Добавил:
kiopkiopkiop18@yandex.ru Вовсе не секретарь, но почту проверяю Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

2 курс / Микробиология 1 кафедра / Доп. материалы / Медицинская_микробиология,_вирусология_и_иммунология_1_том

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
24.03.2024
Размер:
16.13 Mб
Скачать

Генетика микробов

203

Из исследуемого образца выделяют общую ДНК, которую мож­ но амплифицировать по стабильной последовательности 16S РНКгену. Выделенную ДНК метят флуорохромом или ферментом и обрабатывают ею микрочип, создавая условия для гибридизации.

Отмывают несвязавшуюся ДНК, определяют локализацию моле­ кулярных гибридов постановкой ИФА или денситометрией.

Полимеразная цепная реакция позволяет обнаружить микроб в

исследуемом материале (воде, продуктах, материале от больного)

по наличию в нем ДНК микроба без выделения последнего в чи­ стую культуру.

Для проведения этой реакции из исследуемого материала вы­ деляют ДНК, в которой определяют наличие специфичного для данного микроба гена. Обнаружение гена осуществляют его нако­ плением. Для этого необходимо иметь праймеры (затравки) ком­ плиментарного З’-концам ДНК исходного гена. Накопление (ам­

плификация) гена выполняют следующим образом. Выделенную из исследуемого материала ДНК нагревают. При этом ДНК распа­ дается на 2 нити. Добавляют праймеры. Смесь ДНК и праймеров

охлаждают. При этом праймеры при наличии в смеси ДНК искомо­ го гена связываются с его комплементарными участками. Затем к смеси ДНК и праймера добавляют ДНК-полимеразу и нуклеотиды. Устанавливают температуру, оптимальную для функционирования

ДНК-полимеразы. В этих условиях в случае комплементарное™ ДНК гена и праймера происходит присоединение нуклеотидов к З’-концам праймеров, в результате чего синтезируются две копии гена. После этого цикл повторяется снова, при этом количество ДНК гена увеличивается каждый раз вдвое (рис. 5.7). Проводят реакцию в специальных приборах — амплификаторах. Результат оценивают последующей денситометрией амплифицированной

ДНК или ее электрофорезом в полиакриламидном геле. ПЦР при­ меняют для диагностики вирусных и бактериальных инфекций.

ПЦР в реальном времени представляет ускоренный метод ПЦР,

при котором амплификацию и определение продукта амплифика­ ции проводят одновременно. Для этой цели в амплификационную пробирку вводят молекулярный зонд, который в случае связывания

с амплифицированной цепью генерирует флюоресцентный сигнал определенной длины волны. Реакцию проводят в автоматическом

режиме.

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

204

Глава 5

5'

А 3'

Участок связывания

 

I

 

Z

праймера 8

Участок связывания праймера а

Денатурация

92-95 °C

Связывание праймеров при отжиге 37-60 °C

Амплификация

Рис. 5.7. Полимеразная цепная реакция (схема)

Генетика микробов

205

Опосредованная транскрипцией амплификация рРНК использует­ ся для диагностики смешанных инфекций. Этот метод основан на обнаружении с помощью молекулярной гибридизации амплифицированных рРНК, специфичных для определенного вида бакте­ рий. Исследование проводят в три этапа:

амплификация пула рРНК на матрице выделенной из иссле­

дуемого материала ДНК при помощи ДНК-зависимой РНКполимеразы;

гибридизация накопленного пула рРНК с комплиментарными видоспецифическими рРНК олигонуклеотидами, меченными флюорохромом или ферментами;

определение продуктов гибридизации методами денситоме­

трии, ИФА.

Реакцию проводят в автоматическом режиме в установках, в которых одномоментное определение рРНК, принадлежащих раз­ личным видам бактерий, достигается разделением амплифицированного пула рРНК на несколько проб, в которые вносят для гибридизации комплементарные видоспецифическим рРНК мече­

ные олигонуклеотиды.

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

Глава 6

БИОТЕХНОЛОГИЯ, ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

6.1. Биотехнология

Биотехнология является наукой, которая на основе изучения процессов жизнедеятельности живых организмов, главным обра­ зом микроорганизмов, животных и растительных клеток, исполь­

зует эти биологические процессы, а также сами биологические объекты для промышленного производства продуктов, необходи­

мых для жизни человека или воспроизводства биоэффектов, не проявляющихся в естественных условиях (А.А. Воробьев).

6.1.1. Объекты биотехнологии, ее цели и задачи

Биотехнология (от греч. bios — жизнь, tecen — искусство, lo­ gos — наука) представляет собой область знаний, которая возникла и оформилась на стыке микробиологии, молекулярной биологии, генной инженерии, иммунологии, химической технологии и ряда других наук. Рождение биотехнологии обусловлено потребностями общества в новых, более дешевых продуктах для народного хозяй­ ства, в том числе для медицины и ветеринарии, а также принципи­ ально новых технологиях. Целью биотехнологии являются получе­ ние продуктов из биологических объектов или с их применением, а также воспроизводство биоэффектов, не встречающихся в при­ роде. В качестве биологических объектов чаще всего используются одноклеточные микроорганизмы, животные и растительные клет­ ки, а также организм животных, человека или растений. Выбор этих объектов обусловлен следующими причинами.

Клетки являются своего рода биофабриками, вырабатывающи­ ми в процессе жизнедеятельности разнообразные ценные продук­

ты: белки, жиры, углеводы, витамины, аминокислоты, антибиоти­

ки, гормоны, антитела, антигены, ферменты, спирты и т.д. Многие

208 Глава 6

Биотехнология, используя перечисленные выше биологиче­

ские объекты, получает огромный ассортимент продукции, при­ меняемой в медицине, ветеринарии, сельском хозяйстве, пище­ вой и химической промышленности, других отраслях народного хозяйства. К ним относятся продукты, без которых немыслимо существование современного человека: антибиотики, витамины, ферменты, вакцины, гормоны, аминокислоты, нуклеотиды, ком­ племент и препараты крови, иммуномодуляторы, антитела, диа­

гностические препараты, сердечно-сосудистые, противоопухоле­ вые и множество других фармацевтических препаратов, пищевые и кормовые белки, биологические средства защиты растений, ин­ сектициды, сахара, спирты, липиды, дрожжи, кислоты, бутанол, ацетон и др.

Помимо этого биотехнология играет большую роль в оздоровле­ нии окружающей среды: с помощью биотехнологических процес­

сов проводят очистку от загрязняющих веществ почвы, водоемов, воздушной среды путем их биоконверсии и биодеградации.

Однако биотехнология не ограничивается получением только вышеперечисленных продуктов. Значительные, более масштабные и революционные проблемы она решает на пути создания транс­ генных животных и растений, т.е. создания новых, ранее неиз­ вестных пород животных и растений, а также клонирования жи­ вотных. Новейший раздел биотехнологии — генная и белковая

инженерия — позволяет получать совершенно уникальные био­

технологические эффекты, открывать способы диагностики, про­ филактики и лечения врожденных болезней, влиять на свойства генома человека, животных и растений.

6.1.2. История развития биотехнологии

Старая биотехнология возникла в древности, примерно 6000-

5000 лет до н.э., тогда, когда люди научились выпекать хлеб, ва­ рить пиво, приготовлять сыр и вино. Этот первый этап биотехно­ логии был сугубо эмпирический и продолжал оставаться таким, несмотря на совершенствование технологических процессов и расширение сфер использования биотехнологических приемов, вплоть до открытия Л. Пастером в XIX в. ферментативной приро­ ды брожения. С этого момента начался второй, научный, этап тра­ диционной биотехнологии. В этот период получены и выделены

210

Глава 6

6.1.3. Микроорганизмы и процессы, применяемые в биотехнологии

На Земле существует около 100 тыс. видов бактерий, не считая

многочисленных грибов (250 тыс. видов), вирусов, простейших. Микробы способны синтезировать продукты или осуществлять ре­

акции, полезные для биотехнологии. Однако в практике использу­ ют не более 100 видов микроорганизмов, так как остальные мало изучены.

Так, например, дрожжи используют в хлебопечении, пивоваре­ нии, виноделии, получении соков, кормового белка, питательных сред для выращивания бактерий и культур животных клеток.

Из бактерий в биотехнологии чаще всего используют род Acetobacter— для превращение этанола в уксусную кислоту, углекислый

газ и воду; род Bacillus — для получения ферментов (В. subtilis), средств защиты растений (В. thuringiensis)\ род Clostridium — для

сбраживания сахаров в ацетон, этанол, бутанол; молочнокислые бактерии (Lactobacillus и др.); псевдомонады, например РР. denitrificans, — для получения витамина В12; Corynebacterium gentamicum —

для получения аминокислот и др.

Из грибов в биотехнологии для получения разнообразных анти­ биотиков применяют род Streptomyces, Penicilium chrysogenium, Cefalosporum acremonium, Streptomyces spp. и др.

Естественно, широкое применение в получении диагностикумов, вакцин, иммуноглобулинов, пробиотиков, фагов и других

микробных препаратов находят патогенные и вакцинные штаммы болезнетворных микробов, а также условно-патогенные микроор­ ганизмы.

Многие микроорганизмы — бактерии, дрожжи, вирусы — ис­ пользуются в качестве реципиентов чужеродного генетического материала с целью получения рекомбинантных штаммов — про­

дуцентов биотехнологической продукции. Так получены реком­

бинантные штаммы Е. coli, продуцирующие интерфероны, инсу­ лин, гормоны роста, разнообразные антигены; штаммы В. subtilis, вырабатывающие интерферон; дрожжи, продуцирующие интер­ лейкины, антигены вируса гепатита В; рекомбинантные вирусы осповакцины, синтезирующие антигены вируса гепатита В, вируса

клещевого энцефалита, ВИЧ и др.

Биотехнология, генная инженерия

211

6.2.Генетическая инженерия и область

ееприменения в биотехнологии

Генетическая инженерия является сердцевиной биотехнологии. Она по существу сводится к генетической рекомбинации, т.е. об­ мену генами между двумя хромосомами, которая приводит к воз­ никновению клеток или организмов с двумя и более наследствен­ ными детерминантами (генами), по которым родители различались между собой. Метод рекомбинации in vitro или генетической ин­ женерии заключается в выделении или синтезе ДНК из отличаю­ щихся друг от друга организмов или клеток, получении гибридных молекул ДНК, введении рекомбинантных (гибридных) молекул в живые клетки, создании условий для экспрессии и секреции про­ дуктов, кодируемых генами.

Гены, кодирующие те или иные структуры, или выделяют (кло­

нируют) как таковые (хромосомы, плазмиды), или прицельно выщепляют из этих генетических образований с помощью ферментов

рестрикции. Эти ферменты, а их уже известно более тысячи, спо­ собны резать ДНК по многим определенным связям, что является важным инструментом генной инженерии.

В последнее время обнаружены ферменты, расщепляющие по определенным связям РНК, наподобие рестриктаз ДНК. Эти фер­ менты названы рибозимами.

Сравнительно небольшие гены могут быть получены с помощью химического синтеза. Для этого вначале расшифровывают число и последовательность аминокислот в белковой молекуле вещества,

а затем по этим данным узнают очередность нуклеотидов в гене,

поскольку каждой аминокислоте соответствуют три нуклеотида (кодон). С помощью синтезатора создают химическим путем ген,

аналогичный природному гену.

Полученный одним из способов целевой ген с помощью фер­ ментов лигаз сшивают с другим геном, который используется в качестве вектора, для встраивания гибридного гена в клетку. Век­ тором могут служить плазмиды, бактериофаги, вирусы человека, животных и растений.

Экспрессируемый ген в виде рекомбинатной ДНК (плазмида,

фаг, вирусная ДНК) встраивается в бактериальную или животную клетку, которая приобретает новое свойство — продуцировать не­ свойственное этой клетке вещество, кодируемое экспрессируемым

геном.

Рекомендовано к покупке и изучению сайтом МедУнивер - https://meduniver.com/

212 Глава 6

В качестве реципиентов экспрессируемого гена чаще всего ис­ пользуют Е. coli, В. subtilis, псевдомонады, нетифоидные серовары сальмонелл, дрожжи, вирусы.

Методом генной инженерии созданы сотни препаратов меди­ цинского и ветеринарного назначения, получены рекомбинантные штаммы-суперпродуценты, многие из которых нашли практическое

применение. Уже используются в медицине полученные методом генной инженерии вакцины против гепатита В, интерлейкины-1, 2, 3, 6, инсулин, гормоны роста, интерфероны а, £, у, фактор не­ кроза опухолей, пептиды тимуса, миелопептиды, тканевый акти­ ватор плазминогена, эритропоэтин, антигены ВИЧ, фактор свер­ тывания крови, моноклональные антитела и многие антигены для

диагностических целей.

Задания для самоподготовки (самоконтроля) (к главам 5, 6)

А.Назовите процесс, в котором принимает участие бактериофаг:

1.Конъюгация.

2.Трансформация.

3.Трансдукция.

4.Репарация.

Б.Назовите свойства плазмиды, необходимые для осуществления передачи хромосомы путем конъюгации:

1.Интегративность.

2.Гипермутабельность.

3.Трансмиссивность.

4.Суперспирализованность.

В.Назовите структуры, которые участвуют в распространении ге­ нов в популяции бактерий:

1.Плазмиды.

2.Интегрон.

3.Транспозон.

4.Репликон.

Г.Назовите ферменты, которые применяются в генной инжене­ рии:

1.Рестриктазы.

2.Лигазы.

3.Протеазы.

4.ДНК-полимераза.

Соседние файлы в папке Доп. материалы