت) زندگی می کنند.
آنزیم های محدود کننده ابتدا از E. coliدر سال 1968 مشخص شد که آنها قادر به برش (ذوب) مولکول های DNA در مکان های محدود (محل) مختلف هستند. این آنزیم ها را اندونوکلئازهای کلاس I می نامیدند سپس اندونوکلئازهای کلاس II در باکتری ها کشف شدند که به طور خاص مکان های محدود کننده در DNA خارجی را تشخیص می دهند و همچنین محدودیت را در این مکان ها انجام می دهند. این آنزیم های این کلاس هستند که در مهندسی ژنتیک مورد استفاده قرار گرفتند. در همان زمان، آنزیم های کلاس III کشف شدند که DNA را در نزدیکی مکان های شناسایی ذوب می کنند، اما این آنزیم ها در مهندسی ژنتیک مهم نیستند.
عمل سیستم محدودیت-اصلاح توسط توالی های به اصطلاح پالیندرومیک (تشخیص) بازهای نیتروژنی، که سایت های محدود کننده DNA هستند، "عقلانی" می شود. دنباله‌های پالیندرومیک دنباله‌ای از پایه‌ها هستند که به صورت یکسان به جلو و عقب خوانده می‌شوند، مانند دنباله‌ای از حروف. راداراز آنجایی که رشته‌های DNA دارای جهت ضد موازی هستند، اگر دنباله‌ای در جهت از انتهای 5 اینچ به 3 اینچ در بالا و در رشته پایین از انتهای 3 تا 5 اینچ خوانده شود، یکسان باشد. ، برای مثال :
پالیندروم‌ها می‌توانند در هر اندازه‌ای باشند، اما بیشتر پالیندروم‌هایی که به عنوان مکان‌های تشخیص آنزیم محدود استفاده می‌شوند شامل 4، 5، 6 و به ندرت 8 پایه هستند.
آنزیم های محدود کننده ابزاری کاملا ضروری در مهندسی ژنتیک برای برش قطعات مورد نظر (ژن ها) از مولکول های بزرگ DNA هستند. از آنجایی که بیش از 100 آنزیم محدود کننده شناخته شده است، این امکان انتخاب آنزیم های محدود کننده و برداشت انتخابی قطعات از DNA اصلی را فراهم می کند.
یکی از ویژگی های قابل توجه آنزیم های محدود کننده این است که مولکول ها را با مراحل به چندین قطعه (محدودیت) DNA برش می دهند که در نتیجه در انتهای حاصل یک زنجیره طولانی تر از دیگری است و نوعی دم را تشکیل می دهد. چنین انتهایی (دم) انتهای "چسبنده" نامیده می شود، زیرا آنها قادر به تکمیل خود هستند.
اجازه دهید نتایج محدودیت را با استفاده از مثال یکی از شناخته شده ترین آنزیم های محدود کننده در نظر بگیریم Eco RIاز سیستم اصلاح محدودیت E. coI.این آنزیم به جای ذوب DNA در مرکز توالی تشخیص پالیندرومیک، DNA را در خارج از مرکز ذوب می کند و 4 انتهای خود مکمل ("چسبنده") تولید می کند که از تعداد مختلف نوکلئوتید تشکیل شده است، به نام های:
این انتهای چسبنده در آزمایش‌های مهندسی ژنتیک مفید هستند، زیرا می‌توانند به طور مکمل در دماهای پایین به یکدیگر متصل شوند و امکان بسته شدن موثر قطعات DNA را فراهم کنند.
مکان‌های شناسایی و مکان‌های ذوب در مورد سایر آنزیم‌های محدودکننده دارای محتویات متفاوتی هستند، یعنی:
به دنبال محدودیت DNA، قطعات DNA محدود (قطعات محدود کننده DNA) از مخلوط محدود کننده جدا می شوند، که سپس برای ترکیب با ناقل ضروری هستند. برای جداسازی آنزیم‌های محدودکننده DNA، از الکتروفورز استفاده می‌شود، زیرا با این روش به دلیل اندازه قطعات محدودکننده و نسبت بار الکتریکی به جرم ثابت، تکه تکه کردن DNA محدود شده بسیار آسان است. قطعات در یک میدان الکتریکی در طول الکتروفورز با فرکانس وابسته به اندازه (جرم) آنها مهاجرت می کنند. هرچه قطعه بزرگتر (طولانتر) باشد، در میدان الکتریکی کندتر حرکت می کند. ماده مورد استفاده برای الکتروفورز آگارز غیر قابل شارژ یا پلی آکریل آمید است. برای شناسایی قطعات از اتیدیوم بروماید استفاده می شود که قطعات را رنگ می کند و تشخیص آنها را آسان تر می کند.
راندمان الکتروفورز بسیار بالا است، زیرا می توان از آن برای جدا کردن قطعاتی که اندازه آنها بین 2 تا 50000 باز است استفاده کرد.
پس از الکتروفورز، قطعات با استفاده از روش های مختلف از آگارز جدا می شوند. بر اساس نتایج مقایسه اندازه
از آنزیم‌های محدودکننده همان DNA که با استفاده از آنزیم‌های محدودکننده مختلف به‌دست می‌آیند، نقشه‌های محدودیتی ساخته می‌شوند که مکان‌های محدودکننده هر یک از آنزیم‌های محدودکننده مورد استفاده را نشان می‌دهند. از نظر عملی، نقشه‌های محدودیت نه تنها اندازه مکان‌های محدود را تعیین می‌کنند، بلکه تعیین محل مکان‌های ژن‌های خاص در مولکول‌های DNA را نیز ممکن می‌سازند.
از آنجایی که در ارگانیسم‌های بالاتر، DNA ناهمگن در طول رونویسی سنتز می‌شود که با پردازش تصحیح می‌شود، مهندسی ژنتیک معمولاً از DNA مکمل (cDNA) استفاده می‌کند که با استفاده از mRNA به‌عنوان یک الگو به دست می‌آید، که روی آن ترانس کریپتاز معکوس DNA تک رشته‌ای (cDNA) را سنتز می‌کند. که یک کپی از mRNA است. این DNAهای تک رشته ای متعاقباً به DNA دو رشته ای تبدیل می شوند. cDNA حاوی توالی های نوکلئوتیدی پیوسته (رونویسی و ترجمه شده) در نظر گرفته می شود. این cDNA است که برای محدودیت استفاده می شود.
