Mekraorganizmlarning gen muhandisligida qullanilishi Reja: Gen muhandisligi fani haqida

Mekraorganizmlarning gen muhandisligida qullanilishi

Reja:

1.Gen muhandisligi fani haqida.
2.Gen muhandisligining boshqa fanlar bilan aloqasi.
3.Gen muhandisligining xalq xo‘jaligidagi ahamiyati.
4.Xulosa.

MIKROORGANIZMLAR GEN MUXANDISLIGI.

Mikroorganizmlar tabiatda ko`p mikdorda tarkalganligi, tezlik bilan ko`payishi va har xil yuqori molekulali organik modda sintez qilishini inobatga olingan xolda, ular biotexnologiya fanining asosiy ob’ekti xisoblanadi. Mikroorganizmlar ma’lum maqsad uchun tabiatdan ajratib olinadi va ular maxsus asboblarda (fermentyorlarda) ko`paytiriladi. Mikroorganizmlarning o`sib, rivojlanishi uchun kerakli optimal sharoit yaratiladi va ularning biomassasi ajratib olinadi.

Mikroorganizmlar ko`p moddalarni o`z hujayrasida sintez qiladi. Bunday moddalarga:

Alkaloidlar Nuklein kislotalar

Aminokislotalar Organik kislotalar

Antibiotiklar pigmentlar

Oksillar Polisaharidlar

Vitaminlar Erituvchi moddalar

Gerbitsidlar Fermentlar

Kofermentlar Uglevodlar

Yog`lar Oksidlovchi moddalar va boshqalar

Mikroorganizmlarning birlamchi metabolitlari, pastmolekulali birikmalar (molekulyar ogirligi 1500 daltondan kam bo`lgan), ularning o`sishi uchun zarur bo`lganlardan birisi makromolekulani qurishda ishtirok qilsa, boshqalari kofermentlarning sintezida ishtirok qiladi.Ishlab chiqarish uchun zarur bo`lgan metabolitlardan: aminokislotalar, organik kislotalar, purin va pirimidin nukleotidlari, erituvchilar va vitaminlar. Mikroblar hujayrasi boshka tirik organizmlar hujayralari qatori, ortiqcha birlamchi metabolitlarni sintez qilmaydi.Lekin mikroorganizmlarning birlamchi metabolitlar mikrobiologik ishlab chiqarishda foydalaniladi.Fermentativ jaraenlar natijasida mikroorganizmlar hujayralarida aminokislotalarni va nukleotidlarni sintez qilib olinadi.Inson organizmidagi 20 aminokislotadan 8 tasi organizmda sintez qilinmaydi. Ular organizmga oziq-ovqat orqali o`tishi kerak.Almashtirib bo`lmaydigan aminokislotalardan metionin va lizin sintetik yo`l bilan olinmoqda.1980 yilda fermentatsiya yo`li bilan 40000t lizin ishlab chiqarilgan. Gulitamin kislota ham mikroorganizmlar yordamida sintez qilib olinadi.1980 yillarda Janubiy Koreya va Yaponiyada 100000 t glutamat va 20000 t lizin ishlab chiqarilgan. Bunday mikdordagi aminokislotalarni ishlab chiqarishda, ya’ni fermentatsiya jarayonida asosiy substrat glyukoza hisoblangan. Keyinchalik esa p-parafindan foydalanilgan.

Mikrobiologik ishlab chiqarishda uksus kislotani sintez qilish muxim ahamiyatga ega. Uksus kislota rezina ishlab chiqarishda plasmassalar, atsetat tolasi, formatsevtik preparatlar, insektitsidlar va boshqalar ishlab chiqarishda foydalaniladi.Yaponiyada uksus kislota fermentativ yo`l bilan aminokislotalar olishda, substrat sifatida ishlatiladi. Organik kislotalardan birinchi bulib, sut kislotasi bijgish jaraenida ajratib olingan. Mikroorganizmlarning ikkilamchi metabolitlari pastmolekulali birikmalar bulib, toza hujayralarning o`sishi uchun talab qilinmaydi. Ikqilamchi metabolitlar ma’lum bir toksonlar tomonidan, ma’lum guruxga mos bo`lgan kimyoviy moddalar sintez qilinadi.Ularga antibiotiklar, alkonoidlar, garmonlar va toksinlar.
Mikroorganizmlar hujayralari tomonidan sintez qilinayotgan antibiotiklar farmatsevtik birikmalar ichida eng katta klass hisoblanadi. Eng ko`p ishlab chiqariladigan va iqtisod jihatli foydali hisoblangan 4 ta antibiotiklar-pensillin, sefalosporinov, tetratsiklinlar va eritromitsinlar. 1978 yilda bularning bahosi 4 mlrd. dollordan ortiq bo`lgan.
Oltita oilaga mansub bo`lgan filamentoz zamburug`lardan 1000 ga yaqin har xil antibiotiklar ishlab chiqarilgan.Filamentoz bo`lmagan bakteriyalardan 500 antibiotik sintez qilingan. Aktinomitsetlarning 3 ta oilasidan 3000 yaqin antibiotiklar sintez qilingan.
Mikroorganizmlarning o`sib, rivojlanish jarayonida xosil bulayotgan birlamchi va ikkilamchi metabolitlar mikrobiologik ishlab chiqarishda (sanoat mikrobiologiyasida) muxim ahamiyatga ega.
Bu moddalardan tashqari gen injeneriyasi yordamida mikroorganizmlar hujayralarida har xil garmonlar sintez qilib olinmoqda. Bularga insulin, samototropin, interferonlar va boshkqalar kiradi.
1979 yilda Yer yuzasi bo`yicha 60 mln diabet kasali bilan kasallangan insonlardan 4 mln insulin olishgan.amerikada 1979 yilda 1,8 mln odam insulinga muxtoj bo`lgan (shulardan 100 mingi bolalar).Bu rakam har yiliga 6 foizga oshadi.Usha vaktda Fransiyada 1 mln diabet kasalligi bilan kasallngan kishilar bo`lgan.SHulardan 150 000 insulinga muxtoj bo`lgan.
1922 yilda hayvonlarda ajratilgan insulin 9 eshlik diabet kasali bilan kasallangan yuborilgan.Bir yildan keyin Amerika kompaniyasi "Eli Lilli" hayvonlardan olingan insulinni ishlab chiqardi.
Qora mollardagi oshqozon osti bezi 200-250 g keladi.100g kristall xolatdagi insulinni olish uchun 800-1000 kg oshqozon osti bezi kerak bo`ladi.
1955 yilda Senger insulinning tarkibini urganib, u ikkita A va B polipeptid zanjiridan iboratligini isbotladi.Insulinning A zanjirida 20 ta aminokislota, B zanjirida esa 30 ta aminokislotalar ketma-ket joylashgan. Insulinning 2 ta zanjiri disulfid boglari bilan boglangan.
1980 yillarda cho`chqa insulini odam insuliniga aylantirilgan, ya’ni insulinning B zanjiridagi 30 aminokislota alanin qoldigi, trionin qoldig`iga almashtirilgan. Bunday muvaffaqiyatga fermentlar yordamida aminokislotalarni almashtirishda erishilgan.

