Inginerie genetică

Ingineria genica poate fi definita drept ansamblu de metode si tehnici prin care este posibila manipularea materialului genetic la nivel celular si molecular pentru a obtine pe cai netraditionale produsi utili omului si genotipuri noi, avand la baza tehnologia moleculelor recombinate (hibride) de ADN.

Ingineria genica se profileaza ca directie stiintifica si tehnologica in anii '70. Aparitia ei a fost determinata, in primul rand, de aprofundarea cunostintelor de genetica la nivel celular si molecular, de dezvoltarea cunostintelor privind materialul genetic al organismelor vii, si anume:

- descoperirea mecanismelor principale de transmitere a informatiei ereditare: transformatia (A.Avery, C.MacLeod, M.MacCarty, 1944) - prin intermediul fragmentelor de ADN; sexductia (J.Lederberg, E.Tatum, 1946) - prin conjugarea bacteriilor si transductia (J.Lederberg, 1952) - cu ajutorul fagilor;

- descoperirea structurii moleculei de ADN (J.Watson, F.Crick, 1953);

- descoperirea si izolarea enzimelor de restrictie si legare a fragmentelor de ADN (H.Smith, 1970);

- descoperirea fenomenului transcriptiei inverse a informatiei genetice de la ARN la ADN (H.Temin, S.Mizutani, D.Baltimor, 1970);

- descoperirea sintezei chimice a genelor (A.Kornberg, 1967; H.Khorana, 1970, 1976).

1. BAZELE TEHNICO-MATERIALE

ALE INGINERIEI GENICE

Datorita cercetarilor de genetica moleculara, a fost posibila cunoasterea structurii de profunzime a unor gene si genomuri, fapt ce a condus la elaborarea tehnologiei ADN-ului recombinat si la transferul de gene peste barierele de specie.

Tehnica recombinarii genetice in vitro include trei etape principale:

1.extragerea sau sinteza chimica a ADN-ului din diferite specii;

2.construirea unei molecule hibride (recombinate) de ADN;

3.reintroducerea moleculei recombinate de ADN intr-o celula vie pentru reproducerea si expresia ei (fig. 1).

Fig 1. Etapele principale ale ingineriei genice.

Extragerea ADN-ului se produce utilizandu-se o serie de enzime specifice, in primul rand, cele de restrictie, capabile sa rupa molecula de ADN in anumite locuri. Enzima de restrictie extrasa din Escherichia coli Eco RI recunoaste urmatoarea secventa de nucleotide:

G AATTC

CTTAA G.

Restrictazele reprezinta instrumentul de baza al ingineriei genice, deoarece au capacitatea unica de a taia molecula de ADN in anumite sectoare (loci). Prima restrictaza a fost obtinuta din bacteriile Haemophillus influenzae serotipul - si se folosea pentru fragmentarea ADN-ului virusului SV-40 si cartarea lui (Kelly, Smith, 1970).

Nu toate restrictazele se utilizeaza in ingineria genica, ci doar acele care au urmatoarele proprietati:

- pot taia molecula de ADN in fragmente discrete;

- poseda o specificitate de actiune inalta (taie molecula de ADN intr-o anumita succesivitate - "site"-ul de recognitie);

- pot forma, in rezultatul restrictiei, "margini lipicioase" la capetele fragmentului de ADN (aceasta proprietate nu este caracteristica tuturor restrictazelor);

- pot fi izolate relativ usor in stare pura din mediul incubational.

La repartitia ADN-ului este implicata ADN-ligaza, care poate lega unele fragmente de restrictie. Acestea si alte enzime stau la baza obtinerii moleculelor recombinate de ADN (fig.2).

Pentru transferul genelor de la unele organisme la altele sunt utilizati vectorii (moleculele speciale de ADN ce transfera informatia genetica dintr-o celula in alta) reprezentati prin plasmide, virusuri, liposomi, ADN mitocondrial si ADN cloroplastic.

Sistemele vectoriale, utilizate pentru transferul informatiei straine in celulele (organismele) - gazda, trebuie sa corespunda urmatoarelor cerinte:

- inofensivitatea vectorului;