Режа:
1.Генетик инженерия
2. Хужайра инженерияси
3. Ирсиятни организм даражасида
қайта тузиш
4. Ирсиятни популяция даражасида
қайта тузиш
5. Биотиехнология
Генетик
инженерия
-
молекулар,
генетик,
биокимёвий
усулларни
қўллаб,
мақсадда
кўзланган ирсий хусусиятга эга бўлган генетик
тузилишларни,
яъни
ДНК
молекуласини,
ҳужайрани ёки организмни ҳосил қилиш. Генетик
инженерия
бўйича
илмий
ишлар
1930-йиллари
ўтказила бошланган эди. 1934-йили Н.П. Дубинин
дрозофила пашшасини нурлантириб, ундан 3 жуфт
ва 5 жуфт хромосомаси бўлган пашшаларни олди.
Дрозофилада нормада 4 жуфт хромосома бўлади.
Ҳозирги пайтда кўзланган мақсадга кўра генетик
инженерия муаммоларини қуйидаги босқичларда
ўрганиш
мумкин:
ген,
ҳужайра,
организм
ва
популяция.
Ген инженерияси ёрдамида нуклеотидлар тартиби
ўзгарган ДНК молекуласи ҳосил қилинади ва уни
ишлаб турган ҳужайра геномига ўтказилади ҳамда шу
билан янги ирсий белгили ҳужайралар олинади. Ген
инженерияси ҳозирги кунда организмлар ирсиятини
ўзгартиришнинг энг қулай усулларидан бири бўлиб
қолди. Америкалик олимлар K.Merril, M.Gayyer ва
Dj.Petricheli
лар
1971-йили
ичак
бактерияси
хромосомасидан
ламбда
бактериофаги
ёрдамида
сунъий ўстирилаётган одам ҳужайрасига галактоза-6
фосфатуридил - трансфераза ферментининг ҳосил
бўлишини
бошқариб
турувчи
генни
кўчириб
ўтказдилар. Маълумки, бу фермент одамда етишмаса
галактоземия
ирсий
касаллиги
пайдо
бўлади.
Тажриба
сунъий
ўстирилган
одам
ҳужайрасида
ўтказилган бўлсада, молекулар ирсий касалликларни
даволашда муҳим аҳамиятга эга.
Ген
инженерияси
қуйидаги
асосий
масалаларнинг
қандай
ечилишига боғлиқ бўлди: 1) ҳар хил организмдан олинган ДНК
молекуласини майда бўлакларга (генларга) ажратиш; 2) генлар
ичидан кераклисини топиб, шу генни ташиб юрувчига (векторга)
бирлаштириш; 3) ДНК сида керакли ген бўлган векторни ҳужайрага
киргизиш; 4) кўпгина ҳужайралар орасидан кўчириб ўтказилган
генни олган реципиент ҳужайраларни ажратиш. Биринчи масала
эндонуклеоза, трансфераза ва лигаза ферментлари топилгандан
кейин ҳал этилди. Иккинчи масалани ечишда вектор сифатида
плазмидалар ДНК сидан фойдаланилди. Учинчи масалани ечишда
калций
тузлардан
фойдаланилди.
Калций
тузлари
таъсирида
векторни
қабул
қилувчи
ҳужайралар
мембранасининг
ўтказувчанлиги ошар экан. Шунинг учун керакли гени бор вектор
осонгина ҳужайрага киради.Тўртинчиси эса генетик ва биокимёвий
усуллардан фойдаланиб, керакли гени бўлган ҳужайраларни (клон)
ажратиб олиш билан ҳал этилди.
Генетик
инженерия
босқичлари
Шу керакли
гени бўлган
ДНК ни
кўчирувчи
(вектор) ДНК
сига улаш
Керакли ген
уланган вектор
ДНК сини
ҳужайрага ёки
организмга
ўтказиш.
Керакли генни
ажратиш ёки
уни синтез
қилиш
Кўзланган мақсадга кўра керакли генни ҳужайрадан ажратиб олиш ёки
уни
сунъий
синтез
қилиш
мумкин.
