Дамуды молекулалы биологиясы жне биотехнология жетістіктері.

Жоспары:

1. Дамуды молекулалы биологиясы .Гердон тжірибелері

2.Жекелеген гендерді амплификациясы

3.Дамуды атерлі кезедері.

4. Биотехнология сімдіктер биотехнологиясы. Трансгенді жануарлар.

5. Микроорганизмдер биотехнологиясы.

6.Гендік терапия. Молекулалы ауруларды емдеу.

Онтогенетикалы жіктелу (дифференцировка) дегеніміз— даму барысында организмде (немесе жеке блігінде) морфологиялы згешеліктерді (мшелерді) пайда болуы. Онтогенезді барысында клеткалар мен тканьдер мшеленуіні генетикалы механизмдері те крделі. Онтогенезді генетикалы зерттеуді бастапы кезеі: бір ген— бір белгі, немесе ген ДН-РН-белок-.белгі задылыына сйкес белгіні алыптасуындаы генні серіне талдау жасау болып табылады.Клеткаларды жіктелуі (мшеленуі) деп рытанан жмырта клеткасыны беліну кезеіндегі бірте-бірте бір бірінен айырмашылыыны алыптасуды соында р трлі"мамандандырылан" арнаулы тканьдерді пайда болу процесін айтады. Микроскоп арылы бір организмні тканьдарыны клеткалары бір бірінен рылысы, клемі, сырт пішіні згеше екенін круге болады. Сонымен катар р трге жататын жануарларды бір трлі тканьдеріні клеткаларыны састыы байалады. Бл клеткаларды р тріні зіне тн ерекше ызмет атаруына бейімделуіне байланысты. Клеткаларды жіктелу механизмін анытау азіргі биологияны басты мселелеріні бірі. Жіктелу айтымсыз процесс боландытан кейбір авторлар жіктелу негізінде рбір клеткаларагендерді р турлі саны болады деп тсінген. Бл ымны исытыы длелденді. Бізді асырды басында орбір сомалы клетканы рытанан жмырта клеткасындаыдай млшерде хромосомалары болатыны крсетілді. Клеткаларды ясіктелуі кезінде гендерді тсіп алуы женіндегі сраа арнаулы эксперименттерде ядроларды ауыстырып салу жауап берді. Дж. Гердон (1962) ультраклгін сэулемен бааны жмырта клеткасыны ядросын бзып, оны орнына жаа туан бааны (головастик) ішек эпителиіні ядросын отыргызды. алыпты бааларды дамуын осы ядроларды азана проценті амтамасыз етті. Бл зерттеулер ішек клеткаларыны ядролары организмдегі барлы клеткалар типіні жіктелуіне жететін гендері бар екенін крсетті. Кейінгі жмыстарында Гердон алашы он рет блінгенде баа эмбрионыны дамуында ядроларда РН синтезделмейтінін крсетті. Клетка бл кезеде жылдам блініп ДН-ны еселейді. Сонымен атар клеткаларда белок синтезделе береді, оны аналы геномдаы жмырта клеткасыны ДН-сында рытанана дейінгі пайда болан РН атарады. ры ядроларында иРН синтезі орта бластула сатысында басталады. Соы бластула сатысында жаа тРН жне гаструла сатысында рРН тзіледі де жаа рибосомалар пайда бола бастайды. Бл кезде рыты алашы клеткаларыны ш типі жіктеліп бітеді: эктодерма, эндодерма жне мезодерма. Алашы зерттеулерде негізгі эксперименттер тікен терілер мен (теіз кірпілері), осмекенділерге (баа, саламандралар) жргізілді, себебі олардан жмырта клеткаларын алып рытандыру жне рыты даму кезеін баылау оай. старды эмбриогенезі жмыртаны алы абыршыы астында, ал сторектілердікі анасыны жатырында теді. Бл олармен жмыс істеуді киындатады. Тек кейінгі жылдарда ана тышандар рытарыны ерте сатысын баылайтын діс жасалды.

Кп клеткалы организмні барлы клеткаларында гендерді сас жиынтытары болады, біра трлі уаытта р трлі тканьдерде сан алуан гендер рекет етеді, соларды арасында жіктелу іске асады. Ген серіні реттелуі р трлі: репликация, транскрипция жне трансляция дегейлерінде болады.

Жануарлар мен сімдіктерді кейбір трлеріні мшеленген тканьдарыны клеткаларында эндомитоз жне политения былыстары байалады. Мселен кейбір сімдіктерді крахмал тзетін клеткаларында, сторектілерді бауыры мен ішек эпителиінде эндомитоз жреді, соны нтижесінде полиплоидия орын алады. Бндай жадай сілекей бездеріні интенсивті ызмет жасап жатан ядроларына, ішекке жне осканаттылар личинкала рыны малпигий тйіршіктеріне де тн. Осы мысалдарды брі хромосомаларды кйі мен саныны организм сомалы клеткаларыны морфофизиологиялы жіктелуімен сзсіз байланысы бар екенін крсетеді.

Жекелеген гендерді кбею былысы — гендерді амплификациясы анарлым ке таралан. Дрозофиланы алып хромосомаларындаы пуфтарды пайда болуы. Личинкаларды дамуындаы рбір саты ртрлі пуфтарды белсенділігімен сипатталады. р сатыда гендерді р трлі атынасатынын сипаттайды. Кейбір омырталыларды ооциттерінде "шам жіпшелері" типтес хромосомалар табылды. "Шам жіпшелеріні" ілмектері хромосоманы шиыршыы жазылан бліктері болып табылады. Олардан иРН-ны кп мелшері табылды, демек гендер белсенді трде ызмет етеді.

Онтогенезді дербестілігі даму стадияларыны (гр. "стадион" —кезе) болуына байланысты, ол жіктелу мен морфогенез процестері бойынша бір-бірінен згешелігі болатын жекеленген кезедер деп аталады. Толы трленулері (метаморфоз) бар насекомдардаы эмбрионалды (рпаты), личинкалы, уыршаты жне имагиналдылы (лат. "имаго" — бейне, тр) кезедер дамуды айын мысалы болып табылады.

Стадиялы згерістер бірінен кейін бірі келетін ата айтымсыз згерістер. Эмбриологтарды баылауларына араанда ортаны крт згеруі эмбрионды дамуды белгілі бір кезенде рыты луге немесе р трлі кемтарлыа шырататыны аныталды. Бл кезендер кезінде ортаны згеруіне рыты те сезімталдыы байалады жне ондай кезедер зерттелген омырталыларды брінен - балытардан, осмекенділерден, стардан, оны ішінде тауытан табылды. Мны атерлі кезедер деп атайды. Бл кезедер соы бластулада крініп, негізгі морфогенез процесіні алдын алады. Тауыта атерлі кезеде — инкубацияны 2-3-ші кні ан айналым жйесі алыптасанда; 8-9-шы кні стара тн мшелер мен тканьдер айын жіктелерде; 19-шы кні жіктелу процесі айта лайан жне дем алу типі згерер кезде. Сонымен атерлі кезендер морфогенезді негізгі згерістеріні алдында — зат алмасуы мен синтезіні айта рылуы жргенде болады. Осы кезедерде физиологиялы процестер нашарлап РН-ны млшері азаяды. атерлі кезенде с эмбриондары инкубация тртібіні згеруіне — температура жне ауаны ылалдылыына, жмырталарды желпуге те сезімтал болады.

"Биотехнология" атауын е алаш венгр Карл Эреки 1919 жылы тірі организмдерді кмегімен ндірілетін жмыстарды анытау шін олданан. 1986 жылы шыарылан Биологиялы энциклопедиялы сздікте, биотехнология деп ндірістегі биологиялы процестсрді жне тірі организмдерді олдануды айтады. Европалы биотехнология одаы (ЕВ) осы кнгі биотехнологияны табиаттану ылымдарын (биологияны, химияны, физиканы) жне инжснерлік ылымдарды (мысалы электрониканы бионерксіптегі биожйелерге олдану деп біледі, ал Европалы комиссия (ЕС) — биологиялы ауымдастыты ажетті німдермен жне ызметтермен амтамасыз ету деп толытырады.

Биотехнология алашы кезеде негізінен микробиологияны жне энзимологияны жетістіктеріне сйенсе, ал соы 20-25 жылда ол зіні дамуына итеруші кшті арынды дамып келе жатан биологиялык ылымдардан алды, олар: вирусология, молекулалы жне клеткалы биология, молекулалы генетика.

Бгінгі биотехнология ылыми-техникалы прогресті алдыны катарынан орын алады.

Ген инженериясыны дістеріні ашылуы биотехнология деген ерекше ндіріс тріні дниеге келуіне ыпал жасап отыр. Биотехнология дегеніміз микроорганизмдерді жне таза белоктарды (ферменттерді) жргізетін биологиялык процестерін халы шаруашылыыны ртрлі салаларында пайдалану.

Мал шаруашылыында алдаы 10-15 жыл ішінде биотехнологияны ала басуы (процесі) гендік, клеткалы жне эмбриогенетикалы инженерияны дамуымен аныталмашы.

Генинженериясы молекулалы биологияны жаа саласы. Ол лабораториялы діс арылы генетикалы жйелер мен тымы згерген организмдерді алу жолын арастырады. Ген инженериясыны пайда болуы генетиканы, биохимияны, микробиологияы жне молекулалалы биологияны жетістіктерімен байланысты. Бл атауды екі трі ол-данылады: "генетикалы инженерия" жне "ген инжснериясы". Соы кезде "генетикалы инженерия" жалпылама трде колданылып жр, ген инженериясы да осыны ішінс кіреді.

Молекулалы биология ылыми жетістіктеріні нтижесінде пайда болан ген инженериясы организмні баалы асиетін сатап ана оймай оан жаа рі саналы асист те бере алады. "Инженерия" деген атау растыру деген маынаны білдіреді. Яни ген инженериясы дегенді ген крастыру дсп тсіну ажст. Ген инженериясыны дуірі басталмай трып 1969 жылы Г. Корана нуклеотидтерді белгілі бір жйемен орналасан ДН синтезіні методологиясын жасап берген. Жекеленгсн дербес амин ышылы — ашытыны аланиндік тРН-ны бастауыш жйесі ашылганнан кейін Г. Корана химиялы жолмен осы РН-ны клсмі 77 полинуклеотидтен тратын кодты блігін синтездеді. Кейіннен 1979 жылы осы лабораторияда ішек таяшасыны тирозиндік тРН-сы синтезделді жне ол Т4 бактериофагыны рамына енгізіліп, бактерияны клеткасында жмыс істеді.

Ген инженериясыны дниеге келген уаыты 1972 жыл деп есептеледі. Сол жылы Т. Берг алаш рет пробиркада ш трлі микроорганизмні ДН-ларыньщ фрагменттерінен жаа гибридтік ДН растырды. Біра маймылды ,рак вирусыны, бактериофагтын, жне ішек бактериясыны гендік ДН-ларынан растырылан ол гибридтік ДН-ны клетка ішінде ойдаыдай жмыс істей алатындыы тексерілмеді, себебі рамында рак вирусыны нуклеин ышылы боландытан алымдар туекелге бармады.

Клеткада жмыс істей алатын гибридтік ДН-ны 1973-74 жылдары С. Коэн мен Г. Бойер растырды. Олар баса организмнен бліп алан ДН фрагментін (генін) бактерия плазмидасыны рамына енгізді. Ол плазмидадаы бтен гендерді алаш рет жаа организм ішінде жмыс істей алатынын крсетті. Соны артынша-а дние жзіні кптеген ла-бораторияларында жмыс істей алатын р трлі плазмидалар алынды. Совет елінде ондай бтен гені бар плазмида академик А.А. Баевты басшылыымен жасалды.

Ген инженериясы деп рекомбинантты ДН-лар жасап, оларды баса тірі клеткалара енгізуді айтады.

Ген инженериясы шешетін мселелер:

1) генді химиялы немесе ферментті олдану жолымен синтездеу;

2) р трлі оранизмнен алынан ДН фрагменттерін бір-бірімен жаластыру (ДН рекомбинантгарын алу);

3) бтен генді жаа клеткага векторлы ДН аркылы жеткізу жне оларды ызмет жасауын амтамасыз ету;

4) клеткалара гендерді немесе генетикалы жйелерді енгізу жне бтен белокты синтездеу;

5) бтен генге ие болан клеткаларды тадап бліп алу жолдарын ашу.

Биотехнологияны болашаы бар баыггарыны бірі жасанды химерлерді алу. Химера деген тсінік рама жануар дегенді білдіреді. Жануарлар бір тымнан, сондай-а ртрлі тымнан немесе тіпті р трді кілдері болуы ммкін. 8-клеткалы эмбриондарды протеолиттік ферменттері (протеиназа, трипсин) бар ортада трбиелеп сіреді, ферменттср жмырта клеткасыны абыын орытады. абыынан айырылан эмбриондар бір-бірінс жабысады жне біраз уаыттан кейін бірігеді, олардын клеткалары бір-бірімен араласады. Егер ртрлі генетикалы ялардан алынан эмбриондарды пайдаланса, ос эмбрион-химера пайда болады. Аналыа трансплантациялананнан кейін мндай эмбриондар жатыра орналасады (имплантацияланады лат. іт — ішіне, ріапіаге - отырызу) жне рі даму барысында оларды суі тзеледі. Химер жануарларда екі эмбрионынны белгілері болады, яни 4 ата-ананы рпаы деген сез.

