ძირითადი მასალა
კურსი: ბიოლოგია > თემა 19
გაკვეთილი 1: პროკარიოტების სტრუქტურაპროკარიოტების გამრავლება და ბიოტექნოლოგია
როგორ ხდება პროკარიოტების გამრავლება უბრალო გაყოფით. ბაქტერია E. coli -ის გამოყენება მოლეკულურ ბიოლოგიაში.
საკვანძო საკითხები:
- პროკარიოტები (ბაქტერიები და არქეები) მრავლდებიან უსქესოდ, უბრალო გაყოფის გზით. პროკარიოტების უმეტესობა ძალიან სწრაფად მრავლდება.
- სწრაფი ზრდისა და მარტივი გენეტიკის გამო, E. coli აქტიურად გამოიყენება მოლეკულურ ბიოლოგიაში.
- ლაბორატორიაში შესაძლებელია E. coli -ში ახალი გენების ჩანერგვა დნმ-ის პატარა, რგოლური მოლეკულის გამოყენებით, რომელსაც პლაზმიდი ეწოდება. ბაქტერიის მიერ პლაზმიდის მიერთების პროცესს ტრანსფორმაცია ეწოდება.
- ტრანსფორმირებული E. coli შემდეგ შესაძლებელია, ამ პლაზმიდის მრავალი ასლის დასამზადებლად გამოვიყენოთ. ზოგჯერ პლაზმიდში არსებული გენი ექსპრესირდება კიდეც და შესაბამისი ცილა წარმოიქმნება.
შესავალი
დავუშვათ, რომ თქვენ ერთი ბაქტერია გაქვთ. როგორ შეგიძლიათ გაზარდოთ მეტი იდენტური ბაქტერია? რამდენად სწრაფად შეძლებთ მათ მიღებას? და ყველაზე მნიშვნელოვანი, რატომ შეიძლება მოგინდეთ ძალიან ბევრი იდენტური ბაქტერიის მიღება?
გადავიდეთ ბოლო კითხვაზე: ზოგი ბაქტერია, განსაკუთრებით Escherichia coli (E.coli, ნაწლავის ჩხირი), ხშირად გამოიყენება მოლეკულური ბიოლოგიის ლაბორატორიებში. მათ მეცნიერები იყენებენ როგორც პატარა „ქარხნებს" სასურველი დნმ-ის ან ცილის მრავალი მოლეკულის წარმოსაქმნელად (როგორიცაა, მაგალითად, ცილა ინსულინი, რომელიც დიაბეტით დაავადებულებში სისხლში შაქრის დონის დასარეგულირებლად გამოიყენება). რაც უფრო მეტია ბაქტერია, მით უფრო დიდი რაოდენობით იწარმოება სასურველი დნმ ან ცილა.
E. coli -ის აქვს ორი თავისებურება, რის გამოც იგი ძალიან მოსახერხებელია ლაბორატორიაში გამოსაყენებლად: სწრაფი გამრავლებისა და კლონების, ანუ გენეტიკურად იდენტური ბაქტერიების, წარმოქმნის უნარი. მოდით, მოკლედ მიმოვიხილოთ, როგორ მრავლდებიან E. coli და სხვა პროკარიოტები. შემდეგ კი გავიგოთ, როგორ გამოიყენებიან ისინი ბიოტექნოლოგიაში.
როგორ მრავლდებიან პროკარიოტები?
პროკარიოტები უჯრედის გაყოფის ერთერთი გზით, უბრალო გაყოფით მრავლდებიან. ეუკარიოტებისთვის დამახასიათებელი მიტოზის მსგავსად, ამ პროცესშიც ორმაგდება ქრომოსომა და უჯრედი ორად იყოფა.
