|
Современная генетикаsomatotropina omului. Numai organismul ?obolanilor reac?ioneaz? la somatotropina «str?in?» ca la cea «proprie». Un grup de savan?i sub conducerea academicianului A. A. Baev, bazвndu-se pe experien?a ob?inerii somatotropinei prin metodele ingineriei genice, s-a apucat de sintetizarea somatotropinei pe cale microbiologic?. Ei ?tiau c? pentru a sili colibacilul s? produc? somatotropina оn ADN-ul lui trebuie inserat? o gen? care va dirija sintetizarea acestei proteine оn hipofiza omului. Оn principiu aceasta se poate realiza, deoarece codurile genetice ale omului ?i bacteriei sunt similare; aparatul biosintetic al celulei bacteriene, оn?elat de aceast? asem?nare exterioar?, va produce proteina de care n-are nevoie, la fel precum p?s?rile оn?elate clocesc pui de cuc. Scopul era urm?torul: din celulele hipofizei trebuia ob?inut? o gen?, care ar fi dirijat sinteza somatotropinei. Celula care sintetizeaz? activ proteina urma s? con?in? numaidecвt o cantitate sporit? de ARNi, o copie a genei preg?tit? parc? de оns??i celula care codific? succesiunea aminoacid?. Acest proces biosintetic furtunos se produce оn celulele tumorale ale hipofizei; o p?rticic? de ?esut tumoral cu o greutate de mai pu?in de un gram a servit drept material ini?ial pentru ob?inerea genei de somatotropin?. Оn urma unor numeroase ?i foarte fine opera?ii de separare a genei din p?rticica de hipofiz? a r?mas o cantitate infim? de ARNi. A dispune de solu?ia pur? de ARNi, оnseamn? a avea o copie a genei, iar gena mai trebuia preg?tit? оn corespundere cu copia. Оn acest scop s-a folosit un ferment special numit revertaz? (trancriptaz? invers?), care ia automat o copie a ARNi. ADN-ul ob?inut este compus din catene unice, оn timp ce оn gen? fiecare caten? de ADN trebuie s? fie unit? cu catena ei complimentar?. Opera?ia de sintetizare a acestei catene complimentare o efectueaz? automat cunoscutul ferment ADN - polimeraza 1. Astfel preparatul care con?ine gena de somatotropin? nimere?te оn eprubet?. Sarcina urm?toare, care se afla оn fa?a experimentatorilor, consta оn оnmul?irea acestei gene pвn? la ob?inerea unei cantit??i suficiente pentru munca continu?. Оn acest scop era nevoie, оn afar? de fermen?i, de оnc? un instrument universal ob?inut prin distrugerea оnveli?ului celulelor colibacilului ce con?ine plazmide libere. Dup? tratarea plazmidelor cu fermentul restrictaza care scindeaz? molecula de ADN оn sectoare strict determinate, inelele plazmidei se desfac, transformвndu-se оn catene liniare. Restrictaza are capacitatea de a face ca la polii moleculei rupte de ADN s? apar? sectoare «lipicioase», formate din dou? catene complimentare deschise, оns? dac? ?i gena separat? va fi оnzestrat? cu asemenea poli «lipicio?i», plazmida, оnchizвnd inelul ei, va prinde cu ajutorul lor ?i garnitura suplimentar? - gena somatotropinei. Anexarea polilor «lipicio?i» de gena separat? este una dintre cele mai fine opera?ii ale ingineriei genice. La оnceput pe cale pur chimic? se sintetizeaz? un mic fragment de ADN, care reproduce cu exactitate succesivitatea nucleotidelor capabile s? fie scindate de restrictaz?, apoi cu ajutorul fermentului ligaza acest fragment de ADN este suturat de ambii poli ai genei. Urmeaz? tratarea produsului cu restrictaz? ?i gena cu polii «lipicio?i» este gata. Dac? aceast? gen? este amestecat? cu plazmidele fragmentate ?i acest amestec este tratat cu ligaz?, toate rupturile se vor uni ?i оn epruveta noastr? vom ob?ine nu o simpl? gen?, ci o gen? inserat? оntr-o plazmid?. Plazmida singur? nu este bun? pentru nimic. Dar dac? va nimeri din nou оntr-o bacterie, ea va оnmul?i ?i gena inserat? оn ea. A?a c? gena de somatotropin? se poate ob?ine оn orice cantit??i necesare. Ce urma s? se mai оntвmple? Doar gena pe care am ob?inut-o deocamdat? «tace»: cu toate c? se оnmul?e?te оmpreun? cu bacteriile, ea nu func?ioneaz?, nu d? comanda de sintetizare a proteinei pe care o codific?. C?ci pentru a оncepe «s? vorbeasc?», gena trebuie оnzestrat? cu elemente de semnalare, care induc transcrierea (sinteza ARNi) ?i translarea (sinteza proteinei оn ribosome). Оn acest scop din plazmidele colibacilului a fost separat fragmentul ADN - promotor, care semnaleaz? necesitatea de a оncepe citirea informa?iei ?i de a se sutura cu gena somatotroninei. Aceast? gen? capabil? de munc? a fost din nou inserat? оn plazmide, iar plazmidele - оncorporate оn bacterii, оnzestrвndu-le cu capacitatea de a sintetiza hormonul cre?terii. Aceast? parte finala a fost numit? expresia genei. Astfel colibacilul reconstruit a devenit un produc?tor extrem de activ de somatotropin? a omului. Dintr-un litru de cultur? de bacterii ast?zi se separ? atв?ia hormoni ai cre?terii, cвt s-ar fi putut ob?ine din cincizeci de hipofize. Оn schema descris? au fost omise multe opera?ii esen?iale. Am оncercat doar s? reprezent?m aici оntr-o forma cвt mai simpl? munca enorm? ?i extrem de fin?, оn care a fost antrenat un colectiv de savan?i pentru a separa genele, a le modifica, amplifica (оnmul?i) ?i a le schimba expresia оn celule str?ine cu scopul de a ob?ine anumite preparate medicamentoase. Ne-am oprit inten?ionat mai detaliat asupra descrierii opera?iilor principale de creare a somatotropinei prin metodele ingineriei genice pentru a evita mai apoi repet?rile, deoarece aceste opera?ii sunt comune ?i la sintetizarea altor compu?i activi d. p. d. v. biologic. Оn realitate opera?iile ingineriei genice se reduc la crearea dintr-o garnitur? de fragmente de ADN inactive a unei noi structuri genetice - a unei molecule recombinate de ADN activ? d. p. d. v. fiziologic ?i care se includea оn activitatea vital? a celulei. Din aceste considerente оn deceniul al optulea оn ??rile dezvoltate au ap?rut firme speciale, care au elaborat procese industriale bazate pe tehnologia ADN-ilor recombinan?i. Aceast? nou? ramur? a industriei biologice a fost numit? industria ADN- ului., La оnceput marile centre ?tiin?ifice ?i-au limitat activitatea la ingineria genetic? a microorganismelor, mai tвrziu au оnceput a se ocupa paralel cu ingineria genetic? a plantelor, animalelor, precum ?i cu ob?inerea de anticorpi monoclonali. Ingineria genic? ?i ingineria celular?, care se dezvolt? paralel cu ea, au l?rgit posibilit??ile biotehnologiei ?i industriei bazate pe procesele biologice. A devenit posibil? folosirea celulelor microbiene, vegetale ?i animale, precum ?i a moleculelor ?i genelor sintetice. Despre acestea se va vorbi оn capitolele urm?toare. XII. INGINERIA GENETIC? LA PLANTE 12.1 Clonarea plantelor Dac? vom оnfige оn p?mвntul umed o crengu?? de salcie sau de plop, ea va da r?d?cini, va cre?te ?i se va transforma оntr-un copac falnic. Dintr-un «ochi» de tubercul de cartof se poate ob?ine o tuf? de cartofi. Poate oare o singur? celul? pune оnceputul unei plante? Оnc? nu demult aceast? оntrebare ?inea de domeniul fantasticii. Biologii, оns?, au r?spuns afirmativ la ea, iar experimentatorii au оnv??at s? creasc? оn medii nutritive celule aparte, care devin organisme monocelulare: tr?iesc, se divizeaz?, sporindu-?i descenden?a, dar r?mвn celule aparte. P?rea c? experien?ele au menirea s? satisfac? un interes teoretic. Savan?ii c?utau, bun?oar?, s? clarifice: ce deosebire exist? оntre celulele ce formeaz? ?esuturile plantei оntregi ?i celulele separate, care tr?iesc «liber»? O mare importan?? оn acest sens a avut-o descoperirea c? celulele ce tr?iesc liber se transform? оn anumite condi?ii оntr-o plant? оntreag?. Aceast? descoperire a trasat c?i noi pentru cunoa?terea legit??ilor de dezvoltare a organismului pluricelular. Chiar la prima etap? a cercet?rilor au fost proiectate perspectivele aplic?rii оn practic? a acestor propriet??i ale celulelor. Celula izolat? ?i cultivat? оn eprubet? cu mediul nutritiv artificial, dup? o serie de diviziuni, este capabil? s? pun? оnceputul tuturor organelor vegetative ?i generatoare ale plantei. A devenit clar c? orice celul? specializat? con?ine оntreaga garnitur? de gene, care codific? dezvoltarea ei оn orice direc?ie ?i, оn cele din urm?, transformarea ei оn plant?. O asemenea celul?, cu toate c? a ap?rut оn urma diviziunii celulelor somatice (asexuate), seam?n? ca func?ie cu ovulul fecundat sau zigotul. Despre aceste celule se spune c? sunt totipotente, adic? au capacitatea poten?ial? de a se dezvolta оn orice direc?ie. Fenomenul transform?rii celulei оntr-o plant? оntreag? a fost numit embriogenez? somatic? оn cultura ?esutului. Ea poate fi observat? bine оn epruveta cu cultura ?esutului de morcov. Aici, оn masa de celule omogene, apare treptat o celul? ce оncepe s? se transforme оntr-o celul? zigotiform? tipic? cu un nucleu m?rit. Оn continuare diviziunea ia contururile germenelui din ovarul florii. Dar aici n-avem оnc? nici floare, nici plant?, iar germenele оnconjurat de celulele callus nu se afl? оn sol, ci оn eprubet?. Ea trece toate fazele principale ale dezvolt?rii sale: se pun bazele viitoarei r?d?cini necesare pentru cre?terea tulpinii, mugurelui ?i totodat? a primelor frunze, cu cotiledoane. Оn aceast? etap? germenele poate fi separat din ?esutul callus ?i a?ezat. оntr-un mediu f?r? hormoni, deoarece acest mic organism vegetal poate s?-i sintetizeze singur. El оncepe repede s? formeze sistemul radicular, apoi frunzele sectate tipice pentru morcov. Dac? aceast? plant? minuscular? o vom s?di оn sol, ea va pune оnceputul unei plante normale, ce formeaz? o r?d?cin? ?i o rozet? de frunze. Mai tвrziu va apare, ca la orice plant? bienal?, o tulpin? florifer? ?i va оnflori. Bineоn?eles, posibilitatea de a cre?te o plant? оntreag? dintr-o celul? ne fecundat? este o mare realizare ?tiin?ific?. Acest fenomen este utilizat cu succes la crearea unor soiuri noi, la оnmul?irea unui exemplar interesant, de exemplu оn floricultur?. Aici avem posibilitatea s? nu a?tept?m pвn? cвnd vor apare ?i vor cre?te semin?ele, ci s? ob?inem materialul celular necesar ?i s? cre?tem din el оntr-un termen scurt un num?r mare de flori noi, identice cu exemplarul primar. Aceast? metod? poart? numele de clonarea plantelor. Ea este folosit? pe larg la cre?terea plantelor care nu con?in virusuri. Exist? sute de specii de virusuri vegetale. Ele nu sunt periculoase pentru om, dar aduc daune mari, pentru c? reduc productivitatea culturilor agricole. Virusurile atac? mai alee plantele care se оnmul?esc prin tuberculi, buta?i ?i bulbi. Numai cartoful este afectat de aproape 20 de virusuri. Din cauza lor pierderile ajung pвn? la 20—30% din recolt?. Оn fiecare an se pierd milioane tone de produc?ie. Ob?inerea cartofului avirotic spore?te recolta lui cu 80 de procente. A fost elaborat? o serie de metode de cultivare a culturilor celulare vegetale ?i de cre?tere a unor plante оntregi din celulele mugurilor terminali sau ale vвrfurilor r?d?cinilor — ale p?r?ilor lipsite de virusuri. Оn felul acesta se face asanarea contra virusurilor materialului s?ditor al cartofului, vi?ei-de-vie, c?p?unei, zmeurii, florilor ?. a. Experien?ele au demonstrat c? de la vвrful unui l?star se pot ob?ine repede zeci de mii de germeni. Dintr-o singur? celul? a vвrfului de l?star al vi?ei-de-vie, bunzoar?, peste trei-patru s?pt?mвni se ob?in cinci germeni care se apuc? ?i ei «de lucru» ?i dau noi germeni. De acum din primul model de plant? nou? se ob?in оn felul acesta mii de exemplare. Astfel cu ajutorul epruvetei, f?r? folosirea cвmpului ?i a pepinierei, se pun bazele substituirii rapide a soiurilor perimate. La fel de actual? este trecerea la plante avirotice оn pomicultur?. Intensificarea acestei ramuri este determinat? оn mare m?sur? de s?direa pe planta?iile industriale a unui material s?ditor asanat. C?ci ce prezint? pue?ii avirotici? Ei nu se tem de оng?lbenirea ?i rugozitatea frunzelor, de pete ?i de adвncituri, formate prin lovire, pe fructe, de оmb?trвnire rapid? ?. a. Recolta оn livada avirotic? este cu aproape o treime mai mare decвt cea medie. La «Codru», asocia?ie ?tiin?ific? de produc?ie din RM, s-a оnsu?it deprinderea de a ob?ine acest material s?ditor pentru livezile ?i planta?iile de arbu?ti fructiferi: оn una dintre gospod?riile asocia?iei — a fost dat оn exploatare un mare complex de pepinier? pomicol?. Оn Moldova au fost s?dite planta?ii mari de fragi, baza c?rora a fost pus? оn eprubet?. Este o priveli?te оncвnt?toare s? vezi cum din p?rticica minuscul? a mugurelui terminal se na?te treptat o tuf? de frag, mic?orat? de sute de ori. Acest proces, precum ne spune colaboratorul ?tiin?ific N. Abramenco, seam?n? cu un film cu de-sene animate: la оnceput punctul de jum?tate de milimetru se transform? оntr-un ghemu?or de culoare deschis?, apoi se formeaz? frunzuli?e verzi-deschise pe ni?te radicele foarte scurte. Dup? acesta spa?iul epruvetei este cucerit de un buchet de muguri, strвns uni?i оntre ei, ?i, оn sfвr?it, apare o miniatur? exact? a cunoscutei rozete de frunze de frag. Este un material semincer de mare valoare. Doar virusurile, de regul?, atac? toate celulele vii ale plantei, dar nu dovedesc s? acapareze ?esutul tвn?r care se divizeaz? activ оn punctul de cre?tere al l?starului. Planta care regenereaz? din el este absolut s?n?toas?. Recolta de la aceste planta?ii de frag spore?te de dou?-trei ori. Tot prin aceast? metod? poate fi m?rit? mult roada de zmeur, agri?, de culturi sвmburoase ?i semin?oase. Prin clonare se poate ob?ine nu numai material s?ditor avirotic. Prin aceast? metod? оn principiu se pot transmite оntregului clon multe alte caractere utile, bun?oar? productivitate оnalt? a unor exemplare aparte ale plantei. A?a, оn Nigeria, la Institutul de cercet?ri ?tiin?ifice оn domeniul cauciucului, au fost separa?i cloni de heveia, care dau 1600—3600 kg de cauciuc la hectar comparativ cu 300 kg cвt se ob?inea de obicei. J. ?epard, geneticiian american, a ob?inut din celule vegetale separate ale frunzelor de cartof cloni rezisten?i la una dintre cele mai periculoase boli ale cartofului — mana cartofului. Оmpreun? cu unul din colegii s?i, ?epard a crescut cloni ai cartofului rezistent contra fitoftorei timpurii. Оn prezent ei оncarc? «s? creeze» un clon de cartof rezistent la ambele boli. Оnmul?irea pe cale vegetativ? a plantelor оncepe s? atrag? tot mai mult aten?ia selec?ionatorilor, care, prin intermediul ingineriei celulare, ob?in soiuri noi de plante agricole. Оn primul rвnd sunt aplicate mai pe larg metodele de ob?inere ?i utilizare a plantelor cu o garnitura unic? (haploid?) de cromozomi, care accelereaz? ?i u?ureaz? crearea liniilor hibride nescindabile. Plantele haploide sunt urma?ii nu a doi p?rin?i, ca de obicei, ci a unui singur p?rinte. Ele se ob?in de cele mai multe ori din polen — din celula sexual? masculin?. Asupra ei se ac?ioneaz? cu stimulatori speciali ?i ea este silit? s? se dezvolte, de parc? ar fi o celul? embrionar? normal?, ap?rut? оn urma contopirii' celulei masculine cu cea feminin?. De obicei, copiii mo?tenesc оnsu?irile lor de la tat?l ?i mama, de fiecare dat? оn propor?ii diferite. Haploizii fixeaz? trainic оnsu?irile valoroase ale plantei genitoare. Faptul acesta reduce mult termenele de creare a soiurilor noi. Оn prezent din celulele de polen s-a reu?it s? se creasc? peste 50 specii de plante haploide, printre care: grвul, secara, orzul, cartoful, tutunul ?. a. Schema general? de ob?inere a haploizilor este prezentat? оn fig. 27. Metoda de ob?inere a plantelor haploide din celulele gametofitului (polenului) masculin a fost numit? androgenez?. Cu ajutorul cultiv?rii anterelor sau a polenului оn medii nutritive speciale, la оnceput se formeaz? a?a-zi?ii embrioizi, iar apoi plantele haploide. Uneori оn cultura anterelor nu se formeaz? embrioizi, ci un ?esut nediferen?iat, numit calus, ?i, numai dup? aceasta, оntr-un mediu nutritiv specific pentru diferen?iere, din celulele calusului apar plante оntregi. Ob?inerea plantelor din celule haploide aparte prezint? una dintre cele mai mari realiz?ri ale ingineriei genice. Ea prezint? o importan?? colosal? atвt teoretic?, cвt ?i practic?. Astfel plantele haploide, care con?in numai o singur? garnitur? de cromozomi, manifest? оn fenotip activitatea tuturor genelor: atвt a celor dominante, cвt ?i a celor recisive. Dac? anterele sau polenul din care urmeaz? s? fie ob?inute plantele haploide sunt expuse radia?iei sau tratate cu mutageni chimici, toate muta?iile induse оn ei se vor manifesta оn prima genera?ie a plantei. Aceasta are o mare importan??, deoarece majoritatea muta?iilor, de regul?, sunt recisive ?i la plantele diploide se afl? оn stare latent?. Iar la plantele haploide toate muta?iile utile pot fi separate imediat, iar apoi, оntr-un timp incomparabil mai scurt, prin diploidizarea acestor plante mutante, se pot ob?ine noi soiuri de plante culturale cu caractere economice utile. Ob?inerea haploizilor prin metoda androgenezei ?i utilizarea lor la selec?ia plantelor are o mare importan??. Оn primul rвnd, pe aceast? cale se reduce de la 7— 10 pвn? la 1—2 ani timpul necesar pentru ob?inerea liniilor homozigote. Оn rвndul al doilea, num?rul plantelor experimentale care trebuie studiate, de regul?, se reduce mult la acest proces. Prin urmare, volumul total de munc? se reduce brusc ?i ?ansele selec?iei accelerate, mai exact, a exemplarelor de valoare, sporesc. Aceasta este principalul оn munca mig?loas? a selec?ionatorului. Оn ultimul timp se dezvolt? intens o nou? direc?ie оn genetica plantelor — selec?ia gametic? ?i celular?. La Academia de ?tiin?e a RM a fost creat un centru interdepartamental de selec?ie gametic? ?i celular?, care va realiza toate cercet?rile. la nivelul celulei ?i selec?ia prealabil? a celor mai reu?ite forme recombinate de plante pentru selec?ia continu?. Оn fa?a colectivului de savan?i se pune o sarcin? dubl?: a l?rgi spectrul variabilit??ii ereditare a plantelor, apoi a selecta din sursele de gene pe cele mai de perspectiv?. Prima jum?tate a acestei sarcini savan?ii moldoveni o realizeaz? pe baza cercet?rilor оn domeniul recombinogenezei — transmut?rii genelor оn perioada form?rii polenului. Ei reu?esc s? ob?in? cu ajutorul unor inductori geneticii speciali o mult mai mare variabilitate decвt chiar dup? efectuarea unor ac?iuni externe puternice: de radia?ie, chimice, calorice ?. a. Bogata varietate de genotipuri mai trebuie оns? ?i men?inut?. Acesta este un lucru foarte anevoios. Mecanismele naturii func?ioneaz? astfel, оncвt masa principal? de polen cu combin?ri atipice de gene s? nu produc? descenden??. S-a constatat c? acestui polen i se poate ajuta aplicвnd substan?e biologic active. La selectarea acestor surse de gene, s-a ?inut cont de o observa?ie foarte important?, f?cut? de geneticiieni. Dac? оn perioada poleniz?rii este secet?, gr?uncioarele de polen, purt?toare a genei rezisten?ei fa?? de ea, au mai multe ?anse de a produce descenden??. Dac? este foarte frig, se transmit genele rezistente la frig. Astfel se оntвmpl? aproape cu to?i factorii ne favorabili ai mediului ambiant. Savan?ii realizeaz? selec?ia artificial? оn camere climaterice speciale, reproducвnd diferite condi?ii naturale extremale. Оn felul acesta au fost crescute formele de tomate rezistente la salinizarea solului. La selec?ia celular? ac?ioneaz? acela?i principiu: la оnceput se induce variabilitatea, apoi se selecteaz? cele mai reu?ite combin?ri de gene. Dar aceasta se face de acum cu celulele obi?nuite, care fac parte din anumite ?esuturi ale plantelor — frunza, tulpina, r?d?cina. Оn prealabil cu ajutorul unor solu?ii chimice speciale ei sunt adu?i оn stare «de suspensie», adic? celulele оncep s? tr?iasc? separat unele de altele. Apoi din celule aparte se formeaz? plante оntregi cu caractere ereditare programate оn prealabil. Astfel savan?ii moldoveni au ob?inut tomate rezistente la varia?ii considerabile de temperatur?. 12.2 Industria celulelor vegetale De multe ori celulele care au fost crescute un timp оndelungat оn afara organismului plantelor о?i men?in capacitatea de a sintetiza substan?ele active (alcaloizii, hormonii, fitoncizii, uleiul eteric ?. a.), pe care ele le produc оn plant?. Оnseamn? c? pentru a ob?ine aceste produse de valoare celulele vegetale pot fi cultivate оn aparate speciale. Astfel, оn industria microbiologic? ciupercile microscopice ?i bacteriile produc vitamine ?i antibiotice. Aceasta este deosebit de important оn cazurile cвnd materia prim? vegetal? necesar? este pu?in accesibil? (plantele tropicale, speciile rare sau pe cale de dispari?ie) sau se cultiv? greu. Cultivarea celulelor trebuie s? se foloseasc? оn industrie la fel de larg ca ?i microorganismele. Celulele vegetale оns? nu sunt bacterii. Mult timp experien?ele de cultivare a lor оn medii artificiale e?uau. S-a constatat c? celulele plantei, care au determinat deja apartenen?a lor la diferitele ei p?r?i, pierd capacitatea de a se diviza. Tocmai din aceast? cauz? toate experien?ele de cre?tere a unor celule aparte n-au dat nici un rezultat. Atunci savan?ii au оn?eles c? experien?ele cu ?esuturi specializate sunt inutile. ?i au hot?rвt s? fac? experimente cu celulele ce formeaz? оmpreun?ri de ?esuturi оn locurile unde planta a fost v?t?mat?. S-a constatat c? aceste ?esuturi sunt extrem de nepreten?ioase ?i pot fi crescute cu u?urin?? оn condi?ii artificiale. Оn continuare s-a constatat c? оn mediul nutritiv poate fi pus un fragment de ?esut ?i peste cвteva Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое. |
||
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна. |