adyrbaikyzy_bioinjeneriya_umk_kz

-сынама қиындықпен алынғанда бақылау онша тиімді емес;

-рН пен оттегінің концентрациясын анықтауы мен бақылауы қиындыққа түседі.

Айтарлықтай, микро алып жүрушілерді қолданғанда осы кемшіліктер жойылады. Осы культивирлеу тəсілінің көптеген əртүрлі түрлері болады. Үш негізгі бағыттары 1-суретте көрсетілген.

Жасушалық инженерияның негізіне бақылауда болатын қолдан жасалған қоректік ортада жекеленген жасушалар мен ұлпаларды культивирлеу əдісін пайдалануы жатады. Бұл өсімдіктер жасушасының қабілеттілігіне байланысты болғаннан соң мүмкіндік болды, регенерация нəтижесінде бір жасушадан тұтас бір өсімдік қалыптасады. Регенерация жағдайы көптеген өсімдіктерге - картоп, бидай, арпа, жүгері, қызанақ жəне басқаларына өңделген. Осы нысандармен жұмыс істеу селекцияда жасушалық инженерияның дəстүрлі емес əдістерін– сомалық гибридизацияны, жасушалық селекцияны, бұдандастырылмайтын дақылдарды жеңуді жəне басқаларын қолдануға мүмкіндік тудырды.

1.Жалпақ флаконда культивирлеу (матрацта).

2.Айналып тұратын бөтелкеде культивирлеу, мұнда уақыт сайын 15-20% бөтелкенің үстіңгі беті қоректік ортамен жамылған, ал жасушалар кезектесіп бір ортада, бір ауда болады

3.Микро алып жүрушіде колонкаларда культивирлеу, мұнда олар диаметрі35 мм, тығыз оралған, жылжымайтын шыны моншақ сияқты, пластинкалардың кішкентай үйіндісі жəне басқалары, ал қоректік орта оларды үстінен төменге дейін жуып тұрады.

1-сурет. Культивирлеу əдісінің үш бағыты.

Сомалық гибридизация – бұл ұлпалар культурасында екі жасушаның қосылуы. Бір ағза жасушаларының əртүрлі түрі мен түрлі жасушалар, кейде

41

бөтен түрлері, мысалы тышқан мен егеуқұйрықтың, ит пен мысықтың, адам мен тышқанның жасушалары қосыла алады.

Жасушалық инженерияның өте маңызды бағыты эмбриогенездің алғашқы

кезенімен

байланысты.

Мəселен,

пробиркада

жұмыртқа

жасушасын

ұрықтандырып

қазіргі

кезде

адамның

бедеушілігінің

кейбір

формаларын

жеңуге болады.

Ауылшаруашылық

жануарлардан, гормондарды

енгізу

арқылы, бір

рекордист сиырдан ондаған жұмыртқа жасушасын алуға болады. Оларды

пробиркада құнды бұқаның спермасымен ұрықтандырып, содан соң басқа

сиырлардың жатырына енгізеді, нəтижесінде бір құнды экземпляр он есе ұрпақ

береді.

Көп жылдар бойы қоршаған ортаның ластану проблемаларын шешуде

биотехнологтармен жасалған биологиялық əдістер қолданып келеді. Сонымен,

Rhodococcus жəне Nocardia бактериялар су ортасынан мұнайдың көмірсутегін

эмульгирлеу жəне сорбциялауында қолданылады. Олар

су

мен

мұнай

фазаларын бөлуге қабілетті, мұнайды концентрациялай, ағынды суды мұнай

қоспаларынан тазарта алады. Мұнайдың көмірсутегін ассимиляциялай, мұндай

микроағзалар оларды ақуызға, В тобындағы дəру-дəрмектерге жəне каротинге

айналдырады.

Галобактерияның кейбір штамдарын құмды пляждың мазутынан жою үшін

пайдаланады. Октанды, камфораны, нафталинді, ксилолды ыдырату жəне шикі

мұнайды утилизациялауға қабілеті бар генді-инженерлі

штамдар

алынған.

Ағынды сулардан металдарды шығару үшінCitrobacter, Zoogloea штамдары

кеңінен қолданып келеді, оларда уранды, мысты, кобальтты жинақтау қабілеті

болады.

Биотехнология ауыр кəсіпөндірісіне енуде, онда микроағзалар табиғи кенді

табу, ауыстыру жəне қайта өңдеу үшін қолданады. Мұндай əдістер өте тиімді

болып келеді.

