Biologie

E-learning jako vzdělávací nástroj školy 3. tisíciletí

  • Full Screen
  • Wide Screen
  • Narrow Screen
  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Genové inženýrství a biotechnologie

Email Tisk PDF

Genové inženýrství je soubor technik, které slouží k izolaci, modifikaci, rozmnožování a rekombinaci genů z různých organizmů. Umožňuje genetikům přenášet geny mezi druhy z různých biologických říší, které by se v přírodě vůbec nemohly navzájem křížit. Je tedy například možné přenést gen z genetického aparátu ryby do genomu rajčete, lidské geny se dají přenášet na ovce a geny prasat na bakterie Escherichia coli, které žijí v zažívacím ústrojí savců.

Klonování DNA

Jako klonování se označuje jakýkoliv děj, při němž se z jedné předlohy vytváří více kopií. Formou přirozeného klonování je vegetativní rozmnožování rostlin (šlahouny jahodníku) a vznik jednovaječných dvojčat. Také u některých živočichů může nastat tzv. polyembryonie, při níž se zárodek v časné fázi svého vývoje rozpadá na jednotlivé buňky (blastomery), z nichž každá dává vznik novému jedinci (typické např. pro hmyz nebo pásovce devítipásého).

Klonováním DNA (klonováním genů) se rozumí tvorba klonů DNA. jedná se o soubor identických molekul, fragmentů nebo úseků DNA připravených množením rekombinantních molekul DNA v hostitelské buňce (in vivo) nebo polymerázovou řetězovou reakcí (PCR - metoda založená na principu mnohonásobně zmnožit (amplifikovat) specifický úsek dvouřetězcové DNA v podmínkách in vitro). Rekombinantní molekula DNA je molekula DNA vytvořená in vitro spojením cizorodé DNA s jinou molekulou DNA (tzv. klonovací vektor), která má schopnost přijmout cizorodou DNA, spojit se s ní a samostatně se replikovat v hostitelské buňce.
Klonování DNA patří ke stěžejním metodám molekulární biologie současnosti. Umožnuje z komplexního genomu izolovat jeho dílčí úseky představující, např. jednotlivé geny, ty ve formě rekombinantních molekul DNA mnohonásobně množit a zpřístupnit je tak k dalšímu využití a studiu.

K hlavním oblastem využití klonování DNA patří:

  • izolace genů, studium jejich struktury a funkce
  • studium regulačních oblastí, které řídí expresi genů
  • fyzikální a genetická analýza genomů
  • exprese cizích genů v nepříbuzných hostitelích a získávání jejich produktů ve velkém množství

Cílem je příprava látek využitelných v průmyslu (enzymy), zdravotnictví a farmacii (hormony, krevní faktory, vakcíny) ad.

Klonování DNA zahrnuje tři základní kroky:

  1. Přípravu rekombinantní molekuly DNA.
  2. Přenos této molekuly do vhodné hostitelské buňky a její pomnožení.
  3. Selekci klonů buněk obsahujících požadované molekuly rekombinantní DNA.

DNA určená ke klonování je nejčastěji genomového původu (genomová DNA) z dárcovského organismu nebo se jedná o cDNA připravenou reverzní transkripcí z mRNA a nebo o DNA připravenou uměle chemickou syntézou. Genomová DNA se nejdříve štěpí na kratší úseky pomocí tzv. restrikčních endonukleáz, což jsou specifické endonukleázy (enzymy) produkované bakteriemi a umí štěpit DNA ve specifických místech, tzv. restrikčních místech. Odštěpí se tzv. restrikční fragmenty. Pro zavedení cizorodé DNA do hostitelských buněk a pro jejich následné pomnožení se jako vektory používají molekuly DNA odvozené z bakteriálních či kvasinkových plazmidů nebo z virů. Spojení vektorové a cizorodé DNA zabezpečuje DNA-ligáza. Vzniká tak rekombinantní molekula DNA. Přenos takovýchto molekul do hostitelského organizmu se provádí nejčastěji pomocí tzv. transformace, tedy volného vniknutí do buňky z volného prostředí. Jinou metodou je elektroporace, při ní se díky krátkému elektrickému impulzu o vysokém napětí vytvoří v membráně buňky póry a těmi DNA proniká. Třetí možností je přenos pomocí viru, tzv. transdukce, která probíhá přirozenou cestou.

Navigace: 4. ročník Dědičnost Genové inženýrství a biotechnologie