قطعات DNA (محدودیت‌های) جدا شده پس از الکتروفورز از ژل‌های آگارز می‌توانند ابتدا در معرض توالی‌یابی قرار گیرند. توالی نوکلئوتیدی آنها را تعیین کنید. برای این منظور از روش های توالی یابی شیمیایی و آنزیمی استفاده می شود. روش شیمیایی بر اساس به دست آوردن قطعات نشاندار شده با فسفر رادیواکتیو (32 P) و حذف یکی از بازها از این قطعات و به دنبال در نظر گرفتن نتایج اتورادیوگرافی ژل های حاوی این قطعات است. روش آنزیمی مبتنی بر معرفی یک نوکلئوتید در انتهای قطعه تجزیه شده است که سپس در سنتز قطعات مختلف استفاده می شود. درونکشتگاهی،برای توالی نوکلئوتیدی الکتروفورز تجزیه و تحلیل شد. برای مطالعه توالی های نوکلئوتیدی خاص در یک مولکول DNA، استفاده کنید
همچنین هیبریداسیون DNA-DNA، RNA-RNA، DNA-RNA، شمالی
و لکه های جنوبی.
ناقلان ژنتیکی بخش DNA (ژن) که برای شبیه‌سازی مولکولی در نظر گرفته شده است باید توانایی تکثیر را داشته باشد که به سلول باکتری منتقل شود، به عنوان مثال. یک replicon باشد. با این حال او چنین توانایی را ندارد. بنابراین، برای اطمینان از انتقال و تشخیص ژن های شبیه سازی شده در سلول ها، آنها را با ناقل های ژنتیکی ترکیب می کنند. دومی باید حداقل دو خاصیت داشته باشد. اول اینکه بردارها باید قابلیت تکرار داشته باشند
در سلول ها و در چند انتها. ثانیا، آنها باید امکان انتخاب سلول های حاوی بردار را فراهم کنند. دارای نشانگری است که می تواند برای مقابله با انتخاب سلول های حاوی ناقل همراه با ژن کلون شده (مولکول های DNA نوترکیب) استفاده شود. پلاسمیدها و فاژها این الزامات را برآورده می کنند. پلاسمیدها ناقل های خوبی هستند زیرا شبیه سازی هستند و می توانند حاوی ژن هایی برای مقاومت در برابر هر آنتی بیوتیکی باشند که امکان انتخاب باکتری برای مقاومت به این آنتی بیوتیک و بنابراین تشخیص آسان مولکول های DNA نوترکیب را فراهم می کند.
(شکل 128).
برنج. 128.وکتور pBRl
از آنجایی که هیچ ناقل پلاسمید طبیعی وجود ندارد، تمام ناقل های پلاسمید شناخته شده تا به امروز به صورت مصنوعی ساخته شده اند. ماده اولیه برای ایجاد تعدادی ناقل ژنتیکی پلاسمیدهای R بود که در آن توالی‌های DNA اضافی، از جمله آنهایی که مکان‌های محدودکننده متعددی داشتند، با استفاده از آنزیم‌های محدود حذف شدند. این حذف با این واقعیت تعیین شد که ناقل پلاسمید باید تنها یک مکان تشخیص برای یک آنزیم محدود کننده داشته باشد، و این مکان باید در یک ناحیه عملکردی بی‌اهمیت از ژنوم پلاسمید قرار داشته باشد. به عنوان مثال، ناقل پلاسمید pBR 322 که دارای ژن های مقاومت به آمپی سیلین و تتراسایکلین است که آن را بسیار راحت می کند.
برای انتخاب باکتری‌های حاوی بخش DNA شبیه‌سازی‌شده، دارای مکان‌های محدودکننده منفرد برای بیش از ۲۰ آنزیم محدودکننده است، از جمله آنزیم‌های محدودکننده معروف مانند Eco RI، Hind III، Pst I، Pva II و Sal I.
ناقل های فاژ نیز دارای تعدادی مزیت هستند. آنها ممکن است شامل قطعات DNA کلون شده بزرگتر (طولانی) در مقایسه با وکتورهای پلاسما باشند. علاوه بر این، انتقال قطعه کلون شده توسط فاژها به سلول ها در نتیجه آلودگی آنها به فاژها موثرتر از تبدیل DNA است. در نهایت، وکتورهای فاژ امکان غربالگری (تشخیص) کارآمدتری را روی سطح آگار کلنی‌های حاوی سلول‌های حامل ژن در حال شبیه‌سازی می‌دهند. بسیاری از ناقلان فاژ بر اساس فاژ لامبدا هستند.
علاوه بر فاژها، ناقل های ویروسی دیگری که بر اساس ویروس تبخال ساخته شده اند، و همچنین ناقل های ساخته شده بر اساس DNA مخمر نیز استفاده می شود.
اگر شبیه‌سازی ژن با استفاده از سلول‌های پستانداران یا گیاهان انجام شود، الزامات برای ناقل‌ها همانند مورد شبیه‌سازی در سلول‌های باکتریایی است.
ساخت مولکول های DNA نوترکیب. ساخت مستقیم مولکول های DNA نوترکیب پس از به دست آمدن محدودیت های DNA مورد مطالعه و DNA ناقل انجام می شود. این شامل پیوستن بخش های محدود کننده DNA مورد مطالعه با محدودیت DNA ناقل است که در نتیجه محدودیت از DNA دایره ای به DNA خطی تبدیل می شود.
برای اتصال قطعات DNA مورد مطالعه با DNA ناقل، DNA لیگاز استفاده می شود (شکل 129). اگر ساختارهای به هم پیوسته دارای گروه های 3"-هیدروکسیل و 5"-فسفات باشند و اگر این گروه ها به طور مناسب نسبت به یکدیگر قرار گیرند، بستن موفق خواهد بود. این قطعات از طریق انتهای چسبناک خود در نتیجه خود تکمیلی ترکیب می شوند. در غلظت های بالای قطعات، این دومی هر از گاهی در موقعیت صحیح (مقابل یکدیگر) قرار می گیرد. بسیاری از آنزیم های محدود کننده مانند EcoRI انتهای چسبناکی را تولید می کنند که از چهار پایه تشکیل شده است. فرآیند بستن انتهای "چسبنده"، متشکل از چهار پایه، در دمای پایین (تا 12 درجه سانتیگراد) رخ می دهد.
