Εισαγωγή
Ο τομέας της γενετικής μηχανικής περιλαμβάνει πολλές τεχνικές και εξαρτάται από μια ομάδα εργαλείων για τον χειρισμό του DNA. Δύο από τα πιο χρήσιμα είναι τα περιοριστικά ένζυμα και η κλωνοποίηση φορείς.
Ένζυμα περιορισμού
Μία από τις πρώτες επιδείξεις γενετικής μηχανικής περιελάμβανε την αποκοπή του κυκλικού μορίου DNA από τον ιό του πιθήκου-40 (SV40) και στη συνέχεια την εισαγωγή του (μάτισμα) σε ένα βακτηριακό χρωμόσωμα. Κάνοντας αυτό, ένα μόριο ανασυνδυασμένου DNA, α DNA δημιουργήθηκε μόριο που περιέχει τμήματα DNA από δύο ή περισσότερους οργανισμούς.
Για να διευκολυνθεί η διαδικασία, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ένζυμα που ονομάζονται περιοριστικές ενδονουκλεάσες. Αυτά τα ένζυμα δρουν σαν μοριακό ψαλίδι για να αναγνωρίζουν και να κόβουν συγκεκριμένα μικρά τμήματα νουκλεοτιδίων στο DNA. Οι αλληλουχίες που αναγνωρίζονται από τα ένζυμα ονομάζονται παλίνδρομα επειδή οι βάσεις έχουν την ίδια αλληλουχία και στους δύο κλώνους DNA όταν διαβάζονται στην κατεύθυνση 5′ προς 3′.
Παραδείγματα Αλληλουχιών Αναγνώρισης Περιοριστικής Ενδονουκλεάσης
| Οργανισμός | Ένζυμο περιορισμού | Ακολουθία αναγνώρισης |
| Escherichia coli | EcoRI | G ↓ AATTC CTTAA ↑ Γ.Σ |
| Streptomyces albus | SalI | G ↓ TCGAC CAGCT ↑ G |
| Haemophilus influenzae | HindIII | A ↓ AGCTT TTCGA ↑ Α |
| Bacillus amyloliquefaciens | BamHI | Ζ ↓ GATCΜντο CCΜTAG ↑ G |
| Η πρόνοια του φύλακα | PstI | CTGCA ↓ Γ Ζ ↑ ACGTC |
| Οι ονομασίες ενζύμων προέρχονται από τα είδη από τα οποία απομονώθηκαν. Για παράδειγμα, ο περιορισμός ένζυμο EcoRI σημαίνει Escherichia coli περιοριστικό ένζυμο I. |
||
| Τα βέλη δείχνουν πού το ένζυμο περιορισμού κόβει τους δύο κλώνους της αλληλουχίας αναγνώρισης. ντοΜ = μεθυλοκυτοσίνη | ||
Σήμερα, υπάρχει μια τεράστια γκάμα περιοριστικών ενζύμων που έχουν απομονωθεί από προκαρυωτικούς οργανισμούς. Κάθε ένζυμο περιορισμού αναγνωρίζει μια συγκεκριμένη αλληλουχία νουκλεοτιδίων. Είναι σημαντικό ότι πολλά από αυτά τα ένζυμα αφήνουν το DNA με μονόκλωνες προεκτάσεις, που ονομάζονται «κολλώδη άκρα», που μπορούν εύκολα να προσκολληθούν σε συμπληρωματικά άκρα που προεξέχουν από ένα άλλο θραύσμα DNA. Για τη σφράγιση αυτών των συμπληρωματικών τμημάτων DNA, χρησιμοποιείται λιγάση DNA.
Συνδυάζοντας όλα αυτά, οι μικροβιολόγοι μπορούν να πάρουν ένα πλασμίδιο από ένα βακτηριακό είδος όπως π.χ Ε. coli και ανοίξτε το με ένα ένζυμο περιορισμού. Στη συνέχεια, μπορούν να εισάγουν ένα τμήμα ξένου DNA στο πλασμίδιο και σφραγίστε το τμήμα χρησιμοποιώντας DNA λιγάση.
Διανύσματα κλωνοποίησης
Ένας από τους στόχους της γενετικής μηχανικής είναι να εισαχθεί ένα χρήσιμο, ξένο γονίδιο σε ένα άλλο κύτταρο που θα παράγει στη συνέχεια το πρωτεϊνικό προϊόν αυτού του γονιδίου. Για τη μεταφορά αυτού του γονιδίου στο κύτταρο-δέκτη-στόχο, χρησιμοποιείται ένας φορέας κλωνοποίησης. Αυτό το διάνυσμα μπορεί να είναι α τρανσποζόνιοιικά γονίδια ή βακτηριακό πλασμίδιο.
Ο καλύτερος τρόπος για να κατανοήσετε πώς λειτουργεί ο φορέας και να δείτε πώς λειτουργεί η γενετική μηχανική είναι να ακολουθήσετε τα βήματα που έχουν χρησιμοποιηθεί για την κλωνοποίηση ενός ανθρώπινου γονιδίου σε E. coli. Σήμερα, περισσότεροι από 18 εκατομμύρια άνθρωποι στις Ηνωμένες Πολιτείες έχουν διαβήτη, μια ομάδα ασθενειών που οφείλονται σε ασυνήθιστα υψηλά επίπεδα γλυκόζης στο αίμα.
Υπάρχουν περισσότερες από 800.000 περιπτώσεις ινσουλινοεξαρτώμενου διαβήτη (ονομάζεται επίσης νεανικός ή διαβήτης τύπου Ι), που απαιτούν από αυτούς τους διαβητικούς να λαμβάνουν τακτικές ενέσεις ινσουλίνης για τον έλεγχο των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα τους. Πριν από το 1982, η ινσουλίνη εξήχθη και καθαριζόταν από το πάγκρεας βοοειδών και χοίρων ή ακόμα και πτωμάτων.
Ωστόσο, αυτό δημιούργησε πρόβλημα επειδή η ζωική πρωτεΐνη ινσουλίνης δεν είναι πανομοιότυπη σε αλληλουχία αμινοξέων με την πρωτεΐνη ανθρώπινης ινσουλίνης και μια τέτοια ζωική πρωτεΐνη μπορεί να προκαλέσει αλλεργικές αντιδράσεις στο διαβητικό άτομο. Επιπλέον, τα ζώα που χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή της ινσουλίνης θα μπορούσαν να περιέχουν ιούς που προκαλούν άγνωστες ασθένειες που θα απομονώνονταν μαζί με την πρωτεΐνη ινσουλίνης. Η λύση ήταν η παραγωγή ανθρώπινης ινσουλίνης με τη χρήση γενετικής μηχανικής. Τέτοια μέθοδος—με την κλωνοποίηση του ανθρώπινου γονιδίου για την ινσουλίνη σε βακτηριακά κύτταρα, τα οποία στη συνέχεια λειτουργούν ως μικροσκοπικά εργοστάσια για τη σύνθεση και την έκκριση ανθρώπινης ινσουλίνης.
Αναφορά και Πηγές
- https://quizlet.com/271022533/micro-chapter-8-flash-cards/
- https://opentextbc.ca/biology/chapter/10-1-cloning-and-genetic-engineering/
- https://diabetestalk.net/diabetes/nursing-interventions-for-diabetes-type-2
- http://www.madehow.com/Volume-7/Insulin.html
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B9780128200070000222
- https://www.chemeurope.com/en/encyclopedia/Insulin.html
- https://www.biologydiscussion.com/dna/recombinant-dna-technology/insertion-of-a-foreign-dna-fragment-intoa-vector/37319
- https://en.wikipedia.org/wiki/Genetic_engineering_techniques
Διαβάστε επίσης:
- Ο Γενετικός Κώδικας
- Τι είναι η γονιδιακή έκφραση;
- Τύποι ιστονών και οι λειτουργίες τους
- Proteomics: Εισαγωγή, Μέθοδοι, Τύποι και Εφαρμογή
- Μεταλλάξεις: Εισαγωγή, Τύποι, Αίτια και Μηχανισμοί Επιδιόρθωσης
- Αντιγραφή DNA σε ευκαρυώτες: Έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός
- Μεταγραφή σε προκαρυώτες: Έναρξη, επιμήκυνση και τερματισμός
- Χρωμοσώματα: Δομή, Μορφολογία, Σύνθεση και Οργάνωση
- Εργαλείο επεξεργασίας γονιδίων CRISPR-Cas9: Εισαγωγή, Αρχές, Χρήσεις και Εφαρμογές
