Genetik injeneriya Исполнитель

Genetik injeneriya haqida tushuncha Bir molekula oqsilning biologik sinteziga javobgar bo‘lgan, DNK zanjiridagi nukleotidlar qatorini gen deb ataladi. Murakkab biologik jarayon ketma-ketligini boshqarishda ishtirok etadigan, genetik tuzilishi bo‘yicha deyarli bir-biriga o‘xshash bo‘lgan bir necha genlar — genlar majmuasi yoki oilasini tashkil qiladi. 

{spoiler=Davom etish}

Organizmlar genlari yoki genlar majmuasining faoliyatini inson manfaatlarini ko‘zlagan holda o‘zgartirilishiga gen injeneriyasi yoki genetik injeneriya deb ataladi. Gen injeneriyasi fanining maqsadi genlarning ichki tuzilishini va xromosomada tutgan o‘rnini ehtiyojga mos ravishda o‘zgartirib, ularning faoliyatini idora etishdir. Natijada har qanday tirik mavjudotni, albatta imkoniyat darajasida, maqsadga yana ham ko‘proq muvofiqlashtirish yo‘li bilan sanoat miqyosida oqsil moddalar ishlab chiqarish, o‘simlik va hayvon turlarini inson ehtiyojiga mos ravishda o‘zgartirish, irsiy va yuqumli kasalliklarni aniq va tez tashxis qilish hamda sabablarini aniqlash usullari yaratildi. Genetik injeneriya (gen injeneriyasi) fani irsiyatning moddiy asosi — DNK molekulasini spetsifik tarzda bo‘laklarga bo‘luvchi va har qanday DNK bo‘lagini bir-biriga uchma-uch biriktiruvchi enzimlar hamda DNK bo‘laklarini uzunligi bo‘yicha bir-biridan o‘ta aniqlik bilan ajrata oluvchi elektroforez usulining kashf etilishi oqibatida vujudga keldi. Ayniqsa, DNK molekulasini tashkil etuvchi nukleotidlarning spetsifik ketma-ketligini (izchilligini) aniqlash hamda xohlagan DNK bo‘lagini avtomatik tarzda sintez qilish usullarining va uskunalarining kashf etilishi bu fanning jadal sur’atlar bilan rivojlanishini ta’minladi. Genetik injeneriyaning tadqiqot obyektlari Genetik injeneriyaning tadqiqot obyektlari viruslar, bakteriyalar, zamburug‘lar, hayvon va o‘simliklarning hujayralaridir. Bu tirik mavjudodlarning DNK molekulasi hujayraning boshqa moddalaridan tozalab olinganidan keyin ular orasidagi moddiy farq yo‘qoladi. Har qanday manbadan ajratilib, tozalangan DNK molekulasi enzimlar vositasida spetsifik bo‘laklarga parchalanishi va qaytadan bu bo‘laklar ulovchi enzim vositasida ehtiyojga mos ravishda ulanishi mumkin. Hozirgi zamon genetik injeneriyasi usullari vositasida probirkada har qanday DNK molekulasi bo‘lagini aynan ko‘paytirish yoki DNK zanjiridagi xohlagan nukleotidni boshqasi bilan almashtirish mumkin. Albatta bu qadar yuksak yutuqlarga irsiyat qonuniyatlarini izchillik bilan tadqiq etish natijasida erishildi. Irsiyatning moddiy asoslarini o‘rganish tarixi Buyuk fransuz olimi Lui Paster bakteriyalarning xilma-xilligini, ularning irsiyati mavjudligini va xususiyatlarining irsiyatga to‘la bog‘liqligini bakteriyalarni klonlash usuli bilan ilk bor ko‘rsatib berdi (1—2-rasmlar).  952-yil Joshua va Ester Lederberglar bakteriyalarda genlar mutatsiyasining o‘z-o‘zidan sodir bo‘lishini bakteriya koloniyalaridan nusxa (replika) ko‘chirish usulini qo‘llash vositasida isbot qilib berdi (3-rasm). Bu olimlar mutant hujayralarni replika ko‘chirish usuli bilan ajratib olishni ishlab chiqadilar.   ya’ni mutant formasini sintez qiladi. Har qanday shtammga oid mutatsiya oqibatida o‘zgarib, bir dona bakteriya bo‘linib ko‘payishi natijasida hosil bo‘lgan hujayralar to‘plami mazkur shtammning  kloni  deb ataladi. Bir klon tarkibiga kiruvchi bakteriya hujayralarning irsiyati bir xildir. Tashqi muhit ta’sirida mutatsiyaning uchrash tezligi oshadi. Maxsus usullar vositasida mutatsiya natijasida hosil bo‘lgan yangi shtammlarning klonlarini oddiy ko‘z bilan ajratish mumkin. 1915-yilda Tuort va D’Errel faglarning zararlangan bakteriyalar ichidao‘z-o‘zidan ko‘payib, ularni o‘ldirishi mumkinligini isbotladilar. Mikrobiologlar faglardan xavfli infeksion kasallik qo‘zg‘atuvchi mikroblarga qarshi foydalanishni umid qilgan edilar. Lekin, biz yuqorida ko‘rganimizdek bakteriyalar o‘z-o‘zidan spontan ravishda hosil bo‘ladigan mutatsiyalar tufayli faglarga chidamlilik xossasiga ega bo‘ladilar. Bu mutatsiyaning naslga berilishi bakteriyanifag tomonidan batamom qirilib ketishidan saqlaydi. Viruslar va faglar hujayra ichida ko‘payib uni o‘ldirishi yoki hujayra genomiga birikib, uning irsiyatini o‘zgartirishi mumkin. Organizmning irsiyatini o‘zgartirishda transformatsiya va transduksiya  jarayonlaridan keng foydalaniladi. Bakteriyalarni laboratoriyada ko‘paytirish Bakteriyalarni sun’iy ko‘paytirish uchun maxsus oziq muhitlardan foydalaniladi. Oziq muhitlar tarkibida: 1) uglerod, azot, kislorod, vodorod manbayi; 2) anorganik birikmalar (tuz); 3) o‘sish omillari bo‘lishi shart. Mikroorganizmlarni o‘sishi va rivojlanishiga oziq muhitning tarkibidan tashqari, uning fizik-kimyoviy holati (pH, osmotik xossalari, yopishqoqligi) ham katta ahamiyatga ega. Ko‘paytirilayotgan bakteriyaning biologik xossasiga javob beradigan oziq muhit optimal deyiladi. O‘stirilayotgan mikroorganizmlar xususiyatidan kelib chiqqan holatda xilma-xil oziq muhitlardan foydalaniladi. Optimal oziq muhitda azot manbayi sifatida mineral yoki organik birikmalardan yoki peptonlardan foydalaniladi (pepton — oqsillarni chala parchalanish natijasida hosil bo‘lgan mahsulot). Peptonlar polipeptid, dipeptid va aminokislotalar aralashmasidir. Uglerod manbayi — uglevodlar, spirt va organik kislotalardan foydalaniladi. Mineral birikmalar oziq muhitni osmotik xossasini belgilaydi va hujayrada o‘tayotgan Oziq muhitlar tarkibi, xossasi va maqsadiga ko‘ra bir necha guruhlarga bo‘linadi:1) Konsistensiyasi (qattiqsuyuqligi) bo‘yicha: a) suyuq, b) qattiq, v) yarimsuyuq. 2) Tarkibi bo‘yicha: a) oddiy (minimal) — tarkibida shakar yoki glitserin, ammoniy tuzlari va sulfatlar bo‘lib, aminokislotalar, vitaminlar, purin va pirimidinlar bo‘lmaydi, chunki ularni bakteriyalar o‘zi sintez qila oladi. b) murakkab (maksimal) — mutatsiyaga uchragan mikroorganizmlar ayrim fermentlarni sintez qilish xususiyatini yo‘qotganligi sababli oziq muhitiga hamma kerakli purin, pirimidin aminokislotalar, vitaminlar qo‘shiladi. 3) Maqsadi bo‘yicha, a) selektiv muhit — bu muhitda asosan faqat ma’lum bir mikroorganizm o‘sadi. Masalan, vismut-sulfit ta’sirida salmonella bakteriya avlodi rivojlanadi va ko‘payadi, dizenteriya kasalligini qo‘zg‘atuvchi bakteriyalarning esa o‘sishi va rivojlanishi susayadi; b) boyitilgan muhit — ma’lum bir bakteriyaning o‘sishini kuchaytiradi, boshqasiga to‘sqinlik qiladi. 4) Sintetik oziq muhit — ma’lum bir kimyoviy birikmalardan tayyorlangan oziq muhit. Genetik transformatsiya Ma’lum sharoitda bir organizm irsiy molekulasi har qanday bo‘lagining ikkinchi organizm irsiy molekulasi tarkibiga birikish hodisasiga transformatsiya deb ataladi. Transformatsiya jarayoni 1928-yilda Griffit tomonidan kashf etilgan.  Griffit  transformatsiya  jarayonini  2  xil  pnevmokokk (S va R) bakteriya shtammlarida kuzatgan. Pnevmokokk bakteriyasining S shtammi polisaxarid po‘stli bo‘lib, hujayra sirti silliq, R shtammda esa polisaxarid po‘sti bo‘lmaydi va hujayra sirti g‘adir-budur (S inglizcha smooth — silliq, R — inglizcha rough — g‘adir-budur). S shtamm bakteriyaning polisaxarid po‘sti sichqon organizmi immun sistemasi ta’sirini o‘tkazmaganligi sababli, u kasallik qo‘zg‘atuvchi bo‘lib, sichqonlarda pnevmoniya kasalligini keltirib chiqaradi va sichqonlar o‘ladi. R shtamm esa kasallik A. Patogen (kasallik qo‘zg‘atuvchi) pnevmokokk bakteriyasi bilan zararlantirilgan sichqon o‘ladi. B. Pnevmokokk bakteriyasining nopatogen shtammi bilan zararlantirilgan sichqon tirik qoladi. D. Qizdirish yo‘li bilan o‘ldirilgan bakteriyaning patogen shtammi bilan zararlantirilgan sichqon tirik qoladi. E. O‘ldirilgan S-shtammi tirik R-shtammi bilan aralashtirib sichqonga yuborilganda, sichqon o‘lgan. Uning qonida tirik S-shtammi topilgan. Ko‘rinib turibdiki kasallik qo‘zg‘atmaydigan mutant R-shtammi o‘ldirilgan S-shtammi bilan aralashtirilib sichqonga yuborilganda, S-shtammi irsiy molekulasidagi kasallik chiqaruvchi gen tirik R-shtamm irsiyatiga o‘tgan va uning irsiyatini S-shtammiga xos o‘zgartirgan, ya’ni transformatsiya qilgan. Tajriba oqibatida o‘lgan sichqon qonida S-shtammi pnevmokokkning topilishi aytganlarimizga dalil bo‘ladi.  EDR-SHTAMMR-SHTAMM keltirib chiqarmaganligi sababli, bu shtammlar bilan yuqtirilgan sichqonlar nobud bo‘lmaydi.Kasallik qo‘zg‘atuvchi S shtammni qizdirilganda ular o‘ladi va o‘ldirilgan bakteriyalarni sichqonlarga yuborilganda sichqonlarda kasallik paydo bo‘lmaydi. Sichqonlarga qizdirish natijasi o‘lgan bakteriyalar S turi bilan kasallik qo‘zg‘atmaydigan R turga kiruvchi tirik bakteriyalarni birgalikda qo‘shib yuqtirilganda sichqonlarning o‘lishi kuzatilgan. O‘lgan sichqonlarda S bakteriyalar shtammi topilgan. Bu hodisani mohiyati quyidagi 4-rasmda ifodalangan. Ko‘rinib turibdiki, pnevmokokkning S-shtammidan qandaydir modda R shtammning ayrimlari S-shtammga aylangan, ya’ni transformatsiya bo‘lgan. Tajribada olingan natijalarni Griffitning o‘zi tushuntirib bera olmagan.  1944-yil O. Everi hamkorlari bilan bu hodisani tushuntirib berdilar. Buning uchun S shtamm pnevmokokk hujayrasini parchalab, alohida fraksiyalarga ajratildi. Faqat S-shtammdan ajratib olingan DNK molekulasi R-shtamm bilan aralashtirilganda zararsiz R-shtamm, kasallik chaqiruvchi S-shtammga aylanishi, ya’ni transformatsiya bo‘lishi ko‘rsatib berildi (5-rasm). Demak, R-shtammning S-shtammga transformatsiya bo‘lishi DNK molekulasiga bog‘liqligini isbotlab berildi. Keyinchalik alohida xromosomalar, yoki alohida genlar transformatsiya qilinishi lozim bo‘lgan hujayralar bilan ma’lum sharoitda aralashtirilib transformatsiya qilish usullari ishlab chiqildi. A. Faglarning litik hayot tarzi: 1 - fag; 2 - bakteriya hujayrasi, 3 - fagning bakteriya hujayrasiga birikishi 4-5 - ayrim bakteriyalarda faglar 15-60 min. ichida va 37°Cda litik siklga kiradi, bakteriyada mavjud bo‘lgan barcha nukleotidtrifosfatlardan foydalanib fagning DNK molekulasi (xromosomasi) replikatsiyalanib ko‘payadi, 6 - fag xromosomasi o‘zi uchun oqsil qobiq sintez qilib o‘z sathiga biriktiradi va fag zarrachalari hosil bo‘ladi. 7 - natijada bak- teriya hujayrasining qobig‘i yoriladi va fag tashqi muhitga chiqib boshqa bakteriyani zararlantiradi. B. Faglarning lizogen holatga o‘tishi: 1 - fag xromosomasi bakteriya xromaosomasiga rekombinatsiyalanadi va profag holatga o‘tadi. 2 - natijada lizogen bakteriyalar hosil bo‘ldi; 3 - tashqi muhit ta’sirida ayrim holatlarda lizogen bakteriyadan fag xromosomasi ajralib chiqadi va 4 - faglarning litik (A) yoki lizogen (B) hayot sikli davom etadi. Demak, transformatsiya jarayoni tabiiy jarayon bo‘lib, hujayralar irsiyatini o‘zgarishiga olib keladi. Transduksiya          Transformatsiya hodisasini o‘rganish, transduksiya—  bakteriyafaglar yordamida bakteriya genlarini ko‘chirib o‘tkazish va rekombinatsiyalanish hodisasini ochishga turtki bo‘ldi. Transduksiya jarayoni 1952-yilda N. Jinder va Z. Ledenberg tomonidan kashf etilgan. Bu kashfiyotga qadar bakteriya hujayrasiga fagning irsiy materiali (nuklein kislota) kirganda faglarning hujayrada ko‘payishi oqibatida bakteriyaning hujayra qobig‘i yorilib o‘lishi, ya’ni lizis bo‘lishi ma’lum edi xolos. Bu jarayon faglarning litik reaksiyasi deb ataladi. Ammo, bakteriya 6-rasm. Faglarning hayot sikli: A. Faglarning litik hayot tarzi: 1 - fag; 2 - bakteriya hujayrasi, 3 - fagning bakteriya hujayrasiga birikishi 4-5 - ayrim bakteriyalarda faglar 15-60 min. ichida va 37°Cda litik siklga kiradi, bakteriyada mavjud bo‘lgan barcha nukleotidtrifosfatlardan foydalanib fagning DNK molekulasi (xromosomasi) replikatsiyalanib ko‘payadi, 6 - fag xromosomasi o‘zi uchun oqsil qobiq sintez qilib o‘z sathiga biriktiradi va fag zarrachalari hosil bo‘ladi. 7 - natijada bakteriya hujayrasining qobig‘i yoriladi va fag tashqi muhitga chiqib boshqa bakteriyani zararlantiradi. B. Faglarning lizogen holatga o‘tishi: 1 - fag xromosomasi bakteriya xromaosomasiga rekombinatsiyalanadi va profag holatga o‘tadi.  2 - natijada lizogen bakteriyalar hosil bo‘ldi; 3 - tashqi muhit ta’sirida ayrim holatlarda lizogen bakteriyadan fag xromosomasi ajralib chiqadi va 4 - faglarning litik (A) yoki lizogen (B) hayot sikli davom etadi. PROFAG hujayrasiga tushgan fag doimo ham shu hujayrani nobud qilavermaydi. Bunday holat hujayra ichiga kirgan fag DNK molekulasi bakteriya DNK molekulasi nukleotidlarining maxsus ketma-ketligini topib birikishi natijasida sodir bo‘ladi. Bakteriya irsiy molekulasi tarkibida nofaol — profag holatga o‘tadi. Xromosomasida profag bo‘lgan va erkin ko‘paya oladigan bakteriyalarni lizogen bakteriyalar, jarayon esa lizogen reaksiyasi deb ataladi (6-rasm). Fag nobud bo‘lgan hujayradan sog‘lom hujayraga o‘tayotganida nobud bo‘lgan bakteriya xromosomasining biron bo‘lagini o‘zi bilan birga olib o‘tkazishi mumkin. Bitta bakteriyalar hujayrasidan ikkinchisiga faglar orqali genlarning o‘tishiga transduksiya deyiladi. Faglar orqali ikkinchi bakteriya hujayrasiga o‘tgan genlar bu bakteriyaning irsiyatini o‘zgartiradi.  

{/spoilers}