1-topshiriq Biotexnologiya haqida umumiy tushuncha. Biotexnologiyani rivojlanish tarixi. Biotexnologiya fanining vazifalari. Seleksiya. Gen injeneriyasi. Hujayra injeneriyasi. Javoblar biotexnologiya

Genetik injeneriya (gen injeneriyasi) fani irsiyatning moddiy asosi — DNK molekulasini spetsifik tarzda bo'laklarga bo'luvchi va har qanday DNK bo'lagini bir-biriga uchm a-uch biriktiruvchii enzimlar ham da DNK bo'laklarini uzunligi bo'yicha bir-biridani o'ta aniqlik bilan ajrata oluvchi elektroforez usulining kashf eti-j lishi oqibatida vujudga keldi. Ayniqsa, DNK molekulasini tashkil etuvchi nukleotidlarning spetsifik ketma-ketligini (izchilligini)] aniqlash ham da xohlagan DNK bo'lagini avtomatik tarzda sintez qilish usullarining va uskunalarining kashf etilishi bu fanning jadalj sur’atlar bilan rivojlanishini ta ’minladi.
Genetik injeneriyaning tadqiqot obyektlari viruslar, bakteriyalar, zambumgMar, hayvon va o'sim liklarning hujayralaridir. Bu tirik mavjudodlarning DNK molekulasi hujayraning boshqa moddalaridan tozalab olinganidan keyin ular orasidagi moddiy farq yoʻqoladi. Har qanday m anbadan ajratihb, tozalangan DNK molekulasi enzimlar vositasida spetsifik boʻlaklarga parchalanishi va qaytadan bu boʻlaklar ulovchi enzim vositasida ehtiyojga mos ravishda ulanishi mumkin. Hozirgi zam on genetik injeneriyasi usullari vositasida probirkada har qanday DNK molekulasi boʻlagini 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.
Hujaira injeneriyasi - ozuqali muhitda hujayra oʻstirish (hujayra kulturasi), duragayi va rekons-truksiyasiga asoslanib, yangi hujayra tipini yaratish usuli. Hujaira injeneriyasi yagona hujayra va toʻqimalarni maxsus sunʼiy ozuqali muhitda oʻstirish bilan bogʻ-liq. Oʻsimlik hujayra kulturasi murakkab tajriba yoʻli bilan tashkil qilingan biologik sistema — qayta differensiatsiyalangan somatik hujayra boʻlib, ayrim sharoitlarda oʻsimlikni qayta toʻliq tiklash qobiliyatiga ega. Hujaira injeneriyasi yordamida har xil turga (hatto har xil tiplarga) mansub genomlarni birlashtirish mumkin. Hujaira injeneriyasi biol., shuningdek, biotexnologiyada, mas, duragaylar yordamida tibbiyot va fanning boshqa sohalari hamda ishlab chiqarishda foydalaniladigan mono-klonal (bir xil xususiyatga ega) an-titelolar olishning koʻpgina nazariy muammolarini hal qilishda qoʻllanadi. Tor maʼnoda "Hujaira injeneriyasi" deganda pro-toplastlar (hujayra qobigʻi yoʻq oʻsimlik hujayrasi)ni qoʻshish tushuniladi. Hujaira injeneriyasida duragaylash uchun ota-ona jinsiy hujayralari (gametalar) emas, balki oʻsimlikning tana (soma-tik) hujayralari olinadi va t ukgo sharoiti (organizmdan tashqari)da qoʻshiladi. Buning uchun maxsus fermentlar yordamida hujayraning qattiq polisaxarid poʻstlogʻi ajratiladi va hosil boʻlgan "ochiq" hujayralar (protoplastlar) elektr maydoni taʼsi-rida yoki yopishtiruvchi yuqori mole-kulali polisaxaridlar yordamida biriktiriladi.
Protoplastlarni biriktirib somatik duragaylar olishda oʻsimlik hujayralari va toʻqimalarini sunʼiy sharoitda, shuningdek, alohida pro-toplastlarni oʻstirish usullaridan foydalaniladi. Birinchi usul yuksak oʻsimliklardan ajratib olingan hujayra yoki hujayralarning maʼlum sharoit hamda maxsus ozuqali muhitda qayta differensiatsiyalanib (toʻqimaga xos xususiyatlarini yoʻqo-tib) bir hujayrali organizm kabi yashab, koʻpayishiga asoslangan. Mana shunday 1p U1(go sharoitida, uyushmagan holda oʻaish va koʻpayish bir necha oʻn yillab davom etishi mumkin. Biroq oʻstirish sharoitini oʻzgartirish bilan, mas, ozuqali muhitdagi fitogormonlar miqdorini oʻzgartirib, hujayralarning uyushgan holda oʻsi-shiga erishish va ulardan yetuk oʻsimlikolish mumkin. Bu usullarning af-zalligi shundaki, probirkada muayyan organizmdan olingan koʻp millionlab hujayralar bilan bir vaqtning oʻzida ilmiy tadqiqot ishlari olib boriladi. muammoni hal qilishda hujayra oʻrnida oʻsimlikdan foydalanish esa uzoq mud-dat, koʻp ishchi kuchi va katta maydon talab qiladi. Keyingi yillarda alohida protoplastlar oʻstirish usuli keng rivojlanmoqda. Bunda fermentativ gidroliz yoʻli bilan hujayra qobigʻi ajratiladi va juda koʻp miqdorda oʻsimlikning "ochiq" hujayralari olinadi. Yuqori molekulyar massaga ega genlar hamda vektor molekulalar (xoʻjayin hujayrada mustaqil qayta tiklana olish xususiyatiga ega DNK molekulasi) ozuqali eritmadan asta-sekin "ochiq" hujayra ichiga shimiladi va protoplastlar yot genlarga ega boʻladi. Protoplastlarni maʼlum sharoitda oʻstirib, hujayra qobigʻini qayta tiklash va t \\1yu sharoitida oʻsayotgan hujayralar singari oʻstirib, koʻpaytirib koloniyalar, shuningdek, yetuk oʻsimlik hosil qilinadi.
Hujaira injeneriyasining asosiy usullari: somatik duragaylash yordamida tabiatda jin-siy chatishmaydigan, filogenetik jihatdan bir-biridan uzoq oʻsimlik turlarini chatishtirish; bir ota yoki onaga taalluqli butun genlar toʻplami hamda boshqa ota yo onadan oʻtgan bir nechta xromosomaga ega assim-metrik duragaylar olish; bir paytning oʻzida uch va undan koʻp ota-ona hujayralarini qoʻshib, duragaylash sistemasini tuzish; genetik jihatdan otaonaning jami idiotiplariga ega duragaylar olish; yadrodan tashqarida, yaʼni sitoplazmada joylashgan genlar boʻyicha geterozigot dura-gaylar olish; generativ sistemadagi biologik nomuvofiqlikni bartaraf qilish; ota-onalardagi morfogenetik va gametogenetik anomaliya tufayli chatishmaydigan formalarni chatishtirish; har xil epigenetik programmaga ega hujayralarni du-ragaylash va boshqa Protoplastlarni qoʻshib, keyin duragay hujayralarni regeneratsiyalash bilan yetuk oʻsimliklar olish mumkinligi isbotlandi. Mas, birinchi marta (1972) tamaki oʻsimligining somatik hujayralari chatishtirilgan; shundan beri boshqa oʻsimliklarda ham somatik duragaylash (hammasi boʻlib 70 dan ziyod) ishlari amalga oshirildi. somatik duragaylashda boshlangʻich ota-ona materiali sifatida barg mezo-fill hujayralari protoplasti yoki oʻsimlikning 1p U11go sharoitida oʻsti-rilayotgan kallus toʻqimalaridan olingan protoplastdan foydalaniladi. Maqsadga muvofiq kombinatsiyalarni oddiy jinsiy chatishtirish yoʻli bilan olish juda murakkab boʻlgan holda somatik duragaylash bilan yuksak oʻsimliklar ota-ona genlarining yangi kom-binatsiyalarini amalga oshirish imkoniyatlari keng.
Hujayra injeneriyasi alohida ajratib olingan hujayralar, to`qima va protoplastlardan foydalanishga asoslanadi. Hozirgi davrda o`simlik to`qimalarini sun`iy muhitda ustirish alohida ahamiyat kasb etmoqda, chunki ulardan biotexnologiyada foydalanish mumkin. Bu usulni biotexnologiyadagi ahamiyati uch yo`nalishda boradi:
1. Birinchi yo`nalish ajratib olingan o`simlik hujayralarini sun`iy muhitda (in vitro) o`stirilganda medisina, parfyumeriya va boshqa sanoat yo`nalishlari uchun zarur moddalar sintezlashda ishlatiladi: alkaloidlar, steroidlar, glyukozidlar, garmonlar, efir moylar, insektisidlar va h.k. Masalan: shu maqsadda jenshenni hujayralardan ko`paytirish (R.G.Butenko), tamaki hujayralarini o`stirib nikotin kislotasini sintezlashga Yaponiyada erishildi.
2.Ikkinchi yo`nalish sun`iy muhitda o`stirilgan to`qimalaridan klonal mikroo`simliklar va ekish uchun toza (virus va boshqa zararkunandalardan tozalangan) ko`chat etishtirish. Bu klonal mikroo`simlik etishtirish usuli yordamida bir meristemadan yil davomida, tashqi muhit ta`siridan qat`iy nazar millionlab o`simliklar - mahsulot etishtirish mumkin.
3. Ajratib olingan hujayralardan seleksiya maqsadida foydalanish turlicha tarkibga ega sun`iy muhitda o`stirilgan hujayralarning genetik jihatdan har xil bo`lishi xususiyatidan foydalanib: hujayralar orasidan, qurg`g`oqchilikka, sho`rlanishga, past temperaturaga, fitopatogenlarga va yuqori mahsulot beruvchi shakllarini tanlab olish imkoniyati tug`ildi. Har xil protoplastlarni biriktirib jinssiz usulda (somatik) duragaylar olib yangi o`simliklar yaratish ham mumkin, bu uslub uzoq duragaylashga ham yo`l ochib beradi. Shu yo`l bilan ajratilgan protoplastlarga yangi genlarni olib kirish, bu esa mutloq yangi irsiy xususiyatga ega o`simlik turlarini yaratishga imkon beradi. Yuqorida ko`rsatilgan usul - yangi hujayra texnologiyasi amaliy genetika va seleksiya ishida yangi yo`nalish - hujayra injeneriyasi bo`lib qoldi. Qishloq xo`jalik biotexnologiyasida hujayradan foydalanish usulida ayrim qiyinchiliklar ham mavjud:
1) Ajratib olingan o`simlik hujayrasini qanday qilib bo`linishga majbur qilish?
2) Qanday usulda ko`paytirilgan bir guruh (aralash) hujayralar kallusidan bir butun o`simlik olish mumkin?
Bu muammolarni birinchisi hal qilinmoqda, lekin ikkinchisi hamma vaqt ham amalga oshmayapti. Boshoqli don ekinlarida 1 hujayradan o`simlik olish qiyin amalga oshmoqda. Inson uchun zarur bo`lgan moddalarni hujayra injenerligi va biotexnologik usullar yordamida keng miqyosida ishlab chiqarish biotexnologiya deyiladi.
2) Gen injeneriyasining maqsadi rekombinant DNК yaratish va shu asosda organizm uchun foydali yangi belgilarni va xususiyatlar hosil qilishdir. Tabiatni o`zida ham bu kabi rekombinasiya yuz berishi kuzatiladi. Viruslar, faglar, bakteriyalar o`zidagi genetik moddani boshqa organizmlarga o`tkazish xususiyatiga ega. Genlarni yangi kombinasiyasini hosil qilish - rekombinasiya tabiatdagi barcha tirik mavjudot vakillarida yuz beradi. Bakteriofaglar mikroorganizmlar dunyosida genlarni tashuvchi hisoblanadi. Amerika olimlari Liderberg va Tatum 1946 yilda bakteriyalarda jinsiy ko`payish borligini aniqladilar. Bakteriyalarning ayrimlari erkak, ba`zilar urg`ochi bo`lib, erkak jinsdagilari urg`ochilariga o`zining genlarini maxsus genetik qurulma - plazmidalar orqali o`tkazadi. Faglarda boshqa mikroblarga genlarni o`tkazish va jinsiy ko`payish usuli mikroorganizmlar dunyosida almashinishni va ularni yashab qolishini ta`minlaydi.
Ayrim plazmidalar bakteriyalarga dori-dormonlarga (kasalliklarga) chidamlilik genini o`tkazib, insonlar uchun xavfli kasalliklar tarqatishi mumkin. Agar dori-dormonlarga chidamli bakteriya yaratilsa inson uchun o`ta xavfli antibiotiklar ham ta`sir qilmaydigan kasallik vujudga kelishi mumkin.
3) Gen injeneriyasi fan sifatida 1972 yili O.Stenford universitetida Djekson, Simons va Berg maymun virusi DNК si va ichak tayoqchasi bakteriyasi DNК sidan iborat duragay molekula yaratishgandan so`ng paydo bo`ldi. Tabiatdagi bir avlodga kiruvchi qarindosh organizmlar rekombinant DNК sini hosil qilish qulay hisoblanadi. Gen injeneriyasining vazifasi esa, qarindosh bo`lmagan uzoq turlar rekombinant DNК sini hosil qilish hisoblanadi. Bu ish ancha qiyin bo`lib, agar begona DNК bakteriya hujayrasiga kirib qolsa, uning tarkibidagi ferment - restriktaza ta`sirida tezda parchalab tashlanadi.
Irsiy moddani (gen, xromosomalar) bir organizmdan ikkinchisiga o`tkazish yo`li bilan tirik organizmlarni o`zgartirish texnologiyasi gen injeneriyasi deyiladi. Bir turning genlarini ik-kinchi turga o`tkazish, DNК molekulasining barcha tirik mavjudodlarda - mikroorganizmlardan odamgacha bir xil tuzilganligiga asoslanadi. Gen injeneriyasida quyidagi usullardan foydalaniladi:

1. Genlarni ajratib olish yoki yangi genni sun`iy sintezlash.

2. Duragay DNК olish.
3. Yangi DNК ni ko`paytirish va boshqa organizmga o`tkazish.

1. Genlarni ajratib olish.Organizmga yangi genni yoki bir gruppa genlarni kiritish (transgenoz), ular shu organizmda ishlashi, ya`ni oqsilni sintez qilishi uchun "toza gen"larni alohida ajratib olish zarur. Toza genlarni ajratib olishni bir necha usullari ma`lum:

a) Ximiyaviy sintez usuli.
b) M-RNК asosida DNК ni sintezlash.
v) DNК moddasini fermentlar yordamida kesish (restriktaza) va tikish (ligaza).
2) Duragay DNК olish uchun plazmida va begona - ikkinchi yana bir organizm DNК moddasi olinadi. Ular avval "Restriktaza" fermenti yordamida kesib bir necha bo`laklarga bo`linadi. Кeyin ular aralashtirilib ligaza fermenti ta`sir qilinadi. Ligaza ta`sirida bu ikkita DNК aralashmasi qayta birlashadi va yangi rekombinat DNК hosil bo`ladi. Yangi rekombinat DNК ni ishga tushirish uchun uni yana boshqa bakteriya tarkibiga kiritiladi.
Plazmida tarkibidagi yangi DNК ni bakteriyaga oson o`tkazish mumkin. Yangi genlarni ishga tushirishni bakteriyalarda oson amalga oshirish mumkin. Chunki bakteriya tez ko`payadi. Masalan: ichak tayokchasi bakteriyasi (E.Кoli) 20 minutda 2 hujayraga ajralib, 2 sutkada 129 generasiya beradi.
3) Кaliforniya medisina maktabi laboratoriyasida 1977 yil Boyer odam organizmida ishlab chiqiladigan garmon-somatotropin va insulin genni bakteriyalar yordamida sintezlashga erishdi. Avval bunday gen ximiyaviy usulda sintezlandi. Кeyin bu gen ichak tayoqchasi bakteriyalaridan olingan - plazmidaga o`tkazildi va yana bakteriyaga qaytarildi. Sintezlangan gen mikrob hujayrasida ishlay boshladi va odam oqsili garmonlarni sintezlay boshladi.
Olingan "samototropin" o`sishi sekinlashgan yosh bolalarni davolashda insulin esa qand kasalligini davolashda ishlatila boshlandi.
4) Hozirgi vaqtda gen injeneriyasi usullari yordamida insoniyat tirik organizmlar irsiyatning o`zgartirish imkoniyatiga ega bo`lmoqda. Genlarni bir organizmdan ikkinchiga o`tkazish, shu yo`l bilan esa yangi shakllar yaratish, inson salomatligi uchun zarur dori-darmonlarni sanoat asosida ko`plab ishlab chiqarish usullariga ega bo`ldik. Gen injeneriyasi erishgan yutuqlar yordamida genlarni bakteriya hujayrasiga o`tkazib, fermentlar, garmonlar, dori-darmonlar va boshqa mahsulotlarni ishlab chiqarish yo`lga qo`yildi.
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.
Organizmlar genlari yoki genlar majmuasining faoliyatini inson manfaatlarini ko'zlagan holda o'zgartirilishiga gen injeneriyasi yoki genetik injeneriya deb ataladi.
Gen injeneriyasi fanining maqsadi genlam ing 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 m oddalar ishlab chiqarish, o'sim lik va hayvon turlarini inson ehtiyojiga mos ravishda o'zgartirish, irsiy va yuqumli kasalliklarni aniq va tez tashxis qilish ham da sabablarini aniqlash usullari yaratildi.