برنج. 129.بستن DNA
اگر هضم محدود قطعاتی بدون انتهای چسبنده تولید کند، با استفاده از آنزیم ترانسفراز "به زور" به مولکول هایی با انتهای چسبنده تبدیل می شوند. این آنزیم نوکلئوتیدها را به انتهای 3 اینچی DNA اضافه می کند. ممکن است یک دم poly-A روی یک قطعه و یک دم poly-T در قطعه دیگر اضافه شود. واکنش زنجیره ای پلیمراز (PCR) نیز برای تولید هر انتهای DNA مورد نظر استفاده می شود. اصل PCR بر اساس دناتوره کردن DNA جدا شده از سلول ها و "بازپخت" آن با افزودن الیگونوکلئوتیدهای DNA، متشکل از 15-20 نوکلئوتید، به زنجیره های احیا کننده است با فواصل 50-2000 نوکلئوتید از هم جدا می شوند درونکشتگاهی،آنها به DNA پلیمراز اجازه می دهند بخش هایی را که بین "پرایمرها" قرار دارند کپی کند. این کپی برداری تعداد زیادی کپی از قطعه DNA مورد مطالعه را تولید می کند.
معرفی مولکول های DNA نوترکیب به سلول ها. پس از اینکه قطعه DNA مورد نظر (ژن) با یک ناقل ژنتیکی با استفاده از DNA لیگاز ادغام شد، مولکول‌های نوترکیب حاصل به سلول‌ها وارد می‌شوند تا همانندسازی آنها (به دلیل وجود ناقل ژنتیکی) و افزایش تعداد کپی‌ها انجام شود. محبوب ترین راه برای معرفی مولکول های DNA نوترکیب به سلول ها، که در آن یک پلاسمید به عنوان یک ناقل عمل می کند، تبدیل است. E. coli.برای این منظور، سلول های باکتریایی به ترتیب با کلسیم یا روبیدیم (یون) پیش تیمار می شوند
به طوری که آنها در درک DNA نوترکیب "صلاحیت" پیدا می کنند. برای افزایش فرکانس نفوذ DNA به سلول ها، از روش الکتروپوراسیون استفاده می شود که شامل قرار دادن سلول ها در معرض یک میدان الکتریکی شدید است. این درمان باعث ایجاد حفره در غشای سلولی می شود که به سلول ها اجازه می دهد DNA را بهتر درک کنند. پس از معرفی مولکول های DNA نوترکیب به باکتری ها، مولکول های دوم روی MPA (پپتون آگار گوشت) غنی شده با آنتی بیوتیک ها قرار می گیرند تا سلول های مورد نظر را انتخاب کنند. سلول های حاوی مولکول های DNA نوترکیب فرکانس تبدیل کم است. به طور معمول، یک ترانسفورماتور در هر 10 5 سلول بذر ظاهر می شود. اگر ناقل فاژ باشد، آنها به انتقال سلول ها (باکتری یا مخمر) با فاژ متوسل می شوند. در مورد سلول های سوماتیک حیوانی، آنها با DNA در حضور مواد شیمیایی که عبور DNA از غشاهای پلاسما را تسهیل می کند، ترانسفکت می شوند. تزریق مستقیم DNA به تخمک ها، سلول های سوماتیک کشت شده و جنین های پستانداران نیز امکان پذیر است.
مهم‌ترین نکته مرتبط با شبیه‌سازی مولکولی، جستجوی راهی برای تعیین اینکه آیا قطعه شبیه‌سازی‌شده واقعاً در ناقل قرار می‌گیرد و همراه با ناقل، یک مولکول DNA نوترکیب را تشکیل می‌دهد، وارد سلول‌ها می‌شود یا خیر. اگر در مورد سلول های باکتریایی صحبت می کنیم، یکی از روش ها مبتنی بر در نظر گرفتن غیرفعال سازی درج ژن مقاومت پلاسمید (وکتور) است. به عنوان مثال، در ناقل پلاسمید pBR 322، که مقاومت به آمپی سیلین و تتراسایکلین را تعیین می کند، تنها محل آنزیم محدود کننده Pst I در مکان اشغال شده توسط ژن مقاومت آمپی سیلین قرار دارد. همجوشی PstI در این محل، انتهای چسبناکی را ایجاد می‌کند و اجازه می‌دهد قطعه کلون شده به DNA ناقل متصل شود. با این حال، در این حالت، ژن مقاومت به آمپی سیلین پلاسمید (وکتور) غیرفعال می شود، در حالی که ژن مقاومت به تتراسایکلین روی ناقل دست نخورده باقی می ماند. این ژن مقاومت به تتراسایکلین است که برای انتخاب سلول های تبدیل شده توسط مولکول های DNA نوترکیب استفاده می شود. این امکان را فراهم می کند تا اطمینان حاصل شود که سلول های مستعمرات رشد کرده روی یک محیط با تتراسایکلین در واقع حاوی مولکول های DNA نوترکیب هستند که با استفاده از به اصطلاح "آزمایش نقطه ای" روی یک جفت ظروف با محیط جامد، که یکی از آنها حاوی آمپی سیلین است، بررسی می شوند. در حالی که دیگری فاقد این آنتی بیوتیک است. DNA مورد شبیه سازی است
فقط در ترانسفورماتورهای مقاوم به تتراسایکلین. در مورد ترانسفورمنت هایی که به طور همزمان به آمپی سیلین و تتراسایکلین (ArTc) مقاوم هستند، آنها حاوی مولکول های پلاسمیدی (بردار) هستند که به طور خود به خود شکل دایره ای را بدون گنجاندن DNA خارجی (قابل شبیه سازی) به دست آورده اند.
روش دیگر برای تشخیص قرار دادن قطعات خارجی (قابل شبیه سازی) در یک ناقل پلاسمید بر اساس استفاده از یک ناقل حاوی ژن β-گالاکتوزیداز است. قرار دادن DNA خارجی در این ژن به طور اجتناب ناپذیری سنتز β-گالاکتوزیداز را غیرفعال می کند، که می تواند با قرار دادن سلول های تبدیل شده روی محیطی که حاوی سوبستراهای β-گالاکتوزیداز است، شناسایی شود. این محیط امکان انتخاب کلونی های سلولی رنگی را فراهم می کند. روش های دیگری نیز وجود دارد.
همانطور که قبلاً اشاره شد، قطعات محدودکننده خطی DNA ناقل قادر به بازیابی ساختار دایره‌ای بدون احتساب بخش‌های کلون شده هستند. برای کاهش فرکانس تشکیل خودبه‌خودی چنین مولکول‌های DNA ناقل دایره‌ای، محدودکننده‌های DNA ناقل با فسفاتاز درمان می‌شوند. در نتیجه، تشکیل مولکول‌های DNA حلقوی غیرممکن می‌شود، زیرا انتهای 5"-PO 4 لازم برای عمل لیگاز وجود ندارد.
