Проблема нокаута гена доклад
Обновлено: 18.05.2024
Презентация на тему: " Генная инженерия. Возможности генной инженерии.. Нокаут гена. Для изучения функции того или иного гена может быть применен нокаут гена (gene knockout)." — Транскрипт:
1 Генная инженерия. Возможности генной инженерии.
2 Нокаут гена. Для изучения функции того или иного гена может быть применен нокаут гена (gene knockout). Так называется техника удаления одного или большего количества генов, что позволяет исследовать последствия подобной мутации. Для нокаута синтезируют такой же ген или его фрагмент, изменённый так, чтобы продукт гена потерял свою функцию
3 Для получения нокаутных мышей полученную генно-инженерную конструкцию вводят в эмбриональные стволовые клетки, где конструкция подвергается соматической рекомбинации и замещает нормальный ген, а измененные клетки имплантируют в бластоцисту суррогатной матери. У плодовой мушки дрозофилы мутации инициируют в большой популяции, в которой затем ищут потомство с нужной мутацией. Сходным способом получают нокаут у растений и микроорганизмов.
4 Искусственная экспрессия. Логичным дополнением нокаута является искусственная экспрессия, то есть добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов. В сущности процесс введения дополнительных генов таков же, как и при нокауте, но существующие гены не замещаются и не повреждаются.
6 Хотя и в небольшом масштабе, генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.
7 Сельское хозяйство. Генная инженерия используется для создания новых сортов растений, устойчивых к неблагоприятным условиям среды и вредителям, обладающих лучшими ростовыми и вкусовыми качествами.
8 Создаваемые новые породы животных отличаются, в частности, ускоренным ростом и продуктивностью. Созданы сорта и породы, продукты из которых обладают высокой питательной ценностью и содержат повышенные количества незамени мых аминокислот и витами нов.
9 Проходят испытания генетически модифицированные сорта лесных пород со значительным содержанием целл юлозы в древесине и быстрым ростом.
10 Разрабатываются генетически модифицирован ные бактерии, способные производить экологически чистое топливо.
Новость
Авторы
Редакторы
Использование метода направленного изменения генов позволяет вносить практически любые модификации в последовательность ДНК мышей, что даёт учёным возможность изучать функционирование отдельных генов в норме и патологии. При помощи этого метода уже создано более пятисот мышиных моделей человеческих заболеваний, включая сердечно-сосудистые, нейродегенеративные, рак и диабет.
Изменение генов посредством гомологичной рекомбинации
Информация о развитии и работе нашего организма на протяжении всей его жизни содержится в ДНК. ДНК упакована в хромосомы, которые представлены парами — одна хромосома наследуется от отца, другая — от матери. Обмен генетической информацией (последовательностями ДНК) между хромосомами в паре увеличивает генетическое разнообразие популяций и происходит за счёт гомологичной рекомбинации. Этот процесс, открытый у бактерий ещё в 1958 г. другим нобелевским лауреатом, Джошуа Ледербергом, свойственен всем живым организмам и необходим для их эволюции.
Марио Капеччи и Оливер Смитис прозорливо полагали, что гомологичная рекомбинация может быть использована для специфического изменения генов в клетках млекопитающих, и оба последовательно работали для достижения этой цели.
Эмбриональные стволовые клетки — материал мышиной зародышевой линии
Тип клеток, изначально использовавшихся в исследованиях Капеччи и Смитиса, не мог служить для создания животного с направленно модифицированными генами. Для этого требовался другой тип клеток — такой, который мог бы дать начало зародышевой линии. Только в этом случае изменения ДНК смогут наследоваться.
Мартин Эванс работал с клетками мышиной эмбриональной карциномы (ЭК), которые, хотя и происходили от клеток опухоли, могли давать начало практически любому типу клеток. Он придумал использовать клетки ЭК как транспортное средство для внесения генетического материала в мышиную зародышевую линию. Его первоначальные попытки окончились неудачей, поскольку клетки ЭК имели необычный набор хромосом и поэтому не могли дать начало зародышевой линии. В поисках альтернативы, Эванс обнаружил, что нормальную по числу хромосом культуру клеток можно получить из ранних мышиных эмбрионов. Теперь эти клетки называют эмбриональными стволовыми (ЭС) клетками.
Эванс начал модифицировать полученные стволовые клетки, и для этой цели избрал ретровирусы, способные встраивать собственные гены в хромосомную ДНК клетки. Ему удалось показать перенос ретровирусной ДНК из ЭС клеток, через мозаичную мышь в зародышевую линию мышей. Эванс успешно использовал эмбриональные стволовые клетки для создания мыши, несущей новый генетический материал.
