4- ma’ruza mavzusi: Gen muhandisligi asoslari Reja

4- ma’ruza mavzusi: Gen muhandisligi asoslari
Reja:
1. Molekulyar biologiya gen muhandisligining poydevori
2. Nuklein kislotalarning strukturaviy va funksional xususiyatlari.
3. Bakteriya klonlari va shtammlarini olish.
4. Transformatsiya va transduksiya hodisasi.
Mavzu bo‘yicha asosiy tushuncha va iboralar: Biotexnologiya, Gen, DNK, irsiyatni suniy boshqarish, genetik kod, transgenli navlar, genom texnologiyasi, transduksiya, transformatsiya, genom bibliotekasini tuzish, restiktazalar, ligazalar, nukleazalar, revertazalar fermentlarini vazifalari.
Ma’ruza mavzusi bayoni
Hozirgi vaqtda qaysi produtsent mikroorganizmdan foydalangan holda foydali maxsulotlar olish mumkinligini aniq ko‘rsatib berish mumkin. Agarda bunday produtsent bo‘lmasa, qay tariqada va qanday sharoitda yuqori darajada istalgan turdagi maxsulotni olish xususiyatni namoyon qiluvchi produtsentni yaratish mumkinligini oldindan aytib berish imkoniyatlari mavjuddir.
Biotexnologik ishlab chiqarishda bugungi kunda mikroorganizmlarni minglab shtammlaridan foydalanilmoqda.
O‘zbekiston respublikasi mustaqillikka erishgandan so‘ng qishloq xo‘jaligi, xalq xo‘jaligi va oziq-ovqat ishlab chiqarish sohasiga bo‘lgan munosabat tubdan o‘zgardi. Shu boisdan oziq-ovqat maxsulotlari ishlab chiqarish sohasi mutaxassislari jahon xalq xo‘jaligida keng ko‘lamda qo‘llanilayotgan biotexnologiya fanini zamonaviy ko‘rinishlaridan biri bo‘lgan gen muxandisligi usullarini mukammal egallashlari va amaliyotga tadbiq eta olishlari lozim.
Biotexnologiyada gen muxandisligi sohasini o‘rganishdan maqsad, tirik organizmlar irsiy belgilari xaqidagi axborot joylashgan DNK molekulasining tuzilishi va roli, gen molekulyar biologiyasi; genetik muxandislikning moddiy asoslari: transformatsiya, transduksiya, ko‘chib yuruvchi genetik elementlar-transpozonlar, plazmidlar, viruslar, bakteriofaglar, restriktazalar, rekombinant DNK olish, genlarni klonlash, hujayra muxandisligi, hujayra va to‘qimalarni sun'iy sharoitda o‘stirish texnologiyasi; genetik muxandislikning o‘simliklar seleksiyasida qo‘llanilishi; gen muxandisligiga asoslangan biotexnologiyaning agrar sanoatdagi ilmiy-texnik taraqqiyotni tezlashtirishdagi roli; gibridomalar olish texnologiyasi va uning qishloq xo‘jaligida va chorvachilikda qo‘llanilishi hamda genetik muxandislikning istiqbollari haqidagi aniq bilimlarni o‘rganishdan iborat.
Ushbu fanning asosiy vazifasi zamonaviy gen muxandisligi yutuqlarini xalq xo‘jaligi amaliyotida keng ko‘lamda qo‘llashdan iborat.
Tirik organizmlar irsiy axborotini sun'iy yo‘l bilan ma'lum maqsadga muvofiq o‘zgartirish jarayoni genetik muxandislik fanining asosiy ustqurmasi hisoblanadi. Genetik muxandislik hujayra, xromosoma va gen darajasida amalga oshiriladi:
1. Hujayra darajasidagi genetik muxandislik ikki hujayrani o‘zaro qo‘shish yo‘li bilan amalga oshiriladi.
2. Xromosoma darajasidagi genetik muxandislik hujayra yadrosiga qo‘shimcha xromosomalar kiritish orqali amalga oshiriladi.
3. Gen darajasidagi genetik muxandislik yoki gen muxandisligi eng murakkab bo‘lib, quyidagi bosqichlar asosida amalga oshiriladi:
4. Qimmatli xo‘jalik ahamiyati kasb etadigan gen funksiyasi orqali qidirib topiladi, ajratib olinadi, klonlanadi va tuzilishi o‘rganiladi.
5. Ajratib olingan gen xromosoma DNK si bilan rekombinatsiyalanuvchi biror fag genomi, traspozon yoki plazmid DNK si bilan biriktirilib vektor konstruksiya yaratiladi.
6. Vektor konstruksiya transformatsiya usuli bilan hujayraga kiritiladi va transgen hujayra olinadi.
Transgen hujayradan sun'iy ravishda yetuk o‘simlik o‘stiriladi. Ushbu usuldan foydalanib o‘simlik, hayvon va mikroorganizmlar hujayralaridan transgen formalar olish mumkin.
Biotexnologiyada gen muxandisligi yutuqlarini chuqur o‘rganish va ulardan oqilona foydalanish transgen o‘simliklar va hayvonlar olish biotexnologiyasining yuzaga kelishida asosiy omil bo‘lib xizmat qildi. Bu usul bilan qimmatli xo‘jalik ahamiyatiga ega bo‘lgan bir qator o‘simliklar va nasldor qoramol klonlari yaratildi.
Hujayra muxandisligi usullaridan foydalanib, tirik organizmlardan gibrid hujayralar olish biotexnologiyasi yaratildi va bu asosida monoklonal antitelalar olish yo‘lga qo‘yildi. Biotexnologiyaning bu sohasiga dastlabki qadamlar 1973 yil birinchi gen klonlangan vaqtdan boshlab qo‘yilgan edi (2-jadval).
Gen muxandisligi biotexnologiyasining yutuqlari sanoat ko‘lamida va qishloq xo‘jaligida keng qo‘llanilmoqda. Xususan, antibiotiklar, aminokislotalar, vitaminlar va gormonlar ishlab chiqarilmoqda, nasldor qoromol klonlari yaratilmoqda, tuproqda va suvda zaharli pestitsid qoldiqlarini parchalaydigan mikroorganizmlarni transgen shtammlari olinmoqda, atmosfera azotini o‘zlashtiruvchi mikroorganizmlar genlari asosida tuproqni azotli o‘g‘itlar bilan boyitish muammosi yechilmoqda, zararli xasharotlarga va patogen mikroorganizmlarga chidamli, ekologiyani asrovchi transgen o‘simlik navlari yetishtirilmoqda, irsiy kasalliklarni tezkor tashxis qilish uchun diagnostikumlar tayyorlanmoqda, shuningdek, gen terapiya takomillashtirilmoqda.
Bugungi kunda genetik muxandislikka asoslangan biotexnologiya tezkor oshib borayotgan, inson extiyojlarini qondirish uchun klassik texnologiyalardan o‘ta samarali ekanligini to‘la namoyon qilmoqda.
Tirik organizmda oldindan mavjud qolip asosida yangi DNK molekulasining yaratilishi nuklein kislotalarining sintezlanish yo‘lidir. Mavjud DNK molekulasidan nusxa olish replikatsiya deb ataladi.
Replikatsiya jarayoni DNK-polimeraza I, II, III, DNK-ligaza va revertaza fermentlari yordamida amalga oshadi. rep-belok yordamida DNK qo‘sh zanjiri ajraladi va DNKga bog‘lanadigan oqsil molekulalari yordamida DNKaning ajralgan zanjirlari stabil holatda saqlanib turiladi. DNK-polimeraza III fermenti DNK ning 3' uchidan 5' uchigacha DNKning bitta zanjirini to‘la sintez qilish qobiliyatiga ega. DNK sintezi faqat DNK ning 3' uchidan 5' uchiga qarab borishi tufayli DNK ning ikkinchi zanjiri praymaza, DNK-polimeraza I va DNK-ligaza fermentlari yordamida amalga oshadi.
Praymaza (revertaza) fermenti yordamida DNK ning ikkinchi zanjiri sintezi uchun praymer sintez qilinadi va DNK-polimeraza III fermenti yordamida praymer nukleotidlar ketma-ketligidan DNK sintezi boshlanadi va DNK-polimeraza I fermenti yordamida bu nukleotidlar ketma-ketligi bir oz uzaytiriladi. Ko‘plab hosil bo‘lgan DNK fragmentlari DNK-ligaza fermenti yordamida ulanadi. Bu jarayon DNK ning ikkinchi zanjiri to‘la sintez bo‘lguncha davom etadi. Yangi DNK zanjiri tayyor DNKning nusxasiga, matritsasiga qarab tuziladi. Bu jarayonda matritsa vazifasini DNK qo‘sh zanjirining bir ipi bajaradi.
RNK sintezi jarayoni transkripsiya deb ataladi. Har uchala tipdagi RNK sintezi turli tipdagi RNK-polimeraza (RNK-polimeraza I,II,III) fermentlari yordamida amalga oshiriladi. RNK sintezi RNK-polimeraza I fermenti, iRNK RNK-polimeraza II fermenti va tRNK hamda kichik o‘lchamli yadro RNK si molekulalari RNK-polimeraza III fermenti yordamida amalga oshiriladi. Hamma RNK molekulalari sintezi uchun DNK ning bitta ipi matritsa vazifasini o‘taydi.
Oqsil sintezi ribosomalarda o‘tadi. Ribosoma hujayra metabolizmi uchun zarur bo‘lgan oqsillar sintezini DNK dan olingan informatsiya asosida kodlash mexanizmiga muvofiq amalga oshiradi
DNK zanjiridan olingan iRNK nukleotidlar tartibi shaklidagi informatsiya ribosoma yordamida oqsil molekulasidagi aminokislotalar tartibiga ko‘chiriladi. Oqsil sintezi jarayoni translyasiya (tarjima qilish) deb ataladi. Nuklein kislotalarda har bir aminokislotalarni taniydigan va tanlab biriktirib olib tashishda vositachilik qiladigan birin-ketin uchta nukleotidlar kombinatsiyasi mavjudki, bu o‘z navbatida aminokislota kodi, oqsil kodi, kodon, keng ma'noda genetik kod deb yuritiladi.
Oqsil molekulasiga kiradigan aminokislotalar 20 ta bo‘lganligidan kodonlar soni ham 20 dan kam bo‘lishi mumkin emas. Bunda hosil bo‘ladigan kombinatsiyalar soni 64-4³, kodlanadigan aminokislotalar sonidan ancha ko‘p, lekin ma'lum bo‘ldiki 20 ta aminokislotadan 18 tasi bittadan ortiq 2, 3, 4, va 6 kodon bilan kodlana olar ekan. Bundan tashqari, uchta kodon UAA, UAG, UGS aminokislotalarni kodlamaydi va polipeptid zanjirining tugaganidan darak beradi, ular terminatorlar «tugatuvchilar» deb ataladi. Poliribosomalarda oqsil sintezi iRNKning 5' oxiridan boshlanib 3' oxirida tugaydi. Oqsil sintezi tugagach iRNK ribosomadan ajralib chiqadi va ribosoma ikkita subparchalarga dissotsiatsiyalanadi.
Viruslar bilan prokariot hujayralar orasidagi materialning ko‘chirilishini, tabiiy sharoitda bakteriyalarda o‘tadigan rekombinatsiya mexanizmlarini o‘rganish, plazmidalar va mo‘tadil faglarning hujayradagi hayotini tushunish genlar ustida turli manipulyasiyalar o‘tkazish imkoniyatini beradi. Olimlar qo‘lida DNKning kerakli bir qismini bakteriya hujayrasiga ko‘chirib o‘tkazadigan sistema plazmidalar ham bor . Bunday transmissiv ko‘chirib o‘tkazuvchi xalqali molekulalar plazmidlar va mo‘tadil viruslar vektor deb ataladi
Ular tabiatning o‘zi biologlarga taqdim qilgan sovg‘a bo‘ladi. Shunday ekan, endi bakteriyalarni kulturada (ular o‘sadigan muhitda) insonlar uchun kerakli oqsillarni, fermentlarni sintezlashga majbur qilib bo‘lmasmikan degan savol tug‘iladi?
Bu g‘oyalarning amalda yuzaga chiqishi gen muxandisligi yoki genetik muxandislik deb ataladigan va katta istiqbolga ega bo‘lgan yangi sohani dunyoga keltirdi.
Gen muxandisligi qisqacha aytganda, genlar ustida turli manipulyasiyalar o‘tkazish, ularni to‘la o‘rganish asosida funksional qismlarga bo‘lish, kerakli joyidan kesish, kerak emas qismini olib tashlash, kerak bo‘lgan qismlarini boshqa genlardan yoki sintez yo‘li bilan olib ulash va shu usulda tayyorlangan duragay yoki rekombinant genni muvofiq organizmga kiritib (masalan odamning insulin genini mikrob hujayraga yoki sichqonningo‘sish garmoni genini kalamushga), zarur turlarni yoki preparatlarni sintez qilish va xakozo g‘oyalar va texnologiyalarning yig‘indisidir (6-chizma).
Ayrim DNK molekulalari genlar bir turinng ko‘p nusxasini hosil qilish uchun ilgaridan hujayralarning toza liniyalarini olishda ko‘pdan beri ishlatiladgan klonirlash texnikasining molekulalariga moslashtirilgan varianti qo‘llanadi. Hujayra liniyalarining bir xilligini klonirlash usuli bilan kuchaytirish mumkin. Klon deb birdan-bir old hujayradan kelib chiqqan hujayralar populyasiyasiga aytiladi. Klonirlash asosan mutant hujayralar olish uchun ishlatiladi. Molekulyar klonirlash DNK ning aniq bir namunasini toza holda ko‘paytirishdan iborat.


Mavzu bo‘yicha nazorat savollari:
1. Gen muhandisligi bosqichlari?
2. Vektorlarni turlari?
3.Gen muhandisligida ishlatiladigan fermentlar?
4. Revertaza fermenti faoliyatini izohlab bering?