UHANDISI WA JINI(syn. uhandisi jeni) - mwelekeo wa utafiti katika biolojia ya Masi na genetics, lengo kuu ambalo ni kupata, kwa kutumia mbinu za maabara, viumbe vilivyo na mpya, ikiwa ni pamoja na wale ambao hawapatikani katika asili, mchanganyiko wa mali ya urithi. Katika moyo wa G. na. kuna uwezekano wa kudanganywa na vipande vya asidi nucleic kutokana na mafanikio ya hivi punde ya baiolojia ya molekuli na jenetiki. Mafanikio haya yanajumuisha uanzishwaji wa umoja wa kanuni za kijeni (tazama), yaani ukweli kwamba katika viumbe hai wote kuingizwa kwa amino asidi sawa katika molekuli ya protini kunasimbwa na mfuatano wa nyukleotidi sawa katika mlolongo wa DNA; mafanikio ya enzymolojia ya kijeni, ambayo ilimpa mtafiti seti ya vimeng'enya ambavyo vinawezesha kupata jeni za mtu binafsi au vipande vya asidi ya nuklei kwa namna ya pekee, kutekeleza usanisi wa vipande vya asidi ya nukleic ndani ya vitro, na kuchanganya vipande vinavyotokana na moja nzima. Kwa hivyo, kubadilisha mali ya urithi wa mwili kwa msaada wa G. na. inakuja kwa kuunda nyenzo mpya za urithi kutoka kwa vipande mbalimbali, kuanzisha nyenzo hii kwenye kiumbe cha mpokeaji, na kuunda hali za utendakazi wake na urithi thabiti.

Moja ya njia za kupata jeni ni kemikali. usanisi. Baada ya A. Holli huko Marekani, A. A. Baev katika USSR na watafiti wengine waliweza kufafanua muundo wa RBHAs mbalimbali za usafiri (tRNAs), X. Korana et al. walifanya chem. usanisi wa DNA ya usimbaji chachu ya waokaji alanine tRNA.

Lakini njia ya ufanisi zaidi ya awali ya jeni ya bandia inahusishwa na matumizi ya enzyme ya DNA polymerase inayotegemea RNA (reverse transcriptase), iliyogunduliwa na D. Baltimore na H. Temin katika virusi vya oncogenic (tazama). Kimeng'enya hiki kilitengwa na kutakaswa kutoka kwa seli zilizoambukizwa na virusi fulani vya oncogenic zilizo na RNA, pamoja na virusi vya myeloblastosis ya ndege, virusi vya sarcoma ya Rous, na virusi vya leukemia ya murine. Reverse transcriptase huhakikisha usanisi wa DNA kwenye kiolezo cha RNA ya mjumbe (mRNA). Matumizi ya molekuli za mRNA kama violezo vya usanisi wa DNA hurahisisha sana usanisi bandia wa jeni za kimuundo za viumbe vya juu, kwani mlolongo wa besi za nitrojeni katika molekuli ya mRNA ni nakala halisi ya mlolongo wa besi za nitrojeni za jeni zinazolingana za muundo, na. mbinu ya kutenganisha molekuli mbalimbali za mRNA imeendelezwa vizuri. Maendeleo ya kutengwa kwa protini ya globin mRNA, ambayo ni sehemu ya himoglobini ya binadamu, wanyama na ndege, protini ya lenzi ya macho mRNA, immunoglobin mRNA, na mRNA ya protini maalum ya uvimbe mbaya (myeloma), imewezesha, kwa kutumia. reverse transcriptase, ili kuunganisha sehemu ya muundo wa jeni inayosimba baadhi ya protini hizi.

Walakini, katika mwili, jeni za muundo hufanya kazi pamoja na jeni za udhibiti, mlolongo wa nyukleotidi ambao haujatolewa tena na molekuli ya mRNA. Kwa hiyo, hakuna njia hizi inaruhusu awali ya seti ya jeni za muundo na udhibiti. Suluhisho la tatizo hili liliwezekana baada ya maendeleo ya mbinu za kutenganisha jeni za mtu binafsi. Ili kutenganisha jeni za bakteria, miundo midogo ya saitoplazimu iliyo na DNA hutumiwa ambayo inaweza kujinakili (angalia Replication) bila ya kromosomu ya bakteria. Miundo hii huunda kundi moja la vipengele vya maumbile ya extrachromosomal ya bakteria - plasmids (tazama Plasmids). Baadhi yao yanaweza kuingizwa kwenye kromosomu ya bakteria na kisha kwa hiari au chini ya ushawishi wa mawakala wa kushawishi, k.m. Mionzi ya UV, tembea kutoka kwa kromosomu hadi kwenye saitoplazimu, ukichukua pamoja na jeni za kromosomu zilizo karibu za seli jeshi. Vipengele vya maumbile vya ziada vya bakteria ambavyo vina mali kama hiyo huitwa episomes [F. Jacob, Wollman (E. Wollman)]. Matukio (tazama) ni pamoja na phaji za wastani (angalia Bacteriophage), sababu ya jinsia ya bakteria, sababu za upinzani wa dawa za vijidudu (tazama), sababu za bakteria (tazama). Katika saitoplazimu, jeni zilizokamatwa na vipindi huigwa ndani yao na mara nyingi huunda nakala nyingi. Ukuzaji wa njia madhubuti ya kutenganisha plasmidi, haswa fagio za joto, kubeba nyenzo za kijeni za kromosomu ya bakteria, na kutenganisha kipande cha kromosomu ya seli ya bakteria iliyojumuishwa kwenye jenomu ya bacteriophage iliyoruhusiwa mnamo 1969 J. Beckwith et al., kutenga lactose operon - kikundi cha jeni ambacho hudhibiti vimeng'enya vya usanisi muhimu kwa kunyonya lactose na E. koli. Mbinu sawa ilitumiwa kutenga na kutakasa jeni inayodhibiti usanisi wa uhamishaji wa tyrosine RNA ya Escherichia coli (ona asidi ya Ribonucleic).

Matumizi ya plasmids hufanya iwezekanavyo kupata karibu jeni yoyote ya bakteria katika fomu ya pekee, na kwa hiyo uwezo wa kujenga molekuli za DNA kutoka kwa vyanzo mbalimbali. Miundo kama hiyo ya mseto inaweza kujilimbikiza katika seli kwa idadi kubwa, kwani plasmidi nyingi, chini ya hali fulani, zinaigwa sana kwenye saitoplazimu ya bakteria, na kutengeneza makumi, mamia, na hata maelfu ya nakala.

Mafanikio ya G. na. yanahusishwa na ukuzaji wa mbinu za kuchanganya miundo ya kijeni kutoka vyanzo mbalimbali katika molekuli moja ya DNA. Kuamua katika ujenzi wa molekuli za mseto katika vitro ilikuwa matumizi ya kizuizi cha endonucleases - vimeng'enya maalum vinavyoweza kukata molekuli za DNA katika maeneo yaliyoainishwa madhubuti. Enzymes kama hizo zilipatikana katika seli za Escherichia coli zilizobeba aina ya plasmids ya R, ambayo huamua upinzani wa bakteria kwa dawa fulani, katika seli za mafua ya Haemophilus, Serratia marcescens na vijidudu vingine. Mojawapo ya vimeng'enya vinavyotumika sana vya aina hii ni kizuizi cha endonuclease EcoRI, kilichosanifiwa na plasmid ya RI katika seli za E. koli. Kimeng’enya hicho hutambua sehemu ya DNA yenye mfuatano wa kipekee wa jozi sita za nyukleotidi na hukata muundo wa DNA wenye nyuzi mbili katika sehemu hii ili ncha zenye nyuzi-moja za nyukleotidi nne (zinazoitwa ncha za kunata) zifanyike pande zote mbili. Kwa kuwa kimeng'enya hukata molekuli za DNA, bila kujali asili yake, kwa njia iliyobainishwa kabisa, vipande vyote vya DNA vinavyoundwa kutokana na kitendo cha kimeng'enya hicho vitakuwa na ncha zinazonata sawa. Miisho ya ziada ya kunata ya vipande vyovyote vya DNA huunganishwa na vifungo vya hidrojeni, na kutengeneza DNA ya mseto ya mviringo (Mtini.). Ili kuleta utulivu wa molekuli ya DNA ya mseto, enzyme nyingine hutumiwa - polynucleotide ligase, ambayo hurejesha vifungo vya ushirikiano vilivyovunjwa na enzyme ya kizuizi. Mlolongo unaotambuliwa hasa na EcoRI hutokea katika DNA si mara nyingi zaidi kuliko baada ya jozi za msingi 4000-16,000. Kwa hivyo, kipande cha DNA kilichoundwa chini ya hatua ya EcoRI kinaweza kujumuisha angalau jeni moja ambayo haijaharibiwa na kimeng'enya (jeni moja kwa wastani lina jozi 1000-1500 za nyukleotidi).

Matumizi ya endonucleases ya kizuizi na idadi ya vimeng'enya vingine hufanya uwezekano wa kupata DNA ya recombinant tata. Kundi la watafiti nchini Marekani chini ya uongozi wa P. Berg waliweza kuchanganya taarifa za kijeni kutoka vyanzo vitatu kuwa molekuli moja ya DNA: jenomu kamili (tazama) ya virusi vya oncogenic simian SV40, sehemu ya genome ya bacteriophage ya joto λ na. kundi la jeni za E. koli zinazohusika na unyambulishaji wa galactose. Molekuli ya recombinant iliyojengwa haikujaribiwa kwa shughuli za kazi kwa sababu waandishi wa kazi hii walikabiliwa na hatari inayowezekana ya kuenea kwa virusi vya oncogenic ya wanyama katika idadi ya bakteria wanaoishi kwenye utumbo wa binadamu. Inajulikana kuwa DNA ya virusi iliyosafishwa inaweza kupenya seli mbalimbali za mamalia na kurithiwa kwao kwa uthabiti.

Kwa mara ya kwanza, molekuli za DNA za mseto zinazofanya kazi ziliundwa Marekani na S. Cohen et al. Kundi la Cohen mara kwa mara lilitatua tatizo la kukusanya na kuunganisha (mkusanyiko wa kuchagua) wa molekuli za DNA zilizotengwa na spishi zinazozidi kuwa mbali kutoka kwa kila mmoja kwa maneno ya filojenetiki. Utaratibu wa uundaji wa cloning kawaida huwa na kugawanyika kwa DNA kutoka kwa vyanzo anuwai kwa kutumia endonuclease za kizuizi, kisha vipande hivi vinajumuishwa katika muundo wa kawaida na kuletwa ndani ya kiumbe cha mpokeaji, ambacho katika majaribio ya Cohen ni Escherichia coli. Imeanzishwa kuwa seli za aina kadhaa za bakteria (ikiwa ni pamoja na Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus) zinaweza kubadilishwa (tazama Ubadilishaji) kwa kutumia molekuli za DNA recombinant. Katika kesi hii, sehemu ya plasmid ya molekuli ya mseto (au moja ya plasmids, ikiwa plasmidi mbili kutoka kwa vyanzo tofauti zimeunganishwa katika molekuli ya mseto) hutumika kama vector, yaani, inahakikisha uhamisho wa nyenzo za maumbile za kigeni za phylogenetically kwenye seli za mpokeaji. na uzazi wake ndani yao. Plasidi ya kwanza iliyotumiwa na Cohen et al kama vekta ilikuwa plasmid pSC101, ambayo alipata katika vitro, ambayo inadhibiti upinzani wa bakteria kwa tetracycline. Plasidi hii ndogo ina jozi za msingi 8000 pekee. Hushambuliwa na kimeng'enya cha EcoRI katika tovuti moja tu, na kimeng'enya hicho hakiharibu uwezo wa plasmid kujinakilisha katika seli za E. koli na kudhibiti ukinzani wa tetracycline. Vipengele hivi vilifanya iwezekane kuitumia kwa ujenzi wa ndani wa molekuli za mseto za DNA. Katika hatua za kwanza, DNA ya plasmid iliyotengwa na aina mbalimbali za bakteria na kisha kutoka kwa viumbe vya juu iliunganishwa kwenye pSC101. Kwa hivyo, plasmidi za "chimeric" ziliundwa (yaani, hazina uwezo wa kutokea chini ya hali ya asili), ikichanganya katika muundo wao nyenzo za urithi za E. coli, sehemu ya DNA kutoka kwa oocytes ya chura aliye na makucha Xenopus laevis, ambayo inadhibiti usanisi. ya ribosomal RNA, na sehemu ya DNA kutoka kwa urchin ya baharini, ambayo inadhibiti usanisi wa protini za histone au DNA ya mitochondrial ya panya. Katika seli za E. coli ambazo mseto huo, plasmids "chimeric" zilianzishwa, utendaji wa jeni za viumbe vya juu ulirekodi.

Kinyume na pSC101, ambayo iko katika nakala 4-6 pekee kwenye seli, plasmidi zingine zinazotumiwa kama vekta zinaweza, chini ya hali fulani, kunakili mara nyingi, kutoa nakala elfu kadhaa katika seli moja. Mali hizo zinamilikiwa, kwa mfano, na plasmid ya ColEI, ambayo inadhibiti awali ya colicin (tazama Bacteriocinogeny). Kama pSC101, CoLEI hukatwa na kimeng'enya cha EcoRl katika tovuti moja tu, na DNA ya kigeni, ambayo pia inatibiwa na EcoRI, inaunganishwa kwa urahisi kwenye molekuli ya mstari inayotokana na ncha zinazonata. Kwa hivyo, iliwezekana "kuunganisha" jeni la tryptophan operon ya Escherichia coli kwa ColEI. Katika seli zinazobeba nakala nyingi za plasmid ya mseto iliyojengwa, utengenezaji wa protini za kimeng'enya zinazodhibitiwa na jeni za tryptophan biosynthesis uliongezeka sana. Katika mfumo wa in vitro, iliwezekana kushikamana na plasmid ya ColEI kwa sababu fulani za R na phaji ya wastani. Kazi kama hiyo ilifanyika kwanza huko USSR chini ya uongozi wa Msomi A. A. Baev na Profesa S. I. Alikhanyan. Plasmaidi za vekta zilizochanganywa zinazoundwa na sababu za ColEI na R zina uwezo wa kuzidisha sana katika seli za bakteria, kama vile ColEI, na wakati huo huo kuamua upinzani wa seli kwa viuavijasumu, ambayo hurahisisha sana uteuzi wa bakteria wanaobeba plasmidi mseto.

Phages za joto pia hutumiwa kama vekta. Katika mfumo wa vitro, chembe za mseto za bacteriophage ziliundwa ambazo zilijumuisha katika muundo wao jeni za bakteria, DNA ya phaji zingine au viumbe vya juu (kwa mfano, DNA ya nzi wa matunda ya Drosophila).

Shughuli ya kazi ya DNA ya mseto imedhamiriwa na uwezekano wa uhamisho wao kwenye seli za viumbe vya mpokeaji na kuzidisha baadae (amplification) katika seli hizi. Sio tu bakteria, kama ilivyotajwa hapo juu, lakini pia seli za viumbe vya juu tayari zinatumiwa kwa ufanisi kama wapokeaji, hata hivyo, hadi sasa tu katika mfumo wa utamaduni wa tishu uliopandwa nje ya mwili. Kuna dalili kwamba DNA ya fagio zilizobeba jeni za bakteria zinaweza kupenya seli za tishu za binadamu (fibroblasts), protoplasts, au utamaduni usio na tofauti (callus) wa seli za mimea. Mnamo 1971, Amer. mtafiti S. R. Merril et al. waliripoti juu ya majaribio ya kusahihisha kasoro ya urithi - galactosemia (tazama) kwa kuingiza ndani ya seli "ugonjwa" jeni za galactose za bakteria zilizojumuishwa kwenye DNA ya fagio inayopitisha. Kama matokeo, seli kutoka kwa mgonjwa aliye na galactosemia, zenye kasoro katika kimeng'enya cha beta-D-galactose-1-phosphate uridyltransferase na haziwezi kutengenezea galactose, zilirejesha uwezo wao wa kawaida wa kukua mbele ya galactose, na shughuli za enzymatic ambazo hazikuwepo hapo awali zilirekodiwa. katika dondoo zao. Matokeo sawa yalipatikana na J. Horst et al, wakati wa kuanzisha jeni la bakteria ambalo linadhibiti usanisi wa beta-galactosidase katika fibroblasts ya mgonjwa wa gangliosidosis ya jumla, inayojulikana na upungufu mkubwa wa enzyme hii. Munyon (W. Munyon) na wafanyakazi wenzake. kwa kutumia virusi vya herpes, walihamisha jeni inayodhibiti usanisi wa thymidine kinase kutoka kwa seli za binadamu hadi seli za panya, kurejesha uwezo wa fibroblasts zenye kasoro za panya ili kuunganisha kimeng'enya hiki.

Mojawapo ya njia za kupeleka habari za maumbile katika utamaduni wa seli za binadamu, wanyama na mimea ni mseto wa seli za somatic, zilizotengenezwa na Ephrussi na G. Barski. Ufanisi wa njia hii uliimarishwa sana na ugunduzi ambao ulizimisha chembe za virusi vya Sendai parainfluenza iliongeza mzunguko wa mchanganyiko wa seli kutoka kwa vyanzo mbalimbali. Uwezekano wa kuhamisha jeni za mtu binafsi kutoka kwa kromosomu za hamster za Kichina zilizotengwa hadi seli za tishu zinazounganishwa za panya umeonyeshwa. Mchanganyiko wa seli za binadamu na panya zimeelezewa ambapo sehemu ya chromosomes ya binadamu huondolewa, na sehemu inabaki kufanya kazi. Uendelezaji wa mbinu za microsurgery ya seli imefanya iwezekanavyo kupandikiza viini vya seli kutoka kwa seli za somatic hadi mayai ya mbolea na, kwa sababu hiyo, kupata viumbe vinavyofanana kabisa. Uchanganyaji wa seli ulifanya iwezekane kushawishi uchanganuzi wa globini ya binadamu katika seli za vijidudu vya vyura. Mifano hii yote inaonyesha uwezo unaowezekana wa G. na.

Umuhimu wa vitendo wa G. na. kwa dawa inahusishwa na matarajio ya kusahihisha kasoro za urithi wa kimetaboliki kwa wanadamu (tazama Tiba ya jeni), kuunda vijidudu ambavyo vimepoteza pathogenicity yao, lakini kubakiza uwezo wa kuunda kinga, usanisi wa antibiotics, amino asidi, homoni, vitamini, enzymes, immunoglobulins. , nk, kulingana na matumizi ya microorganisms ambazo zimejumuisha jeni zinazofanana. Matokeo ya kipekee yanaweza kupatikana katika siku za usoni na G. na. mimea. Kutumia njia za G. na. Wanajaribu kuunda mimea ambayo inaweza kunyonya nitrojeni ya anga na kuboresha muundo wa protini wa vyakula vya mmea. Suluhisho la mafanikio la matatizo haya litaongeza kwa kiasi kikubwa uzalishaji wa mimea, kupunguza uzalishaji na matumizi ya nitrojeni ya madini, na hivyo kuboresha kwa kiasi kikubwa mazingira (tazama). Uwezekano wa kuunda aina mpya kabisa za wanyama na mimea kwa kushinda vizuizi vya interspecific kwa kuzaliana unasomwa. Hata hivyo, wakati wa kutathmini G. na. kama aina mpya ya uchunguzi wa maumbile hai, mtu anapaswa kuzingatia sio tu jukumu lake la mapinduzi katika biolojia, dawa na kilimo, lakini pia uwezekano wa kuibuka kwa aina mpya za vijidudu vya pathogenic zinazotokana na maendeleo yake, hatari. ya kuenea kwa DNA ya mseto katika idadi ya bakteria wanaoishi kwa wanadamu, kubeba virusi vya Oncogenic, nk. Bila shaka, matumizi ya makusudi ya mafanikio ya kisayansi, ikiwa ni pamoja na G.I., kwa madhumuni yasiyo ya kibinadamu, ya misanthropic inawezekana tu katika jamii ambayo wema wa mwanadamu. hutolewa kwa faida na uchokozi.

Kutoka kwa nyenzo za ziada

Uhandisi wa jeni unaendelea kuwa mbinu ya utafiti inayoendelea kwa kasi katika baiolojia ya molekuli na jenetiki. Ikumbukwe kwamba dhana za "uhandisi wa maumbile" na "uhandisi wa maumbile" sio visawe kamili, kwani utafiti unaohusiana na uhandisi wa urithi hauzuiliwi tu na udanganyifu wa jeni. Hivi sasa, mbinu za uhandisi wa maumbile hufanya iwezekanavyo kufanya uchambuzi wa kina zaidi na wa kina wa asidi ya asili ya nucleic - vitu vinavyohusika na uhifadhi, uhamisho na utekelezaji wa taarifa za maumbile (tazama Nucleic asidi.), Na pia kuunda iliyorekebishwa au mpya kabisa ambazo hazipatikani katika jeni asili (tazama Jeni), michanganyiko ya jeni na kuzieleza kwa ufanisi wa hali ya juu katika chembe hai (tazama uelezaji wa Jeni). Kati ya mafanikio maalum ya uhandisi wa maumbile katika muongo mmoja uliopita, muhimu zaidi inapaswa kuwa uundaji wa watengenezaji wa proteni zinazofanya kazi kwa biolojia - insulini (tazama), interferon (tazama), homoni ya ukuaji (tazama homoni ya Somatotropic), nk, na vile vile. kama ukuzaji wa mbinu za uhandisi wa kijeni uanzishaji wa viungo hivyo vya kimetaboliki, ambavyo vinahusishwa na uundaji wa vitu vyenye uzani wa chini wa Masi. Kwa njia hii, wazalishaji wa antibiotics fulani, amino asidi na vitamini walipatikana, mara nyingi ufanisi zaidi kuliko wazalishaji wa vitu hivi vilivyozalishwa na mbinu za jadi za genetics na uteuzi. Njia zinatengenezwa kwa kupata chanjo safi ya protini dhidi ya hepatitis, mafua, herpes, na virusi vya mguu na mdomo; wazo la kutumia chanjo na virusi vya chanjo limetekelezwa, genome ambayo ina jeni zinazoweka usanisi wa protini. virusi vingine (kwa mfano, hepatitis au virusi vya mafua): kama matokeo ya chanjo na virusi vilivyotengenezwa kwa njia hii, mwili huendeleza kinga sio tu dhidi ya ndui, lakini pia dhidi ya hepatitis, mafua au ugonjwa mwingine unaosababishwa na virusi hivyo, protini. ambayo imesimbwa na jeni iliyojengwa.

Mkusanyiko wa ulimwengu wa endonucleases ya kizuizi, enzymes ya kizuizi, "zana" kuu za udanganyifu wa uhandisi wa maumbile, imeongezeka kwa kiasi kikubwa. Zaidi ya vimeng'enya 400 vya kizuizi vimetengwa "kutambua" takriban. Maeneo (tovuti) 100 tofauti za kimuundo katika molekuli za DNA (ona asidi ya Deoxyribonucleic) na kupasua mnyororo wa polynucleotide wa DNA kwenye tovuti hizi. Kwa kutumia kimeng'enya kimoja kama hicho au mchanganyiko wa vimeng'enya kadhaa vya kizuizi, karibu jeni yoyote inaweza kutengwa kutoka kwa vipande vya DNA moja au zaidi (kinachojulikana kama vipande vya kizuizi). Hii imepanua uwezekano wa uhandisi wa maumbile sio tu kwa suala la kutenganisha jeni, lakini pia katika suala la kuamsha kazi zao, kuchambua muundo wa jeni na mazingira yao ya Masi. Njia zimetengenezwa kwa usanisi wa jeni nzima na mlolongo fulani wa nyukleotidi; imewezekana kusambaza jeni zilizoundwa na asili na mlolongo wa udhibiti wa nyukleotidi, kubadilisha, kuingiza, kufuta nyukleotidi moja katika sehemu zilizoainishwa madhubuti za jeni, kufupisha au kukamilisha. mlolongo wake wa nyukleotidi kwa usahihi wa nyukleotidi moja.

Mafanikio ya uhandisi wa maumbile yalikuwa kupenya kwake katika shirika na utendaji wa mifumo ya urithi wa seli za viumbe vya juu, ikiwa ni pamoja na wanadamu. Ni juu ya yukariyoti ya juu kwamba data ya kuvutia zaidi imepatikana kwa kutumia mbinu za uhandisi wa maumbile. Mafanikio ya uhandisi jeni yanahusishwa kwa kiasi kikubwa na utengenezaji wa vekta mpya maalum ambazo hufanya iwezekane kufananisha (kuzalisha) vipande vya DNA vya mtu binafsi (jeni) na kuunganisha protini zilizosimbwa na jeni hizi.

Vipande vya kizuizi vinavyounganishwa na vekta za DNA vinaunganishwa kwenye seli hai, kwa kutumia uwezo wa vekta hizo kuzaliana (kuiga) katika seli katika nakala nyingi. Kulingana na saizi ya vipande vya kutengenezwa na madhumuni ya utafiti, vekta za moja ya aina nne hutumiwa - plasmids (tazama), phages (tazama Bacteriophage), cosmids au derivatives ya phages na DNA moja-stranded.

Ili kuunganisha vipande vidogo vya DNA (hadi jozi elfu 10 za msingi), vekta za plasmid (pBR322, pAT 153, pUR250, pUC19, nk) hutumiwa. Mafanikio ya uhandisi wa maumbile katika miaka ya hivi karibuni yamekuwa uzalishaji wa vekta kulingana na phage X (Charon 4A, gtwes-B), ambapo sehemu ya jenomu inabadilishwa na kipande cha DNA ya kigeni. Jenomu ya mseto "imefungwa" kwa bandia kwenye shell ya protini, na bakteria huambukizwa na phaji hii iliyojengwa upya. Kuunda nakala elfu kadhaa wakati wa kuzaliana kwenye seli, phaji iliyojengwa upya huiweka na kutolewa kwa njia ya kitamaduni. Kwa kutumia vekta kama hizo, vipande vya DNA vya urefu wa jozi za msingi 10-25,000 vinatengenezwa.

Vekta za Cosmid (pIB8, MUA-3) ni mseto wa fagio X na plasmid. Zina vyenye kinachojulikana. Mfuatano wa COS wa DNA ya fagio, muhimu kwa kufunga jenomu za faji kwenye ganda la protini, na sehemu ya DNA ya plasmid ambayo inaruhusu vekta za cosmid kujinakilisha katika bakteria kwa njia sawa na plasmidi. Kwa hivyo, jenomu inayorudisha nyuma huambukiza bakteria kwa ufanisi wa juu kama bacteriophage, lakini huzidisha ndani yao kama plasmid, bila kusababisha kifo cha seli ya bakteria. Cosmids hutumiwa kuunda vipande vya DNA hadi jozi za msingi 35-45,000 kwa urefu.

Vectors, ambayo ni derivatives ya phages na DNA moja-stranded (M13 mp8, M13, mp73, nk), hujengwa kwa kuzingatia molekuli ya DNA ya mviringo ya bacteriophage M13. Ili kuunganisha DNA ya kigeni, molekuli ya DNA ya phaji yenye kuiga mara mbili hutumiwa. Vekta inayobeba DIC ngeni huletwa ndani ya seli za bakteria, ambapo molekuli recombinant huongezeka bila kutandaza seli na "kuchipuka" hadi kwenye utamaduni kama chembe ya virusi yenye molekuli ya DNA yenye ncha moja. Vectors hizi hutumiwa kwa cloning vipande vya DNA (hadi jozi 300-400 za nucleotide).

Jeni inayohitajika kwa udanganyifu wa uhandisi wa urithi hupatikana kwa kuunganisha molekuli za DNA zinazolingana na kuchagua clones kama hizo. Katika hali ambapo jeni za viumbe vya juu na wanadamu huunganishwa na kujieleza katika E. coli (mara nyingi hutumiwa kwa madhumuni hayo) haiwezekani, utaratibu wa cloning na uteuzi unafanywa katika hatua kadhaa. Katika hatua ya kwanza, huunda kinachojulikana. maktaba ya jeni kutoka kwa vipande vya DNA (iliyoundwa moja kwa moja kutoka kwa jenomu ya seli) au kutoka kwa nakala za DNA (cDNA) za RNA ya mjumbe husika. Kwa kulinganisha muundo wa vipande vya DNA ya genomic na cDNA inayolingana, habari muhimu hupatikana kuhusu shirika la nyenzo za urithi, na katika kesi ya magonjwa ya urithi, juu ya asili ya upungufu katika nyenzo za maumbile, matokeo yake ni hii. ugonjwa. Kutoka kwa maktaba ya jeni, kwa kutumia mbinu za kisasa, inawezekana kutoa jeni inayohitajika na maeneo ya jirani ya genome. Hivi sasa, maktaba kamili ya jeni ya microorganisms nyingi, mimea na wanyama (ikiwa ni pamoja na mamalia na wanadamu) zimeundwa. Jeni mia kadhaa na mfuatano mwingine wa nyukleotidi katika DNA ya binadamu tayari zimeundwa na kusomwa kwa shahada moja au nyingine.

Uwezekano wa utafiti wa uhandisi jeni hauzuiliwi kwa kuunda jeni na kupata idadi kubwa ya nakala zake. Mara nyingi ni muhimu sio tu kuiga jeni, lakini pia kuhakikisha kujieleza kwake kwenye seli, ambayo ni, kutekeleza habari iliyomo ndani yake katika mlolongo wa asidi ya amino ya mlolongo wa polipeptidi ya protini iliyosimbwa na jeni hili. Ikiwa jeni iliyoletwa ndani ya seli ya bakteria hupatikana kutoka kwa bakteria ya aina moja (au sawa), basi inatosha kutenganisha jeni na vipengele vya udhibiti vinavyodhibiti kujieleza kwake. Hata hivyo, isipokuwa kwa vizuizi vichache, mlolongo wa udhibiti wa nyukleotidi wa viumbe ambao uko mbali kimageuzi kutoka kwa kila mmoja hauwezi kubadilika. Kwa hivyo, ili kufikia, kwa mfano, usemi wa jeni la eukaryotic katika seli za E. coli, mkoa wa udhibiti huondolewa kutoka kwake, na sehemu ya kimuundo ya jeni kama hiyo imeunganishwa (kwa umbali fulani) kwa eneo la udhibiti. ya jeni la bakteria. Maendeleo makubwa katika ukuzaji wa mbinu hii yalipatikana baada ya kugunduliwa kwa kimeng'enya cha nyuklia cha Ba131, ambacho kina sifa ya kipekee ya kuweka hidrolisisi nyuzi zote mbili za molekuli ya DNA yenye mistari miwili kuanzia mwisho wa molekuli, yaani, kimeng'enya hiki huondoa "ziada. ” mfuatano wa nyukleotidi wa urefu wowote kutoka mwisho wa kipande cha DNA . Hivi sasa, mikoa ya kimuundo na ya udhibiti imetengwa kando kwa kutumia enzymes hizo za kizuizi, tovuti za "utambuzi" ambazo ziko kwa mafanikio zaidi kwenye mlolongo wa polynucleotide, kisha mlolongo wa "ziada" wa nucleotide huondolewa na eneo la kimuundo la jeni la eukaryotic limeunganishwa. kwa eneo la udhibiti wa jeni la bakteria. Kwa njia hii, inawezekana kufikia sio tu maonyesho ya jeni za eukaryotic katika seli za bakteria, lakini pia, kinyume chake, jeni za bakteria katika seli za eukaryotes ya juu na ya chini.

Mafanikio ya uhandisi wa maumbile yanahusiana kwa karibu na maendeleo na uboreshaji wa mbinu za kuamua mlolongo wa nyukleotidi (mlolongo) katika molekuli za DNA. Idadi kubwa ya vimeng'enya vya vizuizi vilivyowekwa na watafiti hufanya iwezekane kutenga vipande fulani vya DNA kwa umaalum kabisa, na uboreshaji na uboreshaji wa mbinu za uundaji wa cloning hufanya iwezekane kupata vipande vya jeni za kipekee kwa idadi inayohitajika kwa uchambuzi. Mbinu za kupanga DNA zimethibitika kuwa za ufanisi sana hivi kwamba mara nyingi, kwa kubainisha mfuatano wa nyukleotidi za DNA, data hupatikana kuhusu mfuatano wa nyukleotidi katika molekuli zinazolingana za RNA na juu ya mlolongo wa masalia ya amino asidi katika molekuli ya protini iliyosanisishwa. Wakati wa kusindika matokeo ya mpangilio wa DNA, kompyuta hutumiwa sana. Kwa tafsiri kamili zaidi na ya haraka ya data iliyopatikana ya majaribio, "benki" za kompyuta za kitaifa na kimataifa za mlolongo wa nucleotide zinaundwa. Hivi sasa, mlolongo kamili wa nyukleotidi ya genomes ya idadi ya plasmids ya bakteria na virusi imedhamiriwa, na shida ya kuamua mlolongo kamili wa nyukleotidi ya chromosomes ya kwanza ya mtu binafsi, na kisha genome nzima ya viumbe vya juu, pamoja na wanadamu, tayari iko. kutatuliwa.

Kutumia mbinu za uhandisi wa maumbile, kupotoka katika muundo wa sehemu fulani za jeni za binadamu ziligunduliwa, ambayo ilikuwa sababu ya magonjwa ya urithi. Mara nyingi, njia hii ndiyo inayojulikana. b uchambuzi mwingi. DNA ya seli iliyotengwa inakabiliwa na hidrolisisi ya enzyme ya kizuizi, na vipande vinavyotokana vinatenganishwa na ukubwa kwa kutumia electrophoresis katika agarose au gel ya Polyacrylamide. Vipande vilivyotenganishwa huhamishwa ("kuchapishwa tena") kwenye karatasi ya kromatografia iliyotibiwa maalum, nitrocellulose au chujio cha nailoni na tena inakabiliwa na utengano wa electrophoretic. Sehemu za Electrophoregram zinazolingana na sehemu za kibinafsi na zilizo na vipande sawa vya DNA hukatwa; sehemu zilizokatwa za electropherograms huingizwa na jeni iliyopangwa hapo awali au sehemu yake, au kwa kupatikana kwa kemikali. usanisi kwa mlolongo wa nyukleotidi zilizo na lebo ya mionzi. DNA iliyo na lebo hufunga tu kwa vipande hivyo vya DNA ya seli iliyochanganuliwa ambayo ina mfuatano wa nyukleotidi. Mabadiliko katika usambazaji na kiasi cha lebo isiyobadilika ikilinganishwa na kawaida huturuhusu kutathmini mipangilio upya katika jeni iliyochanganuliwa au mifuatano ya nyukleotidi iliyo karibu.

Maeneo ya "kutambua" ya enzymes fulani ya kizuizi katika molekuli ya DNA iko kwa kutofautiana, kwa hiyo, wakati wa hidrolisisi na enzymes hizi, molekuli ya DNA imegawanywa katika idadi ya vipande vya urefu tofauti. Urekebishaji wa muundo wa DNA, kama matokeo ya ambayo maeneo yaliyopo ya "kutambuliwa" hupotea au maeneo mapya ya "kutambuliwa" yanaonekana, husababisha mabadiliko katika seti ya vipande hivi (kinachojulikana kama vipande vya kizuizi), yaani, kuonekana. ya kizuizi urefu wa kipande polymorphism (RFR). Mipangilio upya katika molekuli ya DNA inaweza au inaweza kusababisha mabadiliko katika mchakato wa awali au katika muundo wa protini iliyosimbwa; upangaji upya ambao hausababishi mabadiliko ndio wengi, na husababisha RFLP ya kawaida. Ilibadilika kuwa RFLP ni sifa ya wazi ya maumbile. Hivi sasa, uchambuzi wa RFLP umekuwa mojawapo ya mbinu sahihi zaidi zinazotumiwa katika genetics ya binadamu na genetics ya matibabu. Kwa idadi ya magonjwa ya urithi, fomu za RFLP zimeelezwa ambazo zinaonyesha moja kwa moja kuwepo kwa ugonjwa huo au kubeba jeni iliyobadilishwa pathologically.

Uhandisi wa chembe za urithi uliashiria mwanzo wa mwelekeo mpya wa utafiti, unaoitwa "jenetiki ya nyuma." Uchambuzi wa jadi wa maumbile (tazama) unafanywa kwa mlolongo ufuatao: sifa huchaguliwa, uhusiano wa sifa na kiashiria cha maumbile huanzishwa, na ujanibishaji wa kiashiria hiki kuhusiana na wale ambao tayari wanajulikana huanzishwa. Katika "genetics reverse," kila kitu hutokea kwa utaratibu wa nyuma: kipande cha DNA na kazi isiyojulikana huchaguliwa, uhusiano wa kipande hiki cha DNA na mikoa mingine ya genome na uhusiano wake na sifa fulani huanzishwa. Mbinu hii imewezesha kubuni mbinu za utambuzi wa mapema na utambuzi wa wabebaji wa magonjwa kama vile chorea ya Huntington, ugonjwa wa Duchenne, cystic fibrosis; asili ya kibayolojia ya kasoro za urithi ambazo bado hazijajulikana. Kwa kutumia njia ya nasaba ya kuanzisha mifumo ya uambukizaji wa urithi wa chorea ya Huntington, ilionyeshwa kuwa kipande cha DNA ya G8 kilichotengwa na jenomu ya binadamu kinahusishwa kwa karibu na jeni inayoamua ugonjwa huo, na kutumia umbo la RFLP la kipande cha G8 katika sehemu fulani. idadi ya watu, inawezekana kutambua ugonjwa huu na kutambua flygbolag za jeni zenye kasoro.

Bado kuna matatizo mengi ya kiufundi juu ya njia ya kuanzisha mbinu zinazotumiwa katika uhandisi wa maumbile katika mazoezi ya matibabu. Maabara nyingi ulimwenguni kote zinaendeleza kikamilifu njia zinazofaa za utambuzi wa uhandisi wa maumbile, na mtu anaweza kutumaini kwamba njia kama hizo zitapata matumizi katika siku za usoni, ikiwa sio kwa uchunguzi wa maumbile (uchunguzi) wakati wa uchunguzi wa matibabu wa idadi ya watu, basi angalau uchunguzi wa kuchagua wa makundi ya hatari kwa magonjwa ya urithi.

Uhandisi wa maumbile hufanya iwezekanavyo sio tu kunakili misombo ya asili na taratibu, lakini pia kurekebisha na kuifanya kuwa na ufanisi zaidi. Mfano wa hii ni uwanja mpya wa utafiti unaoitwa uhandisi wa protini. Mahesabu yaliyofanywa kwa msingi wa data juu ya mlolongo wa asidi ya amino na shirika la anga la molekuli za protini zinaonyesha kwamba kwa uingizwaji fulani wa mabaki fulani ya asidi ya amino katika molekuli ya idadi ya enzymes, ongezeko kubwa la shughuli zao za enzymatic linawezekana. Katika jeni la pekee la usimbuaji wa enzyme maalum, uingizwaji uliodhibitiwa madhubuti wa nyukleotidi fulani hufanywa kwa kutumia njia za uhandisi wa maumbile. Wakati wa usanisi wa protini ya enzymatic chini ya udhibiti wa jeni iliyorekebishwa, uingizwaji uliopangwa tayari wa mabaki ya asidi ya amino yaliyofafanuliwa madhubuti kwenye mnyororo wa polypeptide hufanyika, ambayo husababisha kuongezeka kwa shughuli za enzymatic mara nyingi ikilinganishwa na shughuli ya mfano wa asili. .

Katika nyanja ya kilimo, uhandisi jeni unatarajiwa kutoa mchango mkubwa katika uteuzi wa aina mpya za mimea zenye mazao mengi zinazostahimili ukame, magonjwa na wadudu, pamoja na ukuzaji wa mifugo mipya ya kilimo yenye tija. wanyama.

Kama mafanikio yoyote ya sayansi, mafanikio ya uhandisi wa maumbile yanaweza kutumika sio tu kwa faida, bali pia kwa madhara ya ubinadamu. Uchunguzi uliofanywa maalum umeonyesha kuwa hatari ya kuenea bila kudhibitiwa kwa DNA ya recombinant sio kubwa kama ilivyofikiriwa hapo awali. Recombinant DNA na bakteria zinazowabeba ziligeuka kuwa zisizo thabiti sana kwa ushawishi wa mazingira na hazifanyi kazi katika miili ya binadamu na wanyama. Inajulikana kuwa kwa asili, na bila uingiliaji wa kibinadamu, kuna hali zinazohakikisha ubadilishanaji wa kazi wa habari za maumbile, hii ndio inayoitwa. mtiririko wa jeni. Hata hivyo, asili imeunda vikwazo vingi vya ufanisi kwa kupenya habari za kigeni za maumbile ndani ya mwili. Sasa ni dhahiri kwamba wakati wa kufanya kazi na molekuli nyingi za DNA recombinant, tahadhari za kawaida ni za kutosha kabisa, ambazo hutumiwa, kwa mfano, na microbiologists wakati wa kufanya kazi na nyenzo zinazoambukiza. Kwa kesi maalum, mbinu za ufanisi za ulinzi wa kibiolojia na kutengwa kwa kimwili kwa vitu vya majaribio kutoka kwa wanadamu na mazingira vimeanzishwa. Kwa hivyo, matoleo madhubuti ya kwanza ya sheria za kufanya kazi na DNA ya recombinant yalisasishwa na kulainishwa sana. Kuhusu matumizi ya makusudi ya mafanikio ya uhandisi jeni kuwadhuru wanadamu, wanasayansi na umma lazima wapigane kikamilifu ili kuhakikisha kuwa hatari hii inabaki kinadharia tu.

Tazama pia Bioteknolojia.

Bibliografia: Alikhanyan S.I. Maendeleo na matarajio ya uhandisi jeni, Genetics, vol. 12, Jvft 7, p. 150, 1976, bibliogr.; AlikhanyanS. I. et al. Maandalizi ya recombinants zinazofanya kazi (mseto) molekuli za DNA, in vitro, katika sehemu moja, juzuu ya I, No. 11, p. 34, 1975, bibliogr.; Baev A. A. Uhandisi wa maumbile, Nature, M1, p. 8, 1976; Tikhomirova L.P. et al. Molekuli za DNA za mseto wa fagio X na plasmid ColEl, Dokl. Chuo cha Sayansi cha USSR, juzuu ya 223, nambari 4, p. 995, 1975, bibliogr.; Brown D. D. a. S t e r n R. Mbinu za kutengwa kwa jeni, Ann. Mch. Biochem., v. 43, uk. 667, 1974, bibliogr.; C h a n g A. C. Y. a. o. Uchunguzi wa DNA ya mitochondrial ya panya katika Escherichia coli, Cell, v. 6, uk. 231,1975, bibliogr.; Hedgpeth J., Goodman H. M. a. B o y e r H. W. Mfuatano wa nyukleotidi wa DNA unaozuiliwa na endonuclease ya R1, Proc. nat. Acad. Sayansi. (Osha.), v. 69, uk. 3448, 1972, bibliogr.; Hershfield V. a. o. Plasmid ColEl kama chombo cha molekuli cha kuunganisha na kukuza DNA, ibid., v. 71, uk. 3455, 1974; Kesho J. F. a. o. Uigaji na unukuzi wa DNA ya yukariyoti katika Escherichia coli, ibid., p. 1743; T e m i n H. M. a. Mizu-t ani S. DNA polimasi inayotegemea RNA katika virioni za virusi vya sarcoma ya Rous, Nature (Lond.), v. 226, uk. 1211, 1970.

Bayoteknolojia, mh. A. A. Baeva, M., 1984; B kuhusu h hadi karibu katika N. P., Zakharov A. F. na Ivanov V. I. Jenetiki ya kimatibabu, M., 1984; M a n i a-tis G., FritschE. na Sambrook J. Mbinu za uhandisi wa maumbile. Molekuli cloning, trans. kutoka kwa Kiingereza, M., 1984; A n t o n a r a k i s S. E. a. o. Upolimishaji wa DNA na patholojia ya molekuli ya makundi ya jeni ya globin ya binadamu, Hum. Genet., v. 69, uk. 1, 1985; Beaudet A. L. Bibliografia ya DNA za binadamu na nyingine zilizochaguliwa, Amer. J. hum. Genet., v. 37, uk. 386, 1985; V o t e i n D. a. o. Ujenzi wa ramani ya uhusiano wa kijenetiki kwa mwanadamu kwa kutumia vizuizi vya urefu wa vipande vya polymorphisms, ibid., v. 32, uk. 314, 1980; G u s e 1 1 a J. E. a. o. Alama za DNA za magonjwa ya mfumo wa neva, Sayansi, v. 225, uk. 1320, 1984; Motulsky A. G. Athari za upotoshaji wa jeni kwenye jamii na dawa, ibid., v. 219, uk. 135, 1983; Nyeupe R. a. o. Alama ya kinasaba iliyounganishwa kwa karibu ya cystic fibrosis, Nature (Lond.), v. 318, uk. 382, 1985; Wo o S. L. C., L i d s k y A. S. a. Guttler F. Utambuzi wa kabla ya kuzaa wa phenylketonuria ya kitamaduni kwa kupanga ramani ya jeni, J. Amer. med. Punda., v. 251, uk. 1998, 1984.

L. S. Chernin, V. N. Kalinin.

1. Uwezekano wa uhandisi wa maumbile. 4

2. Historia ya uhandisi wa maumbile. 6

3. Uhandisi wa jeni kama sayansi. Mbinu za uhandisi wa maumbile. 10

4. Maeneo ya matumizi ya uhandisi wa maumbile. 12

5. Ukweli wa kisayansi kuhusu hatari za uhandisi wa maumbile. 18

Hitimisho. 22

Marejeleo.. 23

Utangulizi

Mada ya uhandisi wa maumbile hivi karibuni imekuwa maarufu zaidi. Kipaumbele zaidi hulipwa kwa matokeo mabaya ambayo maendeleo ya tawi hili la sayansi yanaweza kusababisha, na chanjo kidogo sana hutolewa kwa faida ambazo uhandisi wa maumbile unaweza kuleta.

Eneo la kuahidi zaidi la maombi ni utengenezaji wa dawa kwa kutumia teknolojia ya uhandisi wa maumbile. Hivi karibuni, imewezekana kupata chanjo muhimu kulingana na mimea ya transgenic. Sio chini ya riba ni uzalishaji wa bidhaa za chakula kwa kutumia teknolojia sawa.

Uhandisi wa maumbile ni sayansi ya siku zijazo. Kwa sasa, duniani kote, mamilioni ya hekta za ardhi hupandwa na mimea ya transgenic, maandalizi ya kipekee ya matibabu na wazalishaji wapya wa vitu muhimu wanaundwa. Baada ya muda, uhandisi wa maumbile utafanya iwezekanavyo kufikia maendeleo mapya katika dawa, kilimo, sekta ya chakula na ufugaji.

Madhumuni ya kazi hii ni kusoma sifa za uwezekano, historia ya maendeleo na maeneo ya matumizi ya uhandisi wa maumbile.

1. Uwezekano wa uhandisi wa maumbile

Sehemu muhimu ya bioteknolojia ni uhandisi wa maumbile. Alizaliwa mapema miaka ya 70, amepata mafanikio makubwa leo. Mbinu za uhandisi wa maumbile hubadilisha seli za bakteria, chachu na mamalia kuwa "viwanda" kwa uzalishaji mkubwa wa protini yoyote. Hii inafanya uwezekano wa kuchambua kwa undani muundo na kazi za protini na kuzitumia kama dawa. Hivi sasa, Escherichia coli (E. coli) imekuwa msambazaji wa homoni muhimu kama vile insulini na somatotropini. Hapo awali, insulini ilipatikana kutoka kwa seli za kongosho za wanyama, hivyo gharama yake ilikuwa ya juu sana. Ili kupata 100 g ya insulini ya fuwele, kilo 800-1000 za kongosho inahitajika, na tezi moja ya ng'ombe ina uzito wa gramu 200 - 250. Hii ilifanya insulini kuwa ghali na ngumu kupatikana kwa anuwai ya wagonjwa wa kisukari. Mnamo 1978, watafiti kutoka Genentech walizalisha insulini kwa mara ya kwanza katika aina maalum ya Escherichia coli. Insulini ina minyororo miwili ya polipeptidi A na B, asidi amino 20 na 30 kwa urefu. Wakati zinaunganishwa na vifungo vya disulfide, insulini ya asili ya minyororo miwili huundwa. Imeonekana kuwa haina protini za E. koli, endotoksini na uchafu mwingine, haitoi madhara kama vile insulini ya wanyama, na haina shughuli za kibiolojia.

ni tofauti. Baadaye, proinsulini iliundwa katika seli za E. koli, ambapo nakala ya DNA iliundwa kwenye kiolezo cha RNA kwa kutumia reverse transcriptase. Baada ya kutakasa proinsulin iliyosababishwa, iligawanywa katika insulini ya asili, wakati hatua za uchimbaji na kutengwa kwa homoni hiyo zilipunguzwa. Kutoka kwa lita 1000 za maji ya kitamaduni, hadi gramu 200 za homoni zinaweza kupatikana, ambayo ni sawa na kiasi cha insulini iliyotolewa kutoka kilo 1600 za kongosho ya nguruwe au ng'ombe.

Somatotropini ni homoni ya ukuaji wa binadamu iliyotolewa na tezi ya pituitari. Upungufu wa homoni hii husababisha dwarfism ya pituitary. Ikiwa somatotropini inasimamiwa kwa vipimo vya 10 mg kwa kilo ya uzito wa mwili mara tatu kwa wiki, basi kwa mwaka mtoto anayesumbuliwa na upungufu wake anaweza kukua cm 6. Hapo awali, ilipatikana kutoka kwa nyenzo za cadaveric, kutoka kwa maiti moja: 4 - 6 mg ya somatotropini kwa suala la bidhaa ya mwisho ya dawa. Kwa hiyo, kiasi cha kutosha cha homoni kilikuwa kikomo, kwa kuongeza, homoni iliyopatikana kwa njia hii ilikuwa tofauti na inaweza kuwa na virusi vya kukua polepole. Mnamo 1980, kampuni ya Genentec ilitengeneza teknolojia ya utengenezaji wa somatotropin kwa kutumia bakteria, ambayo haikuwa na hasara hizi. Mnamo 1982, homoni ya ukuaji wa binadamu ilipatikana katika utamaduni wa E. coli na seli za wanyama katika Taasisi ya Pasteur huko Ufaransa, na mwaka wa 1984, uzalishaji wa viwanda wa insulini ulianza katika USSR. Katika uzalishaji wa interferon, wote E. coli, S. cerevisae (chachu), na utamaduni wa fibroblasts au leukocytes iliyobadilishwa hutumiwa. Chanjo salama na za bei nafuu pia zinapatikana kwa njia sawa.

Teknolojia ya recombinant ya DNA inategemea uundaji wa uchunguzi maalum wa DNA, ambao hutumiwa kusoma usemi wa jeni kwenye tishu, ujanibishaji wa jeni kwenye kromosomu, na kutambua jeni zenye kazi zinazohusiana (kwa mfano, kwa wanadamu na kuku). Uchunguzi wa DNA pia hutumiwa katika uchunguzi wa magonjwa mbalimbali.

Teknolojia ya upatanishi wa DNA imewezesha mbinu isiyo ya kawaida ya jeni ya protini inayoitwa reverse genetics. Kwa njia hii, protini imetengwa kutoka kwa seli, jeni la protini hii inaundwa, na inabadilishwa, na kuunda jeni ya mutant inayosimba fomu iliyobadilishwa ya protini. Jeni inayotokana huletwa ndani ya seli. Ikiwa imeonyeshwa, seli inayoibeba na vizazi vyake itaunganisha protini iliyobadilishwa. Kwa njia hii, jeni zenye kasoro zinaweza kusahihishwa na magonjwa ya urithi yanaweza kutibiwa.

Ikiwa DNA ya mseto italetwa ndani ya yai lililorutubishwa, viumbe vinavyobadilika jeni vinaweza kutokezwa ambavyo vinatoa jeni inayobadilika na kuwapitishia watoto wao. Mabadiliko ya maumbile ya wanyama hufanya iwezekanavyo kuanzisha jukumu la jeni la mtu binafsi na bidhaa zao za protini katika udhibiti wa shughuli za jeni nyingine na katika michakato mbalimbali ya pathological. Kwa msaada wa uhandisi wa maumbile, mistari ya wanyama inayopinga magonjwa ya virusi imeundwa, pamoja na mifugo ya wanyama wenye sifa za manufaa kwa wanadamu. Kwa mfano, sindano ndogo ya DNA ya recombinant iliyo na jeni la somatotropini ya bovine ndani ya zaigoti ya sungura ilifanya iwezekane kupata mnyama aliyebadilika na kuzalishwa kwa homoni hii. Wanyama waliosababisha walikuwa wametamka akromegaly.

Wabebaji wa msingi wa nyenzo za jeni ni chromosomes, ambayo ni pamoja na DNA na protini. Lakini jeni za malezi sio kemikali, lakini hufanya kazi. Kutoka kwa mtazamo wa kazi, DNA ina vitalu vingi vinavyohifadhi kiasi fulani cha habari - jeni. Hatua ya jeni inategemea uwezo wake wa kuamua usanisi wa protini kupitia RNA. Molekuli ya DNA ina, kana kwamba, habari inayoamua muundo wa kemikali wa molekuli za protini. Jeni ni sehemu ya molekuli ya DNA ambayo ina habari kuhusu muundo wa msingi wa protini yoyote (jeni moja - protini moja). Kwa sababu kuna makumi ya maelfu ya protini katika viumbe, kuna makumi ya maelfu ya jeni. Jumla ya jeni zote za seli huunda jenomu yake. Seli zote za mwili zina seti sawa ya jeni, lakini kila moja hutumia sehemu tofauti ya habari iliyohifadhiwa. Kwa hiyo, kwa mfano, seli za ujasiri hutofautiana na seli za ini katika sifa zote za kimuundo, za kazi na za kibiolojia.

Sasa, ni vigumu hata kutabiri uwezekano wote ambao utapatikana katika miongo michache ijayo.

2. Historia ya uhandisi wa maumbile

Historia ya teknolojia ya juu ya biomedical, mbinu za utafiti wa maumbile, pamoja na uhandisi wa maumbile yenyewe, inahusiana moja kwa moja na tamaa ya milele ya mwanadamu ya kuboresha mifugo ya wanyama wa ndani na mimea iliyopandwa iliyopandwa na watu. Kwa kuchagua watu fulani kutoka kwa vikundi vya wanyama na mimea na kuwavusha na kila mmoja, mwanadamu, bila kuwa na wazo sahihi la kiini cha ndani cha michakato inayotokea ndani ya viumbe hai, hata hivyo, kwa mamia na maelfu ya miaka, iliyoundwa kuboreshwa. mifugo ya wanyama na aina ya mimea ambayo ilikuwa na mali fulani muhimu na muhimu kwa watu.

Katika karne ya 18 na 19, majaribio mengi yalifanywa ili kujua jinsi sifa zinavyopitishwa kutoka kizazi hadi kizazi. Ugunduzi mmoja muhimu ulifanywa mwaka wa 1760 na mtaalam wa mimea Koelreuther, ambaye alivuka aina mbili za tumbaku, kuhamisha poleni kutoka kwa stameni za aina moja hadi pistils ya aina nyingine. Mimea iliyopatikana kutoka kwa mbegu chotara ilikuwa na sifa za kati kati ya zile za wazazi wote wawili. Koelreuter alitoa hitimisho la kimantiki kutoka kwa hili kwamba sifa za wazazi hupitishwa kupitia poleni (seli za mbegu) na kupitia ovules (ovules). Walakini, yeye wala watu wa wakati wake, ambao walikuwa wakijishughulisha na mseto wa mimea na wanyama, hawakuweza kufichua asili ya utaratibu wa kupitisha urithi. Hii inaelezwa kwa sehemu na ukweli kwamba wakati huo msingi wa cytological wa utaratibu huu ulikuwa bado haujajulikana, lakini hasa kwa ukweli kwamba wanasayansi walijaribu kujifunza urithi wa sifa zote za mimea wakati huo huo.

Njia ya kisayansi ya kusoma urithi wa tabia na mali fulani ilitengenezwa na mtawa Mkatoliki wa Austria Gregor Mendel, ambaye katika msimu wa joto wa 1865 alianza majaribio yake katika mseto wa mimea (kuvuka aina tofauti za mbaazi) kwenye eneo la monasteri yake. Alikuwa wa kwanza kugundua sheria za msingi za genetics. Gregor Mendel alipata mafanikio kwa sababu alisoma urithi wa mtu binafsi, sifa zilizo wazi (zinazotofautiana), alihesabu idadi ya watoto wa kila aina, na kuweka kwa uangalifu rekodi za kina za majaribio yake yote ya kuvuka. Ujuzi na misingi ya hisabati ulimruhusu kutafsiri kwa usahihi data iliyopatikana na kuweka mbele dhana kwamba kila sifa imedhamiriwa na sababu mbili za urithi. Mtafiti-mtawa mwenye talanta baadaye aliweza kuonyesha wazi kuwa mali ya urithi haijachanganywa, lakini hupitishwa kwa watoto kwa namna ya vitengo fulani. Hitimisho hili la kupendeza lilithibitishwa kikamilifu wakati iliwezekana kuona kromosomu na kujua sifa za aina tofauti za mgawanyiko wa seli: mitosis (seli za somatic - seli za mwili), meiosis (ngono, uzazi, kijidudu) na utungisho.

Mendel aliripoti matokeo ya kazi yake katika mkutano wa Jumuiya ya Wanaasili wa Brunn na kuyachapisha katika shughuli za jamii hii. Umuhimu wa matokeo yake haukueleweka na watu wa wakati wake, na masomo haya hayakuvutia umakini wa wafugaji wa mimea na wataalam wa asili kwa karibu miaka 35.

Mnamo 1900, baada ya maelezo ya mgawanyiko wa seli kwa aina ya mitosis, meiosis na mbolea yenyewe kujulikana, watafiti watatu - de Vries huko Uholanzi, Correns huko Ujerumani na Chermak huko Austria - walifanya mfululizo wa majaribio na, bila ya kila mmoja, waligundua tena. sheria za urithi, zilizoelezwa hapo awali na Mendel. Baadaye, baada ya kugundua makala ya Mendel ambamo sheria hizi zilitungwa waziwazi miaka 35 mapema, wanasayansi hao kwa kauli moja walitoa pongezi kwa mwanasayansi huyo mtawa kwa kuzitaja sheria mbili za msingi za urithi baada yake.

Katika muongo wa kwanza wa karne ya 20, majaribio yalifanywa na aina mbalimbali za mimea na wanyama, na uchunguzi mwingi ulifanywa kuhusu urithi wa wahusika katika wanadamu, ambao ulionyesha wazi kwamba katika viumbe hivi vyote urithi unatii sheria sawa za msingi. Ilibainika kuwa mambo yaliyoelezwa na Mendel ambayo huamua sifa ya mtu binafsi iko katika chromosomes ya kiini cha seli. Baadaye, mnamo 1909, vitengo hivi viliitwa jeni na mtaalam wa mimea wa Denmark Johansen (kutoka kwa neno la Kiyunani "ge-nos" - jenasi, asili), na mwanasayansi wa Amerika William Sutton aligundua kufanana kwa kushangaza kati ya tabia ya chromosomes wakati wa kuunda. gametes (seli za ngono), mbolea zao na maambukizi ya mambo ya urithi wa Mendelian - jeni. Kulingana na uvumbuzi huu wa busara, nadharia inayoitwa chromosomal ya urithi iliundwa.

Kwa kweli, genetics yenyewe, kama sayansi ya urithi na utofauti wa viumbe hai na njia za kuzidhibiti, iliibuka mwanzoni mwa karne ya 20. Mtaalamu wa maumbile wa Amerika T. Morgan, pamoja na washirika wake, walifanya majaribio mengi ambayo yalifanya iwezekane kufichua msingi wa maumbile ya uamuzi wa ngono na kuelezea idadi ya aina zisizo za kawaida za urithi ambazo maambukizi ya tabia hutegemea jinsia ya mtu binafsi. (kinachojulikana sifa zinazohusishwa na ngono). Hatua kubwa iliyofuata ya kusonga mbele ilifanywa mnamo 1927, wakati G. Möller alipogundua kwamba kwa kuwasha nzi wa matunda wa Drosophila na viumbe vingine kwa X-rays, iliwezekana kushawishi mabadiliko ya jeni ndani yao, ambayo ni, mabadiliko. Hii ilifanya iwezekane kupata jeni nyingi mpya za mutant - nyenzo za ziada za kusoma urithi. Data juu ya asili ya mabadiliko ilitumika kama moja ya funguo za kuelewa na muundo wa jeni zenyewe.

Katika miaka ya 20 ya karne yetu, wanasayansi wa Soviet wa shule ya A.S. Serebrovsky alifanya majaribio ya kwanza ambayo yalionyesha jinsi jeni ilivyo ngumu. Mawazo haya yalitumiwa na J. Watson na F. Crick, ambao walisimamia mwaka wa 1953 nchini Uingereza kuunda kielelezo cha DNA na kufafanua kanuni za urithi. Kazi ya utafiti iliyofuata ilihusiana na uundaji lengwa wa michanganyiko mipya ya nyenzo za kijeni ilisababisha kuibuka kwa uhandisi wa kijeni wenyewe.

Wakati huo huo, katika miaka ya 40, utafiti wa majaribio ya uhusiano kati ya jeni na enzymes ulianza. Kwa kusudi hili, kitu kingine kilitumiwa sana - mold Neurospora, ambayo iliwezekana kupata bandia na kusoma idadi ya mabadiliko ya biochemical yanayohusiana na upotezaji wa enzyme moja au nyingine maalum (protini). Katika miongo miwili iliyopita, malengo ya kawaida ya utafiti wa kijeni yamekuwa Escherichia coli na bacteriophages fulani ambayo huambukiza bakteria hii.

Tangu mwanzoni mwa karne ya 20, kumekuwa na hamu ya kuendelea katika utafiti wa urithi wa tabia fulani (maalum) kwa wanadamu na katika uenezaji wa urithi wa sifa zinazohitajika na zisizofaa katika wanyama wa nyumbani na mimea inayolimwa. Kulingana na ujuzi unaoongezeka kila mara wa mifumo ya kijenetiki, wataalamu wa jeni na wafugaji wamejifunza, karibu kuagiza, kufuga mifugo ambayo inaweza kuishi katika hali ya hewa ya joto, ng'ombe wanaotoa maziwa mengi yenye mafuta mengi, kuku wanaotaga mayai makubwa. na shells nyembamba, na aina ya mahindi na ngano, ambayo ni sugu sana kwa magonjwa fulani.

Mnamo 1972, DNA ya kwanza ya mseto (recombinant) ilipatikana huko USA katika maabara ya P. Berg. Mawazo ya kusisimua katika uwanja wa genetics ya binadamu na mbinu za utafiti wa maumbile yameanza kuendelezwa sana na kutumika katika dawa yenyewe. Katika miaka ya 70, decoding ya genome ya binadamu ilianza. Kwa zaidi ya miongo kadhaa, kumekuwa na mradi unaoitwa Jeni la Binadamu. Kati ya jozi bilioni 3 za nyukleotidi zilizopangwa katika vifungu vinavyoendelea, ni takriban herufi milioni 10 tu ambazo zimesomwa hadi sasa. Wakati huo huo, mbinu mpya za maumbile zinaundwa ambazo huongeza kasi ya kusoma kwa DNA. Mkurugenzi wa Kituo cha Jenetiki cha Matibabu cha Chuo cha Kirusi cha Sayansi ya Matibabu V.I. Ivanov anaamini kuwa "jenomu nzima itasomwa karibu 2020."

3. Uhandisi wa jeni kama sayansi. Mbinu za uhandisi wa maumbile

Uhandisi wa jeni ni ujenzi wa ndani wa miundo ya kijeni inayofanya kazi (DNA recombinant), au kwa maneno mengine, uundaji wa programu za kijenetiki za bandia (Baev A.A.). Kulingana na E.S. Uhandisi wa maumbile ya Piruzyan ni mfumo wa mbinu za majaribio ambayo inafanya uwezekano wa kujenga miundo ya maumbile ya bandia katika maabara (in vitro) kwa njia ya kinachojulikana kama molekuli za DNA za mseto.

Tunazungumza juu ya iliyoelekezwa, kulingana na mpango uliotanguliwa, ujenzi wa mifumo ya maumbile ya Masi nje ya mwili na kuanzishwa kwao kwa kiumbe hai. Katika kesi hii, DNA inayojumuisha inakuwa sehemu muhimu ya vifaa vya maumbile ya kiumbe cha mpokeaji na kumpa sifa mpya za kipekee za maumbile, biochemical, na kisha kisaikolojia.

Kusudi la uhandisi wa chembe za urithi ni kuunda molekuli za DNA zinazoweza kuunganishwa ambazo, zikiingizwa kwenye vifaa vya urithi, zinaweza kuupa mwili sifa muhimu kwa wanadamu.

Teknolojia ya recombinant DNA hutumia njia zifuatazo:

Mgawanyiko maalum wa DNA kwa nucleases ya kizuizi, kuharakisha kutengwa na kudanganywa kwa jeni za mtu binafsi;

Mlolongo wa haraka wa nyukleotidi zote katika kipande cha DNA iliyosafishwa, ambayo inafanya uwezekano wa kuamua mipaka ya jeni na mlolongo wa asidi ya amino iliyosimbwa nayo;

Ujenzi wa DNA recombinant;

Mseto wa asidi ya nyuklia, ambayo inaruhusu ugunduzi wa mpangilio maalum wa RNA au DNA kwa usahihi zaidi na unyeti, kwa kuzingatia uwezo wao wa kuunganisha mfuatano wa asidi ya nukleiki;

DNA cloning: ukuzaji wa in vitro kwa kutumia mmenyuko wa mnyororo wa polimerasi au kuanzishwa kwa kipande cha DNA kwenye seli ya bakteria, ambayo, baada ya mabadiliko hayo, huzalisha kipande hiki katika mamilioni ya nakala;

Kuanzishwa kwa DNA recombinant katika seli au viumbe.

4. Maeneo ya matumizi ya uhandisi wa maumbile

Ugunduzi wa sasa wa kisayansi katika uwanja wa chembe za urithi za binadamu kwa kweli ni wa umuhimu wa kimapinduzi, kwa kuwa tunazungumza juu ya uwezekano wa kuunda “ramani ya chembe za urithi za binadamu,” au “anatomia ya kisababishi cha jeni la mwanadamu.” Ramani hii ya maumbile itafanya iwezekanavyo kuamua eneo la jeni kwenye helix ndefu ya DNA ambayo inawajibika kwa magonjwa fulani ya urithi. Kulingana na wanasayansi wa chembe za urithi, uwezekano huu usio na kikomo uliunda msingi wa wazo la kutumia kinachojulikana kama tiba ya jeni katika mazoezi ya kliniki, ambayo ni aina ya matibabu kwa wagonjwa ambayo inahusisha kuchukua nafasi ya jeni zilizoathiriwa kwa kutumia teknolojia ya juu ya matibabu na uhandisi wa maumbile. Uvamizi katika muundo wa mifumo ya jeni ya binadamu na kuhakikisha shughuli zao muhimu zinawezekana katika kiwango cha somatic (seli zote za mwili zilizo na tofauti fulani za kimuundo na utendaji) za seli za mwili, na katika kiwango cha uzazi, uzazi (kiini) na chembe. seli (embryonic).

Uhandisi wa jeni kama aina ya tiba - matibabu ya ugonjwa maalum ulioamuliwa na vinasaba - unahusishwa na usambazaji wa molekuli ya DNA isiyo na kasoro inayolingana kwa madhumuni ya kuibadilisha kwa msaada wa jeni - sehemu ya kromosomu ambayo ina. kasoro, au kwa ajili ya kuunganishwa katika nyenzo za kijenetiki za binadamu kwa kuunganishwa na ziitwazo seli za somatic za mwili wa binadamu ambazo zina kasoro ya kijeni. Kazi ya uhandisi wa kijeni kuhusiana na mtu ni kutoa athari inayolengwa ifaayo kwenye jeni maalum ili kuirekebisha kuelekea utendakazi sahihi na kumpa mtu anayeugua ugonjwa wa kurithi toleo la kawaida, lisilobadilishwa la jeni. Tofauti na tiba ya dawa za kulevya, tiba hii, inayoitwa uhandisi wa chembe za urithi, yaonekana itaweza kumpatia mgonjwa matibabu ya muda mrefu, ya muda mrefu na yenye matokeo ambayo huleta nafuu na manufaa makubwa.

Hata hivyo, mbinu zote za kisasa za kutambulisha DNA katika viumbe hai haziwezi kuielekeza na kuipeleka kwa idadi maalum ya seli zilizo na jeni iliyobadilishwa na hivyo kufanya kazi vibaya. Kwa maneno mengine, kinachojulikana uhamisho ulioelekezwa, usafiri wa jeni katika mwili (katika mfano wa "in vivo") kwa sasa hauwezekani.

Mbinu nyingine ya kimbinu, kulingana na kutoa kutoka kwa mwili wa mgonjwa idadi fulani ya seli zilizo na jeni iliyoathiriwa, na kudhibiti nyenzo za urithi kwa kubadilisha jeni zenye kasoro kwenye seli kwa kutumia uhandisi wa kijeni (katika muundo wa "in vitro") na kuzirudisha kwa hiyo. mahali katika mwili, ambapo walichukuliwa kutoka kwa mgonjwa kwa sasa inawezekana katika vituo vya maumbile ya matibabu. Mbinu hii ya tiba ya jeni kupitia uhandisi jeni tayari imetumika katika jaribio la majaribio la kuponya wagonjwa wawili wanaougua ugonjwa adimu wa kijeni uitwao beta thalassemia, ambao, kama vile anemia ya seli mundu, pia husababishwa na kuwepo kwa ulemavu na hivyo kufanya kazi kimakosa. protini katika seli nyekundu za damu. Kiini cha kudanganywa kilikuwa kwamba kinachojulikana kama seli za shina zilitengwa kutoka kwa uboho wa wagonjwa hawa, ndani ya chromosomes ambayo sehemu ya DNA inayohusika na utengenezaji wa protini ya kawaida ya hemoglobulini ilianzishwa - jeni. Baada ya chembechembe za shina zisizofanya kazi zilizosalia kwenye uboho wa wagonjwa kukaribia kuharibiwa kabisa, wagonjwa walidungwa seli za shina zilizoundwa kijenetiki. Kwa bahati mbaya, majaribio haya mawili hayakufaulu, kwani wagonjwa walikufa. Kesi hii ya kwanza ya uhandisi jeni katika mazingira ya hospitali haikuidhinishwa au kuidhinishwa na kamati husika za ukaguzi, na washiriki wake walilaaniwa vikali kwa ukiukaji mkubwa wa sheria za utafiti katika uwanja wa chembe za urithi za binadamu.

Uhandisi wa maumbile ya seli za uzazi (uzazi) zinaweza kusababisha matokeo tofauti kabisa, kwani kuanzishwa kwa DNA katika seli hizi hutofautiana na kurekebisha kasoro ya maumbile katika seli za somatic (mwili, zisizo za uzazi). Inajulikana kuwa kuanzishwa kwa jeni nyingine katika chromosomes ya seli za vijidudu husababisha maambukizi yao kwa vizazi vijavyo. Kimsingi, mtu anaweza kufikiria kuongeza sehemu fulani za DNA ili kuchukua nafasi ya sehemu zenye kasoro kwenye chembe za urithi za kila chembe ya kuzaliana ya mtu fulani ambaye ameathiriwa na ugonjwa mmoja au mwingine unaoamuliwa na vinasaba.

Hakika, hii imepatikana katika panya. Kwa hivyo, yai lilipatikana kutoka kwa ovari ya mwanamke, ambayo baadaye ilirutubishwa katika vitro (in vitro), na kisha sehemu ya DNA ya kigeni ililetwa kwenye kromosomu ya yai lililorutubishwa. Yai iliyorutubishwa yenyewe yenye jenomu iliyobadilishwa ilipandikizwa (ililetwa) ndani ya uterasi wa uzazi wa panya wa kike. Chanzo cha DNA ya kigeni katika jaribio moja lilikuwa nyenzo za urithi za sungura, na kwa lingine, nyenzo za maumbile ya binadamu.

Ili kugundua katika kipindi cha ukuaji wa fetasi uwezekano wa kupata mtoto aliye na kasoro fulani za maumbile, kama vile Down Down au ugonjwa wa Tay-Sachs, mbinu ya utafiti inayoitwa amniocentesis hutumiwa - uchambuzi wa ujauzito, wakati ambapo sampuli ya maji ya kibaolojia. zenye seli za vijidudu, zilizochukuliwa kutoka kwa mfuko wa amniotic mapema katika trimester ya pili ya ujauzito. Aidha, mbinu ya kutoa seli mbalimbali za fetasi kutoka kwa sampuli ya damu ya placenta ya mama iliendelezwa zaidi. Seli za uterasi zilizopatikana kwa njia hii kwa sasa zinaweza kutumika tu kutambua idadi ndogo ya magonjwa yaliyoamuliwa na vinasaba ambapo kuna usumbufu mkubwa katika muundo wa DNA na mabadiliko yaliyoamuliwa kwa kutumia vipimo vya biochemical. Uhandisi wa maumbile kwa kutumia DNA ya recombinant wakati wa utafiti kabla ya kujifungua hufungua uwezekano wa kutambua kwa usahihi magonjwa mbalimbali na mengi ya urithi.

Katika kesi hii, mbinu zinatengenezwa ili kuunda kinachojulikana kama "probes" za jeni, kwa kutumia ambayo inawezekana kuamua ikiwa chromosome ina jeni ya kawaida, isiyobadilika au jeni isiyo ya kawaida, yenye kasoro. Kwa kuongezea, uhandisi wa maumbile unaohusishwa na utumiaji wa DNA inayorudisha nyuma, ambayo iko katika moja ya hatua za malezi yake, katika siku zijazo itafanya iwezekanavyo kutekeleza kile kinachojulikana kama "mipango" ya jeni la mwanadamu, ili jeni fulani. ambayo hubeba habari potofu, ya patholojia na kwa hiyo ni ya manufaa kwa wanajeni, inaweza kutambuliwa kwa wakati na kwa haraka vya kutosha kwa mlinganisho na njia ya kutumia jeni nyingine "iliyotambulishwa". Mbinu hii ngumu ya matibabu na kibaolojia inapaswa kusaidia katika kuamua eneo la jeni yoyote katika seli za uterasi, na sio tu katika zile ambazo shida mbalimbali zinaweza kugunduliwa kwa kutumia mbinu ya amniocentesis.

Katika suala hili, katika miaka ya hivi karibuni, sehemu mpya za sayansi ya biomedical zimeibuka, kama vile, kwa mfano, teknolojia ya juu ya DNA, tiba ya kiinitete na tiba ya seli (cytotherapy), ambayo ni, utambuzi wa intrauterine na matibabu ya ugonjwa ulioamuliwa kwa vinasaba. hatua ya elimu na ukuaji wa kiinitete (kiinitete), na katika hatua ya kukomaa kwa fetasi. Kuvamia na kudanganywa kwa nyenzo za kiinitete kuna athari ya moja kwa moja kwenye urithi wa mabadiliko ya maumbile, kwa kuwa wana uwezo wa kupitishwa kutoka kizazi hadi kizazi. Kwa kuongezea, utambuzi wa maumbile yenyewe huanza kukuza kuwa utabiri wa maumbile, ambayo ni, katika kuamua hatima ya siku zijazo ya mtu, kuunganisha mabadiliko kuu ya kimapinduzi katika dawa yenyewe, ambayo, kama matokeo ya majaribio na mbinu tata za kimatibabu, ilipata fursa hiyo. muda mrefu kabla ya kuonekana kwa "picha ya kliniki ya ugonjwa huo", wakati mwingine hata kabla ya kuzaliwa kwa mtu, ili kujua ni magonjwa gani ya urithi yanatishia. Kwa hiyo, kutokana na jitihada za wataalamu wa chembe za urithi na wataalamu katika uwanja wa uhandisi wa chembe za urithi, ile inayoitwa “dawa ya utabiri” ilizaliwa katika kina cha sayansi ya matibabu, yaani, tiba ambayo “hutabiri mambo yajayo.”

Wakati huo huo, teknolojia mbalimbali na mbinu za uhandisi wa maumbile hufanya iwezekanavyo kutabiri katika kipindi cha ujauzito wa maendeleo ya mtoto, kabla ya kuzaliwa kwake, si tu kuwepo kwa ugonjwa fulani wa urithi, lakini pia kuelezea kwa undani matibabu na maumbile. sifa za ukuaji wa kiinitete na fetusi.

Pamoja na mkusanyiko wa data mpya juu ya ramani ya maumbile ya genome ya binadamu na maelezo (mlolongo) wa DNA yake, na pia kwa sababu mbinu za kisasa za kujifunza polymorphisms za DNA zinazotengenezwa hufanya iwezekanavyo kutoa taarifa za maumbile kuhusu muundo fulani na kazi. ikiwa ni pamoja na vipengele vya pathological) vya mwili wa binadamu, ambayo, inaonekana, itaonekana katika siku zijazo, lakini bado haijaonekana sasa, inawezekana kupata, kwa msaada wa uchunguzi wa maumbile ya matibabu, habari zote za maumbile kuhusu mtoto sio tu kabla ya kliniki, yaani, kabla ya udhihirisho wa ugonjwa fulani wa urithi, na kabla ya kujifungua, yaani, kabla ya kuzaliwa kwake, lakini pia kwa kuzingatia, yaani, hata kabla ya mimba yake.

Katika siku zijazo zinazoonekana, shukrani kwa mafanikio na maendeleo katika uwanja wa utambuzi wa maumbile ya matibabu, itawezekana, kwa kuzingatia data ya uchunguzi wa DNA, kuhukumu kwa ujasiri, kwa mfano, urefu wa mtu, uwezo wa kiakili, utabiri wa magonjwa fulani. (haswa, saratani) itakuwa. au kiakili), imehukumiwa kwa udhihirisho na maendeleo ya magonjwa yoyote ya urithi.

Teknolojia za kisasa za matibabu na kibaolojia hufanya iwezekanavyo kugundua shida kadhaa katika jeni ambazo zinaweza kujidhihirisha na kusababisha magonjwa fulani, sio tu katika hatua ya ugonjwa uliotamkwa kliniki, lakini pia wakati hakuna dalili za ugonjwa bado na ugonjwa yenyewe hautatokea. kujidhihirisha hivi karibuni. Mifano ya haya ni pamoja na ugonjwa wa Alzheimer na chorea ya Huntington, ambayo huathiri mtu zaidi ya miaka 40, au hata miaka 70. Hata hivyo, hata katika kesi hizi, inawezekana kuchunguza jeni ambazo zinaweza kusababisha magonjwa sawa kwa wanadamu, hata kabla ya mimba ya mgonjwa. Inajulikana pia kuwa ugonjwa wa kisukari unaweza kuainishwa kama moja ya magonjwa haya. Maelekezo ya ugonjwa huu na ugonjwa wa ugonjwa wa maumbile yenyewe hurithi na inaweza kujidhihirisha katika kesi ya kutofuata mtindo fulani wa maisha katika watu wazima au uzee. Tunaweza kusema kwa uhakika kabisa kwamba ikiwa wazazi wote wawili au mmoja wao ana ugonjwa wa kisukari, basi uwezekano wa kurithi jeni la kisukari au mchanganyiko wa jeni hizo hupitishwa kwa watoto.

Katika kesi hii, inageuka kuwa inawezekana kufanya tafiti zinazofaa za matibabu na kibaolojia na kufanya utambuzi sahihi mbele ya idadi ndogo ya nyenzo za kibaolojia. Wakati mwingine seli chache za mtu binafsi zinatosha kwa hili, ambazo zitazidishwa katika utamaduni katika vitro, na kutoka kwao "picha ya maumbile" ya mtu aliyejaribiwa itapatikana, bila shaka, si kwa jeni zote za genome yake (kuna makumi. ya maelfu yao!), lakini kwa wale wao , kwa heshima ambayo kuna sababu nzuri za kushuku uwepo wa kasoro fulani. Ukuzaji wa wakati huo huo wa njia za uhandisi wa seli na jeni itafanya iwezekanavyo, katika hatua zinazofuata za ujuzi wa jenomu, kufungua uwezekano wa vitendo wa kiholela, na, juu ya yote, kwa madhumuni ya matibabu, kubadilisha mlolongo na mpangilio wa jeni. muundo na muundo wao.

Dawa sio eneo pekee la matumizi ya uhandisi wa maumbile. Kuna uhandisi wa maumbile wa mimea na uhandisi wa maumbile ya seli za bakteria.

Hivi majuzi, fursa mpya zimeibuka katika kupata chanjo "zinazoweza kuliwa" kulingana na mimea inayobadilika.

Maendeleo makubwa yamepatikana katika mimea inayobadilika jeni ulimwenguni. Wao ni kwa kiasi kikubwa kutokana na ukweli kwamba tatizo la kupata viumbe kutoka kwa seli, kikundi cha seli au kiinitete chachanga katika mimea sasa si vigumu sana. Teknolojia za seli, utamaduni wa tishu na kuundwa kwa regenerants hutumiwa sana katika sayansi ya kisasa.

Hebu tuchunguze mafanikio katika uwanja wa kukua mimea ambayo yalipatikana katika Taasisi ya Siberia ya Fiziolojia ya Mimea na Biokemia ya Tawi la Siberia la Chuo cha Sayansi cha Kirusi.

Kwa hivyo, katika miaka ya hivi karibuni, idadi ya mimea ya transgenic imepatikana kwa kuhamisha kwenye genome yao jeni ugt, acp, acb, accc na wengine kutengwa na vitu mbalimbali vya mimea.

Kama matokeo ya kuanzishwa kwa jeni hizi, mimea ya transgenic ya ngano, viazi, nyanya, matango, soya, mbaazi, rapa, jordgubbar, aspen na wengine wengine walionekana.

Utangulizi wa jeni ulifanywa ama kwa "kulenga" tishu kutoka kwa "bunduki ya jeni" (muundo wake ambao ulitengenezwa katika taasisi yetu), au kwa vekta ya kijeni kulingana na plasmid ya kilimo na jeni inayolengwa iliyojengwa ndani na waendelezaji wanaolingana. .

Matokeo yake, idadi ya aina mpya za transgenic ziliundwa. Hapa kuna baadhi yao.

Ngano isiyobadilika (aina 2), ambayo ina ukuaji mkubwa zaidi na kulima, ina uwezekano mkubwa kuwa sugu kwa ukame na mambo mengine mabaya ya mazingira. Uzalishaji wake na urithi wa mali zilizopatikana zinasomwa.

Viazi za Transgenic, ambazo zimefuatiliwa kwa miaka mitatu. Inatoa mavuno mara kwa mara ambayo ni asilimia 50-90 ya juu kuliko udhibiti, imepata upinzani wa karibu kabisa kwa dawa za kuulia wadudu auxin na, kwa kuongeza, mizizi yake "nyeusi" kwa kiasi kikubwa chini ya kupunguzwa kwa sababu ya kupungua kwa shughuli za polyphenol oxidase.

Nyanya ya Transgenic (aina kadhaa), inayojulikana na bushiness kubwa na mavuno. Katika chafu, mavuno yake ni hadi kilo 46 kwa kila mita ya mraba (zaidi ya mara mbili zaidi kuliko udhibiti).

Tango la Transgenic (aina kadhaa) hutoa idadi kubwa ya maua yenye rutuba na, kwa hiyo, matunda yenye mavuno ya hadi kilo 21 kwa kila mita ya mraba dhidi ya 13.7 katika udhibiti.

Kuna aina zinazobadilika za mimea mingine, nyingi ambazo pia zina idadi ya sifa muhimu za kiuchumi.

Uhandisi jeni ni sayansi ya leo na kesho. Tayari, makumi ya mamilioni ya hekta hupandwa na mimea ya transgenic duniani kote, dawa mpya na wazalishaji wapya wa vitu muhimu wanaundwa. Baada ya muda, uhandisi wa maumbile utakuwa chombo chenye nguvu zaidi cha maendeleo mapya katika dawa, dawa za mifugo, pharmacology, sekta ya chakula na kilimo.

5. Ukweli wa kisayansi kuhusu hatari za uhandisi wa maumbile

Ikumbukwe kwamba pamoja na maendeleo ambayo maendeleo ya uhandisi wa maumbile huleta, pia kuna ukweli fulani juu ya hatari za uhandisi wa maumbile, kuu ambazo zimewasilishwa hapa chini.

1. Uhandisi wa jeni ni tofauti kimsingi na ukuzaji wa aina mpya na mifugo. Nyongeza ya bandia ya jeni za kigeni huvuruga sana udhibiti wa kijeni uliodhibitiwa vyema wa seli ya kawaida. Udanganyifu wa jeni kimsingi ni tofauti na mchanganyiko wa kromosomu za mama na baba ambazo hutokea katika uvukaji wa asili.

2. Hivi sasa, uhandisi wa maumbile haujakamilika kitaalam, kwani hauwezi kudhibiti mchakato wa kuingiza jeni mpya. Kwa hiyo, haiwezekani kutabiri tovuti ya kuingizwa na madhara ya jeni iliyoongezwa. Hata kama eneo la jeni linaweza kubainishwa pindi linapoingizwa kwenye jenomu, taarifa inayopatikana ya DNA si kamili kutabiri matokeo.

3. Kutokana na kuongeza bandia ya jeni la kigeni, vitu vyenye hatari vinaweza kuundwa bila kutarajia. Katika hali mbaya zaidi, hizi zinaweza kuwa vitu vya sumu, allergens au vitu vingine vinavyodhuru kwa afya. Taarifa kuhusu aina hizi za uwezekano bado haijakamilika sana.

4. Hakuna njia za kuaminika kabisa za kupima kutokuwa na madhara. Zaidi ya 10% ya athari mbaya za dawa mpya haziwezi kugunduliwa, licha ya tafiti za usalama zilizofanywa kwa uangalifu. Hatari kwamba sifa hatari za vyakula vipya vilivyoundwa kijenetiki hazitagunduliwa kuna uwezekano wa kuwa mkubwa zaidi kuliko katika kesi ya dawa.

5. Mahitaji ya sasa ya kupima kutokuwa na madhara hayatoshi sana. Zimeundwa kwa uwazi kurahisisha mchakato wa kuidhinisha. Zinaruhusu utumiaji wa mbinu zisizo na hisia za kupima kutokuwa na madhara. Kwa hiyo kuna hatari kubwa kwamba bidhaa za chakula hatari zitaweza kupitisha ukaguzi bila kutambuliwa.

6. Bidhaa za chakula zilizoundwa hadi sasa kwa kutumia uhandisi wa kijeni hazina thamani yoyote muhimu kwa ubinadamu. Bidhaa hizi zinakidhi maslahi ya kibiashara pekee.

7. Maarifa kuhusu madhara ya viumbe vilivyobadilishwa vinasaba vinavyoletwa kwenye mazingira hayatoshi kabisa. Bado haijathibitishwa kuwa viumbe vilivyobadilishwa na uhandisi wa maumbile havitakuwa na madhara kwa mazingira. Wanamazingira wamependekeza matatizo mbalimbali ya mazingira. Kwa mfano, kuna fursa nyingi za kuenea bila kudhibitiwa kwa jeni zinazoweza kudhuru zinazotumiwa na uhandisi wa jeni, ikiwa ni pamoja na uhamisho wa jeni na bakteria na virusi. Matatizo yanayosababishwa na mazingira huenda yasiwezekane kusahihishwa kwa sababu jeni zilizotolewa haziwezi kurejeshwa.

8. Virusi vipya na hatari vinaweza kutokea. Imeonyeshwa kwa majaribio kwamba jeni za virusi zilizowekwa kwenye genome zinaweza kuchanganya na jeni za virusi vya kuambukiza (kinachojulikana kama recombination). Virusi hivi vipya vinaweza kuwa vikali zaidi kuliko vile vya asili. Virusi vinaweza pia kuwa chini ya aina maalum. Kwa mfano, virusi vya mimea vinaweza kuwa na madhara kwa wadudu wenye manufaa, wanyama, na pia wanadamu.

9. Ujuzi wa dutu ya urithi, DNA, haujakamilika sana. Kazi ya asilimia tatu tu ya DNA inajulikana. Ni hatari kuendesha mifumo changamano ambayo maarifa hayajakamilika. Uzoefu mkubwa katika nyanja za biolojia, ikolojia na dawa unaonyesha kwamba hii inaweza kusababisha matatizo na matatizo makubwa yasiyotabirika.

10. Uhandisi wa maumbile hautasaidia kutatua tatizo la njaa duniani. Madai kwamba uhandisi wa chembe za urithi unaweza kutoa mchango mkubwa katika kutatua tatizo la njaa duniani ni hekaya isiyo na msingi wa kisayansi.

Hitimisho

Uhandisi jeni ni mbinu ya kibayoteknolojia ambayo inahusika na utafiti katika urekebishaji wa aina za jeni. Genotype sio tu jumla ya mitambo ya jeni, lakini mfumo mgumu ambao umetengenezwa wakati wa mageuzi ya viumbe. Uhandisi wa maumbile hufanya iwezekanavyo kuhamisha habari za maumbile kutoka kwa kiumbe kimoja hadi kingine kupitia shughuli za vitro. Uhamisho wa jeni hufanya iwezekanavyo kushinda vikwazo vya interspecies na kuhamisha sifa za urithi wa kiumbe mmoja hadi mwingine.

Upangaji upya wa jenotipu, wakati wa kufanya kazi za uhandisi jeni, huwakilisha mabadiliko ya ubora katika jeni ambayo hayahusiani na mabadiliko katika muundo wa kromosomu inayoonekana kwenye darubini. Mabadiliko ya jeni yanahusishwa kimsingi na mabadiliko ya muundo wa kemikali wa DNA. Habari juu ya muundo wa protini, iliyoandikwa kama mlolongo wa nyukleotidi, inatekelezwa kama mlolongo wa asidi ya amino katika molekuli ya protini iliyounganishwa. Mabadiliko katika mlolongo wa nyukleotidi katika DNA ya chromosomal, upotezaji wa baadhi na ujumuishaji wa nyukleotidi zingine, hubadilisha muundo wa molekuli za RNA zilizoundwa kwenye DNA, na hii, kwa upande wake, huamua mlolongo mpya wa asidi ya amino wakati wa usanisi. Matokeo yake, protini mpya huanza kuunganishwa katika seli, ambayo inaongoza kwa kuonekana kwa mali mpya katika mwili. Kiini cha mbinu za uhandisi wa kijenetiki ni kwamba jeni za kibinafsi au vikundi vya jeni huingizwa ndani au kutengwa kutoka kwa aina ya jeni ya kiumbe. Kama matokeo ya kuingiza jeni ambayo haikuwepo hapo awali kwenye genotype, seli inaweza kulazimishwa kuunganisha protini ambazo hazikuwa zimeunganishwa hapo awali.

Bibliografia

2. Lee A., Tinland B. Ujumuishaji wa t-DNA kwenye jenomu ya mmea: mfano na ukweli // Fizikia ya mmea. 2000. - Juzuu 47. - Nambari 3.

3. Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. et al. Genetics ya maendeleo ya mimea. - St. Petersburg: Nauka, 2000. - 539 p.

4. Lyadskaya M. Uhandisi wa maumbile unaweza kufanya chochote - hata kukua chanjo katika bustani // Bulletin ya Madawa. - 2000. - No. 7.

5. Romanov G. A. Uhandisi wa maumbile ya mimea na njia za kutatua tatizo la usalama wa viumbe // Fiziolojia ya mimea, 2000. - Volume 47. - No. 3.

6. Salyaev R. Hadithi na ukweli wa uhandisi wa maumbile // Sayansi huko Siberia. - 2002. - Nambari 7.

7. Favorova O. O. Matibabu na jeni - uongo au ukweli? // Taarifa ya Dawa. - 2002. - No. 5.

Kuzmina N.A. Misingi ya Bayoteknolojia: Kitabu cha maandishi. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 p.

Lutova L. A., Provorov N. A., Tikhodeev O. N. et al. Jenetiki ya maendeleo ya mimea. - St. Petersburg: Nauka, 2000. - 539 p.

Lyadskaya M. Uhandisi wa maumbile unaweza kufanya chochote - hata kukuza chanjo kwenye bustani // Bulletin ya Dawa. - 2000. - No. 7.

Kuzmina N.A. Misingi ya Bayoteknolojia: Kitabu cha maandishi. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 p.

Favorova O. O. Matibabu na jeni - uongo au ukweli? // Taarifa ya Dawa. - 2002. - No. 5.

Salyaev R. Hadithi na ukweli wa uhandisi wa maumbile // Sayansi huko Siberia. - 2002. - Nambari 7.

Kuzmina N.A. Misingi ya Bayoteknolojia: Kitabu cha maandishi. - Omsk: OGPU, 2001. - 256 p.

Uhandisi wa maumbile (maumbile).

Uhandisi wa maumbile (maumbile).- ujenzi wa bandia wa miundo ya maumbile na viumbe vilivyobadilishwa urithi. Uhandisi wa jeni ni sehemu (tawi linalotumika) la jenetiki ya molekuli inayohusishwa na uundaji unaolengwa wa molekuli mpya za DNA zinazoweza kuzidisha katika seli mwenyeji. Katika kesi hiyo, mabadiliko ya bandia, yenye kusudi katika genotype ya viumbe (microorganism) hutokea na kuundwa kwa sifa mpya na mali. Uhandisi wa kijenetiki hujishughulisha na kusimbua muundo wa jeni, usanisi na uundaji wao, na kuingizwa kwa jeni zilizotengwa na seli za viumbe hai kwenye seli za mimea na wanyama ili kubadilisha sifa zao za kijeni haswa.

Njia zilizoendelezwa vizuri za uhandisi wa maumbile ni transgenesis, awali ya microbiological, nk.

Transgenesis- uhamisho wa jeni kutoka kwa aina moja ya viumbe hadi nyingine. Transgenesis inafanywa kwa kukata na kushona sehemu za DNA na ushiriki wa enzymes - kizuizi cha enzymes na ligases.

Hatua za transgenesis:

a) kutengwa kwa jeni (vipande vya DNA) kutoka kwa seli za bakteria, mimea au wanyama kwa kutumia kimeng'enya kizuizi cha enzymes;

b) uhusiano (kuunganisha) wa jeni (vipande vya DNA) na plasmid kwa kutumia kimeng'enya mishipa;

c) kuanzishwa kwa DNA ya plasmid ya mseto iliyo na jeni inayotaka kwenye seli ya jeshi;

d) kunakili (kuunganisha) jeni hili kwenye seli mwenyeji na kuhakikisha utendakazi wake kulingana na mpango: "Nambari ya DNA - unukuzi - tafsiri - protini"

Zana za uhandisi wa maumbile ni vimeng'enya vilivyogunduliwa mnamo 1974 - kizuizi cha enzymes (endonucleases ya kizuizi). Vizuizi vimeng'enya hutambua sehemu (maeneo) ya DNA na kufanya mipasuko katika nyuzi za DNA. Katika miisho ya kila kipande, mikia yenye nyuzi moja huundwa, inayoitwa “ ncha zenye kunata" kwani wanaweza, kama ilivyokuwa, kushikamana kwa sababu ya kukamilishana.

Enzymes za kizuizi hutambua mlolongo maalum wa nyukleotidi za DNA katika DNA yenye nyuzi mbili. Kimeng'enya cha kizuizi kisha hushikamana na tovuti ya nyukleotidi inayotambulika na kuikata kwenye tovuti ya kiambatisho. Mara nyingi zaidi, vimeng'enya vya kizuizi hutambua kanda za jozi 4-6 za nyukleotidi katika molekuli ya DNA na kukata nyuzi zote mbili za DNA katikati ya maeneo haya au kwa kawaida na kukabiliana. Mifano ya enzymes ya kizuizi: enzyme ya kizuizi Eco RI, ambayo inatambua kipande cha DNA cha nyukleotidi sita GAATTC (eneo lililokatwa kati ya nukleotidi G na A ya nyuzi zote mbili za DNA); kizuizi cha enzyme Hind III inatambua eneo la AAGCTT (eneo lililokatwa kati ya nyukleotidi A na A ya nyuzi zote mbili za DNA); kizuizi cha enzyme Bam I inatambua eneo la GGATCC (eneo lililokatwa kati ya nyukleotidi G na G ya nyuzi zote mbili za DNA); kizuizi cha enzyme Hae III inatambua tovuti ya GGC (eneo lililokatwa kati ya nyukleotidi za G na C za nyuzi zote mbili za DNA); kizuizi cha enzyme Hapa II inatambua eneo la CCGG (mahali pa kukatwa kati ya nukleotidi C na C ya nyuzi zote mbili za DNA).

Ifuatayo, ili kuunda kiumbe kilichobadilishwa vinasaba, ni muhimu kuanzisha jeni inayotaka kwenye seli ya kiumbe hiki. Uingizaji wa jeni za kigeni ndani ya mwili unafanywa kwa kutumia vekta ya plasmid. Vekta ni plasmid – molekuli ndogo ya mviringo ya DNA ambayo hutolewa kutoka kwa cytoplasm ya seli ya bakteria. Plasmidi- sababu za urithi ziko nje ya chromosomes zinazowakilisha DNA ya extrachromosomal.

Mchele. 37.

A- Mpango wa kuanzisha DNA ya kigeni kwenye plasmid ya bakteria kwa kutumia vimeng'enya (kizuizi endonuclease na ligase).

B- Mpango wa uhamishaji jeni wa binadamu unaohusika na usanisi wa insulini ya homoni na uundaji wa DNA ya vekta.

Sifa za plasmid: 1) ina uwezo wa kujirudia kwa uhuru; 2) ina jeni encoding antibiotics; 3) wana uwezo wa kuunganishwa kwenye chromosome ya seli ya mpokeaji; 4) inatambua sehemu za DNA ambazo zinaweza kukatwa na enzymes za kizuizi; 5) enzyme ya kizuizi inaweza kukata plasmid na kuihamisha kwenye hali ya mstari. Watafiti hutumia mali hizi za plasmid kupata recombinant (mseto) DNA.

Mlolongo wa kuanzisha DNA kwenye plasmid (vekta ya plasmid) kwa kutumia kimeng'enya cha kizuizi.(Kielelezo 37 A):

1) kizuizi- kukatwa kwa molekuli ya DNA na enzyme ya kizuizi, uundaji wa vipande vya DNA na kutengwa kwa jeni inayohitajika;

2) kuingizwa kwa jeni iliyotengwa kwenye plasmid, yaani, kupata recombinant (mseto) DNA kwa kuanzisha kipande cha DNA ya kigeni kwenye plasmid;

3) kuunganisha- Kuunganisha kwa enzyme ligase plasmid (vector) na vipande vya DNA vya kigeni; katika kesi hii, mwisho wa vector na DNA ya kigeni (kinachojulikana "mwisho wa fimbo") ni nyongeza kwa kila mmoja;

4) mabadiliko- kuanzishwa kwa plasmid recombinant katika genome ya seli nyingine (seli ya mpokeaji), hasa seli ya bakteria.

Ikumbukwe kwamba plasmids hupenya sehemu tu ya bakteria ya kutibiwa. Bakteria zilizobadilishwa, pamoja na plasmids, hupata upinzani kwa antibiotic maalum, ambayo inafanya uwezekano wa kuwatenganisha na bakteria zisizobadilishwa ambazo hufa kwenye kati iliyo na antibiotic. Kila moja ya bakteria iliyobadilishwa, iliyowekwa kwenye kati ya virutubisho, huzidisha na kuunda koloni ya maelfu mengi ya wazao - clone.

5) uchunguzi- uteuzi kati ya bakteria zilizobadilishwa za zile zilizo na plasmidi na jeni inayotaka.

Wanyama na mimea ya transgenic

Jeni zilizounganishwa huletwa ndani ya mayai ya mamalia au protoplasts za mimea (seli iliyotengwa bila ukuta wa seli) kwa kutumia sindano ndogo, na kisha wanyama au mimea hupandwa kutoka kwao, ambayo jeni za kigeni za genome hufanya kazi. Mimea na wanyama ambao genome zao zimebadilishwa kupitia shughuli za uhandisi wa kijeni huitwa mashirika ya transgenic (mimea ya transgenic na wanyama), kwa sababu ina jeni za kigeni. Panya, sungura, nguruwe na kondoo walipatikana. Jenomu yao ina jeni kutoka kwa bakteria, mamalia, na wanadamu. Mimea ya transgenic (mahindi, pilipili, nyanya, ngano, rye, kunde, viazi, nk) zenye jeni kutoka kwa aina zisizohusiana zimepatikana. Mimea ya transgenic ni sugu kwa dawa za kuulia wadudu, wadudu, hali mbaya ya mvua, nk. Tatizo la kubadilisha urithi wa mimea mingi ya kilimo linatatuliwa hatua kwa hatua.

Ramani ya maumbile ya chromosomes. Tiba ya jeni

Ramani ya kijeni ya kromosomu ni mchoro wa mpangilio wa jamaa wa jeni zilizo katika kundi moja la uhusiano. Ramani kama hizo zimeundwa kwa kila jozi ya chromosomes ya homologous. Ramani ya maumbile inaonyesha mpangilio wa jeni kwenye kromosomu na umbali kati yao (asilimia ya kuvuka kati ya jeni fulani). Kwa hivyo, kuundwa kwa aina mpya za microorganisms zinazoweza kuunganisha homoni, protini, na madawa ya kulevya ni msingi wa ujuzi wa ramani za maumbile ya microorganisms. Ramani za maumbile ya binadamu ni muhimu kwa jenetiki ya kimatibabu. Ujuzi juu ya ujanibishaji wa jeni kwenye chromosome maalum hutumiwa katika utambuzi wa magonjwa kadhaa ya urithi, na vile vile katika tiba ya jeni kurekebisha muundo na kazi ya jeni.

Tiba ya jeni - kubadilisha jeni zenye kasoro na zile zisizobadilika, au kurekebisha muundo wao.

Ili kupambana na magonjwa ya urithi, oncological na yanayohusiana na umri, mbinu za tiba ya jeni ambazo ni salama kwa seli za binadamu zinatengenezwa. Kwa kutumia mbinu za tiba ya jeni, inawezekana kuchukua nafasi ya jeni zenye kasoro kwenye mwili ambamo mabadiliko yametokea na yale yasiyobadilika. Siku hizi, wanasayansi wanamiliki mbinu usalama wa binadamu: kuanzishwa kwa jeni muhimu katika seli za mwili wa binadamu. Hii itawawezesha kuondokana na magonjwa mengi ya urithi.

Mchanganyiko wa Microbiological

Mbinu za uhandisi wa maumbile zimefanya iwezekanavyo kutekeleza awali ya microbiological(Kielelezo 37 B). Kutumia njia za uhandisi wa maumbile, wanabiolojia waliweza kupata aina za bakteria, shukrani ambayo usanisi wa microbiological unafanywa kwa mafanikio. Kwa kufanya hivyo, seli muhimu za bakteria ambazo hazina plasmids huchaguliwa. Molekuli za DNA zilizo na mlolongo fulani wa nucleotidi zimetengwa, ambazo huamua maendeleo ya sifa inayotaka. Plasmidi iliyo na sehemu ya DNA iliyojumuishwa (genome) huletwa ndani ya seli ya bakteria, ambayo sehemu ya DNA iliyojengwa huanza kufanya kazi (kurudia, maandishi, michakato ya kutafsiri hufanyika), na protini inayohitajika (interferon, geneferon, immunoglobulin); insulini, somatotropini, nk) imeundwa kwenye seli ya bakteria. ). Homoni (insulini, somatotropin), asidi nyingi za amino, antibiotics, chanjo, nk hupatikana kwa wingi wa viwanda.Bakteria hizo huongezeka kwa kiwango cha viwanda na kuzalisha protini muhimu.

Kwa kutumia njia za maumbile, aina ya microorganism Pseudomonas denitrificans ilipatikana, ambayo hutoa mara kumi zaidi ya vitamini C na B vitamini kuliko fomu ya awali; aina mpya ya bakteria ya Micrococcus glutamicus hutoa lisini ya asidi ya amino mara mia zaidi ya ile ya asili (ya mwitu) ya bakteria inayozalisha lisini.

Uhandisi wa seli

Uhandisi wa seli- Ukuzaji wa seli za kibinafsi au tishu katika media maalum ya bandia, ukuzaji wa njia za kuunda aina mpya ya seli kwa kuzichanganya, kuchukua nafasi ya chromosomes na mahuluti yanayokua kutoka kwao.

1. Mbinu ya utamaduni wa tishu

Njia hiyo inajumuisha kukuza seli zilizotengwa au vipande vya tishu kwenye kati ya virutubishi vya bandia chini ya hali ya hali ya hewa inayofaa. Kama matokeo ya kilimo, seli za mmea au vipande vya tishu hurejeshwa kuwa mmea mzima. Kwa uenezi wa microclonal wa seli binafsi au vipande vya tishu (kawaida meristem ya apical ya shina au mizizi), mimea mingi muhimu inaweza kupatikana. Hali ya hali ya hewa ndogo na vyombo vya habari vya virutubisho kwa ajili ya kuzaliwa upya kwa mimea ya mapambo, kitamaduni, na dawa huchaguliwa kwa majaribio. Utamaduni wa tishu pia hutumiwa kuzalisha mimea ya diploidi baada ya kutibu aina za awali za haploid na colchicine.

2. Mseto wa Kisomatiki

Mchanganyiko wa Somatic ni pamoja na uzalishaji wa seli za mseto, na kutoka kwao - aina mpya; mbolea ya bandia ya mayai.

Kupata mimea mpya ya mseto kwa kuunganishwa kwa protoplasts (nucleus na cytoplasm) ya seli mbalimbali katika utamaduni wa tishu. Ili kuunganisha protoplasts, ukuta wa seli ya mmea huharibiwa kwa msaada wa enzymes na protoplast iliyotengwa inapatikana. Wakati protoplasts kama hizo za spishi tofauti za mmea hupandwa, huunganisha na kuunda fomu na sifa mpya muhimu. Urutubishaji wa mayai ya bandia hufanywa kwa kutumia njia ya urutubishaji katika vitro (IVF), ambayo inaruhusu kurutubisha mayai katika vitro na kuingizwa kwa kiinitete katika hatua ya mwanzo ya ukuaji, na kushinda aina fulani za utasa kwa wanadamu.

3. Uhandisi wa kromosomu- uingizwaji wa chromosomes ya mtu binafsi katika seli za mimea au kuongeza mpya. Diploidi zina jozi za chromosome za homologous, na viumbe vile huitwa disomics. Ikiwa chromosome moja imesalia katika jozi yoyote, basi monosomy huundwa. Ikiwa unaongeza chromosome ya tatu ya homologous kwa jozi yoyote, trisomic huundwa, nk Inawezekana kuchukua nafasi ya chromosomes ya mtu binafsi ya aina moja na chromosomes ya aina nyingine. Imepokelewa fomu zinaitwa mbadala.

Uhandisi wa jeni hutumikia kupata sifa zinazohitajika za kiumbe kinachobadilika au kilichobadilishwa vinasaba. Tofauti na uteuzi wa kitamaduni, wakati ambapo genotype inakabiliwa na mabadiliko tu kwa njia isiyo ya moja kwa moja, uhandisi wa maumbile inaruhusu uingiliaji wa moja kwa moja katika vifaa vya urithi kwa kutumia mbinu ya cloning ya molekuli. Mifano ya matumizi ya uhandisi jeni ni utengenezaji wa aina mpya za mazao ya nafaka zilizobadilishwa vinasaba, utengenezaji wa insulini ya binadamu kwa kutumia bakteria zilizobadilishwa vinasaba, utengenezaji wa erithropoietin katika utamaduni wa seli au aina mpya za panya wa majaribio kwa ajili ya utafiti wa kisayansi.

Majaribio ya kwanza yanafanywa juu ya matumizi ya bakteria yenye DNA iliyopangwa upya kutibu wagonjwa.

Msingi wa sekta ya microbiological, biosynthetic ni kiini cha bakteria. Seli zinazohitajika kwa uzalishaji wa viwandani huchaguliwa kulingana na sifa fulani, ambayo muhimu zaidi ni uwezo wa kuzalisha, kuunganisha, kwa kiwango cha juu iwezekanavyo, kiwanja fulani - asidi ya amino au antibiotic, homoni ya steroid au asidi ya kikaboni. . Wakati mwingine unahitaji kuwa na microorganism ambayo inaweza, kwa mfano, kutumia mafuta au maji machafu kama "chakula" na kusindika kuwa biomass au hata protini inayofaa kabisa kwa viungio vya malisho. Wakati mwingine tunahitaji viumbe vinavyoweza kuendeleza kwa joto la juu au mbele ya vitu ambavyo hakika ni hatari kwa aina nyingine za microorganisms.

Kazi ya kupata aina kama hizi za viwandani ni muhimu sana; kwa marekebisho na uteuzi wao, njia nyingi za kuathiri seli kikamilifu zimetengenezwa - kutoka kwa matibabu na sumu kali hadi mionzi ya mionzi. Lengo la mbinu hizi ni moja - kufikia mabadiliko katika urithi, vifaa vya maumbile ya seli. Matokeo yao ni utengenezaji wa vijidudu vingi vya kubadilika, kutoka kwa mamia na maelfu ambayo wanasayansi hujaribu kuchagua zinazofaa zaidi kwa kusudi fulani. Uundaji wa mbinu za mutagenesis ya kemikali au mionzi ulikuwa mafanikio bora katika biolojia na hutumiwa sana katika teknolojia ya kisasa ya kibayoteknolojia.

Lakini uwezo wao ni mdogo na asili ya microorganisms wenyewe. Hawana uwezo wa kuunganisha idadi ya vitu muhimu ambavyo hujilimbikiza kwenye mimea, haswa katika mimea ya dawa na muhimu ya mafuta. Hawawezi kuunganisha vitu ambavyo ni muhimu sana kwa maisha ya wanyama na wanadamu, idadi ya enzymes, homoni za peptidi, protini za kinga, interferon, na misombo mingi rahisi zaidi ambayo huunganishwa katika miili ya wanyama na wanadamu. Bila shaka, uwezekano wa microorganisms ni mbali na nimechoka. Kwa wingi mzima wa vijidudu, sehemu ndogo tu imetumiwa na sayansi, na haswa na tasnia. Kwa madhumuni ya uteuzi wa vijidudu, ya kupendeza sana ni, kwa mfano, bakteria ya anaerobic ambayo inaweza kuishi bila oksijeni, fototrophs ambazo hutumia nishati nyepesi kama mimea, chemoautotrophs, bakteria ya thermophilic ambayo inaweza kuishi kwa joto, kama ilivyogunduliwa hivi karibuni. 110 ° C, nk.

Na bado mapungufu ya "nyenzo za asili" ni dhahiri. Wamejaribu na wanajaribu kuzunguka vikwazo kwa msaada wa seli na tamaduni za tishu za mimea na wanyama. Hii ni njia muhimu sana na ya kuahidi, ambayo pia inatekelezwa katika bioteknolojia. Katika miongo michache iliyopita, wanasayansi wameunda mbinu ambazo seli za tishu za mmea au mnyama zinaweza kufanywa kukua na kuzaliana kando na mwili, kama seli za bakteria. Hii ilikuwa mafanikio muhimu - tamaduni za seli zinazotokana hutumiwa kwa majaribio na kwa ajili ya uzalishaji wa viwanda wa vitu fulani ambavyo haziwezi kupatikana kwa kutumia tamaduni za bakteria.

Mwelekeo mwingine wa utafiti ni kuondolewa kutoka kwa DNA ya jeni ambazo hazihitajiki kwa protini za kurekodi na utendaji wa viumbe na kuundwa kwa viumbe bandia na "seti iliyopunguzwa" ya jeni kulingana na DNA hiyo. Hii inafanya uwezekano wa kuongeza kwa kasi upinzani wa viumbe vilivyobadilishwa kwa virusi.

Historia ya maendeleo na mbinu

Katika nusu ya pili ya karne ya 20, uvumbuzi na uvumbuzi kadhaa muhimu zilifanywa ambazo msingi wake ni uhandisi jeni. Miaka mingi ya majaribio ya "kusoma" habari za kibiolojia ambazo "zimeandikwa" katika jeni zimekamilika kwa mafanikio. Kazi hii ilianzishwa na mwanasayansi wa Kiingereza Frederick Sanger na mwanasayansi wa Marekani Walter Gilbert (Tuzo ya Nobel ya Kemia 1980). Kama inavyojulikana, jeni zina maagizo ya habari ya usanisi wa molekuli za RNA na protini, pamoja na vimeng'enya, mwilini. Ili kulazimisha seli kuunganisha vitu vipya ambavyo si vya kawaida kwake, ni muhimu kwamba seti zinazolingana za vimeng'enya zisanisishwe ndani yake. Na kwa hili ni muhimu kubadilisha kwa makusudi jeni zilizo ndani yake, au kuanzisha jeni mpya, ambazo hazikuwepo hapo awali. Mabadiliko ya jeni katika chembe hai ni mabadiliko. Zinatokea chini ya ushawishi, kwa mfano, mutajeni - sumu za kemikali au mionzi. Lakini mabadiliko hayo hayawezi kudhibitiwa au kuelekezwa. Kwa hiyo, wanasayansi wameelekeza juhudi zao katika kujaribu kubuni mbinu za kuanzisha chembe mpya za urithi zinazohitajiwa na binadamu katika seli.

Njia zote za uhandisi wa maumbile Mbinu za uhandisi wa maumbile ) hutumika kutekeleza mojawapo ya hatua zifuatazo za kutatua tatizo la uhandisi jeni:

1. Kupata jeni pekee.
2. Kuanzishwa kwa jeni kwenye vekta kwa ajili ya uhamisho ndani ya mwili.
3. Uhamisho wa vekta yenye jeni kwenye kiumbe kilichobadilishwa.
4. Mabadiliko ya seli za mwili.
5. Uteuzi wa viumbe vilivyobadilishwa vinasaba ( GMO) na kuondoa zile ambazo hazikufanyiwa marekebisho kwa ufanisi.

Mchakato wa usanisi wa jeni sasa umeendelezwa vizuri sana na hata umejiendesha kwa kiasi kikubwa. Kuna vifaa maalum vilivyo na kompyuta, katika kumbukumbu ambayo mipango ya awali ya mlolongo mbalimbali wa nucleotide huhifadhiwa. Kifaa hiki huunganisha sehemu za DNA hadi besi za nitrojeni 100-120 kwa urefu (oligonucleotides). Mbinu imeenea ambayo inafanya uwezekano wa kutumia mmenyuko wa mnyororo wa polymerase kwa usanisi wa DNA, pamoja na DNA inayobadilika. Enzyme ya thermostable, DNA polymerase, hutumiwa ndani yake kwa usanisi wa template ya kiolezo, ambayo vipande vilivyoundwa kwa usanii vya asidi ya nucleic - oligonucleotides - hutumiwa kama mbegu. Enzyme reverse transcriptase inaruhusu, kwa kutumia vianzio hivyo, kuunganisha DNA kwenye kiolezo cha RNA kilichotengwa na seli. DNA iliyounganishwa kwa njia hii inaitwa DNA ya ziada (RNA) au cDNA. Jini pekee, "safi kemikali" pia inaweza kupatikana kutoka kwa maktaba ya fagio. Hili ni jina la maandalizi ya bacteriophage, ndani ya genome ambayo vipande vya random kutoka kwa jenomu au cDNA hujengwa ndani, huzalishwa na fage pamoja na DNA yake yote.

Mbinu ya kuingiza jeni katika bakteria ilitengenezwa baada ya Frederick Griffith kugundua jambo la mabadiliko ya bakteria. Jambo hili linatokana na mchakato wa awali wa ngono, ambao katika bakteria unaambatana na kubadilishana kwa vipande vidogo vya DNA isiyo ya chromosomal, plasmids. Teknolojia za plasma ziliunda msingi wa kuanzishwa kwa jeni bandia kwenye seli za bakteria.

Ugumu mkubwa ulihusishwa na kuanzishwa kwa jeni iliyopangwa tayari katika vifaa vya urithi wa seli za mimea na wanyama. Walakini, katika maumbile kuna matukio wakati DNA ya kigeni (ya virusi au bacteriophage) imejumuishwa kwenye vifaa vya maumbile ya seli na, kwa msaada wa mifumo yake ya kimetaboliki, huanza kuunganisha protini "yake". Wanasayansi walisoma sifa za kuanzishwa kwa DNA ya kigeni na kuitumia kama kanuni ya kuanzisha nyenzo za urithi kwenye seli. Utaratibu huu unaitwa uhamisho.

Ikiwa viumbe vya unicellular au tamaduni za seli nyingi zinakabiliwa na marekebisho, basi katika hatua hii cloning huanza, yaani, uteuzi wa viumbe hao na wazao wao (clones) ambao wamepitia marekebisho. Wakati kazi ni kupata viumbe vingi vya seli, seli zilizo na genotype iliyobadilishwa hutumiwa kwa uenezi wa mimea ya mimea au kuletwa kwenye blastocysts ya mama mbadala linapokuja suala la wanyama. Matokeo yake, cubs huzaliwa na genotype iliyobadilishwa au isiyobadilika, kati ya ambayo ni wale tu wanaoonyesha mabadiliko yanayotarajiwa huchaguliwa na kuvuka kwa kila mmoja.

Maombi katika utafiti wa kisayansi

Ingawa kwa kiwango kidogo, uhandisi jeni tayari unatumika kuwapa wanawake wenye aina fulani za utasa nafasi ya kupata mimba. Kwa kusudi hili, mayai kutoka kwa mwanamke mwenye afya hutumiwa. Matokeo yake, mtoto hurithi genotype kutoka kwa baba mmoja na mama wawili.

Hata hivyo, uwezekano wa kufanya mabadiliko makubwa zaidi kwa jenomu ya binadamu unakabiliwa na matatizo kadhaa makubwa ya kimaadili. Mnamo mwaka wa 2016, huko Merika, kikundi cha wanasayansi kilipokea idhini ya majaribio ya kliniki ya njia ya kutibu saratani kwa kutumia seli za kinga za mgonjwa mwenyewe, zilizobadilishwa kwa kutumia teknolojia ya CRISPR / Cas9.

Mwishoni mwa mwaka wa 2018, watoto wawili walizaliwa nchini Uchina, ambao genome yao ilibadilishwa kiholela (jeni la CCR5 lilizimwa) katika hatua ya kiinitete kwa kutumia mbinu ya CRISPR/Cas9, kama sehemu ya utafiti uliofanywa tangu 2016 kukabiliana na VVU. Moja ya wazazi (baba) walikuwa wameambukizwa VVU , na watoto, kwa mujibu wa taarifa hiyo, walizaliwa na afya. Kwa kuwa jaribio hilo halikuidhinishwa (hapo awali, majaribio yote kama haya kwenye kiinitete cha binadamu yaliruhusiwa tu katika hatua za mwanzo za ukuaji na uharibifu uliofuata wa nyenzo za majaribio, ambayo ni, bila kuingizwa kwa kiinitete ndani ya uterasi na kuzaliwa kwa watoto), mwanasayansi aliyehusika nayo hakutoa ushahidi kwa taarifa zake ambazo zilitolewa kwenye mkutano wa kimataifa wa uhariri wa jenomu. Mwishoni mwa Januari 2019, mamlaka ya China ilithibitisha rasmi ukweli wa jaribio hili. Wakati huo huo, mwanasayansi huyo alipigwa marufuku kujihusisha na shughuli za kisayansi na alikamatwa.

Uhandisi wa seli

Uhandisi wa seli ni msingi wa ukuzaji wa seli za mimea na wanyama na tishu zenye uwezo wa kutoa vitu muhimu kwa wanadamu nje ya mwili. Njia hii hutumiwa kwa uenezi wa clonal (asexual) wa fomu za mimea yenye thamani; kupata seli za mseto zinazochanganya mali ya, kwa mfano, lymphocytes ya damu na seli za tumor, ambayo inafanya uwezekano wa kupata antibodies haraka.

Uhandisi wa maumbile nchini Urusi

Ikumbukwe kwamba baada ya kuanzishwa kwa usajili wa serikali wa GMOs, shughuli za baadhi ya mashirika ya umma na manaibu wa Jimbo la Duma, kujaribu kuzuia kuanzishwa kwa teknolojia ya ubunifu katika kilimo cha Kirusi, imeongezeka kwa kiasi kikubwa. Wanasayansi zaidi ya 350 wa Kirusi walisaini barua ya wazi kutoka kwa Jumuiya ya Wafanyakazi wa Sayansi ili kusaidia maendeleo ya uhandisi wa maumbile katika Shirikisho la Urusi. Barua ya wazi inabainisha kuwa marufuku ya GMOs nchini Urusi haitadhuru tu ushindani wa afya katika soko la kilimo, lakini itasababisha kupungua kwa teknolojia ya uzalishaji wa chakula, kuongezeka kwa utegemezi wa uagizaji wa chakula, na itadhoofisha heshima ya Urusi kama serikali. ambapo kozi kuelekea maendeleo ya ubunifu imetangazwa rasmi [ umuhimu wa ukweli? ] .

Angalia pia

Vidokezo

1. Alexander Panchin Kumpiga Mungu // Mitambo Maarufu. - 2017. - Nambari 3. - P. 32-35. - URL: http://www.popmech.ru/magazine/2017/173-issue/
2. Olga Volkova. Njia 12 katika picha: uhandisi wa maumbile. Sehemu ya I, ya kihistoria (Kirusi). Biomolecule. Ilirejeshwa Machi 25, 2019.
3. Michael Waldholtz Transfoma // Katika ulimwengu wa sayansi. - 2017. - No. 5-6. - Uk. 126 - 135.
4. Uhariri wa jenomu katika vivo kwa kutumia mfumo wa TALEN wenye ufanisi wa hali ya juu(Kiingereza). Asili. Ilirejeshwa Januari 10, 2017.
5. Vipengele - habari za sayansi: Nyani waliponywa upofu wa rangi kwa kutumia tiba ya jeni (haijafafanuliwa) (Septemba 18, 2009). Ilirejeshwa Januari 10, 2017.
6. Nyani wa Transgenic huzaa watoto wa kwanza (haijafafanuliwa) . membrana (Mei 29, 2009). Ilirejeshwa Januari 10, 2017.
7. Watoto waliobadilishwa vinasaba waliozaliwa (haijafafanuliwa) . BBC. Ilirejeshwa tarehe 26 Aprili 2008. Iliwekwa kwenye kumbukumbu tarehe 22 Agosti 2011.
8. B. Alberts, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, P. Walter, 2008. "Biolojia ya molekuli ya seli," toleo la 5, Garland Science, USA, pp. 1302-1303
9. Kimmelman J. (2009) "Maadili ya utafiti wa kliniki wa uhamisho wa jeni la saratani," Mbinu katika Biolojia ya Molekuli 542, 423-445
10. Wagner AM, Schoeberlein A, Surbek D. (2009) "Tiba ya jeni ya fetasi: fursa na hatari", Mapitio ya Juu ya Utoaji wa Dawa 61, 813-821
11. Gatzidou E, Gatzidou G, Theocharis SE. (2009) "Rekodi za ulimwengu zilizobadilishwa vinasaba: ukweli au katika nyanja ya ndoto?", Medical Science Monitor 15, RA41-47
12. Lowenstein PR. (2008) "Majaribio ya kitabibu katika tiba ya jeni: maadili ya kibali cha habari na mustakabali wa dawa ya majaribio," Maoni ya Sasa katika Tiba ya Molekuli 10, 428-430

Uhandisi wa kijenetiki na teknolojia ya kisasa ya kibayoteknolojia iliibuka kama matokeo ya maendeleo katika biolojia, jenetiki na biokemia. Maendeleo katika baiolojia ya molekuli, jenetiki ya molekuli, baiolojia ya seli, pamoja na mbinu mpya za majaribio zilizogunduliwa na vifaa vipya vimetoa viwango vya ajabu vya maendeleo katika uhandisi wa kijeni na teknolojia ya kibayoteknolojia.

Kusudi la uhandisi wa maumbile

Kusudi la uhandisi wa maumbile ni kubadilisha muundo wa jeni, eneo lao kwenye chromosome na kudhibiti shughuli zao kulingana na mahitaji ya mwanadamu. Ili kufikia lengo hili, mbinu mbalimbali hutumiwa kuruhusu uzalishaji wa protini kwa kiwango cha viwanda, kuundwa kwa aina mpya za mimea na mifugo ambayo inakidhi mahitaji bora, na utambuzi na matibabu ya magonjwa mbalimbali ya kuambukiza na ya urithi wa binadamu.

Vitu vya utafiti wa uhandisi wa maumbile ni virusi, bakteria, kuvu, wanyama (ikiwa ni pamoja na mwili wa binadamu) na seli za mimea. Baada ya molekuli ya DNA ya viumbe hawa kutakaswa kutoka kwa vitu vingine vya seli, tofauti za nyenzo kati yao hupotea. Molekuli ya DNA iliyosafishwa inaweza kukatwa kwa kutumia vimeng'enya katika sehemu maalum, ambazo zinaweza kuunganishwa pamoja kwa kutumia vimeng'enya vinavyounganisha mtambuka ikihitajika. Mbinu za kisasa za uhandisi wa jeni hufanya iwezekane kuzaliana sehemu yoyote ya DNA au kuchukua nafasi ya nyukleotidi yoyote kwenye mnyororo wa DNA na nyingine. Kwa kweli, mafanikio haya yalipatikana kama matokeo ya uchunguzi thabiti wa sheria za urithi.

Uhandisi wa maumbile (uhandisi wa maumbile) uliibuka kama matokeo ya ugunduzi wa enzymes ambayo hugawanya msingi wa urithi - molekuli ya DNA katika sehemu na kuunganisha sehemu hizi na miisho kwa kila mmoja, na pia njia ya electrophoretic, ambayo inafanya iwezekanavyo. kugawanya sehemu za DNA kwa urefu kwa usahihi wa juu. Uundaji wa njia na vifaa vya kuamua mlolongo maalum wa nyukleotidi zinazounda molekuli ya DNA, na pia kwa usanisi wa moja kwa moja wa sehemu yoyote ya DNA inayotaka, ilihakikisha maendeleo ya uhandisi wa maumbile kwa kasi ya haraka.

Ukuzaji wa hamu ya wanasayansi ya kudhibiti urithi uliwezeshwa na ushahidi unaoonyesha kwamba msingi wa urithi wa mimea na wanyama wote ni molekuli ya DNA, kwamba bakteria na fagio pia hutii sheria za urithi, kwamba mchakato wa mabadiliko ni kawaida kwa viumbe vyote vilivyo hai. na inaweza kudhibitiwa kwa njia za majaribio.

Louis Paster

Mwanasayansi mkuu wa Kifaransa Louis Pasteur, akiwa ametengeneza njia ya kupata clones, alikuwa wa kwanza kuonyesha kwamba bakteria ni tofauti, wana urithi na mali zao zinahusiana sana na mwisho (Mchoro 1, 2).

Twort na D'Herrel

Mnamo 1915, Twort na D'Herrel walithibitisha kuwa fagio (fagio ni virusi ambavyo huongezeka kwa bakteria), na kuzidisha ndani ya bakteria, vinaweza kuwaangamiza. Wanasaikolojia waliweka matumaini yao juu ya matumizi ya fagio dhidi ya vijidudu ambavyo husababisha magonjwa hatari ya kuambukiza. Hata hivyo, bakteria ni sugu kwa fagio kutokana na mabadiliko ya hiari. Urithi wa mabadiliko haya hulinda bakteria kutokana na uharibifu na phages.

Kwa kuzidisha ndani ya seli, virusi na fagio zinaweza kuiharibu au, kwa kujitambulisha kwenye jenomu ya seli, kubadilisha urithi wake. Ili kubadilisha urithi wa kiumbe, michakato ya mabadiliko na uhamisho hutumiwa sana.

Joshua na Esther Lederberg

Mnamo mwaka wa 1952, Joshua na Esther Lederberg, kwa kutumia mbinu ya kunakili (replication) ya makoloni ya bakteria, walithibitisha kuwepo kwa mabadiliko ya hiari katika bakteria (Mchoro 3). Walibuni mbinu ya kutenga seli zinazobadilika kwa kutumia urudufishaji. Chini ya ushawishi wa mazingira ya nje, mzunguko wa mabadiliko huongezeka. Njia maalum hufanya iwezekane kuona clones za aina mpya zinazoundwa kama matokeo ya mabadiliko kwa jicho uchi.

Mbinu ya kurudia makoloni ya bakteria inatekelezwa kama ifuatavyo. Kitambaa cha velvet kilichotiwa viini hunyoshwa juu ya uso wa kifaa cha mbao na kutumika kwa kundi la bakteria zinazokua kwenye uso wa sahani ya Petri iliyokusudiwa kupandikiza nakala. Kisha makoloni huhamishiwa kwenye sahani safi ya Petri na kati ya virutubisho vya bandia. Nyenzo kutoka kwa tovuti

Hatua za uhandisi wa maumbile

Uhandisi wa maumbile unafanywa katika hatua kadhaa.

• Jeni la riba kulingana na kazi yake imetambulishwa, basi imetengwa, imefungwa, na muundo wake unasoma.
• Jeni iliyotengwa imeunganishwa (iliyounganishwa) na DNA ya baadhi ya fagio, transposon au plasmid ambayo ina uwezo wa kuunganishwa tena na kromosomu, na kwa njia hii muundo wa vekta huundwa.
• Muundo wa vekta huingizwa ndani ya seli (mabadiliko) na kiini cha transgenic kinapatikana.
• Viumbe vilivyokomaa vinaweza kupatikana kutoka kwa seli ya transgenic chini ya hali ya bandia.