8. Molekulární genetika - Rekombinace DNA, šlechtění

Rekombinace DNA

- možnost uměle vytvářet nové, nepřirozené molekuly DNA, které by nemohly vzniknout přirozenými procesy (rozmnožování, mutace)

- Je možné genovou DNA izolovat (in vitro/in vivo) a vázat s DNA jiného původu (DNA dárce) = vznikne rekombinantní molekula – ta se vnese do buněčného jádra příjemce (dochází k produkci cizorodého proteinu od DNA dárce)

Genové inženýrství – zabývá se manipulací DNA a vytvářením rekombinantních molekul DNA

Nejčastěji využívané vektory:

• Viry – u buněk eukaryontních

• Plazmidy – u bakteriálních buněk

Postup rekombinace:

1) Izolace DNA z buněk

2) Rozštěpení DNA na fragmenty pomocí restrikční endonukleasy (speciální enzymy) tím vznikne směs restrikčních fragmentů

3) Vytvořené fragmenty DNA se enzymaticky vloží do vektorové DNA (vektor = nosič) vznikne rekombinantní molekula

4) Vnesení rekomb. molekuly do hostitelské (přijímací) buňky – začíná tvořit nový protein

5) Izolace produktu buňky (po selekci, pomnožení)

Způsoby izolace:

• U prokaryontních buněk – štěpením izolované DNA vhodnou restrikční endonukleasou

• U eukaryontních buněk – zpětná (reversní) transkripce izolované mRNA do řetězce DNA

• Organická syntéza – v případě známé nukleotidové sekvenci

Využití:

• Objev molekulárních jevů a dějů – existence intronů

• Biotechnologie – syntéza čistých lidských hormonů (inzulin)

• Interferony – lék proti virům a částečně zhoubným nádorům

• Zisk chemicky čistých látek z bakterií (AMK, enzymy, steroidy…)

• Transgenoze rostlin – šlechtění – gen pro ničení larev motýlů, mikrobiálních larev – omezení pesticidů a insekticidů

• Transgenoze živočichů – vpravení genu do buněčného jádra vaječné buňky (oplození in vitro), zisk vzácných kovů pomocí bakterií

• Genová terapie

Genová terapie

- přímá náprava genových mutací v genomu člověka

Postup:

• Transgenoze funkčních alel do lidských buněk – alela zajistí syntézu chybějícího genového produktu

Možné využití buněk:

• Kmenové krvetvorné buňky kostní dřeně

• Kožní buňky

• Buňky epitelů některých vnitřních orgánů

Prokázaná léčba:

• Cystické fibrózy

• Nádorových onemocnění

Klasické metody šlechtitelství a plemenitby živočichů

Cíl: zlepšení přirozené kvality/výnosu zemědělských odrůd/plemen – dochází k tomu úpravou fyziologických funkcí organismu zásahem do genotypu

Šlechtění rostlin

Způsoby zvětšení výnosů:

• Úprava vnějších podmínek – posílení výživy, ochrana proti škůdcům

• Vyšlechtění nových kultivarů

Vyšlechtění nových kultivarů

Metody:

• Polyploidizace – polyploidní buňky se zvětší než standardní – výsledkem jsou větší rostliny – Příklad: divoce rostoucí pšenice je diploidní 2n = 14 chromozomů, Dnešní pšenice 2n = 42 chromozomů

• Haploidizace – vede k získání dvou totožných diploidních linií – výsledkem je rostlina homozygotní ve všech genech používají se prašníkové kultury – nezralá pylová zrna se pěstují in vitro – nejsou opylena, proto vyrostou haploidní rostliny = základ pro homozygotní linii – Příklad: řepka olejka

• Roubování (ovocné stromy)

• Heteroze – jev, kdy jsou hybridi silnější než jejich rodiče – Příklad: kukuřice, rajčata

• Vzdálená hybridizace – mezidruhové křížení – Příklad: pšenice + žito = Triticale (odolnost žita, chuť pšenice)

• Mutageneze – viz. Mutace