พันธุวิศวกรรมในอุตสาหกรรม พันธุวิศวกรรม - ศัตรูหรือมิตร

พันธุวิศวกรรม(สังเคราะห์ พันธุวิศวกรรม) - ทิศทางของการวิจัยทางอณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์เป้าหมายสูงสุดคือการได้รับโดยใช้เทคนิคในห้องปฏิบัติการสิ่งมีชีวิตกับสิ่งใหม่รวมถึงสิ่งที่ไม่พบในธรรมชาติการรวมกันของคุณสมบัติทางพันธุกรรม ใจกลางของจี.และ. มีความเป็นไปได้ของการจัดการแบบกำหนดเป้าหมายด้วยชิ้นส่วนของกรดนิวคลีอิกอันเนื่องมาจากความสำเร็จล่าสุดของอณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์ ความสำเร็จเหล่านี้รวมถึงการสร้างความเป็นสากลของรหัสพันธุกรรม (ดู) กล่าวคือ ความจริงที่ว่าในสิ่งมีชีวิตทุกชนิดการรวมกรดอะมิโนชนิดเดียวกันในโมเลกุลโปรตีนนั้นถูกเข้ารหัสโดยลำดับนิวคลีโอไทด์เดียวกันในสายโซ่ DNA ความสำเร็จของเอนไซม์ทางพันธุกรรมซึ่งทำให้นักวิจัยมีชุดของเอนไซม์ที่ทำให้สามารถรับยีนหรือชิ้นส่วนของกรดนิวคลีอิกในรูปแบบแยกเดี่ยวดำเนินการสังเคราะห์ชิ้นส่วนของกรดนิวคลีอิกในหลอดทดลองและรวมชิ้นส่วนผลลัพธ์เข้ากับ ทั้งหมดเดียว ดังนั้นการเปลี่ยนคุณสมบัติทางพันธุกรรมของร่างกายด้วยความช่วยเหลือของ G. และ คือการสร้างสารพันธุกรรมใหม่จากชิ้นส่วนต่างๆ นำสารนี้เข้าสู่สิ่งมีชีวิตผู้รับ สร้างเงื่อนไขในการทำงานและมรดกที่มั่นคง

วิธีหนึ่งในการได้รับยีนคือทางเคมี สังเคราะห์. หลังจากที่ A. Holli ในสหรัฐอเมริกา A. A. Baev ในสหภาพโซเวียตและนักวิจัยคนอื่น ๆ สามารถถอดรหัสโครงสร้างของ RBHAs การขนส่งต่างๆ (tRNAs) ได้ X. Korana และคณะ ได้ทำเคมี การสังเคราะห์ DNA ที่เข้ารหัสอะลานีนของยีสต์ขนมปัง tRNA

แต่วิธีการสังเคราะห์ยีนเทียมที่มีประสิทธิภาพที่สุดนั้นเกี่ยวข้องกับการใช้ DNA polymerase ที่ขึ้นกับเอนไซม์ RNA (reverse transcriptase) ซึ่งค้นพบโดย D. Baltimore และ H. Temin ในไวรัสที่ก่อมะเร็ง (ดู) เอนไซม์นี้ถูกแยกและทำให้บริสุทธิ์จากเซลล์ที่ติดไวรัสก่อมะเร็งที่มี RNA บางชนิด รวมถึงไวรัส myeloblastosis ในนก ไวรัส Rous sarcoma และไวรัสมะเร็งเม็ดเลือดขาวของหนู Reverse transcriptase ช่วยให้มั่นใจในการสังเคราะห์ DNA บนเทมเพลต Messenger RNA (mRNA) การใช้โมเลกุล mRNA เป็นแม่แบบสำหรับการสังเคราะห์ DNA ช่วยอำนวยความสะดวกอย่างมากในการสังเคราะห์ยีนที่มีโครงสร้างส่วนบุคคลของสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้น เนื่องจากลำดับของฐานไนโตรเจนในโมเลกุล mRNA เป็นสำเนาที่แน่นอนของลำดับของฐานไนโตรเจนของยีนโครงสร้างที่สอดคล้องกัน และ เทคนิคการแยกโมเลกุล mRNA ต่างๆ ได้รับการพัฒนาค่อนข้างดี ความก้าวหน้าในการแยก mRNA ของโกลบินโปรตีน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของฮีโมโกลบินของมนุษย์ สัตว์ และนก mRNA โปรตีนเลนส์ตา mRNA อิมมูโนโกลบิน mRNA และ mRNA ของโปรตีนเฉพาะของเนื้องอกมะเร็ง (myeloma) ทำให้เป็นไปได้โดยใช้ Reverse transcriptase เพื่อสังเคราะห์ส่วนโครงสร้างของยีนที่เข้ารหัสโปรตีนเหล่านี้บางส่วน

อย่างไรก็ตาม ในร่างกาย ยีนโครงสร้างจะทำงานร่วมกับยีนควบคุม ซึ่งลำดับนิวคลีโอไทด์ไม่ได้ถูกทำซ้ำโดยโมเลกุล mRNA ดังนั้นวิธีการเหล่านี้จึงไม่สามารถสังเคราะห์ชุดของยีนเชิงโครงสร้างและยีนควบคุมได้ วิธีแก้ปัญหานี้เป็นไปได้หลังจากการพัฒนาวิธีการแยกยีนแต่ละตัว ในการแยกยีนของแบคทีเรีย จะใช้โครงสร้างไซโตพลาสซึมขนาดเล็กที่มี DNA ซึ่งสามารถทำซ้ำได้ (ดูการจำลองแบบ) โดยไม่ขึ้นอยู่กับโครโมโซมของแบคทีเรีย โครงสร้างเหล่านี้ก่อให้เกิดองค์ประกอบทางพันธุกรรมนอกโครโมโซมกลุ่มเดียวของแบคทีเรีย - พลาสมิด (ดูพลาสมิด) บางส่วนสามารถรวมเข้ากับโครโมโซมของแบคทีเรียแล้วเกิดขึ้นเองหรืออยู่ภายใต้อิทธิพลของสารกระตุ้น เช่น การฉายรังสี UV ย้ายจากโครโมโซมเข้าสู่ไซโตพลาสซึมโดยนำยีนโครโมโซมที่อยู่ติดกันของเซลล์เจ้าบ้านไปด้วย องค์ประกอบทางพันธุกรรมนอกโครโมโซมของแบคทีเรียที่มีคุณสมบัติดังกล่าวเรียกว่าเอพิโซม [F. เจค็อบ, วอลล์แมน (อี. วอลล์แมน)] เอพิโซม (ดู) รวมถึงฟาจอุณหภูมิปานกลาง (ดูแบคเทอริโอฟาจ) ปัจจัยทางเพศของแบคทีเรีย ปัจจัยการดื้อยาของจุลินทรีย์ (ดู) ปัจจัยก่อแบคทีเรีย (ดู) ในไซโตพลาสซึม ยีนที่จับโดยเอพิโซมจะถูกจำลองแบบภายในและมักจะก่อตัวหลายชุด การพัฒนาวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการแยกพลาสมิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งฟาจอุณหภูมิปานกลาง การบรรทุกสารพันธุกรรมของโครโมโซมของแบคทีเรีย และการแยกส่วนของโครโมโซมของเซลล์แบคทีเรียที่รวมอยู่ในจีโนมของแบคเทอริโอฟาจที่ได้รับอนุญาตในปี 1969 J. Beckwith และคณะ . เพื่อแยกแลคโตสโอเปอรอน - กลุ่มของยีนที่ควบคุมเอนไซม์สังเคราะห์ที่จำเป็นสำหรับการดูดซึมแลคโตสโดย E. coli เทคนิคที่คล้ายกันนี้ใช้ในการแยกและทำให้ยีนที่ควบคุมการสังเคราะห์ไทโรซีนถ่ายโอน RNA ของ Escherichia coli บริสุทธิ์ (ดูกรดริโบนิวคลีอิก)

การใช้พลาสมิดทำให้สามารถรับยีนของแบคทีเรียได้เกือบทุกชนิดในรูปแบบที่แยกได้ ดังนั้นจึงสามารถสร้างโมเลกุล DNA จากแหล่งต่างๆ ได้ โครงสร้างลูกผสมดังกล่าวสามารถสะสมในเซลล์ได้ในปริมาณที่มีนัยสำคัญ เนื่องจากพลาสมิดจำนวนมากภายใต้เงื่อนไขบางประการถูกจำลองแบบอย่างเข้มข้นในไซโตพลาสซึมของแบคทีเรีย โดยก่อตัวเป็นสิบ ร้อย และแม้กระทั่งหลายพันสำเนา

ความสำเร็จของ G. และ. เกี่ยวข้องกับการพัฒนาเทคนิคในการรวมโครงสร้างทางพันธุกรรมจากแหล่งต่างๆ ไว้ในโมเลกุล DNA เดียว การตัดสินใจในการสร้างโมเลกุลลูกผสมในหลอดทดลองคือการใช้เอนโดนิวคลีเอสแบบจำกัด ซึ่งเป็นเอนไซม์พิเศษที่สามารถตัดโมเลกุลดีเอ็นเอในพื้นที่ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เอนไซม์ดังกล่าวพบในเซลล์ Escherichia coli ที่มีพลาสมิดชนิด R ซึ่งตรวจสอบความต้านทานของแบคทีเรียต่อยาบางชนิดในเซลล์ของ Haemophilus influenzae, Serratia marcescens และจุลินทรีย์อื่น ๆ เอนไซม์ประเภทนี้ที่ใช้บ่อยที่สุดชนิดหนึ่งคือข้อจำกัดเอนโดนิวคลีเอสอีโคอาร์ไอ ซึ่งสังเคราะห์โดยพลาสมิดของ RI ในเซลล์อี. โคไล เอนไซม์จดจำส่วนของ DNA ที่มีลำดับเฉพาะของนิวคลีโอไทด์หกคู่ และตัดโครงสร้าง DNA ที่มีเกลียวคู่ในส่วนนี้ เพื่อให้ปลายนิวคลีโอไทด์ที่เป็นเกลียวเดี่ยวของสี่นิวคลีโอไทด์ (ที่เรียกว่าปลายเหนียว) เกิดขึ้นทั้งสองด้าน เนื่องจากเอนไซม์ตัดโมเลกุล DNA โดยไม่คำนึงถึงต้นกำเนิดด้วยวิธีที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ชิ้นส่วน DNA ทั้งหมดที่เกิดขึ้นจากการทำงานของเอนไซม์จะมีปลายที่เหนียวเหมือนกัน ปลายเหนียวเสริมของชิ้นส่วน DNA ใดๆ จะถูกรวมเข้าด้วยกันด้วยพันธะไฮโดรเจน ทำให้เกิด DNA แบบวงกลมลูกผสม (รูปที่) เพื่อรักษาเสถียรภาพของโมเลกุล DNA ลูกผสม จึงมีการใช้เอนไซม์อีกตัวหนึ่ง ได้แก่ โพลีนิวคลีโอไทด์ลิเกส ซึ่งช่วยฟื้นฟูพันธะโควาเลนต์ที่ถูกทำลายโดยเอนไซม์จำกัด ลำดับที่ EcoRI จำได้โดยเฉพาะนั้นเกิดขึ้นใน DNA ไม่บ่อยกว่าหลังจากคู่เบส 4,000-16,000 คู่ ด้วยเหตุนี้ ชิ้นส่วน DNA ที่เกิดขึ้นภายใต้การกระทำของ EcoRI อาจมียีนอย่างน้อยหนึ่งยีนที่ไม่ได้รับความเสียหายจากเอนไซม์ (ยีนหนึ่งยีนมีนิวคลีโอไทด์โดยเฉลี่ย 1,000-1,500 คู่)

การใช้เอ็นไซม์เอ็นโดนิวคลีเอสแบบจำกัดและเอนไซม์อื่นๆ จำนวนหนึ่งทำให้สามารถรับดีเอ็นเอรีคอมบิแนนต์ที่ซับซ้อนได้ กลุ่มนักวิจัยในสหรัฐอเมริกาภายใต้การนำของ P. Berg สามารถรวมข้อมูลทางพันธุกรรมจากสามแหล่งให้เป็นโมเลกุล DNA เดียว: จีโนมที่สมบูรณ์ (ดู) ของไวรัสซิเมียนที่ก่อมะเร็ง SV40 ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของจีโนมของแบคทีริโอฟาจพอสมควร lam และ กลุ่มของยีน E. coli ที่รับผิดชอบในการดูดซึมกาแลคโตส โมเลกุลรีคอมบิแนนต์ที่สร้างขึ้นไม่ได้รับการทดสอบสำหรับกิจกรรมการทำงานเนื่องจากผู้เขียนงานนี้ต้องเผชิญกับอันตรายที่อาจเกิดขึ้นจากการแพร่กระจายของไวรัสสัตว์ที่ก่อมะเร็งไปสู่ประชากรแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในลำไส้ของมนุษย์ เป็นที่ทราบกันว่า DNA ของไวรัสที่บริสุทธิ์สามารถเจาะเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายชนิดและได้รับการถ่ายทอดอย่างเสถียรจากพวกมัน

นับเป็นครั้งแรกที่โมเลกุล DNA ลูกผสมเชิงฟังก์ชันถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกาโดย S. Cohen และคณะ กลุ่มของโคเฮนได้จัดการกับปัญหาการรวมและการโคลนนิ่ง (การสะสมแบบคัดเลือก) โมเลกุลดีเอ็นเอที่แยกได้จากสปีชีส์ที่อยู่ห่างจากกันทางสายวิวัฒนาการมากขึ้นเรื่อยๆ ขั้นตอนการโคลนมักจะประกอบด้วยการแยกส่วน DNA จากแหล่งต่างๆ โดยใช้เอ็นโดนิวคลีเอสแบบจำกัด จากนั้นชิ้นส่วนเหล่านี้จะถูกรวมในหลอดทดลองให้เป็นโครงสร้างทั่วไปและนำเข้าสู่สิ่งมีชีวิตของผู้รับ ซึ่งในการทดลองของโคเฮนคือ Escherichia coli เป็นที่ยอมรับกันว่าเซลล์ของแบคทีเรียหลายประเภท (รวมถึง Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus) สามารถเปลี่ยนรูปได้ (ดูการเปลี่ยนแปลง) โดยใช้โมเลกุล DNA ลูกผสม ในกรณีนี้ ส่วนพลาสมิดของโมเลกุลลูกผสม (หรือพลาสมิดตัวใดตัวหนึ่งหากพลาสมิดสองตัวจากแหล่งที่แตกต่างกันมารวมกันในโมเลกุลลูกผสม) ทำหน้าที่เป็นเวกเตอร์ กล่าวคือ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการถ่ายโอนสารพันธุกรรมแปลกปลอมทางสายวิวัฒนาการไปยังเซลล์ผู้รับ และการสืบพันธุ์ในนั้น พลาสมิดตัวแรกที่โคเฮน และคณะใช้เป็นเวกเตอร์คือพลาสมิด pSC101 ที่เขาได้รับ ในหลอดทดลอง ซึ่งควบคุมความต้านทานของแบคทีเรียต่อเตตราไซคลิน พลาสมิดขนาดเล็กนี้ประกอบด้วยคู่เบสเพียง 8,000 คู่ มันถูกโจมตีโดยเอนไซม์ EcoRI ในบริเวณเดียวเท่านั้น และเอนไซม์ดังกล่าวไม่ทำลายความสามารถของพลาสมิดที่จะแบ่งตัวในเซลล์ E. coli ในภายหลัง และควบคุมความต้านทานต่อยาเตตราไซคลิน คุณสมบัติเหล่านี้ทำให้สามารถใช้ในการสร้างโมเลกุล DNA ลูกผสมในหลอดทดลองได้ ในระยะแรก พลาสมิด DNA ที่แยกได้จากแบคทีเรียประเภทต่างๆ แล้วจึงเกาะติดจากสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่าเข้ากับ pSC101 ดังนั้นพลาสมิดแบบ "คิเมริก" จึงถูกสร้างขึ้น (เช่น ไม่สามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะทางธรรมชาติ) โดยผสมผสานสารพันธุกรรมของ E. coli ซึ่งเป็นส่วนของ DNA จากโอโอไซต์ของกบกรงเล็บ Xenopus laevis ซึ่งควบคุมการสังเคราะห์ ของไรโบโซมอลอาร์เอ็นเอ และส่วนหนึ่งของดีเอ็นเอจากเม่นทะเล ซึ่งควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนฮิสโตนหรือดีเอ็นเอไมโตคอนเดรียของหนู ในเซลล์ E. coli ซึ่งมีการนำพลาสมิดแบบ "คิเมริก" ลูกผสมดังกล่าวมาใช้ บันทึกการทำงานของยีนของสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่า

ตรงกันข้ามกับ pSC101 ซึ่งมีอยู่ในเซลล์เพียง 4-6 ชุด พลาสมิดอื่นๆ บางตัวที่ใช้เป็นเวกเตอร์สามารถทำซ้ำได้หลายครั้ง ทำให้เกิดสำเนาหลายพันชุดในเซลล์เดียว ภายใต้เงื่อนไขบางประการ คุณสมบัติดังกล่าวถูกครอบครองโดยพลาสมิดของ ColEI ซึ่งควบคุมการสังเคราะห์โคลิซิน (ดู Bacteriocinogeny) เช่นเดียวกับ pSC101 ColEI ถูกตัดโดยเอนไซม์ EcoRl ในตำแหน่งเดียว และ DNA แปลกปลอมที่บำบัดด้วย EcoRI ก็สามารถเกาะติดเข้ากับโมเลกุลเชิงเส้นที่เกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายโดยมีปลายเหนียว ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่จะ "เชื่อมโยง" ยีนของทริปโตเฟนโอเปอเรเตอร์ของ Escherichia coli กับ ColEI ในเซลล์ที่มีสำเนาพลาสมิดลูกผสมที่สร้างขึ้นหลายสำเนา การผลิตโปรตีนของเอนไซม์ที่ควบคุมโดยยีนสังเคราะห์ทริปโตเฟนเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ในระบบ ในหลอดทดลอง มีความเป็นไปได้ที่จะติดพลาสมิดของ ColEI กับปัจจัย R บางตัวและฟาจอุณหภูมิ งานที่คล้ายกันนี้ดำเนินการครั้งแรกในสหภาพโซเวียตภายใต้การนำของนักวิชาการ A. A. Baev และศาสตราจารย์ S. I. Alikhanyan พลาสมิดเวกเตอร์แบบรวมที่เกิดจากปัจจัย ColEI และ R มีความสามารถในการเพิ่มจำนวนอย่างเข้มข้นในเซลล์แบคทีเรีย เช่น ColEI และในเวลาเดียวกันก็กำหนดความต้านทานของเซลล์ต่อยาปฏิชีวนะ ซึ่งช่วยลดความยุ่งยากในการเลือกแบคทีเรียที่มีพลาสมิดลูกผสมได้ง่ายขึ้นอย่างมาก

ฟาจเขตอบอุ่นยังถูกใช้เป็นเวกเตอร์อีกด้วย ในระบบภายนอกร่างกาย อนุภาคแบคเทอริโอฟาจลูกผสมถูกสร้างขึ้นโดยรวมอยู่ในโครงสร้างยีนของแบคทีเรีย DNA ของฟาจอื่นๆ หรือสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่า (เช่น DNA ของแมลงหวี่ผลไม้ดรอสโซฟิล่า)

กิจกรรมการทำงานของ DNA ลูกผสมนั้นพิจารณาจากความเป็นไปได้ของการถ่ายโอนไปยังเซลล์ของสิ่งมีชีวิตผู้รับและการเพิ่มจำนวน (การขยาย) ในเซลล์เหล่านี้ในภายหลัง ไม่เพียงแต่แบคทีเรียดังที่กล่าวข้างต้นเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเซลล์ของสิ่งมีชีวิตระดับสูงที่ถูกนำมาใช้เป็นผู้รับอย่างมีประสิทธิภาพแล้ว จนถึงขณะนี้มีเพียงในรูปแบบของการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อที่เพาะเลี้ยงภายนอกร่างกายเท่านั้น มีข้อบ่งชี้ว่า DNA ของฟาจที่มียีนของแบคทีเรียสามารถทะลุผ่านเซลล์เนื้อเยื่อเกี่ยวพันของมนุษย์ (ไฟโบรบลาสต์) โปรโตพลาสต์ หรือการเพาะเลี้ยงที่ไม่แตกต่าง (แคลลัส) ของเซลล์พืช ในปี 1971 อาเมอร์ นักวิจัย S. R. Merril และคณะ รายงานการทดลองเพื่อแก้ไขข้อบกพร่องทางพันธุกรรม - กาแลคโตซีเมีย (ดู) โดยการแนะนำยีนกาแลคโตสของแบคทีเรียที่รวมอยู่ใน DNA ของฟาจที่แปลงสภาพ เป็นผลให้เซลล์จากผู้ป่วยที่มีกาแลคโตซีเมียซึ่งมีข้อบกพร่องในเอนไซม์เบต้า-ดี-กาแลคโตส-1-ฟอสเฟต uridyltransferase และไม่สามารถเผาผลาญกาแลคโตสได้ คืนความสามารถปกติในการเจริญเติบโตเมื่อมีกาแลคโตส และไม่มีกิจกรรมของเอนไซม์ก่อนหน้านี้ถูกบันทึกไว้ ในสารสกัดของพวกเขา J. Horst et al ได้รับผลลัพธ์ที่คล้ายกันเมื่อแนะนำยีนแบคทีเรียที่ควบคุมการสังเคราะห์เบต้ากาแลคโตซิเดสไปเป็นไฟโบรบลาสต์ของผู้ป่วยที่มี gangliosidosis ทั่วไปซึ่งมีลักษณะของการขาดเอนไซม์นี้อย่างรุนแรง Munyon (W. Munyon) และเพื่อนร่วมงานของเขา โดยใช้ไวรัสเริม พวกเขาถ่ายโอนยีนที่ควบคุมการสังเคราะห์ไทมิดีนไคเนสจากเซลล์ของมนุษย์ไปยังเซลล์ของเมาส์ เพื่อฟื้นฟูความสามารถของไฟโบรบลาสต์ของเมาส์ที่มีข้อบกพร่องในการสังเคราะห์เอนไซม์นี้

วิธีหนึ่งในการส่งข้อมูลทางพันธุกรรมในการเพาะเลี้ยงเซลล์ของมนุษย์ สัตว์ และพืช คือการผสมข้ามพันธุ์ของเซลล์ร่างกาย ซึ่งพัฒนาโดย Ephrussi และ G. Barski ประสิทธิผลของวิธีนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างมากเมื่อพบว่าอนุภาคไวรัส Sendai parainfluenza ที่ถูกปิดใช้งานนั้นเพิ่มความถี่ของการหลอมรวมเซลล์จากแหล่งต่างๆ มีการแสดงให้เห็นความเป็นไปได้ในการถ่ายโอนยีนแต่ละตัวจากโครโมโซมหนูแฮมสเตอร์จีนที่แยกได้ไปยังเซลล์เนื้อเยื่อเกี่ยวพันของเมาส์ มีการอธิบายลูกผสมระหว่างเซลล์ของมนุษย์และหนูโดยที่ส่วนหนึ่งของโครโมโซมของมนุษย์ถูกลบออก และส่วนหนึ่งยังคงทำงานได้ตามปกติ การพัฒนาวิธีการผ่าตัดด้วยเซลล์ขนาดเล็กทำให้สามารถปลูกถ่ายนิวเคลียสของเซลล์จากเซลล์ร่างกายไปเป็นไข่ที่ปฏิสนธิได้ และส่งผลให้ได้รับสิ่งมีชีวิตที่เหมือนกันทุกประการ การผสมพันธุ์ของเซลล์ทำให้สามารถกระตุ้นการสังเคราะห์โกลบินของมนุษย์ในเซลล์สืบพันธุ์ของกบได้ ตัวอย่างทั้งหมดนี้แสดงให้เห็นถึงความสามารถที่เป็นไปได้ของ G. และ

ความสำคัญเชิงปฏิบัติของ G. และ สำหรับการแพทย์มีความเกี่ยวข้องกับโอกาสในการแก้ไขข้อบกพร่องทางเมตาบอลิซึมทางพันธุกรรมในมนุษย์ (ดูยีนบำบัด) สร้างจุลินทรีย์ที่สูญเสียการทำให้เกิดโรค แต่ยังคงความสามารถในการสร้างภูมิคุ้มกัน การสังเคราะห์ยาปฏิชีวนะ กรดอะมิโน ฮอร์โมน วิตามิน เอนไซม์ อิมมูโนโกลบูลิน ฯลฯ โดยอาศัยการใช้จุลินทรีย์ที่มียีนที่เกี่ยวข้อง ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยมสามารถรับได้ในอนาคตอันใกล้นี้โดย G. และ พืช. โดยใช้วิธีการของจีและ พวกเขากำลังพยายามสร้างพืชที่สามารถดูดซับไนโตรเจนในชั้นบรรยากาศและปรับปรุงองค์ประกอบโปรตีนในอาหารจากพืช การแก้ปัญหาเหล่านี้ได้สำเร็จจะช่วยเพิ่มผลผลิตของพืชได้อย่างมาก ลดการผลิตและการใช้ไนโตรเจนแร่ และด้วยเหตุนี้จึงช่วยปรับปรุงสภาพแวดล้อมได้อย่างมาก (ดู) กำลังศึกษาความเป็นไปได้ในการสร้างสัตว์และพืชรูปแบบใหม่โดยการเอาชนะอุปสรรคระหว่างการผสมข้ามพันธุ์ อย่างไรก็ตาม เมื่อประเมิน G. และ. ในฐานะที่เป็นรูปแบบใหม่ของการสำรวจธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต เราควรคำนึงถึงไม่เพียงแต่บทบาทที่เป็นไปได้ในการปฏิวัติทางชีววิทยา การแพทย์ และการเกษตรเท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเป็นไปได้ของการเกิดขึ้นของจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรครูปแบบใหม่ที่เกิดขึ้นที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนา อันตราย ของการแพร่กระจายของ DNA ลูกผสมในประชากรแบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในมนุษย์ พาหะของไวรัสก่อมะเร็ง ฯลฯ แน่นอนว่าการใช้ความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์อย่างจงใจ รวมถึง G.I. เพื่อวัตถุประสงค์ที่ไร้มนุษยธรรมและผิดมนุษยธรรมนั้นเกิดขึ้นได้เฉพาะในสังคมที่ความดีของมนุษย์ เสียสละเพื่อผลกำไรและความก้าวร้าว

จากวัสดุเพิ่มเติม

พันธุวิศวกรรมยังคงเป็นวิธีการวิจัยที่ก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในด้านอณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์ ควรสังเกตว่าแนวคิดของ "พันธุวิศวกรรม" และ "พันธุวิศวกรรม" ไม่ได้มีความหมายเหมือนกันทั้งหมด เนื่องจากการวิจัยที่เกี่ยวข้องกับพันธุวิศวกรรมไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการยักย้ายของยีนเช่นนี้เท่านั้น ในปัจจุบัน วิธีการทางพันธุวิศวกรรมทำให้สามารถวิเคราะห์กรดนิวคลีอิกธรรมชาติในเชิงลึกและละเอียดที่สุดได้ ซึ่งเป็นสารที่รับผิดชอบในการจัดเก็บ การส่งผ่าน และการนำข้อมูลทางพันธุกรรมไปใช้ (ดูกรดนิวคลีอิก) รวมถึงการสร้างดัดแปลงหรือ ใหม่ที่ไม่พบในยีนธรรมชาติ (ดูยีน) การรวมกันของยีนและแสดงออกอย่างมีประสิทธิภาพสูงในเซลล์ที่มีชีวิต (ดูการแสดงออกของยีน) จากความสำเร็จเชิงปฏิบัติเฉพาะของพันธุวิศวกรรมในทศวรรษที่ผ่านมา สิ่งที่สำคัญที่สุดควรเป็นการสร้างผู้ผลิตโปรตีนที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ - อินซูลิน (ดู), อินเตอร์เฟอรอน (ดู), ฮอร์โมนการเจริญเติบโต (ดูฮอร์โมน Somatotropic) ฯลฯ เช่นกัน เป็นการพัฒนาวิธีการทางพันธุวิศวกรรม การกระตุ้นการเชื่อมโยงการเผาผลาญซึ่งสัมพันธ์กับการก่อตัวของสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ ด้วยวิธีนี้ ผู้ผลิตยาปฏิชีวนะ กรดอะมิโน และวิตามินบางชนิดจึงได้รับประสิทธิผลมากกว่าผู้ผลิตสารเหล่านี้หลายเท่าที่ได้รับการอบรมโดยวิธีพันธุศาสตร์และการคัดเลือกแบบดั้งเดิม กำลังพัฒนาวิธีการรับวัคซีนโปรตีนบริสุทธิ์เพื่อป้องกันไวรัสตับอักเสบ ไข้หวัดใหญ่ เริม และโรคปากและเท้าเปื่อย โดยมีการนำแนวคิดในการใช้วัคซีนกับไวรัสวัคซีนมาใช้ ซึ่งจีโนมประกอบด้วยยีนที่เข้ารหัส การสังเคราะห์โปรตีนของไวรัสอื่นๆ (เช่น ไวรัสตับอักเสบหรือไวรัสไข้หวัดใหญ่) ผลจากการฉีดวัคซีนด้วยไวรัสที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้ ร่างกายจึงพัฒนาภูมิคุ้มกันไม่เพียงแต่ป้องกันไข้ทรพิษเท่านั้น แต่ยังต่อต้านโรคตับอักเสบ ไข้หวัดใหญ่ หรือโรคอื่นๆ ที่เกิดจากไวรัสนั้นด้วย ซึ่งเป็นโปรตีนที่ถูกเข้ารหัสโดยยีนในตัว

คอลเลคชันเอ็นโดนิวคลีเอสที่มีข้อจำกัด เอนไซม์จำกัด ซึ่งเป็น "เครื่องมือ" หลักของการจัดการทางพันธุวิศวกรรมทั่วโลกได้เติบโตขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เอนไซม์ควบคุมมากกว่า 400 ชนิดถูกแยกออกซึ่ง "รับรู้" ประมาณ บริเวณ (ตำแหน่ง) เฉพาะที่มีโครงสร้างแตกต่างกัน 100 ตำแหน่งในโมเลกุล DNA (ดูกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก) และการแยกสายโซ่พอลินิวคลีโอไทด์ของ DNA ที่ตำแหน่งเหล่านี้ การใช้เอนไซม์ดังกล่าวหรือเอนไซม์จำกัดหลายตัวรวมกัน ทำให้ยีนเกือบทุกชนิดสามารถแยกออกจากชิ้นส่วน DNA หนึ่งชิ้นหรือมากกว่านั้นได้ (ที่เรียกว่าชิ้นส่วนจำกัด) สิ่งนี้ได้ขยายความเป็นไปได้ของพันธุวิศวกรรมไม่เพียงแต่ในแง่ของการแยกยีนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเปิดใช้งานการวิเคราะห์โครงสร้างของยีนและสภาพแวดล้อมระดับโมเลกุลด้วย วิธีการได้รับการพัฒนาสำหรับการสังเคราะห์ยีนทั้งหมดด้วยลำดับนิวคลีโอไทด์ที่กำหนด ทำให้เป็นไปได้ที่จะจัดหายีนที่สังเคราะห์และเป็นธรรมชาติด้วยลำดับนิวคลีโอไทด์ตามกฎระเบียบต่างๆ แทนที่ แทรก ลบนิวคลีโอไทด์เดี่ยวในส่วนที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดของยีน ทำให้สั้นลงหรือสมบูรณ์ สายนิวคลีโอไทด์มีความแม่นยำเท่ากับนิวคลีโอไทด์หนึ่งตัว

ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรมคือการแทรกซึมเข้าไปในองค์กรและการทำงานของกลไกการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตระดับสูงรวมถึงมนุษย์ด้วย บนยูคาริโอตที่สูงกว่านั้นได้รับข้อมูลที่น่าสนใจที่สุดโดยใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรมส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการผลิตเวกเตอร์เฉพาะทางใหม่ ๆ ที่ทำให้สามารถโคลน (ทำซ้ำ) ชิ้นส่วน DNA (ยีน) แต่ละชิ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ และสังเคราะห์โปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีนเหล่านี้

ชิ้นส่วนจำกัดที่เชื่อมโยงกับเวกเตอร์ DNA จะถูกโคลนเข้าไปในเซลล์ที่มีชีวิต โดยใช้ประโยชน์จากความสามารถของเวกเตอร์ดังกล่าวในการทำซ้ำ (ทำซ้ำ) ในเซลล์เป็นหลายชุด ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นส่วนที่จะโคลนและวัตถุประสงค์ของการศึกษา ใช้เวกเตอร์ของหนึ่งในสี่ประเภท - พลาสมิด (ดู), ฟาจ (ดูแบคทีเรียแบคเทอริโอฟาจ), คอสมิดหรืออนุพันธ์ของฟาจที่มี DNA เส้นเดี่ยว

ในการโคลนชิ้นส่วน DNA ที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก (มากถึง 10,000 คู่เบส) จะใช้พลาสมิดเวกเตอร์ (pBR322, pAT 153, pUR250, pUC19 เป็นต้น) ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรมในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาคือการผลิตเวกเตอร์โดยใช้ฟาจ X (Charon 4A, gtwes-B) ซึ่งส่วนหนึ่งของจีโนมจะถูกแทนที่ด้วยชิ้นส่วนของ DNA แปลกปลอม จีโนมลูกผสมนั้นถูก "บรรจุ" เทียมในเปลือกโปรตีน และแบคทีเรียจะติดเชื้อด้วยฟาจที่สร้างขึ้นใหม่นี้ ฟาจที่สร้างขึ้นใหม่จะสลายเซลล์และปล่อยออกสู่อาหารเลี้ยงเชื้อซึ่งก่อตัวหลายพันสำเนาในระหว่างการสืบพันธุ์ในเซลล์ การใช้เวกเตอร์ดังกล่าวจะทำการโคลนชิ้นส่วน DNA ที่มีความยาว 10,000-25,000 คู่เบส

คอสมิดเวคเตอร์ (pIB8, MUA-3) คือลูกผสมของฟาจ X และพลาสมิด ประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่า ลำดับ COS ของฟาจ DNA ซึ่งจำเป็นสำหรับการบรรจุจีโนมของฟาจลงในเปลือกโปรตีน และส่วนหนึ่งของพลาสมิด DNA ที่ช่วยให้คอสมิดเวกเตอร์สามารถทำซ้ำในแบคทีเรียในลักษณะเดียวกับพลาสมิด ดังนั้น จีโนมรีคอมบิแนนท์ที่เกิดขึ้นจะติดแบคทีเรียที่มีประสิทธิภาพสูงเหมือนกับแบคเทอริโอฟาจ แต่จะทวีคูณในพวกมันในลักษณะพลาสมิด โดยไม่ทำให้เซลล์แบคทีเรียตาย คอสมิดใช้สำหรับการโคลนชิ้นส่วน DNA ที่มีความยาวสูงสุด 35-45,000 คู่เบส

เวกเตอร์ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของฟาจที่มี DNA สายเดี่ยว (M13 mp8, M13, mp73 ฯลฯ) ถูกสร้างขึ้นโดยอาศัยโมเลกุล DNA แบบวงกลมของแบคเทอริโอฟาจ M13 ในการบูรณาการ DNA ต่างประเทศ จะใช้โมเลกุล DNA ฟาจที่มีเกลียวคู่แบบทำซ้ำ เวกเตอร์ที่มี DIC แปลกปลอมถูกนำเข้าไปในเซลล์แบคทีเรีย โดยที่โมเลกุลรีคอมบิแนนท์จะขยายตัวโดยไม่ทำให้เซลล์แตกตัวและ "แตกหน่อ" เข้าไปในอาหารเลี้ยงเชื้อในลักษณะอนุภาคไวรัสที่มีโมเลกุล DNA สายเดี่ยว เวกเตอร์เหล่านี้ใช้สำหรับการโคลนชิ้นส่วน DNA (มากถึง 300-400 คู่นิวคลีโอไทด์)

ยีนที่จำเป็นสำหรับการจัดการทางพันธุวิศวกรรมนั้นได้มาโดยการโคลนโมเลกุล DNA ลูกผสมที่เกี่ยวข้องและเลือกโคลนดังกล่าว ในกรณีที่ยีนของสิ่งมีชีวิตระดับสูงและมนุษย์ถูกโคลนและไม่สามารถแสดงออกในเชื้อ E. coli (ส่วนใหญ่มักใช้เพื่อวัตถุประสงค์ดังกล่าว) ขั้นตอนการโคลนและการคัดเลือกจะดำเนินการในหลายขั้นตอน ในระยะแรก พวกเขาสร้างสิ่งที่เรียกว่า คลังยีนจากชิ้นส่วน DNA (โคลนโดยตรงจากจีโนมของเซลล์) หรือจากสำเนา DNA ที่ถูกโคลน (cDNA) ของ Messenger RNA ที่เกี่ยวข้อง โดยการเปรียบเทียบโครงสร้างของชิ้นส่วน DNA ของจีโนมและ cDNA ที่เกี่ยวข้องนั้น ข้อมูลสำคัญจะได้รับเกี่ยวกับการจัดระเบียบของสารพันธุกรรมและในกรณีของโรคทางพันธุกรรม เกี่ยวกับลักษณะของความผิดปกติในสารพันธุกรรมซึ่งผลที่ตามมาก็คือ โรค. จากคลังยีน โดยใช้เทคนิคสมัยใหม่ คุณสามารถแยกยีนที่ต้องการพร้อมกับบริเวณจีโนมโดยรอบได้ ในปัจจุบัน มีการสร้างห้องสมุดที่สมบูรณ์ของยีนของจุลินทรีย์ พืช และสัตว์หลายชนิด (รวมถึงสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและมนุษย์) ยีนหลายร้อยยีนและลำดับนิวคลีโอไทด์อื่นๆ ใน DNA ของมนุษย์ได้รับการโคลนและศึกษาในระดับหนึ่งแล้ว

ความเป็นไปได้ของการวิจัยทางพันธุวิศวกรรมไม่ได้จำกัดอยู่เพียงการโคลนยีนและการได้รับสำเนาจำนวนมาก บ่อยครั้งที่มีความจำเป็นไม่เพียงแต่ในการโคลนยีนเท่านั้น แต่ยังต้องมั่นใจในการแสดงออกของยีนในเซลล์ด้วยนั่นคือการนำข้อมูลที่มีอยู่ในนั้นไปใช้ในลำดับกรดอะมิโนของสายโซ่โพลีเปปไทด์ของโปรตีนที่เข้ารหัสโดยยีนนี้ หากยีนที่นำเข้าสู่เซลล์แบคทีเรียนั้นได้มาจากแบคทีเรียชนิดเดียวกัน (หรือคล้ายกัน) ก็เพียงพอที่จะแยกยีนนั้นด้วยองค์ประกอบด้านกฎระเบียบที่ควบคุมการแสดงออกของมัน อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากข้อยกเว้นบางประการแล้ว ลำดับนิวคลีโอไทด์ตามกฎระเบียบของสิ่งมีชีวิตซึ่งอยู่ห่างจากกันในเชิงวิวัฒนาการนั้นไม่สามารถใช้แทนกันได้ ดังนั้นเพื่อให้บรรลุผล เช่น การแสดงออกของยีนยูคาริโอตในเซลล์ E. coli ขอบเขตการควบคุมจะถูกลบออกจากมัน และส่วนโครงสร้างของยีนดังกล่าวจะถูกแนบ (ที่ระยะห่างหนึ่ง) เข้ากับขอบเขตการควบคุม ของยีนแบคทีเรีย ความก้าวหน้าที่สำคัญในการพัฒนาเทคนิคนี้เกิดขึ้นได้หลังจากการค้นพบเอนไซม์นิวคลีเอส Ba131 ซึ่งมีคุณสมบัติพิเศษในการไฮโดรไลซ์ทั้งสองสายของโมเลกุล DNA เชิงเส้นแบบเกลียวคู่โดยเริ่มจากปลายโมเลกุล กล่าวคือ เอนไซม์นี้จะขจัด "ส่วนเกิน" ออกไป ” ลำดับนิวคลีโอไทด์ที่มีความยาวเท่าใดก็ได้จากส่วนปลายของชิ้นส่วน DNA ในปัจจุบัน บริเวณโครงสร้างและข้อบังคับถูกแยกออกจากกันโดยใช้เอนไซม์จำกัดเหล่านั้น ตำแหน่ง "การจดจำ" ซึ่งตำแหน่งที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดบนสายพอลินิวคลีโอไทด์ จากนั้นลำดับนิวคลีโอไทด์ "พิเศษ" จะถูกเอาออก และบริเวณโครงสร้างของยีนยูคาริโอตถูกเชื่อมต่อ ไปยังขอบเขตการควบคุมของยีนแบคทีเรีย ด้วยวิธีนี้ ไม่เพียงแต่จะทำให้เกิดการแสดงออกของยีนยูคาริโอตในเซลล์แบคทีเรียเท่านั้น แต่ยังเป็นไปได้ที่จะบรรลุถึงยีนแบคทีเรียในเซลล์ที่มียูคาริโอตสูงและต่ำอีกด้วย

ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรมมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการพัฒนาและปรับปรุงวิธีการกำหนดลำดับของนิวคลีโอไทด์ (การหาลำดับ) ในโมเลกุล DNA เอนไซม์จำกัดจำนวนมากที่นักวิจัยจำหน่ายทำให้สามารถแยกชิ้นส่วน DNA บางส่วนได้อย่างจำเพาะเจาะจง และการพัฒนาและปรับปรุงวิธีการโคลนทำให้สามารถรับชิ้นส่วนของยีนที่มีเอกลักษณ์เฉพาะในปริมาณที่จำเป็นสำหรับการวิเคราะห์ วิธีการหาลำดับดีเอ็นเอได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพมาก โดยบ่อยครั้งเมื่อระบุลำดับของนิวคลีโอไทด์ของ DNA ข้อมูลจะได้มาเกี่ยวกับลำดับของนิวคลีโอไทด์ในโมเลกุล RNA ที่สอดคล้องกัน และลำดับของกรดอะมิโนที่ตกค้างในโมเลกุลโปรตีนที่สังเคราะห์ขึ้น เมื่อประมวลผลผลลัพธ์การจัดลำดับ DNA คอมพิวเตอร์จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย เพื่อการตีความข้อมูลการทดลองที่ได้รับอย่างสมบูรณ์และรวดเร็วยิ่งขึ้น จึงได้มีการสร้าง "ธนาคาร" ของลำดับนิวคลีโอไทด์ของคอมพิวเตอร์ระดับชาติและนานาชาติ ปัจจุบันมีการพิจารณาลำดับนิวคลีโอไทด์ที่สมบูรณ์ของจีโนมของพลาสมิดจากแบคทีเรียและไวรัสจำนวนหนึ่งแล้ว และปัญหาในการกำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ที่สมบูรณ์ของโครโมโซมแรกแต่ละตัว จากนั้นจีโนมทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่า รวมถึงมนุษย์ด้วย แก้ไขแล้ว

โดยใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม ค้นพบความเบี่ยงเบนในโครงสร้างของยีนบางส่วนของมนุษย์ ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคทางพันธุกรรม ส่วนใหญ่วิธีนี้เรียกว่า การวิเคราะห์ล็อตข DNA ของเซลล์ที่แยกได้จะถูกจำกัดด้วยเอนไซม์ไฮโดรไลซิส และชิ้นส่วนที่ได้จะถูกแยกตามขนาดโดยใช้อิเล็กโตรโฟเรซิสในอะกาโรสหรือเจลโพลีอะคริลาไมด์ ชิ้นส่วนที่แยกออกจากกันจะถูกถ่ายโอน ("พิมพ์ซ้ำ") ลงบนกระดาษโครมาโทกราฟีที่ได้รับการบำบัดเป็นพิเศษ ไนโตรเซลลูโลส หรือตัวกรองไนลอน และนำไปผ่านกระบวนการแยกด้วยไฟฟ้าอีกครั้ง พื้นที่อิเล็กโทรโฟเรแกรมที่สอดคล้องกับเศษส่วนแต่ละส่วนและมีชิ้นส่วน DNA ที่คล้ายกันจะถูกตัดออก ส่วนที่ตัดของอิเล็กโทรฟีโรแกรมจะถูกบ่มด้วยยีนหรือบางส่วนที่ถูกโคลนก่อนหน้านี้ หรือด้วยยีนที่ได้รับทางเคมี การสังเคราะห์โดยลำดับของนิวคลีโอไทด์ที่มีฉลากกัมมันตภาพรังสี DNA ที่มีป้ายกำกับจะจับกับชิ้นส่วนของ DNA ของเซลล์ที่วิเคราะห์แล้วซึ่งมีลำดับนิวคลีโอไทด์เสริมเท่านั้น การเปลี่ยนแปลงในการกระจายและจำนวนของฉลากคงที่เมื่อเปรียบเทียบกับบรรทัดฐานทำให้เราสามารถตัดสินการจัดเรียงใหม่ในยีนที่วิเคราะห์หรือลำดับนิวคลีโอไทด์ในบริเวณใกล้เคียง

ตำแหน่ง "การรับรู้" ของเอนไซม์จำกัดบางชนิดในโมเลกุล DNA นั้นตั้งอยู่ไม่เท่ากัน ดังนั้น เมื่อไฮโดรไลซ์ด้วยเอนไซม์เหล่านี้ โมเลกุล DNA จะถูกแบ่งออกเป็นชิ้นส่วนจำนวนหนึ่งที่มีความยาวต่างกันออกไป การจัดเรียงโครงสร้าง DNA ใหม่ซึ่งเป็นผลมาจากการที่พื้นที่ "การรับรู้" ที่มีอยู่หายไปหรือปรากฏขึ้นใหม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในชุดของชิ้นส่วนเหล่านี้ (ที่เรียกว่าชิ้นส่วนข้อ จำกัด ) เช่นในลักษณะที่ปรากฏของความยาวชิ้นส่วนข้อ จำกัด ความหลากหลาย (RFR) การจัดเรียงใหม่ในโมเลกุล DNA อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการสังเคราะห์หรือโครงสร้างของโปรตีนที่เข้ารหัสหรือไม่ก็ได้ การจัดเรียงใหม่ที่ไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงถือเป็นส่วนใหญ่ และทำให้เกิด RFLP ปกติ ปรากฎว่า RFLP เป็นลักษณะทางพันธุกรรมที่ชัดเจน ปัจจุบัน การวิเคราะห์ RFLP ได้กลายเป็นหนึ่งในวิธีการที่แม่นยำที่สุดที่ใช้ในพันธุศาสตร์มนุษย์และพันธุศาสตร์ทางการแพทย์ สำหรับโรคทางพันธุกรรมจำนวนหนึ่ง มีการอธิบายรูปแบบ RFLP ที่บ่งชี้โดยตรงถึงการมีอยู่ของโรคหรือการพาหะของยีนที่เปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยา

พันธุวิศวกรรมถือเป็นจุดเริ่มต้นของทิศทางใหม่ของการวิจัยที่เรียกว่า "พันธุศาสตร์แบบย้อนกลับ" การวิเคราะห์ทางพันธุกรรมแบบดั้งเดิม (ดู) ดำเนินการตามลำดับต่อไปนี้: มีการเลือกลักษณะ, มีการสร้างความสัมพันธ์ของลักษณะกับปัจจัยกำหนดทางพันธุกรรมและกำหนดตำแหน่งของปัจจัยกำหนดนี้ให้สัมพันธ์กับสิ่งที่ทราบอยู่แล้ว ใน "พันธุศาสตร์ย้อนกลับ" ทุกอย่างเกิดขึ้นในลำดับที่กลับกัน: มีการเลือกชิ้นส่วน DNA ที่มีฟังก์ชันที่ไม่รู้จัก มีการสร้างการเชื่อมโยงของชิ้นส่วน DNA นี้กับบริเวณอื่น ๆ ของจีโนมและการเชื่อมต่อกับลักษณะบางอย่าง แนวทางนี้ทำให้สามารถพัฒนาวิธีการวินิจฉัยตั้งแต่เนิ่นๆ และระบุพาหะของโรคได้ เช่น อาการชักกระตุกของฮันติงตัน โรคดูเชนน์ โรคซิสติกไฟโบรซิส ซึ่งยังไม่ทราบลักษณะทางชีวเคมีของข้อบกพร่องทางพันธุกรรม เมื่อใช้วิธีการลำดับวงศ์ตระกูลเพื่อสร้างรูปแบบการถ่ายทอดทางพันธุกรรมของอาการชักกระตุกของฮันติงตัน แสดงให้เห็นว่าชิ้นส่วนดีเอ็นเอ G8 ที่แยกได้จากจีโนมมนุษย์มีการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับยีนที่กำหนดโรค และใช้รูปแบบ RFLP ของชิ้นส่วน G8 ในลักษณะที่กำหนด ประชากร จึงเป็นไปได้ที่จะวินิจฉัยโรคนี้และระบุพาหะของยีนที่มีข้อบกพร่องได้

ยังคงมีปัญหาทางเทคนิคมากมายในการแนะนำวิธีการที่ใช้ในพันธุวิศวกรรมสู่การปฏิบัติทางการแพทย์ ห้องปฏิบัติการหลายแห่งทั่วโลกกำลังพัฒนาวิธีวินิจฉัยทางพันธุวิศวกรรมที่เหมาะสมในทางปฏิบัติ และใครๆ ก็หวังได้ว่าวิธีดังกล่าวจะนำไปใช้ได้ในอนาคตอันใกล้นี้ หากไม่ใช่เพื่อการกรองทางพันธุกรรมจำนวนมาก (การคัดกรอง) ในระหว่างการตรวจทางการแพทย์ของประชากร อย่างน้อยก็สำหรับ การคัดเลือกกลุ่มเสี่ยงต่อโรคทางพันธุกรรม

พันธุวิศวกรรมทำให้ไม่เพียงแต่สามารถคัดลอกสารประกอบและกระบวนการทางธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังสามารถปรับเปลี่ยนและทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นอีกด้วย ตัวอย่างนี้คือการวิจัยสาขาใหม่ที่เรียกว่าวิศวกรรมโปรตีน การคำนวณบนพื้นฐานของข้อมูลลำดับกรดอะมิโนและการจัดระเบียบเชิงพื้นที่ของโมเลกุลโปรตีนแสดงให้เห็นว่าด้วยการแทนที่กรดอะมิโนบางตัวที่ตกค้างในโมเลกุลของเอนไซม์จำนวนหนึ่งทำให้กิจกรรมของเอนไซม์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญได้ ในยีนที่แยกเดี่ยวซึ่งเข้ารหัสการสังเคราะห์เอนไซม์เฉพาะ การเปลี่ยนนิวคลีโอไทด์บางชนิดที่มีการควบคุมอย่างเข้มงวดจะดำเนินการโดยใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม ในระหว่างการสังเคราะห์โปรตีนของเอนไซม์ภายใต้การควบคุมของยีนดัดแปลงดังกล่าว จะมีการทดแทนกรดอะมิโนที่ตกค้างที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในสายโซ่โพลีเปปไทด์ตามที่วางแผนไว้ล่วงหน้า ซึ่งทำให้เกิดกิจกรรมของเอนไซม์เพิ่มขึ้นหลายครั้งเมื่อเทียบกับกิจกรรมของต้นแบบตามธรรมชาติ .

ในด้านการเกษตร พันธุวิศวกรรมคาดว่าจะมีส่วนสำคัญในการคัดเลือกพันธุ์พืชที่ให้ผลผลิตสูงใหม่ๆ ที่ทนทานต่อความแห้งแล้ง โรคและแมลงศัตรูพืช รวมถึงการพัฒนาสายพันธุ์เกษตรกรรมใหม่ๆ ที่ให้ผลผลิตสูง สัตว์.

เช่นเดียวกับความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์ใดๆ ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรมสามารถนำมาใช้ไม่เพียงเพื่อประโยชน์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงความเสียหายต่อมนุษยชาติด้วย การศึกษาที่ดำเนินการเป็นพิเศษแสดงให้เห็นว่าอันตรายของการแพร่กระจายของ recombinant DNA ที่ไม่สามารถควบคุมได้นั้นไม่ได้มากเท่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ DNA ลูกผสมและแบคทีเรียที่พาพวกมันอยู่กลับกลายเป็นว่าไม่เสถียรอย่างมากต่ออิทธิพลของสิ่งแวดล้อม และไม่สามารถทำงานได้ในร่างกายมนุษย์และสัตว์ เป็นที่ทราบกันดีว่าในธรรมชาติและปราศจากการแทรกแซงของมนุษย์ มีเงื่อนไขที่รับประกันการแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรมอย่างแข็งขัน สิ่งนี้เรียกว่า การไหลของยีน อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติได้สร้างอุปสรรคที่มีประสิทธิภาพหลายประการในการแทรกซึมข้อมูลทางพันธุกรรมจากต่างประเทศเข้าสู่ร่างกาย ปัจจุบันเห็นได้ชัดว่าเมื่อทำงานกับโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนต์ส่วนใหญ่ ข้อควรระวังตามปกติก็ค่อนข้างเพียงพอแล้ว ซึ่งนักจุลชีววิทยาใช้เมื่อทำงานกับวัสดุที่ติดเชื้อ เป็นต้น สำหรับกรณีพิเศษ ได้มีการพัฒนาวิธีการที่มีประสิทธิภาพทั้งการปกป้องทางชีวภาพและการแยกวัตถุทดลองออกจากมนุษย์และสิ่งแวดล้อมทางกายภาพ ดังนั้นกฎเวอร์ชันแรกที่เข้มงวดมากสำหรับการทำงานกับ DNA รีคอมบิแนนท์จึงได้รับการแก้ไขและทำให้อ่อนลงอย่างมาก สำหรับการใช้ผลงานทางพันธุวิศวกรรมโดยเจตนาเพื่อทำร้ายมนุษย์ ทั้งนักวิทยาศาสตร์และสาธารณชนจะต้องต่อสู้อย่างแข็งขันเพื่อให้แน่ใจว่าอันตรายนี้จะเป็นไปได้ในทางทฤษฎีเท่านั้น

ดูเพิ่มเติมที่เทคโนโลยีชีวภาพ

บรรณานุกรม: Alikhanyan S.I. ความก้าวหน้าและโอกาสทางพันธุวิศวกรรม, พันธุศาสตร์, เล่ม 12, Jvft 7, p. 150, 1976, บรรณานุกรม.; อลิคานยานส. I. และคณะ การเตรียมโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ (ไฮบริด) ที่ทำหน้าที่ ในหลอดทดลอง ในที่เดียวกัน เล่มที่ 11 หน้า 34/1975 บรรณานุกรม; Baev A. A. พันธุวิศวกรรม, ธรรมชาติ, M1, p. 8 พ.ย. 2519; Tikhomirova L.P. และคณะ โมเลกุล DNA ลูกผสมของฟาจ X และพลาสมิด ColEl, Dokl USSR Academy of Sciences เล่ม 223 เลขที่ 4 995, 1975, บรรณานุกรม; บราวน์ ดี.ดี.เอ. S t e r n R. วิธีการแยกยีน, แอน. สาธุคุณ ไบโอเคม., v. 43, น. 667, 1974, บรรณานุกรม; C h a n g A. C. Y. a. โอ การศึกษา DNA ไมโตคอนเดรียของหนูใน Escherichia coli, Cell, v. 6, น. 231,1975, บรรณานุกรม.; เฮดจ์เพธ เจ., กู๊ดแมน เอช. เอ็ม. เอ. ลำดับนิวคลีโอไทด์ของ H. W. DNA ถูกจำกัดโดย R1 เอนโดนิวคลีเอส, Proc. แนท อคาด. วิทยาศาสตร์ (ล้าง.), v. 69, น. 3448, 1972, บรรณานุกรม; เฮอร์ชฟิลด์ วี.เอ. โอ พลาสมิด โคลเอลในฐานะเครื่องมือโมเลกุลสำหรับการโคลนและการขยาย DNA, อ้างแล้ว, v. 71, น. 3455, 1974; พรุ่งนี้ เจ.เอฟ.เอ. โอ การจำลองและการถอดรหัส DNA ยูคาริโอตใน Escherichia coli, ibid., p. 1743; T e m i n H. M. a. Mizu-t ani S. DNA polymerase ที่ขึ้นกับ RNA ใน virions ของไวรัส Rous sarcoma, Nature (Lond.), v. 226, น. 1211, 1970.

เทคโนโลยีชีวภาพ, เอ็ด. A. A. Baeva, M. , 1984; B ประมาณ h ถึงประมาณใน N. P. , Zakharov A. F. และ Ivanov V. I. พันธุศาสตร์การแพทย์, M. , 1984; M a n i a-tis G., FritschE. และแซมบรูค เจ. วิธีการทางพันธุวิศวกรรม การโคลนระดับโมเลกุล ทรานส์ จากภาษาอังกฤษ ม. 2527; A n t o n a r a k i s S. E. a. โอ ความหลากหลายของดีเอ็นเอและพยาธิวิทยาระดับโมเลกุลของกลุ่มยีนโกลบินของมนุษย์ ฮัม เจเน็ต.วี. 69, น. 1 พ.ศ. 2528; Beaudet A. L. บรรณานุกรมของมนุษย์โคลนและ DNA ที่เลือกอื่น ๆ , Amer เจ. ฮัม. เจเน็ต.วี. 37, น. 386, 1985; V o t s t e i n D. a. โอ การสร้างแผนที่เชื่อมโยงทางพันธุกรรมในมนุษย์โดยใช้พหุสัณฐานความยาวแฟรกเมนต์จำกัด, อ้างแล้ว, v. 32, น. 314, 1980; G u s e 1 1 a J. E. a. โอ เครื่องหมาย DNA สำหรับโรคของระบบประสาท, วิทยาศาสตร์, v. 225, น. 1320, 1984; Motulsky A. G. ผลกระทบของการยักย้ายทางพันธุกรรมต่อสังคมและการแพทย์, อ้างแล้ว, v. 219, น. 135, 1983; ไวท์ อาร์.เอ. โอ เครื่องหมายทางพันธุกรรมที่เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดสำหรับโรคปอดเรื้อรัง, Nature (Lond.), v. 318, น. 382, 1985; Wo o S. L. C., L i d s k y A. S. a. Guttler F. การวินิจฉัยก่อนคลอดของฟีนิลคีโตนูเรียคลาสสิกโดยการทำแผนที่ยีน, J. Amer ยา ผศ.ว. 251, น. 1998, 1984.

แอล. เอส. เชอร์นิน, วี. เอ็น. คาลินิน.

พันธุวิศวกรรม

ชีววิทยาสมัยใหม่มีความแตกต่างโดยพื้นฐานจากชีววิทยาแบบดั้งเดิม ไม่เพียงแต่ในด้านการพัฒนาความคิดเชิงความรู้เชิงลึกเท่านั้น แต่ยังมีความเชื่อมโยงที่ใกล้ชิดกับชีวิตของสังคมและการปฏิบัติอีกด้วย เราสามารถพูดได้ว่าในยุคของเรา ชีววิทยาได้กลายเป็นเครื่องมือในการเปลี่ยนแปลงโลกที่มีชีวิต เพื่อตอบสนองความต้องการทางวัตถุของสังคม ข้อสรุปนี้แสดงให้เห็นเป็นหลักโดยการเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดของชีววิทยากับเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งกลายเป็นพื้นที่ที่สำคัญที่สุดของการผลิตวัสดุซึ่งเป็นพันธมิตรที่เท่าเทียมกันกับเทคโนโลยีเครื่องกลและเคมีที่สร้างขึ้นโดยมนุษย์ตลอดจนการแพทย์

นับตั้งแต่ก่อตั้ง ชีววิทยาและเทคโนโลยีชีวภาพก็มีการพัฒนาร่วมกันมาโดยตลอด โดยที่ชีววิทยาเป็นพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ของเทคโนโลยีชีวภาพตั้งแต่แรกเริ่ม อย่างไรก็ตาม เป็นเวลานานแล้วที่การขาดข้อมูลของตัวเองไม่ได้ทำให้ชีววิทยามีอิทธิพลอย่างมากต่อเทคโนโลยีชีวภาพ สถานการณ์เปลี่ยนไปอย่างมากเมื่อมีการสร้างในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 20 วิธีการทางพันธุวิศวกรรมซึ่งเข้าใจว่าเป็นการดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อจุดประสงค์ในการสร้างใหม่และการสร้างจีโนไทป์ที่มีอยู่ขึ้นมาใหม่ โดยธรรมชาติแล้วมันเป็นความสำเร็จด้านระเบียบวิธี พันธุวิศวกรรมไม่ได้นำไปสู่การทำลายแนวคิดที่มีอยู่เกี่ยวกับปรากฏการณ์ทางชีววิทยา ไม่ส่งผลกระทบต่อหลักการพื้นฐานของชีววิทยา เช่นเดียวกับดาราศาสตร์วิทยุไม่ได้สั่นคลอนหลักการพื้นฐานของฟิสิกส์ดาราศาสตร์ การก่อตั้ง " การเทียบเท่าความร้อนเชิงกล” ไม่ได้นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงกฎการนำความร้อน แต่การพิสูจน์ทฤษฎีอะตอมของสสารไม่ได้เปลี่ยนความสัมพันธ์ระหว่างอุณหพลศาสตร์ อุทกพลศาสตร์ และทฤษฎีความยืดหยุ่น (A.A. Baev)

อย่างไรก็ตาม พันธุวิศวกรรมได้เปิดศักราชใหม่ทางชีววิทยาด้วยเหตุที่มีโอกาสใหม่ๆ เกิดขึ้น ในการเจาะลึกปรากฏการณ์ทางชีววิทยา เพื่อกำหนดลักษณะการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตเพิ่มเติม ศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของยีนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นที่ ระดับโมเลกุลและเข้าใจกลไกการทำงานของเครื่องมือทางพันธุกรรมที่ละเอียดอ่อน ความสำเร็จของพันธุวิศวกรรมหมายถึงการปฏิวัติในยุคสมัยใหม่

วิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

พวกเขากำหนดเกณฑ์สำหรับคุณค่าของแนวคิดสมัยใหม่เกี่ยวกับคุณสมบัติโครงสร้างและการทำงานของระดับโมเลกุลและเซลล์ของสิ่งมีชีวิต ข้อมูลสมัยใหม่เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตมีความสำคัญทางการศึกษาอย่างมาก เนื่องจากให้ความเข้าใจในแง่มุมที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของโลกอินทรีย์ และด้วยเหตุนี้จึงมีส่วนสนับสนุนอันล้ำค่าในการสร้างภาพทางวิทยาศาสตร์ของโลก ดังนั้น ด้วยการขยายฐานความรู้ความเข้าใจอย่างมาก ชีววิทยาผ่านทางพันธุวิศวกรรมจึงมีอิทธิพลสำคัญต่อการเพิ่มขึ้นของเทคโนโลยีชีวภาพด้วย

พันธุวิศวกรรมสร้างรากฐานบนเส้นทางสู่การทำความเข้าใจวิธีการและวิธีการ "สร้าง" ใหม่หรือปรับปรุงสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ ทำให้พวกมันมีมูลค่าทางเศรษฐกิจมากขึ้นและความสามารถในการเพิ่มผลผลิตของกระบวนการเทคโนโลยีชีวภาพอย่างรวดเร็ว อย่างไรก็ตาม พันธุวิศวกรรมได้สร้างขอบเขตใหม่ให้กับการแพทย์ในการวินิจฉัยและการรักษาโรคต่างๆ ทั้งที่ไม่ใช่ทางกรรมพันธุ์และทางกรรมพันธุ์ ได้เปิดช่องทางใหม่ในการค้นหายาและวัสดุใหม่ที่ใช้ในการแพทย์ พันธุวิศวกรรมและเทคโนโลยีชีวภาพได้กระตุ้นการพัฒนาเทคนิคไบโอนาโนเทคโนโลยี ภายในกรอบของพันธุวิศวกรรมก็มีทางพันธุกรรม และเซลล์

วิศวกรรม. พันธุวิศวกรรมหมายถึงการปรับแต่งเพื่อสร้างโมเลกุลดีเอ็นเอลูกผสม วิธีการนี้มักเรียกว่าการโคลนระดับโมเลกุล การโคลนยีน เทคโนโลยีดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ หรือเพียงแค่การจัดการทางพันธุกรรม สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าเป้าหมายของพันธุวิศวกรรมคือโมเลกุล DNA และยีนแต่ละตัว ในทางตรงกันข้าม วิศวกรรมเซลล์หมายถึงการยักย้ายทางพันธุกรรมของเซลล์แต่ละเซลล์ที่แยกออกมาหรือกลุ่มเซลล์ของพืชและสัตว์

พันธุวิศวกรรมและเครื่องมือของมัน

พันธุวิศวกรรมคือชุดของเทคนิคการทดลองต่างๆ (เทคนิค) ที่ให้การออกแบบ (การสร้างใหม่) และการโคลนโมเลกุล DNA และยีนเพื่อวัตถุประสงค์ที่ระบุ

วิธีการทางพันธุวิศวกรรมถูกใช้ในลำดับที่แน่นอน (รูปที่ 127) และมีการแยกแยะหลายขั้นตอนในการนำไปใช้

ไม่ใช่การทดลองทางพันธุวิศวกรรมทั่วไปที่มุ่งเป้าไปที่การโคลนยีน กล่าวคือ:

2. การตัด (ข้อจำกัด) ของ DNA ของสิ่งมีชีวิตดั้งเดิมออกเป็นชิ้นส่วนที่มียีนที่น่าสนใจโดยใช้หนึ่งในเอนไซม์ควบคุมและแยกยีนเหล่านี้ออกจากส่วนผสมของข้อจำกัด ในเวลาเดียวกัน DNA เวกเตอร์ก็ถูกตัด (จำกัด) เปลี่ยนจากโครงสร้างวงกลมเป็นโครงสร้างเชิงเส้น

3. การเชื่อมต่อส่วนของ DNA ที่สนใจ (ยีน) กับ DNA เวกเตอร์เพื่อให้ได้โมเลกุล DNA ลูกผสม

4. การแนะนำโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์โดยการแปลงร่างเป็นสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ เช่น อี. โคไลหรือโซมาติกเซลล์

5. การหว่านแบคทีเรียโดยการนำโมเลกุล DNA ลูกผสมเข้าสู่อาหารเลี้ยงเชื้อที่ช่วยให้เซลล์เติบโตได้เฉพาะเซลล์ที่มีโมเลกุล DNA ลูกผสมเท่านั้น

6. การจำแนกโคโลนีที่ประกอบด้วยแบคทีเรียที่มีโมเลกุล DNA ลูกผสม

7. การแยก DNA โคลน (ยีนโคลน) และลักษณะเฉพาะของมันรวมถึงการเรียงลำดับฐานไนโตรเจนในส่วน DNA ที่ถูกโคลน

ข้าว. 127.ขั้นตอนต่อเนื่องกันของการทดลองทางพันธุวิศวกรรม

ในระหว่างวิวัฒนาการ แบคทีเรียได้พัฒนาความสามารถในการสังเคราะห์สิ่งที่เรียกว่าเอนไซม์ควบคุม (เอนโดนิวคลีเอส) ซึ่งต่อมาได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของระบบปรับเปลี่ยนข้อจำกัดของเซลล์ (แบคทีเรีย) ในแบคทีเรีย ระบบจำกัดการปรับเปลี่ยนคือระบบภูมิคุ้มกันภายในเซลล์สำหรับการป้องกัน DNA แปลกปลอม ซึ่งแตกต่างจากสิ่งมีชีวิตที่สูงขึ้นซึ่งการรับรู้และการทำลายไวรัสแบคทีเรียและเชื้อโรคอื่น ๆ เกิดขึ้นนอกเซลล์ในแบคทีเรียการป้องกันจาก DNA แปลกปลอม (DNA ของพืชและสัตว์ในร่างกายที่พวกมันอาศัยอยู่) เกิดขึ้นในเซลล์เช่น เมื่อ DNA แปลกปลอมแทรกซึมเข้าไปในไซโตพลาสซึมของแบคทีเรีย เพื่อปกป้องตัวเอง แบคทีเรียยังได้พัฒนาความสามารถในการ "แท็ก" DNA ของตัวเองด้วยเบสเมทิลเลชันในลำดับบางอย่าง ด้วยเหตุผลเดียวกัน DNA แปลกปลอม เนื่องจากไม่มีกลุ่มเมทิลในลำดับเดียวกัน จึงถูกละลาย (ตัด) เป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยโดยเอนไซม์จำกัดแบคทีเรียหลายชนิด จากนั้นจึงสลายตัวโดยเอ็กโซนิวคลีเอสของแบคทีเรียเป็นศูนย์ เราสามารถพูดได้ว่าด้วยวิธีนี้แบคทีเรียจึงป้องกันตัวเองจาก DNA ของพืชและสัตว์ ซึ่งพวกมันอาศัยอยู่ในร่างกายชั่วคราว (เป็นเชื้อโรค) หรือถาวร (เป็น saprophytes)

เอนไซม์จำกัดถูกแยกออกจากกันเป็นครั้งแรก อี. โคไลในปี 1968 ปรากฎว่าพวกมันสามารถตัด (ละลาย) โมเลกุล DNA ในบริเวณที่มีข้อจำกัด (สถานที่) ต่างๆ ได้ เอ็นไซม์เหล่านี้ถูกเรียกว่าเอนโดนิวคลีเอสคลาส I จากนั้นจึงค้นพบเอ็นไซม์คลาส II ในแบคทีเรีย ซึ่งจดจำตำแหน่งที่จำกัดใน DNA แปลกปลอมโดยเฉพาะ และยังดำเนินการจำกัดที่ตำแหน่งเหล่านี้ด้วย เป็นเอนไซม์ประเภทนี้ที่เริ่มนำมาใช้ในพันธุวิศวกรรม ในเวลาเดียวกัน มีการค้นพบเอนไซม์คลาส III ที่ละลาย DNA ใกล้จุดจดจำ แต่เอนไซม์เหล่านี้ไม่สำคัญในพันธุวิศวกรรม

การทำงานของระบบจำกัด-แก้ไขนั้น "หาเหตุผลเข้าข้างตนเอง" โดยสิ่งที่เรียกว่าลำดับพาลินโดรมิก (การจดจำ) ของฐานไนโตรเจน ซึ่งเป็นตำแหน่งจำกัดดีเอ็นเอ ลำดับพาลินโดรมคือลำดับฐานที่อ่านไปข้างหน้าและข้างหลังในลักษณะเดียวกัน เช่น ลำดับตัวอักษร เรดาร์.เนื่องจากสาย DNA มีทิศทางตรงกันข้าม ลำดับจึงถือเป็น Palindromic หากเหมือนกันเมื่ออ่านในทิศทางจากปลาย 5" ถึงปลาย 3" ที่ด้านบนและด้านล่างจากปลาย 3" ถึง 5" กล่าวคือ :

พาลินโดรมสามารถมีขนาดใดก็ได้ แต่พาลินโดรมส่วนใหญ่ที่ใช้เป็นจุดจดจำเอนไซม์จำกัดจะมีเบส 4, 5, 6 และไม่ค่อยมี 8 เบส

เอนไซม์จำกัดเป็นเครื่องมือที่จำเป็นอย่างยิ่งในพันธุวิศวกรรมสำหรับการตัดส่วนที่น่าสนใจ (ยีน) ออกจากโมเลกุล DNA ขนาดใหญ่ เนื่องจากทราบเอนไซม์จำกัดมากกว่า 100 ชนิด จึงทำให้สามารถเลือกเอนไซม์จำกัดและเลือกตัดตอนชิ้นส่วนจาก DNA ดั้งเดิมได้

คุณสมบัติที่โดดเด่นของเอนไซม์จำกัดคือพวกมันตัดโมเลกุลออกเป็นหลายส่วน (ข้อจำกัด) ของ DNA ด้วยขั้นตอน ซึ่งส่งผลให้โซ่หนึ่งยาวกว่าอีกโซ่หนึ่งที่ปลายผลลัพธ์ทำให้เกิดหางแบบหนึ่ง ปลาย (หาง) ดังกล่าวเรียกว่าปลาย "เหนียว" เนื่องจากสามารถเสริมตัวเองได้

ให้เราพิจารณาผลลัพธ์ของการจำกัดโดยใช้ตัวอย่างของเอนไซม์จำกัดที่รู้จักกันดีที่สุดตัวหนึ่ง อีโค อาร์ไอจากระบบแก้ไขข้อจำกัด อี.โคไอ.แทนที่จะละลาย DNA ที่ศูนย์กลางของลำดับการรับรู้พาลินโดรม เอนไซม์นี้จะละลาย DNA ด้านนอกตรงกลางและสร้างปลายที่ประกอบขึ้นเอง (“เหนียว”) 4 ด้านซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ในจำนวนที่แตกต่างกัน กล่าวคือ:

ปลายที่ "เหนียว" เหล่านี้มีประโยชน์ในการทดลองทางพันธุวิศวกรรม เนื่องจากสามารถต่อเข้าด้วยกันอีกครั้งได้ที่อุณหภูมิต่ำ ทำให้สามารถปิดชิ้นส่วน DNA ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ตำแหน่งการรับรู้และตำแหน่งการหลอมละลายในกรณีของเอนไซม์จำกัดอื่นๆ มีเนื้อหาที่แตกต่างกัน กล่าวคือ:

ตามข้อจำกัดของ DNA ชิ้นส่วน DNA ของข้อจำกัด (ชิ้นส่วนของข้อจำกัด DNA) จะถูกแยกออกจากส่วนผสมของข้อจำกัด ซึ่งจำเป็นสำหรับการเชื่อมโยงกับเวกเตอร์ ในการแยกเอนไซม์จำกัด DNA นั้น จะใช้อิเล็กโตรโฟเรซิส เนื่องจากด้วยวิธีนี้ ทำให้ง่ายต่อการแยกส่วน DNA ที่ถูกจำกัด เนื่องจากขนาดของชิ้นส่วนจำกัดและอัตราส่วนประจุไฟฟ้าต่อมวลคงที่ ชิ้นส่วนในสนามไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ระหว่างอิเล็กโตรโฟรีซิสที่ความถี่ขึ้นอยู่กับขนาด (มวล) ยิ่งชิ้นส่วนมีขนาดใหญ่ (ยาว) ก็ยิ่งเคลื่อนตัวในสนามไฟฟ้าได้ช้าลง วัสดุที่ใช้สำหรับอิเล็กโตรโฟรีซิสคืออะกาโรสหรือโพลีอะคริลาไมด์ที่ไม่มีค่าใช้จ่าย ในการระบุชิ้นส่วนนั้น จะใช้เอทิเดียมโบรไมด์ ซึ่งจะทำให้ชิ้นส่วนมีสีสัน ซึ่งทำให้ตรวจพบได้ง่ายขึ้น

ประสิทธิภาพของอิเล็กโทรโฟรีซิสนั้นสูงมาก เนื่องจากสามารถใช้แยกชิ้นส่วนที่มีขนาดตั้งแต่ 2 ถึง 50,000 ฐานได้

หลังจากอิเล็กโตรโฟรีซิส ชิ้นส่วนต่างๆ จะถูกแยกออกจากอะกาโรสโดยใช้วิธีการต่างๆ จากผลการเปรียบเทียบขนาด

ของเอนไซม์ควบคุมของ DNA เดียวกันที่ได้รับโดยใช้เอนไซม์ควบคุมที่แตกต่างกัน แผนที่ควบคุมจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งแสดงตำแหน่งควบคุมของเอนไซม์ควบคุมแต่ละเอนไซม์ที่ใช้ ในทางปฏิบัติ แผนที่จำกัดทำให้สามารถระบุได้ไม่เพียงแต่ขนาดของพื้นที่จำกัดเท่านั้น แต่ยังช่วยระบุตำแหน่งของตำแหน่งของยีนบางตัวในโมเลกุล DNA ได้อีกด้วย

เนื่องจากในสิ่งมีชีวิตที่สูงกว่า DNA ที่ต่างกันจะถูกสังเคราะห์ในระหว่างการถอดรหัส ซึ่งได้รับการแก้ไขโดยการประมวลผล โดยปกติวิศวกรรมพันธุศาสตร์จะใช้ DNA เสริม (cDNA) ซึ่งได้มาจากการใช้ mRNA เป็นเทมเพลต ซึ่ง Reverse Transcriptase จะสังเคราะห์ DNA สายเดี่ยว (cDNA) ซึ่งเป็นสำเนาของ mRNA DNA สายเดี่ยวเหล่านี้จะถูกแปลงเป็น DNA สายคู่ในเวลาต่อมา cDNA ถือว่ามีลำดับนิวคลีโอไทด์ต่อเนื่อง (ถอดความและแปล) มันคือ cDNA ที่ใช้เพื่อจำกัด

ชิ้นส่วนดีเอ็นเอ (ข้อจำกัด) ที่แยกได้หลังจากการอิเล็กโตรโฟรีซิสจากเจลอะกาโรสสามารถนำไปจัดลำดับเบื้องต้นได้ เช่น กำหนดลำดับนิวคลีโอไทด์ของพวกเขา เพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้วิธีการหาลำดับทางเคมีและเอนไซม์ วิธีการทางเคมีขึ้นอยู่กับการได้รับชิ้นส่วนที่มีป้ายกำกับด้วยฟอสฟอรัสกัมมันตภาพรังสี (32 P) และนำฐานใดส่วนหนึ่งออกจากชิ้นส่วนเหล่านี้ ตามด้วยการพิจารณาผลลัพธ์ของการถ่ายภาพรังสีอัตโนมัติของเจลที่มีชิ้นส่วนเหล่านี้ วิธีการใช้เอนไซม์ขึ้นอยู่กับการนำนิวคลีโอไทด์มาไว้ที่ส่วนท้ายของชิ้นส่วนที่วิเคราะห์ จากนั้นจึงนำไปใช้ในการสังเคราะห์ชิ้นส่วนต่างๆ ในหลอดทดลอง,วิเคราะห์ลำดับนิวคลีโอไทด์ด้วยไฟฟ้า หากต้องการศึกษาลำดับนิวคลีโอไทด์จำเพาะในโมเลกุล DNA ให้ใช้

การผสมพันธุ์ของ DNA-DNA, RNA-RNA, DNA-RNA, Northern

และรอยเปื้อนภาคใต้

เวกเตอร์ทางพันธุกรรม ส่วน DNA (ยีน) ที่มีไว้สำหรับการโคลนระดับโมเลกุลจะต้องมีความสามารถในการทำซ้ำเมื่อถูกถ่ายโอนไปยังเซลล์แบคทีเรีย กล่าวคือ เป็นคนจำลอง อย่างไรก็ตามเขาไม่มีความสามารถเช่นนั้น

ดังนั้นเพื่อให้แน่ใจว่ามีการถ่ายโอนและตรวจจับยีนที่โคลนในเซลล์ พวกมันจึงถูกรวมเข้ากับสิ่งที่เรียกว่าพาหะทางพันธุกรรม อย่างหลังจะต้องมีคุณสมบัติอย่างน้อยสองประการ ขั้นแรก เวกเตอร์จะต้องสามารถจำลองแบบได้

ในเซลล์และที่ปลายหลายด้าน ประการที่สอง จะต้องจัดให้มีความเป็นไปได้ในการเลือกเซลล์ที่มีเวกเตอร์ เช่น มีเครื่องหมายที่สามารถใช้เพื่อตอบโต้การเลือกเซลล์ที่มีเวกเตอร์พร้อมกับยีนที่ถูกโคลน (โมเลกุล DNA ลูกผสม) พลาสมิดและฟาจเป็นไปตามข้อกำหนดเหล่านี้ พลาสมิดเป็นพาหะที่ดีเนื่องจากเป็นแบบจำลองและสามารถมียีนสำหรับการต้านทานต่อยาปฏิชีวนะใดๆ ซึ่งช่วยให้สามารถเลือกแบคทีเรียสำหรับการต้านทานต่อยาปฏิชีวนะนี้ และด้วยเหตุนี้จึงสามารถตรวจจับโมเลกุล DNA ลูกผสมได้ง่าย

(รูปที่ 128)ข้าว. 128.

เนื่องจากไม่มีพลาสมิดเวกเตอร์ตามธรรมชาติ พลาสมิดเวกเตอร์ทั้งหมดที่ทราบจนถึงปัจจุบันจึงถูกสร้างขึ้นด้วยวิธีเทียม วัสดุเริ่มต้นสำหรับการสร้างเวกเตอร์ทางพันธุกรรมจำนวนหนึ่งคือ R-พลาสมิด ซึ่งลำดับดีเอ็นเอที่มากเกินไป รวมถึงลำดับที่มีตำแหน่งจำกัดหลายแห่ง ถูกกำจัดออกโดยใช้เอนไซม์จำกัด การลบนี้ถูกกำหนดโดยข้อเท็จจริงที่ว่าพลาสมิดเวกเตอร์ควรมีตำแหน่งการจดจำเพียงตำแหน่งเดียวสำหรับเอนไซม์จำกัดตัวเดียว และตำแหน่งนี้ควรอยู่ในบริเวณที่ไม่สำคัญเชิงหน้าที่ของจีโนมพลาสมิด ตัวอย่างเช่นพลาสมิดเวกเตอร์ pBR 322 ซึ่งมียีนต้านทานต่อแอมพิซิลลินและเตตราไซคลินซึ่งทำให้สะดวกมาก

สำหรับการคัดเลือกแบคทีเรียที่มีส่วน DNA ที่ถูกโคลนนั้น จะมีไซต์จำกัดเดียวสำหรับเอนไซม์จำกัดมากกว่า 20 รายการ รวมถึงเอนไซม์จำกัดที่รู้จักกันดีเช่น Eco RI, Hind III, Pst I, Pva II และ Sal I

ฟาจเวกเตอร์ยังมีข้อดีหลายประการอีกด้วย พวกมันอาจรวมถึงชิ้นส่วน DNA ที่ถูกโคลนที่มีขนาดใหญ่กว่า (ยาวกว่า) เมื่อเปรียบเทียบกับเวกเตอร์พลาสมา นอกจากนี้การถ่ายโอนชิ้นส่วนโคลนโดยฟาจไปยังเซลล์อันเป็นผลมาจากการติดเชื้อในส่วนหลังนั้นมีประสิทธิภาพมากกว่าการเปลี่ยนแปลงดีเอ็นเอ สุดท้าย ฟาจเวคเตอร์ช่วยให้การตรวจคัดกรอง (การจดจำ) มีประสิทธิภาพมากขึ้นบนพื้นผิววุ้นของโคโลนีที่มีเซลล์ที่นำพายีนที่กำลังถูกโคลน เวกเตอร์ฟาจจำนวนมากอาศัยแลมบ์ดาฟาจ

นอกจากฟาจแล้ว ยังใช้พาหะของไวรัสอื่นๆ ที่สร้างจากไวรัสเริม เช่นเดียวกับพาหะที่สร้างจาก DNA ของยีสต์ด้วย

หากการโคลนยีนดำเนินการโดยใช้เซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหรือพืช ข้อกำหนดสำหรับพาหะจะเหมือนกับในกรณีของการโคลนในเซลล์แบคทีเรีย

การสร้างโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ การสร้างโมเลกุลดีเอ็นเอลูกผสมโดยตรงจะเกิดขึ้นภายหลังหลังจากได้รับข้อจำกัดของ DNA ที่ศึกษาและ DNA เวกเตอร์ ประกอบด้วยการรวมส่วนข้อจำกัดของ DNA ที่กำลังศึกษาเข้ากับข้อจำกัดของ DNA เวกเตอร์ ซึ่งเป็นผลมาจากข้อจำกัด จะถูกแปลงจาก DNA แบบวงกลมเป็นเชิงเส้น

ในการเชื่อมต่อชิ้นส่วนของ DNA ที่กำลังศึกษากับ DNA เวกเตอร์นั้นจะใช้ DNA ligase (รูปที่ 129) การยึดเกาะจะประสบผลสำเร็จหากโครงสร้างที่เชื่อมต่อกันมีหมู่ 3"-ไฮดรอกซิลและ 5"-ฟอสเฟต และหากกลุ่มเหล่านี้อยู่ในตำแหน่งที่เหมาะสมโดยสัมพันธ์กัน เศษต่างๆ จะรวมกันผ่านปลายที่เหนียวเหนอะหนะอันเป็นผลมาจากการเติมเต็มในตัวเอง ที่ชิ้นส่วนที่มีความเข้มข้นสูงชิ้นส่วนหลังจะอยู่ในตำแหน่งที่ถูกต้องเป็นครั้งคราว (ตรงข้ามกัน) เอนไซม์ควบคุมหลายชนิด เช่น EcoRI จะสร้างปลายที่เหนียวซึ่งประกอบด้วยสี่เบส กระบวนการ ligation ของ "เหนียว" สิ้นสุดลงประกอบด้วยสี่ฐานเกิดขึ้นที่อุณหภูมิต่ำ (สูงถึง 12? C)

ข้าว. 129.การผูกมัดดีเอ็นเอ

หากการย่อยแบบจำกัดทำให้เกิดชิ้นส่วนที่ไม่มีปลายเหนียว พวกมันจะถูก "บังคับ" เปลี่ยนเป็นโมเลกุลที่มีปลายเหนียวโดยใช้เอนไซม์ทรานสเฟอร์เรส เอนไซม์นี้จะเพิ่มนิวคลีโอไทด์ที่ปลาย 3 นิ้วของ DNA อาจเติมส่วนท้ายของ poly-A ลงในชิ้นส่วนหนึ่งและส่วนท้ายของ poly-T อีกด้านหนึ่ง ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส (PCR) ยังใช้เพื่อสร้างส่วนปลายของ DNA ที่ต้องการอีกด้วย หลักการของ PCR ขึ้นอยู่กับการสูญเสียสภาพของ DNA ที่แยกได้จากเซลล์และการ "หลอมอ่อน" ของมันด้วยการเติม DNA oligonucleotides ซึ่งประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์ 15-20 ตัวต่อตัวเข้ากับสายโซ่ที่เปลี่ยนสภาพ oligonucleotides เหล่านี้จะต้องประกอบกันกับลำดับในสายโซ่ คั่นด้วยระยะทาง 50-2,000 นิวคลีโอไทด์การสังเคราะห์ดีเอ็นเอ ในหลอดทดลอง,พวกมันอนุญาตให้ DNA polymerase คัดลอกส่วนที่อยู่ระหว่าง "ไพรเมอร์" การคัดลอกนี้จะสร้างสำเนาของชิ้นส่วน DNA ที่กำลังศึกษาอยู่จำนวนมาก

การนำโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์เข้าสู่เซลล์ หลังจากที่ชิ้นส่วน DNA ที่น่าสนใจ (ยีน) ถูกหลอมรวมกับเวกเตอร์ทางพันธุกรรมโดยใช้ DNA ligase แล้ว โมเลกุลรีคอมบิแนนต์ที่ได้จะถูกนำเข้าไปในเซลล์เพื่อให้เกิดการจำลองแบบ (เนื่องจากเวกเตอร์ทางพันธุกรรม) และเพิ่มจำนวนสำเนา วิธีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการนำโมเลกุลดีเอ็นเอลูกผสมเข้าไปในเซลล์ซึ่งมีพลาสมิดทำหน้าที่เป็นเวกเตอร์คือการแปลง อี. โคไลเพื่อจุดประสงค์นี้ เซลล์แบคทีเรียจะได้รับการบำบัดล่วงหน้าด้วยแคลเซียมหรือรูบิเดียม (ไอออน) ตามลำดับ

เพื่อให้พวกเขากลายเป็น "ความสามารถ" ในการรับรู้ของดีเอ็นเอรีคอมบิแนนต์ เพื่อเพิ่มความถี่ของการเจาะ DNA เข้าไปในเซลล์ จะใช้วิธีการอิเล็กโตรโพเรชั่น ซึ่งเกี่ยวข้องกับการปล่อยให้เซลล์สัมผัสกับสนามไฟฟ้าที่รุนแรงเป็นเวลาสั้นๆ การรักษานี้จะสร้างโพรงในเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งช่วยให้เซลล์รับรู้ DNA ได้ดีขึ้น หลังจากนำโมเลกุลดีเอ็นเอลูกผสมเข้าสู่แบคทีเรียแล้ว โมเลกุลหลังจะถูกชุบบน MPA (วุ้นเปปโตนเนื้อ) ที่เสริมด้วยยาปฏิชีวนะเพื่อเลือกเซลล์ที่ต้องการ เช่น เซลล์ที่มีโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ ความถี่ในการเปลี่ยนแปลงต่ำ โดยทั่วไปแล้ว ทรานสฟอร์แมนต์หนึ่งตัวจะปรากฏขึ้นต่อเซลล์ที่มีเมล็ด 10 5 เซลล์ หากเวกเตอร์เป็นฟาจ พวกมันจะหันไปใช้การเปลี่ยนถ่ายเซลล์ (แบคทีเรียหรือยีสต์) ด้วยฟาจ สำหรับเซลล์ร่างกายของสัตว์นั้น พวกมันจะถูกเปลี่ยนถ่ายด้วย DNA เมื่อมีสารเคมีที่เอื้อต่อการผ่านของ DNA ผ่านพลาสมาเมมเบรน การฉีด DNA ระดับไมโครโดยตรงเข้าไปในโอโอไซต์ เซลล์โซมาติกที่เพาะเลี้ยง และเอ็มบริโอของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมก็สามารถทำได้เช่นกัน

จุดที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับการโคลนระดับโมเลกุลคือการค้นหาวิธีการตรวจสอบว่าชิ้นส่วนที่โคลนนั้นรวมอยู่ในเวกเตอร์จริงหรือไม่ และเมื่อรวมกับเวกเตอร์จะทำให้เกิดโมเลกุล DNA ลูกผสมเข้าสู่เซลล์ หากเรากำลังพูดถึงเซลล์แบคทีเรียวิธีใดวิธีหนึ่งจะขึ้นอยู่กับการยับยั้งการทำงานของยีนต้านทานพลาสมิด (เวกเตอร์) แบบแทรก ตัวอย่างเช่น ในพลาสมิดเวกเตอร์ pBR 322 ซึ่งกำหนดความต้านทานต่อแอมพิซิลลินและเตตราไซคลิน ตำแหน่งเดียวสำหรับเอนไซม์จำกัด Pst I อยู่ในโลคัสที่ถูกครอบครองโดยยีนต้านทานแอมพิซิลลิน โปรดทราบว่าการหลอมรวมที่ไซต์นี้จะสร้างปลายที่เหนียว ซึ่งช่วยให้สามารถเชื่อมต่อชิ้นส่วนที่โคลนเข้ากับ DNA เวกเตอร์ได้ อย่างไรก็ตาม ในกรณีนี้ ยีนต้านทานพลาสมิด (เวกเตอร์) ของแอมพิซิลินจะถูกปิดใช้งาน ในขณะที่ยีนต้านทานยาเตตราไซคลินบนเวกเตอร์ยังคงสภาพเดิม เป็นยีนต้านทานยาเตตราไซคลินที่ใช้ในการคัดเลือกเซลล์ที่ถูกเปลี่ยนรูปแบบโดยโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ สิ่งนี้ทำให้สามารถตรวจสอบให้แน่ใจว่าเซลล์ของโคโลนีที่เติบโตบนอาหารที่มีเตตราไซคลินมีโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนต์จริง ๆ พวกมันจะถูกตรวจสอบโดยใช้สิ่งที่เรียกว่า "การทดสอบเฉพาะจุด" บนจานคู่ที่มีอาหารแข็ง ซึ่งหนึ่งในนั้นประกอบด้วยแอมพิซิลลิน ในขณะที่อีกตัวหนึ่งไม่มียาปฏิชีวนะนี้ DNA ที่จะทำการโคลนก็คือ

เฉพาะในทรานส์ฟอร์มแทนต์ที่ต้านทานต่อเตตราไซคลิน สำหรับทรานส์ฟอร์มแมนต์ที่ทนทานต่อแอมพิซิลลินและเตตราไซคลิน (ArTc) พร้อมกันนั้น พวกมันประกอบด้วยโมเลกุลพลาสมิด (เวกเตอร์) ที่ได้รูปทรงทรงกลมตามธรรมชาติโดยไม่ต้องรวม DNA แปลกปลอม (โคลนได้)

อีกวิธีหนึ่งในการตรวจจับการแทรกของชิ้นส่วนแปลกปลอม (โคลนได้) ลงในเวกเตอร์พลาสมิดนั้นขึ้นอยู่กับการใช้เวกเตอร์ที่มียีน β-galactosidase การแทรก DNA แปลกปลอมเข้าไปในยีนนี้จะทำให้การสังเคราะห์ β-galactosidase หยุดชะงักอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งสามารถตรวจพบได้โดยการชุบเซลล์ที่ถูกเปลี่ยนรูปบนสื่อที่มีสารตั้งต้นของ β-galactosidase สื่อนี้ช่วยให้สามารถเลือกอาณานิคมของเซลล์สีได้

มีวิธีอื่นอยู่

ตามที่ระบุไว้แล้ว ชิ้นส่วนข้อจำกัดเชิงเส้นของ DNA เวกเตอร์สามารถฟื้นฟูโครงสร้างวงกลมได้โดยไม่ต้องรวมส่วนที่โคลนไว้ด้วย เพื่อลดความถี่ของการก่อตัวของโมเลกุล DNA เวกเตอร์ทรงกลมที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ ตัวจำกัด DNA ของเวกเตอร์จะได้รับการบำบัดด้วยฟอสฟาเตส ด้วยเหตุนี้การก่อตัวของโมเลกุล DNA แบบวงกลมจึงเป็นไปไม่ได้เนื่องจากจะไม่มีปลาย 5"-PO 4 ที่จำเป็นสำหรับการทำงานของ ligase

ชุดของโคโลนีทรานส์ฟอร์แมนต์ที่ปลูกบนอาหารเลี้ยงเชื้อแบบคัดเลือกคือชุดของเซลล์ที่ประกอบด้วยโคลนของชิ้นส่วน (ยีน) ที่แตกต่างกันของจีโนมหรือ cDNA ที่ถูกโคลน การรวมตัวกันของโคลนเหล่านี้ก่อให้เกิดสิ่งที่เรียกว่าห้องสมุด DNA ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในงานพันธุวิศวกรรม

ขั้นตอนสุดท้ายของการโคลนยีนคือการแยกและการศึกษา DNA ที่ถูกโคลน รวมถึงการหาลำดับ แบคทีเรียหรือเซลล์ร่างกายที่มีความเป็นไปได้ซึ่งมีโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ที่ควบคุมการสังเคราะห์โปรตีนที่น่าสนใจซึ่งมีมูลค่าทางการค้าจะถูกถ่ายโอนไปยังอุตสาหกรรม

วิศวกรรมเซลล์ ในหลอดทดลอง,ดังที่กล่าวไว้ในตอนต้นของบท วิศวกรรมเซลล์หมายถึงการดัดแปลงพันธุกรรมของเซลล์สัตว์และพืชที่แยกออกมา กิจวัตรเหล่านี้มักดำเนินการ

และเป้าหมายหลักคือการได้รับจีโนไทป์ของสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ที่มีคุณสมบัติตามที่ระบุซึ่งมีประโยชน์เชิงเศรษฐกิจเป็นหลัก สำหรับ-

ข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับการพัฒนาวิศวกรรมเซลล์ในมนุษย์และสัตว์คือการพัฒนาวิธีการเพาะเลี้ยงเซลล์ร่างกายบนสื่อสารอาหารเทียม รวมถึงการได้รับเซลล์ร่างกายลูกผสม รวมถึงลูกผสมที่มีความจำเพาะระหว่างกัน ในทางกลับกัน ความก้าวหน้าในการเพาะเลี้ยงเซลล์ร่างกายมีอิทธิพลต่อการศึกษาเซลล์สืบพันธุ์และการปฏิสนธิในมนุษย์และสัตว์ ตั้งแต่ช่วงทศวรรษที่ 60 ศตวรรษที่ XX ในห้องปฏิบัติการหลายแห่งทั่วโลก มีการทดลองจำนวนมากเกี่ยวกับการปลูกถ่ายนิวเคลียสของเซลล์ร่างกายไปเป็นไข่ที่ไม่มีนิวเคลียสเทียม ผลของการทดลองเหล่านี้มักจะขัดแย้งกัน แต่โดยทั่วไปแล้วผลลัพธ์เหล่านี้นำไปสู่การค้นพบความสามารถของนิวเคลียสของเซลล์เพื่อให้แน่ใจว่าไข่มีการพัฒนาตามปกติ (ดูบทที่ 4)

จากผลการศึกษาพัฒนาการของไข่ที่ปฏิสนธิในยุค 60 ศตวรรษที่ XX การวิจัยยังเริ่มเพื่อระบุความเป็นไปได้ของการปฏิสนธิไข่นอกร่างกายของแม่ การศึกษาเหล่านี้นำไปสู่การค้นพบความเป็นไปได้ในการปฏิสนธิไข่กับอสุจิในหลอดทดลองอย่างรวดเร็ว และการพัฒนาต่อไปของเอ็มบริโอจะเกิดขึ้นในลักษณะนี้เมื่อฝังลงในมดลูกของผู้หญิง การปรับปรุงวิธีการที่พัฒนาขึ้นในพื้นที่นี้เพิ่มเติมได้นำไปสู่ความจริงที่ว่าการกำเนิดของเด็ก "หลอดทดลอง" ได้กลายเป็นความจริงแล้ว ภายในปี 1981 มีเด็ก 12 คนถือกำเนิดในโลก ซึ่งได้รับชีวิตในห้องทดลองในหลอดทดลอง ปัจจุบันวิศวกรรมเซลล์ในส่วนนี้เริ่มแพร่หลาย และจำนวนเด็ก "หลอดทดลอง" มีมากกว่าหมื่นคนแล้ว (รูปที่ 130) ในรัสเซีย งานเพื่อให้ได้เด็กจาก "หลอดทดลอง" เริ่มต้นในปี 1986 เท่านั้น

ในปี พ.ศ. 2536 ได้มีการพัฒนาเทคนิคในการผลิตฝาแฝดมนุษย์แบบโมโนไซโกติก ในหลอดทดลองโดยการแบ่งเอ็มบริโอออกเป็นบลาสโตเมียร์และขยายเซลล์เป็น 32 เซลล์ หลังจากนั้นจึงนำไปฝังในมดลูกของผู้หญิงได้

ด้วยอิทธิพลจากผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเด็ก "หลอดทดลอง" จึงได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีในสัตว์ที่เรียกว่า การปลูกถ่ายตัวอ่อน

ขี้อาย วัวที่ให้ผลผลิตสูงจะถูกฉีดฮอร์โมน ซึ่งส่งผลให้เกิดการตกไข่หลายเซลล์ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการสุกแก่ของเซลล์ 10-20 เซลล์ในคราวเดียว จากนั้นไข่จะได้รับการปฏิสนธิเทียมกับเซลล์สืบพันธุ์เพศชายในท่อนำไข่ ในวันที่ 7-8 ตัวอ่อนจะถูกชะล้างออกจากมดลูกและย้ายไปยังมดลูกของวัวตัวอื่น (แม่อุปถัมภ์) ซึ่งจะให้กำเนิดลูกแฝด ลูกโคสืบทอดสถานะทางพันธุกรรมของพ่อแม่ดั้งเดิม

ข้าว. 130.เด็กหลอดทดลอง

อีกสาขาหนึ่งของวิศวกรรมเซลล์ในสัตว์คือการสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม วิธีที่ง่ายที่สุดในการได้สัตว์เหล่านี้มาคือการนำโมเลกุล DNA เชิงเส้นเข้าไปในไข่ของสัตว์ดั้งเดิม สัตว์ที่พัฒนาจากไข่ที่ปฏิสนธิในลักษณะนี้จะมีสำเนาของยีนที่แนะนำบนโครโมโซมตัวใดตัวหนึ่ง และนอกจากนี้ พวกมันยังถ่ายทอดยีนนี้ไปสู่การสืบทอดอีกด้วย วิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นในการผลิตสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมได้รับการพัฒนาในหนูที่มีสีขนต่างกัน และมีลักษณะดังนี้ ขั้นแรก ตัวอ่อนอายุสี่วันจะถูกเอาออกจากร่างของหนูสีเทาที่ตั้งท้องและบดขยี้เป็นเซลล์แต่ละเซลล์ จากนั้นนิวเคลียสจะถูกลบออกจากเซลล์เอ็มบริโอและย้ายไปยังไข่ของหนูดำซึ่งก่อนหน้านี้ไม่มีนิวเคลียส ไข่ของหนูดำที่มีนิวเคลียสแปลกปลอมจะถูกใส่ไว้ในหลอดทดลอง

ด้วยสารละลายสารอาหารเพื่อการพัฒนาต่อไป ตัวอ่อนที่พัฒนาจากไข่ของหนูดำจะถูกฝังเข้าไปในมดลูกของหนูขาว ดังนั้นในการทดลองเหล่านี้ จึงเป็นไปได้ที่จะได้โคลนของหนูที่มีสีขนสีเทา เช่น โคลนเซลล์ตัวอ่อนที่มีคุณสมบัติตามที่กำหนด ในบทที่ 4 เราได้ตรวจสอบผลลัพธ์ของการปฏิสนธิของไข่แกะที่ถูกตัดนิวเคลียสเทียมด้วยวัสดุนิวเคลียร์จากเซลล์ร่างกายของสัตว์สายพันธุ์เดียวกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง นิวเคลียสจะถูกลบออกจากไข่แกะ จากนั้นนิวเคลียสของเซลล์ร่างกาย (เซลล์ตัวอ่อน เซลล์ของทารกในครรภ์ หรือเซลล์ผู้ใหญ่) จะถูกฉีดเข้าไปในไข่ดังกล่าว หลังจากนั้นไข่ที่ปฏิสนธิจะถูกฉีดเข้าไปในมดลูกของแกะที่โตเต็มวัย ลูกแกะที่เกิดมานั้นเหมือนกับแกะผู้บริจาค ตัวอย่างคือแกะดอลลี่ นอกจากนี้ยังได้รับลูกวัวโคลนอล หนู กระต่าย แมว ล่อ และสัตว์อื่นๆ อีกด้วย การสร้างสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมเป็นวิธีการโดยตรงในการโคลนสัตว์ที่มีลักษณะที่เป็นประโยชน์เชิงเศรษฐกิจ รวมถึงบุคคลบางเพศด้วย

สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมยังได้รับโดยใช้วัสดุเริ่มต้นที่เป็นของสายพันธุ์ต่างๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีวิธีการถ่ายโอนยีนที่ทราบกันดีว่าควบคุมฮอร์โมนการเจริญเติบโตจากหนูไปยังไข่ของหนู เช่นเดียวกับวิธีการรวมบลาสโตเมียร์แกะกับบลาสโตเมียร์แพะ ซึ่งนำไปสู่การเกิดขึ้นของสัตว์ลูกผสม (แกะ) การทดลองเหล่านี้บ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ในการเอาชนะความไม่ลงรอยกันของสายพันธุ์ในระยะแรกของการพัฒนา โอกาสที่น่าดึงดูดใจโดยเฉพาะอย่างยิ่งเปิดกว้างขึ้น (หากเอาชนะความไม่ลงรอยกันของสายพันธุ์ได้อย่างสมบูรณ์) ในลักษณะของการปฏิสนธิของไข่ของสายพันธุ์หนึ่งด้วยนิวเคลียสของเซลล์ร่างกายของสายพันธุ์อื่น เรากำลังพูดถึงโอกาสที่แท้จริงในการสร้างสัตว์ลูกผสมที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจซึ่งไม่สามารถหาได้จากการผสมข้ามพันธุ์

ควรสังเกตว่างานปลูกถ่ายนิวเคลียร์ยังไม่มีประสิทธิผลมากนัก การทดลองกับสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำและสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยทั่วไปแสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของพวกมันต่ำ และขึ้นอยู่กับความไม่ลงรอยกันระหว่างนิวเคลียสของผู้บริจาคและโอโอไซต์ของผู้รับ นอกจากนี้ความผิดปกติของโครโมโซมที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสที่ได้รับการปลูกถ่ายในระหว่างการพัฒนาเพิ่มเติมซึ่งมาพร้อมกับการตายของสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมก็เป็นอุปสรรคต่อความสำเร็จเช่นกัน

ที่จุดตัดของการศึกษาการผสมพันธุ์ของเซลล์และการวิจัยทางภูมิคุ้มกัน มีปัญหาเกิดขึ้นเกี่ยวกับการผลิตและการศึกษาสิ่งที่เรียกว่าโมโนโคลนอลแอนติบอดี ตามที่ระบุไว้ข้างต้น แอนติบอดีที่ร่างกายสร้างขึ้นเพื่อตอบสนองต่อการแนะนำแอนติเจน (แบคทีเรีย ไวรัส เซลล์เม็ดเลือดแดง ฯลฯ) คือโปรตีนที่เรียกว่าอิมมูโนโกลบูลิน และเป็นส่วนพื้นฐานของระบบป้องกันของร่างกายต่อเชื้อโรค แต่สิ่งแปลกปลอมใด ๆ ที่ถูกนำเข้าสู่ร่างกายนั้นเป็นส่วนผสมของแอนติเจนต่าง ๆ ที่จะกระตุ้นการผลิตแอนติบอดีต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น เซลล์เม็ดเลือดแดงของมนุษย์มีแอนติเจนไม่เพียงแต่สำหรับหมู่เลือด A (II) และ B (III) เท่านั้น แต่ยังมีแอนติเจนอื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงปัจจัย Rh นอกจากนี้ โปรตีนในผนังเซลล์ของแบคทีเรียหรือแคปซิดของไวรัสยังสามารถทำหน้าที่เป็นแอนติเจนที่แตกต่างกัน ทำให้เกิดการสร้างแอนติบอดีที่แตกต่างกัน ในเวลาเดียวกัน เซลล์น้ำเหลืองในระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายมักจะแสดงด้วยโคลน ซึ่งหมายความว่าแม้ด้วยเหตุผลนี้เพียงอย่างเดียว แอนติบอดีในเลือดของสัตว์ที่ได้รับภูมิคุ้มกันมักจะเป็นส่วนผสมที่ประกอบด้วยแอนติบอดีที่ผลิตโดยเซลล์ของโคลนที่แตกต่างกัน ในขณะเดียวกัน สำหรับความต้องการในทางปฏิบัติ จำเป็นต้องมีแอนติบอดีเพียงชนิดเดียวเท่านั้น กล่าวคือ ซีรั่มโมโนสเปซิฟิกที่เรียกว่าประกอบด้วยแอนติบอดีชนิดเดียวหรือที่เรียกว่าโมโนโคลนอลแอนติบอดี

ในการค้นหาวิธีการผลิตโมโนโคลนอลแอนติบอดี นักวิจัยชาวสวิสในปี 1975 ค้นพบวิธีการผสมพันธุ์ระหว่างเซลล์เม็ดเลือดขาวของหนูที่ได้รับภูมิคุ้มกันด้วยแอนติเจนเฉพาะและเซลล์เนื้องอกที่เพาะเลี้ยงในไขกระดูก ลูกผสมดังกล่าวเรียกว่า "ไฮบริดมา" จากส่วน "ลิมโฟไซติก" ซึ่งแสดงโดยลิมโฟไซต์ของโคลนหนึ่งลูกผสมไฮบริโดมาเดี่ยวสืบทอดความสามารถในการทำให้เกิดการก่อตัวของแอนติบอดีที่จำเป็นและเป็นประเภทเดียวและด้วยส่วน "เนื้องอก (ไมอีโลมา)" ทำให้มีความสามารถ เช่นเดียวกับเซลล์เนื้องอกอื่นๆ ที่มีการเพิ่มจำนวนอย่างไม่มีกำหนดบนสารอาหารเทียม ทำให้มีประชากรลูกผสมจำนวนมาก ในรูป 131 แสดงแผนภาพของการแยกตัวของเส้นเซลล์ที่สังเคราะห์มอนอโคลนอล แอนติบอดี

แอนติเจนที่ต้องการ การผสมเซลล์สามารถทำได้โดยการผสมพวกมันต่อหน้าโพลีเอทิลีนไกลคอล ซึ่งทำให้เกิดการหลอมรวมของเยื่อหุ้มเซลล์ จากนั้นจึงเพาะพวกมันบนอาหารเลี้ยงเชื้อที่ช่วยให้การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของเซลล์ลูกผสมเท่านั้น (ไฮบริโดมา) ไฮบริโดมาถูกแพร่กระจายในตัวกลางที่เป็นของเหลว ซึ่งพวกมันจะเติบโตต่อไปและหลั่งแอนติบอดีเข้าไปในของเหลวสำหรับการเพาะเลี้ยง มีเพียงชนิดเดียวเท่านั้นและในปริมาณที่ไม่จำกัด แอนติบอดีเหล่านี้เรียกว่าโมโนโคลนอล เพื่อเพิ่มความถี่ของการสร้างแอนติบอดี พวกเขาหันไปใช้การโคลนไฮบริโดมา เช่น ไปจนถึงการคัดเลือกโคโลนีไฮบริโดมาแต่ละโคโลนีที่สามารถทำให้เกิดการก่อตัวของแอนติบอดีจำนวนมากที่สุดในชนิดที่ต้องการ โมโนโคลนอลแอนติบอดีพบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายในทางการแพทย์เพื่อการวินิจฉัยและการรักษาโรคหลายชนิด อย่างไรก็ตาม ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของเทคโนโลยีโมโนโคลนอลคือสามารถผลิตแอนติบอดีต่อวัสดุที่ไม่สามารถทำให้บริสุทธิ์ได้ ในทางตรงกันข้าม โมโนโคลนอลแอนติบอดีสามารถรับกับเยื่อหุ้มเซลล์ (พลาสมา) ของเซลล์ประสาทของสัตว์ได้ เมื่อต้องการทำเช่นนี้ หนูจะได้รับภูมิคุ้มกันจากเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทที่แยกได้ หลังจากนั้นเซลล์เม็ดเลือดขาวม้ามของพวกมันจะรวมเข้ากับเซลล์ไมอีโลมา จากนั้นจึงดำเนินการตามที่อธิบายไว้ข้างต้น

ข้าว. 131. การได้รับโมโนโคลนอลแอนติบอดี

พันธุวิศวกรรมและการแพทย์

พันธุวิศวกรรมได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีแนวโน้มที่ดีในด้านการแพทย์ โดยหลักๆ คือการสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆ สำหรับการผลิตโปรตีนที่ออกฤทธิ์ทางสรีรวิทยาซึ่งใช้เป็นยา (อินซูลิน, โซมาโตสเตติน, อินเตอร์เฟอรอน, โซมาโตโทรปิน ฯลฯ)

อินซูลินใช้ในการรักษาผู้ป่วยโรคเบาหวานซึ่งเป็นสาเหตุการเสียชีวิตอันดับสาม (รองจากโรคหัวใจและมะเร็ง) ความต้องการอินซูลินทั่วโลกมีจำนวนหลายสิบกิโลกรัม

ตามเนื้อผ้านั้นได้มาจากต่อมตับอ่อนของหมูและวัว แต่ฮอร์โมนของสัตว์เหล่านี้แตกต่างจากอินซูลินของมนุษย์เล็กน้อย อินซูลินของสุกรแตกต่างกันในกรดอะมิโน 1 ตัว ในขณะที่อินซูลินของวัวแตกต่างกันใน 3 ชนิด เชื่อกันว่าอินซูลินจากสัตว์มักทำให้เกิดผลข้างเคียง แม้ว่าการสังเคราะห์ทางเคมีของอินซูลินจะดำเนินการมาเป็นเวลานาน แต่จนถึงขณะนี้การผลิตฮอร์โมนทางอุตสาหกรรมยังคงมีราคาแพงมาก ขณะนี้อินซูลินราคาถูกผลิตโดยใช้วิธีพันธุวิศวกรรมโดยการสังเคราะห์ยีนอินซูลินด้วยเอนไซม์เคมี ตามด้วยการนำยีนนี้เข้าสู่ Escherichia coli ซึ่งจะสังเคราะห์ฮอร์โมน อินซูลินนี้เป็น "ทางชีวภาพ" มากกว่า เนื่องจากมีคุณสมบัติทางเคมีเหมือนกับอินซูลินที่ผลิตโดยเซลล์ตับอ่อนของมนุษย์

อินเตอร์เฟอรอนเป็นโปรตีนที่สังเคราะห์โดยเซลล์ส่วนใหญ่เพื่อตอบสนองต่อการติดเชื้อของร่างกายด้วยไวรัส อินเตอร์เฟอรอนมีลักษณะเฉพาะตามลักษณะเฉพาะของสายพันธุ์ ตัวอย่างเช่น ในมนุษย์มีอินเตอร์เฟียรอนสามกลุ่มที่ผลิตโดยเซลล์ต่างๆ ภายใต้การควบคุมของยีนที่เกี่ยวข้อง ความสนใจในอินเตอร์เฟอรอนนั้นพิจารณาจากข้อเท็จจริงที่ว่าพวกเขาใช้กันอย่างแพร่หลายในการปฏิบัติทางคลินิกเพื่อรักษาโรคของมนุษย์หลายชนิดโดยเฉพาะไวรัส

เนื่องจากมีขนาดใหญ่ โมเลกุลของอินเตอร์เฟอรอนจึงไม่สามารถสังเคราะห์ได้ง่าย ดังนั้นปัจจุบันอินเตอร์เฟียรอนส่วนใหญ่จึงได้มาจากเลือดมนุษย์ แต่ผลผลิตจากวิธีการผลิตนี้มีน้อย ในขณะเดียวกันความต้องการอินเตอร์เฟอรอนก็สูงมาก นี่เป็นการกำหนดภารกิจในการหาวิธีที่มีประสิทธิภาพในการผลิตอินเตอร์เฟอรอนในปริมาณทางอุตสาหกรรม พันธุวิศวกรรมเป็นรากฐานของการผลิตอินเตอร์เฟอรอน "แบคทีเรีย" ที่ทันสมัย

อุตสาหกรรมชีวภาพสำหรับการผลิตยาปฏิชีวนะซึ่งเป็นส่วนที่มีประสิทธิภาพสูงสุดของคลังยาของการแพทย์แผนปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการดื้อยาจากแบคทีเรียเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งต่อยาปฏิชีวนะ เหตุผลก็คือการแพร่กระจายอย่างกว้างขวางในโลกของจุลินทรีย์ของพลาสมิดซึ่งเป็นตัวกำหนดความต้านทานยาของแบคทีเรีย นี่คือเหตุผลว่าทำไมยาปฏิชีวนะที่มีชื่อเสียงในอดีตจำนวนมากจึงสูญเสียประสิทธิภาพในอดีตไป วิธีเดียวที่จะเอาชนะการดื้อต่อยาปฏิชีวนะของแบคทีเรียได้คือการค้นหายาปฏิชีวนะชนิดใหม่ ตามที่ผู้เชี่ยวชาญระบุว่า มีการสร้างยาปฏิชีวนะใหม่ประมาณ 300 ชนิดทุกปีในโลก อย่างไรก็ตามส่วนใหญ่ไม่ได้ผลหรือเป็นพิษ มีการนำยาปฏิชีวนะเพียงไม่กี่ตัวเข้าสู่การปฏิบัติทุกปี ซึ่งบังคับให้เราไม่เพียงแต่รักษาไว้เท่านั้น แต่ยังเพิ่มขีดความสามารถของอุตสาหกรรมยาปฏิชีวนะโดยอาศัยการพัฒนาทางพันธุวิศวกรรมด้วย

งานหลักของพันธุวิศวกรรมในเทคโนโลยีของสารยาที่จุลินทรีย์เป็นผู้ผลิตยานั้นถูกกำหนดโดยความจำเป็นในการสร้างพันธุวิศวกรรมขึ้นใหม่เพื่อเพิ่มกิจกรรมของพวกเขา ในเวลาเดียวกัน

ตั้งแต่นั้นมาแนวคิดในการสร้างยาในรูปแบบโมเลกุลขนาดเล็กได้เริ่มถูกนำมาใช้ซึ่งมีส่วนช่วยให้มีประสิทธิผลมากขึ้น

เทคโนโลยีชีวภาพด้านภูมิคุ้มกันมีความเกี่ยวข้องหลักกับการผลิตวัคซีนรุ่นใหม่สำหรับการป้องกันโรคติดเชื้อในมนุษย์และสัตว์ ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ชิ้นแรกที่สร้างขึ้นโดยใช้พันธุวิศวกรรม ได้แก่ วัคซีนป้องกันโรคตับอักเสบในมนุษย์ โรคปากและเท้าเปื่อยของสัตว์ และอื่นๆ อีกมากมาย ทิศทางที่สำคัญอย่างยิ่งในพื้นที่นี้เกี่ยวข้องกับการผลิตโมโนโคลนอลแอนติบอดีรีเอเจนต์ที่จำเป็นสำหรับการวินิจฉัยเชื้อโรคตลอดจนการทำให้ฮอร์โมนวิตามินโปรตีนจากธรรมชาติต่าง ๆ บริสุทธิ์ (เอนไซม์สารพิษ ฯลฯ )

สิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติที่สำคัญคือวิธีการผลิตฮีโมโกลบินเทียมโดยการแนะนำยีนฮีโมโกลบินในพืชยาสูบโดยที่ภายใต้การควบคุมของยีนเหล่านี้จะมีการผลิตโกลบินα-และβ-chain ซึ่งรวมกันเป็นเฮโมโกลบิน เฮโมโกลบินที่สังเคราะห์ในเซลล์ของพืชยาสูบนั้นทำงานได้อย่างสมบูรณ์ (จับกับออกซิเจน) วิศวกรรมเซลลูล่าร์ที่นำมาใช้กับมนุษย์ไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับการแก้ปัญหาพื้นฐานของชีววิทยาของมนุษย์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเอาชนะภาวะมีบุตรยากในสตรีเป็นประการแรกด้วย เนื่องจากความถี่ของกรณีที่เป็นบวกของการฝังตัวอ่อนเข้าไปในมดลูกของผู้หญิง ในหลอดทดลอง,มีขนาดเล็กจึงได้ตัวอ่อนแฝดแบบโมโนไซโกติก ในหลอดทดลองก็มีความสำคัญเช่นกัน เนื่องจากความเป็นไปได้ในการปลูกถ่ายซ้ำเนื่องจากเอ็มบริโอ "สำรอง" เพิ่มขึ้น สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือโอกาสในการใช้สเต็มเซลล์เป็นแหล่งทดแทนเซลล์และเนื้อเยื่อในการรักษาโรคต่างๆ เช่น โรคเบาหวาน การบาดเจ็บที่ไขสันหลัง อาการปวดหัวใจ โรคข้อเข่าเสื่อม และโรคพาร์กินสัน แต่เพื่อให้ตระหนักถึงโอกาสเหล่านี้ จำเป็นต้องมีการศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับชีววิทยาของเซลล์ต้นกำเนิด

ในการใช้พันธุวิศวกรรมที่เกี่ยวข้องกับปัญหาทางการแพทย์ งานในการพัฒนาวิธีการทางพันธุวิศวกรรมสำหรับการรักษาโรคทางพันธุกรรมที่รุนแรง ซึ่งน่าเสียดายที่ยังไม่สามารถรักษาด้วยวิธีที่มีอยู่ได้รับความสำคัญเป็นพิเศษ เนื้อหาของภารกิจนี้คือการพัฒนาวิธีการแก้ไข (ทำให้ปกติ) การกลายพันธุ์ที่ส่งผลให้เกิดโรคทางพันธุกรรม และเพื่อให้แน่ใจว่ามีการถ่ายทอด "การแก้ไข" โดยการถ่ายทอดทางพันธุกรรม เชื่อกันว่าการพัฒนาวิธีการทางพันธุวิศวกรรมในการรักษาโรคทางพันธุกรรมจะประสบความสำเร็จ

มีส่วนร่วมในข้อมูลเกี่ยวกับจีโนมมนุษย์ที่ได้รับจากโครงการวิทยาศาสตร์นานาชาติ "จีโนมมนุษย์"

ปัญหาทางนิเวศวิทยาของพันธุวิศวกรรม

การนำเทคโนโลยีชีวภาพไปสู่อีกระดับ พันธุวิศวกรรมยังได้ค้นพบการประยุกต์ใช้ในการพัฒนาวิธีการระบุและกำจัดมลพิษทางสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง สายพันธุ์ของแบคทีเรียได้ถูกสร้างขึ้นซึ่งเป็นตัวบ่งชี้เฉพาะของกิจกรรมการกลายพันธุ์ของสารเคมีปนเปื้อน ในทางกลับกัน สายพันธุ์แบคทีเรียได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมให้มีพลาสมิดภายใต้การควบคุมของการสังเคราะห์เอนไซม์ที่เกิดขึ้นซึ่งสามารถทำลายสารประกอบเคมีหลายชนิดที่ก่อให้เกิดมลพิษต่อสิ่งแวดล้อม โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แบคทีเรียที่มีพลาสมิดบางชนิดสามารถสลายน้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมให้เป็นสารประกอบที่ไม่เป็นอันตรายซึ่งจบลงในสิ่งแวดล้อมอันเป็นผลมาจากอุบัติเหตุต่างๆ หรือเหตุผลที่ไม่พึงประสงค์อื่นๆ

อย่างไรก็ตาม พันธุวิศวกรรมคือการเปลี่ยนแปลงของสารพันธุกรรมที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ดังนั้นผลิตภัณฑ์ทางพันธุวิศวกรรมจึงเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ดังนั้นเนื่องจากไม่ทราบลักษณะของผลิตภัณฑ์ จึงเต็มไปด้วยอันตรายทั้งต่อธรรมชาติและสิ่งแวดล้อม และสำหรับบุคลากรที่ทำงานในห้องปฏิบัติการที่ใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรมหรือทำงานกับโครงสร้างที่สร้างขึ้นระหว่างงานพันธุวิศวกรรม

เนื่องจากความเป็นไปได้ของการโคลนยีนนั้นไม่มีขีดจำกัด แม้แต่ในช่วงเริ่มต้นของการศึกษาเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์ก็มีคำถามเกิดขึ้นเกี่ยวกับธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตที่ถูกสร้างขึ้น ในเวลาเดียวกัน มีการเสนอแนะผลที่ไม่พึงประสงค์หลายประการของวิธีการนี้ และสมมติฐานเหล่านี้ได้รับการสนับสนุนจากประชาชนทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งความขัดแย้งเกิดขึ้นเกี่ยวกับคุณสมบัติของแบคทีเรียที่ได้รับยีนสัตว์ในการทดลองทางพันธุวิศวกรรม เช่น แบคทีเรียจะสะสมไว้หรือไม่ อี. โคไลเอกลักษณ์ของสายพันธุ์เนื่องจากเนื้อหาของยีนที่มาจากสัตว์ (เช่น ยีนอินซูลิน) หรือควรถือเป็นสายพันธุ์ใหม่ นอกจากนี้แบคทีเรียดังกล่าวมีความทนทานเพียงใดในระบบนิเวศน์ที่พวกมันสามารถทำได้

มีอยู่? แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการเกิดขึ้นของความกังวลว่าในระหว่างการผลิตและการจัดการโมเลกุล DNA ลูกผสม โครงสร้างทางพันธุกรรมที่มีคุณสมบัติที่คาดไม่ถึงและเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์อาจถูกสร้างขึ้นเพื่อความสมดุลทางนิเวศวิทยาที่กำหนดไว้ในอดีต ในเวลาเดียวกัน เริ่มมีการเรียกร้องให้มีการเลื่อนการชำระหนี้ด้านพันธุวิศวกรรม การเรียกร้องเหล่านี้ก่อให้เกิดเสียงโวยวายจากนานาชาติและนำไปสู่การประชุมระหว่างประเทศซึ่งเกิดขึ้นในปี 1975 ในสหรัฐอเมริกา โดยมีการพูดคุยถึงผลกระทบที่เป็นไปได้ของการวิจัยในด้านนี้อย่างกว้างขวาง จากนั้น ในประเทศที่พันธุวิศวกรรมเริ่มพัฒนา กฎสำหรับการทำงานกับโมเลกุลดีเอ็นเอลูกผสมได้รับการพัฒนา กฎเหล่านี้มีวัตถุประสงค์เพื่อป้องกันไม่ให้ผลิตภัณฑ์ของห้องปฏิบัติการพันธุวิศวกรรมเข้าสู่สิ่งแวดล้อม

ผลที่ไม่พึงประสงค์อีกประการหนึ่งของงานพันธุวิศวกรรมเกี่ยวข้องกับอันตรายต่อสุขภาพของบุคลากรที่ทำงานในห้องปฏิบัติการที่มีการใช้วิธีการทางพันธุวิศวกรรม เนื่องจากห้องปฏิบัติการดังกล่าวใช้ฟีนอล เอทิเดียมโบรไมด์ และรังสียูวี ซึ่งเป็นปัจจัยที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพ นอกจากนี้ ในห้องปฏิบัติการเหล่านี้ มีความเป็นไปได้ที่จะปนเปื้อนจากแบคทีเรียที่มีโมเลกุล DNA ลูกผสมซึ่งควบคุมคุณสมบัติที่ไม่พึงประสงค์ เช่น การดื้อยาของแบคทีเรีย ประเด็นเหล่านี้และประเด็นอื่นๆ กำหนดความจำเป็นในการเพิ่มระดับความปลอดภัยในงานพันธุวิศวกรรม

สุดท้ายนี้ปัญหาอันตรายจากผลิตภัณฑ์ดัดแปลงพันธุกรรม (มะเขือเทศ มันฝรั่ง ข้าวโพด ถั่วเหลือง) รวมถึงผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น ขนมปัง พาสต้า ลูกอม ไอศกรีม ชีส น้ำมันพืช ผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์ ซึ่งในบางประเทศ โดยเฉพาะในสหรัฐอเมริกาเริ่มแพร่หลาย เป็นเวลา 12,000 ปีแห่งการเกษตรกรรม มนุษย์บริโภคอาหารที่มาจากแหล่งธรรมชาติ ดังนั้นจึงสันนิษฐานว่าอาหารดัดแปลงพันธุกรรมจะนำสารพิษ สารก่อภูมิแพ้ แบคทีเรีย และสารก่อมะเร็งใหม่ๆ เข้าสู่ร่างกายมนุษย์ ซึ่งจะนำไปสู่โรคใหม่ๆ อย่างสมบูรณ์สำหรับคนรุ่นต่อๆ ไป สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับการประเมินอาหารดัดแปลงพันธุกรรมทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง

คำถามสำหรับการอภิปราย

1. พันธุวิศวกรรม เซลล์ และพันธุวิศวกรรม หมายถึงอะไร แนวคิดเหล่านี้กับการโคลนโมเลกุลแตกต่างกันหรือไม่?

2. ความก้าวหน้าของพันธุวิศวกรรมเป็นอย่างไรเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีอื่นที่ใช้ในชีววิทยา?

3. ระบุ “เครื่องมือ” หลักของพันธุวิศวกรรม

4. เอนไซม์จำกัดคืออะไร มีคุณสมบัติและมีบทบาทอย่างไรในด้านพันธุวิศวกรรม?

5. เอนไซม์ควบคุมทั้งหมดก่อให้เกิดปลาย "เหนียว" ของ DNA ที่กำลังศึกษาอยู่ และโครงสร้างของปลาย "เหนียว" ขึ้นอยู่กับชนิดของเอนไซม์ควบคุมหรือไม่

6. กำหนดเวกเตอร์ทางพันธุกรรม มีเวกเตอร์ตามธรรมชาติหรือไม่?

7. เวคเตอร์ทางพันธุกรรมได้มาอย่างไรในห้องปฏิบัติการ? วัตถุชีวภาพใดเป็นวัสดุเริ่มต้นในการรับเวกเตอร์

8. ความยาวสูงสุดของลำดับของเบสไนโตรเจนของ DNA ที่ยังสามารถรวมอยู่ในเวกเตอร์ทางพันธุกรรมคือเท่าใด เวกเตอร์ต่างกันในเรื่อง "พลัง" หรือไม่?

9. กำหนดลักษณะคุณสมบัติของ DNA ligase และกำหนดบทบาทในพันธุวิศวกรรม

10. ส่วน DNA (ยีน) ที่ถูกโคลนเชื่อมโยงกับเวกเตอร์ทางพันธุกรรมอย่างไร?

11. การนำโมเลกุล DNA รีคอมบิแนนท์เข้าสู่เซลล์แบคทีเรียมีความถี่เท่าใด

12. การคัดเลือกเซลล์แบคทีเรียที่มีโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์ใช้หลักการใด ให้ตัวอย่างหนึ่งของการเลือกดังกล่าว

14. แบคทีเรียหลายสายพันธุ์มีเอนไซม์ชนิดเดียวกันที่ช่วยให้แน่ใจว่ากระบวนการเผาผลาญของพวกมันเกือบจะเหมือนกัน ในขณะเดียวกันความจำเพาะของนิวคลีโอไทด์ของระบบการปรับเปลี่ยนข้อ จำกัด ของแบคทีเรียนั้นแตกต่างกัน คุณช่วยอธิบายปรากฏการณ์นี้ได้ไหม?

15. เหตุใดลำดับดีเอ็นเอที่แสดงถึงตำแหน่งการจดจำเอนไซม์จำกัดจึงมีคู่เบสมากกว่า 8 คู่ไม่ได้

16. ลำดับ HGC ซึ่งรับรู้โดยเอนไซม์จำกัด Hae III จะเกิดขึ้นกี่ครั้งในเซ็กเมนต์ DNA คู่เบส 50,000 คู่ โดยมีปริมาณ GC 30, 50 และ 70 เปอร์เซ็นต์

17. เอนไซม์จำกัด Bam HI และ Bgl I ละลายลำดับ G GATCC และ T GATCA ตามลำดับ เป็นไปได้หรือไม่ที่จะรวมชิ้นส่วน DNA ที่ผลิตโดย Bgl I ไว้ในไซต์ Bam HI ถ้าเป็นเช่นนั้นทำไม? หากพลาสมิด (เวกเตอร์) ที่ใช้มีตำแหน่งจำกัด Bgl I หนึ่งตำแหน่ง พลาสมิดนี้สามารถเลือกแบคทีเรียบนสารอาหารชนิดใดได้บ้าง

18. คำนวณความถี่ของการเปลี่ยนแปลงของแบคทีเรียต่อโมเลกุล DNA ถ้าเกิดทรานส์ฟอร์แมนต์ 5-10 5 ตัวต่อคู่เบสพลาสมิด 5,000 คู่?

19. เป็นไปได้ไหมที่จะโคลนการจำลอง DNA จุด 0? อี. โคไลและถ้าเป็นเช่นนั้นทำอย่างไร?

20. เป็นไปได้หรือไม่ที่จะระบุจำนวนโมเลกุล DNA ที่จำเป็นในการแปลงเซลล์หนึ่งเซลล์? อี.โคไล?

21. เป็นไปได้หรือไม่ที่จะระบุตำแหน่งรอยต่อบน mRNA โดยใช้ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส

22. ปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรสสามารถนำมาใช้เพื่อแนะนำจุดจำกัดที่ต้องการไปยังตำแหน่งที่น่าสนใจบนชิ้นส่วน DNA ที่จะทำการโคลนได้อย่างไร

23. บอกชื่อวิธีวิศวกรรมเซลล์ที่ใช้กับสัตว์ สัตว์ที่ผลิตโดยวิธีการเหล่านี้มีมูลค่าทางเศรษฐกิจเท่าใด?

24. กำหนดแนวคิด “พืชดัดแปลงพันธุกรรม” และ “สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม” สิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรมยังคงรักษาเอกลักษณ์ของสายพันธุ์ไว้หรือสามารถถือเป็นสิ่งมีชีวิตของสายพันธุ์ใหม่ได้หรือไม่?

25. ไฮบริโดมาและโมโนโคลนอลแอนติบอดีคืออะไร? คุณได้รับพวกเขาได้อย่างไร?

26. วิศวกรรมเซลล์ใช้ได้กับมนุษย์หรือไม่?

27. สมมติว่าการฉีด DNA แปลกปลอมเข้าไปในไข่ของหนูและการฝังไข่ที่ปฏิสนธิในลักษณะนี้เข้าไปในร่างกายของหนูทำให้เกิดการตั้งครรภ์และการเกิดของหนูที่มีสำเนาของ DNA ที่ฉีดเข้าไปในจีโนม อย่างไรก็ตามหนูตัวน้อยกลับกลายเป็นโมเสกเช่น เซลล์บางเซลล์มีสำเนาของ DNA ที่ถูกฉีด ส่วนเซลล์อื่นไม่มี DNA นี้ คุณช่วยอธิบายธรรมชาติของปรากฏการณ์นี้ได้ไหม?

28. คุณถือว่าอาหารที่ปรุงจากผลิตภัณฑ์ดัดแปลงพันธุกรรมมีอันตรายทางพันธุกรรมหรือไม่?

29. จำเป็นต้องมีการทดสอบอาหารดัดแปลงพันธุกรรมทางวิทยาศาสตร์หรือไม่?

ความรู้ถูกกำหนดโดยสิ่งที่เรายืนยันว่าเป็นความจริง

ป.ล. ฟลอเรนสกี, 1923

เมื่อนำไปใช้กับมนุษย์ พันธุวิศวกรรมสามารถนำมาใช้ในการรักษาโรคที่สืบทอดมาได้ อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิคแล้ว มีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญระหว่างการรักษาผู้ป่วยด้วยตัวเองและการเปลี่ยนแปลงจีโนมของลูกหลานของเขา

งานในการเปลี่ยนจีโนมของผู้ใหญ่นั้นค่อนข้างซับซ้อนกว่าการเพาะพันธุ์สัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมใหม่เนื่องจากในกรณีนี้จำเป็นต้องเปลี่ยนจีโนมของเซลล์จำนวนมากของสิ่งมีชีวิตที่เกิดขึ้นแล้วและไม่ใช่แค่ไข่ของตัวอ่อนเพียงตัวเดียว ในการทำเช่นนี้ขอเสนอให้ใช้อนุภาคของไวรัสเป็นเวกเตอร์ อนุภาคของไวรัสสามารถเจาะเซลล์มนุษย์ที่โตเต็มวัยได้ในเปอร์เซ็นต์ที่มีนัยสำคัญ โดยฝังข้อมูลทางพันธุกรรมของพวกมันลงไป สามารถควบคุมการแพร่พันธุ์ของอนุภาคไวรัสในร่างกายได้ ในเวลาเดียวกัน เพื่อลดผลข้างเคียง นักวิทยาศาสตร์พยายามหลีกเลี่ยงการนำ DNA ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมเข้าไปในเซลล์ของอวัยวะสืบพันธุ์ ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงผลกระทบต่อลูกหลานในอนาคตของผู้ป่วย นอกจากนี้ยังควรสังเกตคำวิจารณ์ที่สำคัญของเทคโนโลยีนี้ในสื่อ: การพัฒนาไวรัสดัดแปลงพันธุกรรมถูกมองว่าเป็นภัยคุกคามต่อมนุษยชาติทั้งมวล

ด้วยความช่วยเหลือของยีนบำบัด ในอนาคตจะมีการเปลี่ยนแปลงจีโนมมนุษย์ได้ ในปัจจุบัน วิธีการที่มีประสิทธิภาพในการปรับเปลี่ยนจีโนมมนุษย์อยู่ในขั้นตอนของการพัฒนาและการทดสอบกับไพรเมต เป็นเวลานานที่พันธุวิศวกรรมของลิงเผชิญกับความยากลำบากร้ายแรง แต่ในปี 2009 การทดลองประสบความสำเร็จ: มีสิ่งพิมพ์ปรากฏในวารสาร Nature เกี่ยวกับการใช้เวกเตอร์ไวรัสดัดแปลงพันธุกรรมที่ประสบความสำเร็จเพื่อรักษาลิงตัวผู้ที่โตเต็มวัยที่ตาบอดสี ในปีเดียวกันนั้น ไพรเมตดัดแปลงพันธุกรรมตัวแรก (ที่เติบโตจากไข่ดัดแปลง) ให้กำเนิดลูกหลาน - มาร์โมเซตทั่วไป

แม้ว่าในขนาดเล็กก็ตาม พันธุวิศวกรรมได้ถูกนำมาใช้เพื่อให้สตรีที่มีบุตรยากบางประเภทมีโอกาสตั้งครรภ์ได้ เพื่อจุดประสงค์นี้จึงใช้ไข่จากผู้หญิงที่มีสุขภาพดี เป็นผลให้เด็กสืบทอดจีโนไทป์จากพ่อหนึ่งคนและแม่สองคน

อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนแปลงจีโนมมนุษย์อย่างมีนัยสำคัญยิ่งขึ้นนั้น ต้องเผชิญกับปัญหาทางจริยธรรมที่ร้ายแรงหลายประการ

_____________________________________________________________________________________________

พันธุวิศวกรรม (พันธุวิศวกรรม)

นี่คือชุดของเทคนิค วิธีการ และเทคโนโลยีในการรับรีคอมบิแนนท์ RNA และ DNA การแยกยีนออกจากสิ่งมีชีวิต (เซลล์) การจัดการยีน และการนำพวกมันเข้าสู่สิ่งมีชีวิตอื่น

พันธุวิศวกรรมไม่ใช่วิทยาศาสตร์ในความหมายกว้างๆ แต่เป็นเครื่องมือ เทคโนโลยีชีวภาพโดยใช้วิธีการทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพเช่นอณูชีววิทยาและเซลล์วิทยาเซลล์วิทยาพันธุศาสตร์จุลชีววิทยาวิทยาไวรัสวิทยา

ส่วนสำคัญของเทคโนโลยีชีวภาพคือพันธุวิศวกรรม เธอเกิดในช่วงต้นทศวรรษที่ 70 และประสบความสำเร็จอย่างมากในปัจจุบัน เทคนิคทางพันธุวิศวกรรมเปลี่ยนเซลล์แบคทีเรีย ยีสต์ และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมให้เป็น "โรงงาน" สำหรับการผลิตโปรตีนในปริมาณมาก ทำให้สามารถวิเคราะห์รายละเอียดโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีนและใช้เป็นยาได้

ปัจจุบัน Escherichia coli (E. coli) ได้กลายเป็นซัพพลายเออร์ของฮอร์โมนที่สำคัญเช่นอินซูลินและ somatotropin ก่อนหน้านี้อินซูลินได้มาจากเซลล์ตับอ่อนของสัตว์จึงมีต้นทุนสูงมาก เพื่อให้ได้อินซูลินผลึก 100 กรัม จำเป็นต้องมีตับอ่อน 800-1,000 กิโลกรัม และต่อมวัวหนึ่งอันมีน้ำหนัก 200 - 250 กรัม ทำให้อินซูลินมีราคาแพงและเข้าถึงได้ยากสำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวานในวงกว้าง ในปี 1978 นักวิจัยจาก Genentech เป็นคนแรกที่ผลิตอินซูลินในเชื้อ Escherichia coli สายพันธุ์ที่ได้รับการออกแบบเป็นพิเศษ อินซูลินประกอบด้วยโพลีเปปไทด์สองสาย A และ B มีกรดอะมิโนยาว 20 และ 30 ตัว เมื่อเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไดซัลไฟด์ จะเกิดอินซูลินสายโซ่คู่ตามธรรมชาติ มีการแสดงให้เห็นว่าไม่มีโปรตีน E. coli เอนโดทอกซิน และสิ่งสกปรกอื่นๆ ไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียงเช่นอินซูลินในสัตว์ และไม่แตกต่างจากในกิจกรรมทางชีวภาพ ต่อจากนั้น โปรอินซูลินถูกสังเคราะห์ในเซลล์ E. coli ซึ่งสำเนา DNA ถูกสังเคราะห์บนเทมเพลต RNA โดยใช้ Reverse transcriptase หลังจากทำให้โปรอินซูลินบริสุทธิ์ที่เกิดขึ้นแล้ว มันถูกแบ่งออกเป็นอินซูลินตามธรรมชาติ ในขณะที่ขั้นตอนการสกัดและการแยกฮอร์โมนลดลง จากของเหลวเพาะเลี้ยง 1,000 ลิตรสามารถรับฮอร์โมนได้มากถึง 200 กรัมซึ่งเทียบเท่ากับปริมาณอินซูลินที่หลั่งออกมาจากตับอ่อนของหมูหรือวัว 1,600 กิโลกรัม

Somatotropin เป็นฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์ที่หลั่งออกมาจากต่อมใต้สมอง การขาดฮอร์โมนนี้นำไปสู่การแคระแกร็นของต่อมใต้สมอง หากให้ somatotropin ในขนาด 10 มก. ต่อกิโลกรัมของน้ำหนักตัวสามครั้งต่อสัปดาห์จากนั้นในหนึ่งปีเด็กที่ทุกข์ทรมานจากการขาดสารอาหารสามารถเติบโตได้ 6 ซม. ก่อนหน้านี้ได้มาจากวัสดุซากศพจากศพเดียว: 4 - 6 mg ของ somatotropin ในแง่ของผลิตภัณฑ์ยาขั้นสุดท้าย ดังนั้นปริมาณฮอร์โมนที่มีอยู่จึงมีจำกัด นอกจากนี้ ฮอร์โมนที่ได้รับด้วยวิธีนี้ยังต่างกันและอาจมีไวรัสที่เติบโตช้าอีกด้วย ในปี 1980 บริษัท "Genentec" ได้พัฒนาเทคโนโลยีสำหรับการผลิต somatotropin โดยใช้แบคทีเรียซึ่งปราศจากข้อเสียเหล่านี้ ในปี 1982 สถาบันปาสเตอร์ในฝรั่งเศสได้รับฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์ในการเพาะเชื้อ E. coli และเซลล์สัตว์ และในปี 1984 การผลิตอินซูลินทางอุตสาหกรรมเริ่มขึ้นในสหภาพโซเวียต ในการผลิตอินเตอร์เฟอรอน จะใช้ทั้ง E. coli, S. cerevisae (ยีสต์) และการเพาะเลี้ยงไฟโบรบลาสต์หรือเม็ดเลือดขาวที่ถูกเปลี่ยนรูป วัคซีนที่ปลอดภัยและราคาถูกก็ได้รับโดยใช้วิธีการที่คล้ายกัน

เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ DNA ขึ้นอยู่กับการผลิตโพรบ DNA ที่มีความจำเพาะสูง ซึ่งใช้ในการศึกษาการแสดงออกของยีนในเนื้อเยื่อ การระบุตำแหน่งยีนบนโครโมโซม และระบุยีนที่มีหน้าที่ที่เกี่ยวข้องกัน (เช่น ในมนุษย์และไก่) เครื่องตรวจ DNA ยังใช้ในการวินิจฉัยโรคต่างๆ
เทคโนโลยีรีคอมบิแนนท์ดีเอ็นเอทำให้เกิดแนวทางยีนโปรตีนที่แหวกแนวที่เรียกว่ารีเวิร์สพันธุกรรม ในแนวทางนี้ โปรตีนจะถูกแยกออกจากเซลล์ ยีนของโปรตีนนี้จะถูกโคลน และถูกดัดแปลง ทำให้เกิดยีนกลายพันธุ์ที่เข้ารหัสรูปแบบที่เปลี่ยนแปลงของโปรตีน ยีนที่ได้จะถูกนำเข้าสู่เซลล์ หากแสดงออก เซลล์ที่พามันและลูกหลานจะสังเคราะห์โปรตีนที่เปลี่ยนแปลงไป ด้วยวิธีนี้ ยีนที่บกพร่องสามารถแก้ไขได้และรักษาโรคทางพันธุกรรมได้

หากนำ DNA ลูกผสมเข้าไปในไข่ที่ปฏิสนธิ สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมสามารถผลิตขึ้นเพื่อแสดงยีนกลายพันธุ์และส่งต่อไปยังลูกหลานได้ การเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรมของสัตว์ทำให้สามารถสร้างบทบาทของยีนแต่ละตัวและผลิตภัณฑ์โปรตีนของพวกมันได้ ทั้งในการควบคุมกิจกรรมของยีนอื่น ๆ และในกระบวนการทางพยาธิวิทยาต่างๆ ด้วยความช่วยเหลือของพันธุวิศวกรรม สายพันธุ์ของสัตว์ที่ต้านทานต่อโรคไวรัสได้ถูกสร้างขึ้น เช่นเดียวกับสายพันธุ์ของสัตว์ที่มีลักษณะที่เป็นประโยชน์ต่อมนุษย์ ตัวอย่างเช่น การฉีดไมโครอินเจคของ DNA รีคอมบิแนนท์ที่มียีน somatotropin ของวัวเข้าไปในไซโกตของกระต่าย ทำให้สามารถได้รับสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมที่มีการผลิตฮอร์โมนนี้มากเกินไป สัตว์ที่เกิดจะออกเสียงอะโครเมกาลี
ตอนนี้ยังเป็นเรื่องยากที่จะคาดเดาความเป็นไปได้ทั้งหมดที่จะเกิดขึ้นในอีกไม่กี่ทศวรรษข้างหน้า

พันธุวิศวกรรมเป็นสาขาเทคโนโลยีชีวภาพซึ่งรวมถึงกิจกรรมในการจัดเรียงจีโนไทป์ใหม่ ทุกวันนี้ พันธุวิศวกรรมทำให้สามารถเปิดและปิดยีนแต่ละตัวได้ ซึ่งจะเป็นการควบคุมการทำงานของสิ่งมีชีวิต และยังช่วยถ่ายทอดคำสั่งทางพันธุกรรมจากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไปยังอีกสิ่งมีชีวิตหนึ่ง รวมถึงสิ่งมีชีวิตในสายพันธุ์ที่แตกต่างกันด้วย ในขณะที่นักพันธุศาสตร์เรียนรู้มากขึ้นเรื่อยๆ เกี่ยวกับการทำงานของยีนและโปรตีน ความสามารถในการตั้งโปรแกรมจีโนไทป์ตามอำเภอใจ (ส่วนใหญ่เป็นมนุษย์) บรรลุผลใดๆ ได้อย่างง่ายดาย เช่น การต้านทานต่อรังสี ความสามารถในการมีชีวิตอยู่ใต้น้ำ ความสามารถในการ การฟื้นฟูอวัยวะที่เสียหายและแม้กระทั่งความเป็นอมตะ

ด้วยความช่วยเหลือในการดำเนินการผสมผสานข้อมูลทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตโดยตรง พันธุวิศวกรรม (GE) ช่วยให้สามารถเอาชนะอุปสรรคระหว่างสายพันธุ์ตามธรรมชาติที่ป้องกันการแลกเปลี่ยนข้อมูลทางพันธุกรรมระหว่างสิ่งมีชีวิตที่อยู่ห่างไกลตามอนุกรมวิธาน และเพื่อสร้างเซลล์และสิ่งมีชีวิตด้วยการผสมผสานของยีนที่ไม่มีอยู่ในธรรมชาติ โดยมีคุณสมบัติที่สามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้

วัตถุหลักของอิทธิพลทางพันธุวิศวกรรมคือพาหะของข้อมูลทางพันธุกรรม - กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) ซึ่งโมเลกุลมักจะประกอบด้วยสองสายโซ่ ความจำเพาะที่เข้มงวดของการจับคู่ของพิวรีนและไพริมิดีนจะกำหนดคุณสมบัติของการเสริม - การติดต่อกันของนิวคลีโอไทด์ในสองสายโซ่ การสร้างยีนชุดใหม่เกิดขึ้นได้เนื่องจากความคล้ายคลึงกันขั้นพื้นฐานในโครงสร้างของโมเลกุล DNA ในสิ่งมีชีวิตทุกประเภทและความเป็นสากลที่แท้จริงของพันธุกรรม รหัสทำให้สามารถแสดงยีนแปลกปลอม (การแสดงกิจกรรมการทำงาน) ในเซลล์ประเภทใดก็ได้ นอกจากนี้ยังได้รับการอำนวยความสะดวกด้วยการสะสมความรู้ในสาขาเคมีการระบุลักษณะโมเลกุลขององค์กรและการทำงานของยีน (รวมถึงการสร้างกลไกในการควบคุมการแสดงออกและความเป็นไปได้ของยีนรองต่อการกระทำของ "ต่างประเทศ" องค์ประกอบด้านกฎระเบียบ) การพัฒนาวิธีการจัดลำดับดีเอ็นเอ การค้นพบปฏิกิริยาลูกโซ่โพลีเมอเรส ซึ่งทำให้สามารถสังเคราะห์ชิ้นส่วน DNA ได้อย่างรวดเร็ว

ข้อกำหนดเบื้องต้นที่สำคัญสำหรับการเกิดขึ้นของ G.I. คือ: การค้นพบพลาสมิดที่มีความสามารถในการจำลองแบบอัตโนมัติและการเปลี่ยนจากเซลล์แบคทีเรียหนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งและปรากฏการณ์ของการถ่ายโอน - การถ่ายโอนยีนบางชนิดโดยแบคเทอริโอฟาจซึ่งทำให้สามารถกำหนดแนวคิดของเวกเตอร์ - โมเลกุลของพาหะของยีน

มีความสำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาวิธีการ G.I. เล่นโดยเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของกรดนิวคลีอิก: เอนไซม์จำกัด (จดจำลำดับ (ตำแหน่ง) ที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดในโมเลกุล DNA และ "ตัด" สายคู่ที่ตำแหน่งเหล่านี้), DNA ligases (ผูกโควาเลนต์กับชิ้นส่วน DNA แต่ละชิ้น), Reverse transcriptase (สังเคราะห์ RNA บนเทมเพลตเป็นสำเนา DNA เสริมหรือ cDNA) เป็นต้น เฉพาะการสร้างสรรค์งานศิลปะเท่านั้นที่มีอยู่ โครงสร้างได้กลายเป็นงานที่เป็นไปได้ทางเทคนิค เอนไซม์ถูกใช้เพื่อรับชิ้นส่วน DNA (ยีน) แต่ละชิ้นและสร้างลูกผสมโมเลกุล - recombinant DNA (recDNA) โดยอาศัย DNA ของพลาสมิดและไวรัส ส่วนหลังจะส่งยีนที่ต้องการเข้าไปในเซลล์เจ้าบ้าน เพื่อให้มั่นใจว่าจะมีการสืบพันธุ์ที่นั่น (การโคลน) และการก่อตัวของยีนขั้นสุดท้าย (การแสดงออกของมัน)

หลักการสร้างโมเลกุลดีเอ็นเอรีคอมบิแนนท์

คำว่า “จี.. และ." เริ่มแพร่หลายหลังจาก P. Berg และคณะ ในปี 1972 เป็นครั้งแรกที่ได้รับ recombinant DNA ซึ่งเป็นลูกผสมซึ่งมีการรวมชิ้นส่วน DNA ของแบคทีเรีย Escherichia coli, ไวรัส (bacteriophage lam) และ DNA ของไวรัส simian SV40 เข้าด้วยกัน ในปี 1973 เอส. โคเฮน และคณะ เราใช้พลาสมิด pSC101 และเอนไซม์จำกัด ( อีโค RI) ซึ่งทำลายมันในที่เดียวในลักษณะที่ "หาง" สายเดี่ยวที่เสริมสั้น ๆ (โดยปกติคือนิวคลีโอไทด์ 4-6) ถูกสร้างขึ้นที่ส่วนปลายของโมเลกุล DNA ที่มีเกลียวคู่ พวกมันถูกเรียกว่า "เหนียว" เพราะพวกมันสามารถผสมพันธุ์ (ติดกันเหมือนเดิม) ซึ่งกันและกันได้ เมื่อ DNA ดังกล่าวถูกผสมกับชิ้นส่วนของ DNA แปลกปลอมที่ได้รับการบำบัดด้วยเอนไซม์จำกัดเดียวกันและมีปลายเหนียวเหมือนกัน จะได้พลาสมิดลูกผสมใหม่ ซึ่งแต่ละชิ้นมีชิ้นส่วน DNA แปลกปลอมอย่างน้อยหนึ่งชิ้นที่ฝังอยู่ในนั้น อีโคตำแหน่ง RI ของพลาสมิด เห็นได้ชัดว่าชิ้นส่วนของ DNA แปลกปลอมต่างๆ ที่ได้รับจากทั้งจุลินทรีย์และยูคาริโอตที่สูงกว่านั้นสามารถแทรกเข้าไปในพลาสมิดดังกล่าวได้

กลยุทธ์หลักสมัยใหม่ในการรับ recDNA มีดังนี้:

1. ใน DNA ของพลาสมิดหรือไวรัสที่สามารถสืบพันธุ์ได้อย่างอิสระจากโครโมโซม ชิ้นส่วน DNA ของสิ่งมีชีวิตอื่นจะถูกแทรกเข้าไปซึ่งมีลักษณะบางอย่าง ยีนหรือลำดับนิวคลีโอไทด์ที่ได้รับเทียมซึ่งผู้วิจัยสนใจ
2. โมเลกุลลูกผสมที่ได้จะถูกนำเข้าไปในเซลล์โปรคาริโอตหรือยูคาริโอตที่ละเอียดอ่อน โดยที่พวกมันจะถูกจำลองแบบ (คูณ ขยาย) พร้อมกับชิ้นส่วน DNA ที่สร้างอยู่ภายใน
3. โคลนเซลล์จะถูกเลือกในรูปแบบของโคโลนีบนสารอาหารพิเศษ (หรือไวรัส - ในรูปแบบของโซนเคลียร์ - แผ่นโลหะบนชั้นที่มีการเจริญเติบโตอย่างต่อเนื่องของเซลล์แบคทีเรียหรือการเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อของสัตว์) ที่มีโมเลกุล recDNA ประเภทที่ต้องการและนำไปทดลอง เพื่อศึกษาโครงสร้างและหน้าที่อย่างครอบคลุม

เพื่ออำนวยความสะดวกในการเลือกเซลล์ที่มี recDNA จึงมีการใช้เวกเตอร์ที่มีเครื่องหมายตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป ตัวอย่างเช่น ในพลาสมิด ยีนต้านทานยาปฏิชีวนะสามารถทำหน้าที่เป็นเครื่องหมายดังกล่าวได้ (เซลล์ที่มี recDNA จะถูกเลือกตามความสามารถในการเติบโตเมื่อมียาปฏิชีวนะชนิดใดชนิดหนึ่ง) RecDNA ที่มียีนที่ต้องการจะถูกเลือกและนำเข้าสู่เซลล์ผู้รับ จากช่วงเวลานี้เป็นต้นไป การโคลนระดับโมเลกุลจะเริ่มต้นขึ้น - รับสำเนา recDNA และด้วยเหตุนี้จึงคัดลอกยีนเป้าหมายในองค์ประกอบของมัน เฉพาะในกรณีที่เป็นไปได้ที่จะแยกเซลล์ที่ถูกทรานส์เฟกหรือที่ติดเชื้อทั้งหมดออก แต่ละโคลนจะถูกแทนด้วยอาณานิคมของเซลล์ที่แยกจากกันและมีเซลล์เฉพาะ recDNA ในขั้นตอนสุดท้าย จะมีการระบุ (ค้นหา) โคลนที่มียีนที่ต้องการ ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าการแทรกเข้าไปใน recDNA จะกำหนดคุณสมบัติเฉพาะบางอย่างของเซลล์ที่มีอยู่ (เช่น ผลการแสดงออกของยีนที่แทรกไว้) ในการทดลองการโคลนระดับโมเลกุล จะมีการสังเกตหลักการพื้นฐาน 2 ประการ:

• ไม่มีเซลล์ใดที่มีการโคลน recDNA เกิดขึ้นไม่ควรได้รับพลาสมิดโมเลกุลหรืออนุภาคไวรัสมากกว่าหนึ่งอัน
• อย่างหลังจะต้องสามารถจำลองแบบได้

เป็นโมเลกุลเวกเตอร์ใน G.I. มีการใช้พลาสมิดและดีเอ็นเอของไวรัสหลากหลายชนิด เวกเตอร์การโคลนนิ่งที่ได้รับความนิยมมากที่สุดประกอบด้วยยีนทางพันธุกรรมหลายตัว เครื่องหมายและมีสถานที่ออกฤทธิ์เหมือนกันสำหรับเอนไซม์ที่มีข้อจำกัดต่างกัน ตัวอย่างเช่น ข้อกำหนดนี้เป็นไปตามพลาสมิด pBR322 ได้ดีที่สุด ซึ่งสร้างขึ้นจากพลาสมิดที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติโดยใช้วิธีการที่ใช้ในการทำงานกับ recDNA ประกอบด้วยยีนที่ต้านทานต่อแอมพิซิลลินและเตตราไซคลิน และมีจุดจดจำเอนไซม์จำกัดที่แตกต่างกัน 19 ชนิด กรณีพิเศษของเวกเตอร์การโคลนคือเวกเตอร์การแสดงออก ซึ่งร่วมกับการขยายสัญญาณ ทำให้แน่ใจได้ว่าการแสดงออกของยีนแปลกปลอมในเซลล์ผู้รับจะถูกต้องและมีประสิทธิภาพ ในบางกรณี เวกเตอร์โมเลกุลสามารถรับประกันการรวมตัวของ DNA แปลกปลอมเข้ากับจีโนมของเซลล์หรือไวรัส (เรียกว่าเวกเตอร์เชิงบูรณาการ)

หนึ่งในภารกิจที่สำคัญที่สุดของ G.I. - การสร้างสายพันธุ์ของแบคทีเรียหรือยีสต์ เส้นเซลล์ของเนื้อเยื่อของสัตว์หรือพืช ตลอดจนพืชและสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรม (ดูสิ่งมีชีวิตดัดแปลงพันธุกรรม) ซึ่งจะรับประกันการแสดงออกที่มีประสิทธิภาพของยีนที่โคลนในพวกมัน การผลิตโปรตีนในระดับสูงเกิดขึ้นได้เมื่อมีการโคลนยีนในเวกเตอร์ที่มีหลายสำเนาเพราะว่า ในกรณีนี้ยีนเป้าหมายจะปรากฏอยู่ในเซลล์ในปริมาณมาก สิ่งสำคัญคือลำดับการเข้ารหัส DNA อยู่ภายใต้การควบคุมของโปรโมเตอร์ที่ RNA polymerase ของเซลล์รับรู้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และ mRNA ที่ได้นั้นค่อนข้างเสถียรและแปลได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้โปรตีนจากต่างประเทศที่สังเคราะห์ในเซลล์ผู้รับไม่ควรถูกย่อยสลายอย่างรวดเร็วโดยโปรตีเอสในเซลล์ เมื่อสร้างสัตว์และพืชดัดแปรพันธุกรรม มักจะบรรลุการแสดงออกเฉพาะเนื้อเยื่อของยีนเป้าหมายที่แนะนำ

ตั้งแต่พันธุกรรม รหัสนั้นเป็นสากล ความเป็นไปได้ของการแสดงออกของยีนนั้นพิจารณาจากการมีอยู่ของสัญญาณสำหรับการเริ่มต้นและการสิ้นสุดของการถอดความและการแปลซึ่งเซลล์เจ้าบ้านรับรู้อย่างถูกต้อง เพราะ ยีนของยูคาริโอตที่สูงกว่าส่วนใหญ่มีโครงสร้างเอ็กซอน-อินตรอนที่ไม่ต่อเนื่อง อันเป็นผลมาจากการถอดรหัสของยีนดังกล่าว สารตั้งต้นของสารตั้งต้น RNA (pre-mRNA) จะเกิดขึ้น ซึ่งในระหว่างการต่อประกบตามมา ลำดับที่ไม่เข้ารหัส - อินตรอน แยกออกและเกิด mRNA ที่เจริญเต็มที่ ยีนดังกล่าวไม่สามารถแสดงออกในเซลล์แบคทีเรียที่ไม่มีระบบการประกบกัน เพื่อที่จะเอาชนะอุปสรรคนี้ สำเนา DNA (cDNA) จะถูกสังเคราะห์บนโมเลกุล mRNA ที่เจริญเต็มที่โดยใช้ Reverse Transcriptase จากนั้นจึงเติมสายที่สองโดยใช้ DNA polymerase ชิ้นส่วน DNA ดังกล่าวที่สอดคล้องกับลำดับการเข้ารหัสของยีน (ไม่แยกจากอินตรอนอีกต่อไป) สามารถแทรกเข้าไปในเวกเตอร์โมเลกุลที่เหมาะสมได้

เมื่อทราบลำดับกรดอะมิโนของโพลีเปปไทด์เป้าหมาย ก็เป็นไปได้ที่จะสังเคราะห์ลำดับนิวคลีโอไทด์ที่เข้ารหัสเพื่อให้ได้สิ่งที่เรียกว่า ยีนที่เทียบเท่าแล้วแทรกลงในเวกเตอร์นิพจน์ที่เหมาะสม เมื่อสร้างยีนที่เทียบเท่ากัน มักจะคำนึงถึงคุณสมบัติของความเสื่อมทางพันธุกรรมด้วย รหัส (กรดอะมิโน 20 ตัวถูกเข้ารหัสด้วยโคดอน 61 ตัว) และความถี่ของการเกิดโคดอนสำหรับกรดอะมิโนแต่ละตัวในเซลล์เหล่านั้นซึ่งมีการวางแผนว่าจะนำยีนนี้ไปใช้เพราะว่า องค์ประกอบของโคดอนอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญในสิ่งมีชีวิตต่างๆ รหัสที่เลือกอย่างถูกต้องสามารถเพิ่มการผลิตโปรตีนเป้าหมายในเซลล์ผู้รับได้อย่างมาก

ความสำคัญของพันธุวิศวกรรม

จี.ไอ. ขยายขอบเขตการทดลองอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากอนุญาตให้มีการนำเข้าสู่การแยกส่วน เซลล์จะพิมพ์ DNA ต่างประเทศและศึกษาหน้าที่ของมัน ทำให้สามารถระบุชีววิทยาทั่วไปได้ รูปแบบการจัดองค์กรและการแสดงออกของพันธุกรรม ข้อมูลในด้านต่างๆ สิ่งมีชีวิต แนวทางนี้ได้เปิดโอกาสในการสร้างจุลชีววิทยาพื้นฐานใหม่ ผู้ผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เช่นเดียวกับสัตว์และพืชที่มียีนจากต่างประเทศที่ทำงานตามหน้าที่ มน. โปรตีนของมนุษย์ที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพซึ่งก่อนหน้านี้ไม่สามารถเข้าถึงได้รวมถึง อินเตอร์เฟอรอน อินเตอร์ลิวกิน ฮอร์โมนเปปไทด์ ปัจจัยเกี่ยวกับเลือดเริ่มมีการผลิตในปริมาณมากในเซลล์ของแบคทีเรีย ยีสต์ หรือสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ ยิ่งไปกว่านั้น ยังเป็นไปได้ที่จะสร้างยีนที่เข้ารหัสโพลีเปปไทด์ไคเมอริกที่มีคุณสมบัติเป็นโปรตีนธรรมชาติตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปได้ ทั้งหมดนี้ทำให้เกิดแรงผลักดันอันทรงพลังในการพัฒนาเทคโนโลยีชีวภาพ

วัตถุหลักของ G.I. เป็นแบคทีเรีย เอสเชอริเคีย โคไล (เอสเชอริเคีย โคไล) และ บาซิลลัส ซับติลิส (หญ้าแห้งบาซิลลัส) ยีสต์ขนมปัง แซ็กคาโรมิกส์ cerevisiae, ถอดรหัส เซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ขอบเขตของวัตถุที่มีอิทธิพลทางพันธุวิศวกรรมกำลังขยายตัวอย่างต่อเนื่อง งานวิจัยเกี่ยวกับการสร้างพืชและสัตว์ดัดแปลงพันธุกรรมกำลังมีการพัฒนาอย่างเข้มข้น การใช้วิธี G.I มีการสร้างวัคซีนรุ่นใหม่ล่าสุดสำหรับต่อต้านสารติดเชื้อต่างๆ (รุ่นแรกถูกสร้างขึ้นจากยีสต์ที่ผลิตโปรตีนบนพื้นผิวของไวรัสตับอักเสบบีของมนุษย์) มีการให้ความสนใจเป็นอย่างมากกับการพัฒนาพาหะการโคลนนิ่งโดยใช้ไวรัสของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และการใช้พวกมันเพื่อสร้างวัคซีนโพลีวาเลนต์ที่มีชีวิตสำหรับความต้องการด้านสัตวแพทย์และการแพทย์ เช่นเดียวกับพาหะระดับโมเลกุลสำหรับยีนบำบัดของเนื้องอกมะเร็งและโรคทางพันธุกรรม วิธีการได้รับการพัฒนาสำหรับการแนะนำ recDNA เข้าสู่ร่างกายของมนุษย์และสัตว์โดยตรง ซึ่งควบคุมการผลิตแอนติเจนต่างๆ ในเซลล์ของพวกเขา สารติดเชื้อ (การฉีดวัคซีน DNA) ทิศทางใหม่ล่าสุดของ G.I. คือการสร้างวัคซีนที่บริโภคได้โดยใช้พืชดัดแปลงพันธุกรรม เช่น มะเขือเทศ แครอท มันฝรั่ง ข้าวโพด ผักกาดหอม เป็นต้น ทำให้เกิดโปรตีนที่สร้างภูมิคุ้มกันของสารติดเชื้อ

ความกังวลที่เกี่ยวข้องกับการทดลองทางพันธุวิศวกรรม

ไม่นานหลังจากการทดลองรับ recDNA ครั้งแรกที่ประสบความสำเร็จ กลุ่มนักวิทยาศาสตร์ที่นำโดย P. Berg เสนอให้จำกัดการดำเนินการทดลองทางพันธุวิศวกรรมจำนวนหนึ่ง ความกังวลเหล่านี้ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสิ่งมีชีวิตที่มีพันธุกรรมแปลกปลอม ข้อมูลเป็นสิ่งที่คาดเดาได้ยาก พวกเขาอาจได้รับลักษณะที่ไม่พึงประสงค์และทำลายสิ่งแวดล้อม สมดุล นำไปสู่การเกิดและการแพร่กระจายของโรคผิดปกติในคน สัตว์ และพืช นอกจากนี้ยังพบว่าการแทรกแซงของมนุษย์ในด้านพันธุกรรม เครื่องมือของสิ่งมีชีวิตนั้นผิดศีลธรรมและอาจก่อให้เกิดผลทางสังคมและจริยธรรมที่ไม่พึงประสงค์ ในปี พ.ศ. 2518 ปัญหาเหล่านี้ได้ถูกหารือกันในการประชุมระหว่างประเทศ การประชุมที่ Asilomar (สหรัฐอเมริกา) ผู้เข้าร่วมสรุปว่าจำเป็นต้องใช้วิธี G.I ต่อไป แต่ต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดบังคับ กฎและคำแนะนำ ต่อมากฎเหล่านี้ซึ่งจัดตั้งขึ้นในหลายประเทศก็ผ่อนคลายลงอย่างมากและลดลงเหลือวิธีการปกติในจุลชีววิทยา วิจัยสร้างสรรค์ผลงานพิเศษ อุปกรณ์ป้องกันที่ป้องกันการแพร่กระจายของสารชีวภาพ สารในสิ่งแวดล้อม การใช้พาหะที่ปลอดภัยและเซลล์ผู้รับที่ไม่แพร่พันธุ์ในสภาพธรรมชาติ

มักจะอยู่ภายใต้ G.i. เข้าใจการทำงานกับ recDNA เท่านั้นและเป็นคำพ้องสำหรับ G.I. มีการใช้คำว่า "การโคลนโมเลกุล", "การโคลน DNA", "การโคลนยีน" อย่างไรก็ตาม แนวคิดทั้งหมดนี้สะท้อนถึงเนื้อหาของการดำเนินการทางพันธุวิศวกรรมส่วนบุคคลเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่เทียบเท่ากับคำว่า G.I ในรัสเซียเป็นคำพ้องความหมายสำหรับ G.I. คำว่า "พันธุวิศวกรรม" ถูกใช้กันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม เนื้อหาความหมายของคำเหล่านี้แตกต่างออกไป: G.i. มุ่งสร้างสิ่งมีชีวิตที่มีพันธุกรรมใหม่ โปรแกรม ในขณะที่คำว่า “พันธุวิศวกรรม” อธิบายถึงวิธีการทำ เช่น ผ่านการยักย้ายยีน

วรรณกรรม

เชลคูนอฟ เอส.เอ็น.การโคลนยีน โนโวซีบีสค์ 2529; วัตสัน เจ., เอซ เจ.,เคิร์ตซ์ ดี. DNA ลูกผสม: หลักสูตรระยะสั้น ม., 1986; การโคลนดีเอ็นเอ วิธีการ ม. , 1988; ใหม่ในการโคลน DNA: Methods M., 1989 เชลคูนอฟ เอส.เอ็น.พันธุวิศวกรรม. ฉบับที่ 2, โนโวซีบีสค์, 2547