დნმ-ის კლონირება: განმარტება, პროცესი, მაგალითები

შესაძლებელია მთელი ორგანიზმების კლონირება, როგორიცაა ცხვარი დოლი, მაგრამ დნმ-ის კლონირება განსხვავებულია. იგი იყენებს მოლეკულურ ბიოლოგიის ტექნიკას დასამზადებლად დნმ-ის მიმდევრობის ან ცალკეული გენების იდენტური ასლები.

გენეტიკური ინჟინერიის მეთოდების გამოყენებით ხდება დნმ – ის გენეტიკური კოდის სეგმენტების გამოყოფა და იზოლირება. შემდეგ დნმ-ის კლონირება ასლის ნუკლეინის მჟავა მიმდევრობები სეგმენტებში.

შედეგად მიღებული იდენტური ასლები შეიძლება გამოყენებულ იქნას შემდგომი კვლევისთვის ან ბიოტექნოლოგიური პროგრამებისთვის. ხშირად დაკოპირებული გენი აკოდირებს ცილას, რომელსაც შეუძლია სამედიცინო მკურნალობის ნაწილი გახდეს. დნმ ტექნოლოგია, მათ შორის დნმ-ის კლონირება ხელს უწყობს იმის გაგებას, თუ როგორ მოქმედებს გენები და როგორ მოქმედებს ადამიანის გენეტიკური კოდი სხეულის მუშაობაზე.

დნმ-ის კლონირება: განმარტება და პროცესის მიმოხილვა

დნმ-ის კლონირება არის ქრომოსომებში განლაგებული დნმ სეგმენტების იდენტური ასლების მოლეკულური ბიოლოგიის პროცესი, რომელიც შეიცავს მოწინავე ორგანიზმების გენეტიკურ კოდს.

პროცესი წარმოქმნის დიდ რაოდენობას

სამიზნე დნმ თანმიმდევრობა. დნმ-ის კლონირების მიზანია სამიზნე დნმ-ს თანმიმდევრობის წარმოება ან სამიზნე თანმიმდევრობებში დაშიფრული ცილების წარმოება.

დნმ-ის კლონირების დროს გამოყენებულ ორ მეთოდს უწოდებენ პლაზმიდის ვექტორი და პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია (PCR). იმ პლაზმიდის ვექტორი მეთოდით, დნმ – ის ძაფების მოჭრა ხდება შეზღუდვის ფერმენტები დნმ – ის ფრაგმენტების წარმოსაქმნელად და შედეგად მიღებული სეგმენტები შეჰყავთ კლონირების ვექტორებში, რომელსაც ეწოდება პლაზმიდები, შემდგომი დუბლირებისთვის. პლაზმიდები მოთავსებულია ბაქტერიულ უჯრედებში, რომლებიც შემდეგ წარმოქმნიან დნმ-ის ასლებს ან კოდირებულ ცილებს.

იმ PCR მეთოდი, დნმ – ის ძაფების დუბლირების სეგმენტი აღინიშნება ფერმენტებით, რომლებსაც ე.წ. პრაიმერები. პოლიმერაზას ფერმენტი ქმნის დნმ – ის სტრიქონის აღნიშნულ ნაწილის ასლებს. ეს მეთოდი არ იყენებს შეზღუდვის ფერმენტებს და შეუძლია კლონირებული დნმ წარმოქმნას მცირე ნიმუშებიდან. ზოგჯერ დნმ-ის ტექნოლოგიის ორი მეთოდი გამოიყენება ერთად, რომ რეაქციაში თითოეული მათგანის საუკეთესო თვისებები იყოს გათვალისწინებული.

პლაზმიდის ვექტორის მეთოდი

მეთოდის ვექტორი აღნიშნავს პლაზმიდს, რომელიც გამოიყენება კლონირებისთვის სამიზნე დნმ სეგმენტის დასაკავებლად. პლაზმიდები მცირე წრიული ძაფებია არაქრომოსომული დნმ გვხვდება მრავალ ორგანიზმში, მათ შორის ბაქტერიებსა და ვირუსებში.

ბაქტერიული პლაზმიდები არის ვექტორი, რომელიც გამოიყენება სამიზნე დნმ სეგმენტის ბაქტერიულ უჯრედებში შემდგომი დუბლირებისთვის.

სამიზნე დნმ-ის შერჩევა და იზოლაცია: დნმ – ის კლონირების პროცესის დაწყებამდე უნდა განისაზღვროს დნმ – ის თანმიმდევრობა, განსაკუთრებით დნმ – ის სეგმენტების დასაწყისი და ბოლოები.

ასეთი დნმ თანმიმდევრობა შეიძლება მოიძებნოს ცნობილი კლონირებული დნმ – ის გამოყენებით, ცნობილი თანმიმდევრობით ან სამიზნე დნმ თანმიმდევრობით წარმოქმნილი ცილის შესწავლით. თანმიმდევრობის დადგენისთანავე შეიძლება გამოყენებულ იქნას შესაბამისი შეზღუდვის ფერმენტები.

სამიზნე დნმ-ის შემცირება ფერმენტებით: შეზღუდვის ფერმენტები შეირჩევა სამიზნე თანმიმდევრობის დასაწყისში და ბოლოს დნმ-ის კოდის მოსაძებნად.

როდესაც შემზღუდველი ფერმენტები პოულობენ ბაზის წყვილთა სპეციალურ დაშიფრულ მიმდევრობას, რომელსაც ეწოდება შეზღუდვის ადგილები, ისინი მიამაგრეთ დნმ იმ ადგილას და ქარიშხლეთ დნმ მოლეკულის გარშემო ღერი მოჭრილი დნმ-ის სეგმენტები, რომლებიც შეიცავს სამიზნე თანმიმდევრობას, ახლა ხელმისაწვდომია დუბლირებისთვის.

პლაზმიდის ვექტორის არჩევა და სამიზნე დნმ-ის ჩასმა: შესაფერისი პლაზმიდი იდეალურად შეიცავს იგივე დნმ-ის კოდირების თანმიმდევრობას, როგორც დნმ-ის ძაფს, საიდანაც მოჭრილი იყო სამიზნე დნმ. პლაზმიდის მრგვალი დნმ – ის ძაფი იჭრება იმავე შეზღუდვის ფერმენტებით, რომლებიც გამოყენებული იქნა სამიზნე დნმ – ის ჭრისთვის.

დნმ ლიგაზას ფერმენტი გამოიყენება დნმ სეგმენტის დაკავშირების ხელშესაწყობად, ხოლო სამიზნე დნმ სეგმენტის ბოლოები უკავშირდება პლაზმური დნმ-ის დაჭრილ ბოლოებს. სამიზნე დნმ ახლა წარმოადგენს წრიული პლაზმური დნმ – ის სტრიქონს.

პლაზმიდის შეყვანა ბაქტერიულ უჯრედში: მას შემდეგ, რაც პლაზმიდი შეიცავს დნმ-ის კლონირებას, რეალური კლონირება შეიძლება მოხდეს ე.წ. პროცესის გამოყენებით ბაქტერიული ტრანსფორმაცია. პლაზმიდები შეჰყავთ ბაქტერიულ უჯრედში, როგორიცაა E. კოლი და უჯრედები ახალი დნმ სეგმენტებით დაიწყებენ ასლებისა და შესაბამისი ცილების წარმოებას.

ბაქტერიული ტრანსფორმაციის დროს მასპინძელი უჯრედები და პლაზმიდები ერთად ინკუბაციას ახორციელებენ სხეულის ტემპერატურაზე დაახლოებით 12 საათის განმავლობაში. უჯრედები შთანთქავენ პლაზმის ზოგიერთ ნაწილს და განიხილავენ მათ, როგორც საკუთარ პლაზმურ დნმ-ს.

კლონირებული დნმ-ისა და ცილების აღება: დნმ-ის კლონირებისთვის გამოყენებული პლაზმენტების უმეტესობას აქვს ანტიბიოტიკების რეზისტენტობის გენები ჩართულია მათ დნმ-ში. რადგან ბაქტერიული უჯრედები შთანთქავენ ახალ პლაზმიდებს, ისინი რეზისტენტულები ხდებიან ანტიბიოტიკების მიმართ.

როდესაც კულტურა ანტიბიოტიკებით მკურნალობენ, მხოლოდ ის უჯრედები გადარჩებიან, რომლებმაც ახალი პლაზმიდები შეიწოვეს. შედეგი არის ბაქტერიული უჯრედების სუფთა კულტურა კლონირებული დნმ-ით. ამის შემდეგ შეიძლება დნმ-ის მოკრეფა ან შესაბამისი ცილის წარმოება.

PCR (პოლიმერაზული ჯაჭვური რეაქცია) მეთოდი

PCR მეთოდი უფრო მარტივია და ასლის არსებულ დნმ-ს. ეს არ საჭიროებს შეზღუდვას ფერმენტების ჭრას ან ჩასმას პლაზმიდიდნმ თანმიმდევრობები. ეს განსაკუთრებით შესაფერისია დნმ-ის ნიმუშების კლონირებისთვის, შეზღუდული რაოდენობის დნმ-ის ძაფებით. მიუხედავად იმისა, რომ მეთოდს შეუძლია დნმ-ის კლონირება, იგი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას შესაბამისი ცილის წარმოებისთვის.

დნმ-ის ძაფების მოხსნა: ქრომოსომებში დნმ მჭიდროდ არის გახვეული ორმაგი სპირალის სტრუქტურაში. დნმ-ის გათბობა 96 გრადუსამდე პროცესში ე.წ. დენატურაცია ახდენს დნმ-ის მოლეკულის გაუქმებას და განცალკევებას ორ ძაფად. ეს გამოყოფა საჭიროა, რადგან ერთდროულად შეიძლება დნმ-ის მხოლოდ ერთი ძაფის კლონირება.

პრაიმერების შერჩევა: პლაზმური ვექტორის დნმ – ის კლონირების მსგავსად, დნმ – ის კლონირების თანმიმდევრობა უნდა განისაზღვროს დნმ – ის სეგმენტების დასაწყისისა და ბოლოების განსაკუთრებული აქცენტით. პრაიმერები არის ფერმენტები, რომლებიც ემატება დნმ-ის კოდების სპეციფიკურ მიმდევრობებს და ისინი უნდა შეირჩეს სამიზნე დნმ სეგმენტების აღსანიშნავად. სწორი პრაიმერები დნმ-ის მოლეკულის მიმდევრობებს დაერთვება სამიზნე სეგმენტების საწყისებისა და ბოლოების აღსანიშნავად.

რეაქციის ანელირება პრაიმერების დასაკავშირებლად: რეაქციის გაგრილება დაახლოებით 55 გრადუს ცელსიუსამდე ეწოდება ანელირება. რეაქციის გაცივებისთანავე, პრაიმერები ააქტიურებენ და დნმ – ის ძაფს ანიჭებენ სამიზნე დნმ – სეგმენტის თითოეულ ბოლოს. პრაიმერები მხოლოდ მარკერების როლს ასრულებენ და დნმ – ის ძაფის დაჭრა არ არის საჭირო.

სამიზნე დნმ სეგმენტის იდენტური ასლების წარმოება: პროცესში ე.წ. გაფართოება, რეაქციას ემატება სითბოს მგრძნობიარე TAQ პოლიმერაზას ფერმენტი. შემდეგ რეაქცია თბება 72 გრადუს ცელსიუსზე, ააქტიურებს ფერმენტს. აქტიური დნმ პოლიმერაზას ფერმენტი უერთდება პრაიმერებს და ასლის მათ შორის დნმ თანმიმდევრობას. დასრულებულია დნმ-ის თანმიმდევრობისა და კლონირების საწყისი პროცესი.

კლონირებული დნმ-ის მოსავლიანობის გაზრდა: თავდაპირველი ანელებისა და გაფართოების პროცესი ქმნის შედარებით მცირე ასლებს ხელმისაწვდომი დნმ-ის ბოჭკოვანი სეგმენტებისგან. მოსავლიანობის გაზრდის მიზნით, დნმ – ის დამატებითი რეპლიკაციის საშუალებით, რეაქცია კვლავ ცივდება, რომ პრაიმერები ხელახლა გააქტიურდეს და დნმ – ის სხვა ძაფებთან მიერთდეს.

შემდეგ, რეაქციის ხელახალი გაცხელება კვლავ ააქტიურებს პოლიმერაზას ფერმენტს და იწარმოება მეტი ასლი. ამ ციკლის განმეორება შესაძლებელია 25 – დან 30 – ჯერ.

ერთად იყენებენ პლაზმიდის ვექტორს და PCR დნმ-ს კლონირების მეთოდებს

პლაზმიდის ვექტორული მეთოდი ეყრდნობა დნმ-ის თავდაპირველ მარაგს პლაზმიდებში ჭრის და ჩასმაში. ძალიან მცირე ორიგინალური დნმ იწვევს ნაკლებ პლაზმიდებს და ნელი იწყება კლონირებული დნმ – ის წარმოება.

PCR მეთოდით შესაძლებელია დიდი რაოდენობით დნმ – ის წარმოება რამდენიმე ორიგინალური დნმ – ის სტრიქონებიდან, მაგრამ იმის გამო, რომ დნმ არ არის ჩადებული ბაქტერიულ უჯრედში, ცილის წარმოება შეუძლებელია.

დნმ – ის ფრაგმენტებში დაშიფრული ცილის წარმოებისათვის, რომელიც უნდა მოხდეს კლონირებისთვის მცირე დნმ – ის ნიმუშიდან, ორი მეთოდი შეიძლება გამოყენებულ იქნას ერთად და მათ შეუძლიათ ავსებენ ერთმანეთს. თავდაპირველად PCR მეთოდი გამოიყენება მცირე ზომის ნიმუშიდან დნმ-ის კლონირებისა და მრავალი ასლის შესაქმნელად.

შემდეგ PCR პროდუქტებს იყენებენ პლაზმური ვექტორის მეთოდით წარმოქმნილი დნმ-ის ბაქტერიულ უჯრედებში ჩასასმელად, რომელიც გამოიმუშავებს სასურველ ცილას.

ბიოტექნოლოგიის დნმ კლონირების მაგალითები

მოლეკულური ბიოლოგია იყენებს გენის კლონირებას და დნმ – ის რეპლიკაციას სამედიცინო და კომერციული მიზნებისთვის. კლონირებული დნმ თანმიმდევრობის მქონე ბაქტერიები გამოიყენება მედიკამენტების წარმოსაქმნელად და იმ ნივთიერებების შესაცვლელად, რომელთა გენეტიკური აშლილობის მქონე ადამიანებს თავად არ შეუძლიათ წარმოება.

ტიპიური გამოყენება მოიცავს:

  • გენი ადამიანის ინსულინი კლონირდება ბაქტერიებში, რომლებიც შემდეგ წარმოქმნიან ინსულინს, რომელსაც იყენებენ დიაბეტიანები.
  • ქსოვილის პლაზმინოგენის აქტივატორი წარმოიქმნება კლონირებული დნმ-ისგან და გამოიყენება დასახმარებლად ხელს უშლის თრომბებს.
  • ადამიანის ზრდის ჰორმონი შეიძლება წარმოიქმნას და მიეცეს ადამიანებს, რომლებსაც თავად არ შეუძლიათ ამის წარმოება.

ბიოტექნოლოგია ასევე იყენებს სოფლის მეურნეობაში გენების კლონირებას მცენარეთა და ცხოველთა ახალი მახასიათებლების შესაქმნელად ან არსებული მახასიათებლების გასაზრდელად. რაც უფრო მეტი გენის კლონირება ხდება, შესაძლო გამოყენების რაოდენობა ექსპონენციალურად იზრდება.

დნმ-ის კლონირების მაგალითები კვლევისთვის

დნმ-ის მოლეკულები ცოცხალ უჯრედში წარმოადგენენ მასალის მცირე ნაწილს და ძნელია მრავალი გენის გავლენის გამოყოფა. დნმ – ის კლონირების მეთოდით დიდი რაოდენობით დნმ – ის სპეციფიკური თანმიმდევრობა შემოდის შესასწავლად და დნმ – ი აწარმოებს ცილებს, ისევე როგორც ეს წარმოიქმნა თავდაპირველ უჯრედში. დნმ-ის კლონირება საშუალებას იძლევა ამ ოპერაციის შესწავლა სხვადასხვა გენისთვის იზოლირებულად.

ტიპიური კვლევისა და დნმ ტექნოლოგიის პროგრამებში შედის გამოკვლევა:

  • გენის ფუნქცია.
  • გენის მუტაციები.
  • გენის გამოხატვა.
  • გენური პროდუქტები.
  • გენეტიკური დეფექტები.

როდესაც უფრო მეტი დნმ-ის მიმდევრობა ხდება, უფრო ადვილია დამატებითი თანმიმდევრობის პოვნა და კლონირება. არსებული კლონირებული დნმ სეგმენტების გამოყენებით შეიძლება დადგინდეს, ემთხვევა თუ არა ახალი სეგმენტი ძველს და რომელი ნაწილები განსხვავდება. დნმ-ის სამიზნე თანმიმდევრობის დადგენა უფრო სწრაფი და ზუსტია.

დნმ კლონირების მაგალითები გენური თერაპიისთვის

შიგნით გენური თერაპია, კლონირებული გენი წარმოდგენილია ორგანიზმის უჯრედებში, რომლის ბუნებრივი გენიც დაზიანებულია. სასიცოცხლო მნიშვნელობის გენი, რომელიც გამოიმუშავებს ორგანიზმის სპეციფიკური ფუნქციისთვის საჭირო ცილას, შეიძლება მუტაცია მოახდინოს, შეიცვალოს სხივებით ან ვირუსებით იმოქმედოს მასზე.

როდესაც გენი არ მუშაობს სწორად, უჯრედს მნიშვნელოვანი ნივთიერება აკლია. გენური თერაპია ცდილობს შეცვალეთ გენი კლონირებული ვერსიით, რომელიც გამოიმუშავებს საჭირო ნივთიერებას.

გენური თერაპია ჯერ კიდევ ექსპერიმენტულია და რამდენიმე პაციენტი განიკურნა ამ ტექნიკის გამოყენებით. პრობლემები მდგომარეობს სამედიცინო მდგომარეობაზე პასუხისმგებელი ერთი გენის იდენტიფიცირებაში და გენის მრავალი ასლის სწორ უჯრედებში მიწოდებაში. მას შემდეგ, რაც დნმ – ის კლონირება უფრო ფართოდ გავრცელდა, გენური თერაპია რამდენიმე სპეციფიკურ სიტუაციაში იქნა გამოყენებული.

ბოლოდროინდელი წარმატებული პროგრამები მოიცავს:

  • Პარკინსონის დაავადება: ვირუსის ვექტორის გამოყენებით პარკინსონის დაავადებასთან დაკავშირებული გენი გაუკეთეს პაციენტების შუა ტვინში. პაციენტებმა განიცადეს გაუმჯობესებული მოტორული უნარები გვერდითი მოვლენების გარეშე.
  • ადენოზინ დეამინაზას (ADA) დეფიციტი: გენეტიკური იმუნური აშლილობა მკურნალობდა პაციენტების სისხლის ღეროვანი უჯრედების მოცილებით და ADA გენის შეყვანით. შედეგად, პაციენტებს შეეძლოთ მინიმუმ საკუთარი ADA წარმოება.
  • ჰემოფილია: ჰემოფილიით დაავადებული ადამიანები არ წარმოქმნიან სპეციფიკურ ცილებს, რომლებიც სისხლის შედედებას ეხმარება. პაციენტთა ღვიძლის უჯრედებში შეიტანეს ერთ-ერთი დაკარგული ცილის წარმოქმნის გენი. პაციენტებმა პროტეინი გამოიმუშავეს და სისხლდენის შემთხვევები შემცირდა.

გენური თერაპია არის დნმ – ის კლონირების ერთ – ერთი ყველაზე პერსპექტიული პროგრამა, მაგრამ სხვა ახალი გამოყენება, სავარაუდოდ, მრავლდება, რადგან უფრო მეტი დნმ – ის თანმიმდევრობა შეისწავლება და მათი ფუნქცია განისაზღვრება. დნმ – ის კლონირება აწვდის ნედლეულს გენეტიკური ინჟინერიისთვის საჭირო რაოდენობით.

როდესაც გენების როლი ცნობილია და მათი სათანადო ფუნქცია შეიძლება უზრუნველყოფილი იყოს დეფექტების შეცვლით გენები, მრავალი ქრონიკული დაავადება და კიბოც კი შეიძლება თავს დაესხნენ და მკურნალობა გენეტიკური დონეზე დნმ-ის გამოყენებით ტექნოლოგია

დაკავშირებული შინაარსი:

  • კოლონიის მახასიათებლები E.Coli (Escherichia Coli)
  • RNA: განმარტება, ფუნქცია, სტრუქტურა
  • გაზიარება
instagram viewer