Изучение отдельных клонированных фрагментов

Изучение отдельных клонированных фрагментов

Нередко внимание экспериментаторов концентрируется на отдельном донорском гене, который ученые желают изучить либо использовать. При определенной удаче таковой ген может уже содержаться в геномной библиотеке, но как его опознать? Для определения гена, который в этом случае можно уподобить иголке в стоге сена, были разработаны разные хитроумные способы. Если библиотека составлена на базе Изучение отдельных клонированных фрагментов геномной ДНК одичавшего типа, то можно добавлять ДНК из каждого клона в организмы, мутантные по интересующему нас гену. Потом можно изучить эти клеточки в поисках тех, что заполучили одичавший фенотип. Данный способ, нареченный многофункциональной комплементацией, основан на том, что клеточки большинства организмов вводят в себя ДНК Изучение отдельных клонированных фрагментов. ДНК может войти вовнутрь клеточки пассивно или с помощью электростимуляции. Если клетки-реципиенты довольно значительны, то ДНК можно ввести вовнутрь их. Есть даже «генные пушки», которые выстреливают в клеточку ДНК, связанную с металлическими частицами. В каждом случае введенная ДНК имеет все шансы внедриться в геном клетки-реципиента и начать работать Изучение отдельных клонированных фрагментов в качестве обыденного гена. Если клонированная ДНК, которую ввели в клеточку, имеет аллель одичавшего типа, а ген клеточки — мутированный аллель, то клеточка может перевоплотиться в клеточку одичавшего типа. Это свидетельствует о том, что данный клон ДНК переносит конкретно тот ген, который нужен.

Как ген опознан, перед исследователями открываются бессчетные способности Изучение отдельных клонированных фрагментов. Одна из самых тривиальных — секвенирование вставленного куска ДНК и определение последовательности аминокислот кодируемого им белка. На данный момент в базах данных имеются сведения о строении множества белков, и на их основании можно судить, какой тип белка кодирует данный ген. Если функция гена определена, то с его помощью Изучение отдельных клонированных фрагментов можно выявить идентичные гены в схожих организмах, так как существует эволюционная связь последовательностей ДНК меж разными видами. Один из методов определения схожих генов — достаточно действенная разработка, которую именуют полимеразная цепная реакция (polymerase chain reaction, PCR), разработанная Кэри Маллисом в 1984 году. Она базирована на том, что репликация ДНК начинается с праймера — недлинного Изучение отдельных клонированных фрагментов участка ДНК (либо РНК), от которого длится синтез молекулы с помощью ДНК-поли-меразы. Последовательность клонированных генов можно использовать для составления маленьких прай-меров на каждом конце интересующего сектора. Эти праймеры указывают друг на друга на обратных цепях ДНК и служат отправной точкой для полимераз, которые стремительно Изучение отдельных клонированных фрагментов передвигаются в обратных направлениях и достраивают куски меж праймерами (рис. 12.1). Если удается получить достаточное количество фрагментов подходящего размера, то их можно секвенировать и сопоставить с последовательностью изначальной клонированной ДНК.

Способ PCR также применим при выявлении дефектных аллелей человека. Большая часть рецессивных аллелей в популяции находятся в сокрытом гетерозиготном виде, и болезнь Изучение отдельных клонированных фрагментов проявляется только у гомозиготного потомства гетерозиготных организмов. Потому докторам так принципиально найти гетерозигот. Если установлена последовательность специфичного аллеля заболевания, то с помощью способа PCR его можно найти, даже если его аккомпанирует аллель одичавшего типа.

Рис. 12.1. Для пуска полимеразной цепной реакции отрезок ДНК нагревают до разделения его на две цепи. Потом Изучение отдельных клонированных фрагментов к участкам на 2-ух цепях присоединяются прайме-ры, и цепи реплицируются с помощью ферментов, устойчивых к высочайшим температурам. Получившиеся молекулы вновь делят средством нагревания, и цикл повторяется, в итоге чего число молекул умножается

Некие доминантные дефектные аллели, к примеру тот, что вызывает болезнь Геттингтона, время от времени Изучение отдельных клонированных фрагментов появляются на достаточно поздней стадии жизни. Способ PCR помогает найти их заблаговременно. Таким макаром, клонирование и связанные с ним технологии, такие как PCR, равномерно внедряются в мед обиход.