Биотехнология ғылым мен өндірістің тек нақты талаптарын шешуде ғана

емес, онда

глобальды методологиялық

талабы

бар–

тірі

табиғатқа

адам

əрекетінің масштабын кеңейту жəне тездету, ноосфераға

тірі

жүйенің

беймделуіне қабілетті болу. Биотехнология, сонымен, эволюцияға антропогенді

беймделген ірі фактор рөлінде ілгері басып келеді.

Иммобильді өсімдіктер жасушалары. Тұрақты биокатализатор ретінде

иммобильді

ферменттерді

кеңінен

қолдануы . мМикроағзалардыңəлім

иммобильді жасушалары оларға тəн биохимиялық процестерді ұзаққа дейін іске

асыра алады. Бактериялардың, саңырауқұлақтардың иммобильді жасушалары

антибиотиктерді синтездеуге қабілетті.

Өсімдіктер

жасушалары

қоршаған

ортаның

өзгеруіне

өте

сезімтал

болғандықтан,

олардың

иммобилизациялануына

тек

өте

жұмсақ

əдістер

қолдануы

мүмкін.

Мысалы, гельге

альгинат кальциін

енгізу. Өсімдіктер

жасушаларын

иммобилизациялау

көмегімен

күрделі

органик

қосындыларды алуға болады.

Суспензиялық

тəсілмен

ферментерларда

культивирленетін

өсімдік

42

жасушалар биомассасынан биологиялық белсенді заттарды алу технологиялары өңделген. Коммерциялық препараттар (женьшень, шиконин т.б.) жасалған. ДАН-25 женьшень штамына патент алынған.

Иммобильді жасушалар стероидті қосындыларды трансформациялауда қолданылады. Өйткені кейбір стероидтрансформациялаушы ферменттер, соның ішінде гидроксилаза жəне дегидрогеназа, өте тұрақсыз ақуыздар. Алып жүретін заттар ретінде каррагенинді, агарды, альгинат кальциін қолданады.

Негізгі əдебиеттер: 4 [8-89], 5 [204-246, 306-369], 9 [149-219].

Қосымша əдебиеттер: 2 [157-159]. Бақылау сұрақтары:

1.Жасушаларды культивирлеу əдістеріне сипаттама береңіз.

2.Жасушаларды культивирлеу жүйесі қандай бағыттар бойынша жүреді?

3.Ағынсыз культуралар дегеніміз не?

4.Ағынды культураларға не жатады?

5.Сомалық гибридизация дегеніміз не?

6.Иммобильді өсімдіктер жасушаларына сипаттама беріңіз.

8-дəрістің тақырыбы: Генетикалық инженерия.

Тірі ағзалардың қатысуымен өтетін əртүрлі биотехнологиялық процестің оптимизациясында əдетте негізгі күші олардың генетикалық қасиетіне бағытталған. Дəстүрлі түрде бұл мақсатқа жету үшін мутагенезді, соңындағы скринингті жəне қолайлы нұсқалардың сұрыптауын қолданады. Қазіргі таңда бұл салада үлкен өзгерістер болды. Қазіргі кезде рекомбинантты ДНҚ-ның

технология негізінде жаңа əдістер өңделеді жəне		қолданылады. Генетикалық
материалдың модификациясы	əртүрлі əдістермен	өтеді: тірі ағзада (in vivo)
жəне одан тыс(in vitro), яғни	екі бағытқа сəйкес–	жасушалық инженерияға

жəне генетикалық инженерияға.

Осы əдістер арқылы жаңа жоғары өнімді продуценттердің ақуызы мен адам

пептидтерін, антигендерді,		вирустарды жəне	басқаларын	алуға	мүмкіншілік
бар. Генетикалық жəне жасушалық инженерияның дамуы мынаған əкелуде-
биотехнологиялық кəсіпөндірісі өндірістің			жаңа салаларын		кеңінен жеңіп
алуда.	Генетикадағы,	молекулалық	биологиядағы,	генетикалық

энзимологиядағы, вирусологиядағы, микробиологиядағы жəне басқа пəндердегі ашылыстар (жаңалықтар) биотехнологияның жаңа əдістерінің негізі болды.

Гендік инженерия – бұл бір ағзаның геномынан керекті генді шығарып алып басқа ағзаның геномына енгізуіне мүмкіндік жасайтын әдіс. Геномдарына енгізілген «бөгде» гендері бар өсімдіктер мен жануарлардытрансгенді, бактериялар мен саңырауқұлақтарды– трансформацияланған деп атайды. Гендік инженерияның дәстүрлі нысаны болып, адамның ішегінде өмір сүретін ішек таяқшасы (Е.соlі) саналады. Әдетте соның көмегімен өсу гормонын– соматотропинді, инсулин гормонын (оларды бұрын сиырдың және шошқаның ұйқы безінен алатын), интерферон ақуызын (вирусты инфекциямен күресетін) алады.

