Кільцева дНК
Опис і історія
ДНК (Дезоксирибонуклеїнова кислота) полімер, який виконує функції зберігання, передачі і реалізації інформації життєдіяльності організмів. Вона служить інформаційним носієм про структуру різноманітних видів РНК і білків.
Ядро клітини прокаріотів містить кільцеву ДНК - замкнутий полімер, який не має кінцевих генів. Для цих молекул (нуклеотиди), характерно прикріплення в клітинах до мембрани зсередини. У клітинах прокаріотів і нижчих еукаріотів присутні кільцеві плазміди. Лінійну ДНК містять клітини тварин, рослин і грибів (еукаріот).
Початок бурхливого розвитку молекулярної біології спровокувало в 1953 р відкриття дволанцюгової структури. Видатні вчені, які внесли вирішальний внесок у цей прорив Френсіс Крік, Джеймс Уотсон, Моріс Уілкінс в 1962 р удостоїлися Нобелівської премії.
Деякі віруси містять геномну ДНК кільцевої форми. У людини кільцева ДНК знаходиться в мітохондріях цитоплазмі. Носії кільцевої це клітини доядерних організмів - прокариотов: клітинні органели мітохондрії і пластиди; найпростіші одноклітинні бактерії. Прокаріоти представлені безліччю видів.
Фототрофи представники - хлорофіли і каротиноїди, використовують світло як джерело енергії. Сірчані бактерії, засвоюючи водень, окислюють сірководень до сірки і сульфатів. Ціанобактерії розщеплюючи воду, виділяють молекулярний кисень. Бактерії - хемоавтотрофи для отримання енергії використовують неорганічні речовини. Отримують з аміаку нітрити, засвоюючи вуглець. Вони здатні виконувати окислення двовалентного заліза до тривалентного. Бактерії - органотрофи, що використовують хімічну реакцію бродіння, як джерело життя. Їх ще називають анаеробними.
Також існують прокаріоти, що пристосувалися жити в організмі живих істот. Серед них зустрічаються види, що приносять користь своїм господарям. Наприклад, бактерії допомагають травленню і засвоєнню корисних речовин. Є види, що не приносять ні шкоди, ні користі.
Серед прокаріотів зустрічаються види, що паразитують на своєму носії викликають хвороби. Наприклад, дизентерійна паличка, холерний вібріон, дифтерійна паличка, пневмококи, паличка Коха, чумна паличка, спірохети, бактерія ботулізму. Всі ці бактерії викликають серйозні і небезпечні захворювання.
Ще один представник прокариотов ціаном - синьо-зелені водорості. Вони очищають воду, допомагають мінералізації продуктів гниття.
реплікація
Кільцевий будова ДНК найбільш ефективно для її подвоєння, тобто реплікації. Реплікація кільцевого типу досить простий процес подвоєння молекули. Тобто за принципом комплементарності відбувається поділ і нарощування по ще одному ланцюжку. В результаті отримуємо дві дочірні ДНК, ідентичні копії вихідної. Реплікація не що інше, як зростання багатоклітинного організму або розмноження одноклітинного. У разі кільцевого будови молекули процес подвоєння протікає найбільш точно без похибки за рахунок відсутності кінцевих генів.
Застосування і перспективи
Нова ера в медицині цей винахід вакцин. Зараз на розробку вакцин направлено багато наукових досліджень. Метою подібних досліджень служить попередження захворюваності людини.
Виробництво ДНК-вакцин відбувається за допомогою методики рекомбінантних ДНК. Заражає бактерія послаблюється шляхом штучних мутацій генів. Подібний принцип застосовують для виробництва живих рекомбінантних вакцин. Їх отримують, вводячи ген, що кодує імуногенний протеїн клітини, а потім вбудовують всередину стабільного полімеру кільцевої ДНК - плазміди. Крім того в плазміду вбудовуються елементи, для ефективної вставки гена в клітину еукаріоти і синтезу білка. Перетворену плазмиду поміщають в бактеріальну середу для розмноження. Після з бактерій отримують плазмидную ДНК, очищаючи від домішок. Це і є жива вакцина. Вона сприяє несприйнятливості до збудників хвороби. Ці плазміди, не проникають в людські хромосоми.
Здатність живих вакцин виробляти імунітет по відношенню до хвороботворних збудників доведена.
Генна інженерія надає великі можливості перетворення клітин еукаріотів і прокаріотів для вироблення білка. Що дозволяє проаналізувати будову і функції білків для застосування їх як ліки.
Всередину найпростіших організмів вводяться гени, які продукують важливі білки для медичних цілей. Наукові лабораторії застосовують спеціалізоване обладнання для отримання ліків (антибіотиків, ферментів, гормонів, вітамінів, інших активних сполук) із спеціально виведених мікроорганізмів.
Один із прикладів кишкова паличка. Її клітини служать для відтворення людського гормону інсуліну. Вироблений таким чином гормон не має домішок, не дає небажаних ефектів у порівнянні з тваринним інсуліном. Кишкова паличка здатна продукування соматотропіну. Раніше його виробляли з трупного матеріалу, але такий гормон міг включати віруси. Препарат інтерферон противірусного значення народжений в лабораторії завдяки генній інженерії.
Основа генотарапіі - відкриття структури ДНК. Основоположним є, виправлення генетичного матеріалу за допомогою підконтрольного зміни.
Сьогодні стадію розробки проходить завдання доставки генетично активного матеріалу до проблемних клітинам, що містить дефектний ген. Тобто, головне, організувати ефективний спосіб доставки і забезпечити тривале функціонування генетичного матеріалу. Як один із способів застосування чистої ДНК, що вбудовується в плазміду. Сам питання доставки коригуючого матеріалу практично вирішене. Але такі завдання, як стабільність, керованість, безпека матеріалу проходять стадію доопрацювання.
Генотерапія відкриває великі перспективи в лікуванні спадкових захворювань, порушень центральної нервової системи, інфекційних та онкологічних захворювань.
Незважаючи на істотне просування науки у вивченні структури залишається багато питань. Найактуальніше питання це причина наявності кільцевої ДНК у найпростіших організмів, а лінійної - у вищих організмів.