Kalamushlar oshqozon osti bezidan insulinning mRNK ajratib olinib, E.coli (ichak tayoqchasi) hujayrasiga o`tkazilganda , u insulinni sintez qilgan. Hozirgi vaqtda mikroorganizmlardan insulinni sintez qilib olish yo`lga qo`yilgan.

Insulindan tashqari gipofiz bezining oldingi qismidan ajralib chiqadigan somotropin garmoni ham mikroorganizmlardan sintez qilib olinmoqda.
Hozirgi davrga kelib rekombinant DNK texnologiyasi yordamida (asosank DNK sifatida) 400 dan ortiq odamning har xil genlari dori vositasi sifatida klonlashtirilgan. JSST mutaxassislarining xisob kitoblariga ko‘ra har yili jahon bozorida odam oqsillari asosida DP sotilish hajmi 150 mlrd. dollarni tashkil qilib va bu ko‘rsatgich har yili oshib bormoqda.
Monokolonial antitelolar
Gormonal preparatlar
Rekombinant DNK texnologiyasi yordamida olingan dori vositalari
Aminokislotalar
Vaksinalar
Vitaminlar
Sitokinlar
N- va L-zanjirlari o‘zgaruvchan (VH i VL ) va o‘zgarmas (CL, SN|, Sn2 i Snz) domenlardan iborat. O‘zgaruvchandomenlaresa CDR-qismlarni (CDR1, CDR2 i CDR3) o‘z ichiga oladi.
Dorivor moddalarni ta`sir etishi kerak bo‘lgan joyga olib borish uchun bir necha usullardan foydalaniladi:
Liposomalarga kiritish; bunda lipasomalarni lipid qatlami kerakli organlarni hujayralari bilan yuqori darajada o‘xshagan bo‘lishi kerak;
Maxsus toksinlarni genlarini shishini yo‘qotadigan limfotsitlarga joylashtiriladi, oqibatda ular toksinlarni to‘g‘ridan-to‘g‘ridan shishni ichiga kiritib, chiqaradilar;
Dorivor moddalar monoklonal antitelalarga yoki aniq hujayralarni sirtidagi oqsillarga nisbatan spetsifik bo‘lgan monoklonal antitelalarni Fv – fragmentlariga bog‘lanadi, masalan, shish hujayralari (rasm A).

Dorivor moddalarni faol bo‘lmagan shaklidan foydalaniladi va ularni tegishli fermentlar yordamida faollashtiriladi.

Antigenni intakt antitela bilan bog‘langanidan keyin immun javob ishga tushadi:
Kompliment tizimi (sistemasi) faollashadi; bu tizimni kompanentlari hujayra membranalarini parchalaydilar, fagotsitlarni faollashtirib, immun javob sistemasini boshqa kompanentlarini ishga solib, signallarni tiklaydilar (generatsiya qiladilar).
Antitelani Fc-uchastkasini effektor hujayrani Fc-retseptori bilan bog‘lanishi natijasida, hujayra sitotoksinligi orqali o‘tadigan reaksiya ishga tushadi. Faolashgan effektor hujayra, begona hujayrani lizis qiladigan moddalarni bo‘shatadi. Bu moddalar bilan antitela molekulasini Fab-uchastkasi bog‘g‘lanadigan bo‘ladi.
Eriydigan antigen bilan Fab-uchastka bog‘langandan keyin, antiteloni Fc-uchastkasi fagotsitlarni retseptorlariga bog‘lanishi mumkin, ular esa, antigen-antiteloni ushlab olib, bu kompleksni parchalab yuboradi.
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