Рисунок 1а. Схема направленного изменения генов в мышах (шаг 1)
Новость
Авторы
Редакторы
Использование метода направленного изменения генов позволяет вносить практически любые модификации в последовательность ДНК мышей, что даёт учёным возможность изучать функционирование отдельных генов в норме и патологии. При помощи этого метода уже создано более пятисот мышиных моделей человеческих заболеваний, включая сердечно-сосудистые, нейродегенеративные, рак и диабет.
Изменение генов посредством гомологичной рекомбинации
Информация о развитии и работе нашего организма на протяжении всей его жизни содержится в ДНК. ДНК упакована в хромосомы, которые представлены парами — одна хромосома наследуется от отца, другая — от матери. Обмен генетической информацией (последовательностями ДНК) между хромосомами в паре увеличивает генетическое разнообразие популяций и происходит за счёт гомологичной рекомбинации. Этот процесс, открытый у бактерий ещё в 1958 г. другим нобелевским лауреатом, Джошуа Ледербергом, свойственен всем живым организмам и необходим для их эволюции.
Марио Капеччи и Оливер Смитис прозорливо полагали, что гомологичная рекомбинация может быть использована для специфического изменения генов в клетках млекопитающих, и оба последовательно работали для достижения этой цели.
Эмбриональные стволовые клетки — материал мышиной зародышевой линии
Тип клеток, изначально использовавшихся в исследованиях Капеччи и Смитиса, не мог служить для создания животного с направленно модифицированными генами. Для этого требовался другой тип клеток — такой, который мог бы дать начало зародышевой линии. Только в этом случае изменения ДНК смогут наследоваться.
Мартин Эванс работал с клетками мышиной эмбриональной карциномы (ЭК), которые, хотя и происходили от клеток опухоли, могли давать начало практически любому типу клеток. Он придумал использовать клетки ЭК как транспортное средство для внесения генетического материала в мышиную зародышевую линию. Его первоначальные попытки окончились неудачей, поскольку клетки ЭК имели необычный набор хромосом и поэтому не могли дать начало зародышевой линии. В поисках альтернативы, Эванс обнаружил, что нормальную по числу хромосом культуру клеток можно получить из ранних мышиных эмбрионов. Теперь эти клетки называют эмбриональными стволовыми (ЭС) клетками.
Эванс начал модифицировать полученные стволовые клетки, и для этой цели избрал ретровирусы, способные встраивать собственные гены в хромосомную ДНК клетки. Ему удалось показать перенос ретровирусной ДНК из ЭС клеток, через мозаичную мышь в зародышевую линию мышей. Эванс успешно использовал эмбриональные стволовые клетки для создания мыши, несущей новый генетический материал.
Рисунок 1а. Схема направленного изменения генов в мышах (шаг 1)
Мартин Эванс родился в Великобритании в 1941 году и учился в Кембридже и в Университетском колледже в Лондоне. Он работал в Университетском колледже (1966–1978) и в Кембридже (1978–1999), а с 1999 года работает в Кардиффском университете в Уэльсе. В 2004 году Мартин Эванс был посвящен королевой Елизаветой II в рыцари за заслуги перед медициной.
Метод нокаута генов позволяет получать линии нокаутных мышей (knock-out mice, knockout mice) — мутантных мышей, у которых выключены определенные гены. Этот метод позволяет исследовать роль каждого конкретного гена в развитии организма и в его нормальной и патологической работе и изучать различные человеческие болезни, используя мышей в качестве модельных объектов. Выключенный ген приводит к тем или иным нарушениям. Характер этих нарушений позволяет судить о функциях данного гена. С тех пор как эта методика была разработана, ее применение позволило создать тысячи различных линий нокаутных мышей, из которых несколько сотен служат модельными объектами для изучения человеческих болезней, в частности заболеваний сердечно-сосудистой и нервной систем и злокачественных опухолей.
В основе метода лежит явление гомологичной рекомбинации — обмена соответствующими участками между парами гомологичных хромосом. Марио Капекки и Оливер Смитис независимо друг от друга изобрели способ выключения (нокаутирования) генов за счет гомологичной рекомбинации с участием искусственно синтезированных фрагментов ДНК, имеющих определенную последовательность нуклеотидов, соответствующую участку одного из генов, но некоторым образом видоизмененную. Такие фрагменты вводят в выращиваемые в культуре (то есть в искусственной среде отдельно от организма) клетки посредством электропорации — через поры в клеточной мембране, созданные искусственно с помощью электрического поля. За счет рекомбинации в некоторых из клеток культуры введенная последовательность внедряется в хромосому на место нормальной.
Если видоизменить внедряемую последовательность определенным образом, то на основе испорченного таким образом гена у получивших этот ген клеток будет синтезироваться нефункциональный (не выполняющий своей функции) белок, или вообще не будет синтезироваться никакого белка. Если видоизменить исходную последовательность, не только испортив некоторый ген, но и добавив другой ген, не свойственный мышиным клеткам и делающий их устойчивыми к действию некоторого антибиотика, рекомбинантные клетки можно легко отделить от остальных, подействовав на культуру данным антибиотиком, и получить таким образом культуру рекомбинантных клеток. Капекки и Смитис научились выключать с помощью этого метода гены в культурах клеток, но разработанная ими технология еще не позволяла получать нокаутные многоклеточные организмы.
Мартин Эванс, который около 1980 года одним из первых разработал способ выращивания в культуре эмбриональных стволовых (недифференцированных) клеток мышей, впоследствии изобрел метод, позволяющий передавать определенные гены потомству мышей, этими генами не обладающих. Он вводил стволовые клетки, полученные из эмбрионов мышей одной линии, в эмбрионы мышей другой линии и, используя какую-либо мышь в качестве суррогатной матери, вынашивающей эти эмбрионы, получал химерных мышей (состоящих из клеток, полученных от разных организмов). У некоторых из них предшественники гамет (половых клеток) были потомками инъецированных в эмбрионы стволовых клеток. Потомству таких химер доставались гены той линии, от которой были взяты стволовые клетки. Отбирая потомков химер, обладающих признаками этой линии, Эванс получил мышей, генетически идентичных инъецированным ранее в эмбрионы стволовым клеткам.
Затем Эванс модифицировал этот метод для получения трансгенных мышей (то есть мышей с искусственно внедренными генами), добавляя гены в хромосомы инъецируемых стволовых клеток c помощью ретровирусов (вирусов, гены которых встраиваются в хромосомы клеток хозяина). Потомки химер, полученных таким способом, если у этих химер предшественники половых клеток образовывались из инъецированных в эмбрион стволовых клеток, оказывались носителями внедренного в стволовые клетки гена.
Достижения Эванса сделали возможным создание мышей, у которых определенный ген был бы выключен посредством нокаутирования за счет гомологичной рекомбинации с участием искусственно синтезированных фрагментов ДНК, то есть объединив метод Эванса с методом Капекки и Смитиса — нокаутируя гены в инъецируемых в эмбрион стволовых клетках. Именно в лабораториях Капекки и Смитиса (снова независимо, и в разных вариантах) подобный модифицированный метод и был впервые применен на практике, положив начало множеству работ с нокаутными мышами.
Применение метода нокаута генов стало особенно актуальным в последние годы, после завершения секвенирования (прочтения последовательности) полных геномов как человека (2003), так и мыши (2002), а также ряда других видов животных. Последовательно нокаутируя различные гены в пределах мышиного генома, исследователи выясняют функции каждого из них. Учитывая, что у человека и мыши очень многие гены сходны и выполняют одни и те же функции, нокаутные мыши предоставляют исследователям богатый материал для изучения роли генов в нормальном развитии и жизни человеческого организма и в патологических процессах. По-видимому, рано или поздно благодаря методу нокаута генов удастся изучить свойства всех (нескольких десятков тысяч) генов мышиного генома. Работы в этом направлении ведутся во многих странах мира, не исключая и Россию.
Метод нокаута генов можно применять не только на мышах, но и на других животных. Однако именно нокаутные мыши нашли особенно широкое применение — в связи с тем, что они эволюционно (и, соответственно, генетически) довольно близки к человеку, а получить нокаутные линии у них намного проще, чем у большинства других лабораторных животных. В частности, у крыс первые нокаутные линии были получены только в 2003 году, через много лет после создания первых нокаутных мышей.
Церемония награждения Нобелевскими премиями состоится, как обычно, 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля (1896), в Стокгольме.
В прошлом году Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили Эндрю Файр (Andrew Z. Fire) и Крейг Мелло (Craig C. Mello) за открытие другого пути выключения генов — РНК-интерференции, которая может происходить даже на поздних стадиях развития организма под действием участка двухцепочечной РНК, последовательность нуклеотидов в котором соответствует фрагменту выключаемого гена. При этом выключение происходит не за счет повреждения самого гена в хромосоме, а за счет уничожения считанных с него матричных РНК. Их уничтожение не позволяет синтезировать белок, кодируемый данным геном.
Источник: Alison Abbott. Biologists claim Nobel prize with a knock-out // Nature News. Published online 9 October 2007.
Читайте также: