Նախակորիզավորների բազմացումը և կենսատեխնոլոգիաներ

Ինչպես են նախակորիզավորները բազմանում բաժանման միջոցով։ Աղիքային ցուպիկի (E.coli) կիրառությունը մոլեկուլային կենսաբանության մեջ։

Հիմնական դրույթներ

Նախակորիզավորները (բակտերիաներն ու արքեաները) վերարտադրվում են բազմացման անսեռ՝ ուղղակի բաժանման ճանապարհով։ Նախակորիզավորները շատ արագ են բազմանում։
Արագ բազմացման և պարզ գենետիկայի շնորհիվ E. coli բակտերիաները հաճախ կիրառվում են մոլեկուլային կենսաբանությունում։
Լաբորատորիայում գիտնականները հետազոտվող գենը փոխադրում են E. coli բակտերիայի փոքր օղակաձև ԴՆԹ-ի մոլեկուլի՝ պլազմիդի մեջ։ Տվյալ պլազմիդի ներդրումը բակտերիայի օրգանիզմում կոչվում է փոխակերպում։
Փոխակերպման ենթարկված E. coli բակտերիայի օրգանիզմում առաջանում են հետազոտվող գենի բազմաթիվ պատճեններ։ Երբեմն պլազմիդի մեջ փոխադրված գենը կարող է նաև արտահայտվել՝ սինթեզելով համապատասխան սպիտակուցը։

Ներածություն

Պատկերացնենք՝ դու ունես 1 բակտերիա։ Ինչպե՞ս կարող ես ստանալ ավելի շատ նույնանման բակտերիաներ։ Որքա՞ն ժամանակում կստանաս դրանք։ Եվ վերջապես՝ ինչու՞ են քեզ անհրաժեշտ այդքան շատ բակտերիաներ։

Արի՛ կենտրոնանանք վերջին հարցի վրա։ Բազմաթիվ բակտերիաներ, օրինակ՝ Escherichia coli (E.coli), մեծ կիրառում ունեն մոլեկուլային կենսաբանության լաբորատորիաներում։ Այդ լաբորատորիաներում գործում են փոքր «գործարաններ», որոնցում արտադրվում են հետազոտվող ԴՆԹ-ի կամ անհրաժեշտ սպիտակուցի (օրինակ՝ շաքարային դիաբետով հիվանդ մարդկանց արյան մեջ շաքարի մակարդակի կարգավորման համար կիրառվող ինսուլին սպիտակուցի) բազմաթիվ պատճեններ։ Որքան շատ բակտերիաներ կիրառվեն, այնքան շատ ԴՆԹ կամ սպիտակուց կարտադրվի։

E. coli բակտերիայի 2 գլխավոր առանձնահատկությունները, որոնք հնարավոր են դարձնում դրա կիրառումը լաբորատոր հետազոտություններում, արագ բազմացումը և գենետիկորեն նույնական բակտերիաների առաջացումն են։ Իսկ այժմ հակիրճ կուսումնասիրենք, թե ինչպես են բազմանում E. coli-ն և մի շարք այլ նախակորիզավորներ։ Դրանից հետո մենք կանդրադառնանք դրանց կիրառմանը կենսատեխնոլոգիաներում:

Ինչպե՞ս են բազմանում նախակորիզավորները

Նախակորիզավորները բազմանում են ուղղակի բաժանում կոչվող բջջի բաժանման գործընթացով։ Կորիզավոր բջիջների կիսման՝ միտոզի նման, ուղղակի բաժանման գործընթացում ևս պատճենվում են քրոմոսոմները, և 1 բջջից առաջանում է երկու բջիջ։

Ուղղակի բաժանումը բազմացման անսեռ եղանակ է։ Սա նշանակում է, որ բազմացման այս գործընթացում ձվաբջիջ և սերմնաբջիջ ներառված չեն, և 2 առանձնյակների գենետիկ նյութերը չեն միախառնվում։ Ուղղակի բաժանման արդյունքում առաջանում են 2 դուստր բջիջներ, որոնք գենետիկորեն նույնական են նախնական բջջին։ Այս օրինաչափությունից միակ շեղումը նախնական բակտերիալ բջջի գենոմում մուտացիայի առաջացումն է կամ ԴՆԹ-ի հաջորդականության մեջ փոփոխությունը։

Դու կարող ես հավելյալ տեղեկույթ ստանալ ուղղակի բաժանման մասին «Բջջի բաժանում» բաժնի հոդվածներից։

Նախակորիզավորները արագ են բազմանում

Նախակորիզավորներն ավելի արագ են բազմանում, քան բազմաբջիջ կորիզավոր օրգանիզմները։ Սա հաշվարկվում է սերնդի ժամանակով՝ մի սերնդի առաջացումից մինչև մյուս սերնդի առաջացումն ընկած ժամանակահատվածով։

