Системы переноса генов

Примеры процедур генетической трансформации растений, основанных на системе переноса генов агробактерий [c.181]

Системы переноса генов [c.422]

Эволюция эукариот. Эукариотические клетки, видимо, возникли лишь тогда, когда в атмосфере появился кислород. Все эукариоты, за очень малым исключением,-аэробные организмы. Прокариоты занимали много различных экологических ниш. Выработка разнообразных типов метаболизма у прокариот была, по-видимому, обусловлена простой структурой клетки, высокоразвитыми системами регуляции, быстрым ростом и наличием нескольких механизмов переноса генов. На пути дальнейшей эволюции прокариот стояли непреодолимые трудности, связанные прежде всего с малыми размерами генома, его гаплоидным состоянием и малой величиной клеток. Новая окружающая среда с аэробными условиями позволяла получать больше энергии, но для ее использования нужны были более крупные клетки, широкие возможности структурной дифференцировки и соответственно во много раз больший [c.521]

В основе представления об активном транспорте через мембрану лежит тот факт, что удаление какого-то одного вещества из клетки является движущей силой активного переноса других веществ. Так, активный перенос ионов Ма+ из клетки ( натриевый насос ) приводит к образованию градиента концентрации этих ионов, направленного внутрь клетки, который и обусловливает активный перенос ионов калия, глюкозы и аминокислот внутрь клетки. Если удаление ионов N3+ из клетки не компенсируется поступлением внутрь других ионов, по-видимому, происходит возникновение градиента электрического потенциала ( электро-генный насос ). Предполагают, что этот тип натриевого насоса является первичным механизмом при возникновении трансмембранного потенциала в мышечных клетках (обеспечение действия кальциевого насоса ) (см. стр. 430). Необходимо отметить, что все системы переноса через мембрану работают за счет энергии АТФ или других носителей энергии. [c.431]

На основе плазмид агробактерий созданы векторные системы для переноса генов в хромосомный геном растения. [c.352]

Взаимодополняющие процессы ограничения и модификации затрагивают область явлений, которая гораздо шире простого развития фагов, так как они обеспечивают клетке способность узнавать и отвергать внедрение чужеродной ДНК. Так, ограничение и модификация играют важную роль во всех рассмотренных в предыдущих главах процессах переноса генов между бактериями — трансформации, конъюгации и трансдукции. Если бактерия-реципиент содержит ограничивающие нуклеазы, действующие на нуклеотидные последовательности ДНК донора, которые не метилированы модифицирующими ферментами бактерии-донора, то при любом процессе генетической рекомбинации вероятность включения генов донора в геном реципиента будет очень мала. С еще более широкой точки зрения приобретение организмом системы ограничения н модификации неприемлемой ДНК может быть первым шагом на пути образования новых видов. Такая защита от скрещивания с организмами, в других отношениях ничем не отличающимися, обеспечивает репродуктивную изоляцию, необходимую для видообразования. Так или иначе, открытие специфического метилирования и разрывов определенных точек ДНК расширило наши представления о специфичности генетического вещества, которая ранее считалась обусловленной исключительно перестановками только четырех пуриновых и пиримидиновых оснований полинуклеотидной цепи ДНК. [c.373]

Несмотря на то, что все известные живые системы объединены общими законами функционирования на молекулярном уровне, в отличие от компьютеров, им не свойственна открытость. Перенос генов между организмами разных таксономических групп в природе резко ограничен. А успешный обмен комплексами дифференцированных геномов в составе клеток, тканей или органов еще более проблематичен. Конкретные живые системы создаются и поддерживаются уникальными системами генов, которые составляют единое целое с контролируемым этими генами фенотипами. Относится это не только к организмам разных видов, но и отдельным особям многоклеточных организмов одного вида, неповторимый фенотип которых определяется многочисленными аллельными вариантами генов популяции и генетическими особенностями онтогенеза. Поэтому наши попытки замены одних генов на другие в геномах живых существ (а именно эти попытки одухотворяют генную инженерию в широком смысле этого термина) неизбежно нарушают систему гомеостаза трансгенного организма, ослабляют его жизненные силы. С учетом таких соображений я весьма скептически отношусь к возможности осуществления скачкообразной генно-инженерной эволюции существующего биологического вида многоклеточных организмов, конечным результатом которой, на мой взгляд, может быть лишь создание курьезных домашних животных и растений, нежизнеспособных в природных условиях. Давайте вспомним, что из-за несопоставимой выживаемости в экстремальных условиях для космического полета всегда отбирают дворовых собак, а не породистых красавцев с искусно подогнанными аллелями. [c.10]

Как видно из данных, представленных в табл. 24, получено довольно большое число клонов, содержащих только ген метилазы. Объясняется это тем, что как известно система RM состоит из двух ферментов — рестриктазы и метилазы. Метилаза защищает клеточную ДНК от воздействия сопряженной рестриктазы. Поэтому в общем случае отдельно можно клонировать только ген метилазы, а в случае рестриктазы необходимо клонировать оба гена одновременно или осуществлять перенос гена рестриктазы в клетки, имеющие соответствующий модифицирующий фермент. Обычная практика осуществления экспериментов направлена на реализацию именно первого подхода. Следует отметить, что во всех исследованных случаях наб- [c.188]

Процессы транспорта, будь то облегченный или активный транспорт, представляются весьма сложными и протекают с участием нескольких мембранных белков. Иногда для описания транспортной системы используют термин пермеаза. В связи с тем что количества белков, вовлеченных в транспорт веществ, незначительны, для изучения транспортных систем были использованы методы генетического анализа. Можно надеяться, чго с помощью этих методов удастся определить число генов, детерминирующих белки, которые участвуют в переносе конкретных соединений через мембраны. [c.358]

Перенос генов был описан для относительно немногих бактерий число их продолжает расти по мере того, как лучше изучаются условия, позволяющие продемонстрировать это явление в лаборатории. В гл. И обсуждаются три известные системы переноса генов трансформация, трансдукция и конъюгация. В некоторых случаях конкретные системы выбирались по той причине, что в них легко осуществим описываемый процесс (например, трансформация у A inetoba ter al oa eti us). В других выбор определялся тем, что данная система изучается во многих лабораториях (например, трансдукция у Е. oli с помощью бактериофага. [c.6]

Примеры процедур генетической трансформации растений, ос нованных на системе переноса генов агробактерий Литература................ [c.404]

Предполагается, что ДНК мертвых клеток ГЕМОМ при попадании в любой биоценоз быстро подвергнется гидролизу ДНКазами почвы или водных экосистем. Поэтому даже если ГЕМОМ выживут, то они не смогут легко передать ДНК при трансформации другим клеткам. Специальные исследования, однако, показали, что ДНК, адсорбированная на частицах почвенной глины, устойчива к действию ДНКаз и может существовать в таком иммобилизованном виде достаточно долго, а затем быть вовлечена в процесс трансформации. Гены в почвенных и водных экосистемах могут быть также перенесены в результате трансдукции. Приведем пример, подтверждающий это. Через год после введения в водную экосистему специфического штамма Pseudomonas sp. В13 в системе обнаружили виды, расщепляющие 3-хлор-бензол (3-ХБ), которые никогда не выделялись из этой экониши до введения туда штамма В13. Более того, в геноме нового изолята обнаружены последовательности, принадлежащие штамму В13, после чего было высказано предположение о том, что новый штамм возник в результате обмена частью генома между аборигенной бактерией и внесенным штаммом В13, не способным утилизировать 3-ХБ. Таким образом, перенос генного материала в природных нишах возможен в течение значительного времени после введения чужеродных генов, и следствием этого может быть изменение пула генов микробиоты данной экосистемы, что отразится на биоразнообразии и стабильности данного сообщества. [c.263]

Возможно, генетические системы этих органелл представляют собой эволюционный тупик. В рамках эндосимбиотической гипотезы это означает, что процесс переноса генов эндосимбионта в ядерный геном хозяина прекратился раньше, чем был завершен может быть, в случае митохондрий эта остановка была результатом сравнительно недавних изменений в генетическом коде митохондрий. Такие изменения, вероятно, сделали бы оставшиеся митохондриальные гены функционально неактивными в случае их переноса в ядро. [c.501]

Учитывая все сказанное выше, остается только предположить, что генетические системы этих органелл представляют собой эволюционный тупик. В рамках эндосимбиотической гипотезы это означает, что процесс переноса генов эндосимбионта в ядерный геном хозяина прекратился раньше, чем был полностью завершен. [c.70]

Недавно создана, по-видимому, универсальная система для конъюгационного переноса генов различных грамотрицательных бактерий. В транспозон Тп5 с помощью методов генетической инженерии был вставлен гпоЬ-сайт плазмиды RP4. Используя обычную технику транспозонного мутагенеза, новый транспозон может быть внедрен в хромосому или криптические плазмиды различных грамотрицательных бактерий. Репликоны клетки-хозяина могут быть мобилизованы, если обеспечена в трансположении Тга-функция RP4. С помощью Тп5-гпоЬ-опосредованного переноса можно осуществлять эксперименты по картированию генов, вероятно, любого вида грамотрицательных бактерий. Кроме того, этот транспозон позволяет метить всевозможные криптические плазмиды с помощью селектируемого маркера устойчивости к канамицину и осуществлять мобилизацию их с высокой частотой в другие штаммы (R. Simon, 1985). [c.114]

С тех пор как в 1962 г. были впервые сконструированы неонкогенные векторы, системы генетической трансформации, основанные на использовании агробактерий и компонентов Ti-и Ri-плазмид, были разработаны для сравнительно небольшого числа видов растений. Большинство фундаментальных исследований по контролю экспрессии нормальных, модифицированных или химерных растительных генов в трансгенных растениях проводилось на Ni otiana taba um. Это не случайность данный факт отражает ту простоту, с которой можно осуществлять манипуляции в культуре табака для получения как эффективной генетической трансформации, так и, что более важно, регенерации трансформированных растений. Хотя у большинства двудольных растений при заражении некоторыми онкогенными штаммами агробактерий образуются опухоли, остается проблема селекции тканей, трансформированных неонкогенной Т-ДНК, и еще большая проблема образования трансформированных побегов из таких тканей. Не следует забывать, что существует множество других подходов к проблеме переноса генов, особенно для однодольных растений, которые не основаны яа использовании агробактерий, и эти подходы обсуждаются в гл. 3. [c.87]

Дальнейший прогресс в понимании механизмов репликации генов, их функционирования и перекомбинации всецело связан с успехами молекулярной генетики. На основе этих исследований родилась новая отрасль науки — генная инженерия, которая позволяет манипулировать индивидуальными генами, получать в пробирке их новые сочетания, получать мутации по желанию экспериментатора, переносить гены одних организмов в клетки других и таким образом конструировать биологические системы, которых никогда не было в природе. [c.17]

Селективную среду ГАТ используют и в системе фибро-бластов, поскольку эффективность переноса гена в эти клетки довольно высока, а частота спонтанной реверсии для линии Ltk очень низка (<10 ). В практическом плане существенным является вопрос о доступности агента, применяемого для селекции. Среда ГАТ хороша тем, что она недорого стоит и ее легко приготовить. Многочисленные линии В- и Т-лимфоцитов, адаптированные для гибридомной техники, обладают фенотипом tk , поэтому данную систему селекции в принципе можно применять и для этих клеточных линий. Однако частота стабильного переноса генов в лимфоидные клетки нередко очень близка к частоте спонтанной реверсии для многих из этих клеточных линий. [c.39]

Биологический смысл природной компетентности бактерий не вполне понятен. Процесс трансформации бактериальных клеток в природных условиях обеспечивает поддержание жизненно важного динамического состояния генома бактериальных клеток. Развитие компетентности тесно сопряжено с рекомбинацией и репарацией бактериальных хромосом и является одним из молекулярных механизмов, обеспечивающих горизонтальный перенос генов у микроорганизмов [204]. В настоящее время имеются указания на то, что донорная ДНК, которая захватывается бактериальными клетками в природных популяциях микроорганизмов, появляется не только из-за случайной гибели клеток. Развитие компетентности, по крайней мере у Strepto o us pneumoniae, индуцирует лизис части клеток этой популяции и освобождение геномной ДНК, а следовательно, процессы освобождения ДНК и ее захвата бактериальными клетками в таких системах координированы [205]. Суммируя данные о биологическом значении природной компетентности бактериальных клеток, можно заключить, что при участии этого процесса происходит обмен генетической информацией в популяциях микроорганизмов, что необходимо для поддержания генетического разнообразия вида и распространения генов, важных для выживания бактерий в изменяющихся условиях окружающей среды. Кроме того, трансформирующая ДНК может участвовать в репарации повреждений бактериальных хромосом после генотоксических воздействий [206]. [c.144]

