[0:00]Привіт. Дякую за перегляд відеоуроків на моєму каналі. Сподіваюсь, вони допомагають вам краще підготуватись до уроків біології і дізнатись більше.
[0:11]Ми продовжуємо говорити про прикладну генетику і біотехнології.
[0:16]І тема сьогоднішнього уроку - генна та клітинна інженерія.
[0:21]Генна інженерія.
[0:25]Минулого разу я говорила вам про те, що основні методи генної інженерії були розроблені у 70-х роках минулого століття.
[0:34]Наприкінці 60-х років було відкрито рестриктази, що розрізають ДНК у потрібних послідовностях.
[0:42]У 1967 році був відкритий фермент ДНК-лігазу, який зшиває між собою липкі кінці молекул ДНК.
[0:52]А у 1970-му Говард Темін і Девід Балтімор відкрили ревертазу зворотню транскриптазу, фермент, який здатний синтезувати ДНК на матриці РНК.
[1:07]І нарешті у 1972 році було створено першу рекомбінантну ДНК.
[1:14]Отже, суть методів генної інженерії – це введення в організм нового гена. Цей ген може бути або синтезований, або перенесений з іншого організму.
[1:26]Якщо в геном бактерії вбудувати ген, що кодує певний білок, то бактеріальна клітина перетворюється в живу фабрику з виробництва цього білка.
[1:38]Розглянемо цей процес докладніше.
[1:41]Отже, перший етап – це виділення копії потрібного гена серед інших генів організму. Це найскладніша частина процесу.
[1:50]Наприклад, геном людини складається приблизно з 23 тисяч структурних генів, а це близько 3 мільярдів пар нуклеотидів.
[2:00]Один ген в середньому має декілька тисяч пар нуклеотидів, тому конкретний ген знайти непросто.
[2:08]Для отримання копії потрібного гена є три шляхи. Перший – використання зворотньої транскриптази ревертази.
[2:16]Із молекул іРНК легше отримати інформацію, оскільки по-перше, активну функціонуючий ген таких копій іРНК робить велику кількість.
[2:30]Наприклад, ген, що кодує інсулін, буде синтезувати такі численні молекули іРНК в бета-клітинах підшлункової залози.
[2:39]По-друге, зріла іРНК не містить інтронів, некодуючих послідовностей, які є у відповідних ділянках ДНК.
[2:48]Тому, використовуючи ревертазу, спочатку на матриці іРНК синтезують так звану комплементарну ДНК без інтронів.
[2:59]Інший шлях – синтез штучного гена. Визначити послідовність нуклеотидів у гені можна із послідовності амінокислот білка, що кодується цим геном.
[3:12]Ви пам’ятаєте, що одна амінокислота кодується триплетом нуклеотидів.
[3:17]Отже, ген можна сконструювати з нуклеотидів, просто з’єднавши їх у правильній послідовності.
[3:26]Такий метод був використаний, наприклад, для отримання гена соматостатину, гормона, що гальмує ріст, і складається всього із 14 амінокислот.
[3:38]І ще один шлях – це багаторазове розрізання ДНК рестриктазами для пошуку потрібного фрагмента.
[3:46]Ці ферменти рестриктази або ендонуклеази, були виявлені в бактеріальних клітинах і існують там для того, щоб розрізати будь-яку чужерідну ДНК, наприклад, віруса, який вторгнувся в клітину.
[4:03]І таким чином припинити розмноження вірусів клітин. Причому рестриктази розрізають ДНК з середини, а не з кінців.
[4:10]Деякі рестриктази, саме ті, що використовуються в генній інженерії, роблять зигзагоподібні розрізи, залишаючи липкі кінці.
[4:20]Їх вони використовують для з'єднання із фрагментами ДНК.
[4:25]При обробці ДНК рестриктазами розраховують на те, що один із фрагментів буде випадково містити тільки фрагмент потрібного гена.
[4:36]В іншому випадку разом з кодуючими ділянками екзонами у фрагменті будуть присутні некодуючі інтрони.
[4:43]Цікаво, що якщо еукаріотичний ген разом із інтронами помістити в бактерію, то вона буде синтезувати не тільки потрібний білок, а ще й даремний, бо в неї немає ферментів для видалення інтронів.
[5:00]Другий етап генної інженерії - вбудовування гена в бактеріальний вектор.
[5:06]Вектор – це молекула ДНК, в яку потрібно вбудувати ген.
[5:10]Найчастіше векторами є плазміди – кільцеві молекули ДНК бактерій, що несуть невелику кількість генів.
[5:18]Щоб отримати плазміди, бактеріальні клітини руйнують і поміщають у центрифугу.
[5:25]В результаті хромосомна ДНК бактерії буде в осаді, а плазмідна зверху над осадом.
[5:32]Далі її очищують, обробляють рестриктазами тими ж, які використовували для ДНК.