مجموعه ای از کلونی های ترانسفورمنت رشد یافته بر روی یک محیط انتخابی مجموعه ای از سلول های حاوی کلون هایی از قطعات (ژن ها) مختلف ژنومیک یا cDNA کلون شده است. مجموعه‌های این کلون‌ها به اصطلاح کتابخانه‌های DNA را تشکیل می‌دهند که به طور گسترده در کارهای مهندسی ژنتیک استفاده می‌شوند.
مرحله نهایی شبیه سازی ژن، جداسازی و مطالعه DNA شبیه سازی شده، از جمله تعیین توالی است. سویه‌های امیدوارکننده از باکتری‌ها یا سلول‌های سوماتیک حاوی مولکول‌های DNA نوترکیب که سنتز پروتئین‌های مورد علاقه را که ارزش تجاری دارند، کنترل می‌کنند، به صنعت منتقل می‌شوند.
مهندسی سلول
همانطور که در ابتدای فصل ذکر شد، مهندسی سلول به دستکاری ژنتیکی سلول های حیوانی و گیاهی جدا شده اشاره دارد. این دستکاری ها اغلب انجام می شود درونکشتگاهی،و هدف اصلی آنها به دست آوردن ژنوتیپ هایی از این موجودات با خواص مشخص و در درجه اول از نظر اقتصادی مفید است. با توجه به-
از زمان وجود انسان، مهندسی سلول برای سلول های زایای او قابل اجرا بود.
پیش نیاز توسعه مهندسی سلول در انسان و حیوان، توسعه روش‌هایی برای پرورش سلول‌های سوماتیک آنها بر روی محیط‌های مغذی مصنوعی و همچنین به‌دست آوردن هیبریدهای سلول‌های سوماتیک از جمله هیبریدهای بین گونه‌ای بود. به نوبه خود، پیشرفت در کشت سلول های سوماتیک بر مطالعه سلول های زایا و لقاح در انسان و حیوانات تأثیر گذاشته است. از دهه 60. قرن XX در چندین آزمایشگاه در سراسر جهان، آزمایش‌های متعددی بر روی پیوند هسته‌های سلول‌های سوماتیک به تخم‌هایی که به‌طور مصنوعی فاقد هسته هستند، انجام شد. نتایج این آزمایش‌ها اغلب متناقض بود، اما به طور کلی منجر به کشف توانایی هسته‌های سلولی برای تضمین رشد طبیعی تخمک شد (به فصل چهارم مراجعه کنید).
بر اساس نتایج مطالعه توسعه تخمک های بارور شده در دهه 60. قرن XX همچنین تحقیقاتی برای تعیین امکان لقاح تخمک در خارج از بدن مادر آغاز شد. خیلی سریع، این مطالعات منجر به کشف امکان لقاح تخمک با اسپرم در شرایط آزمایشگاهی و رشد بیشتر جنین هایی شد که به این طریق در رحم زن کاشته شدند. بهبود بیشتر روش های توسعه یافته در این زمینه منجر به این واقعیت شده است که تولد کودکان "لوله آزمایش" به واقعیت تبدیل شده است. در حال حاضر تا سال 1981، 12 کودک در جهان متولد شدند که زندگی آنها در آزمایشگاه، در یک لوله آزمایش داده شد. در حال حاضر، این بخش از مهندسی سلول گسترده شده است، و تعداد کودکان "لوله آزمایش" ده ها هزار نفر است (شکل 130). در روسیه، کار برای به دست آوردن کودکان "لوله آزمایش" تنها در سال 1986 آغاز شد.
در سال 1993، تکنیکی برای تولید دوقلوهای انسان تک تخمکی توسعه یافت درونکشتگاهیبا تقسیم جنین ها به بلاستومرها و رشد آنها به 32 سلول، پس از آن می توان آنها را در رحم زن کاشت.
تحت تأثیر نتایج مرتبط با تولید کودکان "لوله آزمایش"، فناوری نیز در حیوانات توسعه یافت، به نام پیوندجنین ها این با توسعه روشی برای القای چند تخمک گذاری، روش هایی برای لقاح مصنوعی تخمک ها و کاشت جنین در بدن حیوانات - مادران خوانده همراه است. ماهیت این فناوری به موارد زیر خلاصه می شود:
شیو به یک گاو بسیار پربازده هورمون تزریق می شود که در نتیجه تخمک گذاری چند تخمک گذاری می شود که شامل بلوغ 10-20 سلول به طور همزمان است. سپس تخمک ها به طور مصنوعی با سلول های تناسلی نر در مجرای تخمک بارور می شوند. در روز هفتم تا هشتم، جنین ها از رحم شسته می شوند و به رحم گاوهای دیگر (مادران رضاعی) پیوند زده می شوند که سپس گوساله های دوقلو به دنیا می آورند. گوساله ها وضعیت ژنتیکی والدین اصلی خود را به ارث می برند.
برنج. 130.بچه های لوله آزمایش
یکی دیگر از زمینه های مهندسی سلول های حیوانی، ایجاد حیوانات تراریخته است. ساده ترین راه برای به دست آوردن چنین حیواناتی، وارد کردن مولکول های DNA خطی به تخم های حیوانات اصلی است. حیواناتی که از تخم‌های بارور شده به این روش رشد می‌کنند، یک کپی از ژن معرفی‌شده در یکی از کروموزوم‌های خود دارند و علاوه بر این، این ژن را به ارث می‌برند. روش پیچیده‌تری برای تولید حیوانات تراریخته بر روی موش‌هایی که از نظر رنگ پوشش متفاوت هستند، ایجاد شد و به موارد زیر خلاصه می‌شود. ابتدا جنین های چهار روزه از بدن یک موش خاکستری باردار خارج می شوند و به سلول های جداگانه خرد می شوند. سپس هسته‌ها از سلول‌های جنینی خارج می‌شوند و به تخم‌های موش‌های سیاه که قبلاً از هسته محروم بودند، منتقل می‌شوند. تخم موش های سیاه حاوی هسته های خارجی در لوله های آزمایش قرار می گیرند
با یک محلول غذایی برای توسعه بیشتر. جنین‌هایی که از تخم‌های موش‌های سیاه به وجود آمده‌اند در رحم موش‌های سفید کاشته می‌شوند. بنابراین، در این آزمایش ها، می توان یک کلون موش با رنگ پوشش خاکستری به دست آورد، یعنی. شبیه سازی سلول های جنینی با خواص مشخص شده در فصل چهارم، ما نتایج حاصل از لقاح تخم‌های گوسفندی را که به طور مصنوعی از هسته خارج شده‌اند با مواد هسته‌ای از سلول‌های بدنی حیوانات هم‌گونه بررسی کردیم. به طور خاص، هسته‌ها از تخم‌های گوسفند خارج شدند و سپس هسته‌های سلول‌های بدنی (سلول‌های جنینی، جنینی یا بالغ) به چنین تخم‌هایی تزریق شد و پس از آن تخم‌های بارور شده به رحم گوسفند بالغ تزریق شد. بره های متولد شده مشابه میش اهدایی بودند. نمونه اش دالی گوسفند است. گوساله های کلونال، موش، خرگوش، گربه، قاطر و سایر حیوانات نیز به دست آمد. چنین ساخت و ساز از حیوانات تراریخته یک راه مستقیم شبیه سازی حیوانات با ویژگی های اقتصادی مفید، از جمله افراد از یک جنس خاص است.
حیوانات تراریخته نیز با استفاده از مواد اولیه متعلق به گونه های مختلف به دست می آیند. به طور خاص، یک روش شناخته شده برای انتقال ژن کنترل کننده هورمون رشد از موش به تخم موش و همچنین روشی برای ترکیب بلاستومرهای گوسفند با بلاستومرهای بز وجود دارد که منجر به پیدایش حیوانات دورگه (گوسفند) شد. این آزمایش ها امکان غلبه بر ناسازگاری گونه ها را در مراحل اولیه توسعه نشان می دهد. چشم اندازهای بسیار جذابی در راه لقاح تخمهای یک گونه با هسته سلولهای جسمی گونه دیگر (در صورت رفع ناسازگاری گونه ها) باز می شود. ما در مورد چشم انداز واقعی ایجاد هیبریدهای حیوانی با ارزش اقتصادی صحبت می کنیم که نمی توان با عبور از آنها به دست آورد.
لازم به ذکر است که کار پیوند هسته ای هنوز چندان موثر نیست. آزمایش های انجام شده بر روی دوزیستان و پستانداران عموماً نشان داده است که اثربخشی آنها کم است و به ناسازگاری هسته های دهنده و تخمک های گیرنده بستگی دارد. علاوه بر این، انحرافات کروموزومی که در هسته های پیوندی در طول تکامل بیشتر ایجاد می شود و با مرگ حیوانات تراریخته همراه است نیز مانعی برای موفقیت است.
در تقاطع مطالعات هیبریداسیون سلولی و تحقیقات ایمونولوژیک، مشکلی در ارتباط با تولید و مطالعه آنتی بادی های به اصطلاح مونوکلونال بوجود آمد. همانطور که در بالا ذکر شد، آنتی بادی های تولید شده توسط بدن در پاسخ به معرفی یک آنتی ژن (باکتری ها، ویروس ها، گلبول های قرمز و غیره) پروتئین هایی به نام ایمونوگلوبولین ها هستند و بخش اساسی از سیستم دفاعی بدن در برابر عوامل بیماری زا را تشکیل می دهند. اما هر جسم خارجی وارد شده به بدن مخلوطی از آنتی ژن های مختلف است که تولید آنتی بادی های مختلف را تحریک می کند. برای مثال، گلبول‌های قرمز خون انسان نه تنها برای گروه‌های خونی A (II) و B (III)، بلکه بسیاری از آنتی‌ژن‌های دیگر از جمله فاکتور Rh را نیز دارا هستند. علاوه بر این، پروتئین های موجود در دیواره سلولی باکتری ها یا کپسید ویروس ها نیز می توانند به عنوان آنتی ژن های مختلف عمل کنند و باعث تشکیل آنتی بادی های مختلف شوند. در همان زمان، سلول های لنفاوی سیستم ایمنی بدن معمولاً توسط کلون ها نشان داده می شوند. این بدان معنی است که حتی به همین دلیل، آنتی بادی های موجود در سرم خون حیوانات ایمن شده همیشه مخلوطی از آنتی بادی های تولید شده توسط سلول های کلون های مختلف است. در همین حال، برای نیازهای عملی، آنتی بادی های تنها از یک نوع، یعنی. سرم های به اصطلاح تک اختصاصی حاوی آنتی بادی هایی از یک نوع یا به اصطلاح آنتی بادی های مونوکلونال هستند.
در جستجوی روش‌هایی برای تولید آنتی‌بادی‌های مونوکلونال، محققان سوئیسی در سال 1975 روشی برای هیبریداسیون بین لنفوسیت‌های موش‌های ایمن‌شده با آنتی‌ژن خاص و سلول‌های تومور کشت‌شده مغز استخوان کشف کردند. این گونه هیبریدها "هیبریدوم" نامیده می شوند. از قسمت "لنفوسیتی" که توسط یک لنفوسیت یک کلون نشان داده می شود، یک هیبریدوم منفرد توانایی ایجاد آنتی بادی های لازم را از یک نوع به ارث می برد و به لطف بخش "تومور (میلوم)" قادر می شود مانند تمام سلول های تومور، به طور نامحدود در محیط های مغذی مصنوعی تکثیر می شود و جمعیت زیادی از هیبریدها را به وجود می آورد. در شکل 131 نمودار جداسازی رده های سلولی را نشان می دهد که آنتی بادی های مونوکلونال را سنتز می کنند. رده‌های سلولی آنتی‌بادی مونوکلونال موش با ترکیب سلول‌های میلوما با لنفوسیت‌های طحال یک موش که پنج روز قبل واکسینه شده بود، جدا می‌شوند.
آنتی ژن مورد نظر همجوشی سلولی با مخلوط کردن آنها در حضور پلی اتیلن گلیکول، که باعث همجوشی غشای سلولی می شود، و سپس کاشت آنها بر روی یک محیط غذایی که اجازه رشد و تولید مثل تنها سلول های هیبریدی (هیبریدوم) را می دهد، به دست می آید. هیبریدوم ها در یک محیط مایع تکثیر می شوند، جایی که آنها بیشتر رشد می کنند و آنتی بادی ها را در مایع کشت تنها از یک نوع و در مقادیر نامحدود ترشح می کنند. این آنتی بادی ها مونوکلونال نامیده می شوند. برای افزایش فراوانی تشکیل آنتی بادی، آنها به هیبریدوم های شبیه سازی متوسل می شوند، یعنی. به انتخاب کلنی های هیبریدوم فردی که قادر به ایجاد بیشترین تعداد آنتی بادی از نوع مورد نظر هستند. آنتی بادی های مونوکلونال در پزشکی برای تشخیص و درمان تعدادی از بیماری ها کاربرد گسترده ای یافته اند. با این حال، مهم ترین مزیت فناوری مونوکلونال این است که می تواند آنتی بادی هایی را علیه موادی تولید کند که نمی توانند خالص شوند. در مقابل، آنتی بادی های مونوکلونال را می توان علیه غشای سلولی (پلاسما) نورون های حیوانی به دست آورد. برای انجام این کار، موش ها با غشاهای عصبی جدا شده ایمن سازی می شوند، پس از آن لنفوسیت های طحالی آنها با سلول های میلوما ترکیب می شوند و سپس طبق شرح بالا عمل می کنند.
برنج. 131. بدست آوردن آنتی بادی های مونوکلونال
مهندسی ژنتیک و پزشکی
ثابت شده است که مهندسی ژنتیک برای پزشکی بسیار امیدوار کننده است، در درجه اول در ایجاد فناوری های جدید برای تولید پروتئین های فعال فیزیولوژیکی که به عنوان دارو استفاده می شوند (انسولین، سوماتوستاتین، اینترفرون ها، سوماتوتروپین و غیره).
انسولین برای درمان بیماران مبتلا به دیابت که سومین علت شایع مرگ و میر (پس از بیماری قلبی و سرطان) است، استفاده می شود. نیاز جهانی به انسولین چند ده کیلوگرم است. به طور سنتی، از غدد پانکراس خوک ها و گاوها به دست می آید، اما هورمون های این حیوانات کمی با انسولین انسانی متفاوت است. انسولین خوک در یک اسید آمینه متفاوت است، در حالی که انسولین گاو در سه اسید آمینه متفاوت است. اعتقاد بر این است که انسولین حیوانی اغلب باعث عوارض جانبی می شود. اگرچه سنتز شیمیایی انسولین برای مدت طولانی انجام شده است، اما تاکنون تولید صنعتی هورمون ها بسیار گران بوده است. اکنون انسولین ارزان قیمت با استفاده از روش مهندسی ژنتیک با سنتز شیمیایی- آنزیمی ژن انسولین تولید می شود و به دنبال آن این ژن به اشریشیا کلی وارد می شود و سپس هورمون را سنتز می کند. این انسولین بیشتر "بیولوژیکی" است، زیرا از نظر شیمیایی با انسولین تولید شده توسط سلول های پانکراس انسان یکسان است.
اینترفرون ها پروتئین هایی هستند که توسط سلول ها عمدتاً در پاسخ به عفونت بدن توسط ویروس ها سنتز می شوند. اینترفرون ها با ویژگی گونه ای مشخص می شوند. به عنوان مثال، در انسان سه گروه اینترفرون وجود دارد که توسط سلول های مختلف تحت کنترل ژن های مربوطه تولید می شود. علاقه به اینترفرون ها با این واقعیت مشخص می شود که آنها به طور گسترده در عمل بالینی برای درمان بسیاری از بیماری های انسانی، به ویژه بیماری های ویروسی استفاده می شوند.
مولکول های اینترفرون از نظر اندازه بزرگ هستند و به راحتی برای سنتز در دسترس نیستند. بنابراین، بیشتر اینترفرون ها در حال حاضر از خون انسان به دست می آیند، اما بازدهی از این روش تولید کم است. در همین حال، نیاز به اینترفرون بسیار زیاد است. این وظیفه یافتن روشی موثر برای تولید اینترفرون در مقادیر صنعتی را تعیین کرد. مهندسی ژنتیک زیربنای تولید مدرن اینترفرون "باکتریایی" است.
تأثیر مهندسی ژنتیک بر فناوری آن دسته از مواد دارویی که مدتهاست با استفاده از فناوری بیولوژیکی ایجاد شده اند افزایش یافته است. به دهه 40-50 برگشت. قرن XX ایجاد شد
صنعت بیولوژیکی برای تولید آنتی بیوتیک ها که موثرترین بخش زرادخانه دارویی پزشکی مدرن را تشکیل می دهد. با این حال، در سال های اخیر افزایش قابل توجهی در مقاومت دارویی باکتریایی، به ویژه به آنتی بیوتیک ها وجود داشته است. دلیل آن توزیع گسترده پلاسمیدها در دنیای میکروبی است که مقاومت دارویی باکتری ها را تعیین می کند. به همین دلیل است که بسیاری از آنتی بیوتیک های معروف قبلی اثربخشی قبلی خود را از دست داده اند. تنها راه برای غلبه بر مقاومت باکتریایی به آنتی بیوتیک ها تاکنون جستجو برای آنتی بیوتیک های جدید است. به گفته کارشناسان، سالانه حدود 300 آنتی بیوتیک جدید در جهان ایجاد می شود. با این حال، اکثر آنها یا بی اثر هستند یا سمی. تنها چند آنتی بیوتیک هر سال وارد عمل می شود که ما را مجبور می کند نه تنها حفظ کنیم، بلکه ظرفیت صنعت آنتی بیوتیک را بر اساس پیشرفت های مهندسی ژنتیک افزایش دهیم.
وظایف اصلی مهندسی ژنتیک در آن دسته از فناوری‌های مواد دارویی که میکروارگانیسم‌ها تولیدکننده دارو هستند، با نیاز به بازسازی مهندسی ژنتیک دومی به منظور افزایش فعالیت آنها تعیین می‌شود. در همین حال
از آن زمان، ایده ساخت داروها به شکل مولکول های کوچک شروع به اجرا کرد که به اثربخشی بیشتر آنها کمک می کند.
بیوتکنولوژی ایمنی در درجه اول با تولید واکسن های نسل جدید برای پیشگیری از بیماری های عفونی در انسان و حیوانات مرتبط است. اولین محصولات تجاری ایجاد شده با استفاده از مهندسی ژنتیک، واکسن های ضد هپاتیت انسانی، بیماری تب برفکی حیوانات و برخی دیگر بود. یک جهت بسیار مهم در این زمینه با تولید آنتی بادی های مونوکلونال، معرف های لازم برای تشخیص پاتوژن ها، و همچنین برای تصفیه هورمون ها، ویتامین ها، پروتئین ها با طبیعت های مختلف (آنزیم ها، سموم و غیره) مرتبط است.
روش تولید هموگلوبین مصنوعی با وارد کردن ژن‌های هموگلوبین به گیاهان تنباکو، جایی که تحت کنترل این ژن‌ها، زنجیره‌های آلفا و بتا از گلوبین تولید می‌شوند که در هموگلوبین ترکیب می‌شوند، قابل توجه است. هموگلوبین سنتز شده در سلول های گیاهان تنباکو کاملاً کاربردی است (اکسیژن را متصل می کند). مهندسی سلولی، همانطور که در مورد انسان اعمال می شود، نه تنها با حل مشکلات اساسی زیست شناسی انسان، بلکه با غلبه بر ناباروری زنان همراه است. از آنجایی که فراوانی موارد مثبت لانه گزینی جنین در رحم زنان به دست آمده است درونکشتگاهی،کوچک است، سپس جنین های دوقلوی تک تخمکی را به دست می آورد درونکشتگاهیهمچنین مهم است، زیرا احتمال لانه گزینی های مکرر به دلیل جنین های "ذخیره" افزایش می یابد. چشم انداز استفاده از سلول های بنیادی به عنوان منبع جایگزینی سلولی و بافتی در درمان بیماری هایی مانند دیابت، آسیب های نخاعی، درد قلب، آرتروز و بیماری پارکینسون از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اما برای تحقق این چشم اندازها، مطالعه عمیق زیست شناسی سلول های بنیادی ضروری است.
در استفاده از مهندسی ژنتیک در ارتباط با مشکلات پزشکی، وظیفه توسعه روش های مهندسی ژنتیک برای درمان ریشه ای بیماری های ارثی که متاسفانه هنوز با روش های موجود قابل درمان نیستند، اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. محتوای این کار ایجاد راه‌هایی برای اصلاح (عادی‌سازی) جهش‌هایی است که منجر به بیماری‌های ارثی می‌شوند و اطمینان از انتقال "اصلاحات" از طریق وراثت. اعتقاد بر این است که توسعه موفقیت آمیز روش های مهندسی ژنتیک برای درمان بیماری های ارثی خواهد بود
کمک به داده های مربوط به ژنوم انسان که در نتیجه برنامه علمی بین المللی "ژنوم انسان" به دست آمده است.
مشکلات اکولوژیکی مهندسی ژنتیک
با ارتقای بیوتکنولوژی به سطح جدیدی، مهندسی ژنتیک در توسعه راه هایی برای شناسایی و حذف آلاینده های زیست محیطی نیز کاربرد پیدا کرده است. به طور خاص، سویه‌هایی از باکتری‌ها ساخته شده‌اند که شاخص‌های منحصربه‌فردی از فعالیت جهش‌زای آلاینده‌های شیمیایی هستند. از سوی دیگر، سویه‌های باکتریایی به‌طور ژنتیکی مهندسی شده‌اند تا حاوی پلاسمیدهایی باشند که تحت کنترل آن، سنتز آنزیم‌هایی رخ می‌دهد که قادرند بسیاری از ترکیبات شیمیایی را که محیط را آلوده می‌کنند، از بین ببرد. به طور خاص، برخی از باکتری های حاوی پلاسمید قادر به تجزیه نفت و فرآورده های نفتی به ترکیبات بی ضرری هستند که در نتیجه حوادث مختلف یا دلایل نامطلوب دیگر به محیط زیست ختم شده اند.
با این حال، مهندسی ژنتیک، تبدیل مواد ژنتیکی است که در طبیعت وجود ندارد. در نتیجه محصولات مهندسی ژنتیک محصولات کاملا جدیدی هستند که در طبیعت وجود ندارند. بنابراین، به دلیل ماهیت ناشناخته محصولات آن، خود مملو از خطر است هم برای طبیعت و محیط زیست و هم برای پرسنل شاغل در آزمایشگاه‌هایی که از روش‌های مهندسی ژنتیک استفاده می‌کنند یا با ساختارهایی که در طول کار مهندسی ژنتیک ایجاد می‌شوند کار می‌کنند.
از آنجایی که امکان شبیه سازی ژن نامحدود است، حتی در همان ابتدای این مطالعات، سؤالاتی در مورد ماهیت موجودات در حال ایجاد در میان دانشمندان مطرح شد. در همان زمان، تعدادی از پیامدهای نامطلوب این روش پیشنهاد شد و این فرضیات در بین عموم مردم نیز مورد حمایت قرار گرفت. به ویژه، در مورد خواص باکتری هایی که ژن های حیوانی را در آزمایش های مهندسی ژنتیک دریافت کرده اند، اختلاف نظر وجود دارد. به عنوان مثال، آیا باکتری ها را حفظ می کند E. coliهویت گونه آنها به دلیل محتوای ژنهای معرفی شده با منشاء حیوانی (مثلاً ژن انسولین) است یا باید آنها را گونه جدیدی در نظر گرفت؟ علاوه بر این، این گونه باکتری ها چقدر بادوام هستند، در کدام سوله های زیست محیطی می توانند
وجود دارد؟ اما مهمترین چیز ظهور نگرانی هایی بود که در طول تولید و دستکاری مولکول های DNA نوترکیب، ساختارهای ژنتیکی با خواص غیرقابل پیش بینی و خطرناک برای سلامتی انسان برای تعادل اکولوژیکی ایجاد شده از لحاظ تاریخی ایجاد شود. در همان زمان، درخواست ها برای توقف مهندسی ژنتیک آغاز شد. این تماس ها باعث اعتراض بین المللی شد و منجر به برگزاری یک کنفرانس بین المللی شد که در سال 1975 در ایالات متحده برگزار شد و در آن پیامدهای احتمالی تحقیق در این زمینه به طور گسترده مورد بحث قرار گرفت. سپس، در کشورهایی که مهندسی ژنتیک شروع به توسعه کرد، قوانینی برای کار با مولکول‌های DNA نوترکیب ایجاد شد. این قوانین با هدف جلوگیری از ورود محصولات آزمایشگاه های مهندسی ژنتیک به محیط زیست است.
جنبه دیگری از پیامدهای نامطلوب کار مهندسی ژنتیک با خطر سلامتی پرسنل شاغل در آزمایشگاه هایی است که از روش های مهندسی ژنتیک استفاده می شود، زیرا در این آزمایشگاه ها از فنل، اتیدیوم بروماید و اشعه UV استفاده می شود که از عوامل مضر برای سلامتی هستند. علاوه بر این، در این آزمایشگاه‌ها امکان آلودگی توسط باکتری‌های حاوی مولکول‌های DNA نوترکیب وجود دارد که خواص نامطلوبی مانند مقاومت دارویی باکتری‌ها را کنترل می‌کنند. این نکات و نکات دیگر نیاز به ارتقای سطح ایمنی در کار مهندسی ژنتیک را مشخص می کند.
در نهایت، مشکلات مربوط به خطرات محصولات دستکاری شده ژنتیکی (گوجه فرنگی، سیب زمینی، ذرت، سویا) و همچنین محصولاتی مانند نان، رب، آب نبات، بستنی، پنیر، روغن نباتی، فرآورده های گوشتی که در تعدادی موارد به طور گسترده در جامعه مورد بحث قرار گرفته است، به ویژه در ایالات متحده آمریکا، گسترش یافته است. برای 12000 سال کشاورزی، انسان ها غذاهایی را مصرف کرده اند که از منابع طبیعی به دست آمده اند. بنابراین، فرض بر این است که مواد غذایی اصلاح شده ژنتیکی سموم، آلرژن‌ها، باکتری‌ها و مواد سرطان‌زای جدیدی را وارد بدن انسان می‌کند که منجر به بیماری‌های کاملاً جدیدی برای نسل‌های آینده خواهد شد. این سوال یک ارزیابی واقعا علمی از مواد غذایی اصلاح شده ژنتیکی را مطرح می کند.
مسائل برای بحث
1. منظور از مهندسی ژنتیک، سلولی و ژنتیک چیست؟ آیا تفاوتی بین این مفاهیم و شبیه سازی مولکولی وجود دارد؟
2. پیشرفت مهندسی ژنتیک در مقایسه با سایر روش های مورد استفاده در زیست شناسی چقدر است؟
3. "ابزار" اصلی مهندسی ژنتیک را فهرست کنید.
4. آنزیم های محدود کننده چیست، خواص و نقش آنها در مهندسی ژنتیک چیست؟
5. آیا تمام آنزیم های محدود کننده انتهای "چسبنده" DNA مورد آزمایش را تشکیل می دهند و آیا ساختار انتهای "چسبنده" به نوع آنزیم محدود کننده بستگی دارد؟
6. ناقل های ژنتیکی را تعریف کنید. آیا بردارهای طبیعی وجود دارد؟
7. ناقل های ژنتیکی چگونه در آزمایشگاه به دست می آیند؟ چه اجسام بیولوژیکی ماده اولیه برای به دست آوردن بردارها هستند؟
8. حداکثر طول توالی های بازهای نیتروژن دار DNA که هنوز می تواند در یک ناقل ژنتیکی گنجانده شود چقدر است؟ آیا بردارها در "قدرت" با هم تفاوت دارند؟
9. مشخص کردن خواص DNA لیگاز و تعیین نقش آن در مهندسی ژنتیک.
10. قطعه (ژن) DNA شبیه سازی شده چگونه به ناقل ژنتیکی متصل می شود؟
11. دفعات ورود مولکول های DNA نوترکیب به سلول های باکتری چقدر است؟
12. انتخاب سلول های باکتریایی حاوی مولکول های DNA نوترکیب بر چه اساسی استوار است؟ یک نمونه از چنین انتخابی را ذکر کنید.
14. بسیاری از گونه های باکتری دارای آنزیم های یکسانی هستند که متابولیسم آنها را تقریباً به یک شکل تضمین می کند. در همین حال، ویژگی نوکلئوتیدی سیستم‌های محدود-اصلاح باکتریایی متفاوت است. آیا می توانید این پدیده را توضیح دهید؟
15. چرا توالی‌های DNA که مکان‌های تشخیص آنزیم محدود را نشان می‌دهند نمی‌توانند بیش از هشت جفت باز داشته باشند؟
16. دنباله HGC که توسط آنزیم محدود کننده Hae III شناسایی می شود، در یک قطعه DNA 50000 جفت باز با 30، 50 و 70 درصد محتوای GC چند بار رخ می دهد؟
17. آنزیم های محدود کننده Bam HI و Bgl I به ترتیب توالی های G GATCC و T GATCA را ذوب می کنند. آیا می توان قطعات DNA تولید شده توسط محدودیت Bgl I را در سایت Bam HI گنجاند؟ اگر چنین است، چرا؟ اگر پلاسمید (وکتور) مورد استفاده حاوی یک محل محدود Bgl I باشد، این پلاسمید را روی چه محیط غذایی می توان برای باکتری انتخاب کرد؟
18. فرکانس تبدیل باکتری به ازای هر مولکول DNA را اگر در هر 5000 جفت باز پلاسمیدی 5-10 5 ترانسفورمنت تشکیل شود، محاسبه کنید؟
19. آیا می توان نقطه همانندسازی DNA 0 را شبیه سازی کرد؟ E. coliو اگر چنین است، چگونه؟
20. آیا می توان تعیین کرد که برای تبدیل یک سلول به چند مولکول DNA نیاز است؟ ای کولای؟
21. آیا با استفاده از واکنش زنجیره ای پلیمراز می توان محل اتصال را روی mRNA تعیین کرد؟
22. چگونه می توان از واکنش زنجیره ای پلیمراز برای وارد کردن یک مکان محدود کننده مورد نظر به محل مورد نظر روی یک قطعه DNA که قرار است شبیه سازی شود استفاده کرد؟
23- روشهای مهندسی سلولی را که در مورد حیوانات اعمال می شود نام ببرید. ارزش اقتصادی حیوانات تولید شده با این روش ها چقدر است؟
24. مفاهیم «گیاهان تراریخته» و «جانوران تراریخته» را تعریف کنید. آیا موجودات تراریخته هویت گونه خود را حفظ می کنند یا می توان آنها را ارگانیسم گونه های جدید در نظر گرفت؟
25. هیبریدوم ها و آنتی بادی های مونوکلونال چیست؟ چطور آن ها را بدست می آوری؟
26. آیا مهندسی سلول برای انسان قابل اجرا است؟
27. فرض کنیم که تزریق DNA خارجی به تخم موش و کاشت تخمک بارور شده به این روش در بدن موش منجر به بارداری و تولد موش‌هایی شد که حاوی نسخه‌هایی از DNA تزریق شده در ژنوم بودند. با این حال، موش های کوچک معلوم شد که موزاییک هستند، یعنی. برخی از سلول های آنها دارای نسخه هایی از DNA تزریق شده هستند، برخی دیگر فاقد این DNA هستند. می توانید ماهیت این پدیده را توضیح دهید؟
28. آیا غذای تهیه شده از محصولات اصلاح شده ژنتیکی را از نظر ژنتیکی خطرناک می دانید؟
29. آیا آزمایش علمی مواد غذایی اصلاح شده ژنتیکی ضروری است؟
دانش با آنچه ما به عنوان حقیقت تأیید می کنیم تعیین می شود.
P.A. فلورنسکی، 1923

تایپ کنید