1. Gen muhandisligi fani haqida. Gen muhandisligining boshqa fanlar bilan aloqasi

Gen muhandisligi metodlari

Reja:
1.Gen muhandisligi fani haqida.

2.Gen muhandisligining boshqa fanlar bilan aloqasi.

3.Gen muhandisligining xalq xo‘jaligidagi ahamiyati.

4.Xulosa.
Oxirgi 10-15 yil ichida gen injeneriya sohasida ko’plab yangi usullar asosida nuklein kislotalar bilan birgalikda in vitro olish hamda molekulyar biologiya va genetikada tub o’zgarishlarni sodir etish imkoniyatlari yaratildi. Hozirda gen va genetik injeneriya so’zlari bir-biriga sinonim sifatida juda ko’p ishlatiladi. Aytish mumkinki, genetik so’zi umuman biz tushunishimiz uchn qulay bo’lgan iboradir. Genetik injeneriya nafaqat 1 ta gen bilan, balki bir butun genlar bilan bog‘liq holda ish olib borish imkoniyatiga egadir. Hozirgi vaqtga kelib hayvon va o’simliklar organizmlarini birlashtirish va genotipini o’zgartirish mumkin bo’lib qoldi. Gen injeneriya usuli yordamida nafaqat bir-biriga yaqin bo’lgan, hatto bir-biridan juda uzoq bo’lgan organizmlarning yangi naslini olish imkoniyati yaratildi. Buning uchun DNK bo’laklarini elektroforez moslamasida kuchli elektr maydonida katta-kichikligiga qarab ajratiladi va hosil bo’lgan bo’laklar maxsus bo’yoq bilan bo’yaladi. Natijada bir xil kattalikdagi DNK bo’laklarini to’planishini oddiy ko’z bilan ko’rish mumkin. Elektroforezda hohlagan kattalikdagi DNK bo’lagini suvda eritib ajratib olish mumkin. Ajratib olingan yopishqoq uchli xromosoma DNK si bilan aralashtirilib ligaza fermenti yordamida tiklanadi, natijada plazmiz tarkibiga xromosoma DNK bo’lagi kiritiladi. Shu usulda rekamoginat plazmid hosil qilinadi. Gen injenergiya sohasi rivojlanishida mikroorganizmlar genetikasi muhim rol o’ynaydi. Nuklein kislotalarni kimyoviy molekulyar genetikaning turli usullari va metodlari yordamida, ularning yangi ko’rinishdagi tuzilmalarini yaratish mumkin. Gen injeneriyasi yo’li bilan 1972-yilda Berg o’zining maslakdoshlari bilan birgalikda AQSh da birinchi marta o’z tarkibida genetik materialning uch ko’rinishini birlashtirgan. in vitro DNK rekombinatsiyasini yaratishga muvaffaq bo’ldi.

Klonlash o’zida kodlangan oqsilni jamlasa unda transkriptsiya qilingan gen o’zida keraklicha oqsil yig‘adi. Klonlangan bir organizm DNK sini boshqa organizmga o’tkazish mumkin. Bu usul bilan ko’plab samaralar olish mumkin hamda ko’plab kasalliklarga chek qo’yilishi mumkin. Agar tuproq bakteriya genini boshqa bakteriya geniga o’tkazsak unda tuproqda azot hosil qiluvchi bakteriyalarning ko’plab koloniyalari hosil bo’ladi. Ma’lumki, ichak tayoqchasi geni odam genotipida insulin sintezlovchidir. Olimlarimiz buni boshqa ichak tayoqchasidan olishdi. Fanni uzoq vaqt davomida izlanishlari natijasida inson zigotasi ichiga boshqa genni joylashtirish va turli gen kasalliklarni davolash uchun yetarli imkon yaratilmoqda.

Hayvonlarni klonlash ishlari ancha ilgari boshlangan. Bunda tuxum hujayrasidagi yadroni olib tashlab, boshqa tuxumning yadrosi o’rnatiladi. Keyin uni probirkaga yoki biror-bir ona qorniga joylashtirish mumkin. Dolli nomli qo’zichoq noan’anaviy yo’l bilan klonlashtirilgan. 6 yoshli qo’yning tuxum hujayrasi boshqa bir qo’yning tuxum hujayrasiga kirgan. Rivojlanayotgan zigota ichiga 3-zotdagi qo’yni tuxum hujayrasi aralashtirilgan, lekin qo’zichada birinchi qo’yning barcha genlari o’tgan. Bunda qo’zicha birinchi qo’yni aynan o’zi, ya’ni klonidir. Bu tajriba fanda ko’plab yangiliklarni yaratishda va seleksiyada ham samarali ekanligini ko’rsatadi. Texaslik olimlar hatto insonning bir qancha hujayrasini qayta tiklashga erishdilar. Odatda hujayra 7-10 marta bo’lingandan so’ng nobud bo’ladi. Lekin bu ko’rsatkich olimlarning xizmatlari tufayli samaradorligi 100 marta ortdi. Odamzot geni 80 yildan buyon o’rganiladi, 5000 ta o’rganilgan odamda 50-200 mingdan ortiq gen mavjudligi aniqlangan.

Odamda yangi genlarning borligi ham aniqlanmoqda. Gen injeneriyasi hozirda bu genlarning tuzilishini o’rganish bilan shug‘ullanmoqda. Bu o’rganishlar ko’plab kasalliklarni oldini olish uni davolash yoki ularning kelib chiqishi sababini o’rganishga imkon beradi. Hozirda ko’plab olimlarimiz XXI asrni gen meditsinasi va gen injeneriyasi taraqqiy etgan asr bo’lishini ta’kidlashmoqda.

Gen muhandisligi usullari asosida ko’plab yangi nuklein kislotalarning yaratilishi in vitro hujayralar olish, genetika va molekulyar biologiya fanlari sohasida tub o’zgarishlar sodir etdi. Hozirda gen muhandisligi va genetika so’zlari bir-biriga sinonim sifatida ko’p ishlatiladi, aytish mumkinki genetika so’zi umuman biz tushunishimiz uchun qulay bo’lgan iboradir. Gen muhandislikda nafaqat bitta gen, balki bir butun genlar bilan bog‘liq holda ish olib boriladi.

Genetika fani – o’simliklar va hayvonlarning yaqin yoki uzoq formalarini bir-biriga qo’shib yangi duragay organizmlar oladi. Olingan duragay organizmlar genotip jihatdan ota-ona organizmidan qisman farq qiladi. Gen muhandisligi fani bu usulga qarshi o’laroq u bir-biriga yaqin bo’lmagan uzoq organizmlarni bir-biriga qo’shib yangi nasl olish imkonini beradi.

DNK bo’laklarini elektrofarez moslamasida kuchli elektr maydonida katta-kichikligiga qarab ajratildi va hosil bo’lgan bo’laklar maxsus bo’yoq bilan bo’yaladi. Natijada bir xil kattalikdagi DNK bo’laklarini to’planishni oddiy ko’z bilan ko’rish mumkin. Elektroforezda hohlagan kattalikdagi DNK bo’lagini suvda eritib ajratib olish mumkin. Ajratib olingan yopishqoq uchli xromosoma DNK si bo’lagi ochiq holatdagi yopishqoq uchli plazmid DNK si bilan aralashtirilib ligaza fermenti yordamida tiklanadi, natijada plazmid tarkibiga xromosoma DNK bo’lagi kiritiladi. Shu usulda rekombinant plazmid hosil qilinadi.Gen muhandisligi sohasini rivojlantirishda mikroorganizmlar genetikasi muhim rol o’ynaydi. Kimyoviy molekulyar genetikaning usullari orqali nuklein kislotalar yangiliklar haqidagi fanga ma’lum qilinadi.

Yuqorida gen muhandisligi 1972-yilda Berg va uning hamkasblari bilan birgalikda AQShda birinchi marta o’z tarkibida genetik materialning uch ko’rinishini birlashtirgan in vitro DNK rekombinatsiyasi yaratilganligi bilan boshlanganligini aytib o’tdik. Ko’chib yuruvchi genetik elementlar yoki transfozonlar o’simlik organizmida bo’lishini AQSh olimasi Barbara Mak-Klinton kashf etgan. Ko’chib yuruvchi genetik elementlar ayni vaqtda transpozitsion elementlar yoki transpozonlar deb ham ataladi. Transpozonlarni kashf etilishi genetik muhandislikning rivojlanishida muhim ahamiyatga ega bo’ladi.

Transpozonlar xilma-xil strukturaga ega bo’lsalar-da barcha transpozonlar molekulalarining 2 chetida maxsus nukleotidlar izchilligi, markaziy qismida esa DNK molekulasining belgilangan joyidan yopishqoq uchlar hosil qilib notekis kesuvchi transpozaza fermentini sintez qiluvchi gen mavjuddir.

O‘zbekiston respublikasi mustaqillikka erishgandan so‘ng qishloq xo‘jaligiga bo‘lgan munosabat tubdan o‘zgardi. Shu boisdan talabalar jahon miqyosida keng ko‘lamda qo‘llanilayotgan biotexnologiya fani yutuqlarini mukammal egallashlari va amaliyotga tadbiq eta olshlari lozim.

Bu fanini o’qitashdan maqsad talabalarga tirik organizmlar irsiy belgilari haqidagi axborot joylashgan DNK molekulasining tuzilishi va ahamiyati, gen molekulyar biologiyasi; genetik muxandislikning moddiy asoslari,: transformatsiya, transduksiya, ko’chib yuruvchi genetik elementlar-transpozonlar, plazmidalar, viruslar, bakteriofaglar, restriktazalar, rekombinant DNK olish, genlarni klonlash, hujayra muhandisligi, hujayra va to’qimalarni sun’iy sharoitda o’stirish texnologiyasi; genetik muhandislikning o’simliklar seleksiyasida qo’llanilishi; gen muhandisligiga asoslangan biotexnologiyaning agrar sanoatdagi ilmiy-texnik taraqqiyotni tezlashtirishdagi ahamiyati; gibridomalar olish texnologiyasi va uning qishloq xo’jaligida va chorvachilikda qo’llanilishi hamda genetik muhandislikning istiqbollari haqida aniq bilim berishdan iborat.

Ushbu fanning asosiy vazifasi zamonaviy gen muhandisligi yutuqlarini xalq xo’jaligi amaliyotida keng ko’lamda qo’llashdan iborat. Gen muhandisligini o’rganishda nazariy bilimlarni o’zlashtirish ularni amaliy mashg‘ulotlar va seminarlar yordamida chuqurlashtirishni ta’lab qiladi. Talabalar biotexnologiya va gen muhandisligi kursini mukammal o’rganish uchun mazkur fan bo’yicha darsliklardan tashqari ushbu sohaga tegishli chop etilgan va chop etilayotgan adabiyotlar, ilmiy jurnallar va vaqtli manbalardan foydalanish tavsiya etiladi.

2.Bu fanni mikrobiologiya, biokimyo, sitologiya, genetika va seleksya, fiziologiya, ekologiya, o’simlikshunoslik, biofizika, fitopatologiya, virusologiya, molekulyar biologiya va boshqa fanlar bilan uzviy bog‘liq. Amaliy gen muhandisligini qishloq xo’jaligida tadbiq qilishning moddiy asoslarini ham talabalarga o’rgatadi.

Tirik organizmlar irsiy axborotini sun’iy yo’l bilan ma’lum maqsadga muvofiq o’zgartirish jarayoni genetik muhandislik fanining asosiy ustqurmasi hisoblanadi. Genetik muhandislik hujayra, xromosoma va gen darajasida amalga oshiriladi. Hujayra darajasidagi genetik muxandislik ikki hujayrani o’zaro qo’shilish yo’li bilan amalga oshiriladi. Xromosoma darajasidagi genetik muhandislik hujayra yadrosiga qo’shimcha xromosomalar kiritish orqali amalga oshiriladi. Gen darajasidagi genetik muhandislik yoki gen muhandisligi eng murakkab bo’lib, quyidagi bosqichlar asosida amalga oshiriladi:

1 Qimmatli xo’jalik ahamiyati kasb etadigan gen funksiyasi orqali qidirib topilidi, ajratib olinadi, klonlanadi va tuzilishi o’rganiladi.

2 Ajratib olingan gen xromosoma DNKsi bilan rekombinatsiyalanuvchi biror fag genomi, traspozon yoki plazmida DNKsi bilan biriktirilib vektor konstruktsiya yaratiladi.

3. Vektor konstruktsiya 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.

4. Xulosa qilib aytganda biotexnologiya va gen muhandisligi yutuqlarini chuqur o’rganish va ulardan oqilona foydalanish transgen o’simliklar va hayvonlar olish biotexnologiyasining yuzaga kelishida asosiy omil bo’lib xizmat qiladi. Bu usul bilan qimmatli xo’jalik ahamiyatiga ega bo’lgan bir qator o’simliklar va nasldor qoramol klonlari yaratildi.

Hujayra muhandisligi usullaridan foydalanib, tirik organizmlardan gibrid hujayralar olish biotexnologiyasi yaratildi va bu asosida monoklonal antitelolar olish yo’lga qo’yildi.

Gen muhandisligi biotexnologiyasnning yutuqlari sanoat ko’lamida va qishloq xo’jaligida keng qo’llanilmoqda.

Antibiotiklar, aminokislotalar, vitaminlar va gormonlar ishlab chiqarilmoqda, nasldor qoramol klonlari yaratilmoqda, tuproqda va suvda zaharli pestitsid qoldiqlarini parchalaydigan mikroorganizmlarni transgen shtammalari olinmoqda, atmosfera azotini o’zlashtiruvchi mikroorganizmlar genlari asosida tuproqni azotli o’g‘itlar bilan boyitish muammosi yechilmoqda, zararli hasharotlarga va patogen mikroorganizmlarga chidamli, ekologiyani asrovchi transgen o’simlik navlari yetishtirilmoqda, irsiy kasalliklarni tezkor tashhis qilish uchun diagnostikumlar tayyorlanmoqda, shuningdek gen terapiya takomillashtirilmoqda.

Bugungi kunda genetik muhandislikka asoslangan biotexnologiya tezkor oshib borayotgan, inson ehtiyojlarini qondirish uchun klassik texnologiyalardan o’ta samarali ekanligini to’la namoyon qildi.

1.Qadim zamonlarda insoniyat hayotiy jarayonlar asosida ongsiz ravishda sutdan qatiq, bug‘doydan bo’za va xamirturush hamda meva sharbatidan sharob yoki sirka tayyorlash texnologiyasidan foydalanganlar. Lekin bu mahsulotlar mikroblar yoki bakteriyalar ishtirokida hosil bo’lishini bilmaganlar.

Buyuk fransuz olimi L.Paster tomonidan pasterizatsiya usuli yaratilishi (sut yoki meva sharbatini 100-150 S qizdirish yo’li bilan ularni bijg‘ish jarayonidan xalos qilish pasterizatsiya deb ataladi) biotexnologiyada mikroorganizmlardan ongli ravishda foydalanishga asos soldi.

Paster o’zining keyingi tajribalarini bakteriyalarni klonlashga bag‘ishladi. Bakteriyalarni klonlash quydagicha amalga oshadi: sun’iy suyuq ozuqada o’sayotgan bakteriya steril sharoitda agar-agar moddasi bilan aralashtirilgan qattiq sun’iy ozuqa sathiga o’tkaziladi. Qattiq agar-agar sathiga tushgan har bir bakteriya hujayrasi ketma-ket bo’lina boshlaydi. Natijada bir ona hujayradan hosil bo’lgan bakteriyalar avlodining koloniyasi vujudga keladi va bu koloniya klon deb ataladi. Klon tarkibidagi har bir hujayra barcha irsiy xossalari jihatidan ona hujayraga o’xshashdir. Klondan ajratib olingan har bir hujayra bo’linganda irsiy belgilari o’zgarmasdan avlod hujayraga o’tadi.

Biotexnologiya jarayonida faqat maqsadga muvofiq xossalarga ega bo’lgan bakteriya klonlari tanlab olinib ko’paytiriladi (o’stiriladi) va ishlatiladi.

Insoniyat XIX asr o’rtalarigacha bakteriyalar plastik o’zgaruvchandir, ya’ni irsiyatsiz deb hisoblab kelgan. Lekin Lui Paster bakteriyalarning xilma-xilligini, ularning irsiyati mavjudligini va barcha xususiyatlarini irsiyatga to’la bog‘liqligini,, bakteriyalarni klonlash usulini kashf etish bilan ilk bor ko’rsatib berdi. Tabiatdagi mavjud mikroorganizmlar maqsadga har doim ham mos kelavermaydi. Tadqiqotchilar ma’lum irsiy xossaga ega bo’lgan bakteriya shtammlari (shtamm irsiy o’zgargan klon) xilma-xilligini mutagen moddalarni qo’llash natijasida ko’paytiradilar va klonlash orqali seleksiya qiladilar.

Bakteriya yokl zamburug‘lar irsiyatining mutatsion o’zgarishi ularning biologik xususiyatlarining o’zgarishiga olib keladi. Buning sababi hujayrada kechayotgan bioximiyaviy jarayonlarning har bir bosqichini alohida genlar tomonidan boshqarilishidadir. Agar genlarni nukleotidlar ketma-ketligi tashqi nomuqobil omillar ta’sirida o’zgarsa, bu genlar sintez qilayotgan fermentlarning faolligi ham o’zgaradi.

Mutatsion jarayon mutagen moddalar yoki rentgen va ultrabinafsha nurlar ta’sirida bir necha yuzlab marta oshishi mumkin. Klonlash usuli bilan mutant shtammlarning maqsadga muvofiqlari seleksiya qilinadi va biotexnologik jarayonda ishlatiladi. So’nggi yillarda gen muhandisligi usuli bilan hoxlagan genning istalgan nukleotidini almashtirish biotexnologiyasi ishlab chiqildi. Hozirgi kunda bu usul mukammallashtirilmoqda. Bu usul yo’naltirilgan mutatsiya deb ataladi.

2.Transformatsiya hodisasining ochilishi gen muhandisligi biotexnologiyasida yangi bir erani boshlab berdi. Bu hodisa 1928-yil Griffits tomonidan kashf etildi. Transformatsiya jarayoniga quyidagicha ta’rif berish mumkin. Ma’lum sharoitda bir organizm irsiy molekulasi har qanday bo’lagining ikkinchi organizm irsiy molekulasi tarkibiga birikish hodisasiga transformatsiya deb ataladi. Gen muhandisligi usuli bilan organizmning irsiyatini o’zgartirishda transformatsiya keng qo’llaniladi.

Griffits transformatsiya jarayonini o’z tajribasida quyidagicha izohlaydi. Patogen pnevmokokk bakteriyasining S-shtammi bilan zararlantirilgan sichqon o’ladi. Ushbu bakteriyaning nopatogen shtammi R-shtammi bilan zararlantirilgan sichqon tirik qoladi. Patogen S-shtammni qizdirish yo’li bllan o’ldirib, bakteriyaning nopatogen R- shtammi bilan zararlantirilgan sichqon tirik qoladi. O’ldirilgan S-shtammini tirik R-shtamm bilan aralashtirib sichqonga yuborilganda sichqon o’ladi. Uning qonidan tirik S-shtammi topilgan. Bundan ko’rnib turibdiki o’ldirilgan S-shtammi irsiy molekulasidagi kasallik chakiruvchi gen tirik R-shtammi irsiyatiga o’tgan va uning irsiyatini S-shtammiga xos o’zgartirgan, ya’ni transformatsiya qilgan.

Transduksiya hodisasi bakteriya va ularning faglari o’rtasida sodir bo’ladi. Maxsus tuzilishga ega bo’lgan DNK bo’lagining xromosoma bilan birikishi va undan ajralib chiqish jarayoniga transduksiya deb ataladi. Transduksiya AQSh olimi Lvov tomonidan 1953-yilda kashf etilgan. Bu kashfiyotga qadar bakteriya hujayrasiga faglar (viruslarning bakteriya hujayrasida ko’payadigan xili) kirganda ularning hujayrada ko’payishi va oqibatda bakteriya yorilib o’lishi ma’lum edi. Fag bilan zararlangan bakteriya koloniyasi yo’qoladi, ya’ni lizis bo’ladi. Shu sababli bu jarayon faglarning litik reaktsiyasi deb ataladi. Ayni paytda fag bilam zararlangan bakteriya hujayralarining ayrimlari ofatdan qutulib qolishi kuzatilgan. Bunday hujayra ichiga tushgan fagning irsiy molekulasi bakteriya xromosomasining maxsus nukleotidlari izchilligini kesib birikishi natijasida faol holatdan ko’paya olmaydigan, ya’ni bakteriyani lizis qila olmaydigan nofaol profag holatiga o’tadi. Buning natijasida bakteriya hujayrasi ofatdan qutiladi. Ofatdan qutilgan bakteriya lizogen bakteriya, bu jarayon esa lizogen reaksiyasi deb ataladi. Lizogen bakteriyalar spontan ravishda, ya’ni o’z-o’zidan yoki fizik-kimyoviy ta’sir natijasida fag irsiy molekulasi ajralib chiqib muhitdagi boshqa bakteriyani zararlantiradi va nihoyat ularni o’ldiradi yoki ayrim hollarda bakteriya xromosomasi bilan birikib profag holatiga o’tadi.

Transduksiya jarayonida E.coli bakteriya xromosomasi va л fag irsiy molekulalarining o’zaro bog‘lanishi yoki rekombinatsiyallanishi mokulyar jihatdan quyidagicha kechadi. Lekin л fag transduksiyasi har doim bu darajada aniq amalga oshmaydi. Profag holatida л fag bakteriya genomidan ayrim genlarni hatto 3 ta struktura gen va promotordan iborat laktoza operonini (operon o’zaro bog‘liq holdagi transkripsiyallanuvchi va regulyator element vositasida idora qilinuvchi genlar izchilligi) biriktirilgan holda ajralishi kuzatilgan, Bunday rekombinant л fag bilan E.coli ning 1as - shtammi, ya’ni laktozani parchalovchi geni mutatsiya natijasida ishlamaydigan shtammi zararlantirilsa, transduktsiya natijasida 1as- shtamm lizogen 1as+ shtammga aylanadi. Demak, fag 1as+ shtammdan laktoza parchalovchi operonni 1as- shtammga transduksiya qiladi.

Fag irsiy molekulasida bakteriya xromosomasini nukleotidlar ketma-ketligini aniq tanib yopishqoq uchlar hosil qilib qirquvchi integraza fermentining genlari mavjud. Ushbu ferment yordamida fag irsiy molekulasi bakteriya xromosomasiga o’rnashadi va DNK-ligaza fermenti yordamida uning tarkibiy qismi sifatida to’la biriktiriladi.