Не считая того, клонированный ген можно использовать в качестве зонда для выявления гомологичных частей других нуклеиновых кислот средством комплементарной конъюгации. ДНК Изучение отдельных клонированных фрагментов клонированного гена метят или радиоактивными атомами, такими, как 32Р, либо флуоресцентным хим веществом. Эту ДНК делят на две цепи и добавляют их к разным растворам одноцепочечных нуклеиновых кислот (ДНК либо РНК). Так как одноцепочечные нуклеиновые кислоты связываются с комплементарными одноцепочечны-ми нуклеиновыми кислотами, с помощью помеченных зондов можно найти участки с Изучение отдельных клонированных фрагментов данной последовательностью.

Вообщем зонды в генетике имеют многостороннее применение. Их можно использовать для определения местоположения гена на хромосоме либо определения наличия и количества мРНК, транскрибированной с определенного гена.

Разработка полимеразной цепной реакции и зонды употребляются также в судебной медицине для составления образцов ДНК, при помощи которых можно опознать правонарушителя. Для Изучение отдельных клонированных фрагментов образцов ДНК идеальнее всего подходят такие воды, как кровь либо сперма. Но так как разработка PCR очень надежна, то надежные результаты могут дать и несколько клеток, прилипших, к примеру, к волосам. ДНК разрезают рестриктазами, растворяют в геле и подвергают действию зонда. В итоге выходит набор фрагментов ДНК, нередко Изучение отдельных клонированных фрагментов упорядоченный в виде особенной графической схемы, так именуемый ДНК-отпечаток, либо фингерпринтинг (рис. 12.2). Данный способ исходит из того, что, хотя у людей однообразные гены находятся в одних и тех же позициях, меж генами имеется огромное количество некодиру-ющих участков с различными последовательностями, которые одним и этим же ферментом разрезаются по Изучение отдельных клонированных фрагментов-разному. Для каждого некодирующего участка есть свои зонды и PRC-праймеры, благодаря которым выяснено, что каждый человек имеет строго личное строение таких участков. Эталон ДНК, приобретенный с места злодеяния, можно обработать совместно с эталонами ДНК подозреваемых (также жертв) и получить серию ДНК-отпечатков. Таковой тест устанавливает как минимум Изучение отдельных клонированных фрагментов невиновность 1-го обвиняемого и служит весомым подтверждением вины другого.

Рис. 12.2. Способ ДНК-отпечатков применен для установления невиновности 1-го из 2-ух обвиняемых в изнасиловании. Эталоны ДНК подозреваемых А и В протестированы вкупе с ДНК жертвы (ряд 6), прототипом ДНК семени с ее одежки (ряд 3) и прототипом ДНК из влагалища (ряд 5). Приобретенные Изучение отдельных клонированных фрагментов результаты молвят о невиновности подозреваемого А и указывают на то, что грех мог совершить подозреваемый В

С помощью способа клонирования генов можно создавать организмы с внедренными генами других организмов, и это, пожалуй, самое захватывающее достижение современной генетики, применяемое в промышленных целях. Геном растения либо животного можно изменять, добавляя Изучение отдельных клонированных фрагментов особенные клонированные молекулы ДНК, благодаря которым организм приобретает новые признаки.

Добавленный в геном ген именуется трансгеном, а организм, приобретенный в итоге таковой операции, именуется трансгенным организмом. В пользующейся популярностью литературе этот процесс известен под заглавием генетическая модификация, но это не совершенно четкое определение, потому что приобретенные в итоге классической Изучение отдельных клонированных фрагментов селекции организмы также в некий степени подвергаются генетической модификации. Более четкие определения «генетически измененные организмы» и «генетически измененные продукты» относятся только к трансгенным организмам.

Ключевое различие меж трансгенными организмами и организмами, приобретенными в итоге селекции, заключается в том, что трансгенная ДНК может быть перенесена фактически из хоть какого другого организма, и Изучение отдельных клонированных фрагментов это неописуемо наращивает способности комбинирования признаков. При классической селекции предпочтительный аллель получали от особей такого же либо близкородственного вида. Сейчас же, если это нужно в каких-либо целях, гены рыб, к примеру, можно перенести в растение, а гены микробов — в млекопитающее. Таким макаром, способности преобразования ограничены сейчас Изучение отдельных клонированных фрагментов только воображением, и многих это принуждает задуматься, в особенности если знать, как нередко воображение в истории населения земли оказывало воистину разрушающее воздействие.

Трансгенная модификация презентабельна к тому же собственной скоростью. Новейшую ДНК можно добавить в считанные часы либо деньки. На генном уровне измененный организм обычно растет в течение нескольких Изучение отдельных клонированных фрагментов недель либо месяцев, после этого он готов для опытов либо употребления. При обычных способах селекции новый ген внедряется через несколько поколений, и отбор продолжается иногда 10-ки лет.

Трансгенез — очень массивное орудие. С его помощью можно сделать сельское хозяйство более прибыльным и действенным, сделать лучше качество еды, к примеру, сделать свинину либо Изучение отдельных клонированных фрагментов говядину наименее жирными. Можно прирастить количество еды, получаемой с 1-го растения либо животного: скотина может давать существенно больше молока, курица — больше яиц, а пшеничный колос — больше зерна. Ряд исследователей занимается тем, чтоб сельскохозяйственные растения получили собственные гены для фиксации азота. Азот, толика которого в воздухе составляет 79%, одна Изучение отдельных клонированных фрагментов из важнейших составляющих белков и нуклеиновых кислот. Но растения способны усваивать только фиксированный азот, другими словами находящийся в молекулах аммиака либо нитратов. Аммиак появляется в итоге хим реакции ЗН2 + N2 = 2NH3, обычно, с помощью фиксирующих азот микробов. Эти бактерии нередко обитают в корневых клубеньках бобовых, таких как бобы и горох. Фабричным методом Изучение отдельных клонированных фрагментов также можно получить аммиак, но для такового рода фиксации требуется неограниченное количество энергии. Не считая того, внесение хим удобрений в почву портит экосистему и загрязняет окружающую среду. Обычно крестьяне удобряли землю, растя поначалу на ней азотфиксирующие растения, а потом перепахивая ее под другую культуру. Но ведь так Изучение отдельных клонированных фрагментов интригующе получить растения с своими генами фиксации азота (nif)! В бактерии Klebsiella pneumoniae гены nif образуют скопления, и их полностью можно перенести в клеточки сельскохозяйственных растений.

Растения можно также сделать устойчивыми к насекомым-вредителям либо грибковым болезням. Из-за насекомых крестьяне раз в год теряют значительную часть урожая. Некие Изучение отдельных клонированных фрагментов компании уже проводили опыты по внедрению генов стойкости к насекомым в некие растения, такие как кукуруза. При всем этом они использовали вырабатывающие токсин Bt-гены, приобретенные от бактерии Bacillus thuringensis. Растения, измененные таким макаром, имеют свою защитную систему против насекомых. Другой подход заключается в том, чтоб видоизменять растения с помощью неких Изучение отдельных клонированных фрагментов генов микробов, устойчивых к гербицидам, в особенности к глифосфату (торговое заглавие Roundup). Тогда крестьяне получат возможность окропить свои поля этим гербицидом и убить все сорняки, не затрагивая при всем этом культурные растения. Таким макаром сельское хозяйство станет более действенным. Но все эти методы имеют и оборотную сторону, как мы Изучение отдельных клонированных фрагментов увидим в гл. 13. Они грозят здоровью человека, стабильности экосистемы, также самому сельскому хозяйству.

С помощью трансгенных способов можно сделать лучше питательную ценность растений: трансгенный «золотой рис», к примеру, отличается завышенным содержанием витамина А. Гены стойкости к соли позволяют растить растения на неблагоприятной почве с высочайшим содержанием соли, к Изучение отдельных клонированных фрагментов примеру некие виды помидоров в Израиле. В неких районах, тех, что размещены близко к морю, содержание соли в почвах естественным образом завышенное. Но не считая этого, засоление земли представляет собой опасность по всему миру, так как концентрация соли в почве возрастает в итоге экстенсивной ирригации. Выведение растений, устойчивых к Изучение отдельных клонированных фрагментов соли, представляет собой одну из целей промышленной генетики вместе с выведением растений, устойчивых к жаре, холоду и различным минеральным субстанциям.

Некие исследователи пробуют вывести растения для синтеза вакцин. Это могло бы в большой степени облегчить вакцинацию населения, так как человеку было бы довольно всего только съесть какой-либо Изучение отдельных клонированных фрагментов продукт. Таковой способ вакцинации мог бы существенно уменьшить расходы, ведь на данный момент много средств тратится на то, чтоб приготовить вакцину к долговременному хранению, доставить ее на место и нанять докторов для ее инъекции.

Трансгенные бактерии представляют собой потенциальные «фабрики» по производству различного рода белков. В текущее время ген людского Изучение отдельных клонированных фрагментов инсулина внедрен в некие бактерии, которые служат дешевеньким источником этого средства в качестве кандидатуры инсулину свиней либо скотин, который использовали до этого.

В наше время основаны личные компании для воплощения различных трансгенных проектов. Транснациональные компании, такие как «Доу Кемикал», «Инко», «Монсанто» и «Эли Лилли» вкладывают многомиллионные средства в такие компании Изучение отдельных клонированных фрагментов, как «Сетус» (Беркли) и «Байоджин» (Швейцария), обещающие сделать технологию, альтернативную микроэлектронике. Иногда кажется, что единственными ограничениями в этой области являются воображение и степень талантливости исследователей. Перед недавнешними местными выборами в Онтарио власти провинции заявили о многомиллионном проекте развития биотехнологий, которые, судя по ожиданиям, должны обеспечить значимый Изучение отдельных клонированных фрагментов прорыв в области медицины, горного дела, лесного и сельского хозяйства, экологии и энергетики. Кроме всего остального, ожидается возникновение новых азотфиксирующих растений, также микробов, которые очищали бы загрязнения, выделяли минералы и производили алкоголь из промышленных отходов.

Генная терапия

Посреди различных методов внедрения трансгенных технологий особенное место занимает генная терапия. Если можно видоизменять Изучение отдельных клонированных фрагментов растительные и животные организмы, то что мешает применить те же способы для исцеления наследных заболеваний? Разработка рекомбинантных ДНК с самого начала подавала надежду на исправление генетических нарушений средством подмены дефектного гена обычным. Как был выделен ген, ответственный за развитие кистозного фиброза (CFTR), и его функция была доказана, начались разработки средств Изучение отдельных клонированных фрагментов исцеления пациентов с кис-тозным фиброзом способами генной терапии. Поначалу необходимо было найти, можно ли из отдельной клеточки выделить обычный ген CFTR, и это удалось с помощью вируса коровьей оспы. В вирус был внедрен ген РНК-полимеразы фага Т7, а потом клон гена CFTR был вставлен в плазмиду Изучение отдельных клонированных фрагментов после промотора, опознаваемого только этой полимеразой. Когда вирус и плазмиду внедряли в клеточки пациентов, страдающих кистозным фиброзом, эти клеточки, в каких до этого отсутствовал регулятор транспорта нужных ионов, получали обычный механизм регуляции.

В текущее время многие центры генной терапии в большинстве случаев проводят исследования со взрослыми пациентами, страдающими конкретно кистозным Изучение отдельных клонированных фрагментов фиброзом. В их лабораториях испытываются 10-ки разных векторов, но ни какой-то из них пока не обладает всеми предпочтительными чертами. В неких случаях гены переносятся средством бронхоскопа — прибора для исследования легких либо, как в этом случае, для внедрения в их подходящего материала. В других центрах предпочитают вводить Изучение отдельных клонированных фрагментов генетический материал в нос либо околоносовые пазухи, так как они более доступны и ошибки тут не настолько неисправимы.

Рональд Кристал и его коллеги по Корнеллскому вузу первыми увидели, что аденовирус может переносить ген CFTR в легкие, где тот и выражается. Потому что сам вирус в человечий геном не встраивается, нужно Изучение отдельных клонированных фрагментов постоянное введение доз, но, к огорчению, неоднократное внедрение этого способа приводит к понижению его эффективности и развитию воспалительных процессов. В качестве контрмеры аденовирусную ДНК повсевременно укорачивают, надеясь получить вектор без товаров вирусного генома, в каком бы остались только гены, нужные для упаковки и переноса ДНК CFTR. Подразумевается, что Изучение отдельных клонированных фрагментов таковой вектор не будет распознаваться иммунной системой, и неоднократное введение доз не понизит эффективности способа.

В качестве потенциального вектора рассматривается маленькой аденоассоциированный вирус (AAV), так как в отличие от аденовирусов он не вызывает заболевания. Но он не так отлично переносит ген. Для улучшения его как вектора проводятся опыты по облучению и Изучение отдельных клонированных фрагментов хим модификации. В других лабораториях экспериментируют с ретровирусами-переносчиками CFTR, потому что эти вирусы естественным образом встраивают собственный геном в клеточки владельца.

Правда, при всем этом остается нерешенным вопрос, освободит ли обычный синтез белка CFTR от бактериальных зараз легких, на которые приходятся 90% заболеваемости и смертности. Все есть основания Изучение отдельных клонированных фрагментов возлагать, что генная инженерия удачно управится с этой задачей. Белок в легких, функция которого заключается в ликвидировании чужеродных клеток, не активируется при завышенной концентрации соли (а конкретно этим и характеризуется кистозный фиброз); но как CFTR начинает производить собственный продукт, концентрация соли снижается, и белок активируется.

В текущее время разрабатываются способы генной Изучение отдельных клонированных фрагментов терапии при лечении других наследных заболеваний. Так, при нарушениях функции кровяных клеток их можно преобразовывать в культуральной среде и вводить в костный мозг пациента, в их естественную среду. Непременно, некие из разработок увенчаются фуррором и в течение следующих лет станут обыкновенной мед практикой. Все приведенные факты — примеры так именуемой Изучение отдельных клонированных фрагментов соматической генной терапии, другими словами они используются по отношению к телу {соме) пациента в надежде, что получится достаточное количество клеток, способных делать обычные функции. Пациент может оздороветь, но риск передачи ненужных генов потомству все равно остается, так как половые клеточки таким макаром не модифицируются. Терапия половых Изучение отдельных клонированных фрагментов клеток нацелена на модификацию всего организма, включая и железы, вырабатывающие половые клеточки. Простой (на теоретическом уровне) метод заключается в том, чтоб видоизменять оплодотворенную яйцеклетку, введя в нее подходящий трансген. Такового рода процедура уже вероятна и удачно проведена на опытнейших животных, к примеру на мышах. Но можно ли ее применить Изучение отдельных клонированных фрагментов по отношению к человеку и, главное, стоит? Это суровый этический вопрос, и некие поборники нравственности говорят, что если соматическая генная терапия этична, то играть с человечьим геномом и изменять генный набор наших потомков неприемлимо, потому подобные процедуры следует запретить.


izuchenie-konstrukcii-i-ustrojstva-poluavtomata-a-1230m.html
izuchenie-kursa-istoriya-upravlencheskoj-misli-na-ochnom-otdelenii-uchebno-metodicheskij-kompleks-dlya-studentov-ekonomicheskogo.html
izuchenie-literaturi-po-probleme-organizaciya-vipolneniya-kvalifikacionnih-rabot-po-psihologii.html