Б. Б. Ерниязова

61 
7 Бӛгде гендердің экспрессиясы 
 
Дәріс жоспары: 
7.1 Клондалған гендердің экспрессиясы. 
7.2 Эукариоттар жасушасында ген клонын кӛбейту. 
7.3 ДНҚ-ның нуклеотидтер қатарын анықтау. 
7.1 Клондалған гендердің экспрессиясы 
Гендерді клондаудың әдеттегі себебі нәруызды кӛп кӛлемде алу. 
Бірақ кейбір клондалған гендер күшті экспрессиялауға арналмаған. 
Мысалы, 
pВR322 
клондалған 
ген 
бӛліктері 
тӛмен 
деңгейде 
экспрессияланады. Ішек таяқшасының РНҚ полимеразасы басқа ағзадан 
келген фрагменттердегі бӛгде промоторларды тануы кӛбінесе тиімді бола 
бермейді. Осы жағдайда транскрипция ішек таяқшасы жақсы танитын 
промоторлардан tet және bla гендерінің (селективті маркер ген – β-
лактамаза гені) промоторларынан басталып рекомбинантты плазмида 
клонданған фрагментінде жалғасуы тиіс. Транскрипция терминаторлары 
сияқты әрекет ететін басқа тізбектер ӛз әсерін тигізеді. Тіпті мРНҚ 
табысты синтезделгеннің ӛзінде құрамында рибосомамен байланысу сайты 
болмауы мүмкін. Міне осындай қиыншылықтар бӛгде гендер 
экспрессиясының жоғарғы деңгейде жүргізілуінде әртүрлі іс-шараларды 
қажет етеді. Сондықтан да арнайы векторлар осы мақсатта орналасады. 
Экспрессияланатын 
векторлардың 
кӛбісі 
плазмидалар. 
Ӛйткені, 
плазмидалардың бірнеше кӛшірмесі жасушаларда тӛзімді тіршілік ете 
алады. Нәтижесінде мРНҚ-ның кӛбірек ӛндірілуін арттырады. Ӛйткені 
геннің әр кӛшірмесі бір-бірінен тәуелсіз жақсы транскрипцияланады. Бұл 
принципті ген дозасының әсері деп атайды. Экспрессияланатын векторға 
күшті промотор қажет. Ішек таяқшасының промоторында консенсусс 
тізбек (ТТГАЦА) болады. Транскрипция басталатын жерден -35 
нуклеотидке жуық жоғарырақ -10 нуклеотидтен жоғары транскрипция 
бағыты бойынша орналасады. Осы тізбек 16-18 (жуық) нуклеотидтер 
жұбынан тұратын векторлардың промоторларындай бактерия иесіне 
ұқсайтын тізбек болса, онда бағыты бойынша тӛмен орналасады. Гендер 
әдетте күшті транскрипцияланады. Күшті промоторлар фаг геномында 
табылған. Ӛйткені фагтың тіршілік ету циклі фагтық инфекцияның қысқа 
мерзімінде кӛп мӛлшерде ӛндірілуімен сәйкестенеді. 
Ішек таяқшасы жасушаларының ӛсуіне ықпал етпейтін нәруыз, күшті 
промоторлардың болуы зиян. Плазмидасын жоғалтқан немесе плазмидасы 
ӛзгеріп нәруызды ӛндірмейтін жасушалар бәсекелестікке қабілетті болып 
келеді. Соңында популяцияның басым бӛлігін құрайды. Тұрақсыздық 

62 
ӛнеркәсіптік ӛндіріс үшін маңызды мәселе болып табылады. Нәруыздарды 
тазарту күрделі және кӛп күшті қажет етеді.
Күшті промоторды таңдау. Прокариоттар гендері жұмыс істеуінің 
немесе экспрессиясының механизмі бүгінгі күні жақсы зерттелген және 
Е.соІі бактериясы мен кейбір оның фагтарын кӛпжылдық іргелі 
молекулалық-биологиялық зерттеулер арқасында түсінікті бола бастады. 
Алдымен, прокариоттық геннің экспрессиясы деп осы генде мРНҚ 
синтезделуін (транскрипция кезеңі) және мРНҚ-ның рибосомадағы 
трансляциясын (нәруыз синтезін) түсінетінін еске түсірейік. Нәруыз 
синтезінің бірінші кезеңі — транскрипцияның инициация процесінде РНҚ-
полимераза ферменті промотор деп аталатын ДНҚ-ның ерекше бӛлігін 
тануы керек, тек сонда ғана ДНҚ-ның қос тізбегі ажырап, мРНҚ 
синтсзделуі бастала алады. Демек, адам немесе жануар генінің бактерия 
жасушасында жұмыс істеп, қажет биотехнологиялық ӛнім (нәруыз) түзуі 
үшін, ең алдымен, оның алдында бактериялық РНҚ-полимераза байланыса 
алатын прокариоттық күшті промотор болуы керек. 
Транскрипцияның жоғары деңгейі плазмидалық репликацияның 
тұрақсыздығына әкелетін атап ӛту керек. РНҚ-ның ғана емес, әсіресе 
кӛптеген нәруыздардың мӛлшерден тыс синтезделуі жасушаның 
жойылуына әкелуі мүмкін. Осындай жағдай болмас үшін пәрменді 
транскрипцияланатын 
геннің 
соңында 
транскрипцияны 
тиімді 
терминациялайтын (тежейтін) нүктелер болуы керек. Практикалық мақсат 
үшін реттелетін транскрипцияны қолдану ыңғайлы. 
Ген инженериясында бірнеше күшті промоторлар белгілі: Е.соІі 
оперондарының промоторлары — LacUY5 (лактоза), trp (триптофан) және 
гибридтік промотор tас (trp — Lас); лямбда фаг промоторлары — РR мен 
РL; т 5, т 7, Х 174 және т. б. фагтардың промоторлары. 
Эукариоттық құрылымды бактериялық геномға енгізу. Ген 
жұмысының аяқталуы үшін мРНҚ-ның нәруызға трансляциялануы қажет. 
Прокариоттық 
және 
эукариоттық 
жасушалардың 
молекулалық-
генетикалық құрылымының айырмашылықтарына орай трансляция 
процесі ӛтуі үшін де белгілі қиындықтарды жеңуі керек. Бұл 
айырмашылықтар, атап айтқанда, рибосоманың, әсіресе, нәруыздың амин 
қышқылдар тізбегін кодтайтын мРНҚ-ның молекулалық-генетикалық 
құрылымына байланысты. Прокариоттық мРНҚ-ның инициациялаушы 
кодонының (АУГ) алдында (3-12 нуклеотид бұрын) Шайн-Дальгарно (SD) 
тізбегі деп аталатын, 3-9 нуклеотидтерден құралған ерекше бӛлігі бар. Бұл 
тізбек 
рибосомалық 
16S 
РНҚ-ның 
3'-ұшына 
комплементарлы 
болғандықтан мРНҚ-ның рибосомамен байланысуын қамтамасыз етеді. 
Сонымен эукариоттық геннің реттеуші бӛліктері бактериядағыдан 
ӛзгеше, үлкен айырмашылығы бар және оларды бактериялық РНҚ-
полимераза мен рибосомалар тани алмайды. Осыған орай, бӛтен ген ӛз 

63 
қызметін бактерия жасушаның ішінде іске асыруы үшін екі жағдайды 
керек етеді: 1) геннің алдында бактериялық РНҚ-полимераза тани алатын 
күшті промоторды; 2) мРНҚ трансляциясының инициациясы үшін SD-
тізбегі керек. 
Қазіргі кезде эукариоттық геннің реттеуші бӛлігін бактериялық 
реттеуші бӛліктерімен (промотор және SD-тізбекпен) алмастыруды мүмкін 
ететін бірнеше әдістер белгілі. Бӛтен геннің жасушадағы жұмысын іске 
асырудың екінші жолы — ӛзінің реттеуші бӛліктері жоқ эукариоттық 
құрылымдық ген қызметі жоғары бактериялық геномның арасына енгізу. 
Мұнда кодыланатын құрылымдық ген бактериялық промотормен, SD-
тізбегімен және АТГ инициациялаушы кодонмен жалғанады, нәтижесінде 
шамалы ғана ӛзгерген қажет нәруыз бірден синтезделеді. 
Бӛтен геннің активтілігін жасушада қамтамасыз ету үшін оны 
бактериялық геннің бірімен (реттеуші бӛліктері бар) жалғауға болады. 
Осындай жолмен 1977ж. Бойер мен Итакура лактоза промоторын 
қолданып, сүтқоректілердің соматостатин гормонын Е.соlі жасушасында 
синтездей алды. Бұл гормон гипоталамуста ӛте аз мӛлшерде түзіледі және 
қанға инсулин мен ӛсу гормонының (соматотропиннің) түсуін реттейді. 
Оның молекуласы күрделі емес, бар болғаны 14 амин қышқылдарынан 
құралған, сондықтан соматостатиннің гені ӛте ұсақ. Осыған байланысты, 
алдымен, ұзындығы 42 нуклеотидке тең ДНҚ молекулаласын химиялық 
жолмен синтездейді (гормонның амин қышқылдар қатары белгілі және 
оның әрқайсысының триплетін генетикалық код арқылы табады). Осы 
жасанды генді рВR322 плазмидасына және E.соlі геномының β-
галактозидаза геннің соңына біріктіру үшін қосымша қысқа линкер 
тізбектерін (рестриктазалық «жабысқақ» ұштар) жалғады. Нәтижесінде 
жасанды қос тізбектің ұзындығы 52 жұп нуклеотидке тең болды: геннің N-
ұшында метионинді кодтайтын АТГ кодоны және ЕсоR1 рестриктазасы 
«жабысқақ» ұштар етіп, үзе алатын ААТТ тізбегі бар, ал С-ұшында екі 
стоп-кодон орналасты. ДНҚ-ның осы бӛлігін промоторы және операторы 
бар β-галактозидаза генінің бӛлігіне жалғап, олардың барлығын вектор — 
рВR322 плазмидасына біріктірді. Осындай біріктірудің нәтижесінде 
гибридті ген алынды, мұнда β-галактозидаза гені бӛлігінің С-ұшы 
соматостатин генімен ауыстырылды. Бактериялық β-галактозидаза гені 
мен соматостатин генінің арасында метионин кодоны орналасқан. Бұл 
гибридтің транскрипциясы мен трансляциясы β-галактозидазаның 
реттеуші 
элементтерінің 
арқасында 
іске 
асты. 
Осындай 
β-
галактозидазаның рекомбинантты гені ӛзінің Е.Соlі жасушасына 
трансформацияланғаннан кейін ӛз жұмысын тамаша іске асыра алады. 
Нәтижесінде гибридті нәруыз синтезделді, мұнда соматостатин β-
галактозидазалық бӛліктен метионин арқылы жекеленеді. Жай химиялық 
қосылыс — бромциан (ВrСN) нәруыздарды метионин бойынша 

64 
ажыратады. Соматостатиннің ӛзінде метионин қалдығы жоқ болғандықтан, 
оны таза күйінде жеке фракцияға бӛлуге болады. 
Кӛпшілік жағдайда, нәруыз цитоплазмада түзілгеннен соң жасушаның 
мембранасы арқылы оның сыртына тасымалдануы керек. Бұл үшін геннің 
N-ұшында жасушалық мембранаға жақындығы бар ерекше тізбек 
орналасуы қажет. Бұдан басқа эукариоттардың бірқатар нәруыздары 
синтезделу 
аяқталғаннан 
кейін 
полиглюколизденеді: 
нәруызға 
полисахаридтің қысқа тізбегі жалғанады, бұл оның активтілігіне және 
жасуша ішінде тасымалдануына әсер етеді. Қазіргі кезде бактериялық 
жасушада нәруыздарды глюкозалау ӛте қиын. Бір тәуірі, кӛптеген 
нәруыздар (интерферон және т. б.) полисахаридтік жалғану болмаса да 
активтілігін жоғалтпайды. Егер мұндай модификациялық ӛзгеріс қажет 
болса, онда генді эукариоттар жасушасына енгізуге тура келеді. Бұдан 
бӛлек, бактериялық жасушада эукариоттық геннің интрон бӛліктерін үзе 
алатын ферменттік жүйе жоқ. Осыған орай прокариоттар ген 
инженериясында 
сплайсингтен 
ӛткен 
эукариоттық 
мРНҚ 
ғана 
пайдаланылады. Эукариоттық генді эукариоттық жасушаларға немесе 
ағзаға енгізіп, оның ӛнімін алу биотехнологияның болашақтағы маңызды 
мақсаты болып саналады. 

жүктеу/скачать 1,31 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: