-Mavzu: Hayvonlarda gen muhandisligi

7-Mavzu: Hayvonlarda gen muhandisligi
Reja:
1. Organ, to‘qima va hujayralarni in vitroda o‘stirish texnikasi
2.Hayvonlarda gen muhandisligi.
3.Har-xil hayvonlarning in vitro urug‘lantirish, embrionlarni turlararo ko‘chirib o‘tkazish va ximer hayvonlar olish texnologiyasi.
Ma’ruza mavzusi bayoni
Hujayra biotexnologiyasi – hujayra, to‘qima va protoplastlarni ishlatishga asoslanadi. Hujayralarni manipulyasiya (faoliyatiga qandaydir o‘zgarishlar kiritish) qilish uchun, ularni o‘simlikdan ajratib olish, o‘simlik organizmidan tashqarida yashashi va ko‘payishi uchun sharoit tug‘dirib berish lozim. Ajratib olingan hujayra va to‘qimalarni sun’iy oziqa muhitida, steril sharoitda (in vitro) o‘stirish usuli ajratilgan to‘qimalar kulturasi deb nom oldi va ularni biotexnologiyada ishlatish mumkinligi sababli katta ahamiyat kasb etdi.
Biotexnologiya uzoq - uzoqlardan ma’lum bo‘lsada, alohida amaliy fan sifatida o‘tgan asrni ikkinchi yarmidan boshlab, insoniyat eng avvalo o‘zi uchun o‘ta zarur bo‘lgan ya’ni oziq-ovqat, energetika, zahira (resurs), atrof – muhit muhofazasi va h.k. muammolarni tubdan yangi asosda yechishi zarurligini sezganidan keyin mujassamlana boshlandi. Biotexnologik jarayonlar sun’iy oziqa muhitida o‘stirilgan mikroorganizmlar, o‘simlik va hayvon to‘qimalari, hujayralari va organellalaridan foydalanishga asoslanadi. Hozirgi vaqtda dunyoni ko‘plab mamlakatlarida biotexnologiyani rivojlanishiga alohida e’tibor berilmoqda. Bunga asosiy sabab, biotexnologiyani boshqa texnologiyalarga nisbatan bir qator ustunlikka egaligidir. Masalan, biotexnologik jarayonlar juda kam energiya talab qiladilar, deyarli chiqindisiz, ekologik toza va h.k. Shuning bilan bir qatorda, biotexnologiya standart jihozlardan va preparatlardan foydalanadi va iqlim sharoitiga qaramasdan hamda ko‘p maydon egallamagan holda jarayonlarni yil bo‘yi o‘tkazishga asoslanadi. Aytib o‘tilgan ustunliklar, o‘simliklarni va hayvonlarni hujayralari, to‘qimalari va organlariga ham tegishlidir.
Yirik shoxli hayvonlar. Urug‘lantirish jarayoni Tiroyda muhitida bir tomchisida amalga oshiriladi. In vitro sharoitida, yetilgan oositlar atrofidagi pishib yetilmagan hujayralardan qisman tozalanadi va mikrotomchi holatida 5 tadan oositlardan iborat qilib boshqa idishga ko‘chiriladi. Har bir idishga 2-5 mkl dan spermatazoid suspenziyasi solinadi. (1 tomchida spermatazoidlarni miqdori 1-1,5 mln dan kam bo‘lmasligi kerak.) Urug‘langandan 44-48 soat o‘tgach, oositlarni bo‘linish jarayoni kuzatiladi. Keyin embrionlar bir qavat (monosloy)li epitelialli hujayralar ustiga qo‘yiladi va yana 5 kunga rivojlanish uchun qoldiriladi.
Qo‘ylar. Qo‘ylarda urug‘lanish jarayoni ikki usul bilan tekshirilgan: birinchi in vitro usuli, ikkinchi follikulyarli oositlarni urug‘langan tuxum yo‘liga kiritish usuli. Yirik shoxli hayvonlar singari, qo‘ylarda ham urug‘langan tuxum hujayralarning soni follikulyarli va ovulyatsiyalangan oositlar sperma bilan birga tuxum yo‘liga yuborilganda ko‘proq bo‘lishi kuzatilgan. Urug‘lantirish tizimini in vitro sharoitida ishlatilganda bunday hujayralar soni juda ham kam ekanligi aniqlangan.
Cho‘chqalar. Hozirgi vaqtgacha cho‘chqalar oositlarni in vitro sharoitida urug‘lantirish yo‘llari ma’lum emas. Ammo ba’zi—bir olimlar o‘stirilgan spermalarni pishib yetilgandan keyin cho‘chqa oositlariga o‘tishini in vitro sharoitida kuzatganlar. Bunday sharoitda ko‘proq polispermiya hosil bo‘lganligi va oositlar rivojlanmaganligi aniqlangan. Cho‘chqalarni yosh embrionlarini in vitro holatda o‘stirilganda yaxshiroq natijalar olingan. Masalan, birdan to‘rttagacha hujayraga ega bo‘lgan cho‘chqa embrionlarini in vitro sharoitida 48 soat davomida o‘stirilib, ularni jarrohlik yo‘li bilan ko‘chirilganda 13 ta cho‘chqadan ikkitasida homila paydo bo‘lganligi aniqlangan. Sakkiz hujayrali embrionlarni 48 soat davomida blastositlar bosqichigacha o‘stirilib, ko‘chirilganda 19 ta cho‘chqaning 10 tasida homila paydo bo‘lganligi, lekin o‘tkazilgan dona embriondan atigi 51 tasi tirik qolganligi kuzatilgan.
Ma’lumki, embrionlarni ko‘chirib o‘tkazish faqatgina bir turga mansub bo‘lgan urg‘ochi hayvonlar orasidagina yaxshi natijalar ko‘rsatadi. Embrionlarni echkidan qo‘yga, yoki qo‘ydan echkiga o‘tkazilganda, ma’lum vaqt rivojlansalarda ular avlod bermaydi. Bunga asosiy sabab boshqa hayvon antigeniga nisbatan urg‘ochi hayvonning immunologik reaksiyasi oqibatida plansetalarni funksiyalarini buzilishidir. Bunday holat mikrojarrohlik usullari yordamida ximerli embrionlar olish yo‘llari bilan tuzatilishi mumkin. Eng avval, bir turga mansub bo‘lgan hayvonlarning embrionlaridagi blastomerlarni qo‘shish orqali ximerli hayvonlar olingan. Shu maqsad yo‘lida 2, 4, 8 hujayrali qo‘sh embrionlarni qo‘shib murakkab ximerlar olingan. Murakkab birlashgan embrionlarning har biri 2 tadan 8 tagacha erkak va urg‘ochi hayvonlardan iborat bo‘lgan barobar sonli embrionlar blastomerlaridan tashkil topgan. Embrionlarni agarga o‘tkazilib, keyin qo‘ylarni tuxum yo‘liga ko‘chirilgan va dastlabki blastositlar bosqichigacha rivojlantirilgan. Yaxshi rivojlangan blastosistlar resipiyent qo‘ylarga ko‘chirib o‘tkazilgan va natijada tirik qo‘zichalar olingan. Shu usulda olingan qo‘zichoqlarni ko‘pchiligini qon tarkibi va tashqi ko‘rinishi ximer bo‘lganligi kuzatilgan. Donor embrionlarini ichki qismidan immunojarrohlik yo‘li bilan olingan hujayra massasini resipiyent embrionlarining blastosistlariga inyeksiya qilish orqali ham ximer hayvonlar olingan. Bunda donor blastositlari pronaza fermenti 0,5%li eritmasida inkubasiya qilinadi. Pronaza fermenti bilan ishlov berilgan embrionlarni o‘z holatiga qaytarish va ularni faoliyatini tiklash uchun, 3 soat davomida o‘stiriladi. Keyin tiniq qobiqsiz embrionlar 1 soat davomida qo‘y jigari hujayralariga qarshi olingan antizardobda o‘stiriladi, uch marotaba yuvib tashlanib, dengiz cho‘chqasi (morskaya svinka) qonidan olingan zardobni eritmasiga (1:4) 1 soat solib qo‘yiladi. Trofoblastlarni lizisga uchragan hujayralari pipetkalar yordamida olib tashlanadi, ajratib olingan hujayra ichidagi massa resipiyent blastosistlarning trofoblastlariga inyeksion pipetka yordamida yuboriladi. Shu yo‘l bilan blastositlarni ko‘chirib o‘tkazish orqali qon guruhlari va tashqi belgilar bilan ajralib turuvchi ximerli qo‘zichoqlar olingan. Yirik shoxli ximerli hayvonlarni shuningdek, 5 — 6,5 kunlik embrionlarni yarimta—yarimtasini o‘zaro qo‘shish yo‘li bilan ham olingan. Qo‘shilgan (agregasiya uchragan) embrionlarni jarrohsizlik yo‘li bilan ko‘chirib o‘tkazilgan, agregasiyaga uchragan embrionlardan olingan yetti buzoqchaning beshtasida ximerlik belgilari bo‘lmagan. 1984 yilda S.V.Fexilli va boshqalar agarga kiritilgan va 4-5 sutka davomida qo‘yni tuxum yo‘liga joylashtirilgan qo‘y va echki blastomerlari aralashgan blastositlar tashkil qilishini kuzatganlar. Bu blastositlar hayotiy bo‘lib, yangi avlod tug‘ilish fazasigacha rivojlangan. Ushbu tajribada qo‘y va echkini 4 hujayrali embrionlaridagi 1 tadan blastomerdan 17 blastosit olingan va ulardan 7 ta avlod tug‘ilgan. Barcha hayvonlar qo‘zichoqlarga o‘xshagan bo‘lsalarda ularni uchtasining jun tuzilishi uloqchalarnikiga o‘xshab ketgan.
8-Mavzu: Genom bibliotekasi
Genomik kutubxona - bu bitta organizmning butun genomidan olingan DNK to'plami. Ushbu DNK bir xil vektorlar populyatsiyasida saqlanadi, ularning har biri boshqa DNK qo'shimchasini o'z ichiga oladi.