43

Трансформацияланған			бактерияларды		жасау		процесі мынадый
кезеңдерден тұрады:
1. Рестрикция - керек гендерді «кесіп алу». Арнайы «генетикалық қайшы»,
ферменттер - рестриктазалар көмегімен өтеді.
2. Векторды		жасау -	арнайы	генетикалық		конструкцияны, оның
құрамындағы белгіленген			ген басқа		жасушасының		геномына	енгізілетін
болады.	Векторды	жасаудың негізі-		плазмидалар.		Ген	плазмидаға	басқа
фермент	- лигаза	көмегімен «тігіледі». Векторда				осы	геннің жұмысын

атқаратын бәріде болуы керек - промотор, терминатор, ген-оператор және генрегулятор, және де маркерлі гендер, олар басқа алғашқы жасушадан айырмашылығы бар, жасуша-реципиентке жаңа қасиеттерді береді.

3.	Трансформация — векторды бактерияға енгізу.
4.	Скрининг — гендері	табысты жұмыс	атқаратын	бактерияларды
сұрыптау.
5.	Трансформацияланған бактерияларды клондау.

1 — алғашқы плазмидасы бар жасуша; 2— белгіленген плазмида; 3— векторды жасау; 4— рекомбинантты плазмида (вектор); 5— рекомбинантты плазмидасы бар жасуша.

1-сурет. Рекомбинантты плазмидалардың пайда болуы

Эукариоттық

гендердің (экзондар,

интрондар)

құрылымы,

прокариоттардыкіне

қарағанда, мозаикалы

болып

келеді. Бактериялық

жасушаларда процессинг болмайды, ал уақыт пен кеңістіктегі трансляциясы

транскрипциядан бөлінбеген. Осыған байланысты көшеттеуге тиімді болып

қолдан синтезделген гендерді қолдану жатады. Осындай

синтезге

матрица

болып иРНҚ жатады. Кері транскриптаза ферментінің көмегімен осы иРНҚда

алдымен ДНҚның тізбегі синтезделеді. Содан кейін онда ДНК-полимераза

көмегімен екінші тізбек құрастырылады.

Генетикалық инженерияның мүмкіншіліктері мен əдістері. Практикаға

жаңа іс жүзінде қолданылатын жетістіктерді

тез енгізу

жəне

биотехнологияға

тəн, теориялық

зерттеулердің

деңгейіне

олардың

өте

маңызды

əсе

генетикалық инженерияның дамуы мысалында өте көрнекі көрсетіледі.

Биотехнологияның дамуының

маңызды

кезеңі

болып

ХХ

ғасырдың

ортасында

молекулалық

биологияның

ашылуы

саналады. Молекулалық

биологияның ашылуы генетика, физика, химия,

биология,

математика

жəне

басқаларының өзара əсерлесу нəтижесінде мүмкін болды. Э. Чаргофф пен З.Д.

Хочкис ДНҚдағы

нуклеотидті негіздердің(аденин, гуанин, цитозин,

тимин)

молекулалық байланысын зерттей келіп, əртүрлі ағзаларда олар бірдей екенін көрсетті. Осы жаңалық ДНҚ құрылысын орнатуында түйінді рөльді атқарды. ДНҚ құрылысын түсіндіруінде бактериялар мен бактериофагтар генетикасы

44

саласының алға басуы үлкен рөльді атқарды. Трансдукция (генетикалық материалдың тасымалдануы) (А. Херши, М. Чейз, Дж. Ледерберг, Н. Циндер) бактериофагтың көмегімен өтеді, ал фагты ДНҚ тұқым қуалаушылықты алып жүреді деген дəлелделді. Б. Хейс бактерияларда жыныс процесінің (конъюгация) заңдылығын анықтады, мұнда F-факторы (фертильді) бар донор жасушасынан генетикалық материал реципиент жасушасына өтеді. Дж. Уотсон мен Ф. Крик ДНҚ құрылысының комплиментарлы моделін жəне оның репликациясының механизмін ұсынды; ДНҚның бірегейлік қасиетті – өздігімен жаңадан өндірілу қабілеті (репликациясы) ашылды.