[5:40]Тоді фрагменти ДНК змішують із розрізаною плазмідною ДНК, вони з'єднуються липкими кінцями за принципом комплементарності, а додавання лігаз допомагає закріпити зшивання фосфодиестерними зв'язками.
[5:57]В якості іншого вектора використовується бактеріофаги. Вони можуть переносити більші фрагменти ДНК.
[6:06]Найчастіше використовують фаг лямбда.
[6:10]З ДНК фага вирізають частину і замінюють на ту, що потрібно клонувати.
[6:17]Третій етап – введення вектора в клітину. На цьому етапі фаговий або плазмідний вектор вводять у клітину бактерії, у якій він може розмножуватись.
[6:28]Як правило, для цих цілей найчастіше використовують бактерію кишкову паличку Escherichia coli, звичайного мешканця нашого кишківника.
[6:38]Кишкова паличка добре вивчена і швидко росте, подвоюється за 30 хвилин.
[6:45]Для генної інженерії отримали спеціальний мутант Escherichia coli, який виживає лише в особливих лабораторних умовах.
[6:54]Для того, щоб перенести плазмідний вектор, препарат плазміди додають у пробірку з культурою кишкової палички Escherichia coli.
[7:03]Туди ж вносять кальцій хлорид і клітини піддають тепловому шокови.
[7:07]В результаті в мембрані Escherichia coli утворюються пори, через які плазміди легко проникають всередину клітини.
[7:17]Фаговий вектор вводять шляхом інфікування культури бактерій, що ростуть в чашках Петрі на поживному середовищі.
[7:25]Процес введення нової ДНК в бактеріальну клітину називається трансформацією.
[7:33]Четвертий етап – відбір клітин, у які ввійшла чужорідна ДНК.
[7:38]При трансформації, тобто введенні плазміди із новим геном у клітину бактерії, виникає дві проблеми.
[7:46]По-перше, не всі бактерії трансформовані, тобто отримали плазміду, а по-друге, не всі плазміди несуть чужорідну ДНК.
[7:55]Для того, щоб цього уникнути, використовують плазміди з певними властивостями.
[8:00]До них додають інші гени маркери, наприклад, ген стійкості до певного антибіотика.
[8:07]Тобто, якщо у поживне середовище з бактеріями, що несуть такі маркери, додати антибіотик, то розмножуватись будуть лише бактерії, які стійкі до дії антибіотика.
[8:20]Потрібну бактерію відбирають, використовуючи зонди. Це короткі фрагменти ДНК і РНК, які комплементарні до ділянки гена і тому зв'язуються з ним водневими зв'язками.
[8:33]Зазвичай зонди мічені радіоактивним ізотопом.
[8:37]Коли зонд зв'язується з ДНК, радіоактивність є тим маркером, який виявляє виявляють методом авторадіографії.
[8:47]Використовують рентгенівську плівку, яка засвідчується у місцях зв'язаного зонда.
[8:54]Ну і нарешті останній етап – відібрані бактерії починають швидко і у великій кількості продукувати потрібний білок.
[9:05]Найдовшим далі є процес випробування і перевірки модифікованого продукту на безпечність для людини і середовища.
[9:14]Використання бактерій, отриманих методами генної інженерії.
[9:20]Інсулін. Ви знаєте, що інсулін – це гормон підшлункової залози, що грає важливу роль у регуляції вмісту цукру в крові.
[9:29]Нестача інсуліну є причиною цукрового діабету, що було невиліковним.
[9:34]У 1921 році Бантінг і Бест вперше виділили тваринний інсулін з підшлункових залоз свиней і великої рогатої худоби.
[9:47]Процедури ін'єкції інсуліну стала стандартною процедурою для хворих.
[9:50]Але тваринний і людський інсулін мають невеликі відмінності у амінокислотному складі, а також у тваринному є певні домішки.
[10:00]Це може бути причиною алергічних реакцій у пацієнтів.
[10:06]Ідеально вирішити проблему дозволили методи генної інженерії. Ген інсуліну людини вбудовують в бактеріальну клітину, їх розмножують з метою отримання великої кількості білка.
[10:20]Соматотропін – гормон росту, нестача якого у дитячому віці призводить до карликовості.
[10:27]На відміну від тваринного інсуліну, який може використовувати людина, соматотропін специфічний для певного виду тварин.
[10:37]Тому раніше для лікування карликовості використовували гормон із гіпофіза померлих людей.
[10:42]Але через можливість зараження таких препаратів інфекціями використання гормонів було заборонене.
[10:52]Тому була розроблена технологія вбудовування гена соматотропіна в бактерію, і регулярні ін'єкції такого гормона хворим дітям майже повністю відновили ріст.
[11:05]Але людина не зупинилась на створенні рекомбінантних ДНК, які синтезують білок, що лікує.
[11:11]У 2002 році американський уряд виділив більше 3 мільйонів доларів на штучне життя. Мета була досить благородною: видалення нафтових плям на поверхні води.
[11:24]Роботу по створенню таких бактерій було прискорено, коли 20 квітня 2010 року на нафтовій платформі компанії British Petroleum пролунав вибух, що призвів до викидів нафти у води Мексиканської затоки.
[11:41]Вуглеводнева пляма зайняла площу більше 100 тисяч квадратних кілометрів, знищуючи все у своїх межах.
[11:49]Отже, команда Вентера Крейга створила таку бактерію і назвала її Синтія.
[11:55]Спочатку було розшифровано геном бактерії мікоплазма мікоідес, яка добре росте на органічних середовищах і є аеробом.
[12:06]Було переписано 1,8 мільйонів пар її нуклеотидів.
[12:11]Далі створили синтетичний геном спочатку із фрагментів, а тоді їх об'єднали в єдиний ланцюжок ДНК.
[12:20]Таким чином геном складав 382 гени – це такий мінімум, що необхідний для виживання.
[12:28]Далі з іншої бактерії мікоплазма капріколум видалили ДНК і замість природного вмонтували штучний.
[12:37]Отримана хімера не лише вижила, вона стала миттєво розмножуватись у поживному середовищі, на неї не діяли антибіотики.
[12:47]У 2011 році Синтію запустили в Мексиканську затоку, і справа пішла.
[12:53]Дійсно, нафтові плями почали зникати на очах, площа забруднення стрімко зменшувалась.
[13:00]Але зовсім скоро бактерія відмовилась від нафти і перемкнулась на більш смачні живі організми.
[13:08]Почалась масова загибель більше 5 тисяч птахів в Арканзасі.
[13:13]100 тисяч одиниць риби біля узбережжя Північної Луїзіани.
[13:18]128 працівників, зайнятих на ліквідації катастрофи, захворіли.
[13:23]Люди, покупавшись у Мексиканській затоці, вкривались виразками не лише тіло, а й внутрішні органи і за лічені дні помирали.
[13:33]Федеральний округ Колумбії видав звіт, згідно якому 40 відсотків жителів прилеглих до Мексиканської затоки територій набули захворювань дихальних шляхів і шкіри.
[13:45]Останні дані свідчать, що бактерії досягли Гольфстріма.
[13:49]Тюлені Арктики масово гинуть від уражень шкіри і внутрішніх органів.
[13:55]Ось так нічого не підозрюючи, Вентер Крейг відкрив скриню Пандори.
[14:02]Тому рекомбінантні бактерії викликають сьогодні ще масу запитань, особливо щодо віддалених наслідків їх використання.
[14:11]Клітинна інженерія. Поряд із генною інженерією розвивається клітинна інженерія – метод конструювання клітин нового типу на основі їх культивування, гібридизації та реконструкції.
[14:25]За допомогою методів клітинної інженерії вдається поєднати геноми різних видів.
[14:32]Основні методи сучасної клітинної інженерії: метод гібридизації соматичних клітин.
[14:41]Об'єднання клітин миші і людини або людини і китайського хом'ячка дозволило допомогти картувати гени в хромосомах людини.
[14:51]Створені гібриди пухлинних клітин і нормальних клітин імунної системи лейкоцитів, вони називаються гібридоми, і вони володіють властивостями обох материнських клітин.
[15:06]Аналогічно пухлинним, вони здатні необмежено ділитись, тобто є безсмертними.
[15:11]А подібно лімфоцитам, можуть виробляти однорідні антитіла певної специфічності, що їх можна використовувати в лікуванні та діагностиці.
[15:21]Також маніпулюють із без'ядерними клітинами і з їх фрагментами, комбінуючи їх.
[15:28]Другий метод – метод злиття ембріонів на ранніх стадіях.
[15:32]Сполучають клітини зародків на ранніх стадіях, отримуючи мозаїчних тварин або рослин, їх називають химерами, бо вони містять обидва генотипи клітин.
[15:45]У рослинництві це декоративні рослини, особливі за кольором листків або квітів.
[15:52]А у тварин - це стерильні гермафродити, наприклад, химера пацюка та миші, химера вівці та кози.
[16:01]А у 2017 році вчені створили ембріон химери свині з клітинами людини.
[16:10]Ще один метод сучасної клітинної інженерії – метод культури клітин або тканин.
[16:17]Він дозволяє виростити швидко велику кількість рослин.
[16:23]Метод клонування організмів.
[16:26]Пересаджуючи ядра соматичних клітин у яйцеклітини з наступним вирощуванням зародка у дорослий організм, отримало назву клонування тварин.
[16:38]Отже, як бачимо, методи генної клітинної інженерії безмежні.
[16:43]А які наслідки вони матимуть для тварин і рослин, про це поговоримо наступного разу.
[16:50]Чи погоджуєтесь ви з твердженням, що генна інженерія є безпечною?
[16:55]Пишіть про це в коментарях, ставте вподобайки, підписуйтесь на канал.
[16:59]Дякую за увагу.