Nukleotidlar va genomlar ketma-ketligini topshirish uchun uchta nukleotid ombori yoki asosiy ma'lumotlar bazalari mavjud:GenBank Milliy Biotexnologiya Axborot Markazi (yoki NCBI) tomonidan o'tkaziladi.Yevropa molekulyar biologiya laboratoriyalari (EMBL) tomonidan joylashtirilgan Yevropa nukleotid arxivi yoki ENA.Yaponiyaning DNK ma'lumotlar banki yoki DDBJ Milliy genetika markazi tomonidan joylashtirilgan.Ular birgalikda xalqaro nukleotidlar ketma-ketligi ma'lumotlar bazasi hamkorligini tashkil qiladi va foydalanuvchilar uchun baxtga ularning barchasi bir-birini "ko'zgu" qiladi. Bu shuni anglatadiki, ketma-ketlik qayerga topshirilganidan qat'i nazar, yozuv barcha uchta ma'lumotlar bazasida paydo bo'ladi.
Milliy Biotexnologiya Axborot Markazi biotibbiyot va genomik ma'lumotlarga kirishni ta'minlash orqali ilm-fan va salomatlikni rivojlantiradi.
Ingliz tilidan tarjima qilingan.-Yevropa nukleotidlar arxivi izohli DNK va RNK ketma-ketliklariga bepul va cheklanmagan kirishni ta'minlovchi ombordir. Shuningdek, u eksperimental protseduralar, ketma-ketlikni yig'ish tafsilotlari va ketma-ketlik loyihalari bilan bog'liq boshqa metama'lumotlar kabi qo'shimcha ma'lumotlarni saqlaydi.
DDBJ yoki Yaponiyaning DNK ma'lumotlar banki - bu Yaponiyaning DNK ma'lumotlar bazasi. Bu turli genlar va organizmlar bilan bog'liq nukleotidlar ketma-ketligi haqidagi ma'lumotlarga ega elektron resurs
GENOMIK KUTUBXONALAR VA ULARNI YARATISH UCHUN FOYDALANILGAN USULLAR
KUTUBXONA" Kutubxona - bu klonlar to'plami bo'lib, ularning har birida hujayra yoki to'qimalarning umumiy DNK yoki RNKsidan olingan turli DNK fragmentlarining vektor molekulasi mavjud. Agar klonlar to'plami etarlicha katta bo'lsa, nazariy jihatdan u asl DNKning butun ketma-ketligini o'z ichiga olishi kerak. Qiziqarli DNK bo'lagini olib yuruvchi klon keyinchalik uni "kutubxona" deb nomlangan millionlab turli parchalar to'plamida aniqlashga qodir bo'lgan nozik skrining usullaridan foydalangan holda kutubxonada aniqlanishi mumkin. Genomik kutubxona - bu bitta organizmning butun genomidan olingan DNK to'plami. Ushbu DNK bir xil vektorlar populyatsiyasida saqlanadi, ularning har biri boshqa DNK qo'shimchasini o'z ichiga oladi. Bular. bu gen bankini klonlangan genom bo'laklari to'plami deb ham atash mumkin. Agar organizmning genomi kesilib, plazmid yoki virus vektorlariga kiritilsa va hujayra ichiga kiritilsa, u holda uni shu shaklda saqlab qolish mumkin. Plazmid yoki fag DNKsini kesishda genomning butun va o'zgarmagan qismlaridan chiqib ketish ehtimoli ancha yuqori. Birinchi genomik kutubxona T.Maniatis va uning hamkasblari tomonidan yaratilgan: D. melanogaster genomidagi DNK E. coli hujayralarida klonlangan.
Genomik kutubxonani yaratish uchun hujayralardan DNK olinadi va keyin DNKni ma'lum o'lchamdagi bo'laklarga bo'lish uchun cheklovchi ferment bilan hazm qilinadi. Keyin fragmentlar DNK ligaza fermenti yordamida vektorga kiritiladi. Bundan tashqari, DNK vektori xost organizmiga, odatda, Escherichia coli (E. coli) yoki xamirturush populyatsiyasiga kiritilishi mumkin, bu erda har bir hujayrada bitta, noyob qo'shimchali vektor nusxalari mavjud.Genomik kutubxona koloniyalarini blokirovka qilish sxemasi, so'ngra koloniya DNKsi va etiketli DNK problarining gibridlanishi.
Genomik kutubxonani olish usullaridan biri "ov miltiq usuli" deb ataladi, chunki bu holda genom alohida bo'laklar bilan ifodalanadi. Plazmid va virus vektorlarini yaratish tamoyillari umumiydir, shuning uchun ularni plazmidlar misolida ko'rib chiqamiz. Virusli DNKdan fag DNKsidan foydalanish yaxshiroqdir, chunki ular katta sig'imga ega va genomning katta qismlarini kiritishga imkon beradi.
GEN BANKINI YARATISH UCHUN,
1) butun genomik DNKni izolyatsiya qilish
2) DNKni restriksion fermentlar yoki ultratovush yordamida parchalash
3) Tozalangan doiraviy DNK molekulalari (vektorlar) chiziqli DNKni olish uchun bir xil cheklovchi ferment bilan ishlanadi. Hujayra DNKsi ligazalar ishtirokida plazmid DNKga qo'shiladi. Shu tariqa rekombinant plazmid DNK olinadi.
4)recDNK bakteriya yoki xamirturush hujayralariga kiritiladi, bu yerda plazmid ko‘payib, ko‘p nusxalarni hosil qiladi.
5) Bakteriyalarni klonlash: hujayralarning har bir paydo bo'lgan koloniyasi bitta hujayraning kloni yoki naslidir. Bitta koloniyaning plazmidlari genomik DNK klonini o'z ichiga oladi va plazmidlar yig'indisi genomik DNK kutubxonasini hosil qiladi.
"+" va "-" Kamchiliklari: DNK fragmentlari ko'p miqdorda hosil bo'ladi. Genomik DNKning kesilishi tasodifan aniqlanadi, shuning uchun fragmentlarning faqat bir qismi to'liq huquqli genlarni o'z ichiga oladi. Ba'zi fragmentlar genning faqat bir qismini yoki xorijiy ketma-ketliklarni o'z ichiga olishi mumkin Afzallik : genlar kutubxonasi saqlanishi va cheksiz ishlatilishi mumkin.
FOYDALANISH: - transgenlar manbai - alohida genlarning tuzilishi, funktsiyasi va tartibga solinishi, oqsillarning tuzilishi va funktsiyalarini o'rganish uchun material manbai - yo'qolib borayotgan turlar genofondini saqlash
Plazmid molekulyar klonlash uchun keng tarqalgan bo'lib foydalaniladigan ikki zanjirli dumaloq DNK molekulasidir. Plazmidlar odatda 2 dan 4 kilobaza juft (kb) uzunlikda va 15 kb gacha bo'lgan qo'shimchalarni o'z ichiga olishi mumkin. Plazmidlar replikatsiyaning kelib chiqishini o'z ichiga oladi, bu ularning bakteriya ichida xost xromosomasidan mustaqil ravishda ko'payishiga imkon beradi. Plazmidlar odatda antibiotiklarga chidamlilik genini olib yuradi, bu plazmidni o'z ichiga olgan bakterial hujayralarni tanlash imkonini beradi. Ko'pgina plazmidlar, shuningdek, tadqiqotchilarga qo'shimchani o'z ichiga olgan klonlarni qo'shimchasi bo'lmagan klonlardan ajratish imkonini beradigan reportyor genni ham olib yuradi.
Lyamda fag ikki zanjirli DNK virusi bo'lib, E. coli ni zararlaydi. L xromosomasining uzunligi 48,5 kb va hajmi 25 kb gacha bo'lgan qo'shimchalarni o'z ichiga olishi mumkin. Ushbu qo'shimchalar l-xromosomadagi muhim bo'lmagan virusli ketma-ketliklarni almashtiradi, shu bilan birga virusli zarralar va yuqumli kasallikning shakllanishi uchun zarur bo'lgan genlar buzilmagan holda qoladi. Bu zarralar infektsiyani yuqtirish va ko'paytirishda juda samarali bo'lib, rekombinant Lyamda fag xromosomalarining yuqori ishlab chiqarilishiga olib keladi. Biroq, qo'shimchaning kichikroq o'lchami tufayli, Lyamda fag yordamida yaratilgan kutubxonalar genomni to'liq qamrab olish uchun ko'plab klonlarni talab qilishi mumkin.
Kosmida vektorlari bakteriofag l DNKning cos ketma-ketligi deb ataladigan kichik hududini o'z ichiga olgan plazmidlardir. Bu ketma-ketlik kosmidnai bakteriofag l zarrachalariga qadoqlash imkonini beradi. Chiziqli kosmidani o'z ichiga olgan bu zarralar transduktsiya orqali retsipiyent hujayraga kiritiladi. Retsipiyentga kirgandan so'ng, kosmidalar uning DNK ligazasi orqali ulanadi va keyin plazmidlar sifatida ishlaydi. Kosmidalar 40 KB gacha bo'lgan qo'shimchalarni o'z ichiga olishi mumkin
Bakteriofag P1 vektorlarida 70-100 kb qo'shimchalar bo'lishi mumkin. Ular P1 bakteriofag zarralariga o'ralgan chiziqli DNK molekulalari sifatida boshlanadi. Bu zarralar Cre rekombinazani ifodalovchi E. coli shtammiga kiritiladi. Chiziqli P1 vektori aylanaga aylanadi: vektordagi ikkita loxP joylari orasidagi rekombinatsiya. P1 vektorlari odatda antibiotiklarga chidamlilik geni va qo'shimchani o'z ichiga olgan klonlarni bo'lmagan klonlardan ajratish uchun foydalaniladi. P1 vektorlari P1 plazmidini ham o'z ichiga oladi. replikon, bu hujayrada vektorning faqat bitta nusxasi mavjudligini kafolatlaydi. Biroq, P1 litik replikon deb ataladigan ikkinchi P1 replikoni mavjud bo'lib, u induksiyali promotir tomonidan boshqariladi. Ushbu promotir DNK ekstraktsiyasidan oldin har bir hujayradagi vektorning bir nechta nusxasini kuchaytirishga imkon beradi.
P1 sun'iy xromosomalari (PAC) P1 vektorlari va bakterial sun'iy xromosomalar (BAC) xususiyatlariga ega. P1 vektorlari singari, ular yuqorida tavsiflangan plazmid va litik replikonni o'z ichiga oladi. P1 vektorlaridan farqli o'laroq, ularni o'tkazish uchun bakteriofag zarrachalariga qadoqlash kerak emas. Buning o'rniga ular E. coli ga xuddi BAC kabi elektroporatsiya orqali dumaloq DNK molekulalari sifatida kiritiladi. BAClar singari, replikatsiyaning yagona kelib chiqishi tufayli ularni tayyorlash nisbatan qiyinroq.
Bakterial sun'iy xromosomalar (BACs) odatda taxminan 7 kilobayt uzunlikdagi dumaloq DNK molekulalari bo'lib, ular hajmi 300 kilobaytgacha bo'lgan qo'shimchalarni o'z ichiga olishi mumkin. BAC vektorlarida E. coli dan olingan replikon mavjud. F omil, bu ularning har bir katakchada bitta nusxada saqlanishini ta'minlaydi. Qo'shimchani BACga bog'lab qo'ygandan so'ng, BAC elektroporatsiya yo'li bilan rekombinatsiya etishmovchiligi bo'lgan E. coli shtammlariga kiritiladi. Aksariyat BAC vektorlarida antibiotiklarga chidamlilik geni hamda ijobiy tanlov belgisi mavjud. Kesuvchi fermenti bilan kesilgan BAC vektori, undan keyin ligaza bilan qayta tiklangan begona DNK qo'shilishi ko'rsatilgan. Umuman olganda, bu juda barqaror vektor, lekin ularni PA kabi replikatsiyaning yagona kelib chiqishi tufayli tayyorlash qiyin bo'lishi mumkin.
Bakterial sun'iy xromosomalar (BACs) odatda taxminan 7 kilobayt uzunlikdagi dumaloq DNK molekulalari bo'lib, ular hajmi 300 kilobaytgacha bo'lgan qo'shimchalarni o'z ichiga olishi mumkin. BAC vektorlarida E. coli dan olingan replikon mavjud. F omil, bu ularning har bir katakchada bitta nusxada saqlanishini ta'minlaydi. Qo'shimchani BACga bog'lab qo'ygandan so'ng, BAC elektroporatsiya yo'li bilan rekombinatsiya etishmovchiligi bo'lgan E. coli shtammlariga kiritiladi. Aksariyat BAC vektorlarida antibiotiklarga chidamlilik geni hamda ijobiy tanlov belgisi mavjud. Kesuvchi fermenti bilan kesilgan BAC vektori, undan keyin ligaza bilan qayta tiklangan begona DNK qo'shilishi ko'rsatilgan. Umuman olganda, bu juda barqaror vektor, lekin ularni PA kabi replikatsiyaning yagona kelib chiqishi tufayli tayyorlash qiyin bo'lishi mumkin.
Yagona krossover orqali gen klasterini tekshirish.
Biosintetik genlar klasterini belgilashning "eski" va "yangi" usullarini solishtirish
Biosintetik gen klasterlarining ishlash printsipi va ularni amplikon sekvensiyasi orqali maqsadli tahlil qilish.
GenBank ma'lumotlar bazasi DNK ketma-ketligi haqidagi eng so'nggi va keng qamrovli ma'lumotlarga ilmiy hamjamiyat ichida kirishni ta'minlash va rag'batlantirish uchun mo'ljallangan. Shu sababli, NCBI GenBank ma'lumotlaridan foydalanish yoki tarqatishda hech qanday cheklovlar qo'ymaydi. Biroq, ba'zi topshiruvchilar o'zlari taqdim etgan ma'lumotlarning barchasi yoki bir qismi bo'yicha patent, mualliflik huquqi yoki boshqa intellektual mulk huquqlariga da'vo qilishlari mumkin. NCBI bunday da'volarning to'g'riligini baholash imkoniyatiga ega emas va shuning uchun GenBankdagi ma'lumotlardan foydalanish, nusxalash yoki tarqatish bo'yicha izoh yoki cheklovsiz ruxsat bera olmaydi.
Inson genomi loyihasida bajarilishi kerak bo'lgan bosqichlarni quyidagicha sanab o'tish mumkin:
1) So'nggi ma'lumotlar shuni ko'rsatdiki, DNK ma'lumotlarining 99% dan ortig'i barcha odamlar uchun umumiydir. Inson genomidagi individual farqlar 1% dan kam. Bu farqni kasallik xavfi nuqtai nazaridan tekshirish kerak.
2) Altsgeymer, mukovistsidoz, gemofiliya, O'rta yer dengizi anemiyasi kabi kasalliklarga qo'shimcha ravishda, DNK bilan allaqachon aniqlanishi mumkin bo'lgan turli xil saraton turlari (ko'krak, yo'g'on ichak, tuxumdon); Genetik kasalliklar diagnostikasi uchun test tizimlarini yaratish 4000 dan ortiq deb hisoblanadi.
3) Xaritalangan genlarning funktsiyalarini tushunish: genomdagi noma'lum funktsiyalarning gen ketma-ketligi uchun funktsiyalarni topishga imkon beruvchi mikroarray texnologiyasini tezlashtirish.
4) Odamlarda gen va gen bilan bog'liq bo'lmagan DNK ketma-ketligini tushunish uchun turli tirik guruhlarning genom xaritalarini taqqoslash. Kasallik qo'zg'atuvchi mikroorganizmlarning genom xaritalari.
) Shaxsiylashtirilgan dori vositalari va vaktsinalarni ishlab chiqish, genomik ma'lumotlardan foydalangan holda kasalliklarga moyillik va dorilarga sezgirlikni aniqlash.
6) Olingan genom ma'lumotlari zararli maqsadlarda foydalanilmasligi va kamsitishlarga olib kelmasligi uchun axloqiy, ijtimoiy va huquqiy tartibga solishni o'rnatish.
7) Inson genom tuzilishining favqulodda murakkabligi tufayli juda kuchli qayta ishlash imkoniyatlariga ega kompyuterlarni ishlab chiqish.
8) “Sud-tibbiyot ekspertizasi”da otalikni aniqlash va aniqlashda “genetik ma’lumotlar”dan foydalanish.
8-mavzu
Ushbu birinchi bo'lim genomni tahrirlash tushunchasini va uning biologik tadqiqotlardagi kelib chiqishini ko'rib chiqadi. Genom tahrirlash o'rnatilgan hayot fanlari organizmlarga ataylab ta'sir o'tkazishga imkon beradigan texnikalar doirasi konteksti va biologik materiallar. U o'zining ta'sir darajasi (nukleotidlar ketma-ketligi va epigenetik belgilar) bilan tavsiflanadi.
Genomni tahrirlash usullarining ta'sir qilish usulini aniqlash uchun DNK (va RNK) ning organizmlardagi roli tasvirlangan va "gen", "genom" va "epigenom" tushunchalari muhokama qilinadi. Bularni aniqlashdagi qiyinchiliklar va ular taqdim etilgan turli registrlar (molekulyar, informatsion, funktsional, genelogik va boshqalar) qayd etilgan. DNKning reproduktiv qayta assortimenti va xatolar manbalari tavsiflangan, chunki ular o'zgaruvchanlikka olib kelishi mumkin va ba'zilarida holatlar, kasalliklarga. Genetik o'zgaruvchanlikni fenotipik natijalar bilan bog'lashning murakkabligi qayd etilgan. Genomni tahrirlashning hozirgi usullari oldingi texnika kontekstida tasvirlangan. Transkripsiya faollashtiruvchisiga o'xshash effektli yadro yadrolari (TALENs) va CRISPR-Cas9 tizimi ikki qatorli uzilishlarni amalga oshiradi. Hujayralar o'rnatilgan yo'llar yordamida tiklanadigan DNK. Bo'limda bu genlarni "nokaut qilish" uchun qanday foydalanish mumkinligi tasvirlangan, gomolog bo'lmagan so'nggi birlashma orqali yoki gomologiyaga yo'naltirilgan tuzatish orqali o'ziga xos DNK ketma-ketliklarini kiritish yoki olib tashlash. Turli xil mavjud yondashuvlarning nisbiy afzalliklari va cheklovlari, jumladan Cas9 bilan epigenomni tahrirlash bilan amalga oshiriladi.
Rivojlanish sur'atlari genomni tahrirlash texnikasi takomillashtirilishi va yangi texnikalar paydo bo'lishi kutilmoqda. Shunday qilib, ushbu hisobotda asosiy e'tibor genomeditatsiya usullaridan foydalangan holda nimaga erishish mumkinligi haqida bo'ladi.
Genomni tahrirlash tushunchasi
Odamlar uzoq vaqtdan beri ilmiy bilimlarni inson hayoti sharoitlarini yaxshilash uchun qidirib topdilar va ishlatdilar.Naslchilik ekinlari va chorvachilikni xonakilashtirishdan tortib, zamonaviy sog'liqni saqlash, biologik fanlar odamlarning tobora ko'proq nazorat qilish imkoniyatini asoslaydi biosfera, shu jumladan, ularning atrof-muhit, ular bilan baham ko'radigan boshqa tirik mavjudotlar va o'z tanalari. Zamonaviy molekulyar biologiya juda kuchli vositalar to'plamini taqdim etadi. Tibbiyot, qishloq xo‘jaligi, sanoat kabi turli sohalarda bir qator texnologiyalarning asosini tashkil etadi va ishlab chiqarish va atrof-muhitni boshqarish. Biz "genom tahrirlash" deb ataydigan narsa DNK yoki RNK funktsiyasining molekulyar darajasida maqsadli aralashuvlarni amalga oshirish amaliyoti; biologik ob'ektlarning strukturaviy yoki funktsional xususiyatlarini ataylab o'zgartirish. Bu sub'ektlar inson va hayvonlar, kulturasidagi to'qimalar va hujayralar kabi murakkab tirik organizmlarni o'z ichiga oladi va o'simliklar, bakteriyalar va viruslar. Gullarning rangi yoki sonidan ko'p turlarning xususiyatlari
gulli o'simliklarda, hayvonlar va o'simliklardagi ba'zi kasallik belgilari, darajada bo'lsa ham, o'zgarishi mumkin. Qaysi narsaga va bunday o'zgartirishlar osonlik bilan amalga oshirilishi juda o'zgaruvchan. Maqsadli o'zgartirishlar turli yo'llar bilan amalga oshirilishi mumkin, jumladan, yangi va foydalanish orqali tasvirlangan CRISPR-Cas9 tizimi kabi rivojlanayotgan texnikalar. Kelajakda ular mumkin hali tasvirlanmagan yoki hatto nazarda tutilmagan usullar bilan amalga oshirilishi kerak. Shunga qaramay, so'nggi yutuqlar ko'pchilikda genomeditatsiya juda samarali bo'lganligini anglatadi. Asosiy maqsadlar qanchalik to'liqligida ba'zi farqlar mavjud (biologik ma'lumotlarni ataylab o'zgartirish xususiyatlari) hozirgacha amalga oshirildi. Ushbu hisobot davomida biz "genlarni tahrirlash" emas, balki "genomni tahrirlash" ga murojaat qilamiz (garchi ikkinchisi bo'lsa ham atamasi ham qo'llaniladi) chunki genomni tahrirlash tushunchasi genlar bilan cheklanmaydi. Bizning uchun "Genomni tahrirlash" shuningdek, genomlarning kodlanmaydigan hududlarini o'zgartirishni o'z ichiga oladi va epigenomlarga (genomning barchasi yoki bir qismi faol yoki jim ekanligini o'zgartirish uchun va faoliyat darajasini) amalga oshiriladi. Genomni tahrirlash "genetik" texnikasi bilan xususiyatlarni aniq baham ko'radi so'nggi qirq yil ichida ishlab chiqilgan va qo'llanilgan muhandislik (o'simlikchilikda, uchun misol), shuningdek, hujayra rekonstruksiya qilish uchun eng so'nggi mikromanipulyatsiya usullari bilan (masalan, "klonlash" va mitoxondriyaldenaturatsiya).
"Genom" atamasining umumiy kelishilgan ta'rifi yo'q. Biroq, har qanday tushunchada, genomlar kimyoviy deoksiribonuklein kislotasini (DNK) yoki ba'zi viruslarda, tegishli kimyoviy ribonuklein kislotasi (RNK).
DNK tirik organizmlarning deyarli barcha hujayralarida uchraydi; bu ularning rivojlanishi va faoliyat yuritishida hal qiluvchi rol o‘ynaydi va markazlashgan holda ishtirok etadi ularning xususiyatlarini avlodlar o'rtasida o'tkazish. DNK ko'pincha juda uzun molekula, nukleotidlar deb ataladigan to'rt xil kichik birliklar ketma-ketligidan tashkil topgan polimer maxsus tartib. Ushbu tartib yoki ketma-ketlik, asosan, muhim biologik rollarni belgilaydi.
Genom uzunligi oralig'i.Bakteriyalar va viruslar uchun bir necha ming nukleotiddan bir necha milliardgacha sutemizuvchilar. Ba'zi genomlar hali ham kattaroqdir. Inson genomi 3,23 milliardni tashkil qiladi. Bug'doy genomi bu hajmdan taxminan besh baravar ko'p. "Genom" atamasi yoki nukleotidlarning muayyan ketma-ketligiga ishora qilish uchun ishlatilishi mumkin.
Proteinlar - bu molekulalar ko'pgina biologik tuzilmalarni tashkil qiladi, shuningdek, ko'plab kimyoviy jarayonlarni boshqaradi; ular ba'zan organizmning ijro etuvchi molekulalari deb hisoblangan hududlari ham bor organizmda ma'lum vaqtlarda yoki ma'lum vaqtlarda qaysi genlar faolligini nazorat qilishga yordam beradigan genom sharoitlar. Va nihoyat, ko'lami bo'lsa-da, umuman ishlamaydigan hududlar mavjud bu hodisa qizg'in muhokama qilinmoqda.
"Genom" atamasi ko'pincha faqat yadroga nisbatan qo'llaniladi. Hujayra yadrosidagi kislota, hujayra ichidagi membrana bilan o'ralgan bo'linma ammo hujayra yoki organizm darajasida u mitoxondriyalarda, kichik organellalarda joylashgan nuklein kislotalarni ham qamrab olishi mumkin.Ko'pgina yuqori organizmlar hujayralarini energiya bilan ta'minlaydigan va o'simliklar va suv o'tlarida joylashgan plastidlar. Genom ko'pincha kod sifatida tasvirlanadi, chunki genomning o'sha qismlarini boshqaradi.Oqsillarni ishlab chiqarish nukleotid tripletlari va o'rtasidagi aniq korrelyatsiya tufayli amalga oshiriladi aminokislotalar, oqsillarni tashkil etuvchi kimyoviy moddalar. Oqsillarning hosil bo'lish jarayoni ikki bosqichni o'z ichiga oladi: birinchi navbatda DNK ketma-ketligi RNK molekulasiga, "xabarchiga" "transkripsiya qilinadi". RNK, keyinchalik oraliq molekula yordamida oqsilning bir qismiga "tarjima qilinadi","transfer RNK". O'rtasida messenjer RNKning turli xil o'zgarishlari va qayta tuzilishi sodir bo'lishi mumkin. Transkripsiya va tarjima, shuning uchun genlar va oqsillar o'rtasida oddiy korrelyatsiya mavjud emas. Proteinlar, odatda, ularning ishlab chiqarilishiga ko'plab genlarga bog'liq va gen bu jarayonda ishtirok etishi mumkin. Genomekanning hududlari oqsillar tomonidan boshqarilishi mumkin bog'langan hudud faol bo'lib, RNK transkriptini hosil qiladi yoki jim bo'ladi, shuning uchun RNK transkripti yo'q. Organizmlar ko'payishi natijasida genomlar avloddan-avlodga o'tadi. Jinsiy ko'payish ota-ona genomlarini aralashtirib yuboradi, shunda nasl noyob bo'lgan yangi genom oladi, ikkalasining kombinatsiyasi. Sutemizuvchilar, xromosomalar kabi jinsiy yo'l bilan ko'payadigan organizmlarda juda o'xshash, lekin muhimi, bir xil emas, juft bo'lib keling. Har bir ota-ona bir nusxada hissa qo'shadi, har bir xromosomadan o'z avlodlariga. Garchi DNKning o'ziga xos ketma-ketligi shaxsning genomi shu bilan oldingi avloddan meros bo'lib, genomga bo'ysunadi bir qancha sabablarga ko'ra o'zgarishi Organizmning har bir hujayrasida, har doim hujayra o'sishi va bo'linadi, u har bir "qizi" hujayra bir xil genetik kodga ega bo'lishi uchun DNKni nusxalaydi. Biroq, xatolar DNKda replikatsiya sodir bo'ladi va agar ular tuzatilmasa, mutatsiyalar qo'shilishi mumkin. Agar hujayra o'lim sodir bo'lmaydi, mutatsiyaga uchragan DNKga ega bo'lgan hujayralar ko'payishi va patologik holatga olib kelishi mumkin
davlatlar (masalan, odamlar va hayvonlarda saraton). DNK ham nurlanish ta'sirida zararlanishi mumkin va zaharli kimyoviy moddalar, bu yana mutatsiyalarning kiritilishiga olib keladi. Farqlar ham bo'lishi mumkin INFEKTSION orqali kiritilgan: ba'zi viruslar o'z DNKlarini xostning DNKsiga kiritadilar (xuddi shunday bachadon bo'yni saratoniga olib kelishi mumkin bo'lgan inson papilloma virusi infektsiyasi). Yuqorida aytib o'tilganidek, epigenetik genomdagi o'zgarishlar, bu shuningdek, diet yoki kabi atrof-muhit omillari tomonidan qo'zg'atilishi mumkin stress, shuning uchun organizmning rivojlanish tarixini aks ettirishi mumkin. Epigenetik modifikatsiyalar amalga oshiriladi genomdagi nukleotidlar ketma-ketligiga ta'sir qilmaydi, lekin genomning asosiy jihati hisoblanadi.
Jinsiy yo'l bilan ko'payadigan organizmlarda epigenetik o'zgarishlar yuzaga kelishi mumkin genlar ota-onaga xos tarzda ifodalanadi, bu hodisa genomik deb nomlanadi. Xuddi shu tur ichidagi har qanday ikkita genom ketma-ketligi o'rtasida juda ko'p kichik farqlar mavjud. Protein kodlash ketma-ketligi yoki tartibga soluvchi ketma-ketlikdagi genom ketma-ketligi o'zgarishi mumkin organizm va uning ko'rinishdagi xususiyatlariga ("fenotip") o'ziga xos ta'sir ko'rsatadi biologik funktsiya. Dastlabki tadqiqotlar, DNK genetik material sifatida aniqlanishidan oldin, butunlay edi bu farqlarni va ularning avlodlarga o'tish usullarini aniqlash bilan bog'liq.
Proteinlar (genlar tomonidan kodlangan) strukturaviy va (fermentlar sifatida) katalitik rol o'ynaydi va juda ko'p funktsiyalarni bajaradi, ularning faoliyatini tartibga soladi. Hujayralardagi boshqa muhim molekulalar. Ular metabolizm kabi maxsus faoliyatni amalga oshiradilar glyukoza, gormonlarga javob berish, kislorod (gemoglobin) kabi kimyoviy moddalarni tashish va infektsiyadan himoya qilish (antikorlar). Ushbu funktsiyalarning aksariyati sababdan yuqorida joylashgan fenotip va ma'lum bir oqsil bir nechta fenotipik ta'sirga, hodisaga hissa qo'shishi mumkin.
|