Молекулалық биология жəне микроағзалар генетика негізінде60 ж. басында молекулалық генетика қалыптасты. 1954 ж. Г. Гамов əрбір кодон (бір аминқышқылын кодтайтын нуклеотидтердің жүйелілігі) үш нуклеотидтерден тұру керек деген гипотезаны ұсынды. Ақуыздың алғашқы құрылысы ДНҚда нуклеотидтер триплеттерінің (кодондар) жүйелілігі түрінде коделенген, олардың əрқайсысы 20 аминқышқылының біреуіне сəйкес келеді деп1961 ж. эксперименталды дəлелденген. 1966 ж. генетикалық кодтың құрылысының мəліметтерін алуға мүмкіндік туды.

Ядро ДНҚ-дағы ақпарат цитоплазмаға, онда ақуыз синтезі рибосомаларда жүзеге асады, қалай беріледі деген келесі сұрақ туып отыр. ДНҚ-да сақталатын триплетті кодондардың жүйелілігі информациялық РНҚ-ның(иРНҚ) ұзақ өмір

сүре	алмайтын	молекулаларынатранскрипцияланады (көшіріледі)					деп
дəлелденген. ДНК → иРНК кезеңі транскрипция, ал иРНК → ақуыз кезеңі –
трансляция деп		аталады. Аминқышқылының			тасымалдануын		жəне
синтезделетін		ақуыз	молекуласындағы	оның	орналасуын		анықтайты
тасымалдаушы		РНҚ (тРНҚ) атқарады. Матрица			ретінде	ДНҚ-да	РНҚ
синтезделінеді, ал РНҚ-да – ақуыз. Кейбір вирустарда бірінші бөлімі болмайды,
жəне РНҚ оларға тұқым қуалайтын материал болып саналады.
	Гендік белсенділікті бақылау механизмі көп уақытқа дейін белгісіз болды.
Ф. Жакоб пен Ж.		Моно	жұмыстары өте маңызды болды, олар			көрсеткендей,

белгілі ақуыздың синтезі туралы ақпарат беретін бактериялардақұрылымдық гендер жəне жеке гендерді немесе олардың жиынтығын енгізетін немесе алып тастайтын реттеуші гендер болады. Əрі қарай анықталғандай, осы принципы бойынша гендердің реттелуі басқа да ағзаларда орын алды. Реттеудің басқа да механизмдері болады.

Келесі маңызды қадамнуклеотидтер жүйелілігін анықтау(секвенирлеу)
бойынша жұмыстарды жүзеге асыру. Бұл белгілі қызмет атқаратын, геном
учаскесінің алғашқы құрылысы туралы ақпарат			. бередіҚұрылым	мен
функциялар жалпы молекулярлы биологиялық түрге ие болды, оның мəні -
макромолекулалар	мен	ассоциациялардың	құрылымдық	өзгеру
функционалдық жағдайын көрсету.
Жасушадағы	генетикалық	материалдың қызмет	атқару заңдылығын

зерттеуінен зерттеушілер тез арада генетикалық манипуляцияларға .көшті Жасушаға бөгде гендерді енгізуді жасайтын жаңа эксперименталды технология пайда болды. «Генетикалық (немесе гендік) инженерия» немесе

45

«рекомбинантты ДНҚ-мен жұмыс істеу» аталудар эквивалентті.

Бұл технологиялардың мəні болыптірі жасушаға in vitro жағдайында ДНҚ фрагменттерімен қосылатын жаңа(рекомбинантты) генетикалық құрылымды соңында енгізуі табылады. 1972 ж. Берг əріптестерімен ОВ40 вирус жəне E. coli галактозды опероны бар dvgalλ бактериофагтан құралған ДНҚ фрагментінің алғашқы рекомбинантты ДНҚ молекуласын жасады. Генетикалық құрастыру инструменті ретінде ферменттердің екі тобы– рестриктазалаушы

эндонуклеаза (рестриктазалар) жəне лигаза қолданылады.				Біріншісі біртекті
ДНҚ фрагменттерін алу үшін қажет, екіншісі – олардың қосылуы үшін қажет.
Рестриктазалар	мен	лигазалар	басқа	ферменттер	жиынт
(нуклеазалармен,	кері	транскриптазамен,	ДНК-полимеразамен		жəне

басқалармен) барлық генді инженерлік манипуляцияларды іске асыруын қамтамасыз етеді.

In vitro жағдайында генетикалық құрастыру техникасы бірнеше жүйелі процедуралардан тұрады:

1)керек генді алу;

2)оны репликацияға (вектор) қабілеті бар генетикалық элементке құрастыру;

3)вектор құрамына кіретін генді реципиент-ағзаға енгізу;

4)қалайтын генге немесе гендерге ие болатын, жасушаны сұрыптауы жəне идентификациясы (скрининг).

Полимеразалық тізбекті реакция. Полимеразалық тізбекті реакция (ПТР)

–in vitro жағдайында ДНҚ тізбектерінің көп санын жасауға арналған реакция. ПТР – бұл шектелмеген мөлшерде (in vitro жағдайында амплификациялау) in vitro жағдайында нуклеотидтерді алуға мүмкіндік беретін əдіс.

ПТР өткізу үшін келесі химиялық компоненттер болу керек: синтетикалық олигонуклеотидтық үлгілер (20 нуклеотидтен əрбіреуі), ДНҚ-полимераза, төрт дезоксирибонуклеотид.

Жұмыстардың бəрі автоматика көмегімен өткізіледі. Бір цикл 3-5 минут созылады. ПТР – циклды процесс, үш кезеңде өтеді:

Денатурация. ДНҚ үлгісін95 градуска дейін жылыту. Реакция 1 минут жүреді.

Ренатурация. Қоспаның температурасы ақырындап55 градусқа дейін суытылады. Нуклеотидтіқ жұптар жаратылады.

Синтез.	Температура 75 градуска	көтеріледі. ДНҚ-полимераза жұмыс
істеуге қолайлы жағдай тұдырады. ДНҚ синтезі басталады.
ПТР – молекулярлы биотехнологияда кең таралған процедура. Адамның,
жануарлардың	ағзаларында, өсімдіктерде	патогендіқ генді сұрыптау үшін,

мутацияларды табу үшін, синтетикалық олигонуклеотидтерден бүтін гендерді құрастыру үшін колданатын реакция.

Ген инженериясының тарихы. Ген инженериясы биотехнологияның жаңа саласы. Ол зертханалық технология арқылы генетикалық жүйелер мен тұқымы өзгерген ағзаларды алу жолын зерттейді. Ген инженериясының пайда болуы жалпы биологияның, биохимияның, микробиологияның жəне

46

молекулалық биологияның жетістіктерімен байланысты екенін биохимиктер дəлелдеп шықты.

Биотехнология ғылымының жетістіктерінің нəтижесінде пайда болған ген инженериясы ағзаның бағалы қасиетін сақтап қана , қойхимайиялық, физикалық, биологиялық қасиеттер бере алатыны дəлелденді. Инженерия дегеніміз – құрастыру деген мағнаны білдіреді, яғни генді құрастыру деп түсіну керек.

Ген инженериясының дəуірі басталмай тұрып, 1969 жылы Г.Корана нуклеотидтерді белгілі бір жүйемен орналасқан ДНҚ синтезінің технологиясын жасап берген болатын. Жекеленген дербес амин қышқылы– ашытқының аланиндік тРНҚ-ның бастауыш жүйесі ашылғанын кейін Г.Корана химиялық жолмен осы РНҚ-ның көлемі77 полинуклеотидтен тұратын кодтық бөлігін

синтездеді.	Кейіннен, 1979	жылы	Г.Корана ішек таяқшасының		тирозиндік
тРНҚ-сын	синтездеді	жəне4	бактериофагыныңТ	құрамына	еңгізіп,

бактерияның жасушасында жұмыс істеді.

Ген инженериясының дүниеге келген уақыты1972 жыл. Сол жылы АҚШ-

та П.Бергтің зертханасында алғаш рет пробиркада үш түрлі(маймылдың SV 40 онкогендік вирусының толық геномы, бактериофаг геномының бөлшегі жəне

E.coli лактозалық	оперонының	) генімикроағзаның	ДНҚ-ларының
фрагменттерінен жаңа	гибридтік	ДНҚ синтезделді. Бірақ	үш геномнан

синтезделген гибридтік ДНҚның жасуша ішінде жұмыс істей алатындығы жанжақты зерттелмеді. Өйткені, құрамында рак вирусының нуклеин қышқылы болғандықтан оған ғалымдар бармады.

Жасушада жұмыс істей алатын гибридтік ДНҚны 1973 жылдары алғаш рет С.Коэн, Д.Хелински мен Г.Бойер синтездеді. Олар басқа ағзадан бөліп алған ДНҚ фрагментін (генін) бактерия плазмидасының денесіне енгізді де плазмидадағы бөтен гендердің алғаш рет жаңа ағзада жұмыс істей алатынын көрсетті. Кейіннен дүние жүзінің көптеген зертханаларында жұмыс істей алатын əртүрлі плазмидалар алынды.

Қорыта келе, ген инженериясы дегеніміз рекомбинантты ДНҚ-ны жасап, оларды басқа тірі жасушаларға еңгізуді айтады.

Ген инженериясы шешетін мəселелері мынадай:

1.генді биохимиялық немесе ферментті қолдану арқылы синтездеу;

2.əртүрлі ағзадан алынған ДНҚ фрагменттерін бір-бірімен жалғастыру (ДНҚ рекомбинанттарын алу);

3. бөтен генді жаңа жасушаға векторлық ДНҚ арқылы жеткізу жəне олардың қызмет жасауын қамтамасыз ету;

4.жасушаларға гендерді немесе генетикалық жүйелерді еңгізу жəне бөтен ақуызды синтездеу;

5.бөтен генге ие болған жасушаларды таңдап, бөліп алу жолдарын ашу.

Негізгі əдебиеттер: 4 [8-89], 5 [204-246,306-369], 9 [149-219]

Қосымша əдебиеттер: 2 [157-159] Бақылау сұрақтары:

1.Гендік инженерия дегеніміз не?

47

2.Трансформацияланған бактерияларды жасау процесі қалай өтеді?

3.Генетикалық инженерияның мүмкіншіліктері мен əдістері.

4.Генетикалық инженерия технологиясының мəні неде?

5.Полимеразалық тізбекті реакция дегеніміз не?

6.Ген инженериясының тарихы.

9-дəрістің тақырыбы: ДНҚ-мен жұмыс жасауда гендік инженерлік əдістердің негізі. (1-бөлім).

Генді алу жолдары. Генді алудың бірнеше жолдары болуы мүмкін: ДНҚдан шығару, химиялы-ферментті синтез арқылы жəне ферментті синтез арқылы.

ДНҚ-дан генді шығару рестриктазалар көмегімен жүргізіледі,				олар белгілі
нуклеотид жүйелілігі бар(4–7 нуклеотидтер жұптары) учаскесінде ДНҚ-ның
ыдыратуын	катализдейді. Ыдыратуды	нуклеотид	жұбының		танымалы
учаскесінің	ортасында өткізуге болады; мұнда ДНҚ-ның екі			тізбегіде бір

деңгейде кесіліп алынады. Түзілген ДНҚ фрагментінің ұшы«доғал» келеді. ДНҚ ыдырауында ысырылыстың болуы мүмкін, мұнда бір жіпшесінде бірнеше нуклеотидтер шығып тұрады. Өзінің комплементарлық күшіне байланысты түзілген «жабысқақ» ұштар өзара əрекеттеседі. Жабысқақ үштары бар нуклеотид жүйеліліктерін векторға (алдын ала рестриктазамен өңделген) қосуға жəне өзара комплементарлы ұштарын лигазалармен тұтастырып, нəтижесінде сақиналығып жасауға болады. Бұл əдісте кемшіліктер болады, өйткені керекті генді қатаң түрде мүшелеу үшін ферменттердің əсерін табу қиындыққа əкеледі. Генмен бірге «қажеті жоқ» нуклеотидтер алынады немесе керісінше, ферменттер геннің бөлігін кесіп, оны функционалды жарамсызға айналдырады.

Генді кодтайтын синтез, ақуыздың немесе пептидтің алғашқы құрылымы белгілі болған жағдайдахимиялы-ферментті синтезді қолданады. Геннің нуклеотидті жүйелілігін толық білген қажет. Бұл əдіс нуклеотидтердің керекті жүйелілігін толық қайта құрастыруын қамтамасыз етеді, жəне де гендерге рестриктазалардың, реттеуші жүйеліліктердің танитын учаскелерін еңгізу.

Əдетте 8–16-тізбектен, нуклеотидтер арасында эфирлі байланыстың кезеңмен пайда болатын, əдіс ДНҚ біртізбекті фрагменттерінің химиялық синтезінен (олигонуклеотидтерден) тұрады. Қазіргі кезде «гендік машиналар» бар, олар микропроцессордың бақылаумен ДНҚ біртізбекті ерекше қысқа жүйелілігін өте тез синтездейді. Канадалық «Био лоджикэлс» фирмасы құрастырған машинада көрсетілген. Негіздердің керекті жүйелілігі басқарудың клавишты пультіне

еңгізіледі. Сорғыштың көмегімен синтезделетін колонкаға жүйелі түрде нуклеотидтер, қажетті реагенттер мен ерітінделер түсетін, микропроцессордың клапандарды ашылады. Колонка, ДНҚ молекулалары жинақталатын, кремний моншақтарымен толтырылған. Бұл құрылымда 30 минут ішінде 1 нуклеотид, ұзындығы 40 нуклеотидтерге дейін тізбектің синтезі жүруі мүмкін. ДНК-лигаза көмегімен алынған олигонуклеотидтер өзара құрастырылып тігіліп, екітізбекті нуклеотид түзейді. Осы əдістің көмегімен инсулин, проинсулин, соматостатин тізбегінің А- жəне В гендері алынған.

мРНҚға комплиментарлы ДНҚ(кДНК). Алынған комплиментарлы ДНҚ

48

(кДНҚ) ДНК-полимеразаны немесе ревертазаны пайдаланып, ДНҚ-ның екінші тізбегінің синтезі үшін матрица болып табылады. Осыған түрткі ретінде3’-

ұшына	комплиментарлы	мРНҚ	;	болмадыгний	иондары ,	бар
дезоксинуклеозидтрифосфаттардан		ДНҚ жаңа		тізбегі пайда	болады. Адамды

өсіретін гормонның (соматотропин) генін алу үшін 1979 ж. осы əдіс қолданған. Осылай немесе басқа тəсілмен алынған генде ақуыз құрылысы туралы ақпарат болады, бірақ ол өзі оны іске асыра алмайды. Сондықтан геннің əсерін басқару үшін қосымша механизмдер қажет.

Реципиент жасушасына генетикалық ақпараттың өтуі вектор құрамымен іске асады. Вектор – бұл өздігімен репликацияға қабілеті ,барДНҚ-ның сақиналы молекуласы. Ген вектормен бірге рекомбинантты ДНҚ-ны құрайды.

Ген инженериясында генді мынадай биотехнологиямен алуға болады:

1.жасушадағы ДНҚ-дан тікелей кесіп алу;

2.биохимиялық жолмен синтездеу;

3.иРНҚ-дан кері транскриптаза арқылы синтездеу.

Бірінші биотехнологиялық технология ген инженериясының дамуының алғашқы сатысында қолданыла басталған. Белгілі үрдісінің ДНҚ-сын түгелімен əртүрлі рестриктазалармен үзіп, əртүрлі фрагменттер алады. Содан соң оны жасуша ішінде «арқалап» кіргізе алатын сақиналы плазмидалармен жалғайды.

Ол үшін плазмиданы да рестриктазалармен үзеді, оған əлгі ДНҚ фрагменттерін қосып жалғап, қайтадан бүтін плазмидалар алады. Бұл плазмидалардың əрқайсысының құрамында бір немесе бірнеше бөтен ДНҚ фрагменті(гені)

болады. Одан кейін ол плазмидаларды қайтадан бактерияға еңгізеді. Осының нəтижесінде бактерия жасушасының əрқайсысында басқа ағза генінің бір түрі болады. Осындай əртүрлі бөтен гендері бар бактерия жасушаларының жиынтығын немесе коллекциясын «гендер банкі» деп атайды. Биохимиктер ол банкіден уақытында қажет ақуыздың генін тауып алады. Осындай гендер банкі Ресейде, Батыс Еуропада жəне АҚШ-та жасалған. Биохимиктер генді ақуыздың биохимиялық құрамындағы амин қышқылдарына қарап отырып биосинтездеуді

де үйренді (3 нуклеотид –	1 кодон	– 1 амин қышқылы	деген	заңдылық
бойынша). Соның ішінде	қолдан	синтезделген ең	ұзын	ген адамны

сомотропин гені, ол 584 нуклеотидтен тұрады. Оны бактериядағы басқа геннің промоторына жалғастырып, плазмида арқылы бактерия жасушасына еңгізді. Соның нəтижесінде бактерияның бір жасушасы3 млн-ға дейін адам сомотропин молекуласын жасай алатын болды. Адам инсулині де биохимиялық жолмен синтезделіп, əлгі айтылған биотехнологиямен бактерияға еңгізілді. (Бұл əдістермен келесі дəрістерде танысамыз).

Жасанды генді, ферменттік биосинтезге сүйене отырып, кері транскрипция механизмінің көмегімен алуға да болады. Бұл механизм РНҚ-ға тəуелді ДНҚполимеразаның немесе кері транскриптазаның(ревертазалар) белсенділігіне сəйкес келеді. Бұл фермент ең алғаш онкогендік вирустарды зерттегенде табылған. Фермент əртүрлі РНҚ-да, синтетикалық полинуклеотидтерді, ДНҚның көшірмесін құра алатын қабілеті жеткілікті түрде кездеседі. Ревертазаның көмегімен, сəйкес иРНҚ-ның қатысуымен, іс жүзінде кез келген бөліп алуы

49

жақсы игерілген генді	алуға болады. Бұл	биоинженерияны	белгілі	бір
ұлпаларда өте қарқынды транскрипцияланатын гендерге қолдану тиімді.
Ферментті синтездеп,	пробиркада РНҚ	молекуласынан	ДНҚ	генінің

комплементарлы тізбегін жазып алудытранскрипция дейді. Синтездеу үшін қолданылатын жүйе құрамында ДНҚ-ға кіретін төрт нуклеотид, магний ионы, кері транскриптаза ферменті жəне генмен кодталған көшірмесін алатын иРНҚ

бар. иРНҚ-дан кері транскриптаза, оған сəйкес ДНҚ тізбегін синтездеп, сол
ферменттің көмегімен ДНҚ-ның екінші тізбегі құралады. Оның нəтижесінде
иРНҚ-да	синтезделген			құрылымына		ұқсас	ген	пайда.	Осыболады
биоинженериямен көптеген елдің зертханасында бірнеше гендер тобы алынды.
В.А.Энгельгардтың			басшылығымен «ревертаза» жобасы жасалған.						Осы
ферменттің		көмегімен		гендер	синтезделеді. Ревертазаның			көмегімен
синтезделген гендердің реттеуші учаскелері болмайды. Сондықтан олардың
қалыпты жұмыс істеуі үшін реттеуші элементтерді жалғау керек. Ол элементтер
биохимиялық синтез жолымен немесе бактерия							жасушаларынан		алынады.
Бұның өзі недəуір қиындыққа соғады.								трансдукциягенді
Жоғарыда		айтылған		биотехнологиямен			басқа
фагторының		көмегімен	алуға болады. Алайда бұл				биотехнология		үнемі

қолдануға жарамсыз болып шықты. Өйткені, ол фагты белгілі бір жерге

орналастыруды талап етеді. Сондықтан керекті тасымалдауға қолайлы векторға
орналастырып көбейтіп, жасуша-реципиенттер құрамына кіргізеді.
Рекомбинантты	технологиялар. Адам	ақуызына	бактерия	көзін

қамтамасыз ету үшін, біз мыналарды жасауымыз керек:

·Қызықтыратын ақуызды кодтайтын ДНҚ тізбегінің көшірмесін синтездеу.

·Осы ДНҚ тізбегін бактерия жасушасына жеткізу.

·Берілген ДНҚ тізбегін кодтайтын бактерия жасушасындағы ақуыз синтезіне жағдай жасау.

·Бактерия жасушасының ішінде зиянды əрекет жасайтын ортадан жаңа молекуланы қорғау.

·Молекуланы қоспалардан шығару жəне тазарту.

Рекомбинантты ДНҚ-ны құрастыру. Бактерия жасушасына əдетті түрде енгізгенде ДНҚ ферментациялық шабуылға душар болады, нəтижесінде ол

ыдырайды.	Осындай	болмау	үшін	ДНҚ-ның	векторлы	молекулаларын
қолданады,	олар жасушаға енгенде автономды түрде				тіршілігін	жалғастыра

алады, ал жасушалар көбейгенде репликацияланады. Вектор өзінің құрамында, трансгенді ағзаны сұрыптауға жəне əріқарай тануға қажет, генетикалық белгіні алып жүреді. Əдетте маркерлі ген түрінде антибиотиктерге тұрақты гендерді

қолданады.	Рекомбинантты				ДНҚ-ны	құрастыруды		рестрикцияны
эндонуклеаздар		көмегімен in	vitro	жағдайында жекеленген			ДНҚ	жүргізеді.
Эндонуклеаздар		векторды	бір		учаскесінде	ыдырат, онып сакиналы
формасынан		жабысқақ	ұшы	,	баренгізілетін	ДНҚ-ға	комплементарлы

ұштарымен, бір тізбектіге айналдырады. Вектордың жəне енгізілген геннің комплементарлы ұштары лигаза арқылы тігіледі. Осы ДНҚ-лигаза көмегімен алынған рекомбинантты ДНҚ сақиналы молекуланың түзілуімен жабылады.

50