Биринчи
бўлиб,
1969-йилда
америкалик олимлар Shapiro ва Bakvit ичак бактериясидан лактаза
генини ажратиб олдилар. Бу генни ажратишда ламбда бактериофагидан
фойдаланилди. Ламбда бактериофаги ичак бактериясидан лактаза генини
ўзига бирлаштириб олади
Ген инженериясида ҳужайрадан ажратиб олинган керакли ген
кўчириб ўтказувчи ДНК сига, яъни вектор ДНКсига уланади.
Одатда, ламбда бактериофаги ҳайвонларнинг айрим онкоген
вируслари,
бактерияларнинг
плазмидаси
ва
эписомалари
вектор
сифатида
ишлатилади.
Рестриктаза
ферментлари
ёрдамида плазмида ДНК занжири бир биридан ажратилиб,
унинг якка ДНК ипи майда бўлакларга бўлинади. Рестриктаза
ферментларининг 500 дан ортиқ хили бўлиб, ҳар бирининг ДНК
молекуласида ўзининг таъсир кўрсатадиган, яъни узадиган
жойи бор. Шулар ичида энг кўп ишлатиладигани рестриктаза
EcоR1
дир.
Бу
рестриктазани
ишлатишнинг
қулайлиги
шундаки, у ДНК молекуласининг фақат маълум бир жойини,
яъни
аниқроғи
аденин
ва
тимин
орасидаги
боғни
узади.
Натижада, якка ипли ДНК нинг бошқа ДНК бўлаги билан осон
бирлашадиган
майда
бўлаклари
пайдо
бўлади
ва
бу
бўлакларда нуклеотид- ларнинг жойлашиши биттасида фақат
аденинли
асосдан
бошланса
иккинчиси
фақат
тиминдан
бошланади.
Бошқа ДНК бўлагини ўзига осонгина бирлаштирадиган ДНК бўлаги ва
ажратилган, яъни керакли генни лигаза ферменти бўлган эритмага солинади.
Лигаза ферменти керакли генни, шу генни кўчирувчи плазмида ДНК сига
улайди. Натижада ҳар хил ДНК ли (химер) плазмида ҳосил бўлади. Улар энди
шундай плазмидаларни ўзига қабул қилувчи ҳужайралари (реципиентлар)
бўлган совуқ ҳолдаги калций хлор эритмасига туширилади.
Агар эритмани тезлик билан қиздирилса, ҳужайралар пўстининг ҳужайра учун бегона
бўлган моддаларни киритмаслик хусусияти йоқолади. Шунинг учун ҳар хил ДНК си
бўлган плазмида бактерия ҳужайрасига осонгина кириб, унинг ДНКсига бирлашиб
олади. Шу бактерия ҳужайраси бўлинганда ундан ҳосил бўлган янги ҳужайралар энди
олдингиларига ўхшаш бўлмайди .
Галактоза оперони бўлган ламбда фаги ДНК си билан SV40 вируси
ДНКларидан дурагай ДНК молекуласини олиш.
Рестриктаза
ферменти
таъсирида
узилган
ДНК
молекуласи бўлакларининг охирги қисми бир хил
бўлади. Шунинг учун лигаза ферменти уларга бир
хилда таъсир килиб, бу бўлакларни ва хаттоки,
битта рестриктаза узган ҳар хил плазмидалар ДНК
сининг бўлакларини ҳам ҳар хил тартибда бир -
бирига улайди. Натижада, қуйидаги ҳолатларни
кузатиш мумкин: плазмида ДНК бўлаклари қайта
тикланганда олдинги тартибини ҳосил қилмайди,
иккита ДНК бўлаги ўртасига бошқа организм ДНК
сининг
бўлаги
кириб
қолиши
мумкин;
битта
организм ДНК бўлаги билан иккинчи организм ДНК
сининг бўлаклари кетма-кет жойлашади. С.Коен ва
Э. Чанг биринчи бўлиб, ҳар хил ДНК си бўлган
(химер) плазмидани ҳосил қилдилар
А – RSF 1010 ва pSG 101 плазмидаларидан стрептомицин,
тетроциклинга чидамли дурагайни олиш; В – плазмиданинг узиб,
ундан охири ёпишқоқ бўлган қисми ҳосил қилинган; D – иккала
плазмида
ДНК
сини
бир-бирига
улаб,
стрептомицин
ва
тетрациклинга чидамли дурагай плазмида олинган.
Бунинг учун икки хил бактериядан яъни ичак
ва
стафилококк
бактерияларидан
фойдаланилди.
Ичак
бактериясининг
плазмидасида
(pSG
101)
тетроциклинга,
стафилококк
бактериясининг
плазмидасида
(RSR
1010)
эса
стрептомицинга
чидамлиликни юзага чиқарувчи ген бор. Бу
иккала бактерияларнинг плазмидалари ДНК
сининг
бир-бирига
бирикишидан
дурагай
плазмида ҳосил бўлиб, у энди тетрациклинга
ҳам, стрептомицинга
ҳам чидамли бўлиб
чиқди.
Бу
дурагай
плазмидани
ичак
бактерияси худди ўзининг ДНК си каби қабул
қилди.
Натижада
ичак
бактериясининг
хусусияти
ўзгариб,
стрептомицинга
ҳам,
тетрациклинга ҳам чидамли бўлиб қолди.
Керакли
ген
уланган
вектор
ДНК
сини
ҳужайрага
ёки
организмга
ўтказишнинг
(трансгенез)
тўртта
йўли
бор.
1
-
трансформация;
2-
трансдукция;
3
-
содда
ҳайвонлар,
бактерияларнинг
қонюгацияси
ва
юқори
организмларни
дурагайлаш;
4
-
трансгрессия
-
ҳужайрага
кирган
вируснинг
геномга
бирикиши
ва
ундаги
генлар
таъсирининг
юзага
чиқиши.
Трансформация,
трансдукция,
соматик
ҳужайраларни
дурагайлаш ҳодисалари билан юқорида тўлиқ
танишган эдик.
Хужайра инженерияси
Бирон организмнинг соматик ҳужайраларига кўчириб
ўтказилган
ген,
шу
организмнинг
айрим
ҳужайраларидагина бўлса, жинсий ҳужайралар орқали
ўтказилган ген эса организмнинг барча органларида
учрайди. Ҳужайрага генни ёки хромосомани ўтказиш
1970-йилларда
липосомаларнинг
(липид
пуфаклари)
синтез қилиниши билан амалга оширила бошланди.
Липосомалар иккита липид каватидан иборат бўлиб, ҳар
хил моддаларни ҳужайрага киритишда кенг ишлатила
бошланди.
Липосомалар
ичидаги
моддалар,
шу
жумладан,
хромосомалар
узоқ
сақланиши
мумкин.
Липосома мембранаси ҳарорат таъсирида ўз ҳолатини
ўзгартиради
ва
ичидаги
хромосомани
ҳужайрага
чиқаради.
Алоҳида
генларни
ажратиб
ўтказишдан
кўра
хромосомани ҳужайрага ўтказиш осонроқ. 1978-
йили
липосомалар
ёрдамида
одамнинг
хромосомаси
сичқон
ҳужайрасига
ўтказилди.
Бунинг учун одам соматик ҳужайрасининг битта
хромосомаси,
липосомага
киритилди
ва
бу
липохромосомани
гипоксантин-гуанин-фосфорил-
бозил-трансфераза(ГКГФБТ) ферменти бўлмаган
ва
синъий
ўстирилаётган
сичқон
ҳужайралари
билан аралаштирилди. Вақт ўтиши билан сичқон
ҳужайраси ядросида одам хромосомасининг пайдо
бўлганлиги
кузатилди.
Одам
хромосомасидаги
генлар
таъсирининг
юзага
чиққанлиги
ГКГФБТ
ферменти
бўлмаган
сичқон
ҳужайраларида
ГКГФБТ
ферментининг
пайдо
бўлиши
билан
исботланди.
Хромосома одамники, ҳужайра эса сичқонники бўлган ҳужайрада
синтез қилинган ГКГФБТ ферменти одамларда учрайдиган шу
ферментга айнан ўхшаш эди. Демак, одам хромосомасидаги
генлар сичқонлар ҳужайрасида ҳам ўз фаоллигини сақлаб қолар
экан.
Шундай
қилиб,
липосомалар
ёрдамида
ҳужайра
даражасидаги ирсий касалликларни даволаш йўллари топилди.
Масалан, оғир нерв касалликларидан Тей-Сакс касаллиги билан
оғриган
одам
ҳужайрасида
B
–
N
-
асетил-гексозаминаза
ферменти бўлмайди. Соғ одамда бу фермент лизосомаларда
учрайди.
Бу
ферментни
липосомага
киритиб
сунъий
ўстирилаётган ва шу фермент бўлмаган ҳужайралар билан
аралаштирилади. Вақт ўтиши билан липосома ҳужайра пўстидан
ўтиб цитоплазмага тушади ва лизосомалар томонидан қамраб
олингач унинг ичида қолади. Натижада ҳужайрада B – N -
асетилгексозаминаза
ферменти
пайдо
бўлади.
Тей-Сакс
касаллигида асосан бош мия нерв ҳужайралари жароҳатланади.
Маълумки, нерв ҳужайралари пўстидан бегона моддалар жуда
қийинчилик билан ўтади. Шунинг учун бу касалликни даволаш
анча оғир ҳисобланади.
Ирсиятни организм
даражасида қайта тузиш
Янги генетик
усулларнинг пайдо
бўлиши билан ирсиятни
организм даражасида
қайта тузиш имқонияти
туғилди. Дж. Гордон
(1962) биринчилардан
бўлиб, вояга етмаган
бақанинг (думли
даврида) эпителий
ҳужайра ядросини
ядроси олинган
бақанинг тухум
ҳужайрасига кўчириб
ўтказди
Қорамоллар,
қўйлар
ва
бошқа
қишлоқ,
хўжалик
ҳайвонлари орасида серсут, серёғ, сержун, гўштдорлар
учрайди. Жинсий кўпайиш пайтида бу яхши белгилар
юзага чиқмаслиги мумкин. Сермаҳсул ҳисобланган битта
ҳайвон соматик ҳужайрасидан олинган диплоид ядрони
кўплаб ядросиз тухум ҳужайраларга ўтказиб, сермаҳсул
ҳайвонлар сонини кўпайтириш мумкин. Лекин бу усулни
юқори
организмларда
қўллаш
анча
ноқулай,
чунки
уларнинг тухум ҳужайраси бақаниқига қараганда жуда
кичик
ва
бақаниқига
ўхшаш
оталаниши
ҳамда
ривожланиши сувда кечмайди, шунинг учун соматик
ҳужайра ядросини ўзига қабул қилган тухум ҳужайрани
ҳайвонларнинг бачадонига ўтказиш керак бўлади.
Организм
даражасида
ўтказилган
генетик
инженерияга
Э.
Мак-Лореннинг
аллофен
(организмида ҳар хил ота-онадан олган, яъни
ҳар хил ирсий омили бўлган организмлар)
сичқонларни яратиш тажрибасини кўрсатиш
мумкин. Эмбриони 8 та бластомера ҳолатида
бўлган
организм
эмбрионига
проназа
ферментини
таъсир
эттириб,
бластомерларини
алоҳида-алоҳида
қилиб
ажратилади.
Шу
усул
билан
бир-биридан
ажратилган
битта
сичқоннинг
эмбрион
бластомерлари бошқа сичқоннинг шу йўлда
ажратилган
бластомерларига
қўшилади
ва
улардан яхлит эмбрион олинади
