§33. Рекомбинантты дезоксирибонуклеин қышқылын алу әдістері
Бұл тақырыптың оқу мақсаты: рекомбинантты дезоксирибонуклеин қышқылын алу әдістерін түсіндіру.
Патогенді бактериялар дегеніміз не?
Тақырыпты табысты меңгеру үшін нені қайталау керек: 7-сыныптан 62-параграфты, 8-сыныптан 58-параграфты қайталаңдар.
Рекомбинантты немесе химер жасушалар мен ұлпалар жасау тарихы. Рекомбинантты ДНҚ жасау осы үдерісті жасаған бірқатар іргелі жаңалықтарға алғышарт болды. Бірінші кезекте химер жасушалар мен ұлпалар жасауға арналған теориялық зерттеулерді атауға болады. Бұл бағыттағы алғашқы жұмыстар ХХ ғасырдың 50-жылдарының соңында бастау алды. Олар қандай да бір практикалық мақсатты көздемеді және бұл зерттеулерден экономикалық нәтиже алу күтілген жоқ.
Ғалымдар экспериментті жасуша құрамына манипуляция жасауға мүмкіндік беретін жабдық пайда болған кезден бастап жасай бастады. Бақа жұмыртқа жасушасына (уылдырығына) эксперименттер тіпті ХIХ ғасырда жүргізілді. Бірақ ғалымдар микроине арқылы дене жасушаларына бөгде ядроны енгізу мүмкіндігіне ие болған кезде «будан (гибрид)» жасушалардың алуан түрін жасау кезеңі басталды. Бір ағзаның ядросы, басқасының ірі органоидтері, үшінші бір ағзаның цитоплазмасы, мембранасы мен кішкентай органоидтері бар жасушалар алынды. Ядросында әртүрлі ағзалардың хромосомалары бар жасушалар алынды ма? Мысалы, үй қояны, кірпі мен тышқан? Тасбақа мен кактус?
Осы алғашқы «химер» жасушалардың «тағдыры» қандай болды? Олардың ешқашан «химер» ағзаларға айналмағаны жақсы болған шығар. Эксперименттік манипуляцияларға байланысты қалыптасқан жасушалар мен ұлпалардың себінділері, шын мәнінде, зертхана жағдайында қоректік ортада Петри табақшасы мен сынауықтарда қалды. Яғни ғалымдар осы эксперимент барысында әртүрлі ағза гендері бірыңғай қызмет ететін күрделі денеде қалай әрекет ететінін бақылай алмады. Себебі «дене жасушалары себінділерінен» «ағза» алу технологиясы ол кезде болмаған. Шын мәнінде, дене жасушалары себінділерінен тұтас жануар ағзасын алудың сәтті әдістемесі әлі күнге дейін жасалмаған. «Себіндідегі жасушалар» тірі ағзадан тікелей алынған «жаңа» дене жасушаларынан айырмашылығы кейбір, өте үлкен және әрдайым есептелмеген бөліну санын өтуі мүмкін. Белгілі бір митоз санынан кейін кез келген маманданған дене жасушалары өз мамандануын жоғалтады. Олар қайтадан ұрық жасушасы сияқты жіктелмеген (дифференциацияланбаған) болады. Ал олардың көпжасушалы ағзалардың маманданбаған жасушаларының қалыптасу жағына генетикалық «қайту» механизмдері өте нашар зерттелген. Бірақ клондау технологиясының алға жылжу аясында бұл салада уақыт өте келе едәуір жетістіктерге қол жеткізу мүмкін. Әзірге дене жасушалары себінділерінен тұтас тірі ағза алудың 100% табысты әдістемесі өсімдіктер үшін жасалған. Бұл туралы ағзаларды клондауға арналған параграфта айтылады.
