Genové inženýrství – maturitní otázka

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

 

   Otázka: Genové inženýrství

   Předmět: Biologie

   Přidal(a): krojcik

 

 

GENOVÉ INŽENÝRSTVÍ

Příprava umělých kombinací genů a jejich zavádění do genomu organismů s cílem rekonstruovat jejich genetickou výstavbu.

  • Klonování DNA
  • Příprava rekombinantních molekul DNA
  • Zakládání genových knihoven
  • Mutageneze IN VITO
  • Příprava transgenních organismů (GMO)
  • Genová terapie
  • Klonování živočichů

 

Historie biologických živočichů

  • 1933 T.H. Morgan – NC funkce chromozomů při studiu dědičnosti
  • 1944 O. Avery, C. Macleod, M. McCarty – DNA určuje dědičné vlastnosti
  • 1953 J.D.Watson, F.H. Crick, M.H.F. Wilkins – popsali strukturu DNA, NC v 1962
  • 1968 M.W.Nirenbergs a G. Khorama – NC za vyřešení genetického kódu
  • 1968 R. Holley – NC za objev struktury tRNA
  • 1997– Naklonování ovce Dolly
  • 2001– rozluštění 93% lidského genomu, kompletní genom publikován v r. 2003
    • Projekt HUGO (human genom organization)
    • Člověk má cca 20 – 25 000 genomů – počet zjištěných (předpokládaných je cca 39 000)
    • Rozsah lidského genomu je cca 3 X 109 BP

 

KLONOVÁNÍ DNA

  • Je to tvorba klonu DNA (soubor identických molekul, fragmentů nebo úseků DNA připravených genovým inženýrstvím)

Využití klonované DNA:

  • Izolace genů -> studium její struktury a FCE
  • Studium regulačních oblastí, které řídí expresy genů
  • Fyzikální a genetická analýza genomů
  • Exprese cizích genů v nepříbuzných hostitelích a získávání jejich produktů ve velkém množství

Cílem – příprava látek využitelných v průmyslu (enzymy) (zdravotnictví  – hormony a vakcíny)

 

KLONOVÍNÍ DNA PROBÍHÁ VE 3 FÁZÍCH

1. DNA určena ke klonování se restrikčními enzymy = restrikční endonukleázy (stříhající) rozštěpí na kratší úseky = restrikční fragmenty.

  • Tyto restrikční fragmenty se musí zabudovat do tzv. vektorové DNA do hostitelských buněk.
  • Jako vektorová DNA se používá molekulární DNA z bakterií kvasinkových plazmidů nebo z bakterií rostlinných a živočišných virů.
  • Spojování klonované DNA s vektorem DNA umožňuje enzym DNA – ligáza =>vzniká tzv. rekombinantní DNA

 

2. Přenos rekombinantní molekuly DNA do vhodné hostitelské buňky a její pomnožení.

  • Pro klonování DNA (genu) se jako hostitelský organismus používá bakterie E. Coli (eischerischi)
  • Přenos plazmidů z rekombinantní DNA do E.Coli se uskutečňuje těmito procesy:
    • TRANSFORMACE
  • Při ní bakteriální buňky přijímají volnou DNA z okolního prostředí
    • ELEKTROPORACE
  • Na bakteriální buňky působíme krátkým elektrickým pulzem o vysokém napětí, to udělá v B.S. dírky (póry), jimiž DNA vstoupí do buňky
    • BATERIOFÁG (lambda)
  • Přenos je zprostředkován přirozenou fágovou infekcí

 

3. Selekce klonu buněk obsahující požadované molekuly rekombinantní DNA

  • Nejdříve si musíme založit tzv. Genovou knihovnu pro daný organismus => soubor klonovaných fragmentů genomové DNA, ty nám reprezentují celý genom daného organismu
  • V této genové knihovně se potom klon obsahující urč. gen vyhledává pomocí molekulárních sond:
    • sondy pro vyhledávání sekvencí DNA
    • sondy pro vyhledávání produktů hledaných genů

 

TRANSGENNÍ ORGANISMY

  • transgen= gen upravený metodami gen. inž. přenesený do nového hostitel. organismu
  • transgenní organismu = GMO (genom GMO obsahuje stabilně začleněný transgen)
  • transgenoze – postupy, kterými se do organismů vnášejí cizorodé geny z nepříbuzných organismů
  • využití:
    • zvýšení výnosů a nutričních hodnot plodin (obilniny, kukuřice, rýže), produkci zvířat
  • transgenní organismy se vyznačují tím, že mají vlastnosti, které by se volně v přírodě v průběhu evoluce volně nevytvořily

 

GENETICKY MODIFIKOVANÉ JEDNOBUNĚČNÉ ORGANISMY

  • využívány jsou hlavně bakterie a kvasinky. Šlechtěním a metodami gen. inž. byly jejich metabolické dráhy upraveny tak, aby se zlepšily vlastnosti produktu nebo aby se zvýšilo množství
  • využívají se hl. v těchto oborech:
    • sladovnictví, pekařství, výroba sýrů
    • likvidace odpadních látek (čistění odpadních vod, odstraňování radioaktivního odpadu, likvidace pneumatik a ropných havárií)
    • chemický průmysl (výroba enzymů, antibiotik, org. kyselin, aminokyselin, vitamínů a alkaloidů)
    • lékařství, farmaceutický průmysl (výroba lidského inzulinu a růstových hormonů, očkovací vakcíny proti hepatitidě B)

 

TRANSGENNÍ ROSTLINY

  • pro přenos cizorodých genů do rostlinných buněk používáme následné způsoby:
    • pomocí půdních bakterií rodu AGROBACTERIUM
    • pomocí vektorů odvozených od rostlinných DNA virů (např: virus zlaté mozaiky rajčete, virus mozaiky květáku)
    • biolistická metoda – nastřelování
    • lipofekce
    • elektroporace
      • mikroinekce DNA do buněk
      • makroinekce DNA do pletiv

 

VYUŽITÍ TRANSGENNNÍCH ROSTLIN

  • odolnost proti hmyzím škůdcům
  • odolnost proti virům
  • odolnost proti herbicidům
  • navození lepších vlastností plodů a semen (rajčata)
  • zdroj nových surovin
  • zdroj látek s farmakologickými účinky

 

TRANSGENNÍ ŽIVOŽICHOVÉ

  • metody přenosu modifikovaných genů do živičicha:
    • transfekace
    • elektroporace
    • lipofekce
    • fůze eukaryotických buněk s bakteriálními protoplasty, které obsahují cizorodou klonovanou DNA
    • mikroinekce
    • přenos pomocí virových vektorů

 

PŘÍPRAVA TRANSGENNÍCH SAVCŮ

  • Modelový organismus je myš. Přenos DNA do oplozených vajíček myší.
  • Přenos DNA do embryonálních genových kmenových buněk myši

 

TRANSGENNÍ HOSPODÁŘSKÁ ZVÍŘATA

1. příprava hospodářských zvířat s lepšími užit, vlastnostmi

Můžeme toho docílit:

  • změnou metabolických drah
  • změnou hormonální rovnováhy
  • tvorba zcela nových proteinů

Např:

  • prasata s vyšším obsahem tuku v mase
  • ovce, jejichž vlna má výhodnější chem. složení
  • drůbež, která má vyšší obsah lysozymu v bílku
  • ryby, které jsou tolerantní ke změnám obsahu soli ve vodě nebo odolné na znečištění vody

 

2. Vytváření transgenních zvířat, z jejichž tělních tekutin lze získat farmakologicky významné látky

Např:

  • transgenní ovce, jejichž mléko obsahuje vysoké procento látek pro léčbu hemofilie

 

GENOVÁ TERAPIE

  • V buňkách pacientů –oprava gen. poruch genetické informace nahrazením defektních genů funkčními alelami
    • GENOVÉ TERAPIE IN VITRO
    • GENOVÉ TERAPIE IN VIVO

 

1. GENOVÁ TERAPIE IN VITRO

  • Do buněk odebraných z těla pacienta se vnesou geny. Ty buňky, ve kterých došlo k expresi daného genu se pomnoží a vrátí se zpět do pacienta, kde zajistí normální FCI

Principy gen. terapie:

  • zvýšení počtu kopií genů
  • cílené usmrcení specifických buněk
  • cílená oprava mutace
  • cílené potlačení gen. exprese

 

2. GENOVÁ TERAPIE IN VIVO

  • Při tomto způsobu se geny přenášejí pomocí vhodného vektoru do buněk nacházejících se v těle pacienta.
  • U člověka je povolené z etických důvodů upravovat gen. defekty pouze v somatických tělních buňkách (NE V ZÁRODEČNÝCH BUŇKÁCH !!!), protože by se upravená gen. informace přenášela na potomstvo a pak v dalších generacích by mohla uškodit

 

Metody gen. terapie pro léčbu molekulárních gen. poruch:

  • Zvýšení počtu kopií genů
    • vnesení několika kopií standartního genu do defektních buněk zvýší hladinu jeho produktů na úroveň, která zajistí normální fenotyp organismu
    • Vhodný způsob v autozomálně recesivních dědičných chorob vzniklých mutací
  • Cílené usmrcení specifických buněk
    • gen vnesený do cílových buněk vytváří toxický produkt, který tyto buňky usmrtí
    • vhodný způsob při léčbě rakovin a nádorů
  • Cílená oprava mutace
    • výměna mutačních alel za alely standartní homologickou rekombinací
  • Cílové potlačení gen. exprese
    • a) exprese genu je zastavena na úrovni DNA => zablokování replikace
    • b) na úrovni RNA => inaktivace m- RNA
    • c) na úrovni proteinu – specifické intracelulární protilátky se navážou na tyto defektní proteiny a inaktivují je

 

LÉČBA NĚKTERÝCH DĚDIČNÝCH ONEMOCNĚNÍ

  • vrozené vady metabolismu (hemofilie, cystická fibróza)

 

KLONOVÁNÍ ŽIVOČICHŮ

  • Vytvoření identických kopií buněk nebo organismů nepohlav. cestou
  • KLON = soubor identických buněk nebo organismů odvozených od společného předka nepohlavní cestou (mitóza – eukaryota, dělení – prokaryota)

 

Genetika člověka

  • šimpanz s člověkem se liší pouze v 1,5% nukleotidů
  • 96% sekvencí máme stejných
  • podle nejnovějších průzkumů máme 23 000 genů (26 500), (předpoklad 40 000)
  • máme jen o 1000 genů více než háďátko
  • většina DNA nemá genovou FCI, nedeterminuje
  • chromozom nese nejvíce genů – 23 genů, nejméně nese chromozom Y – 5 genů
  • genetika člověka se řídí obecně platnými zákonitostmi, ale má odlišné metody výzkumu – etika => člověk nesmí být využíván ke gen. pokusům


Další podobné materiály na webu: