Лекция+1+2022

План
1. Биотехнология как наука. Основные этапы ее становления.
2. Методы биотехнологии.
3. Генная инженерия.

Связь биотехнологии с другими науками (по В.И. Кефели, 1989)

Джеймс Уотсон и Френсис Крик

Разделы биотехнологии
Клеточная инженерия –метод конструирования клеток нового типа на основе их культивирования, гибридизации и реконструкции.
Генетическая (генная) инженерия – получение гибридных молекул ДНК и введении их в клетки бактерий, растений и животных.
Эмбриогенетическая инженерия – активная перестройка генома животных путем вмешательства в их развитие на самых ранних стадиях онтогенеза.

В генетической инженерии и биотехнологии широко используются следующие объекты для экспериментов и практического применения:
1) Грамотрицательная бактерия кишечная палочка E.coli.
2) Грамотрицательные бактерии родов Bacillus, Streptococcus и Streptomyces.
3) Дрожжи (пекарские дрожжи) – сахаромицеты Saccharomyces cerevisiae.
4) Культивируемые клетки млекопитающих.
5) Вирусы животных (SV40, аденовирусы, герпеса, ретровирусы, поксвирусы, вирусы насекомых).
6) Трансгенные растения и животные.

Значение биотехнологии
Промышленность
Экология
Энергетика
Сельское хозяйство
Медицина

Методы биотехнологии
1. Микробиологический синтез
2. Биологический метод
3. Генная (генетическая) инженерия
4. Клеточная инженерия
5. Метод получения гибридом
6. Эмбриологический метод

Генетическая (генная) инженерия
По определению академика А.А. Баева, генетическая (генная) инженерия – это конструирование in vitro – функционально активных генетических структур, т.е. создание искусственных генетических программ.

Отличие генной инженерии
от классической селекции

Генная инженерия включает ряд сложных приемов:
1). Получение генов путем их синтеза или выделения из клеток;
2). Получение рекомбинантных молекул ДНК – т.е. включение гена в вектор, обеспечивающий его размножение в реципиенте;
3). Трансгеноз – перенос гена с помощью вектора в клетку реципиента, а при необходимости, включение ее в геном реципиента;
4). Функционирование гена в клетке – реципиенте и синтез чужеродного белка.

Химический синтез гена

Ферментативный синтез гена

Секвенирование - это определение нуклеотидной последовательности сегментов ДНК длиной 350-1000 и более нуклеотидных пар, образующихся при расщеплении ДНК рестрикционными эндонуклеазами.
Разработано два метода секвенирования – химический и ферментативный сиквенс.

Конструирование рекомбинантных ДНК. Геномные библиотеки.
Рекомбинантная ДНК – это искусственно полученная молекула ДНК, она имеет форму кольца, включает ген (гены) как объект конкретных генетических манипуляций, и так называемый вектор (напр., плазмида), обеспечивающий размножение рекомбинантной ДНК и синтез в клетке хозяина определённого продукта, кодируемого внесённым геном.

Векторы – это молекулы ДНК, способные акцептировать чужеродную ДНК и обеспечивать ее репликацию, экспрессию, считывание и/или трансформацию.
В качестве векторов используют: плазмиды, бактериофаги, мобильные элементы, вирусы животных, искусственные бактериальные и дрожжевые хромосомы BAC и YAC.

Бактериальные плазмиды в качестве векторов для клонирования

Фаговые векторы. Бактериофаг λ

Космиды –это специальные векторы с большой емкостью, представляющие собой гибридную молекулу, содержащую специальный cos-участок генома фага λ и специальные последовательности, позволяющие им реплицироваться по плазмидному типу.

BAC-векторы:
получены на основе F-плазмид бактерий, содержат гены, ответственные за репликацию плазмид в бактериях. Ёмкость их огромная (100-300 т.н.п.) при небольшом собственном размере (~ 7 т.н.п.).