Рекомбинантты ДНҚ жасау вирус ферменттерін зерттеуден басталды. Олар арқылы бұл жасушаішілік генетикалық паразиттер өзінің ДНҚ-сының кішкентай бөлігін ие-жасушасының ДНҚ молекуласына «орналастыруға» қабілетті. ДНҚ-ны «кесетін» және «тігетін» ферменттер анықталған. Бірақ бұл жеткіліксіз болды. Қазіргі кезде геномға енгізу үшін өзінде қажет ДНҚ фрагменті бар, оны бөтен молекулаға «енгізетін» бөлшек керек. Яғни бейнелеп айтатын болсақ, инъекция жасауға болатын шприцке «ине» керек болды. Инъекциялық ине рөлін атқаратын молекула фрагменті «вектор» деп атала бастады.
Шприц пен капельница ойлап тапқанға дейін, медицинада тіршілік үшін күресте қазір «әлсіз» деп есептелетін аурулар түріне жеңілуге тура келді. Мысалы, жаңа туған нәрестелер дизентерия салдарынан жаппай шетінеп кетті. Яғни ауру нәрестеге қанша су берсе де ол ішекте сіңіріліп, қанға түспеді. Қазіргі кезде бұл проблема физиологиялық ерітіндіні немесе Рингер ерітіндісін венаға енгізу арқылы шешімін тапты.
Қазір рекомбинантты ДНҚ жасау үдерісі бірнеше міндетті кезеңнен тұрады (34-сурет). Бірақ бұл кезеңдер реті зертхана жұмысы регламентіне, зерттеу мақсатына және т.б. тәуелді айырмашылық жасауы мүмкін. Яғни іс жүзінде әрдайым барлық кезең орындалуы керек, бірақ олардың орындалу реті елеулі айырмашылық жасайды. Солардың бір нұсқасын қарастырайық:
1. Белгілі бір донор-ағзада басқа реципиент-ағза ДНҚ-сына «қондыру» қажет генді (немесе гендер тобы) анықтау. Ол үшін көбінесе ДНҚ-ны секвенирлеу қолданылады.
2. Донор-ағзаның барлық ДНҚ-сынан қажет фрагментті алу үшін молекуланы кесіп, қажет генді (немесе гендер тобын) алады.
3. Кейде бөлініп алынған геннің көшірмесі жасалады, яғни клондау жүргізіледі. Бұл үдеріс стандартты репликацияға ұқсас болады.
4. Реципиент-ағза жасушасына енуге ғана қабілетті емес, оның ДНҚ-сының донор геніне орналасуға қабілетті ең жақсы ДНҚ-векторды таңдап алады.
5. Оның ағзасындағы барлық геномнан ДНҚ-векторды «кесіп алады». Ол көбінесе вирус болады. Плазмида (негізгі нуклеоидтан оқшауланған бактерия ДНҚ-сының кішкентай сақинатәрізді молекуласы) да «вектор» бола алады. ДНҚ-ны басқа вирустық немесе плазмидалық генсіз тек векторлық ретті қалдыратындай етіп кеседі.
6. Егер ендірілетін генді клондаса, онда ДНҚ-векторды да клондайды. Көшірілетін генді клондау жүзеге аспаса, онда векторлар да клондалмайды. Бірақ клондау көбінесе жүзеге асады. Мысалы, адам инсулинін өндіру үшін қолданылатын бактериялар донор-ағзалар болса.
7. Донордан ауыстырылып қондырылатын векторы бар геннің «ендірілуі » жүзеге асады. Нәтижесіне пайда болғанды рекомбинантты ДНҚ деп атауға болады.
8. Дайындалған «ген-вектор» кешені реципиент-жасуша геномына ендіріледі. Бұл – күрделі, бірақ жолға қойылған процедура. Осы әрекеттер табысты болу үшін ерекше температура режимі (қыздырылады) қолданылады, реактивтер қосылады. Оларда көбінесе микроэлементтер, ферменттер мен заттар – өсу реттеушілері мен генді белсендіретін заттар болады.
34-сурет. Рекомбинантты ДНҚ жасау үдерісі
1 – «вектор» – бұл жағдайда бактериялық плазмида. 1А – жасушадан қазір ғана толық алынған.
2 – бактерияның осы штамының антибиотикке тұрақтылығын қамтамасыз ететін ген мутация нәтижесі болуы ықтимал).
3 – басқа жасушаға (мысалы, бактерия) орналастыратын ген (мысалы, адам инсулині) орналасу үшін керек ДНҚ үзіндісі.
4 – «рестрикция сайттары» – ферменттер көмегімен қажет «донор генді» кесу.
5 – «донор ген». 5а – ДНҚ молекуласының «жабысқақ ұштары». 1Б – донор генді «тігуге» дайын ферменттер көмегімен «кесілген» плазмида; б) оның «жабысқақ ұштары».
6 – қондырылған донор гені бар плазмида-вектор. «В» – оны түрлендірілмеген (модификацияланбаған) бактериялары бар ортаға орналастырады.
7 – бактерия жасушалары. «Г» – бактерияның өзінің сақинатәрізді ДНҚ-сы.
8 – плазмида-вектор «жұқтырылған» гені түрлендірілген (модификацияланған) бактерия. Осыдан кейін жасушалар себіндісін (культура) антибиотикпен өңдейді және барлық түрлендірілмеген (модификацияланбаған) бактериялар (7) жойылады. Себебі плазмидасында төзімділік гені болмайды.
9 – гені түрлендірілген (модификацияланған) екі жас жасуша – плазмида алған бастапқы аналық жасушаның бірінші бөлінуінің нәтижесі.
10 – гені түрлендірілген (модификацияланған) төрт жас жасуша – бірінші ұрпақтың екі жасушасының екінші рет бөлінуінің нәтижесі. Жасуша себінділерінің көптеген келесі бөлінуі сызбада көрсетілмеген.
Бөгде ген кіріктіріліп алынған жасушалар трансгенді деп аталады. Донор ДНҚ фрагментін ендіру үдерісін трансформация дейді.
Гендермен әрекеттердің барлық кезеңінде ферменттер қолданылады. Олардың жалпы және әрқайсысы туралы осы бөлімнің келесі параграфтарында айтылады.
Химер жасушалар, вектор, донор-ағза, реципиент-ағза, трансгенді, трансформация.
Білу және түсіну:
1. Химер жасушалар және ұлпалар дегеніміз не? Неліктен оларды жасау және зерттеу рекомбинантты ДНҚ жасау жолының бірінші пункті болып есептеледі?
2. ДНҚ-вектор және рекомбинация үдерісі арасындағы байланысты анықтаңдар.
Қолдану:
1. Вирустардың генетикалық механизмдерін не үшін зерттеу керек? Ол генетикалық рекомбинациямен қалай байланысты?
2. Ғалымдардың рекомбинантты ДНҚ алуының сәтті болу себептерін атаңдар. Осы әрекеттер негізіне қандай жаңалықтар алынды?
Талдау:
1. Ағзалардың гендік трансформациясы кезеңдерін сызба түрінде бейнелеңдер.
2. Генетикалық трансформация кезеңдерін талдаңдар. Қандай кезең міндетті, ал қайсысын қалдырып кетуге болады? Үдерісті 4-кезеңнен бастауға болады ма? Бұл жағдайда қандай әрекет ретін ұсынасыңдар?
Синтез:
Гені түрлендірілген барлық ағзалар трансгенді деп аталуы мүмкін бе? Қандай пікір сөзсіз дұрыс:
1) Гені түрлендірілген барлық ағзалар трансгенді болады, бірақ барлық трансгенді ағзалар гені түрлендірілген болмайды.
2) Барлық трансгенді ағзалар гені түрлендірілген болады, бірақ гені түрлендірілген барлық ағзалар трансгенді болмайды.
Бағалау:
1. Рекомбинантты ДНҚ және трансгенді ағзаларды қолдану туралы реферат жазыңдар.
2. Мынадай пікірді талқылаңдар:
– «Ғылым ешқандай түбегейлі жаңа нәрсе жасамайды. Ол табиғат құпияларын «бақылап», оны өз қызметіне пайдаланады»;
– Адамзатты (ДНҚ) рекомбинантты жеңіс күтіп тұр.