uabooks.top

Emlékezzetek, mi a mikroorganizmus törzs, a plazmid, a bakteriofág és annak életciklusa!?

A biotechnológia - az organizmusok vagy biológiai folyamatok felhasználása az ember számára fontos termékek előállítására, illetve az organizmusok tudományos manipulációja, főként a molekuláris genetikai szinten. Az ember már régóta alkalmazza a mikroorganizmusokat saját igényei kielégítésére: az élesztőt kenyér, sör és bor készítéséhez, a baktériumokat és egyes penészgombákat sajtkészítéshez. A legrégebbi sörreceptet közel 8000 éves, sumér ékírásos táblákon találták az archeológusok.

Jelenleg közel száz különböző mikroorganizmus fajt (baktérium, sugárgomba, egysejtű eukarióta) alkalmaznak aktívan az ipar, a mezőgazdaság, az orvoslás biotechnológiai folyamataiban: gyógyszerek (például antibiotikumok), enzimek, vitaminok, aminosavak, élelmiszerek (kenyérrel, sör, savanyított tejtermékek), a mezőgazdaságban szilázs készítésére, szerves maradványok feldolgozására stb.

A mikroorganizmus-nemesítés sajátosságai. A mikroorganizmusok nagyon könnyen alkalmazhatóak a nemesítésben: nagy kiindulási anyag áll rendelkezésre (rövid idő alatt a táptalajon több millió sejt fejlődik ki); a mikroorganizmusok genomjának szerkezete egyszerűbb, mint a növényi és állati sejteké, mutációs változásokat azonnal észre lehet venni, már az első generációban, mivel prokarióták örökletes információja haploid kromoszó-makészletű. Ez hatásosabbá teszi a nemesítést (57. 1. ábra).

Jelenleg három fő megközelítést alkalmaznak a mikroorganizmusok nemesítésében: 1) a hasznos mutációkkal rendelkező sejtek kiválasztásakor és szaporításakor mesterséges szelekciót végeznek, miközben nagy mennyiségű genotípusosan identikus utódsejtet (klánt) kapnak; 2) kísérleti mutagenezis, melynek segítségével diverzifikálják az örökítő anyagot; 3) génsebészeti módszerek.

Emlékezzetek: a génsebészet - eljárások, módszerek és technológiák összessége, amelyek segítségével elkülönítik az organizmusok vagy sejtek génjeit, esetleg szintetizálják azokat az organizmuson kívül, manipulálják, majd beültetik más organizmusokba. Idegen örökítőanyag organizmusba vagy sejtbe való beültetését transzformációnak nevezzük, magukat az organizmusokat vagy sejteket pedig - transzformált vagy genetikailag módosított organizmusoknak (GMO).

A genetikailag módosított mikroorganizmusok előállítási folyamata több egymást követő stádiumból áll (57. 2. ábra). 1. Elsőként a szükséges gént keresik, majd speciális enzimek segítségével kivágják azokat a genomból. 2. Ezután vek-tor-1 képeznek — speciális DNS konstrukciót, amely a sejtek transzformálásához szükséges. Ennek a konstrukciónak a szükséges génen kívül tartalmaznia kell egy gént, amely segítségével meg lehet különböztetni a transzformált sejteket a nem transzformáltaktól (például, antibiotikum rezisztenciáért felelős gén), illetve olyan szekvenciákat, amelyek elősegítik a vektor beépülését a sejt genomjába, vagy képessé teszi az önreplikációra (önmásolásra).

A mikroorganizmusok transzformációjához használhatnak plazmid DNS-t (57. 3. ábra), vagy DNS vírust. A vektor használatának szükségessége abban áll, hogy a DNS egyszerű sejtbeültetésekor az enzimek nukleotidokra bontják azokat.

3. A sejttranszformáció megtörténik a sejtfal áteresztőképességét megnövelő speciális előkészítés révén vagy módosított bakteriofágok segítségével, amelyekkel megfertőzi a sejttenyészetet. 4. Sejtek átvitele speciális táptalajra a kiválasztott

ágenssel (például, antibiotikummal). 5. A transzformáit sejtek szelekciója. (Gondolkodjatok el rajta, hogyan lehet megkülönböztetni a transzformált sejteket a nem transzformáltaktól!). 6. A kapott mikroorganizmusok további szaporítása.

57.3. ábra. Baktériumok transzformációjához használt vektor - plaz-mid (tét és amp - az antibiotikum rezisztenciáért felelős gének, őri — a replikáció kezdeti szakasza)

A genetikailag módosított mikroorganizmusokat felhasználják mint fehérje-molekula producenseket orvosi célra, például emberi növekedési hormon (szomatotropin; hiánya a szervezetben hipofizer törpeséget okoz). Fontos szerepe van a mikroorganizmus nemesítésben a rekombi-náns vakcinák (génsebészeti módszerekkel előállított vakcinák) gyártásának, amely több szempontból is előnyösebb, mint a tradicionális: kevesebb bennük (vagy teljesen hiányozik belőlük) a szennyezés (tiszta fehérje szintetizálódik, amely a megfelelő immunválaszt stimulálja), teljesen biztonságosak és olcsóak.

A GMO szervezetek felhasználhatóak a szerves vegyületek ipari előállítására is (például, a C-vitamin, élelmiszer festékek, antibiotikumok, értékes biopolimerek); a környezetszennyezéssel való harcban (a szennyvizek komplex biológiai tisztítására); a veszélyes szintetikus kémiai anyagok lebontására (peszticidek, az ipar kémiai hulladékai); tudományos vizsgálatokra, amelyekhez szükséges a DNS-frag-mentumok szaporítása (klónozása), géntérképek készítésére (egy organizmus teljes genomjának DNS-készlete), a génexpresszió mechanizmusainak tanulmányozására stb.

1. Miért könnyen alkalmazható objektumai a nemesítésnek a mikroorganizmusok? 2. Milyen sajátosságai vannak a mikroorganizmusok nemesítésének? 3. Mi a mikroorganizmusok transzformációja? 4. Mire alkalmazzák a genetikailag módosított mikroorganizmusokat?

Milyen különbségek lehetnek azon fehérjék, amelyeket eukarióta sejtek természetes úton szintetizálnak és az analógjaik között, amelyeket genetikailag módosított baktériumok által szintetizálnak?

Ez a tankönyv anyaga Biológia 11. osztály Osztapcsenko, Bálán