Մարդուն բնորոշ սերնդի ժամանակը մոտավորապես

20

տարի է։ Բակտերիային բնորոշ սերնդի ժամանակը մոտավորապես

20

րոպե է։ Իրականում մարդու աղիքներում բնակվող E. coli բակտերիաները, որոնք լայնորեն կիրառվում են լաբորատոր հետազոտություններում, բազմանում են ամեն 17 րոպեն մեկ։

Բայց ոչ բոլոր բակտերիաներն են բազմանում այդքան արագ։ Որոշ ախտածին բակտերիաների, ինչպես, օրինակ՝ Mycobacterium tuberculosis-ի սերնդի ժամանակը 12 ժամից ավելի է։ Այնուամենայնիվ, նախակորիզավորները առհասարակ արագ են բազմանում, ինչը նշանակում է, որ դրանց պոպուլյացիան շատ արագ կարող է մեծանալ թե՛ բնական միջավայրում, թե՛ լաբորատոր փորձանոթում։

Բակտերիաները մոլեկուլային կենսաբանությունում

Այն բակտերիաները, որոնք արագ են բազմանում և լաբորատոր պայմաններում հեշտ են աճեցվում, հիանալի մոդելներ են գիտական հետազոտությունների համար։ Օրինակ՝ E. coli շտամի բակտերիաները կենսաբանական հետազոտություններում ամենից հաճախ օգտագործվող օրգանիզմներն են։

Չնայած նրան, որ E. coli բակտերիաները հայտնի են որպես սննդի աղտոտիչներ, E. coli անվնաս շտամերը օգտագործվում են ողջ աշխարհի կենսաբանական լաբորատորիաներում։ Իրականում մի շարք կենսաբանական հիմնական գործընթացներ, ինչպես, օրինակ՝ ԴՆԹ-ի կրկնապատկման մեխանիզմը , հայտնաբերվել են E. coli բակտերիաների հետազոտությամբ։

E. coli բակտերիաները՝ ԴՆԹ-ի և սպիտակուցի գործարաններ

Այսօր E. coli բակտերիաները նաև օգտագործվում են որպես ԴՆԹ-ի կամ սպիտակուցի սինթեզման փոքր «գործարաններ»։ Հետազոտողները ներմուծում են ուսումնասիրվող գենը E. coli բակտերիայի մեջ փոխակերպություն (միջավայրից ԴՆԹ-ի մոլեկուլների կլանում) կոչվող գործընթացով, որը նկարագրված է Պրոկարիոտների գենետիկական բազմազանությունը հոդվածում։ Այսպիսի հետազոտությունների ժամանակ ուսումնասիրվող գենը սովորաբար ներդրվում է բակտերիայի ցիտոպլազմայում տեղակայված պլազմիդներ կոչվող փոքր օղակաձև ԴՆԹ-ի մոլեկուլներում։ ԴՆԹ-ի այս մոլեկուլներն արագ կրկնապատկվում և փոխանցվում են բակտերիայի հետագա սերունդներին։

Պարունակելով ուսումնասիրվող գենը կրող պլազմիդը՝ E. coli բակտերիան յուրաքանչյուր կիսմամբ սերունդներին է փոխանցում տվյալ պլազմիդի պատճենները։ Եթե այդ պլազմիդը պարունակում է նաև գենին համապատասխանող, ճիշտ կարգավորող հաջորդականությունը, ապա E. coli-ն ևս կկարողանա սինթեզել տվյալ գենը կոդավորող սպիտակուցը։ Օրինակ՝ շաքարային դիաբետով հիվանդ մարդիկ օգտագործում են ինսուլին։ Այդ սպիտակուցը սինթեզվում է E. coli-ի օգնությամբ վերը նշված մեխանիզմով։

Փոխակերպման փուլերը

Փոխակերպության փորձի ընթացքում ուսումնասիրվող գենը սովորաբար սկզբում ներմուծվում է պլազմիդի մեջ։ Բացի ուսումնասիրվող գենից՝ պլազմիդը նաև պարունակում է որևէ հակաբիոտիկի նկատմամբ կայունության գեն (վերևում կարմիրով ներկված ԴՆԹ-ի հատված)։ Եթե հետազոտողը ցանկանում է ստանալ նաև այն սպիտակուցը, որը կոդավորում է ուսումնասիրվող գենը, ապա պլազմիդը պետք է պարունակի նաև պրոմոտոր՝ ԴՆԹ-ի կարգավորիչ հաջորդականություն, որը թույլ է տալիս բակտերիային սինթեզել տվյալ գենով կոդավորած սպիտակուցը։

