Ma `lumot

1.3D: Zamonaviy mikrobiologiya - biologiya


O'quv maqsadlari

  • Mikrobiologiyaning asosiy jihatlarini muhokama qiling

Zamonaviy mikrobiologiya mikroblarning kashf etilishi bilan boshlandi va bu sohaning ko'lami va ko'lami bugun ham kengayib bormoqda. Ba'zi munozaralar mavjud bo'lsa-da, zamonaviy mikrobiologiya ko'pchilik tomonidan Gollandiyaning Delft shahrida umrining ko'p qismini yashagan gollandiyalik draper va galanterist Antoni van Leuvengukning kuzatishlaridan boshlanadi. 1676 yilda van Levenguk o'z dizaynidagi bitta linzali mikroskop yordamida bakteriyalar va boshqa mikroorganizmlarni kuzatdi. Van Leuvenguk ko'pincha mikroblarni birinchi bo'lib kuzatgan bo'lsa-da, Robert Guk 1665 yilda mog'orlarning mevali tanalarini qayd etgan birinchi mikroskopik kuzatuvni amalga oshirdi.

Taxminlarga ko'ra, mikroorganizmlarni birinchi bo'lib Afanasiy Kirxer ismli ruhoniy ruhoniy kuzatgan. Uning kitoblaridan birida lotincha tarjima qilingan "Mikroskop yordamida o'rganilgan tabiatdagi narsalarning ajoyib tuzilishi to'g'risida" bo'limi bor. Bu erda u "sirka va sut son-sanoqsiz qurtlar bilan ko'p ekanligiga kim ishonadi" deb yozgan. Uning ta'kidlashicha, chirigan material son-sanoqsiz sudraluvchi hayvonlarga to'la. Bu kuzatuvlar Robert Gukning mikrografiyasidan qariyb 20 yil oldin paydo bo'lgan va van Levenguk protozoalarni ko'rishidan taxminan 29 yil oldin nashr etilgan.

Bakteriologiya sohasi (keyinchalik mikrobiologiya subdisipti) 19 -asrda botinka Ferdinand Kon tomonidan asos solingan, u suv o'tlari va fotosintetik bakteriyalarni o'rganib, unga Bacillus va Beggiatoa kabi bir qancha bakteriyalarni tasvirlab bergan. Kon ham birinchi bo'lib bakteriyalarning taksonomik tasnifi sxemasini ishlab chiqdi va sporalarni kashf etdi. Lui Paster va Robert Kox Konning zamondoshlari bo'lgan va ko'pincha mikrobiologiya va tibbiy mikrobiologiyaning otasi hisoblanishgan. Paster o'z vaqtida paydo bo'ladigan o'z -o'zidan paydo bo'lish nazariyasini rad etish va shu bilan mikrobiologiyaning biologik fan sifatida o'ziga xosligini mustahkamlash uchun mo'ljallangan bir qator tajribalari bilan mashhur. Shuningdek, Paster oziq -ovqat mahsulotlarini saqlash usullarini (pasterizatsiya) va kuydirgi, qush vabosi va quturish kabi bir qancha kasalliklarga qarshi vaksinalarni ishlab chiqqan.

Koch kasallikning mikroblar nazariyasiga qo'shgan hissasi bilan mashhur bo'lib, o'ziga xos kasalliklar o'ziga xos patogen mikroorganizmlardan kelib chiqqanligini isbotlaydi. U Koch postulatlari sifatida tanilgan bir qator mezonlarni ishlab chiqdi. Koch sof madaniyatda bakteriyalarni ajratib olishga e'tibor qaratgan birinchi olimlardan biri bo'lib, u bir qancha yangi bakteriyalarni tasvirlab berdi. Mikobakteriyalar sil kasalligi, sil kasalligining qo'zg'atuvchisi. Paster va Kox ko'pincha mikrobiologiyaning asoschilari hisoblansa -da, ularning ishi mikroblar dunyosining haqiqiy xilma -xilligini aniq aks ettira olmadi, chunki ular to'g'ridan -to'g'ri tibbiy ahamiyatga ega bo'lgan mikroorganizmlarga alohida e'tibor qaratdilar.

Faqat 19 -asrning oxirigacha va umumiy mikrobiologiyaning asoschilari Martinus Beyjerink va Sergey Winogradskiy (mikroblar fiziologiyasi, xilma -xilligi va ekologiyasini o'z ichiga olgan eski atama) asarlarigina mikrobiologiyaning haqiqiy kengligini ochib berdi. Beijerinck mikrobiologiyaga ikkita katta hissa qo'shdi: viruslarni kashf etish va boyitish madaniyatini rivojlantirish. Uning tamaki mozaikasi virusi (TMV) bo'yicha ishi virusologiyaning asosiy tamoyillarini belgilab bergan bo'lsa -da, uning boyitish madaniyatini rivojlanishi mikrobiologiyaga eng tez ta'sir ko'rsatdi, bu esa fiziologiyasi juda xilma -xil bo'lgan mikroblarning keng doirasini etishtirishga imkon berdi. Winogradskiy birinchi bo'lib kemotavtrofiya kontseptsiyasini ishlab chiqdi va shu bilan geokimyoviy jarayonlarda mikroorganizmlarning muhim rolini ochib berdi. Xususan, u nitrifikatsiya qiluvchi va azotli bakteriyalarni birinchi izolatsiyasi va ta'rifi uchun mas'ul bo'lgan.

Asosiy fikrlar

  • Aynan kim birinchi bo'lganligi haqida ba'zi munozaralar mavjud, ammo Antoni van Levenguk, Afanasius Kircher va Robert Xuk birinchi o'z-o'zidan qurilgan mikroskoplardan foydalangan holda mikroblarni ko'rgan birinchi odamlar edi.
  • Ferdinand Kon, Lui Paster va Robert Kox bakteriologiyada kashshoflar bo'lib, bakteriyalar bo'lgan mikroblar to'plamini kashf etishdi. Bu oziq -ovqat mahsulotlarini saqlash va kasalliklarning sababiga to'g'ridan -to'g'ri ta'sir ko'rsatdi.
  • Martinus Beijerinck va Sergey Winogradskiy umumiy mikrobiologiyaning kashfiyoti bilan mashhur bo'lib, bu mikroblar fiziologiyasi, xilma -xilligi va ekologiyasini tushunishimizga zamin yaratdi.

Asosiy shartlar

  • kimyoavtotrofiya: Oddiy organizm, masalan, protozoan, energiyasini fotosintezdan ko'ra kimyoviy jarayonlardan oladi.
  • pasterizatsiyaIssiqlikka sezgir vegetativ hujayralarni yo'q qilish uchun tez buziladigan oziq-ovqat mahsulotlarini issiqlik bilan ishlov berish, so'ngra tirik qolgan hujayralar o'sishi va sporlar o'sishini cheklash uchun darhol sovutish.
  • quturish: issiq qonli hayvonlar va odamlarda o'tkir ensefalitni keltirib chiqaradigan virusli kasallik, hayajon, tajovuzkorlik va demans kabi g'ayritabiiy xatti-harakatlar bilan tavsiflanadi, keyin falaj va o'lim.
  • hayvon tanasi: Bir daqiqa yoki mikroskopik hayvon yoki protozoa uchun eski atama.

Zamonaviy mikrobial biologiya jurnali (MJMB)-butun dunyodan mikrobial biologiya sohasida yuqori sifatli maqolalar chop etishga tayyor bo'lgan, hammaga ochiq jurnal. Jurnal professor doktor Emad Abd Elmoniem Mohamed Ebadaga tegishli va ilmiy olim tomonidan nashr etilgan. Jurnal mikrobiologiya fanining hozirgi amaliyotiga mos keladigan eng yangi ma'lumotlarni taqdim etishni maqsad qilgan.

Fokus va keng qamrov

Mikrobiologiyaning zamonaviy jurnali Mikrobiologiya bilan bog'liq mavzularni qamrab oladi, ammo qishloq xo'jaligi mikrobiologiyasi, bakteriologiya, evolyutsion mikrobiologiya, oziq-ovqat mikrobiologiyasi, sanoat mikrobiologiyasi, tibbiy mikrobiologiya, mikrobiologiya, mikrobial biotexnologiya, mikrobial ekologiya, mikrobial genetika, mikrobiologiya, farmatsevtika bilan cheklanmaydi. -Mikroblarning o'zaro ta'siri, tizimli mikrobiologiya, veterinariya mikrobiologiyasi, virusologiya.

Bu sohaga oid ilmiy ishlarning yuqori sifatini ta'minlash uchun qat'iy etik siyosat va standartlarga rioya qilgan holda, mikrobial ekologiya, tibbiy mikrobiologiya, mikrobial fiziologiya va boshqalar bo'yicha kashfiyotlar, eksperimental yondashuvlar va dolzarb tadqiqot ishlari to'g'risida eng to'liq va ishonchli ma'lumotlarni nashr etishni maqsad qilib qo'ygan.

Auditoriya

Bizning auditoriyamizga mikrobiologiya sohasidagi barcha olimlar (shu jumladan mikrobiologlar, tibbiyot tadqiqotchilari, genetiklar, veterinariya fanlari mutaxassislari, farmatsevtika tadqiqotchilari), bitiruvchilar, davlat va xususiy tashkilotlar va jamoatchilik kiradi.

Ko'rib chiqish jarayoni

MJMB qo'lyozmalarning ilmiy jihatdan to'g'ri, dolzarbligi, yangiligi va muhimligiga ishonch hosil qiladigan juda qattiq ikki tomonlama ko'r-ko'rona ko'rib chiqish jarayoniga ega. Mualliflar e'lon qilingan kontent bir tomonlama bo'lmasligi uchun manfaatlar to'qnashuvi, mansabdor shaxslar va moliyaviy ma'lumotlarni oshkor qiladi.

Har qanday tahririyat a'zosining ishini o'z ichiga olgan o'z arizalarini tahririyat kengashi a'zosi ko'rib chiqishga ruxsat bermaydi va bu qo'lyozma haqidagi barcha qarorlar mustaqil muharrir tomonidan qabul qilinadi. Qolaversa, bu qo'lyozmalar ikki tashqi ekspert tomonidan ko'rib chiqiladi. Bu, shuningdek, nashr etilgan qo'lyozmada "Manfaatlar to'qnashuvi" bo'limida ochib berilgan.

Tahririyat jamoasi

Tahririyat kengashi tarkibiga turli mamlakatlardan mikrobiologiya bo'yicha xalqaro ekspertlar guruhi kiradi, ular Bosh muharrirga jurnal mazmuni va maqsadining aniqligini ta'minlashda o'z tajribalari va yo'l-yo'riqlarini taqdim etadilar.

Tahririyat haqida

Doktor Emad A. Abada fan nomzodi

Xelvan universiteti, Qohira, Misr fanlar fakulteti, Botanika va mikrobiologiya kafedrasi molekulyar biologiya va mikrobiologiya professori. U o'zining bakalavr darajasini oldi. botanika fanlari bo'yicha, Qohira universiteti, Misr, 1992 yil. U magistrlik darajasini oldi, Misr, Qohira universiteti, fan fakultetining mikrobiologiya fanidan, ’ 1996, doktorlik dissertatsiyasi. Gissen universiteti, Fizika fakulteti, Mikrobiologiya va molekulyar biologiya institutidan, Germaniya, 2002. 2006-2008 yillarda Janubiy Koreya, Chonnam universiteti, Fan fakultetida doktorlik dissertatsiyasi bilan taqdirlangan. Googolshunos olimning so'zlariga ko'ra, professor Doktor Abada 33 ta maqolani, shu jumladan, mikrobiologiya, biotexnologiya va molekulyar biologiya sohasida 281 ta iqtibos va 10 h-indeksli 2 ta kitob bobini, asosan impakt faktorli xalqaro jurnalda chop etgan. Professor Abada ko'plab magistr va doktorantlarning ilmiy rahbari edi. Professor Abada oliy o'quv yurtlari moliyalashtiruvchisi tomonidan moliyalashtiriladigan ko'plab tadqiqot loyihalarining bosh tergovchisi va birgalikda tergovchisi bo'lgan. Tashish paytida u ko'plab xalqaro va mahalliy konferentsiyalarda qatnashgan.

Jurnal haqida faktlar

MJMB - bu ikki tomonlama ko'r-ko'rona ko'rib chiqish jarayoniga ega bo'lgan xalqaro jurnal. Uning nashr qilish chastotasi doimiy. Jurnal E-Journal formatida nashr etiladi va jurnal ham talabga binoan chop etiladi.

Foyda

Jurnalda chop etilgan qo'lyozmani butun dunyodagi o'quvchilar hech qanday to'lov va to'lovlarsiz o'qishi va yuklab olishi mumkin. Muallif qo'lyozma va rasmlarning mualliflik huquqini saqlab qoladi. Bu mualliflarga tibbiy tadqiqotlar olamida o'z ta'sirini kengaytirish va o'z ishlari uchun dunyo miqyosida tan olinish imkonini beradi.