Жасанды жолмен химерлер алуды екі негізгі дісі бар:

1) аггрегациялы — толыанды эмбриондарды біріктіру;

2) инъекциялы - эмбриона баса эмбрионны немесе бгде клетканы бір немесе бірнеше клеткаларын енгізеді.

Екі діс бойынша да біріккен эмбриондар (екі немесе кп) клеткаларынан тратын жануарлар пайда болады. Бірінші діспен лабораториялы тышандарды химерлері алынан, агути (ср) жне ара тышандар химерлері — шбарала тсті болан.

Аылшын эмбриологы Р. Гарднер (1968) химерлерді инъекциялы діспен алуды сынды. Бл дісті кмегімен тышанны эмбрионына адам клеткалары енгізілген, химерлік тышан туаннан кейін оны тканьдарында адам гендері ызмет жасаан).

К. Маркертті лабораториясында (Йель университеті, АШ) "шабат" химера-тышандарды ш ясыны эмбриондарын біріктіруді нтижесінде алынды. Туан тышанны (алты ата-аналарды рпаы) жні ш тсті болан. Теория бойынша рамында 8 жне, ммкін, 16 ата-аналарды гендері болатын жануарларды жасауа болатыны айтылады.

1980-1982 жылдары рамында тышанны екі тріні —белгілерін біріктірген химерлік жануарлар алынды. 1983 ж. С. Вилландсен тобы (Англия, Кембридж) алашы ауылшаруашылы малдарынын химерлерін алды. ойды (2п =54) жне ешкіні (2п =60) эмбриондарыны клеткаларын біріктіріп жне химерлік эмбрионды екі трінде аналыыны жатырына салу (трансплантациялау) нтижесінде (химерлік эмбрионны рылысына бай-ланысты) екі трге де тн белгілері бар жануарлар (ой, ешкілер) туды. Біреуінде басы, мйізі, йрыы жне жні денесіні кейбір жерлерінде - ешкінікі, ал алан блігіндс -ойды жні. АШ-та 1987 ж. ой, ешкі химері жне ойларды рамбулье, финландрасы тымдарыны химерлері алынды. Ресейде кара-ала тсті жне ызыл тсті ірі ара мал тымдарынан химерлі бзау алынды. Оны фенотипінде ара-ала тскен атар ызыл датар бар (Л.К. Эрнст, 1987).

Химерлік жануарлар — вегетативтік гибридтер, олар мозаиктік белгілерін рпатарына бермейді. Оларды рпатарында белгілерді ажырасуынан мозаикалы емес тлалар туады. Химерлік жануарлар бірінші рпата ана мір сргенмен оларды практикалы маызы зор:

1)бірнеше нды белгілер: німділік, ауруа тзімділік т.с.с. бір организмде детте кездеспейді, ал химерлерде олар-ды крінуін кшейтуге болады;

2) ртрлі жануарлардын эмбриондарын жергілікті тымны эмбриондарымен біріктіріп малды жерсінуін (ак-климатизация) тездетуге болады жне;

3) эмбриондарды біріктіру жолымен — жаын трлермен немесе сол трді зімен нды ауылшаруашылы малдары-ны немесе сиреп бара жатан таы жануарларды генофон-дын "таруа" болады, егер оларды эмбриондары жараат-тану немесе мутацияны кеселінен, здігінен кбеюге жарам-сыз болса.

Баса генома белгілі бір геномнан алынан немесе жасанды трде ралан (синтезделген) гендерді экспериментальды тасымалдау -трансгеноз деп аталады. Геномына бгде гендер енгізілген жануарлар трансгенді делінеді.

Трансгенді жануарларды алу технологиясы азіргі кезде жасы жола ойылган. Клонданан гендерді жмырта клеткаларына немесе алашы сатыдаы эмбриондара енгізуді бірнеше дісі табылан. Бгде ген реттеушісіне байланысты ртрлі тканьдарда ызмет атарады. Мысалы, егерде тасымалданан генге, оны айдан алынанына байланыссыз (бак-териядан, сімдіктен, адамнан, жануардан) алыпты жадайда бауырда ызмет атаратын тышан геніні реттеушісін жаласа, онда кшіріп орнатылан ген трансгенді жануарды бауырында жмыс атарады. Демек, кез келген генге реттеуші элсмент тауып, оны, алау бойынша, ай оргаида жмыс істейтінін алдын ала "жоспарлауа" болады.

Бл баытта болашаы зор дістер — микроинъекция мен мембрана инженериясы болып табылады. . Дегенмен, оларды бріндс ДН молекулаларыны рамы (геномы) сол кйінде алады. Ягни, бастапы рытанан бір клетка кезіндс оан бтен ген енгізсе, ол сіп жетілгсн организмні барлы клеткаларында болады. Осылай тышанны рытанан аналы клеткасына адамны самототропин генін енгізу арылы алып тышандар алынды. Осылай сйкес гормонды малдарды да рыктанан аналы клеткасына енгізіп, оларды да ірі трін сіруге болады.

Р. Хаммер жне Г. Брем ызметтестерімен адамны су гормонын микроинъекциялау арылы трансгенді й ояндарыны кжектерін алды. ВИЖді биотехнология лабораториясында ірі ара малды су гормонын енгізу арылы трансгенді оян алынан жне ол ген жаа организмде жмыс істеген (Л.К. Эрнст жне басалары, 1990).

Трансгенді шошалар, адамны су гормонын инъекциялау негізінде, Р. Хаммерді (1985) жне Г. Бремні (1986) лабораториясында алынды. Бл шошаларды кейбіреуіні аныны плазмасында адам гормоныны жоары дегейде екені аныталан.

Ірі ара малмен жмыс істегенде, пронуклеустарды кру шін ДН-а ерекше флуоресценттік бояу олданады жне зиготаларды центрифугалайды. 1987 жылы ст-етті баыттаы алашы трансгенді бзау алынды.

Австралияда дние жзінде алаш рет трансгенді ойлар алынды. Мндай койлар 2-4 жасында осы тыма жататын рбыларынан 1,5 есе ауыр болан. алымдарды айтуы бойынша, жуы арада жн сіретін, ауруа арсы тратын гендерді де ойлара трансплантациялауа болады .Тревор Скотт (1986).

Трансгенді ойларды стінен ан йытатын факторды ндіру биотехнологиясы жете зерттелуде.

Мамандарды айтуынша, трансгенді ауылшаруашылык малдары — XXI . тірі биотехнологиялы фабрикасы болуы керек, олар экологиялык жаынан е таза, нды белок препараттарын ндіретін негізгі кз болуы тиіс. Бгін оны іргетасы аланып жне дістемелік негіздері жасалынан, тек осы ылыми-техникалы жетістіктерді ауыл-шаруашылы малдарымен істелетін жмыстармсн штастыру соларды дегейіне жеткізу керек.

олданылатын дебиеттер:

Негізгі:

1.Б.Бегімлов.Молекулалы генетика жне биотехнология негіздері.Алматы .1996.

2. Уотсон Дж. Молекулярная биология гена. М.: Мир, 1978,

3. Молекулярная биология: Структура и биосинтез нуклеиновых кислот (под ред. Спирина А.С.). -М.: Высшая школа, 1990.

4. Молекулярная биология: Структура рибосом и биосинтез белка (нод ред. Спирина А.С.)- -М.: Высшая школа, 1996.

5. Степанов В.М.. Молекулярная биология. Структура и функции белков. -М: Высшая школа, 1996.

6. Альбертс Б., Брейм Д., Льюис Дж., Рефф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки в 5-и томах. - М.: Мир, 1994.

Осымша

7. Сингер М., Берг П. Гены и геномы. В 2-х томах. -М.: Мир,1998.

8. Уотсон Дж., Туз Дж., Куру Д. Рекомбинантные ДНК. -М.: Мир, 1986.

9. Льюин Б. Гены. -М.: Мир,1987.

10. Зенгбуш П, Молекулярная и клеточная биология в 3-х томах. -М.:

Мир,1982.

11. Эллиот В., Эллиот Д. Биохимия и молекулярная биология. -М.: НИИ

Биомедицинской химии РАМН, 2000.

12. Овчиников Ю.А., Биорганическая химия. -М.: Просвещение, 1987.

Лазерлі,магнитті дискідегі дебиет:

1. Д.И.Мамонтов. Открытая биология

2. Льюин.Б. Гены.М.1987