# Генетик инженерия

|  |
| --- |
| Генетик инженерия |
|  |
|  Генетик инженерия Викимилектә |

**Генетик инженерия (ген инженерияһы)** — рекомбинант РНК һәм ДНК алыу, организмдан (күҙәнәктәрҙән) гендар бүлеп сығарыу, гендар менән манипуляциялар үткәреү, уларҙы башҡа организмдарға индереү һәм һайланған гендарҙы ДНК-нан юҡ иткәндән һуң яһалма организмдар үҫтереү алымдары, ысулдары һәм технологиялары йыйылмаһы . Генетик инженерия киң мәғәнәлә фән түгел, ә *биотехнология* ҡоралы булып тора, ул молекуляр һәм күҙәнәктәр биологияһы, генетика, микробиология, вирусология кеүек биологик фәндәрҙең ысулдарын ҡуллана.

## Иҡтисади әһәмиәте

Ген инженерияһы үҙгәртелеүсе йә генетик модификацияланған организмда теләнгән сифаттарҙы алыу өсөн хеҙмәт итә. Генотипҡа ситләтелгән йоғонто ғона яһаусы традицион селекциянан айырмалы, ген инженерияһы, молекуляр клонлаштырыу техникаһын ҡулланып, туранан-тура генетик аппаратҡа ҡыҫылыу мөмкинлеген бирә. Мәҫәлән, ген инженерияһы ярҙамында иген культураларының генетик модификацияланған сорттары алына, гендары модификацияланған бактериялар ҡулланып, кеше инсулины эшләнә, күҙәнәктәр культураһынан эритропоэтин алына, ғилми тикшеренеүҙәр өсөн эксперименталь сысҡандарҙың яңы тоҡомдары сығарыла.

Ауырыуҙарҙы дауалау өсөн үҙгәртеп ҡоролған ДНК-лы бактерияларҙы файҙаланыу буйынса тәүге тәжрибәләр үткәрелә.

Кения кешеләре кукуруздың зарарлы бөжәктәргә ҡаршы тороусан яңы трансген сорты үҫешен күҙәтә
Бактериаль күҙәнәк микробиология, биосинтетика сәнәғәтенең нигеҙе булып тора. Сәнәғәт етештереүе өсөн күҙәнәктәр кәрәк булған билдәләренә ҡарап һайлана, ул билдәләрҙең иң әһәмиәтлеһе — ниндәй ҙә булһа берләшмәне — аминокислотаны йә антибиотикты, стероидлы гормонды йә органик кислотаны мөмкин тиклем күберәк етештереү, синтезлау. Ҡайһы берҙә «аҙыҡ» сифатында нефтте йә ҡалдыҡ һыуҙарҙы ҡулланырға һәм уларҙы биомасса йә хатта аҙыҡ өҫтәмәләренә яраҡлы аҡһым итеп эшкәртергә һәләтле микроорганизм кәрәк була. Ҡайһы саҡта юғары температураларҙа йә микроорганизмдарҙың башҡа төрҙәре өсөн һәләкәтле матдәләр мөхитендә үҫешергә һәләтле организмдарға ихтыяж тыуа.

Бындай сәнәғәт штамдарын алыу бурысы бик мөһим, уларҙы үҙгәртеү һәм һайлап алыу өсөн күҙәнәккә әүҙем йоғонто яһауҙың күп һанлы алымдары эшләнгән  — көслө ағыуҙар менән тәьҫир итеүҙән алып радиоактив нурландырыуға тиклем. Был алымдарҙың маҡсаты бер — күҙәнәктең нәҫелдән килгән генетик аппаратын үҙгәртеү. Уларҙың һөҙөмтәһе — күп һанлы мутант микробтар алыу, был йөҙҙәрсә һәм меңдәрсә мутанттарҙан ғалимдар теге йәки был маҡсатҡа иң яраҡлыһын һайлап ала. Химик йә радиацион мутагенез алымдарын сығарыу биологияның таң ҡалғыс ҡаҙанышы була һәм хәҙерге биотехнологияла киң ҡулланыла.

