§ 74. Хромосомная и генная инженерия

Ст. 389

Вспомните, какое строение имеет прокариотная клетка. Какие её структуры обеспечивают хранение и передачу наследственной информации?

Строение типичной клетки прокариот: капсула, клеточная стенка, плазмолемма, цитоплазма, рибосомы, плазмида, пили, жгутик, нуклеоид.

Нуклеотиды обеспечивают хранение и передачу наследственной информации.

Ст. 395

1. В чём сущность хромосомной и генной инженерии?

Манипуляции с целыми хромосомами или их участками называют хромосомной инженерией. Её методы дают возможность заменить одну или обе гомологичные хромосомы на другие или ввести дополнительные хромосомы в генотип организма.

Генная инженерия решает задачу целенаправленного создания новых комбинаций генетического материала путём лабораторных методов in vitro, которые позволяют манипулировать нуклеиновыми кислотами, переносить нужные гены организма одного вида в организм другого вида.

2. Какие научные открытия и достижения предшествовали генной инженерии? На стыках каких научных отраслей она возникла?

Генная инженерия возникла на стыке молекулярной биологии, микробиологии и энзимологии. Открытия в молекулярной биологии позволили выяснить структуру и особенности работы генов. Микробиология помогла найти векторы для генно — инженерных работ. Энзимология предоставила исследователям ферменты, называемые рестрикционными эндонуклеазами или рестриктазами, которые способны «узнавать» определённые последовательности нуклеотидов в ДНК и разрезать их так, чтобы на концах молекул образовывались одноцепочечные «хвосты».

3. Опишите метод рекомбинантных плазмид. Какие этапы можно выделить в создании и клонировании рекомбинантных плазмид? Каково значение этого метода?

Этот метод включает в себя:

1) Рестрикция – разрезание молекулы ДНК, например клетки млекопи — тающего, ферментами — рекстриктазами на фрагменты с одинаковыми липкими концами и нужным геном. Такими же ферментами разрезают плазмидную ДНК, поэтому липкие концы плазмиды комплементарны нуклеотидным последовательностям липких концов гена. Ген можно синтезировать также искусственным путём с помощью матричных реакций. Такой синтез осуществляют с помощью фермента обратной транскриптазы, или ревертазы.

2) Лигирование – «вшивание» гена с липкими концами в плазмидную ДНК с помощью ферментов — лигаз и получение рекомбинантной плазмиды.

3) Трансформация – введение рекомбинантной плазмиды в бактериальную клетку. Для этого на клетку воздействуют высокой температурой и хлористым кальцием, что делает её оболочку проницаемой для ДНК. Внесённая в бактериальную клетку рекомбинантная плазмида начинает работать, и клетка синтезирует чужеродный белок. Частота попадания плазмиды в клетку невысока (в одну клетку из тысячи). Рекомбинантная плазмида в бактериальной клетке многократно удваивается, и чужеродный ген размножается, происходит его клонирование, т. е. передача от материнской клетки дочерним при бесполом размножении. От каждой бактериальной клетки образуется колония, состоящая из миллионов бактерий, которые подвергаются отбору – скринингу.

4) Скрининг – отбор колоний бактерий, содержащих рекомбинантные плазмиды с нужным геном. Для этого все колонии накрывают специальным фильтром, к которому они прилипают. Затем фильтр обрабатывают радиоактивным зондом – полинуклеотидом, содержащим в своём составе радиоактивный изотоп фосфора – 32Р. Радиоактивный зонд комплементарен искомому гену, поэтому он связывается лишь с теми колониями бактерий, у которых имеются рекомбинантные плазмиды. Для их обнаружения на фильтр накладывают рентгеновскую плёнку, которую потом проявляют. По положению засвеченных на плёнке участков отбирают те колонии, которые получили нужный ген.

4. Какие организмы называют трансгенными или генетически модифицированными? Для чего учёные создают трансгенные, или генетически модифицированные, организмы? Приведите примеры трансгенных организмов.

Организмы, геном которых будет содержать чужеродные гены, называются трансгенными.

Учёные создают трансгенные организмы с целью проявления у них новых хозяйственно ценных признаков. Например, при встраивании гена бактерии тюрингской бациллы (Bacillus thuringiensis), ответственного за выработку 8 — эндотоксина, в генотип культурного картофеля получены так называемые Bi — растения картофеля (от названия вида бактерии), ядовитые для растительноядных насекомых, но безвредные для других животных и человека. Так был найден эффективный и экологически безопасный способ защиты культурного картофеля от его вредителя – колорадского жука.

5. Перечертите в тетрадь и заполните таблицу.