Презентация на тему «Основы экспериментальной биологии»

Основы экспериментальной биологии

Лекция 4 Молекулярное клонирование. История, методология, перспективы

Рекомендуемая литература

В ведение в генетическую инженерию: Учебное пособие для самостоятельной внеаудиторной работы студентов по курсу «Генная инженерия» /З.И.Абрамова. - Казань: Казанский университет, 2008. - 169 с. http://kpfu.ru/docs/F589944757/%D3%F7%E5%E1%ED%EE%E5%20%EF%EE%F1%EE%E1%E8%E5_%C3%E5%ED%E8%ED%E6.pdf Материалы на сайте кафедры генетики Лекция-презентация 4 «Молекулярное клонирование» Рекомендации по подготовке к занятию 4 genetics.kemsu.ru

Словарик

Рекомбинация – процесс реорганизации генома, обмен участками ДНК Рекомбинантная ДНК – ДНК, несущая фрагменты генетической информации разных организмов Трансгенез – процесс перенос гена или группы генов из одного организма в другой и создание условий для его/их экспрессии Плазмиды – кольцевые внехромосомные ДНК прокариот Векторы – системы доставки трансгена в реципиентный геном

МОЛЕКУЛЯРНОЕ КЛОНИРОВАНИЕ (генетическая инженерия, метод

рекомбинантных ДНК)

это совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов, осуществления манипуляций с генами и введения их в организмы

предыстория МЕТОДОЛОГИИ МОЛЕКУЛЯРНОГО КЛОНИРОВАНИЯ

Основы экспериментальной биология. Молекулярное клонирование

Открытие нуклеиновых кислот и их структуры

1871 г. Ф. Мишер опубликовал в берлинском «Журнале медицинской химии» свою знаменитую статью о выделении нуклеина из лейкоцитов крови больных

Фридрих Мишер

В университете Тюбингена (Германия) хранится пробирка с ДНК, выделенной Мишером

Открытие нуклеиновых кислот и их структуры

1885 -1901 гг. А. Коссель и Э.Фишер выделили и описали аденин, цитозин, гуанин, тимин и урацил.

Эмиль Фишер

Альбрехт Коссель

Открытие нуклеиновых кислот и их структуры

1909 г. Ф. Левен идентифицировал D-рибозу 1929 г . – D-дезоксирибозу

Фашель Аронович Левен

СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Современные представления.

Открытие функции нуклеиновых кислот

«Я указывал на нос Бурбонов, сохранившийся у герцога Немурского, несмотря на то, что в его жилах течет всего 1/128 крови Генриха IV»

губа Габсбургов

Климент Аркадьевич Тимирязев (1843-1920)

Открытие функции нуклеиновых кислот

1928 г. Открытие явления трансформации

Фредерик Гриффит

Streptococcus pneumoniae – пневмококки. Бактерии, вызывающие пневмонию. Капсульный S-штамм – патогенный Бескапсульный R-штамм – непатогенный

Открытие химической природы гена

1943 г. экспериментально доказали роль ДНК в явлениях наследственности у микроорганизмов

Они смешивали бескапсульных R-пневмококков с взятыми от S-капсульных белками, полисахаридами или ДНК. В результате этого эксперимента была выявлена природа трансформирующего фактора. Трансформирующим фактором оказалась ДНК.

Освальд Эвери

Колин Мак-Леод

Маклин Мак-Карти

Открытие функции нуклеиновых кислот

РНК может выполнять функцию носителя генетической информации

В вирусе табачной мозаики (ВТМ) содержится РНК, а не ДНК. Разные штаммы вируса вызывают разную картину поражения листьев табака.

Хейнц Фрэнкель-Конрад

Структура гена

Структурная и функциональная единица наследственности живых организмов

Прокариот

Эукариот

Генетический код

Система кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов (триплеты нуклеотидов – кодоны)

Георгий Антонович Гамов (1904-1968)

Центральная догма молекулярной биологии

Ф. Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии

http://cnx.org/content/m26565/latest/

Фрэнсис Крик

ФУНКЦИИ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Современные представления.

Разработка методологии молекулярного клонирования

Основы экспериментальной биология. Молекулярное клонирование

Появление метода

«Объекты и инструменты»

Установлено, что бактериофаги и вирусы представляют собой комплексы нуклеиновых кислот с белками

Сальвадор Лурия

Макс Дельбрюк

ОБЪЕКТЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАНИПУЛЯЦИИ

Нуклеиновые кислоты.

ОБЪЕКТЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАНИПУЛЯЦИИ

Бактериофаги.

Вирусы прокариот

ОБЪЕКТЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАНИПУЛЯЦИИ

Вирусы.

Внутриклеточные облигатные паразиты, для своего размножения используют белоксинтезирующий аппарат клетки-хозяина

ОБЪЕКТЫ ГЕНЕТИЧЕСКИХ МАНИПУЛЯЦИИ

Плазмиды.

внехромосомная ДНК прокариот

Плазмида pBR322

Кройка и шитье

». Рестриктазы

ферменты, узнающие и атакующие определенные последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК (сайты рестрикции) позволяют получают фрагменты ДНК

Кройка и шитье

». Полимеразы

ферменты, обладающие полимеразной и экзонуклеазной активностью позволяют копировать одноцепочечную ДНК

Кройка и шитье

». Лигазы

формирует фосфодиэфирные связи между нуклеотидами позволяет «сшивать» фрагменты дцДНК

Кройка и шитье

». Ревертазы

осуществляют процесс обратной транскрипции позволяют получать копию ДНК на матрице РНК

Кройка и шитье

». Нуклеазы

катализируют последовательное отщепление нуклеотидов из дцДНК позволяют моделировать концы ДНК

Кройка и шитье

». Терминальные трансферазы

присоединяют к 3”-концам фрагментов ДНК последовательности нуклеотидов (коннекторов) позволяют моделировать концы ДНК

Появление метода

«Техника генетической инженерии»

1972 г. Анни Чанг Герберт Бойер Поль Берг Стенли Коэн установили, что при помощи ферментов рестриктаз можно порезать две любые молекулы ДНК и сделать из них одну рекомбинантную ДНК

Анни Чанг

Герберт Бойер

Поль Берг

Стенли Коэн

Появление метода

«Техника генетической инженерии»

1972 г. год рождения метода сконструирована рДНК из фрагмента ДНК вируса SV40, бактериофага ? и оперона E. Coli

Пол Берг (1926)

Современные техники молекулярного клонирования

Основы экспериментальной биология. Молекулярное клонирование

Развитие метода

Гмо

ПОЛУЧЕНИЕ рДНК

Создание гмо

Отбор трансгенных микроорганизмов

Трансгенные микроорганизмы

Трансгенные растения

1980 г. М. Ван Монтегю и Д. Шелл открыли явление агробактеральной трансформации

Марк Ван Монтегю Джефф Шелл

Agrobacterium tumefaciens

http://www.sciencephoto.com/

Грамотрицательные аэробы, почвенные микроорганизмы, фитопатогены

http://commons.wikimedia.org

Ti-плазмиды tumor-inducing, опухолеобразующие поражают наземную часть

растений

Трансгенные животные

микроинъекция чужеродной ДНК в оплодотворенную яйцеклетку (зиготу)

1982 г. Р.Д.Пальмитер с коллегами опубликовали фотографию, на которой

рядом сидели две мыши. Одна из них была трансгенной, в ее ДНК встроили ген гормона роста крысы, другая была обычной мышкой.

Успехи и неудачи генной терапии

Джесси Гелзингер

David Phillip Vetter 21.09.1971, - 22.02.1984

17 сентября 2000 г. в университете Пенсильвании умер 17 летний Джесси Гелзингер, которого пытались вылечить от наследственного заболевания печени недостаточность орнитинтранскарбомилазы (OTCD). Он умер из-за гиперреакции имунной системы на ввод в печень генно-инженерного аденовируса. Смерть наступила вследствие острого респираторного синдрома и выхода из строя множества органов.

Первая успешная попытка лечения тяжелого обычно несовместимого с жизнью наследственного иммунологического заболевания, вызванного дефектом в гене, кодирующем фермент аденозиндезаминазу, была осуществлена в 1990 г. В. Андерсеном с соавт.