Երբ պլազմիդի պատճենները խառնվում են E. coli բջիջների հետ, որոնք նախապես ջերմային մշակման են ենթարկվել (տաքացվել են), ապա այդ բջիջների մի մասը կլանում է պլազմիդ։ Այնուհետև E. coli բոլոր բակտերիաները տեղափոխում ենք մի միջավայր, որտեղ պարունակվում է հակաբիոտիկ։ Հակաբիոտիկի ազդեցությամբ միայն պլազմիդ պարունակող բակտերիաներն են գոյատևում։

Հակաբիոտիկը ոչնչացնում է բոլոր այն E. coli բակտերիաները, որոնք չեն պարունակում պլազմիդ։ Իսկ այն E. coli բակտերիաները, որոնք պարունակում են պլազմիդ, կգոյատևեն և կբազմանան (պատճառը պլազմիդում հակաբիոտիկի նկատմամբ կայունություն առաջացնող գենի առկայությունն է)։ Կայունություն ունեցող յուրաքանչյուր բակտերիա բազմանալով կառաջացնի գենետիկորեն նույնական բակտերիաների մի ամբողջ գաղութ։ Այս ամենը ագարի ափսեի մակերեսին կերևա որպես մի փոքրիկ կետ։ Հակաբիոտիկների նկատմամբ կայունություն ունեցող բակտերիաների գաղութը ենթարկվում է ուսումնասիրությունների (ստուգվում է՝ արդյոք բակտերիաները պարունակում են մեզ հետաքրքրող պլազմիդը), այնուհետև աճեցնում են գենետիկորեն նույնական, պլազմիդ պարունակող բակտերիաներ։

Իսկ ինչո՞ւ է մեզ անհրաժեշտ պլազմիդներ պարունակող բակտերիաների այդքան մեծ քանակ։ Երբեմն հետազոտողներին անհրաժեշտ է տվյալ պլազմիդում պարունակվող ԴՆԹ-ի մոլեկուլի բազմաթիվ պատճեններ՝ այլ հետազոտություններ իրականցնելու համար։ Գիտնականները կարող են առանձնացնել ԴՆԹ-ի անհրաժեշտ մոլեկուլները այդ բազմաթիվ բակտերիաներից: Ի հավելումն՝ նույն պլազմիդից հնարավոր է «ստանալ» տվյալ գենով կոդավորվող սպիտակուց, եթե պլազմիդում պարունակվում է համապատասխան պրոմոտորը։ Այս ձևով արտադրվում են բուժումների համար անհրաժեշտ մի շարք սպիտակուցներ, ինչպես, օրինակ՝ ինսուլինը կամ մարդու աճի հորմոնը։

Այս հոդվածի արտոնագրի համարն է՝ CC BY-NC-SA 4.0։

Օգտագործված գրականություն

Todar, Kenneth. (2012). The growth of bacterial populations (page 3). In Todar’s online textbook of bacteriology. Retrieved July 31, 2016 from http://textbookofbacteriology.net/growth_3.html.

Հղումներ

Bacterial growth. (2015, December 31). Retrieved March 2, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Bacterial_growth.

Circular bacterial chromosome. (2015, September 21). Retrieved October 2, 2015 from Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/Circular_bacterial_chromosome.

Li, X., Pietschke, C., Fraune, S., Altrock, P.M., Bosch, T.C.G, and Traulsen, A. (2015). Which games are growing bacterial populations playing?J. R. Soc. Interface, 12(108), 20150121. http://dx.doi.org/10.1098/rsif.2015.0121.

Meyer, R. R. (2003). Chromosome, prokaryotic. In Genetics. Retrieved January 13, 2016 from Encyclopedia.com: http://www.encyclopedia.com/doc/1G2-3406500050.html.

OpenStax College, Biology. (2015, September 29). Prokaryotic cell division. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.87:55/Prokaryotic-Cell-Division.

OpenStax College, Biology. (2014, March 28). Structure of prokaryotes. In OpenStax CNX. Retrieved from https://cnx.org/contents/nnx1QFeU@11/Structure-of-Prokaryotes.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). How cells divide. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 187-206). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Bacteria and archaea. In Campbell biology (10th ed., pp. 567-575). San Francisco, CA: Pearson.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). The cell cycle. In Campbell biology (10th ed., pp. 232-250). San Francisco, CA: Pearson.

Todar, Kenneth. (2012). The growth of bacterial populations (page 3). In Todar’s online textbook of bacteriology. Retrieved July 31, 2016 from http://textbookofbacteriology.net/growth_3.html.

Vicente, M., Rico, A. I., Martínez-Arteaga, R., and Mingorance, J. (2006). Septum enlightenment: assembly of bacterial division proteins. J. Bacteriol., 188(1), 19-27. http://dx.doi.org/10.1128/JB.188.1.19-27.2006.

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: