Гендік инженерия

                         Жоспары   

 

I.Кіріспе

II.Негізгі бөлім

1.Биотехнологияның негізгі бағыттары

2. Гендік инженерия түсінігі

3.Гендік- модифицирленген өнімдердің адам денсаулығына әсері

III.Қорытынды

IV.Пайдаланылған әдебиеттер  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Биотехнологияның негізгі бағыттары

Биотехнология дегеніміз — биологиялық организмдердің қатысуымен жүретін процестерді, адамның мақсатына сай өзгерту арқылы өндірісте пайдалану. "Биотехнология" деген терминді алғаш рет 1919 жылы венгр ғалымы К.Эреки енгізді. Қазіргі биотехнологияның басты мақсаты — өсімдіктердің жаңа сорттарын, жануарлардың асыл тұкымын, микроорганизмдердің штаммаларын шығару. Оны адам өміріне қажетті заттар өндіру үшін биологиялық нысандар мен процестерге негізделген жаңа ғылымның және өндірістің сапасы деп қарауға болады. Ата-әжелеріміз ежелден микроорганизмдерді қымыз бен шұбат, айран ашытуға, құрт пен ірімшік жасауға, нан пісіруге, тері илеуге, т.б. қажетті заттарды дайындауға пайдаланған. Қазіргі биотехнологияның мынадай негізгі бағыттары бар: микробиологиялық өндіріс, жасушалық инженерия жөне гендік инженерия. Биотехнологияда биохимия, микробиология, молекулалық биология, генетика ғылымдарының жетістіктерінің нәтижесінде өте бағалы биологиялық белсенді заттар — гормондар, ферменттер, витаминдер, антибиотиктер, органикалық қышқылдар — сірке, лимон, сүт және кейбір дәрі-дәрмектер алынады. Қазір ең жоғары өнімді микроорганизмдер штаммаларының көмегімен 150-ден астам биологиялық заттардың түрлері синтезделді. Мысалы, адамда және кейбір жануарлар организмінде синтезделмейтін аминқышқылы лизинді тек микроорганизмдер арқылы алады. Егер жануарлар организмінде лизин жетіспейтін болса, оның денесінің өсуі тоқтайды. Сондықтан лизинді жануарлардың жемшебіне қосып береді. Биотехнологияның биологиялық әдістерін қоршаған ортаны ластанудан тазарту үшін қолданады. Ластанған суларды микроорганизмдердің көмегімен тазартады. Үлкен қалалардың, өндіріс орындардың шығарған зиянды қалдықтарын тазарту кейбір бактериялардың қатысуымен жүреді. Металл қалдықтарымен (уран, мыс, кобальт, т.б.) ластанған суларды тазарту үшін оларды өз жасушаларына жинайтын бактериялардың түрлерін пайдаланады. Сонымен биотехнология экологиялық мәселелерді шешуге қатысады. Үндістанда, Қытайда, Филиппинде үйлерді жылытуға және тамақ дайындауда биогаз — метан мен кеміркышқыл газдың қоспасын пайдаланады. Ол үшін арнаулы контейнерлерге малдың қиын, қант өндірісінің, ауыл шаруашылығы заттарының калдыңтарын жинап, оларға бактерияның арнайы себіндісін қосады. Осы қоспадан биогаз алады.

Гендік  инженерия

Соңғы жылдары молекулалық биология мен генетика ғылымдарының жетістіктеріне байланысты гендік инжерения ғылымы пайда болды. Гендік инженерия организмдердің жаксы қасиеттерін сақтап қалумен қатар оған сапалы қасиет бере алады. "Инженерия" термині құрастыру деген мағынаны білдіреді. Гендік инженерияның мақсаты — алдын ала белгіленген үлгіге сәйкес генотипі жағынан жақсарған организмдер алу. Алғаш рет гендік инженерияның тәсілдерін пайдаланып инсулин алды. Инсулин гормоны адамның ұйқы безінде жасалынады. Егер инсулиннің түзілуі бұзылатын болса, адам диабет ауруына шалдығады. Қазір дүние жүзінде 60 млн-нан астам адам диабетпен ауырады. Осы уақытқа дейін инсулин гормонын сиыр мен шошқаның ұйкы безінен алатын. Ал инсулинге тәуелді адамдардың саны жылдан-жылға арта түсуде. Осы себептерге орай адамның инсулин генін бактерияға гендік инженерия әдісімен көшіру керек болды. 1982 жылы адамның инсулин синтездейтін генін ішек таяқшасы бактериясының генотипіне енгізді. Сонда көлемі 1000 л бактерия себіндісінен 200 г-ға дейін инсулин өндіруге болады екен. Бұрынғы әдіс бойынша есу гормонының мұндай мөлшерін өндіру үшін сиырдың немесе шопщаның 1600 кг ұйқы безі қажет болар еді. Инсулиннен кейін гендік инженериялық әдіспен самотропин деп аталатын өсу гормонын бактерияларда синтездеу қолға алынды. Самотропин ірі қара малдардың сүтінің артуына қой мен шошканың еттілігінің жақсаруына әсер ететіні анықталды.

Жасушалық инженерия

Жасушалық инженерия жоғары сатыдағы организмдердің, өсімдіктер мен жануарлардың жеке жасушаларын  және ұлпаларын жасанды көректік орта жағдайында өсіру. Жасушалық инженерия  әдісі арқылы бір жасушаның ядросын екінші жасушаға көшіру және ядросыз жасушаларды өсіріп алуға болады. Жасаңды көректік ортада, яғни "in vitro" (жасанды) жағдайында жануарлардың (ит пен мысықтың, тышқан мен адамның) гибридтік жасушасын алған. Жануарлар жасушасын коректік ортада ұзақ өсіруге болады. 1997—1999 жылдары жануарлар инженериясын зерттейтін ғалымдар үлкен табысқа жетті. Англияда Розлин атындағы институттың ғалымдары алты жастағы саулық қойдың желінінің жасушасын "in vitro" жағдайында өсіріп, анасы тектес ұрпақ алды. Жапон елінде осындай өдісті қолданып, ірі қара малдың тұқымын, Оңтүстік Африка мен АҚШ-та кұрбақа мен тышқанның дараларын шығарды. Қазір өсімдіктер биотехнологиясының ауыл шаруашылығында маңызды бағыттары коп-ақ. Біріншіден, есімдіктердің кез келген органдарынан жасушасын алып, коректік орта жағдайында өсіріп, тұтас өсімдік алуға болады. Екіншіден, осы әдіспен бір жылда 1 млн есімдік алуға болар еді. Үшіншіден, жасушалық биотехнологияға негізделген жасанды коректік ортада синтезделетін экономикалық маңызды косымша заттарды (алка-лоидтер, гликозидтер, хош иісті майлар, дәмді заттар, табиғи бояулар, т.б.) алуға болады. Төртіншіден, өсімдіктерді клондық көбейтуге және сауықтыруға болады. Мысал ретінде, Қазақстанда алғаш рет өсімдіктер биотехнологиясының негізін калаған профессор Ізбасар Рахымбаевтың басшылығымен, микрокөбейту әдісін пайдаланып, өсімдіктердің 2400-ден астам түрлерін шығарды. Осындай жұмыстардың нөтижесінде сирек кездесетін және жойылып бара жатқан өсімдіктердің генофондысын сақтауға және көбейтуге, сәндік өсімдіктердің бірегей сорттарын тез арада көбейтін алуға мүмкіндік туды. "In vitro" жағдайында сауықтыру әдісін қолдану арқылы шаруашылықта пайдаланатын картоптың барлық бағалы сорттарын шығаруға болады. Қазақ мемлекеттік ұлттық университетінің өсімдіктер физиологиясы және биохимия кафедрасында бидай мен арпа тозаңқаптарын өсіру жұмыстары табысты жүргізілді. Гаплоидтік регенерант өсімдіктер алынды. Қытай ғалымдары андрогендік гаплоидтер негізінде күріштің, бидайдың, жүгерінің, қара бидайдың, арпаның, т.б. дақылдардың сорттарын шығарды. Бір жасушадан алынған тұтас есімдік және оның ұрпақтары белгілі антибиотикке төзімді болады. Осында көрсетілген әдіс бойынша есімдіктердің температураға, тұзды топырақ және зиянды жөндіктерге төзімді касиеттерін арттыруға болады

2. Гендік инженерия түсінігі

‎ Гендік инженерия -  молекулалық  және клеткалық генетиканың қолданбалы саласы. Белгілі қасиеттері бар генетикалық  материалдарды In vitro жағдайында алдын-ала  құрастырып, оларды тірі клеткаға енгізіп, көбейтіп, зат алмасу процесін өзгеше жүргізу. Бұл әдіспен организмдердегі  генетикалық информацияны көздеген мақсатқа сай өзгертіп, олардың геномдарын белгіленген жоспармен қайта  құруға болады.

Гендік инженерия ол функционалдық  активті генетикалық құрылымдарды рекомбинаттық  ДНҚ молекулалары түрінде қолдан құрастыру. Гендік иженерияның  мәні жеке гендерді бір организмнен  алып басқа организмге көшіру. Бұған  рестриктаза мен лигаза ферменттерінің ашылуы мүмкіндік туғызады. Рестриктазалар ДНҚ молекуласын белгілі жерлерден  жеке үзінділерге қиып бөлшектейтін ыдыратушы фермент. Қазір ДНҚ  молекуласын бір-бірінен өзгеше 120 жерінен үзетін 500-ден астам  рестриктазалар анықталған. Алынған  полинуклеотид бөлшектерінінің  комплементарлық  немесе жабысқыш ұштарны  ДНҚ лигазасы – бір-біріне желімдеп реттеп жалғасытырып қосады. Осы ферменттердің  көмегімен бір ДНҚ молекуласынан  қажетті ген бөлініп алынып, басқа  ДНҚ молекуласын үзінділерімен  құрастырылып рекомбинанттық, яғни жаңа будан ДНҚ жасалады.

Биологиялық қауіпсіздік  – адамзаттың ең басты міндеттерінің  бірі.

1975 жылы биоқауіпсіздік  туралы Халықаралық конференцияда  (Асиломар, Колифорния) рекомбинантты   ДНҚ молекуласы экспериментінің  негізгі қағидасы қабылданды.

1985 жылы Биоқауіпсіздік  ақпараттық жұмыс тобы құрылды,  оған БҰҰ индустриалды даму  Ұйымының елдер-мүшелері кірді,  және қоршаған ортаны қорғау Бағдарламасы БҰҰ, сонымен қатар Бүкіл әлемдік денсаулық сақтау ұйымы.

1991 жылы оларға БҰҰ  Тағамдық ресурстар мен ауылшаруашылық  ұйымы қосылды.

Биотехнология аумағында  заңнама жасау әлі толық жөнге  келмеді.

Бір жағынан үкімет тарапынан  биотехнологиялардың легализациясы  болып жатса, екінші жағынан заңнамадағы  өзгешеліктер өнімді глобаоды нарыққа  шығаруға кедергі жасап отыр.

1.1. Гендік инженерия -  молекулалық және клеткалық генетиканың  қолданбалы саласы. Белгілі қасиеттері  бар генетикалық материалдарды  In vitro жағдайында алдын-ала құрастырып, оларды тірі клеткаға енгізіп,  көбейтіп, зат алмасу процесін  өзгеше жүргізу. Бұл әдіспен  организмдердегі генетикалық информацияны  көздеген мақсатқа сай өзгертіп, олардың геномдарын белгіленген  жоспармен қайта құруға болады.

Гендік инженерия ол функционалдық  активті генетикалық құрылымдарды рекомбинаттық  ДНҚ молекулалары түрінде қолдан құрастыру. Гендік иженерияның  мәні жеке гендерді бір организмнен  алып басқа организмге көшіру. Бұған  рестриктаза мен лигаза ферменттерінің ашылуы мүмкіндік туғызады. Рестриктазалар ДНҚ молекуласын белгілі жерлерден  жеке үзінділерге қиып бөлшектейтін ыдыратушы фермент. Қазір ДНҚ  молекуласын бір-бірінен өзгеше 120 жерінен үзетін 500-ден астам  рестриктазалар анықталған. Алынған  полинуклеотид бөлшектерінінің  комплементарлық  немесе жабысқыш ұштарны  ДНҚ лигазасы – бір-біріне желімдеп реттеп жалғасытырып қосады. Осы ферменттердің  көмегімен бір ДНҚ молекуласынан  қажетті ген бөлініп алынып, басқа  ДНҚ молекуласын үзінділерімен  құрастырылып рекомбинанттық, яғни жаңа будан ДНҚ жасалады.

Одан кейін рекомбинанттық ДНҚ бірнеше әдістермен тірі клеткаға енгізіледі. Жаңа геннің экспрессиясы өтеді де клетка сол ген белгілейтін  белокты синтездей бастайды. Сонымен, клеткаға рекомбинанттық ДНҚ молекуласы түрінде жаңа генетикалық информация енгізіп, ақырында жаңа белгісі  жаңа белгісі бар организмді алуға  болады. Бұндай организмді трансгендік  немесе трансформацияланған организм деп атайды, себебі организмдер өзгеріп  басқа қасиетке ие болуын трансформация  дейді.

Сөйтіп, гендік инженерияның дамуына негіз болған молекулалық  биология мен молекулалық генетиканың  мынадай жетістіктер:

рестректазалармен лигазалардың ашылуы;

генді химиялық және ферменттерді қолдану арқылы синтездеу әдісі ;

бөтен генді клеткаға тасымалдаушы векторларды пайдалану;

бөтен генге ие болған клеткаларды  таңдап бөліп алу жолдарының ашылуы.

Алғашқы рет рекомбинаттық  ДНҚ 1972 жылы АҚШ та Стенфорд университетінде  П. Бергтің лабораториясында  жасалған. Онда проберка ішінде үш түрлі микроорганизмнің ДНҚ лары – лямбда фагтің және шек  таяқшасы бактериясының ДНҚ фрагменттері мен маймылдың онкогендік вирусының  толық геномы қосылған еді.

Өсімдіктердің гендік инженериясы  саласында бірінші жұмыстар In vitro өсірілетін клеткалармен 1980 жылы жүргізілген 1983 жылы алдымен күнбағыстың трансгендік  каллусы, кейін сол каллустан  табиғатта мүлдем болмаған санбин өсімдігі алынды.

Санбин деген ол геномында  бұршақтың белогі фазеолинді кодтайтын  гендері бар күнбағыс өсімдігі еді.

Гендік инженерия гендерді тасымалдау тәсілі ретінде болашақта  екпе өсімдіктердің селекциясының  тиімді аспабы бола алады. Қазіргі кезде  гендік инженерия алғашқы қадамдарын басып, екпінді дамып келеді.

Гендік инженерияның әдістемелік  негізі жарықтың мезофилл клеткаларының  немесе каллус ұлпасының протопластары  болады. Жаңа генетиканың информацияға ие болған протоплаты өсіріп одан регенерант өсімдігін алуға болады. Генетикалық  трансформация үшін сомалық клеткалардан басқа тозаң клеткалары, жұмыртқа клеткасы қолданылады. Сонымен,  In vitro өсірілетін клеткаларға гендік инженерияның әдістерін қолданып, өсімдіктің бағалы белгілері бар негізінде жаңа формаларын құруға болады

1.2.  Гендік инженерияның  жұмысы мынадай кезеңдерден тұрады:

басқа организмге көшірілетін  құрылымдық генді алу;

оны вектордың құрамына енгізу, яғни рекомбинанттық ДНҚ жасау;

рекомбинанттық ДНҚ-ын өсімдік  клеткасына тасымалдау;

өсімдік клеткаларында бөтен  ДНҚ-ның экспрессиясын талдау;

геномы өзгерген жеке клеткалардан регенерант өсімдігін алу.

Гендерді тасымалдайтын  векторлар

Бөтен генді клетка ішіне  тасымалдап алып баратын арнаулы  ДНҚ молекуласын вектор деп атайды. Оған мынадай талаптар қойылады:

өз алдына репликациялану, яғни клетка ішіне бөтен генді  алып кірген соң клеткамен бірге  немесе өзалдына көбейе алатын болуы  керек; немесе вектор клетка хромосомасының құрамына еніп, онымен бірге ұрпақ  клеткаларға беріліп отыруы керек;

трансформацияланған клеткаларды  анықтау үшін оның ерекше генетикалық  белгілері болуы керек;

құрамында рестриктазалар үзе  алатын нуклеотидтер тізбегі болуы  керек және репликацияға қабілетін  жоғалтпауы керек;

векторға орналастырылған  бөтен ген оның атқаратын қызметін бұзбауы керек, ал вектор болса, ол да енгізілген геннің ішінде дұрыс реттеліп жұмыс істеуін қамтамасыз ететін болуы керек;

вектордың көлемі кішігірім  болуы керек.

2.2. Генетикалық инженерия  туындау кезінен бастап ғалымдар  қоғамда кейбір зерттеулердің  қауіптілігіне назар аудартты. Мұндай  қорқыныштын туындаған қауіпсіздік  пікір 1974 жылы айтылған болатын.  Кейін бірнеше сәтті эксперименттен  соң in vitro әдісі арқылы рекомбинантты  молекуланың ДНҚ алынды. П.Берг  бастаған әйгілі молекулярлы  биологтар тобы гендік инженерия  эксперименттерін жүргізуді шектеуге  шақырды. Айтылған пікір екі  жақты болды. Алдымен рекомбинантты  ДНҚ молекулаларының зертхана  сыртында немесе өнеркәсіп орнында  шынымен жасушалардың  «жоғалып»  кетуі ескертілсе, сонымен қатар адам және жануарлар ағзасына келтірілетін зиян бақылаусыз концентрацияда өте жоғары екендігі айтылды. Екіншіден клондалған ДНҚ фрагментіндегі құрылымы мен қызметі туралы білімнің жетіспеушілігі, оларды реципиентті жасушаға енгізгенде олар қалаған затымызды ғана емес, одан да басқа қауіпті (токсиндер, онкоген) өнімдерді синтездеу ықтимал.

1975 жылы бұл мәселелер  Халықаралық конференцияларда сөз  болды, онда рекомбинантты ДНҚ  молекулаларын алу сұрағына тоқталды. Онда биологиялық әр аумағын  зерттейтін ғалымдар (медициналық  микробиологтар, бактериальді генетиктер, эпидемиологтар, биохимикиер, ботаниктер, даму биологтар т.б.) жәнезаңгерлер,  ақпарат көздерінің  мүшелері, мемлекеттік  және жеке өнеркәсіп иелері  қатысты. Конференцияға қатысушылар  гендік инженерия әдісімен жүретін  эксперименттер жалғасуы керек  деп шешті, бірақ белгігленген  ережелер мен ұсыныстарды сақтауы  қажет. Бұл ережелер келесі  жылдары Англия, АҚШ, Франция мен  басқа елдерде жасалынды. Олар  бірнеше рет қайта қаралып,  жеңілдіктер ұсынылды, себебі жинақталған  мәліметтер олардың шектен тыс  қаталдығын дәлеледеді, әсіресе  дәстүрлі зертханалық штаммдармен  жұмыс істеуге қатысты.

Генотипке әсер ету адам, өсімдік, жануарлар мен қоршаған орта үшін қайта қалпына келмес өзгерістерге ұшыратуы мүмкін. Бақылаудан шығып  кеткен немесе арнайы дайындалған генетикалық  агенттер, тіршілікті жоятын, әдейілеп қолданылуы оларды биологиялық қару деп қарауға құқық береді.