Ләкин уларҙың мөмкинлектәре микроорганизмдарҙың тәбиғәте менән сикләнә. Улар үҫемлектәрҙә, айырыуса дарыу һәм эфир майҙарына бай үҫемлектәрҙә тупланған ҡиммәтле матдәләрҙең күбеһен синтезарғә һәләтһеҙ. Хайуандарҙың һәм кешенең организмында синтезланған һәм уларҙың йәшәүе өсөн айырата мөһим булған матдәләрҙе, ҡайһы бер ферменттарҙы, пептидлы гормондарҙы, иммун аҡһымдарын, интерферондарҙы һәм башҡа ярайһы уҡ ябай берләшмәләрҙе синтезлай алмай. Әлбиттә, микроорганизмдарҙың мөмкинлектәре асылып бөтмәгән. Бик күп төрлө микроорганизмдарҙың бик әҙ өлөшө генә фән һәм сәнәғәттә ҡулланылыу тапҡан. Микроорганизмдар селекцияһы өсөн, мәҫәлән, кислородһыҙ йәшәүсе анаэроб бактериялар, яҡтылыҡ энергияһын ҡулланыусы фототрофтар, хемоавтотрофтар, 110 °C самаһы температурала йәшәргә һәләтле термофиль бактериялар һәм башҡалар ҙур ҡыҙыҡһыныу уята.

Шулай ҙа «тәбиғи материалдың» сикләнгәнлеге көн кеүек асыҡ. Сикләүҙәрҙе үҫемлектәр менән хайуандарҙың күҙәнәктәр культуралары һәм туҡымалары ярҙамында урап үтергә тырышалар. Был мөһим юл биотехнологияла ла ҡулланыла. Һуңғы бер нисә тиҫтә йылда ғалимдар үҫемлек йә хайуан туҡымаларының ҡайһы бер күҙәнәктәрен бактерия күҙәнәктәре кеүек организмдан башҡа үҫергә һәм үрсергә мәжбүр иткән ысулдар тапты. Был ҡаҙаныш бик мөһим — алынған күҙәнәк культуралары эксперименттар өсөн һәм бактериаль культуралар ярҙамында алып булмаған ҡайһы бер матдәләрҙе сәнәғәттә алыу өсөн ҡулланыла.

Тикшеренеүҙәрҙең икенсе йүнәлеше — аҡһымдарҙы кодлау һәм организмдың эшмәкәрлеге өсөн кәрәге булмаған гендарҙы ДНК-нан юҡ итеү һәм бындай ДНК-лар нигеҙендә гендарҙың "тулы булмаған йыйынтығына" эйә яһалма организмдар эшләү. Был модификацияланыусы организмдарҙың вирустарға ҡаршы тороусанлығын киҫкен арттыра.

## Үҫеш тарихы һәм ысулдары

XX быуаттың икенсе яртыһында **ген инженерияһы** нигеҙенә ятҡан бер нисә мөһим асыш һәм уйлап табыу яһала. Гендарға «яҙылған» биологик мәғлүмәтте «уҡыу» буйынса күп йыллыҡ тырышлыҡтар уңышлы тамамлана. Был эш инглиз ғалимы Фредерик Сенгер һәм Америка ғалимы Уолтер Гилберт (химия буйынса 1980 йылғы Нобель премияһы) тарафынан башлана. Билдәле булыуынса, гендарға организмда РНК молекулаларын һәм аҡһымдарҙы, шул иҫәптән ферменттарҙы синтезлау өсөн ҡулланма мәғлүмәт яҙылған. Күҙәнәкте уның өсөн ғәҙәти булмаған яңы матдәләрҙе синтезларға мәжбүр итеү өсөн, унда ферменттарҙың тейешле йыйылмалары синтезланырға тейеш. Ә бының өсөн йә ундағы гендарҙы маҡсатҡа йүнәлешле үҙгәртеү, йә унда булмаған яңы гендар индереү талап ителә. Тере күҙәнәктәрҙәге гендарҙың үҙгәреше — ул мутациялар. Улар, мәҫәлән, мутагендар — химик ағыуҙар йә нурланыштар — йоғонтоһо аҫтында бара. Ләкин бындай үҙгәрештәрҙе контролдә тотоп йә йүнәлтеп булмай. Шунлыҡтан ғалимдар күҙәнәктәргә кешегә кәрәкле яңы, аныҡ гендар индереү ысулдары эшләү менән мәшғүл.