Ma'lumotni mavhumlashtirish va indekslash

Jurnal quyidagi abstrakt hamkorlar bilan ro'yxatdan o'tgan:

Google Scholar, CrossRef, ReadCube, Scilit

Jurnal etikasi

Jurnal nashr qilish jarayonining barcha bosqichlarida axloqiy me'yorlarga rioya qilish va ularga rioya qilish majburiyatini oladi. Biz standartlarni belgilaydigan va bu talablarga javob beradigan eng yaxshi amaliyotlar uchun ko'rsatmalarni taqdim etuvchi nashr etikasi qo'mitasi (COPE), Xalqaro tibbiy jurnal muharrirlari qo'mitasi (ICMJE) va Butunjahon tibbiyot muharrirlari uyushmasi (WAME) kabi sanoat birlashmalariga amal qilamiz. . Takroriy nashrlar, manfaatlar to'qnashuvi, bemorlarning roziligi va boshqalar haqidagi aniq siyosatimiz haqida xulosa qilish uchun, axloqiy ko'rsatmalar bo'limiga tashrif buyuring.

Plagiat siyosati

Biz qo‘lyozmalarni boshqarish tizimidagi muharrir va sharhlovchi panelida plagiatni tekshirish dasturini (iThenticate) taqdim etamiz. Biz muharrirlarimiz va sharhlovchilarimizni plagiat tekshiruvidan foydalanishni tavsiya qilamiz. Qo'lyozmada plagiat borligi aniqlandi.

Arxiv siyosati

Biz bilan chop etilgan barcha maqolalar uchun uchinchi tomon omborimiz uchun PORTICO dan foydalanamiz. Bizning barcha qo'lyozmalarimizga CROSSREFdan DOI raqami beriladi va biz https://crossref.org Crossref a'zosimiz.

Ochiq kirish nashrlari va Creative Commons litsenziyasi

MJMB ochiq jurnal boʻlib, chop etilgan qoʻlyozmalar Creative Commons Attribution-Non-Commercial-Share Alike 4.0 litsenziyasi shartlariga muvofiq tarqatiladi, bu esa boshqalarga asarni notijorat tarzda remiks qilish, sozlash va yaratish imkonini beradi. tegishli kredit beriladi va yangi asarlar bir xil sharoitda litsenziyalanadi.

Chop etish siyosatidan oldin

Ahead of Chop etish modeli ostida onlayn nashr etilgan maqolalar nashr etilgan deb hisoblanadi va DOI manbasi sifatida iqtibos keltirilishi va keltirilishi mumkin. Jurnalda ilmiy nashrga tuzatishlar kiritish uchun qabul qilingan tartib -qoidalarga rioya qilmasdan, maqola chop etilgandan keyin o'zgartirishlar kiritilmasligi siyosati mavjud.

Reklamalar

Hamma uchun hamma kontentni tekin saqlashi uchun reklama bu jurnalda hal qiluvchi ahamiyatga ega bo'lsa-da, jurnalning yaxlitligini va uning mazmuni bir xil bo'lmasligini ta'minlash uchun axloqiy qoidalar mavjud (https://scientificscholar.com/adv-policies/). yoki reklama ta'sirida.

"Qalqib chiquvchi" va "Banner" reklamasi sahifaning belgilangan joyida paydo bo'ladi va qo'lyozmani har qanday shaklda o'qish/ko'rsatishga to'sqinlik qilmaydi. (https://modernjmicrobiol.com/advertise/)

Barcha e'lonlar Bosh muharrir/Tahririyat kengashi bilan kelishilgan holda tasdiqlanadi.

Reklama beruvchilar o'z e'lonlarini nashr etiladigan jurnal mazmuni haqida oldindan ma'lumot bermasdan yuboradilar.

Obuna haqida ma'lumot

MJMB doimiy nashr bo'lib, jurnalda chop etilgan qo'lyozmalarni butun dunyo bo'ylab o'quvchilar hech qanday to'lov va to'lovlarsiz o'qishlari va yuklab olishlari mumkin.


Mikrobiologiya bo'limlari

Taksonomiya bo'yicha

  • Bakteriologiya: bakteriyalarni o'rganish.
  • Immunologiya: Immunitet tizimini o'rganish. U bakteriyalar, viruslar va ularning xostlari kabi patogenlar o'rtasidagi munosabatlarni ko'rib chiqadi.
  • Mikologiya: xamirturush va mog'or kabi qo'ziqorinlarni o'rganish.
  • Nematologiya: nematodalarni (dumaloq qurtlarni) o'rganish.
  • Parazitologiya: parazitlarni o'rganish. Parazitlarning hammasi ham mikroorganizmlar emas, lekin ko'plari. Protozoa va bakteriyalar parazit bo'lishi mumkin, bakterial parazitlarni o'rganish odatda bakteriologiyaning bir qismi sifatida tasniflanadi.
  • Fiziologiya: yosunlarni o'rganish.
  • Protozoologiya: protozoa, amyoba kabi bir hujayrali organizmlarni o'rganish.
  • Virusologiya: viruslarni o'rganish.

Tadqiqot turi bo'yicha

Mikrobiologiya tadqiqotlari, boshqa ilmiy tadqiqot sohalari kabi, sof va amaliy toifalarga bo'linishi mumkin. Sof (yoki asosiy) tadqiqotlar ilmiy hodisani yaxshiroq tushunish uchun kashfiyotchi va o'tkaziladi, amaliy tadqiqotlar esa aniq tadqiqotlardan olingan va aniq savollarga javob berish yoki muammolarni hal qilish uchun ishlatiladi.
Sof mikrobiologiya tadqiqotlari quyidagilarni o'z ichiga oladi:

  • Astromikrobiologiya: Yerdagi hayotning kelib chiqishini o'rganish va Yerdan tashqaridagi hayotni izlash.
  • Evolyutsion mikrobiologiya: mikroorganizmlar evolyutsiyasi.
  • Uyali mikrobiologiya: mikrob hujayralarining tuzilishi va funktsiyasini o'rganish.
  • Mikrobial ekologiya
  • Mikrob genetikasi
  • Mikrobial fiziologiya
  • Tizim mikrobiologiyasi: mikrobiologik tizimlar faoliyatini matematik/hisoblash modellashtirish.

Amaliy mikrobiologiya tadqiqotiga quyidagilar kiradi:

  • Qishloq xo'jaligi mikrobiologiyasi: o'simliklar va tuproq bilan o'zaro ta'sir qiladigan mikroorganizmlarni o'rganish.
  • Oziq-ovqat mikrobiologiyasi: oziq-ovqat mahsulotlarini buzadigan yoki oziq-ovqat yuqadigan kasalliklarga olib keladigan mikroorganizmlarni o'rganish. Mikroorganizmlar oziq-ovqat ishlab chiqarishda, masalan, pivo fermentatsiyasida qanday ishlatilishini ham o'rganishi mumkin.
  • Tibbiy mikrobiologiya: inson kasalliklari uchun mas'ul bo'lgan mikroorganizmlarni o'rganish.
  • Mikrobial biotexnologiya: sanoat yoki iste'mol mahsulotlarida mikroblardan foydalanish.
  • Farmatsevtik mikrobiologiya: vaktsinalar va antibiotiklar kabi farmatsevtika mahsulotlarida ishlatiladigan mikroorganizmlarni o'rganish.


Bu agar plastinkada o'sadigan bakteriyalar koloniyalarining tasviri.


Biotexnologiya: An'anaviy va zamonaviy biotexnologiya bo'yicha foydali eslatmalar

Biotexnologiya inson uchun foydali mahsulotlar va jarayonlar (xizmatlar) ishlab chiqarish uchun tirik mikroorganizmlar, o'simlik yoki hayvon hujayralari yoki ularning tarkibiy qismlari yoki organizmlarning fermentlaridan foydalanish usullari bilan shug'ullanadi.

Biotexnologiya atamasi 1917 yilda vengriyalik muhandis Karl Ereki tomonidan cho'chqalarni keng miqyosda ishlab chiqarish jarayonini tavsiflash uchun kiritilgan.

Gen manipulyatsiyasi - tez rivojlanayotgan fan. Bu rekombinant DNK molekulalarining rivojlanishi bilan boshlandi. U DNK manipulyatsiyasi biotexnologiyasi, rekombinant DNK texnologiyasi va genetik muhandislik deb nomlanadi.

Texnologiya asosan kerakli DNK bo'laklarini kesish va joylashtirishni o'z ichiga oladi. U bakteriyalardagi ikkita muhim kashfiyotga asoslangan:

(i) Bakteriyalarda xromosoma DNKidan mustaqil va replikatsiyaga uchraydigan plazmidlarning mavjudligi.

(ii) DNKni ma'lum joylarda sindirishi mumkin bo'lgan cheklash endonukleazlari (Arber, Neytan va Smit 1970 Nobel mukofoti 1978).

Ularni mos ravishda molekulyar qaychi deb atashadi. Berg (1972) lambda fag yordamida bakteriyaga SV-40 genini kiritishga muvaffaq bo'ldi. Berg ko'pincha "gen muhandisligining otasi" deb hisoblanadi. U 1980 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan. Rekombinant texnologiya fani Koen va Boyer (1973) ichak tayoqchasi plazmidiga begona DNKni o'z ichiga olgan gen bo'lagini kiritishga muvaffaq bo'lganda paydo bo'ldi.

Eski biotexnologiya (an'anaviy biotexnologiya):

Mikroorganizmlar dastlab limon kislotasi kabi ba'zi organik birikmalarni olish uchun ishlatilgan. Ular antikorlarni ishlab chiqarish uchun ham ishlatilgan. Penitsillin ishlab chiqarish darajasi yaxshilandi, lekin mahsulot turlari o'zgarmadi. Ular tabiiy shtammlardan/hujayra liniyalaridan olinganlar bilan bir xil bo'lib qoladi. Bu jarayonlarning barchasida faqat organizmlar va hujayralarning tabiiy imkoniyatlaridan foydalaniladi. Bu faoliyatlar eski biotexnologiya deb ataladi.

Zamonaviy biotexnologiya:

Inson insulini, shuningdek, transgenik Escherichia coli dog'idan ishlab chiqariladi, u insulin genini o'z ichiga oladi va ifodalaydi. Transgenlar tomonidan ishlab chiqarilgan oqsillarga rekombinant oqsillar deyiladi. Gen muhandisligiga asoslangan ishlab chiqarish texnologiyalari zamonaviy biotexnologiya deb ataladi. U 1970 yilda rivojlangan.

Biotexnologiyaning ta'rifi:

An'anaviy qarashlarni ham, zamonaviy molekulyar biotexnologiyani ham qamrab oladigan biotexnologiya ta'rifi Evropa Biotexnologiyalar Federatsiyasi (EFB) tomonidan berilgan. EFB ma'lumotlariga ko'ra. "Biotexnologiya - bu mikroorganizmlar, ekilgan to'qimalar / hujayralar va ularning qismlari imkoniyatlarini texnologik (sanoat) qo'llashga erishish uchun biokimyo, mikrobiologiya va muhandislik fanlaridan kompleks foydalanish". Shunday qilib, biotexnologiyaning ta'rifi ikkita umumiy omilni o'z ichiga oladi. Birinchidan, biologik vositalardan foydalanish, ikkinchidan, mahsulot yoki xizmat inson farovonligi uchun ishlab chiqariladi.`

I. Biotexnologiya tamoyillari:

Zamonaviy biotexnologiyaning ikkita asosiy texnikasi:

Zamonaviy biotexnologiyani yaratgan ikkita asosiy texnika quyidagilardir:

(a) Genetik muhandislik:

U genetik materialning (DNK va RNK) tabiatini o'zgartirish usullarini o'z ichiga oladi, ularni mezbon organizmlarga kiritish va shu bilan mezbon organizmning fenotipini o'zgartirish.

(b) kimyo muhandisligi:

Bu antibiotiklar, vaktsinalar, fermentlar, dori-darmonlar, gormonlar va boshqalar kabi biotexnologik mahsulotlarni ishlab chiqarish uchun ko'p miqdorda faqat kerakli mikroorganizm / eukaryotik hujayraning o'sishi uchun kimyoviy muhandislik jarayonlarida steril mikrobial ifloslanishsiz holatni saqlashni o'z ichiga oladi.

1. Genetik muhandislik tamoyillarining kontseptual rivojlanishi:

Gen muhandisligi - bu insonning in vitro holatida genetik materialni manipulyatsiyasi bilan shug'ullanadigan biotexnologiyaning bir turi.

Genetika muhandisligi bakteriyalardagi ikkita muhim kashfiyotga asoslanadi.

(i) bakteriyalarda xromosoma DNKsi bilan birga va undan mustaqil ravishda replikatsiyaga uchraydigan plazmidlarning mavjudligi.

(ii) cheklangan endonukleazalar (Arber, Natan va Smit, 1970 yildagi Nobel mukofoti, 1978 y.), bu DNKni ma'lum joylarga singdirishi mumkin. Ular mos ravishda molekulyar qaychi yoki biologik qaychi deb ataladi.

1972 yilda Pol Berg gen muhandisligini boshladi. Berg (1972) lambda fag yordamida SV-40 virusi genini bakteriyaga kirita oldi. Berg ko'pincha "gen muhandisligining otasi" deb hisoblanadi. U 1980 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan.

Gen injeneriyasi texnikasi quyidagilarni o'z ichiga oladi.

(i) "rekombinant DNK" (rDNK) ning shakllanishi.

(iii) genlarni o'tkazish. Bu maqsadli organizmga kiruvchi genlarni kiritmasdan, faqat bitta yoki bir qator kerakli genlarni ajratib olish va kiritish imkonini beradi.

Begona (begona) organizmga kiritilgan DNKning bir bo'lagi organizmda o'zini ko'paytira olmaydi, lekin u qabul qiluvchining genetik materialiga qo'shilganda, u ko'payishi va mezbon DNK bilan birga meros bo'lib qolishi mumkin. DNKning begona bo'lagi replikatsiya qilish qobiliyatiga ega bo'lgan xromosomaning bir qismiga aylandi.

Replikatsiyani boshlash uchun mas'ul bo'lgan xromosomada replikatsiyaning kelib chiqishi deb ataladigan o'ziga xos DNK ketma-ketligi mavjud. Shunday qilib, replikatsiyaning kelib chiqishi bilan bog'liq bo'lgan begona DNK xost organizmida o'zini ko'paytirishi va ko'payishi mumkin. U klonlash deb ham ataladi, ya'ni har qanday shablon DNKning bir xil nusxalarini hosil qiladi.

2. Birinchi sun'iy rekombinant DNK molekulasining qurilishi:

Birinchi rekombinant DNK 1972 yilda Stenli Koen va Gerbert Boyer tomonidan yaratilgan. Ular Salmonella typhimurium bakteriyasida antibiotiklarga chidamlilik genini tashuvchi plazmiddan DNK parchasini kesib olishgan. Plazmiddan DNK bo'lagini kesish fermentlar (molekulyar qaychi yoki kimyoviy skalpel deb ham ataladi) yordamida amalga oshirildi.

Plazmiddan kesilgan begona DNK bo'lagi vektor vazifasini bajaruvchi plazmid DNK bilan bog'liq edi. Chet el DNK qismini vektor bilan bog'lash DNK ligazasining kesilgan DNK molekulalariga ta'sir qiladigan va ularning uchlarini bog'laydigan ferment yordamida amalga oshirildi. Antibiotiklarga chidamli genning ajralmas bo'lagi bo'lgan yangi hosil bo'lgan DNK rekombinant DNK deb ataladi.

Vektorlar rekombinant DNKni E. coli ga o'tkazish uchun ishlatiladi. Rekombinant DNKning bu ko'chishi bezgak parazitini kasal odamdan sog'lom odamga ayol Anopheles chivinlari orqali o'tkazishga o'xshaydi (hasharotlar vektori sifatida ishlaydi).

Ushbu rekombinant DNK ichak tayoqchasiga o'tkazilganda, u DNK polimeraza fermenti ishtirokida yangi xost hujayrasida ko'payishi va rekombinant DNKning bir nechta nusxalarini yaratishi mumkin. E. colida antibiotiklarga chidamlilik genining nusxalarini ko'paytirish qobiliyati E. colida antibiotiklarga qarshilik genini klonlash deb ataldi.

Genetik modifikatsiyalangan organizmni (GMO) yoki transgen organizmni yaratishda uchta asosiy qadam. GDO tarkibida xorijiy gen/DNK segmenti mavjud. Bu uchta asosiy qadam quyidagicha.

(i) kerakli genlar bilan DNKni aniqlash.

(ii) aniqlangan DNKni xostga kiritish.

(iii) Xostda kiritilgan DNKni saqlash va DNKni uning nasliga o'tkazish.

II. Rekombinant DNK texnologiyasi vositalari:

Rekombinant DNK hosil bo'lishida uch turdagi “ biologik vositalar ishlatiladi. Bular quyidagilar:

(B) Vektorlarni klonlash (DNK)

(C) Vakolatli xost (rekombinant DNK bilan transformatsiya qilish uchun)

Bu fermentlar genetik tajribalar uchun DNK olish uchun hujayralarni ochish uchun ishlatiladi. Lizozim odatda bakterial hujayra devorini eritish uchun ishlatiladi. O'simlik hujayrasida hujayra devori tsellyulozadan, qo'ziqorinlarda esa xitinazadan iborat.

Bu fermentlar DNK molekulalarini parchalash uchun ishlatiladi. Ular uch xil-ekzukleinazalar, endonukleazalar va cheklovchi endonukleazalar.

Ular nukleotidlarni DNKning uch uchidan (yoki 5 va#8242 yoki 3 va#8242) dupleksning bir ipida olib tashlaydi.

Ular DNK ichidagi ma'lum bir pozitsiyada kesishadi. Bu fermentlar uchlarini ajratmaydi va DNK dupleksining faqat bitta zanjirini o'z ichiga oladi.

(C) cheklovchi endonukleazlar:

Ular DNK dupleksini aniq nuqtalarda kesib tashlaydilar. Ularning bitta torli erkin uchlari "yopishqoq uchlar" deb nomlanadi (11.3 -rasm), ularni DNK ligazalari uchidan oxirigacha birlashtirishi mumkin.

Endonukleazalarni cheklash - molekulyar qaychi:

Cheklovli endonukleaza birinchi marta 1962 yilda V.Arber tomonidan bakteriyalarda ajratilgan. Ularga "molekulyar qaychi yoki biologik qaychi" deyiladi. 1978 yilda Arber, Smit va Neytan endonukleatsiyani cheklash kashfiyoti uchun Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi.

Ular DNK dupleksidagi palindrom joylaridagi asosiy ketma -ketlikni taniydilar va uning iplarini kesib tashlaydilar. Masalan, E. coli yo'g'on ichak bakteriyalarida topilgan endonukleaza EcoR 1, DNK dupleksidagi GAATTC asosiy ketma -ketligini taniydi va uning iplarini G va A o'rtasida quyida ko'rsatilgandek kesadi: Gen manipulyatsiyasida faqat II turdagi cheklovchi fermentlar ikki sababga ko'ra qo'llaniladi:

(a) bo'linish harakati uchun ATP kerak emas,

(b) DNK molekulasining ikkala ipida ham bo'linadi yoki kesiladi.

(1) Cheklovli endonukleazlarning turlari:

Cheklovli endonukleazalarning uchta asosiy turi I, II va III tipidir.

I tip cheklovli endonukleazalar:

Bu fermentlar 3 xil bo'linmadan iborat. Ular cheklash uchun ATP, Mg 2+ va S-adenozil metioninni talab qiladi. I tip cheklovli endonukleazalar DNK ichidagi ma'lum joylarni taniydi, lekin bu joylarni kesmaydi. Shunday qilib, ular rekombinant DNK texnologiyasida qo'llanilmaydi.

II turdagi cheklovchi endonukleazlar:

Bu fermentlar oddiy va cheklash uchun Mg 2+ ionlarini talab qiladi. Rekombinant DNK texnologiyasida uchta turdan faqat II turdagi cheklovchi fermentlar qo'llaniladi.

III tur cheklovli endonukleazalar:

Bu fermentlar ikki xil bo'linmadan iborat. Ular cheklash uchun ATP, Mg 2+ va S-adenozil metioninni talab qiladi. Ular DNK ichidagi ma'lum saytlarni taniydilar, lekin bu saytlarni kesmaydilar, shuning uchun bu cheklash endonukleazlari rekombinant DNK texnologiyasida ishlatilmaydi. Ular I va II turdagi oraliq xususiyatlarga ega.

Tire I, Tire II va III tip cheklovli endonukleazalar o'rtasidagi farqlar:

I turi II tur III asr
1. Ferment tuzilishi 3 xil bo'linmadan iborat. Ferment tuzilishi oddiy. Ferment tuzilishi ikki xil bo'linmadan iborat.
2. Cheklanish uchun ularga ATP, Mg 2+ S-adenosil-metionin kerak. Cheklash uchun ularga Mg 2+ ionlari kerak. Ular cheklash uchun ATR Mg 2+ va S-adenosil, metioninni talab qiladi.
3. Ular DNK ichidagi ma'lum joylarni taniydilar, lekin bu saytlarni kesmaydilar. Ular DNK ichidagi ma'lum saytlarni taniydilar va bu saytlarni kesib tashlaydilar. Ular DNK ichidagi ma'lum joylarni taniydilar, lekin bu joylarni kesmaydilar.
4. Ular rekombinant DNK texnologiyasida qo'llanilmaydi. Ular rekombinant DNK texnologiyasida qo'llaniladi. Ular rekombinant DNK texnologiyasida qo'llanilmaydi.

(2) Cheklov fermentlarining nomenklaturasi:

(i) II turdagi cheklash fermentlari ular ajratilgan bakteriya uchun nomlanadi,

(ii) ferment uchun ishlatiladigan birinchi harf bakteriya jinsi nomining birinchi harfidir (kursivda),

(iii) Keyin uning turining birinchi ikkita harfi keladi (kursiv bilan ham),

(iv) Ferment nomining to'rtinchi harfi shtammning birinchi harfidir. U katta harf bilan yozilgan,

(v) Ismning oxiri fermentning ajratilgan tartibini bildiradi. U Rim raqamida yozilgan. Masalan, Eco R1 fermenti Escherichia coli RY13 bakteriyasidan ajratilgan. Eko R1 fermenti quyidagicha nomlanadi.

Katta E harfi Escherichia turkumidan keladi. Harflar so. coli turlaridan. R harfi RY13 (shtamm) dan olingan. Rim raqami 1 bu E. coli RY13 bakteriyasidan ajratilgan birinchi ferment ekanligini ko'rsatadi. Cheklovchi endonukleaza fermentlarining kashf etilishi 1978 yilda V. Arber, X. Smit va D. Natan uchun Nobel mukofotiga olib keldi.

II turdagi fermentlarning ba'zi misollari 11.1-jadvalda berilgan, unda cheklovchi fermentlar (endonukleazlar), manba (ular ajratib olingan organizm), ularni aniqlash ketma-ketligi va bo'linish joyi ko'rsatilgan.

(3) cheklash endonukleazining ishlashi:

Rekombinant DNK (rDNK) asoslari restriktsiya fermentlarining kashf qilinishi bilan qo'yilgan. Bu fermentlar ko'plab bakteriyalarda mavjud bo'lib, ular himoya mexanizmining bir qismi bo'lib, "Cheklashni o'zgartirish tizimi" deb nomlanadi. Ushbu tizimning molekulyar asosini birinchi bo'lib 1965 yilda Wemer Arber tushuntirgan.

Cheklash-o'zgartirish tizimi ikki komponentdan iborat

(i) kiritilgan yot DNKni identifikatsiya qiluvchi va cheklovchi endonukleazlar deb ataladigan bo'laklarga bo'linadigan cheklovchi ferment. "Cheklash" atamasi bu fermentlarning asosiy bakteriyalarda bakteriofaglarning (bakteriyalarga hujum qiladigan viruslar) DNK tarqalishini cheklash vazifasini bildiradi.

(ii) Ikkinchi komponent - bu cheklash fermenti tomonidan qayta tashkil etilgan ketma -ketlikni "ichidagi" bir yoki ikkita asosga metil guruhini qo'shadigan modifikatsion ferment.

DNK ketma -ketligidagi baza metil guruhi qo'shilishi bilan o'zgartirilgach, restriktsiya fermentlari bu DNKni taniy olmaydi va kesib tashlay olmaydi. Bakteriya shunday o'zgartiradi va shuning uchun o'zining xromosoma DNKsini ushbu cheklovchi fermentlar tomonidan parchalanishdan himoya qiladi.

Birinchi cheklash endonuklezi Xin d II (hin-de-ikki) edi. Uning ishlashi ma'lum bir DNK nukleotidlar ketma-ketligiga bog'liq edi. U Haemophilus grippidan ajratilgan. Ma'lum bo'lishicha, Xin d II har doim ma'lum bir nuqtada oltita asosiy juftlik ketma -ketligini tanib, DNK molekulalarini kesib tashlagan.

Ushbu o'ziga xos asosiy ketma-ketlik Hin d II uchun tanib olish ketma-ketligi sifatida tanilgan. U aniq uchlarini hosil qiladi. Xin d II dan tashqari, bugungi kunda biz 230 dan ortiq bakteriyalar shtammlaridan ajratilgan 900 dan ortiq cheklash fermentlarini bilamiz, ularning har biri har xil tan olish ketma -ketligini taniydi.

(4) Palindromik nukleotidlar ketma -ketligi:

Cheklash endonuklezi DNK ketma -ketligining uzunligini tekshiradi. U ma'lum bir ketma -ketlikni tan olgach, DNK bilan bog'lanadi va shakar fosfati orqa suyaklarining ma'lum nuqtalarida er -xotin spiralning har bir ipini kesib tashlaydi. Endonuklezni cheklash orqali aniqlanadigan DNKdagi maxsus ketma -ketlik palindromik nukleotidlar ketma -ketligi deyiladi.

Cheklash endonuklezi DNKdagi palindromik ketma -ketlikni taniydi va ularni kesib tashlaydi. Palindromlar oldinga va orqaga har ikki yo'nalishda o'qilganda bir xil so'zlarni tashkil etuvchi harflar guruhidir.

DNKdagi palindromlar markaziy simmetriya o'qidan oldinga (chapdan o'ngga) yoki orqaga (o'ngdan chapga) o'qilganda bir xil bo'lgan tayanch juftlik ketma-ketligidir. Misol uchun, quyidagi ketma-ketliklar 5’-> 3′ yo'nalishidagi ikkita ipda bir xil o'qiydi. Bu 3 ’— & gt 5 ′ yo'nalishlarida o'qiganimizda ham to'g'ri.

Cheklov fermentlari DNK ipini palindrom joylarining markazidan bir oz uzoqda, lekin qarama -qarshi iplarning bir xil ikkita asosi orasidan kesib tashlaydi. Bu kesilgan uchlarida bitta torli bog'lanmagan tayanchlarni qoldiradi. Bu juftlashmagan asosli uchlar yopishqoq uchlari yoki birikish uchlari deb ataladi (11.3-rasm). Ikkinchisi shunday nomlangan, chunki ular bir -birini to'ldiruvchi hisoblagich qismlari bilan vodorod aloqalarini hosil qiladi. Yopishqoq uchlari DNK ligaza fermentining ta'sirini osonlashtiradi.

Jel elektroforez (DNK bo'laklarini ajratish va ajratish):

Cheklov fermentlari yordamida DNKni kesib bo'lgach, DNK bo'laklari hosil bo'ladi. DNK bo'laklarini hajmi yoki uzunligi bo'yicha ajratish 1937 yilda A. Tiselius tomonidan ishlab chiqilgan gel elektroforezi deb ataladigan usul bilan amalga oshiriladi. Elektroforez - DNK, RNK yoki oqsil kabi molekulalarni o'lchamiga qarab ajratish usuli. elektr maydonining ta'siri, ular teskari zaryadga ega bo'lgan elektrod tomon siljiydi, ya'ni musbat zaryadlangan molekulalar katodga (-ve elektrod), manfiy zaryadlangan molekulalar esa anodga (+ve elektrodga) ​​harakat qiladi. matritsa.

Shu kabi elektr zaryadli molekulalarni kattaligiga qarab ajratish uchun jel matritsasida bajariladigan elektroforezga gel elektroforezi deyiladi. Hozirgi kunda eng ko'p ishlatiladigan matritsa dengiz o'tlaridan olingan polisakkarid bo'lgan agaroza hisoblanadi. DNK bo'laklari agaroz jeli teshiklari orqali o'lchamiga qarab ajralib chiqadi. Demak, fragment o'lchami qanchalik kichik bo'lsa, u shunchalik uzoqlashadi. Agaroz eritmasi soviganida issiq suvda eriydi, er -xotin spiral hosil bo'ladi va yon tomonga joylashadi va qalin filamentlar hosil qiladi. Bu filamentlar o'zaro bog'lanib, gel hosil qiladi (11.5-rasm). Teshik hajmi agaroza kontsentratsiyasiga bog'liq.

Ajratilgan DNK bo'laklarini faqat DNKni etidiy bromidi (EtBr) deb nomlangan birikma bilan bo'yab, keyin UV nurlanishining to'q sariq rangli to'q sariq rangli tasmalari ko'rinishida ko'rish mumkin. Ajratilgan DNK bantlari agaroz jeldan kesiladi va jel bo'lagidan chiqariladi. Bu jarayon elyusiya (adsorbentni olib tashlash) deb ataladi. Bu tozalangan DNK bo'laklari klonlash vektorlari bilan bog'lanib rekombinant DNKni yaratishda ishlatiladi.

(B) Cloning Vectors (Vehicle DNA or carrier of DNA):

The vectors are DNA molecules that can carry a foreign DNA segment and replicate inside the host cell. Vectors may be plasmids, a bacteriophages (viruses that attack bacteria), cosmids, Yeast artificial chromosomes (YACs), Bacterial artificial chromosomes (BACs) and viruses. There are also some shuttle vectors. Out of these vectors, the most commonly used cloning vectors are plasmids and viruses.

Plasmids were discovered by Willium Hays and Joshua Lederberg (1952). These are extra-chromosomal, self-replicating, usually circular, double-stranded DNA molecules, found naturally in many bacteria and also in some yeast. Although plasmids are usually not essential for normal cell growth and division, they often confer some traits on the host organism, for example, resistance to certain antibiotics or toxins that can be a selective advantage under certain conditions.

The plasmid molecules may be present as 1 or 2 copies or in multiple copies (500-700) inside the host organ­ism. These naturally occurring plasmids have been modified to serve as vectors in the laboratory. The most widely used, versatile, easily manipu­lated vector pBR 322 is an ideal plasmid vector.

pBR322 Vector (Fig. 11.7):

This was the first artificial cloning vector constructed in 1977 by Boliver and Rodriguez. It is widely used in gene cloning experiments.

p — denotes that it is a plasmid

BR — stands for Boliver and Rodriguez who constructed this plasmid

322 — is a number given to distin­guish this plasmid from others developed in the same laboratory. For example, there are plasmids pBR 325, pBR 327, pBR 328, pBR 345 etc.

Features that is required to facilitate cloning into a Vector:

(i) Origin of Replication (Ori):

Origin of replication (Ori) is a specific sequence of DNA bases which is responsible for initiating replication. A prokaryotic DNA has a single origin of replication while eukaryotic DNA may have more than one origin of replication.

(ii) Selectable Markers:

Some genes called “selectable markers” help in selecting those host cells which contain the vectors (trans-formants) and eliminating the non­-trans formants. Transformation is a process through which a piece of DNA is introduced in a host bacterium. Generally, the genes encoding resistance to antibiotics such as tetracy­cline, ampicillin, kanamycin or chloramphenicol etc. are useful selectable markers for E. coli. The common E. coli cells are not resistant against any of these antibiotics. Plasmid pBR 322 has two resistance genes — ampicillin resistance (amp R ) and tetracyclin resistance (tet R ) which are considered useful for selectable markers.

(iii) Cloning Sites (Recognition Sites):

Plasmid pBR 322 has a variety of unique rec­ognition sites for restriction endonucleases. Two unique sites, Pst I and Pvu I are located within the amp R gene and Bam HI, Sal I, etc. are within tet R gene (Fig 11.7). Some other unique restriction sites are Eco RI, Cla I, Hind III, Pvu II, rop codes for the proteins involved in the replication of the plasmid.

The presence of restriction sites within the markers tet R and аmр R permits an easy selection for cells transformed with the recombinant pBR322. Insertion of the DNA frag­ment into the plasmid using enzyme Pst I or Pvu I places the DNA insert within the gene amp R this makes аmр R non-functional. Bacterial cells containing such a recombinant pBR322 will be unable to grow in the presence of ampicillin, but will grow on tetracycline. Similarly, when restriction enzyme Bam HI or Sal I is used, the DNA insert is placed within the gene tet r making it non-functional. Bacterial cells possessing such a recombinant pBR322 will, therefore, grow on ampicillin but not on tetracycline.

Due to inactivation of antibiotics, selection of recombinants becomes burdensome pro­cess because it requires simultaneous plating on two plates having different antibiotics. Thus, alternative selectable marker is developed to differentiate recombinants and non-recombi­nants on the basis of their ability to produce colour in the presence of a chromogenic substance. Now a recombinant DNA is inserted in the coding sequence of an enzyme β- galactosidase.

This casues inactivation of the enzyme which is called insertional inacti­vation. If the plasmid in the bacterium does not have an insert, the presence of a chromoge­nic substrate gives blue coloured colonies. Presence of insert results into insertional inacti­vation of the p-galactosidase and, therefore, the colonies do not produce any colour, these colonies are marked as recombinant colonies.

(iv) Vectors for Cloning Genes in Plants and Animals:

A soil-inhabiting plant bacte­rium, Agrobacteriun tumefaciens, a pathogen (disease causing agent) of several dicot plants is able to transfer a piece of DNA known as ‘T-DNA’. The T-DNA causes tumours. The tumours are called crown galls. Tumour formation is induced by Ti plasmid (Ti for tumour inducing).

As gene transfer occurs without human effort, the bacterium is called natural genetic engineer of plants. Similarly retroviruses (cause leukosis or sarcoma types of cancer) in animals including humans are able to change normal cells into cancerous cells.

The tumour including Ti plasmid of Agrobacterium tumefaciens have been modified into cloning vector which is not pathogenic to the plants, however, it is still able to use the procedure to deliver genes of our interest into various plants. Similarly retroviruses are used to carry desirable genes into animal cells. Thus once a gene or DNA fragment is joined to a suitable vector it is transferred into a bacterial plant or animal host where it undergoes multiplication.

(2) Bacteriophage Vectors:

Bacteriophages (are simply phages) are viruses that attack bacterial cells by injecting their DNA into these cells. The injected DNA is selectively rep­licated and expressed in the host bacterial cell resulting in a number of phages which burst out of the cell (lytic pathway) and reinfect neighbouring cells.

This ability to transfer DNA from the phage genome to specific bacterial hosts during the process of bacterial infection gave scientists the idea that specially designed phage vectors would be useful tools for gene cloning experiments. Several bacteriophages are being used as cloning vectors but most commonly used are lambda (X) phage and M13 phage.

(a) Lambda Phage Vector:

It has a double-stranded, linear DNA genome of 48, 502bp, in which the 12 bases at each end are unpaired but complementary. These ends are, therefore, sticky or cohesive and are referred to as the cos sites (cohesive end sites). These sites are important for packaging DNA into phage heads. The lambda genome remains linear in the phage head, but within E. coli cells the two cohesive ends join to form a circular molecule necessary for replication. These vectors allow cloning of dna fragments upto 23 Kb length (= Kilobase— is a unit designating the length of a nucleic acid sequence, e.g., 1 Kb = 1000 nucleotide long base sequence).

It is filamentous phage which infects E. coli having F-pili. Its genome is a single stranded, circular DNA of 6407 bp. Foreign DNA can be inserted into it without disrupting any of the essential genes. After the Ml 3 phage DNA enters the bacterial cell, it is converted to a double-stranded molecule known as the replicative form or RF, which replicates until there are 100 copies in the cell and single-stranded copies of the genome are produced and extruded from the cell as M13 particles.

The major advantages of developing vectors based on M13 are that its genome is less than 10Kb length. The RF can be purified and manipulated exactly like a plasmid. In addition, genes cloned in M13 based vectors can be obtained in the form of single-stranded DNA.

Why are bacteriophage vectors more advantageous than plasmid vectors?

(i) Bac­teriophage vectors can be used for large DNA fragments and

(ii) These can easily be detected at the time of cloning experiments.

(C) Competent Host (For Transformation with Recombinant DNA):

(a) DNA Mediated Gene Transfer (Vector Mediated Gene Transfer):

Competent host is essential for transformation with recombinant DNA (Fig. 11.12). Transformation “a process by which a cell takes up naked DNA fragment from the environment, incorporates it into its own chromosomal DNA and finally expresses the trait controlled by the incoming DNA”. The tools described earlier in this chapter will result in the generation of recombinant DNA (rDNA) molecules in the laboratory. Finally, the propagation of these DNA molecules must occur inside a living system or a host.

Many kinds of host cells, including E. coli, yeast, animal and plant cells, are available for genetic engineering and the kind of host cell to be used mainly depends on the aim of the cloning experiment. For the expression of some eukaryotic proteins, eukaryotic cells may be the preferred hosts. Yeasts have been used extensively for functional expression of eukaryotic genes because they offer several advan­tages. Yeasts are the simplest eukaryotic organisms and like bacteria are single-celled, genetically well-characterized, easy to grow and manipulate.

They can be grown readily in both small culture vessels and large scale bioreactors. Plant and animal cells may also be used as hosts in gene manipulation experiments and for protein expression either in tissue culture or as cells in the whole organism to create genetically modified plants and animals. Since DNA is a hydrophilic molecule, it cannot pass through membranes, so the bacterial cells must be made capable to take up DNA.

This is done by treating them with a specific concentration of a divalent cation, such as Calcium which increases the efficiency with which DNA enters the bacterium through pores in its cell wall. Recombinant DNA (rDNA) can then be forced into such cells by incubating the cells with recombinant DNA on ice, followed by placing them briefly at 42°C (heat shock), and then putting them back on ice. This enables the bacteria to take up the recombinant DNA.

Transfer of DNA into eukaryotic cell is called transfection.

(b) Direct or Vector less Gene Transfer:

It is the process of gene transfer into the host cell without using a vector. This is possible by the following four important methods.

In this method foreign DNA is directly injected into the nucleus of animal cell or plant cell by using micro needles or micro pipettes. It is used in oocytes, eggs and embryo. Alec Jeffreys (1993) of Human Genome Centre, Michigan University U.S.A has cured mice that inherited a neuromuscu­lar disease which is like muscular dystrophy of humans.

Electroporation is the formation of temporary pores in the plasma membrane of host cells by using lysozyme or calcium chloride. These pores are used for introduction of foreign DNA.

3. Chemical Mediated Gene Transfer:

In this method certain chemicals such as polyethylene glycol (PEG) help foreign DNA to enter the host cell.

4. Biolistic Method or Gene gun Method:

Biolistic is a means of introducing DNA into cells that involves bombardment of cells with high-velocity micro projectiles coated with DNA. In biolistic method tungsten or gold particles, coated with foreign DNA are born barded into target cells at a very high velocity. Although this method is suitable for plants yet this technique is also used to insert genes into animal that promote tissue repair into cells (particularly cancer of mouth) near wounds.

This method failed to make an impression in treat­ment of genetic disorder but made great impact in the field of vaccine development.

After being introduced briefly to the tools in re­combinant DNA let us describe the processes to create recombinant DNA.