Основы генной инженерии

Содержание

Слайд 2

9.1. Основы генной инженерии Материально-техническая база генной инженерии Основные этапы генной инженерии

9.1. Основы генной инженерии
Материально-техническая база генной инженерии
Основные этапы генной инженерии

Слайд 3

Проверим наши знания: 1. ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ОСНОВНОЙ ЕДИНИЦЕЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ? A) аминокислота

Проверим наши знания:
1. ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ОСНОВНОЙ ЕДИНИЦЕЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ?
A) аминокислота

B) нуклеотид
C) ген
D) белок
Слайд 4

2. Сколько типов тРНК могут быть в одной клетке? A) 4

2. Сколько типов тРНК могут быть в одной клетке?
A) 4

B) 20
C) 61
D) 64
Слайд 5

3. Генетическая рекомбинация у бактерий осуществляется следующими способами: 1. репликация 2.

3. Генетическая рекомбинация у бактерий осуществляется следующими способами:
1. репликация
2.

трансформация
3. трансляция
4. трансдукция
5. конъюгация
A) 1, 2, 4, 5 B) 2, 3, 4
C) 2, 4, 5 D) только 2 и 4
Слайд 6

4. Сколько хромосом отошло к полюсам клетки в анафазе I мейоза,

4. Сколько хромосом отошло к полюсам клетки в анафазе I мейоза,

если исходная клетка содержала 14 хромосом?
A) 0
B) 7
C) 14
D) 28
Слайд 7

5. Наследование групп крови у человека в система АВО: 1. определяется

5. Наследование групп крови у человека в система АВО:
1. определяется

взаимодействием аллельных генов типа множественного аллелизма
2. определяется взаимодействием аллельных генов типа кодоминирования
3. определяется взаимодействием аллельных генов типа плейотропии
4. определяется взаимодействием неаллельных генов типа комплемантарии
5. определяется взаимодействием аллельных генов типа эпистазии
A) 1, 3 B) 1, 5
C) 1, 2, 5 D) 1, 3, 5 E) 2, 5
Слайд 8

6. КАКИМИ СВЯЗЯМИ СВЯЗАНЫ МЕЖДУ СОБОЙ ЦЕПИ В МОЛЕКУЛЕ ДНК? A)

6. КАКИМИ СВЯЗЯМИ СВЯЗАНЫ МЕЖДУ СОБОЙ ЦЕПИ В МОЛЕКУЛЕ ДНК?
A)

пептидными
B) водородными
C) фосфодиэфирными
D) сульфидными
E) все варианты являются правильными
Слайд 9

7. ПЛАЗМИДЫ ЯВЛЯЮТСЯ: A) молекулами ДНК с экзон-интронной организацией B) бактериальными

7. ПЛАЗМИДЫ ЯВЛЯЮТСЯ:
A) молекулами ДНК с экзон-интронной
организацией
B)

бактериальными молекулами ДНК,
которые не могут передаваться
другим клеткам
C) кольцевыми молекулами ДНК
D) молекулами ДНК, которые
реплицируются под непосредственным
контролем бактериальной хромосомы
Слайд 10

Проверим наши знания: 1. ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ОСНОВНОЙ ЕДИНИЦЕЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ? A) аминокислота

Проверим наши знания:
1. ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ОСНОВНОЙ ЕДИНИЦЕЙ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ?
A) аминокислота

B) нуклеотид
C) ген
D) белок
Слайд 11

2. Сколько типов тРНК могут быть в одной клетке? A) 4

2. Сколько типов тРНК могут быть в одной клетке?
A) 4

B) 20
C) 61
D) 64
Слайд 12

3. Генетическая рекомбинация у бактерий осуществляется следующими способами: 1. репликация 2.

3. Генетическая рекомбинация у бактерий осуществляется следующими способами:
1. репликация
2.

трансформация
3. трансляция
4. трансдукция
5. конъюгация
A) 1, 2, 4, 5 B) 2, 3, 4
C) 2, 4, 5 D) только 2 и 4
Слайд 13

4. Сколько хромосом отошло к полюсам клетки в анафазе I мейоза,

4. Сколько хромосом отошло к полюсам клетки в анафазе I мейоза,

если исходная клетка содержала 14 хромосом?
A) 0
B) 7
C) 14
D) 28
Слайд 14

5. Наследование групп крови у человека в система АВО: 1. определяется

5. Наследование групп крови у человека в система АВО:
1. определяется

взаимодействием аллельных генов типа множественного аллелизма
2. определяется взаимодействием аллельных генов типа кодоминирования
3. определяется взаимодействием аллельных генов типа плейотропии
4. определяется взаимодействием неаллельных генов типа комплемантарии
5. определяется взаимодействием аллельных генов типа эпистазии
A) 1, 3 B) 1, 5
C) 1, 2, 5 D) 1, 3, 5 E) 2, 5
Слайд 15

6. КАКИМИ СВЯЗЯМИ СВЯЗАНЫ МЕЖДУ СОБОЙ ЦЕПИ В МОЛЕКУЛЕ ДНК? A)

6. КАКИМИ СВЯЗЯМИ СВЯЗАНЫ МЕЖДУ СОБОЙ ЦЕПИ В МОЛЕКУЛЕ ДНК?
A)

пептидными
B) водородными
C) фосфодиэфирными
D) сульфидными
E) все варианты являются правильными
Слайд 16

7. ПЛАЗМИДЫ ЯВЛЯЮТСЯ: A) молекулами ДНК с экзон-интронной организацией B) бактериальными

7. ПЛАЗМИДЫ ЯВЛЯЮТСЯ:
A) молекулами ДНК с экзон-интронной
организацией
B)

бактериальными молекулами ДНК,
которые не могут передаваться
другим клеткам
C) кольцевыми молекулами ДНК
D) молекулами ДНК, которые
реплицируются под непосредственным
контролем бактериальной хромосомы
Слайд 17

Проверим полученные результаты !

Проверим полученные результаты !

Слайд 18

Вернемся к нашим …….

Вернемся к нашим …….

Слайд 19

Вернемся к нашим …….

Вернемся к нашим …….

Слайд 20

Генетическая инженерия Манипуляция на уровне генома организмов с целью их совершенствования

Генетическая инженерия
Манипуляция на уровне генома организмов с целью их совершенствования
Пр.: экспериментальный

мутагенез, гибридизация
Генная инженерия
- Манипуляция на уровне ДНК с целью создания рекомбинантных молекул и их переноса в другие организмы
- Пр.: получение гормонов, получение генетически модифицированных организмов (ГМО)
Слайд 21

Когда возникла генная инженерия? 1972, P.Berg Получение первой рекомбинантной молекулы ДНК

Когда возникла генная инженерия?

1972, P.Berg
Получение первой рекомбинантной молекулы ДНК
1944, A.Avery, C.McLeod,

M.McCarty
Открытие явления трансформации
Слайд 22

Основные этапы развития генной инженерии: Открытие основных механизмов переноса генетической информации

Основные этапы развития генной инженерии:

Открытие основных механизмов переноса генетической информации
Трансформация (Griffits,

1928; Avery, McLeod, McCarty, 1944)
Сексдукция (Lederberg, Tatum, 1946)
Трансдукция (Tsinder, Lederberg, 1952)
Открытие структуры ДНК (Watson, Crick, 1953)
Открытие основных ферментов (50-60 гг.)
Рестриктазы
Лигазы
Слайд 23

Основные этапы развития генной инженерии (продолжение): Открытие обратной транскрипции (G.Temin, S.Mizutani,

Основные этапы развития генной инженерии (продолжение):

Открытие обратной транскрипции (G.Temin, S.Mizutani, D.Baltimor,

1970)
Открытие возможности искусственного синтеза генов (H.Corana, 1970-76)
Получение первой рекомбинантной молекулы ДНК (P.Berg, 1972)
Искусственное получение инсулина (1982)
Слайд 24

2. Материально-техническая база генной инженерии Генная инженерия основывается на изолирование отдельных

2. Материально-техническая база генной инженерии

Генная инженерия основывается на изолирование отдельных фрагментов

ДНК и их клонирование в векторные системы которые реплицируются автономно в клетки (организмы) хозяева
Она включает:
Систему ферментов
Систему переноса (векторы)
Клетки хозяева
Слайд 25

Ферменты (основные группы рестриктаз) Endonucleaze Pentru activitate necesită prezenţa în mediu

Ферменты (основные группы рестриктаз)

Endonucleaze
Pentru activitate necesită prezenţa în mediu de

incubare ATP, S-adenozilmetionină, Mg2+
Sunt instabile
Nu produc fragmente discrete
“site”- специфические эндонуклеазы
Для активности нуждаются лишь в Mg2+
Около 500
Производят дискретные фрагменты, легко выделяются электрофорезом в агарозном или полиакриламидном геле
Grupa intermediară
Pentru activitate necesită prezenţa a Mg2+ şi ATP
Produc fragmente discrete
Слайд 26

Свойства рестриктаз Могут разрезать молекулу ДНК на дискретные фрагменты Относительно легко

Свойства рестриктаз

Могут разрезать молекулу ДНК на дискретные фрагменты
Относительно легко выделяются
Способность

образовывать “липкие концы” (не все рестриктазы)
Высокая специфичность действия (разрезает молекулу ДНК в определенных местах – сайтах узнавания)
Слайд 27

“Site”-узнавания некоторых рестриктаз:

“Site”-узнавания некоторых рестриктаз:

Слайд 28

Примеры рестрикции Recognition Site Cleavage Products EcoR1 ---GAATTC--- ---G AATTC-- ---CTTAAG---

Примеры рестрикции

Recognition Site Cleavage Products
EcoR1 ---GAATTC--- ---G AATTC--
---CTTAAG--- ---CTTAA

G—
STICKY ENDS
Sma 1 ---CCCGGG--- ---CCC GGG---
---GGGCCC--- ---GGG CCC---
BLUNT ENDS
Участки рестрикции содержат 4 – 8 пар оснований в длину
Слайд 29

Название ферментов рестрикции Название рестриктаз происходит от названия бактерий из которых

Название ферментов рестрикции
Название рестриктаз происходит от названия бактерий из которых они

выделены:
Пр.: EcoRI
Из E.coli, штамм R
I – число (первый) выделенного фермента
Слайд 30

Векторные системы Специализированные молекулы по переносу наследственной информации рекомбинантных молекул ДНК

Векторные системы

Специализированные молекулы по переносу наследственной информации рекомбинантных молекул ДНК в

клетки (организмы) хозяева
Примеры:
- плазмиды
- фаги
- вирусы
- космиды
- митохондриальное ДНК / хлоропластное ДНК
Слайд 31

Требования предъявляемые векторным системам Безвредность вектора Быстрое размножение в клетке-хозяине и

Требования предъявляемые векторным системам
Безвредность вектора
Быстрое размножение в клетке-хозяине и разрушение вне

ее
Наличие ограниченного количества сайтов рестрикции
Наличие маркерных генов для узнавания
Относительная легкость выделения
Клонирование и экспрессия в другие клетки
Слайд 32

Использование векторов Плазмиды Для клонирования ДНК которые содержат от нескольких пар

Использование векторов

Плазмиды
Для клонирования ДНК которые содержат от нескольких пар оснований

(pb) до нескольких тысяч
Фаги
Для клонирования ДНК которые содержат 10.000 – 20.000 пар оснований (pb)
Искусственные “хромосомы”
Для клонирования ДНК которые содержат сотни тысяч пар оснований (pb)
Слайд 33

Клетки хозяева (требования) Возможность вовлечения в исследовательский процесс Отсутствие возможности существовать

Клетки хозяева (требования)

Возможность вовлечения в исследовательский процесс
Отсутствие возможности существовать вне лабораторных

условиях
Возможность разрушения ДНК вне лабораторных условиях
Исключение возможности передачи наследственной информации другим организмам
Исключение возможности биологического загрязнения окружающей среды
Слайд 34

3. Этапы генной инженерии 1. Изолирование и / или синтез генов

3. Этапы генной инженерии
1. Изолирование и / или синтез генов
2. Клонирование

генов и получение рекомбинантных молекул ДНК
3. Перенос и экспрессия рекомбинантных молекул ДНК в клетки (организмы) хозяева
Слайд 35

1. Получение генов 1.1. Изолирование генов Гибридизация ДНК – ДНК (Dj.Shapiro

1. Получение генов
1.1. Изолирование генов
Гибридизация ДНК – ДНК (Dj.Shapiro et al.,

1969)
гибридизация фагов λ и φ80;
изолирование участка lac-оперона;
Гибридизация ДНК – РНК (Tomas, 1976)
- комплекс ДНК – РНК является более устойчивым чем ДНК – ДНК;
Гибридизация РНК – ДНК (G.Temin, B.Mizutani, D.Baltimor, 1970)
- использование реверстранскриптаз;
Фрагментация ДНК (Maniatis et al., 1978)
используется для ДНК эукариот;
предполагает анализ фрагментов на селективных средах
Слайд 36

1. Получение генов 1.2. Синтез генов Из смеси дезоксиполинуклеотидтрифосфатов в присутствии

1. Получение генов
1.2. Синтез генов
Из смеси дезоксиполинуклеотидтрифосфатов в присутствии ДНК полимераз

(A.Cornberg, M.Djulian, 1967)
получение инфекционного генетического материала фага φX174;
Химическим синтезом (H.Corana, 1970 - 1976)
- синтез тРНК аланина дрожжей (генетически неактивен);
- синтез тРНК тирозина (генетически активен), содержащий промотор (52 нуклеотида), структурный участок (126 нуклеотидов) и терминатор (21 нуклеотид);
Слайд 37

2. Получение рекомбинарнтных молекул ДНК 1.1. лигазный метод Использование рестриктаз образующих

2. Получение рекомбинарнтных молекул ДНК
1.1. лигазный метод
Использование рестриктаз образующих “липкие концы”
Использование

лигаз
Риск нарушения целостности генов;
Не все рестриктазы образуют “липкие концы”;
Малое количество рекомбинантных молекул;
Необходимость сложного отбора рекомбинантных молекул;
1.2. терминальный метод
Использование эндо- и экзонуклеаз
Искусственное прикрепление “липких концов”
Использование в качестве вектора любых плазмид
Использование комплексных фрагментов ДНК
Слайд 38

3. Перенос и экспрессия рекомбинантных молекул ДНК Типы переноса Трансформация В

3. Перенос и экспрессия рекомбинантных молекул ДНК
Типы переноса
Трансформация
В качестве векторов

используются плазмиды;
Трансфекция
В качестве векторов используются специфические фаги;
Трансгенез
В качестве векторов используются неспецифические вирусы;
Пути переноса
Прокариот → прокариот
Прокариот → эукариот
Эукариот → прокариот
Эукариот → эукариот
Слайд 39

Механизмы защиты экзогенной генетической информации Метилирование ДНК (вирусы) Перевод линейной формы

Механизмы защиты экзогенной генетической информации
Метилирование ДНК (вирусы)
Перевод линейной формы ДНК в

кольцевую (фаг λ)
Блокирование системы рестрикции клетки хозяина (фаг T3)
Действие рестриктаз
Слайд 40

Механизмы защиты эндогенной генетической информации Метилирование ДНК Действие специфических рестриктаз Действие

Механизмы защиты эндогенной генетической информации
Метилирование ДНК
Действие специфических рестриктаз
Действие эригенетического окружения
Неспецифическое действие

клеточных нуклеаз
Защитные свойства мембран
Действие гистоновых белков
Действие негистоновых белков
Действие интерферона