Генетик инженерия ысулдарының (ингл. Genetic engineering techniques) бөтәһе лә ген инженерияһы алдындағы сираттағы бурыстарҙы үтәү өсөн ҡулланыла. Бына ул бурыстар:

1. Изоляцияланған ген алыу.
2. Генды векторға индереү һәм артабан организмға күсереү.
3. Векторҙы ген менән бергә модификацияланыусы организмға күсереү.
4. Организм күҙәнәктәрен үҙгәртеү.
5. Генетик модификацияланған организмдарҙы (**ГМО**) һайлап алыу һәм уңышһыҙ модификацияланғандарын юҡ итеү.

Хәҙерге заманда гендарҙы синтезлау бик һәйбәт эшләнгән һәм хатта ярайһы ҙур кимәлдә автоматлаштырылған. ЭВМ-лы махсус аппараттар бар, уларҙың хәтеренә төрлө нуклеотид эҙмә-эҙлелектәр синтезы программаларын һалалар. Бындай аппарат 100—120 азотлы нигеҙгә тиклем оҙонлоҡтағы ДНК киҫектәрен (олигонуклеотидтар) синтезлай. ДНК синтезы, шул иҫәптән мутантлыһы өсөн дә, полимеразалы сынйыр реакцияһын синтезлау техникаһы барлыҡҡа килгән. Унда термототороҡло фермент, ДНК полимеразаһы ДНК матрицаһы синтезы өсөн файҙаланыла, уны отҡоусы итеп нуклеин кислотаһының яһалма синтезланған киҫәксәләре — олигонуклеотидтар ҡулланыла. Кире транскриптаза ферменты бындай отҡоусылар (праймерҙар) ярҙамында ДНК-ны РНК күҙәнәктәренән алынған матрицала синтезлау мөмкинлеген бирә. Ошо рәүешле синтезланған ДНК комплементар (РНК) йәки кДНК тип атала. Айырымланған, «химик яҡтан таҙа» ген фаг китапханаһынан да алынырға мөмкин. Геномдың йә кДНК-ның фаг тарафынан үҙенең бөтә ДНК-һы менән ҡабат тыуҙырылыусы осраҡлы фрагменттары өҫтәлгән бактериофаг препараты шулай тип атала.

Генды векторға индереп ҡуйыр өсөн ферменттар — рестриктазалар һәм лигазалар ҡулланалар, улар ҙа ген инженерияһының файҙалы ҡоралы булып тора. Рестриктазалар ярҙамында генды һәм векторҙы киҫәктәргә бүлеп була. Лигазалар ярҙамында был киҫәксәләр бергә «йәбештерелә», яңы ген яһап йә уны векторға индереп, башҡа комбинация хасил ителә. Рестриктазаларҙы асҡан өсөн Вернер Арбер, Даниел Натанс һәм Хамилтон Смит Нобель премияһына лайыҡ була (1978).

Гендарҙы бактерияға индереү техникаһы Фредерик Гриффит бактериаль трансформация күренешен асҡандан һуң эшләнә. Был күренеш нигеҙендә примитив енси процесс ята, унда бактерияларҙа хромосомаһыҙ ДНК-ның бәләкәс кенә фрагменттары, плазмидтар менән алмашыу бара. Плазмидлы технологиялар бактерияларҙың күҙәнәктәренә яһалма гендар индереү нигеҙенә ята.

Әҙер генды үҫемлектәрҙең һәм хайуандарҙың нәҫел аппаратына индереү айырыуса ауыр була. Әммә тәбиғәттә сит-ят ДНК-ның (вирустыҡы йә бактериофагтыҡы) күҙәнәктең генетик аппаратына уның алмашыу механизмдары ярҙамында инеп ултырыу һәм «үҙ» аҡһымын синтезлай башлау осраҡтары бар. Ғалимдар сит-ят ДНК-ның үтеп инеү үҙенсәлектәрен өйрәнә һәм генетик материалды күҙәнәккә индереү өсөн шул принципты ҡуллана. Был процесс трансфекция тип атала.

Модификацияға бер күҙәнәклеләр йә күп күҙәнәкле организмдарҙың күҙәнәк культуралары дусар ителеү клонлаштырыу була, был баҫҡыста модификацияға дусар ителгән организмдарҙан һәм уларҙың тоҡомдарынан (клондарынан) һайлап алына. Ә күп күҙәнәкле организмдар алыу бурысы ҡуйылғанда, үҙгәртелгән генотиплы күҙәнәктәрҙе үҫемлектәрҙең вегетатив үрсеүе өсөн ҡулланалар йә, хайуандар тураһында һүҙ барғанда, бластоцисталарҙы суррогат инәгә индерәләр. Һөҙөмтәлә үҙгәртелгән йә үҙгәртелмәгән генотиплы тыуым барлыҡҡа килә, улар араһынан көтөлгән үҙгәрештәре булғандарын ғына һайлап алып, бер-береһе менән ҡауыштыралар.

## Ғилми тикшеренеүҙәрҙә ҡулланыу

**Генды нокаутлау**. Теге йәки был гендың функцияларын өйрәнеү өсөн генды нокаутлау (ингл. gene knockout) ҡулланылырға мөмкин. Бер йә бер нисә генды алып ташлау техникаһы шулай тип атала, ул ошо мутацияның эҙемтәләрен өйрәнергә мөмкинлек бирә. Нокаутлау өсөн шул уҡ генды йә уның фрагментын үҙ функцияһын юғалтырлыҡ итеп синтезлайҙар. Тормошҡа ашырыу ысулдары: цинк бармаҡ, морфолино һәм TALEN. Нокаутлы сысҡандар сығарыу өсөн алынған ген инженерияһы конструкцияһын яралғыларҙың үҙәк күҙәнәктәргә индерәләр, унда конструкция соматик рекомбинацияға дусар ителә һәм ҡәҙимге генды алмаштыра, ә үҙгәртелгән гендарҙы суррогат инәнең бластоцистаһына имплантациялайҙар. Емеш-еләк себене булған дрозофиланы ҙур популяцияла мутациялайҙар, шунан унда кәрәкле мутациялы тоҡомдо эҙләйҙәр. Ошондай уҡ ысул менән үҫемлектәрҙә һәм микроорганизмдарҙа мутация алалар.

**Яһалма экспрессия**. Яһалма экспрессия нокаутҡа өҫтәмә булып тора, ул организмға унда бығаса булмаған генды өҫтәүҙән ғибәрәт. Ген инженерияһының был ысулын да гендарҙың функцияларын өйрәнеү өсөн ҡулланып була. Өҫтәмә гендарҙы индереү нокауттағы кеүек үк бара, тик булғандары алмаштырылмай һәм боҙолмай.

Йәшел флуоресцент аҡһымдың төҙөлөш схемаһы
**Ген продукттарын визуализациялау**. Ген продуктын локалләштереүҙе өйрәнеү бурысы торғанда ҡулланыла. Тамғалау ысулдарының береһе ҡәҙимге генды репортёр элемент, мәҫәлән, йәшел флуоресцент аҡһым (GFP) күҙәнәге менән ҡушып хасил ителгән генға алмаштырыуҙан тора. Зәңгәр төҫтә флуоресценциялаусы был аҡһым ген модификацияһы продуктын күреү өсөн ҡулланыла. Был техника уңайлы, файҙалы булһа ла, тикшерелеүсе аҡһымдың өлөшләтә йә тулыһынса функцияһын юғалтыуы ихтимал. Бик үк уңайлы булмаған тағы бер ысул — тикшерелеүсе аҡһымға олигопептидтар өҫтәү.

**Экспрессия механизмын тикшереү**. Бындай эксперименттарҙа гендың экспрессияланыу шарттарын өйрәнеү бурысы тора. Экспрессияның үҙенсәлектәре бөтәһенән элек ДНК-ның кодланыусы өлкә алдында урынлашҡан, промотор тип аталған һәм транскрипция факторҙарын бәйләү өсөн хеҙмәт иткән бәләкәй генә бер участкаһына бойондороҡло. Был участканы организмға индерәләр, уның артына үҙ гены урынына репортер генды урынлаштыралар.

## Кеше гены инженерияһы

Кешегә ҡарата ген инженерияһы нәҫел ауырыуҙарын дауалауҙа ҡулланыла алыр ине. Ләкин техник йәһәттән пациенттың үҙен дауалау менән уның нәҫеленең геномын үҙгәртеү араһында ҙур айырма бар.

Өлкән кешенең геномын үҙгәртеү бурысы хайуандарҙың ген инженерияһына дусар ителгән тоҡомдарын сығарыуға ҡарағанда ҡатмарлыраҡ, сөнки был осраҡта йомортҡа күҙәнәге-яралғының ғына түгел, ә формалашып бөткән организмдың күп һанлы күҙәнәктәренең геномын үҙгәртеү талап ителә. Бының өсөн вирус киҫәксәләрен вектор сифатында ҡулланыу тәҡдим ителә. Вирус киҫәксәләре өлкән кеше күҙәнәктәренең күбеһенә үтеп инә һәм һәм үҙенең нәҫел мәғлүмәтен индерә ала; организмда вирус киҫәксәләренең үрсеүен контролдә тотоп була. Ваҡытлы матбуғатта был технология ныҡ тәнҡитләнә: ген инженерияһы вирустарын хасил итеү күптәр тарафынан бөтә кешелеккә янаған хәүеф тип ҡабул ителә.

Ген терапияһы ярҙамында киләсәктә кеше геномын үҙгәртеү ихтималлығы бар. Әле кеше геномын үҙгәртеүҙең һөҙөмтәле ысулдары эшләнеү һәм приматтарҙа тикшерелеү баҫҡысын үтә. Оҙаҡ ваҡыттар маймылдарҙың генетик инженерияһы етди ауырлыҡтар менән осрашты, әммә 2009 йылда эксперименттар уңыш ҡаҙанды: Nature журналында ир енесле өлкән маймылды дальтонизмдан дауалау өсөн ген инженеррияһының вирус векторҙарын уңышлы ҡулланыу тураһында мәғлүмәт баҫылды. Шул уҡ йылды генетик модификацияланған (модификацияланған йомортҡа күҙәнәктән үҫтерелгән) беренсе примат — ябай игрунка (*Callithrix jacchus*) тоҡом бирҙе.

Ген инженерияһы түлһеҙлектең ҡайһы бер төрҙәре арҡаһында бала таба алмаған ҡатын-ҡыҙҙарға ауырға ҡалыу мөмкинлеген бирә. Бының өсөн сәләмәт ҡатындың йомортҡа күҙәнәктәре ҡулланыла. Һөҙөмтәлә бала бер атайҙың һәм ике әсәйҙең генотибын мираҫ итеп ала.

Әммә кеше геномына ҙурыраҡ үҙгәрештәр индереү мөмкинлеге етди этик проблемалар менән осраша. 2016 йылда АҠШ-та ғалимдарҙың бер төркөмө пациенттың үҙенең иммун күҙәнәктәрен CRISPR/Cas9 ысулы менән ген модификацияһына дусар итеп, рактан дауалау ысулына клиник һынауҙар үткәреүгә хуплау алды.

2018 йыл аҙағында Ҡытайҙа яралғы осоронда геномдары CRISPR/Cas ысулы менән яһалма үҙгәртелгән (CCR5 гены һүндерелгән) ике бала тыуа, был ваҡиға 2016 йылда башланған ВИЧ менән көрәшкә бәйле була. Балаларҙың атаһы ВИЧ инфекциялы була, ә балалар, белдерелеүенсә, сәләмәт булып тыуа
. Эксперимент санкцияланмағанлыҡтан (быға тиклем кеше яралғыһы өҫтәндә эксперименттарға рөхсәт яралғының иртә стадияһында һәм эксперимент материалын артабан юҡ итеү шарты менән, йәғни яралғыны инәлеккә индермәү һәм баланы тыуҙырмау шарты менән генә, бирелгән була), уның өсөн яуаплы ғалим үҙе белдергәндәргә иҫбаттар тәҡдим итә, белдереү геномды мөхәррирләү буйынса халыҡ-ара конференцияла яһала. 2019 йылдың ғинуар аҙағында Ҡытай властары был эксперименттың үткәрелгәнлеген рәсми раҫлай. Ә ғалимға ғилми эшмәкәрлек менән шөғөлләнеү тыйыла һәм ул ҡулға алына.

## Күҙәнәк инженерияһы

Күҙәнәк инженерияһы үҫемлек һәм хайуан күҙәнәктәрен һәм туҡымаларын организмдан тыш кеше өсөн кәрәкле матдәләрҙе етештерергә һәләтле итеүҙән ғибәрәт. Был ысул үҫемлектәрҙең ҡиммәтле формаларын клонлы (енесһеҙ) үрсетеү; гибрид күҙәнәктәр, мәҫәлән, ҡан лимфоциттары менән шеш күҙәнәктәре үҙенсәлектәре ҡушылған күҙәнәктәр (улар тиҙ генә антителолар барлыҡҡа килтереү өсөн кәрәк) алыу өсөн хеҙмәт итә.

## Рәсәйҙә генетик инженерия

ГМО-ға дәүләт теркәүе индергәндән һуң ҡайһы бер йәмәғәт ойошмаларының һәм Дәүләт думаһының айырым депутаттарының Рәсәй ауыл хужалығына инновациялы биотехнологиялар индереүгә ҡаршы әүҙемлеге артыуы билдәләнә.
350-нән ашыу Рәсәй ғалимы Рәсәй Федерацияһында ген инженерияһын үҫтереүҙе хуплау тураһында Фәнни эшмәкәрҙәр йәмғиәтенең асыҡ хатына ҡул ҡуя. Асыҡ хатта билдәләнеүенсә, Рәсәйҙә ГМО-ны тыйыу ауыл хужалығы продукцияһы баҙарында сәләмәт конкуренцияға зыян килтереп кенә ҡалмаясаҡ, аҙыҡ-түлек етештереү технологиялары өлкәһендә ныҡлы артта ҡалыуға, аҙыҡ-түлек импортынан бойондороҡлолоҡҡа килтерәсәк һәм инновациялы үҫешкә йүнәлеш тотоуын рәсми белдергән Рәсәйҙең дәүләт булараҡ абруйы ҡаҡшаясаҡ[*<span style="" title="Википедия:Значимость факта">значимость факта?</span>*].

## Шулай уҡ ҡарағыҙ

* Биоинженерия
* Биотехнология
* Генетик модификацияланған организм
* Геномика
* Геном китаханаһы
* Инженер биологияһы
* Клонлаштырыу
* Молекуляр генетика
* Синтетик биология
* CRISPR
* BioBrick

## Иҫкәрмәләр

## Әҙәбиәт

* *Сингер М., Берг П.* Гены и геномы. — Москва, 1998.
* *Стент Г., Кэлиндар Р.* Молекулярная генетика. — Москва, 1981.
* *Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T.* Molecular Cloning. — 1989.
* *Панчин А. Ю.* Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей. — М.:АСТ. — 2015. — 432 с. ISBN 978-5-17-093602-1
* *Патрушев Л. И.* Искусственные генетические системы. — М.: Наука, 2004. — ISBN 5-02-032893-6
* *Рифкин Дж., Говард Т..* Who Should Play God? The Artificial Creation of Life and What It Means for the Future of the Human Race. — N. Y.: Dell Publishing, 1977. — 272 p. — (Dell non-fiction). — ISBN 0-440-19504-7.
* *Щелкунов С. Н.* Генетическая инженерия. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2010. — ISBN 5-379-00335-4, ISBN 978-5-379-00335-7
* Щелкунов С. Н. Генетическая инженерия [Текст]: учеб.-справ. пособие / С. Н. Щелкунов. — 4-е изд., стер. — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2010
* **Gene Correction**. Methods and Protocols. Series: Methods in Molecular Biology, Vol. 1114 Storici, Francesca (Ed.), 2014. — ISBN 978-1-62703-760-0
* Thomas Gaj,Charles A. Gersbach,Carlos F. Barbas (2013) ZFN, TALEN, and CRISPR/Cas-based methods for genome engineering. Trends in Biotechnology, 31(7), 397—405, DOI:10.1016/j.tibtech.2013.04.004

## Һылтанмалар

* Крупнейший в России портал молекулярных биологов
* Alberts et al. Molecular Biology of the Cell
* T.A.Brown. Genomes