Перенос транспозонов и плазмид. Трансдуцирующие фаги после введения в них транспозонов приобретают способность интегрироваться в бактериальную хромосому и переносить гены с помощью системы 1ранспозиции. В норме трансдуцируемый ген закрепляется в реципиентной клетке благодаря происходящей в ней Re A-зависимой рекомбинации или Int-зависимой интеграции профага. В то же время фаг X Tn9bio осуществляет перенос гена Ыо в условиях дефектности генов гесК, int и red. Это вызвано тем. Рис. 4.6. Строение ДНК кольцевая ДНК данного фага фак- [c.116]

Сам термин трансгеноз возник еще в начале 70-х годов, значительно ранее того момента, когда он стал использоваться в современном значении этого слова. Первоначально им обозначали перенос генов в клетки, растущие в культуре, т.е. in vitro. В настоящее время этот термин используют преимущественно применительно к переносу генов в целые организмы (система in vivo), а сами такие генетически измененные организмы называют трансгенными. [c.185]

Кроме традиционного (классического) способа введения чужеродной ДНК с помощью микроинъекций в пронуклеус зиготы (о чем шла речь выше), в последние 10 лет получили развитие новые системы и способы переноса генов в геном животных (рис. 64). Их развитие связано в основном с целью возможного повышения эффективности трансгеноза, что особенно важно для дорогостоящих экспериментов в области биотехнологии с/х животных. Показано, например, что эффективность получения с помощью микроинъекций трансгенных коров, по меньшей мере, в 40 раз ниже, чем у мышей (Wall et al., 1997). [c.190]

Большинство трансгенных животных, созданных к настоящему времени, получено путем прямой микроинъекции генов в пронуклеусы зигот, но эффективность переноса генов остается довольно низкой (менее 1 %). Поэтому одной из основных задач в области трансгенной технологии животных является создание такой системы направленного изменения генома, которая бы значительно снизила затраты на их получение. В последние 10 лет в этой области наметился заметный прогресс. Появилось целое поколение генов-ре-портеров, с помощью которых, с одной стороны, можно заранее отобрать трансгенных эмбрионов перед тем как переносить их суррогатной матери для их дальнейшего развития, а с другой стороны, наблюдать лока-пизацию экспрессии генов на разных этапах онтогенеза, в различных тканях и органах, минуя стадию опреде.пения наличия трансгена. [c.198]

В экспериментах с РНК- и ДНК-содержащими вирусами опухолей (начало 70-х годов) выявлена способность вирусов переносить гены в трансформированные клетки. Была сформулирована концепция использования вирусов как переносчиков генов, другими словами, концепция создания векторной системы (рекомбинантная ДНК). Успех, достигнутый в экспериментах с рекомбинантной ДНК, уже к середине 70-х годов дал почти неограниченные возможности в изоляции генов эукариотов (в том числе и человека) и манипуляции с ними. В начале 80-х годов была доказана высокая эффективность переноса генов на основе векторных систем в клетки млекопитающих in vitro и in vivo. [c.293]

В отношении эволюции особо интересна РНК-интерференция — недавно открытая у самых разных эвкариот иммунная система, которая борется с горизонтальным переносом генов Когда в клетку попадает. .. опасный для нее ген, система заставляет его замолчать, распознавая и уничтожая кодируемую им РНК и не трогая мРНК других клеток . А когда чужих генов нет, она переключается на плановое вычеркивание генов из генома это необходимо для правильного развития организма — образования различных типов клеток (Ло И., БартелД. Геномные цензоры // ВМН, 2003, N 11, с. 31-36). [c.249]

У микроорганизмов выявлено огромное число мутаций, которые влияют на их способность изменять поглощение питательных веществ [38]. Здесь мы ограничимся рассмотрением системы, обеспечивающей транспорт калия в Е. oli [45, 47]. Один из мутантов Е. oli нормально живет в 0,1 М растворе К+, но не может существовать при значительно более низких концентрациях этого иона, хотя большинство других штаммов легко переносят такие условия. У штамма Е. oli К 12 обнаружено по крайней мере 6 генов, необходимых для функционирования трех разных систем, обеспечивающих поглощение калия. Две такие системы транспортируют калий внутрь клетки (против градиента концентрации) при сравнительно высоких концентрациях ионов К+ в окружающей среде. Третья система способна накачивать ионы К+ в клетку из среды с очень низкой концентрацией значение, характеризующее полунасыщение системы (/См), составляет приблизительно 10 М. Интересно отметить, что если бактерия растет -в среде с высоким содержанием К+, то система, характеризующаяся высоким сродством к ионам К+, не активна, т. е. соответствующий ген выключен (репрессирован). Однако, если эту бактерию культивировать в среде с очень низкой концентрацией ионов К+, то происходит экспрессия гена и транспортная система начинает функционировать. [c.360]

Генетическая основа системы АВО довольно проста. Синтез гликозилтрансферазы кодируется тремя аллелями (разными формами одного и того же гена). У людей группы А этот фермент переносит на концевой участок антигена группы крови N-ацеталгалактозамин фермент, специфичный для В-аллеля, переносит остаток галактозы. Структурные различия этих двух ферментов, обусловливающие специфичность к субстратам, могут быть весьма незначительными. Ген О, по-видимому, кодирует синтез неактивного фермента. Ген Н отвечает за оинтез фуко-зилтрансферазы, которая достраивает антиген, присоединяя a-L-фуко-зу к галактозе в предшествующей структуре. Люди с неактивным геном Н либо имеют редкую группу крови I, либо содержат другой активный ген Le, кодирующий трансферазу, которая обеспечивает присоединение фукозы связью а-1,4 к N-ацетилглюкозамину. Такие люди имеют группу крови Le , тогда как люди с двумя активными генами Н и Le имеют группу крови Le . [c.376]

Обычно активные центры ферментов включают части всех структурных доменов глобулярного белка. Активные центры всех известных мультидоменных белков (табл. 5.2) расположены между доменами (рис. 4.1). Эти домены определяются не только как глобулярные области, разделенные полостью активного центра, но имеют и другое характерное для доменов свойство — они связаны между собой только одной пептидной цепью (табл. 5.2). Субстраты и кофакторы обычно присоединяются к разным доменам. В случае NAD связывающий кофактор домен всегда имеет ту же самую с довольно развитой открытой поверхностью топологию н NAD присоединяется в эквивалентных положениях (рис. 5.17, б), что является результатом эволюции [254, 255]. Кроме того, этот домен обнаружен на N-конце трех дегидрогеназ и одной киназы [230— 233, 235], а также на С-концевой половине четвертой дегидрогеназы [234] и в средней части фосфорилазы [236], что указывает на возможность дупликации соответствующего гена и его переноса в другое место генома. Все эти факты, включение в активный центр частей различных доменов, наличие кофакторепецифичных доменов и возможность переноса домена дают основание предположить, что ферменты конструируются с использованием модульной системы кофактор и субстратспецифичные домены, необходимые для обеспечения заданной функции, отбираются и объединяются в одной цепи глобулярного белка [124, 256]. [c.117]

Молекулярная биотехнология — это увлекательнейшая область научных исследований, с появлением которой произошел настоящий переворот во взаимоотношениях человека с живой природой. В ее основе лежит перенос единиц наследственности (генов) из одного организма в другой, осуш ествляемый методами генной инженерии (технология рекомбинантных ДНК). В большинстве случаев целью такого переноса является создание нового продукта или получение уже известного продукта в промышленных масштабах. В ч. I мы познакомим читателя с концепциями молекулярной биотехнологии и теми микроорганизмами, которые в ней используются, с основами молекулярной биологии и методологией рекомбинантных ДНК. Будут описаны такие методы, как химический синтез генов, полимеразная цепная реакция (ПЦР), определение нуклеотидной последовательности (секвенирование) ДНК. Помимо успешного клонирования нужного гена очень важно обеспечить его правильное функционирование в организме нового хозяина, поэтому мы остановимся также на способах оптимизации работы клонированных генов в про- и эукариотических системах. И наконец, мы рассмотрим, как можно улучшить свойства конечных продуктов, модифицируя клонированные гены путем введения в них специфических нуклеотидных замен (мутагенез in vitro). В целом материал, изложенный в первой части, служит фундаментом, который позволяет понять различные аспекты конкретных применений молекулярной биотехнологии. [c.13]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология