A tárgy neve Meghirdető tanszék(csoport) Felelős oktató: Kredit Heti óraszám típus Számonkérés Teljesíthetőség feltétele Párhuzamosan feltétel Előfeltétel Helyettesítő tárgyak Periódus Javasolt félév Kötelező vagy kötelezően választható
A MOLEKULÁRIS BIOLÓGIA ALAPJAI SZTE TTK Mikrobiológiai Tanszék Kucsera Judit 3 3 Előadás Kollokvium [Nem kötelező kitölteni, csak ha tudjuk] Nincs biológia Nincs Tavaszi, évente 6. félév Természetismeret szakon
AJÁNLOTT IRODALOM 1. Venetianer Pál: Csillagórák a tudományban (A molekuláris biológia diadalútja a Nobel-díjak tükrében) Medicina Kiadó Rt. Budapest, 2003 2. Robert F. Weaver és Philip W. Hedrick: Genetika, 3. kiadás, Panem Könyvkiadó, 2000 3. Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P: Molecular Biology of the Cell, 4. kiadás, Garland Science, Taylor and Francis Group USA, 2002 4. előadás vázlatok a tárgy előadóitól.
A TANTÁRGY RÉSZLETES TEMATIKÁJA
A molekuláris biológia létrejötte, tárgya, vizsgálati módszerei és modelljei Molekuláris biológia tárgyköre: a modern biológiának az az ága, amely az egyes életjelenségeket molekuláris szinten vizsgálja, azaz arra a kérdésre keresi a választ, hogy hogyan magyarázhatók az életjelenségek az élő anyagot jelentő makromolekulák kémiai és fizikai tulajdonságaival. Nem önálló tudományág, hanem kutatói szemlélet! A molekuláris biológia vizsgálati módszerei, modelljei: Biokémiai, biofizikai, mikrobiológiai genetikai módszerek alkalmazása; Modell szervezetek: bakteriofágok, baktériumok, mikroszkópikus gombák, növények, állatok A molekuláris biológia története: - Az öröklés, a gén anyaga a DNS: Avery 1944; - A molekuláris biológiai szemlélet kialakítása és a bakteriofágok bevezetése a biológiába (Delbrück, Hershey és Luria); - Egy-egy enzim egy-egy génhez köthető (Beadle és Tatum 1958); - A baktériumoknak is alkalmasak gének és az általuk kódolt enzimek közötti összefüggések vizsgálatára (Lederberg 1958) - A DNS öröklési anyagként való azonosítása: a fágrészecskékben csak a DNS vesz részt az öröklés folyamatában (Hershey és Chase 1952) - A DNS szerkezetének megállapítása: hogyan magyarázhatja a szerkezet az öröklődési anyag megkettőződését (Watson, Crick, Wilkins 1962) - A DNS és az RNS bioszintézisének felfedezése (Kornberg, Ochoa 1959) - A fehérjék kémiai szerkezetének megismerése (Sanger; Kendrew, Perutz) - Az aminosav sorrend meghatározza a fehérje lánc feltekeredésének módját (Anfinsen 1976); a fehérjeszerkezet megmagyarázza a hatásmechanizmust (Moore és Stein 1976) - A bakteriális génműködés molekuláris szabályozásának (lac operon) megfejtése (Lwoff, Jacob és Monod 1965) - A genetikai kód megfejtése (Holley, Khorana és Nirenberg 1968) - Az ugráló gének felfedezése (Barbara McClintock 1983) - Megszakított gének és az RNS splicing mechanizmus (Roberts és Sharp 1993) - A reverztranszkripció (Baltimore, Dulbecco és Temin 1975), a retrovírusok onkogénjeinek felfedezése (Bishop és Varmus 1989), lassú vírusok (Blumberg és Gajdusek 1976) és prionok (Prusiner 1997) felfedezése. - A molekuláris biológia gyakorlati alkalmazásához vezető fontos felfedezések: restrikciós-modifikációs enzimek (Arber, Smith és Nathans 1978), a génsebészet–rekombináns DNS technika felfedezése (Berg 1980), a DNSszekvenálás módszereinek felfedezése (Sanger és Gilbert 1980), a polimeráz láncreakció (PCR, Mullis 1993); helyspecifikus mutagenezis (Smith 1993).
2
Alapismeretek I.: a sejtek információs makromolekuláinak (DNS, RNS és fehérjék) összetétele, funkciója és jellemzése A DNS Funkciója: AZ örökítő anyag Felfedezése: Miescher (1869) sejtmag izolálásai; Griffith (1928) baktérium transzformációs kísérletei; a transzformációért felelős anyag a DNS (Avery és mtsai. 1944). Kémiai összetétele: nitrogén tartalmú bázisok (purin bázisok: adenin, guanin; pirimidin bázisok: timin, citozin); foszforsav; cukor (2-dezoxiribóz). A DNS molekula alapegységei: a nukleotidok, melyek foszfodiészter-kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. A DNS fizikai-kémiai sajátosságai: - szerkezete: kísérleti háttér, a kettős hélix szerkezet - a szerkezet változatai: A-, B- és Z-DNS. A kettős szál elválasztása (denaturáció) és újraegyesülése (renaturáció). Különböző méretű és alakú DNS-molekulák, a méret-meghatározás módszerei (gélelektroforézis). Az RNS Funkciója: mRNS, tRNS, rRNS Kémiai összetétele: nitrogén tartalmú bázisok (purin bázisok: adenin, guanin; pirimidin bázisok: uracil, citozin); foszforsav; cukor (D-ribóz). ka nukleotidok, melyek foszfodiészter-kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. Az RNS-ek mérete és alakja a funkció függvénye, méret-meghatározás gélelektroforézissel. RNS/DNS hibridizáció. A fehérjék Funkciói: enzimek, a sejt alakját, vázát meghatározó struktúrák, hormonok, különböző anyagok megkötését és szállítását végzik, a gének működését szabályozzák. Monomerjei: az aminsosavak (20 féle), amelyek peptidkötésekkel kapcsolódnak polimer polipeptidlánccá. Elsődleges (aminosav sorrend), másodlagos (α-hélix, β-lemez), harmadlagos (globuláris, fibrilláris), negyedleges struktúrák.
Alapismeretek II.: replikáció, transzkripció, transzláció A DNS replikáció A DNS szintézis alapvető mechanizmusa Szemikonzervatív replikáció, Szemidiszkontinuus replikáció: a vezető szál folyamatosan, egyetlen hosszú darabban szintetizálódik, a követő szál pedig rövid szakaszokban. A DNS szintézis kezdő lépése: indító - primer (10-12 nt-nyi RNS) 3
A legtöbb replikáció kétirányú, a két replikációs villa folyamatosan távolodik a közös kezdőponttól. A különálló DNS fragmentumok összekapcsolása - ligálás. A DNS replikáció mechanizmusának kísérleti bizonyítéka: Meselson és Stahl kísérlete; Okazaki kísérlete a szemidiszkontinuitásra. A DNS replikáció enzimei: helikázok, egyfonalas DNS-hez kötődő fehérjék (SSB), topoizomerázok (DNS giráz). A DNS replikáció szakaszai Iniciáció: a primer szintézisre számos mechanizmus létezik (E. coli primoszómája). Elongáció: kulcsenzime a DNS-polimeráz, az E. coli repliszóma struktúrája az eukarióták DNS polimerázai (α, δ, ε, β, γ) A replikáció forgókör modellje. Termináció: a primerek eltávolítása után maradt hézagok feltöltése prokariótáknál: nem probléma eukariótáknál: a lineáris kromoszómák végét a telomeráz enzim alakítja ki. A replikáció pontossága. Transzkripció A transzkripció és szabályozása prokariótákban A promoter régió jellegzetességei: Az E. coli promoterének felépítése: -10 box, -35 box, consensus szekvenciák Az RNS polimeráz tulajdonságai: szigma-faktor és core-enzim A transzkripció alapfolyamatai: - Iniciáció: a gének átírását szabályozó fehérjék kötődése a specifikus DNSszekvenciához: az RNS-polimeráz a promoterhez kapcsolódik és megkezdi a DNS fonalak szétválasztását, következő lépésben a polimeráz megkezdi az RNS szintézisét az első két nukleotid összekapcsolásával. - Elongáció: a gén információjának átírása RNS-re az RNS-polimeráz közreműködésével: a ribonukleotidok az RNS polimeráz hatására 5’→ 3’ irányban összekapcsolódnak. - Termináció: az átírás vége a terminátor szekvenciáknál van, az RNS disszociál az RNS-polimerázról és a DNS-ről. Az operonok; a LAC operon felfedezése, pozitív és negatív szabályozása. A transzkripció és szabályozása eukariótákban Az eukarióta DNS szerveződése Az eukarióta RNS-polimerázok és szerepük A promoterek: Az RNS-polimeráz II által felismert promoterek: TATA-box, upstream szekvenciák; az RNS-polimeráz I által felismert promoterek; az RNS-polimeráz III promoterei. A transzkripció szabályozása: - Erősítő és csillapító szekvenciák 4
- Transzkripciós faktorok: általános és génspecifikus faktorok, szerkezetük - Az RNS-polimeráz II transzkripciós faktorai, a preiniciációs komplex szerveződése. Transzláció A genetikai kód Triplet, vesszőmentes és nem átfedő, degenerált; A genetikai kód megfejtése; nem kódoló "nonsense" tripletek: STOP kodon; START jel (AUG/metionin). A mRNS Jellegzetességei prokariótáknál: - a transzkripció és transzláció folyamata időben és térben kapcsolt, - instabilitás: a prokariota messengerek átlagos élettartama 1-3 perc, - policisztronos messenger RNS-ek. Jellegzetességei eukariótáknál: - az eukarióta gének általában nem alkotnak operont, egyenként íródnak át, - premessenger RNS-ek, - a messenger RNS mindkét vége kémiailag módosul: a, az 5'-végen kialakuló szerkezet "sapka" (cap); kialakulásának lépései b, a 3'-végen polyA -"farok"; a poliadenilációs szignál (AAUAAA). A transzfer (szállító) RNS Funkciója: adaptor molekula az aminosavak és a nukleinsav között, különböző tRNS-ek léteznek; szerkezetük és funkciójuk a prokarióták és az eukarióták világában hasonló, számuk általában 40-60 a sejtben; a mitokondriumok saját fehérjeszintetizáló rendszerében számuk 22. A tRNS-ek mérete, szerkezete, részei: "akceptor kar”, a 3'-végen -CCA szekvencia; "antikodon kar", hurkában az antikodon; D-hurok, TΨC-hurok. A "lötyögés" (wobble). Sok modifikált bázist tartalmaznak, melyek poszttrankripcionálisan alakulnak ki. A riboszóma Összetétele: fehérje és RNS (a sejt összes RNS-ének több mint 90%-a rRNS). Felépítése: kis (S) és nagy (N) alegység, tRNS-kötő helyek: A-hely, P-hely, Ehely; a messenger helye a két alegység közötti hézagban. Eltérések az eukarióta és prokariota riboszómák között (szedimentációs állandók, RNS-ek és fehérjék száma és mérete); a baktériumok elleni szelektív védekezés lehetősége. A riboszómák spontán összeszerelődése. A poliszómák. A biológiai fehérje szintézis: transzláció Lépései: aminosavak aktiválása ATP-vel, ill. két aminosav között a peptidkötések kialakítása. A megfelelő aminosav sorrendet a mRNS nukleotid sorrendje határozza meg.
5
Fázisai 1. Iniciáció: az mRNS és az első aminoacil-tRNS megkötése a riboszómán (az iniciációs komplex kialakulása). Prokarióták iniciációs faktorai (IF-1, IF-2, IF-3) és szerepük; Eukarióták iniciációs faktorai és szerepük (eIF1, eIF1A, eIF-2, eIF2B, eIF-3, eIF4A eIF-4E, eIF-4G, eIF-5). Lánckezdő aminosavak: - prokariótáknál: N-formil-metionin (fMet) és tRNS-e (tRNSfMet) - eukariótáknál: az iniciációra specializálódott tRNS (tRNSMet) különbözik a "normál" Met-tRNS-től, de a metionin ebben nem formilálódik. Kezdő kodon: általában AUG. A mRNS riboszómális kötőhelyei: - prokariótáknál a Shine-Dalgarno szekvencia, - eukariotáknál: a messenger 5’-végi "sapkája" biztosítja a mRNS kötődését. 2. Elongáció: aminosavak kapcsolása a növekvő polipeptidlánchoz. Elongációs faktorok (EF) Az elongációs folyamat három lépése Különbségek a prokariota és eukariota rendszerek között.
3. Termináció: a fehérje szintézis leállítása A három "stop" kodon: UAG, UAA, UGA. A stop jelet felismerő specifikus fehérjefaktorok : - prokariótáknál RF1 és RF2; - eukariótáknál: eRF1. A három stop kodon bármelyike egymagában is képes terminálni a fehérjeszintézist. Ha mutáció hatására bármely aminosavat kódoló kodon stop kodonná változik, akkor „nonsense" mutáció.
A pro- és eukariota sejtek molekuláris biológiai sajátosságai A prokarióta sejt és genom legfontosabb jellemzői: - méretek, komplexitás - jellegzetes szekvenciák, gének, bakteriális „kromoszóma”: a nukleoid régió elhelyezkedése, szerveződése (HU-proteinek), mérete és konfigurációja: a DNS fontosabb ismétlődő (repetitív) genetikai elemei (REP, rrn gének, rhs lókuszok, IS elemek, tDNS gének) Az eukariota sejtek molekuláris biológiai sajátosságai: - a kompartmentalizáció - méretek, komplexitás, - jellegzetes szekvenciák, gének szerveződése - a kromoszómális rendszer szerveződése, kromoszóma struktúra: kromatinszerkezet, nukleoszómák, szolenoidok
6
Extrakromoszomális elemek pro- és eukariotákban Mendelező és nem-mendelező gének A mendeli törvények és az ettől való eltérések. A prokarióták extrakromoszómális elemei: - fertilitási plazmidok (E. coli F1 plazmidja: felépítés, funkció) - rezisztencia plazmidok (felépítés, elterjedtség, transzfer) - bakteriocinogén plazmidok (colicinek és más bakteriocinek) - virulencia plazmidok (Agrobacterium Ti plazmidja) - metabolikus plazmidok (Rhizobium pSym, Pseudomonas pTOL plazmidok) Az eukarióták extrakromoszómális rendszerei: - sejtorganellumok és funkciójuk: mitokondriumok és kloroplasztiszok - az organellum DNS fontosabb jellemzői: a genom mérete, száma és fizikai térképe. - Kooperáció és jelentősége a nukleáris és organellum genomok között.
Vírusok molekuláris biológiája Fogalmak: virion, vegetatív vírus, viroid, virusoid. A vírusok eredete, evolúciója, az obligát sejtparazitizmus magyarázata. Virionok csoportosítása a szimmetriaviszonyok és szerkezet alapján: helikális, kubikális, binális, be nem sorolható vírusok. A virionok molekuláris felépítésének jellemzői - Virion nukleinsav szerveződése: DNS és RNS vírusok, kétszálú és egyszálú vírusgenom; DNS intermedierrel replikálódó RNS vírusok: a reverz transzkriptáz. - Vírus fehérjék: vírusspecifikus enzimek (transzkriptázok), core proteinek, kapszid (kapszomerek) és burok fehérjék (peplomerek; hemagglutinin, neuraminidáz). A vírusok vegetatív fázisa, a vírusfertőzés lefolyása (vírus multiplikáció) - A virion megtapadása – adszorbció (receptorhelyek, kompetens sejtek) - A vírusok gazdasejtbe történő bejutása – penetráció - A vírusok sejten belüli dekapszidálódása (uncoating) - Szintetikus események - eklipszia állapota, eklipsz fázis - Késői események: érés (maturáció), összerendeződés (assembly) - Kijutás, burokképződés. Vírusok kimutatása, meghatározása - Baktérium vírusok kimutatása (fágtitrálás, tarfolt számlálás). - Növényi vírusok kimutatása (levéltesztek, szerológiai módszerek).
7
- Állati vírusok kimutatása (szövetkultúrák, DL50 érték, hemagglutinációs teszt, szerológiai módszerek /ELISA/). Onkogén vírusok - A daganat keletkezésének lehetséges okai, a daganatok típusai - Transzformált sejtek, tumorvírusok, transzformáló proteinek, onkogének. - Vírusok tumorkeltése (Adeno-, Herpes- és Retrovírusok (HIV-AIDS). Vírusinterferencia, a humán interferonok sajátságai Biológiai aktivitás: antivirális aktivitás, sejtszintű biológiai aktivitás, hatásuk az immunrendszerre. Az interferonok termeltetése és gyógyászati célú felhasználása. Szubvirális elemek: viroidok, virusoidok, prionok Fogalmak, jellemzés, előfordulás, az okozott betegségek. A génműködés speciális vonatkozásai: genetikai manipuláció, génklónozás, élőlények klónozása A genetikai manipuláció fogalma: egy tetszőleges DNS szakasz kivágása, áthelyezése, megváltoztatása, vagy pontosan ismert módon történő javítása. A tetszés szerinti DNS-szakasz mesterségesen is előállítható, és a gének v. géndarabok beültethetők bármely élőlénybe. A restrikciós endonukleázok és szerepük: a DNS specifikus feldarabolása. A restrikciós enzimek meghatározott szekvenciákat ismernek fel a DNS-en és mindkét szálat elvágják; ragadós és tompavégek; az enzimek fajtái, elnevezésük; szerepük a sejtekben. Az első restrikciós térkép: SV40 DNS/HindII emésztés. Vektorok: önállóan replikálódó, tetszőleges idegen szekvenciákat és szelekciós markereket tartalmazó DNS molekulák - Klónozó vektorok elemei: origó, restrikciós hasító helyek, marker gének - Idegen géneket működtető (expressziós) vektorok elemei: origó, restrikciós hasító helyek, marker gének + a célgén kifejeződését (erős promoter), a génműködés ki- és bekapcsolását biztosító induktorrendszert, a vektor amplifikálhatóságát, és a termék szekrécióját biztosító genetikai egységek - A vektor-gazda rendszerek: baktérium - plazmid (pBR322 és pUC); egyszerű, ingázó, baktérium - fág (λ , M13, T4, T7, stb.) kozmidok: minimum 40 000 bázis, pakolás, élesztővektorok: plazmid (2 µ-os) vektorok, YAC, növényi r-DNS vektorok, állati, emlősvektorok 8
A klónozott gének bejuttatása sejtekbe: genetikai transzformáció - Intakt sejtek kémiai anyaggal v. fizikai eljárással történő transzformálása: 1. Ca2+ és Mg2+ ionok segítségével (Escherichia coli-ba); lítium acetátos kezeléssel (Saccharomyces cerevisiae-be) 2. elektroporáció – biolisztikus transzformáció (génpuska) 3. mikroinjektálás, liposzómás bejuttatás - Protoplasztok transzformációja: Escherichia coli transzformáció lizozimmel; élesztő gombák és növények protoplasztjainak transzformációja Szelekciós módszerek: antibiotikumok, auxotrófiák, stb. Génkönyvtárak, előállításának lehetőségei Specifikus klónok azonosítása specifikus próbákkal DNS-DNS hibridizációval (radioaktív és nem-radioaktív próbával); in situ hibridizáció egy gén helyének meghatározására a kromoszómán A DNS bázissorrendjének meghatározása, DNS szekvenálás: - a meghatározás kémiai módszere Maxam Gilbert szerint - Sanger „didezoxi láncterminációs" módszere; a φX174 genom szekvenciája. Ma a szekvencia meghatározását automata szekvenálókészülékekkel, a részszekvenciák összeillesztését számítógépekkel végzik. Milyen információk nyerhetők a DNS szekvenciából? A polimeráz láncreakció: Polymerase Chain Reaction (PCR) DNS szekvenciák amplifikálása enzimatikus úton, hőstabil DNS-polimeráz (Taq polimeráz) segítségével, lánckezdő primerek jelenlétében, a hőmérsékletet gyorsan és pontosan változtatható készülékben (thermocycler). A PCR-reakció ciklusai, a cikluson belüli lépések: denaturálás, annealing, elongáció és extenzió. A molekulák újbóli denaturálásával újabb ciklusok indíthatók. 50– 3000 bp méretű DNS-fragmenteket lehet felszaporítani. PCR variációk: RNS amplifikálás reverz PCR-ral; Real Time PCR (RTPCR). A PCR-technika alkalmazása: az evolúció-, a fejlődés- és a molekuláris biológiában, továbbá a diagnosztikában és a populációgenetikában. Genomika, genom projektek (a Humán Genom Program) A genomika fogalma, genom projektek: az egér, a szőlőmuslica, különféle férgek, baktériumok, élesztőgombák, növények (rizs, búza) genomját ismerjük. Az emberi genomprogram (HGP): 1988-89-ben indult, egyes kromoszómákat, illetve azon belül egyes szakaszokat kezdtek szekvenálni, majd a darabokat összeilleszteni. Az összerakást számítógépes szoftverek végezték. Az emberi genom főbb jellemzői:
9
- a genomnak csak ~ 1-2%-át képezik a gének - további néhány százalékában szabályozó régiók vannak, - óriási területeken csupa fehérjét nem kódoló DNS-szakasz található (nagy részük ismétlődő nukleotidok sorozatát tartalmazza: STR, VNTR) - az emberi rasszok nagyon hasonlóak: a DNS szintjén csak 0,1%-nyi eltérés található; a legnagyobb különbség a férfiak és nők között van. Mintegy 3 millió eltérő egypontos nukleotid variáció (SNP) található. A DNS-chiptechnológia és lehetséges alkalmazása betegségek, fertőzések felismerésében Alkalmazása: pl. fertőzések gyors kimutatására a mikroba DNS-ének egyedisége alapján, vagy tumor sejtek megváltozott gén expressziójának kimutatására, tumor sejtek típusának meghatározására. A technológia egy sejten belül akár tízezer gén expressziójának egyszerre történő megfigyelését teszi lehetővé. Kis felület meghatározott pontjaira ismert szekvenciájú DNS-t (bármely emberi vagy más fajhoz tartozó génnek, vagy fertőző vírusok, baktériumok génjeinek megfelelő szakaszt) visznek fel. Az elrendezést számítógép rögzíti. A vizsgálandó minta felvitele: DNS vagy mRNS izolálása a beteg szövetből, vérmintából, jelölése (pl. zölden vagy pirosan fluoreszkáló festékkel), majd a jelölt mintát az immobilizált DNS-hez (DNSchip) hibridizálják, mossák. A megfelelő nukleinsav a komplementer szakaszokhoz kötődik. A számítógép letapogatja és jelzi, hogy mely pontban "pozitív" a minta, majd a memóriából azonnal előhívható, hogy mely DNSelemeknek megfelelő nukleinsav-szakaszok voltak a mintában.
A molekuláris biológia orvosi (rákbetegségek, kriminalisztika) vonatkozásai Klónozott géntermékek előállítása baktériumokban, gombákban és állatokban Gyógyszer-alapanyagok, hormonok, enzimek, melyeket a humán gyógyászatban, esetleg az élelmiszeriparban hasznosítottak: inzulin, interferon, szomatosztatin, vírus fehérjék termelése vakcinálás céljából, humán hepatitis B elleni vakcinák, véralvadási faktorok. Gének és betegségek Monogénes betegségek: amikor az örökletes betegség oka egy hiányzó, vagy hibás gén. Példák: sarlósejtes vérszegénység rendellenes haemoglobin termelés miatt; SCID (súlyos, kombinált immunhiány) az adenozin deamináz enzim gén hibája miatt. Transzgénikus organizmus: olyan szervezet, amely egy más szervezetből származó genetikai anyagot tartalmaz. Génterápia: károsodott gének tudatos megjavítása vagy kicserélése. Szomatikus génterápia: a betegség a sejtekbe bevitt ép génekkel gyógyítható (?) Problémák: soksejtűek szöveteibe, vagy az összes sejtjébe kell bejuttatni az ép gént és biztosítani annak expresszióját → gének bevitele vírusok vagy tumor sejtek segítségével történhet. A kifejlett állat egyes sejtjeinek transzformálása általában nem megoldás egy betegség gyógyítására! Az ilyen javító beavatkozások nem adódnak át a következő nemzedékeknek. 10
Csíravonalterápia: ahhoz, hogy egész állat legyen transzgénikus, csírát, petesejtet, vagy spermiumot, vagy a megtermékenyített zigótát kell megváltoztatni. Általában elfogadott, hogy az ivarsejtek módosítása tudásunk mai állapotát tekintve nem volna kívánatos. Polgári perekben és büntetőügyekben végzett DNS vizsgálatok DNS ujjlenyomatok, fingerprinting. A klasszikus genetikai vizsgálatok helyett alkalmazzák kriminalisztikai és származási megállapítási esetekben. A humán DNS nem kódoló régiójában a testi és ivari kromoszómákon lokalizálódó rövid ismétlődő DNS-szekvenciák, polimorfizmust mutató mikroszatelliták (STR) alkalmasak a jellemzésre. További lehetőség a mitokondriális DNS D-hurkában elhelyezkedő néhány régió szakaszának vizsgálata. Mintavételi lehetőségek, a DNS-vizsgálatok értékelése, valószínűségi indexek. A molekuláris biológia gazdasági (növény- és állatbiotechnológiai) vonatkozásai Transzgénikus állatok előállításának célja, felhasználási területe: állattenyésztésben a fokozott termelőképesség érdekében, daganatos betegségek tanulmányozásában, gyógyszertermelésben, élőlények klónozása („szuperegér”, Dolly-birka). A növények gémanipulálása Célja: gének bevitele, melyek megakadályozhatják patogén mikroorganizmusok hatását, vagy rezisztenciát biztosítanak bizonyos növényvédőszerekkel, ill. különböző stresszhatásokkal (hideg, szárazság) szemben. Fehérjék és iparilag fontos vegyületek termeltetése növényekkel. GMO növények. Másik lehetőség: szensz-antiszensz technika alkalmazása, előnye (nincs idegen fajból származó gén). Teljes növény is regenerálható egyetlen izolált és génmanipulált sejtből a növényi sejt totipotenciálja miatt. Példák ismertetése: - rezisztens fajokból, vagy vad ősökből a betegség elleni rezisztenciáért felelős gént ki kell nyerni és azt beültetni az érzékeny fajtába. Ez főleg bakteriális és gomba kártevőkkel szemben megoldás. - glifozát rezisztencia (gyomirtószer hatását kiküszöbölő fehérje /EPSPszintáz/) beépítése szójába, őszi olajrepcébe: az Agrobacterium tumefaciens felhasználása; - a Bacillus thuringiensis toxin (rovarok bebábozódását megakadályozó endotoxin) génjének beültetése dohányba, paradicsomba, burgonyába és kukoricába; - hidegtűrő szamócák (lazacfélékből származó, hidegtűrést segítő fehérjét kódoló génnel módosították); - „Flavr savr” transzgenikus paradicsom előállítása antiszensz technológiával.
11