უბრალოდ გაყოფა არის გამრავლების უსქესო ფორმა, რაც იმას ნიშნავს, რომ ამ პროცესში არ მონაწილეობენ კვერცხუჯრედი და სპერტოზოიდი და არც ორი სხვადასხვა ორგანიზმის გენეტიკური მასალა ერთიანდება. იმ გამონაკლისების გარდა, როდესაც რაიმე იშვიათი მუტაცია ხდება ან დნმ-ის თანმიმდევრობა იცვლება, უბრალო გაყოფის შედეგად გენეტიკურად მშობელი უჯრედის იდენტური შვილეული უჯრედები მიიღება.
ამ პროცესის საფეხურების შესახებ მეტის გასაგებად იხილეთ სტატია უჯრედის გაყოფის სექციაში: უბრალო გაყოფა.
პროკარიოტები სწრაფად მრავლდებიან!
პროკარიოტები, ზოგადად, ბევრად უფრო სწრაფად მრავლდებიან, ვიდრე მრავალუჯრედიანი ეუკარიოტული ორგანიზმები. ეს თაობის პერიოდებით იზომება, ანუ დროის იმ მონაკვეთით, რომელიც ერთი თაობის დაბადებიდან შემდეგის დაბადებამდე გადის.
ადამიანებისათვის, ერთი თაობის პერიოდი შეიძლება დაახლოებით
ყველა ბაქტერია ასეთი სწრაფი არ არის, ზოგი პათოგენური მიკრობის, მაგალითად ტუბერკულოზის მიკობაქტერიის თაობის პერიოდი
ბაქტერიები მოლეკულურ ბიოლოგიაში
ბაქტერიები, რომლებიც ადვილად მრავლდებიან, ადვილადვე იზრდებიან ლაბორატორიაში და წარმოადგენენ კარგ სამოდელო ორგანიზმებს სამეცნიერო კვლევებისათვის. E. coli, მაგალითად, არის ერთ-ერთი ყველაზე ხშირად გამოყენებადი ორგანიზმი ბიოლოგიურ კვლევებში.
შეიძლება, გსმენიათ, რომ E. coli საჭმლის დამაბინძურებელია, მაგრამ E. coli-ს უსაფრთხო შტამები მთელი მსოფლიოს ბიოლოგიურ ლაბორატორიებში გამოიყენება. ბევრი ბიოლოგიური პროცესი, მაგალითად, დნმ-ის რეპლიკაცია, პირველად E. coli-ში აღმოაჩინეს.
E. coli - დნმ-ისა და ცილების ქარხანა
დღესდღეობით ნაწლავის ჩხირი გამოიყენება, როგორც პაწაწინა „ქარხნები" დნმ-ისა და ცილების სინთეზისთვის. მკვლევარებს შეუძლიათ, მათთვის საინტერესო გენი E. coli-ის უჯრედებში შეიყვანონ ტრანსფორმაციის გზით (გარემოდან დნმ-ის მიღება), რაც კარგად არის ახსნილი სტატიაში პროკარიოტების გენეტიკური ცვალებადობა. ასეთ ექსპერიმენტებში მკვლევარებისთვის საინტერესო გენი იზრდება რგოლურ დნმ-ზე, პლაზმიდზე. ბაქტერიამ გამრავლების პროცესში შესაძლოა, ამ პლაზმიდის ასლი გადაიღოს და შთამომავლობას გადასცეს.
მკვლევართათვის საინტერესო გენის შემცველი პლაზმიდის მიღების შემდეგ, E. coli-ის უჯრედებში გაყოფისას, ყოველ ჯერზე, ეს მოლეკულა რეპლიცირდება და მომავალ თაობას გადაეცემა, რის გამოც პლაზმიდის დნმ-ის მრავალი ასლი მიიღება ბაქტერიების პოპულაციაში. თუ პლაზმიდი საჭირო მარეგულირებელ თანმიმდევრობებსაც შეიცავს, E. coli-ის შეგვიძლია ისიც ვუბრძანოთ, რომ ჩვენთვის საინტერესო გენის ტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია წარმართოს, ცილა წარმოქმნას. ასე მაგალითად, დიაბეტით დაავადებულთა მიერ გამოყენებული ინსულინის უდიდესი ნაწილი სწორედ E. coli-ის მიერაა წარმოქმნილი ამ სტრატეგიით.
ტრანსფორმაციის ეტაპები
ტრანსფორმაციის სტანდარტულ ექსპერიმენტში სამიზნე გენი (ცისფერი დნმ ზედა სურათზე) ჯერ პლაზმიდში ჩაისმება. სამიზნე გენთან ერთად პლაზმიდში ასევე არის მეორე გენიც, რომელიც რომელიმე ანტიბიოტიკისადმი მდგრადობას, ანუ რეზისტენტობას, განსაზღვრავს (წითელი დნმ ზედა სურათზე). თუ მეცნიერებს სურთ, რომ ბაქტერიამ გენის შესაბამისი ცილაც წარმოქმნას, პლაზმიდი პრომოტორსაც უნდა შეიცავდეს, მაკონტროლებელ თანმიმდევრობას, რომლის წყალობითაც სამიზნე გენი ბაქტერიაში შეიძლება ექსპრესირდეს (მწვანე დნმ ზედა სურათზე).
პლაზმიდის ასლების E. coli-ის უჯრედებთან შერევის შემდეგ ამ ბაქტერიებზე სითბური შოკით ზემოქმედებენ (მაღალი ტემპერატურა ხანმოკლე დროით), რაც ბაქტერიის მცირე ნაწილის მიერ პლაზმიდის მითვისებას იწვევს. შემდეგ ყველა E. coli ანტიბიოტიკის შემცველ საკვებ ნიადაგზე ითესება. ანტიბიოტიკი იმიისთვის გამოიყენება, რომ მხოლოდ ის ბაქტერიები გადარჩნენ და გაიზარდონ, რომელთაც პლაზმიდი მიიერთეს.
იმ E. coli ბაქტერიებს, რომლებსაც პლაზმიდი არ აქვთ, ანტიბიოტიკი დახოცავს, ის ბაქტერიები კი, რომელთაც პლაზმიდი მიიერთეს, გადარჩება და გამრავლდება (პლაზმიდში არსებული ანტიბიოტიკისადმი მდგრადობის გენის წყალობით). თითოეული რეზისტენტული უჯრედი შემდეგ გენეტიკურად თავისივე იდენტური ბაქტერიების კოლონიას წარმოქმნის, რაც პატარა ლაქასავით დაემჩნევა საკვებ ნიადაგს. ანტიბიოტიკრეზისტენტული კოლონია შემდეგ ანალიზდება (სხვა მეთოდების გამოყენებით, რათა დადასტურდეს, რომ ისინი მართლაც შეიცავენ პლაზმიდს) და შემდეგ ხელახლა ითესება იდენტური, პლაზმიდის მატარებელი ბაქტერიების უფრო დიდი კულტურის მისაღებად.
და რაში გამოიყენება პლაზმიდის მატარებელი ბაქტერიების დიდი კულტურა? ზოგჯერ მკვლევარებს პლაზმიდის დნმ-ის მრავალი ასლი სჭირდებათ სხვა ექსპერიმენტისთვის და ისინი სასურველ დნმ-ს სწორედ ამ კულტურიდან მიიღებენ. არის მეორე ვარიანტიც: თუკი პლაზმიდი საჭირო პრომოტორს შეიცავს, ბაქტერიაში შესაძლებელია გენის ექსპრესიის ინდუქცია (ბრძანების მიცემა) და შესაბამისი ცილის წარმოქმნა. ეს მეთოდი მედიცინაში მნიშვნელოვანი ზოგი ცილის, მაგალითად, ინსულინისა და ადამიანის ზრდის ჰორმონის, სინთეზისთვის გამოიყენება.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.