III/3. Gének átvitele vektorokkal

Hasonló dokumentumok
3.3 Gének átvitele vektorokkal

GMO = genetikailag módosított organizmusok. 1. Gének megváltoztatása. Gének megváltoztatása. Pécs Miklós: A biológia alapjai

Fehérje expressziós rendszerek. Gyógyszerészi Biotechnológia

Klónozás: tökéletesen egyforma szervezetek csoportjának előállítása, vagyis több genetikailag azonos egyed létrehozása.

Transzgénikus növények előállítása

A molekuláris biológia eszközei

A BIOTECHNOLÓGIA TERMÉSZETTUDOMÁNYI ALAPJAI

A növény inváziójában szerepet játszó bakteriális gének

BMGE, Alkalmazott biokémia, transzgénikus organizmusok, 2009 Transzformációs módszerek

NANOTECHNOLOGIA 6. előadás

TRANSZGÉNIKUS NIKUS. GM gyapot - KÍNA. GM szója - ARGENTÍNA

GÉNKLÓNOZÁS ÉS GÉNMANIPULÁCIÓ

NÖVÉNYNEMESÍTÉS. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

II. Mikrobiológiai alapok. Mekkorák a mikroorganizmusok? Szabad szemmel mit látunk a mikrobákból? Mikrobatenyészetek

Transzgénikus állatok előállítása

Poligénes v. kantitatív öröklődés

NUKLEINSAVAK. Nukleinsav: az élő szervezetek sejtmagvában és a citoplazmában található, az átöröklésben szerepet játszó, nagy molekulájú anyag

II. Mikrobiológiai alapok. Mikrobatenyészetek. Mekkorák a mikroorganizmusok? Mikrobatenyészetek. Szabad szemmel mit látunk a mikrobákból?

A preventív vakcináció lényege :

AZ ÉLET KÉMIÁJA... ÉLŐ ANYAG SZERVEZETI ALAPEGYSÉGE

5. Molekuláris biológiai technikák

transzláció DNS RNS Fehérje A fehérjék jelenléte nélkülözhetetlen minden sejt számára: enzimek, szerkezeti fehérjék, transzportfehérjék

Biológus MSc. Molekuláris biológiai alapismeretek

4.4 BIOPESZTICIDEK. A biopeszticidekről. Pécs Miklós: A biotechnológia természettudományi alapjai

12/4/2014. Genetika 7-8 ea. DNS szerkezete, replikáció és a rekombináció Hershey & Chase 1953!!!

A transzgén és funkciói

Molekuláris biológiai eljárások alkalmazása a GMO analitikában és az élelmiszerbiztonság területén

POSZTTRANSZLÁCIÓS MÓDOSÍTÁSOK: GLIKOZILÁLÁSOK

Génszerkezet és génfunkció

Kromoszómák, Gének centromer

A baktériumok (Bacteria) egysejtű, többnyire pár mikrométeres mikroorganizmusok. Változatos megjelenésűek: sejtjeik gömb, pálcika, csavart stb.

A nukleinsavak polimer vegyületek. Mint polimerek, monomerekből épülnek fel, melyeket nukleotidoknak nevezünk.

DNS KLÓNOZÁS: Egy DNS molekula megsokszorozása. In vivo-különféle gazdasejtekben

DNS KLÓNOZÁS: Egy DNS molekula. In vivo-különféle gazdasejtekben

11. évfolyam esti, levelező

5. Előadás Nukleinsavak kimutatása, szekvenálás

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

A szamóca érése során izolált Spiral és Spermidin-szintáz gén jellemzése. Kiss Erzsébet Kovács László

4.3. FEHÉRJÉK ELŐÁLLÍTÁSA GÉNMANI- PULÁLT MIKROORGANIZMUSOKKAL. 1. Inzulin. Inzulin szerkezete

1. ábra: A hasnyálmirigy Langerhans-szigete

Rekombináns Géntechnológia

A BIZOTTSÁG 2009/120/EK IRÁNYELVE

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Természetes és mesterséges agrobaktérium rezisztencia vizsgálata szőlőben. Galambos Anikó

Egy emlős mesterséges kromoszóma több génnel történő. feltöltésének új módszere

4. GÉNMANIPULÁLT MIKRO- ORGANIZMUSOK

4. GÉNMANIPULÁLT MIKRO- ORGANIZMUSOK Elsődleges anyagcseretermék: például: triptofán Másodlagos anyagcsere-termékek: az antibiotikumok

A biológia szerepe az egészségvédelemben

Gelencsér Tímea. Peszticidek alkalmazása helyett ellenálló GMO-k létrehozásának lehetőségei. Készítette: Budapest, 2004

I. A sejttől a génekig

BIOTERMÉK TECHNOLÓGIA-2

CHO H H H OH H OH OH H CH2OH HC OH HC OH HC OH CH 2

Kereskedelmi forgalomban lévő rekombináns gyógyszerkészítmények

Az X kromoszóma inaktívációja. A kromatin szerkezet befolyásolja a génexpressziót

Mit tud a genetika. Génterápiás lehetőségek MPS-ben. Dr. Varga Norbert

Géntechnológiai módszerek

PLASZTICITÁS. Merisztémák merisztemoidok őssejtek (stem cells) stem cell niche

Az adenovírusok morfológiája I.

Prokarióták. A sejtmag tehát csak eukariótákra jellemző. A magok száma

BIOTECHNOLÓGIÁK EGYÉB IPARÁGAKBAN. Pókselyemfehérjék előállítása dohányban és burgonyában

3.2 Protoplaszt fúzió

RNS-ek. 1. Az ősi RNS Világ: - az élet hajnalán. 2. Egy már ismert RNS Világ: - a fehérjeszintézis ben résztvevő RNS-ek

Agrobacterium rezisztens növények létrehozása géncsendesítéssel

Szervrendszerek szintje. Szervek szintje. Atomok szintje. Sejtek szintje. Szöveti szint. Molekulák szintje

7. A b-galaktozidáz indukciója Escherichia coliban

Kevéssé fejlett, sejthártya betüremkedésekből. Citoplazmában, cirkuláris DNS, hisztonok nincsenek

4.3. FEHÉRJÉK ELŐÁLLÍTÁSA GÉNMANI- PULÁLT MIKROORGANIZMUSOKKAL

BIOLÓGIA OSZTÁLYOZÓ VIZSGA ÉS JAVÍTÓVIZSGA KÖVETELMÉNYEK (2016)

A T sejt receptor (TCR) heterodimer

Genetika. Tartárgyi adatlap: tantárgy adatai

(1) A T sejtek aktiválása (2) Az ön reaktív T sejtek toleranciája. α lánc. β lánc. V α. V β. C β. C α.

9. előadás: Sejtosztódás és sejtciklus

Gyógyszerrezisztenciát okozó fehérjék vizsgálata

TARTALOM. Előszó 9 BEVEZETÉS A BIOLÓGIÁBA

Egy új, a szimbiotikus gümőfejlődésben szerepet játszó ubiquitin ligáz funkcionális jellemzése

ENZIMEK BIOTECHNOLÓGIAI ELŐÁLLÍTÁSA

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Agrobacterium rezisztencia térképezése szőlőben. Kuczmog Anett

A kromoszómák kialakulása előtt a DNS állomány megkettőződik. A két azonos információ tartalmú DNS egymás mellé rendeződik és egy kromoszómát alkot.

DNS klónozása DNS klóntárak előállítása és szűrése

Biológiai biztonság: Veszély: - közvetlen - közvetett

A géntechnológia genetikai alapjai (I./3.)

Baktériumok változékonysága, a genom evolúciója

Elektronmikroszkópos fotó

A géntechnológiát megalapozó felfedezések

Molekuláris terápiák

A biológia tudománya az élők világát két alapvető egységre ún. doménre, birodalomra - osztja: a prokariótákra és az eukariótákra.

6. Növényi biotechnológia

CzB Élettan: a sejt

Géntechnológia és fehérjemérnökség

Bevezetés-Acinetobacter

GÉNSEBÉSZET- DNS-KLÓNOZÁS

Génexpresszió prokariótákban 1

A kórokozók ellen kialakuló immunválasz jellemzői; vírusok, baktériumok

TDK lehetőségek az MTA TTK Enzimológiai Intézetben

Antiszenz hatás és RNS interferencia (a génexpresszió befolyásolásának régi és legújabb lehetőségei)

A biotechnológia alapjai A biotechnológia régen és ma. Pomázi Andrea

Vélemény. Dr. Szabó Dóra Béta-laktám rezisztens Gram-negatív baktériumok vizsgálata című doktori értekezéséről.

MUTÁCIÓK. A mutáció az örökítő anyag spontán, maradandó megváltozása, amelynek során új genetikai tulajdonság keletkezik.

Antigén, Antigén prezentáció

Biokatalízis, biokonverziók, biotranszformációk Rákhely, Gábor

4. Génmanipulált mikroorganizmusok

Átírás:

III/3. Gének átvitele vektorokkal Vektor: (molekuláris) biológiai rendszer, amely képes új/idegen genetikai információt bejuttatni egy sejtbe. Független szaporodásra képes. Fajtái: Plazmidok (1-10 kb) Bakteriofágok (10 23 kb) Más vírusok Mesterséges kromoszómák (~300 kb) 1 Vektorok Más csoportosítás szerint: Klónozó vektorok: csak a gén(ek) bevitelére alkalmas, a kiíráshoz nem tartalmaz semmit. Expressziós vektorok: a bevinni kívánt gén(ek) mellett a szabályozott kiíráshoz szükséges szakaszokat is tartalmazza Expressziós kazetta/keret: a célgén előtt: promóter szakasz, utána: terminátor szakasz. 2 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 1

Plazmid vektorok A plazmid vektorok jellemző részei: Replikációs origó a plazmid DNS duplikációjának kezdőpontja, enélkül nem tud sokszorozódni a plazmid Promóter szakasz - itt indul a kiírás mrns-re (ld. operon) Célgén(ek) ezek által kódolt fehérjét akarjuk előállítani a sejttel Terminátor szakasz ez zárja le a kiírandó gének sorát. Marker gén(ek) a sikeresen bevitt és működő géneket tartalmazó sejtek szelekcióját segítik, pl. antibiotikum rezisztencia antibiotikumot tartalmazó tápoldaton csak a plazmidos sejtek növekednek, a többi elpusztul. 3 Plazmid vektorok A plazmid vektorok jellemző részei: ori = replikációs origó ampr = ampicillin rezisztencia gén MCS = multiple cutting site = (többféleképpen) felvágható szakasz = itt lehet felnyitni a gyűrűt, és beilleszteni amit akarunk. 4 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 2

Ragadós végek 1. Az átvinni kívánt gén izolálása: a hordozó sejt DNSének feldarabolása, a keresett gén izolálása 2. Beépítés a plazmid DNS-be. Szabás-varrás Kell hozzá olló és ragasztó. Olló: enzimek, restrikciós endonukleázok. A kettős szálú DNS-t hasítják, de csak bizonyos helyeken. Tükörképi DNS szakaszoknál ragadós véget hoz létre. 5 Restrikciós enzimek Mikroorganizmus Enzim szekvencia 5 3 Bontási helyek száma λ Aα 2 SV40 фx17 Arthobacter lutens AluI AG CT >50 >50 35 24 Brevibact. albidum BalI TGG CAA 15 17 0 0 H. aegypticus HaeIII GG C C >50 >50 19 11 H. parainfluenzae HpaI GTT AAC 13 6 4 3 Serr. marcescens Sb SmaI CCC GGG 3 12 0 0 B. amyloliquefaciens H BamHI G GATC C 5 3 1 0 E. coli RY13 EcoRI G AA TTC 5 5 1 0 H. influenzae Rd HindIII A AGCTT 6 11 6 0 H. parainfluenzae HpaII C C GG >50 >50 1 5 K. pneumoniae OK8 KpnI GGTAC C 2 8 1 0 X. holcicola XhoI C TCGAG 1 6 0 1 6 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 3

Átvitel plazmidokkal Ragasztó : a ragadós végek maguktól is összetapadnak, de a cukor-foszfát lánc összekapcsolásához kell egy enzim (T4 DNS-ligáz). 7 Átvitel plazmidokkal 3. Bevitel a gazdasejtbe: - kémiai, - elektromos hatásokkal 4. Manifesztáció + szelekció: a kívánt gén mellé egy marker (nyomjelző) gént is beépítenek (pl. antibiotikum-rezisztencia), ami segít kiválasztani azokat a sejteket, ahol megtörtént a beépülés, és működik a plazmid. Az adott antibiotikumot tartalmazó táptalajon csak a rezisztenciagént (azaz a plazmidot) sejtek indulnak növekedésnek. 8 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 4

Teljes séma: Ezzel az eljárással a prokariótákba és eukariótákba is szinte bármilyen gént be lehet vinni. Cél: fehérjetermelés hormonok vakcinák enzimek immunfehérjék vérfehérjék 9 Alkalmazás: idegen fehérjék előállítása A humán inzulin (proinzulin) előállítása E. coliban. Genentech, 1978. Humulin 10 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 5

Ingázó (shuttle) vektorok Az eukarióták plazmidjai és vírusai másképpen szaporodnak mint a prokariótáké, másfajta replikációs origójuk van. Az eukarióta sejtek génmanipulációjához tehát más vektorokra van szükség. Sokszor viszont baktériumokból kell átvinni géneket eukariótákba és vissza. Ehhez olyan vektorokra van szükség, amelyek mindkét sejttípusban szaporodni tudnak. Ezekben kétféle replikációs origó található, egy a prokarióta és egy az eukarióta sejtekhez. Emellett a rezisztencia markerek is különbözők, másfajta antibiotikumok hatékonyak a prokarióták és eukarióták ellen kétféle rezisztencia gént kell beépíteni. 11 Ingázó (shuttle) vektorok 12 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 6

Génátvitel Agrobacterium plazmidokkal Az Agrobacteriumok 4 faja ismert: 1. Agrobacterium tumefaciens: gyökérgolyva, koronagubacs. A sérülések helyén alakul ki fertőzés. A Ti plazmid nem differenciált szövetburjánzást idéz elő. A sejtek olyan anyagokat termelnek amelyeket a baktérium felhasznál. 13 2. Agrobacterium rhizogenes: RI (root inducing) plazmidja vattaszerű hajszálgyökér burjánzást okoz. 3. Agrobacterium rubi: gyümölcsfánál, málnánál gyökérgolyva, vesszőgolyva 4. Agrobacterium radiobacter: plazmidja nem okoz betegséget, de antibiotikumot (agrocint) termelő gént hordoz. Ugyanezen a plazmidon található az agrocin elleni rezisztenciát biztosító gén is megvédi saját magát. 14 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 7

Az A. tumefaciens fertőzés Az Agrobacterium tumefaciens egy Gram-negatív növénypatogén talajbaktérium, amely a kétszikű növényeket a sebzési helyeken megfertőzi és tumorokat okoz rajtuk. A baktériumok patogenitása összefügg a tumorindukáló (Ti) plazmid jelenlétével. A Ti plazmid egy része (transzfer DNS = T-DNS) a kórfolyamat során átkerül a növényi sejtbe és a sejtmag DNS-állományába integrálódik (A T-DNS régióban helyezkednek el a tumorok kialakulásáért felelős gének.) 15 Az A. tumefaciens fertőzés Kétszikűeknél: Az Agrobacterium tumefaciens növénypatogén törzs Ti (tumor indukáló) plazmidja a T-DNS szakaszt beépíti a megfertőzött növény kromoszómájába. 16 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 8

A Ti plazmid 1,2 x 10 8 molekulatömegű, gyűrű alakú DNS molekula. A baktériumban önállóan replikálódó genetikai egység. A plazmid DNS-nek van egy transzformáló (T-) DNS szakasza. Ennek nagysága 20 000 bázispár, ez jut be a gazdasejtbe a fertőzést követően, majd stabilan beépül a növényi kromoszómába. A sejtburjánzás mellett olyan aminosav származékokat termeltet a növénnyel, amelyeket az Agrobacterium tápanyagként hasznosít, emellett olyan növényi hormonanalógok képződnek, amelyek a gyökér- és szárnövekedést leállítják, ezzel is előnyt adva a tumorsejtek növekedésének. 17 Génátvitel a Ti plazmiddal A Ti plazmidok alkalmasak arra, hogy vektorként szolgáljanak idegen DNS szakaszoknak a gazda növények kromoszómáiba történő beviteléhez. Ha a T-DNS szakaszba a tumorindukáló gének helyére más géneket építenek be, azok éppúgy integrálódnak a növényi genomba. E rendszer felhasználásával a növények gyakorlatilag bármely génnel transzformálhatók. A genomba juttatandó T-DNS szakaszokba általában rezisztencia géneket is elhelyeznek, ami lehetővé teszi a transzformáns növények egyszerű szelektálását. Növényeknél értelemszerűen az antibiotikum rezisztencia helyett herbicid rezisztencia géneket alkalmaznak. 18 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 9

A T-DNS felépítése Határoló régiók: ezek a T-DNS jobb és bal oldali végei, amelyek a kromoszómába való integrálódáshoz nélkülözhetetlenek. Ezen belül: expressziós kazetta, az elején promóter, a végén terminátor régióval, melyek a gén működését, expresszióját (kifejeződését) teszik lehetővé. Ezen belül: szelekciós marker gén (antibiotikum- vagy herbicid-rezisztencia gén), és a hasznos gén (egy hasznos növényi tulajdonság génje, amit be akarunk vinni a növénybe) 19 Növényregenerálás A Ti plazmidokkal be lehet vinni géneket a növényi sejtekbe, de ezek a gének nem jelennek meg az egész növényben, csak a tumorsejtekben, és nem öröklődnek. Ahhoz, hogy minden sejtben megjelenő, öröklődő tulajdonságot kapjunk, ki kell emelni egy tumorsejtet, és abból regenerálni a teljes növényt. (A protoplaszt-fúziónál már említettük, hogy ez kivitelezhető.) 20 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 10

Növényregenerálás A növényeknél egy sejtből vissza lehet nevelni az egész növényt, a tumorsejtből kiindulva is regenerálható szaporodóképes növény. 21 BME Alkalmazott Biotechnológia és Élelmiszertudomány Tanszék 11