Genetik mühendisliğinin bilimsel araştırmalarda uygulanması
- Gen nakavt
Birinin veya diğerinin işlevini incelemek
Nakavt için aynı gen veya onun fragmanı sentezlenir, gen ürününün işlevini kaybetmesini sağlayacak şekilde değiştirilir. Ana uygulama yöntemleri: çinko parmak, morfolino ve TALEN.
Nakavt fareler elde etmek için elde edilenGenetik olarak tasarlanmış yapı, embriyonik kök hücrelere sokulur, burada yapı somatik rekombinasyona uğrar ve normal genin yerini alır ve değiştirilen hücreler, vekil annenin blastosistine implante edilir. Meyve sineğinde, Drosophila mutasyonları, istenen mutasyona sahip yavruların daha sonra arandığı büyük bir popülasyonda başlatılır. Bitkiler ve mikroorganizmalar da benzer şekilde yok edilir.
- Yapay İfade
Nakavt için mantıklı bir eklemeyapay ifade, yani vücuda daha önce sahip olmadığı bir genin eklenmesi. Bu genetik mühendisliği tekniği, genlerin işlevini incelemek için de kullanılabilir. Özünde, ek genlerin eklenmesi süreci nakavt işlemiyle aynıdır, ancak mevcut genler değiştirilmez veya zarar görmez.
- Gen ürün görselleştirme
Görev ders çalışmak olduğunda kullanılırGen ürününün lokalizasyonu. Etiketleme yöntemlerinden biri normal geni, örneğin yeşil floresan protein geni GFP gibi bir haberci elemanla kaynaştırılmış bir genle değiştirmektir. Mavi ışıkta floresans veren bu protein, genetik modifikasyon ürününü görselleştirmek için kullanılıyor.
Bu teknik uygun ve kullanışlı olsa da, yan etkilerisonuçlar, incelenen proteinin kısmi veya tam işlev kaybı olabilir. Çok uygun olmasa da daha karmaşık bir yöntem, spesifik antikorlar kullanılarak tespit edilebilecek kadar büyük oligopeptitler olmayan, incelenen proteine eklenmesidir.
- İfade Mekanizmasının İncelenmesi
Bu tür deneylerde görev,Gen ifadesinin koşulları. İfade özellikleri öncelikle kodlama bölgesinin önünde bulunan ve transkripsiyon faktörlerini bağlamaya yarayan, promotör adı verilen küçük bir DNA parçasına bağlıdır.
Bu site sonradan yerleştirilerek vücuda tanıtılmıştır.kendi raportör geni yerine, örneğin, GFP veya kolayca tespit edilebilen bir reaksiyonu katalize eden bir enzim. Destekleyicinin belirli dokulardaki işleyişinin bir anda veya başka bir zamanda açıkça farkedilebilir hale gelmesine ek olarak, bu tür deneyler, destekleyicinin yapısını DNA parçalarını çıkararak veya ekleyerek incelemeyi ve ayrıca yapay olarak geliştirmeyi mümkün kılar. işlevleri.
İnsan genetik mühendisliğine neden ihtiyaç duyulur?
İnsanlara uygulandığında, genetik mühendisliğikalıtsal hastalıkları tedavi etmek için kullanılır. Bununla birlikte, teknik olarak, hastayı kendisi tedavi etmekle yavrunun genomunu değiştirmek arasında önemli bir fark vardır.
Yetişkin genomunu değiştirme görevigenetiği değiştirilmiş yeni hayvan türlerinin yetiştirilmesinden biraz daha karmaşıktır, çünkü bu durumda sadece bir embriyonik yumurtanın değil, halihazırda oluşmuş bir organizmanın çok sayıda hücresinin genomunu değiştirmek gerekir. Bunu yapmak için viral parçacıkların vektör olarak kullanılması önerilmektedir.
Viral parçacıklar içeri nüfuz edebilirkalıtsal bilgilerini içlerine yerleştiren yetişkin hücrelerin önemli bir yüzdesi; Vücuttaki viral partiküllerin kontrollü çoğalması mümkündür. Aynı zamanda, yan etkileri azaltmak için, bilim adamları genetiği değiştirilmiş DNA'nın genital organ hücrelerine sokulmasından kaçınmaya çalışıyor, böylece hastanın gelecekteki torunları üzerindeki etkiden kaçınılıyor.
Medyadaki bu teknolojinin önemli eleştirisine de dikkat çekmek gerekir: Genetiği değiştirilmiş virüslerin gelişimi birçok kişi tarafından tüm insanlık için bir tehdit olarak algılanmaktadır.
Gen terapisinin yardımıyla gelecekte insan genomunu değiştirmek mümkün. Şu anda, insan genomunu değiştirmeye yönelik etkili yöntemler geliştirme ve primatlar üzerinde test etme aşamasındadır.
Maymunların uzun süreli genetik mühendisliğiciddi zorluklarla karşı karşıya kaldı, ancak 2009'da deneyler başarı ile taçlandırıldı: Nature dergisinde, renk körlüğü olan yetişkin bir erkek maymunu tedavi etmek için genetiği değiştirilmiş viral vektörlerin başarılı bir şekilde kullanıldığına dair bir yayın yayınlandı.Aynı yıl, genetiği değiştirilmiş ilk primat ortaya çıktı. (değiştirilmiş bir yumurtadan yetiştirilen) yavruları doğurdu. - ortak marmoset (Callithrix jacchus).
Küçük ölçekte de olsa, genetik mühendisliği halihazırdabelirli kısırlık türlerine sahip kadınlara hamile kalma şansı vermek için kullanılır. Bunun için sağlıklı bir kadının yumurtaları kullanılır. Sonuç olarak çocuk genotipi bir baba ve iki anneden miras alır.
Bununla birlikte, daha önemli tanıtma olasılığıinsan genomundaki değişiklikler bir dizi ciddi etik sorunla karşı karşıyadır. 2016 yılında, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki bir grup bilim insanı, CRISPR / Cas9 teknolojisi kullanılarak genetik olarak modifiye edilen, hastanın kendi bağışıklık hücrelerini kullanan bir kanser tedavisi yönteminin klinik denemeleri için onay aldı.
2018 yılı sonunda Çin'de iki çocuk doğdu.HIV ile mücadele amacıyla 2016'dan bu yana yürütülen araştırmalar kapsamında CRISPR/Cas9 yöntemi kullanılarak embriyonik aşamada genomu yapay olarak değiştirildi (CCR5 geni kapatıldı). Ebeveynlerden biri (baba) HIV ile enfekteydi ve açıklamaya göre çocuklar sağlıklı doğdu.
Deney izinsiz olduğundan (öncedenBu nedenle, insan embriyoları üzerinde yapılan tüm bu tür deneylere yalnızca gelişimin erken aşamalarında izin verildi ve deney materyali daha sonra yok edildi, yani embriyonun rahme implantasyonu ve çocukların doğumu olmadan), bundan sorumlu bilim adamı bunu yaptı. Genom düzenlemeyle ilgili uluslararası bir konferansta yaptığı açıklamalara kanıt sunmuyor.
Ocak 2019'un sonunda, Çinli yetkililer bu deneyin gerçeklerini resmen doğruladı. Bu arada bilim adamının bilimsel faaliyetlerde bulunması yasaklandı ve tutuklandı.
İnsan genomu nasıl düzenlenir?
- Çinko parmak yöntemi
Bileşimde "çinko parmaklar" da bulunurinsan proteinleri. Bu yöntem sayesinde, DNA'nın belirli bir bölümünü tanıması için bir ZFN zinciri tasarlamak mümkündür. Bu, karmaşık genomlar içindeki belirli alanları hedeflemeyi mümkün kılar.
Çinko parmak alanları şuralarda bulunur:insan transkripsiyon faktörleri - DNA şablonuyla RNA sentezi sürecini düzenleyen proteinler. Yapay nükleazlar oluştururken, DNA'nın belirli bir bölümünü tanıyacak şekilde bir "çinko parmak" zinciri oluşturmak mümkündür.
Böyle bir zincir yeterince uzunsa,birkaç trinükleotid fragmanından oluşan nispeten genişletilmiş DNA sekanslarını tanıyabilir. Bu, büyük karmaşık genomlar içindeki belirli alanlar üzerinde gerçek bir hedefli etki olasılığı anlamına gelir.
Ancak “çinko parmak” yöntemi de ortaya çıktıciddi dezavantajlar: birincisi, bu, trinükleotid tekrarlarının çok katı bir şekilde tanınması değildir, bu da "hedef dışı" bölgelerde gözle görülür sayıda DNA bölünmesine yol açar.
İkincisi, yöntemin çok zahmetli olduğu vepahalıdır, çünkü her DNA dizisi için kendi optimize edilmiş çinko parmak nükleaz protein yapısını yaratmak gerekir. Bu nedenle, sistem "çinko parmaklar" yaygın değildir.
- TALEN
2011 yılında Nature Methods dergisi sistemi adlandırdıTALEN (Transkripsiyon Aktivatör Benzeri Efektör Nükleazlar), temel ve uygulamalı bilimin farklı alanlarındaki geniş bir olası uygulama yelpazesi nedeniyle "yılın yöntemi".
TALEN, yönlendirilmiş uygulama yöntemlerinden biridirfarelerde genleri kapatmak için DNA'daki sonraki "iyileşme" ile kırılır. Onlardan hemen sonra, bu teknoloji fare genomuna bir mutasyon katmak için kullanıldı ve kalıtsal sendromlardan birinin gelişmesine yol açtı. Genetik olarak belirlenmiş hastalıkları modelleme yönteminin yazarları, yalnızca fare genomunu "bozmayı" değil, aynı zamanda onu düzeltmeyi de başardılar.
- CRISPR / Cas9
Yöntem, belirli DNA bölgeleri üzerinde doğru bir etki sağlar ve hemen hemen tüm modern moleküler biyolojik laboratuarlarda kullanılabilir.
Bu sistem özel alanlara dayanmaktadırbakteriyel DNA - CRISPR (Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar veya kısa palindromik küme tekrarları). Bu tekrarlar, ayırıcılarla ayrılır - kısa yabancı DNA parçaları. İkincisi, DNA genomu ile yeniden birleştikten sonra genoma dahil edilir.
İnsan Kurgu Örnekleri
- Vücutta genom düzenleme
44 yaşındaki Arizona sakini Brian'ın hastalığıMado, erken çocukluk döneminde kendini gösterdi. Tedavi edilemez ve çoğunlukla erkekler tarafından miras alınır. Mukopolisakkaridoz tip II, metabolik bir bozukluktur: ona sahip kişiler, karmaşık karbonhidratların parçalanmasında rol oynayan bir enzimin üretiminden sorumlu bir gende mutasyona sahiptir. Sonuç olarak hücrelerde birikir ve çok sayıda organ patolojisine neden olurlar.
Adam klinikte yer almaya karar verdiyeni bir yöntemin test edilmesi - gen terapisi. Bu, çalışmanın yalnızca ilk aşamasıdır ve tedavinin kaydedilmesinden önce (yani, Hunter sendromlu tüm hastalar için bu yöntemin kullanılmasına izin verilmeden önce), bunlardan üçünün olması gerekir.
Brian'ın vakasında kullanılan yöntemMado, genomu doğrudan insan vücudunda düzenlemenize ve aynı zamanda DNA'nın belirli bir bölümünü doğru şekilde hedeflemenize olanak tanır. Düzenleme, "çinko parmaklar" adı verilen öğeler kullanılarak gerçekleştirilir.
- Genetiği değiştirilmiş çocuklar
Çinli araştırmacı He Jiankui, in vitro fertilizasyondan önce insan embriyolarının genomlarını düzenledi ve sonuçta DNA'sı iki çocuğun değişmesine neden oldu.
CRISPR / Cas9 sistem araştırmacısıüreme tedavisi sırasında yedi çift embriyosunun genomlarını düzenledi. Gebeliklerden birinin sonucu olarak, DNA'sı değişmiş iki ikiz kız, sağlıklı bir anne ve HIV bulaşmış bir babadan dünyaya geldi. O Jiankui, CCR5 genini çocuklardan çıkardığını ve bunun onlara HIV'e karşı ömür boyu bağışıklık sağladığını açıkladı.
- Gen terapisi ile geri dönen görme
Vizyonu eski haline getirmek için optogenetik teknolojiler kullanılabilir, bunun yardımıyla nöronların çalışmaları ışığa duyarlı bakteri proteinleri ve lazer flaşları kullanılarak kontrol edilebilir.
Bu fikirden yola çıkarak, biyologlar bir virüs yarattılar.ganglionik nöronlara nüfuz edebilir. Bu sinir hücreleri, sinyalleri retinadan insan beynine iletmekten sorumludur. Ganglionik nevrozda bir virüs, benzer sinyal molekülleri üretmesine neden olur. Bununla birlikte, bakteri proteinleri ışığa retinanın çubuklarından ve konilerinden farklı tepki verdiğinden, bu prosedür tek başına görüşü geri getirmez.
Bu sorunu çözmek için Basel profesörüBotond Rosca Üniversitesi ve Pittsburgh Üniversitesi profesörü José Sahel, gelen görüntüyü beynin anlayabileceği bir biçime dönüştüren ve lazer flaşları ile gangliyon hücrelerini uyaran özel gözlükler yarattı. Sonuç olarak hasta, büyük nesnelerin ve nesnelerin silüetlerini görebilir ve diğer karmaşık eylemleri gerçekleştirebilir.
Daha fazla oku:
Bilim adamları, panspermi teorisini tardigradlarda test ettiler: uzayda seyahat edebilirler
Bilim adamları, süper zenginleştirilmiş altının yoğurt olarak oluştuğunu keşfettiler.
Küçük hidrojen motoru fosil yakıtlı muadillerinin yerini alıyor