Современная генетика

formarea unor tumori — a col?anilor crenela?i. Adev?ratele tumori apar la

plantele capabile s? creasc? nelimitat ?i compuse din celule ne

diferen?iate, dup? ce оn ?esutul v?t?mat nimeresc bacteriile A.

tumefaciens.

Оn anul 1974 s-a descoperit c? caracterul transform?rii este determinat

genetic de plazmida ce a c?p?tat de-numirea de Ti (de la cuvintele engleze

tumor inducing — care provoac? tumoare). Aceast? plazmid?, precum ?i

plazmida Ri (root inducing) — ce provoac? ro?ea??), care determin? boala

tumoral? a r?d?cinilor ?i care se afl? оn bacteria de sol оnrudit?

(Argobacterium rhizogenes) formeaz? temelia vectorului ce transport?

informa?ia genetic? str?in? оn celulele plantelor.

Plazmidele Ti se afl? numai оn celulele bacteriilor. Dup? ce p?trund оn

celulele vegetale, se produce inserarea unei p?r?i a ADN-ului plazmidic cu

ADN-ul cromozomic al noului st?pвn.

O condi?ie obligatorie a fiec?rei manipul?ri de inginerie genic? este

transferarea celulei unice datorit? inser?rii moleculei ADN ?i dup? aceasta

clonarea acestei celule. S-a constatat: celulele vegetale ?i protopla?tii

lor izola?i pot fi ?i ei clona?i. A fost elaborat? metoda de inserare a

plazmei Ti prin infectarea protopla?tilor cu bacteria A. tumefaciens.

Posibilitatea transform?rii plantelor superioare a fost demonstrat?

recent de savantul olandez F. Crens оmpreun? cu colaboratorii s?i pe baza

protopla?tilor frunzelor de tutun. Оn prealabil a fost оndep?rtat? cea mai

mare parte a membranei celulare cu ajutorul unor fermen?i speciali.

Protopla?tii ob?inu?i оn modul acesta erau transforma?i activ de c?tre

plazmida Ti.

Folosirea Ti — plazmidei оn calitate de vector pentru transferul genelor

оn celulele vegetale ofer? posibilitatea de a regenera plante оntregi din

celule separate, ce con?in ADN str?in. Pe aceast? cale оn anul 1985

savantul japonez M. Norimoto a reu?it s? transfere gena fazeolinei

(proteinei de rezerv? a boabelor de fasole) оn celulele florii-soarelui ?i

a tutunului. Aceast? gen? ?i-a men?inut capacitatea de a se replica оn

celulele str?ine, оn ele se sintetiza оn cantit??i mari ARNi ?i оns??i

fazeolina.

Un fenomen asem?n?tor a fost observat ceva mai оnainte (anul 1977) de un

grup de savan?i de la Universitatea din Wa?ington. M. Drumand, M. Gordon ?.

a. au stabilit c? оn caz de interac?iune a plazmidei Ti cu celulele

?esutului de tutun se produce transferul unui fragment de plazmid? din

celula bacterial? оn celula vegetal?, urmat? de copierea lui оn celulele

tumorii. A fost prima m?rturie clar? a posibilit??ii transcrierii оn

celulele ?esutului vegetal a ADN-ului de origine bacterial?.

Оn ingineriea genetic? a plantelor o deosebit? perspectiv? prezint?

cercet?rile de transplantare a unor gene aparte sau a unor grupuri de gene

de la unele specii la altele cu scopul de a le reconstrui genetic ?i a le

atribui noi caractere ?i оnsu?iri de valoare. Este vorba de asemenea

propriet??i cum ar fi capacitatea de sintetizare a aminoacizilor

indispensabili, a substan?elor cu activitate biologic?, rezisten?a fa?? de

d?un?tori ?i boli, precum ?i fa?? de pesticide, reac?ionarea la utilizarea

оngr???mintelor minerale, capacitatea de a absorbi azotul liber din aer ?i

multe altele. Atвt оn ?ara noastr?, cвt ?i peste hotare se efectueaz?

cercet?ri rodnice оn aceast? direc?ie.

La оnceputul deceniului al nou?lea savan?ii australieni au reu?it s?

transplanteze genele din bacterii оn celulele tomatului, iar biologii

englezi — оn celulele paltinului.

Lucr?ri analoge au fost realizate оn 1975 de c?tre colaboratorii

Institutului de biologie ?i genetic? molecular? a A? Ucrainene. Savan?ii

din Kiev ?i-au pus drept sarcin? transplantarea din celula colibacilului оn

celulele tutunului a unui grup de gene. Ca translator de gene a fost alee

fagul lambda. Acest fag paraziteaz? pe bacteriile colibacilului, insereaz?

ADN-ul s?u оn cel al st?pвnului, iar cвnd p?r?se?te celula bacteriei, duce

cu ea cвteva din genele ei — operonul lactozic.

Pentru experien?? a fost ales anume tutunul, pentru c? unele din celulele

lui cresc bine оn cultura de laborator ?i din ele se poate cre?te relativ

u?or o plant? оntreag?. Experien?a a decurs оn felul urm?tor: оn unele vase

se cre?teau celule de tutun, оn altele — celule bacteriene, purt?toare ale

fagului lambda. Apoi celulele bacteriilor, ce cre?teau de obicei la

temperatura de 30—37°C, au fost transferate оntr-un mediu cu temperatura

mai оnalt? (42°CE). Оn aceste condi?ii fagii parc? fac celula s? explodeze,

se arunc? din ea, duc cu ei un fragment de ADN al st?pвnului — operonul

lactoz?.

Dup? aceasta fagii оnc?rca?i cu gene str?ine sunt separa?i din cultura

de colibacili ?i adu?i оn cultura celulelor de tutun. Peste un anumit timp

оn celulele de tutun spore?te cu mult activitatea fermentului —

galactozidaza. Оnseamn? c? a оnceput s? func?ioneze operonul lactozic.

Sinteza fermentului bacterial оn celulele tutunului se produce tot mai

activ ?i spre sfвr?itul s?pt?mвnii a treia spore?te оn compara?ie cu

оnceputul experien?ei de 30—50 de ori. Aceast? problem? solu?ionat? cu

succes a avut un caracter pur didactic, ea era necesar? pentru

perfec?ionarea metodei. C?ci n-are nici un rost a se altoi tutunului

operonul de lactoz?: tutunul se poate lipsi de lactoz?.

Mai descriem o problem? asem?n?toare, оns? de mare importan?? practic?.

Boabele de grвu con?in pu?ini aminoacizi indispensabili — triptofan a c?rui

cantitate (?i оnc? a unui aminoacid indispensabil — lizin?) determin?

valoarea proteinei celulei vegetale. Aici programul de sintetizare este

оmprumutat de la aceea?i bacterie a colibacilului: ADN-ul ei con?ine ?i

operonul triptofanic — un complex alc?tuit din cinci gene оn care se afl?

codificat un ferment ce sintetizeaz? triptofanul. Dac? acest operon este

luat din bacterie ?i transferat оn ADN-ul grвului, apoi оn urma acestei

opera?ii de inginerie genic? grвul se оmbog??e?te cu triptofan. Primele

cercet?ri ne inspir? speran?a c? оn viitorul apropiat ?i aceast? opera?ie

se va solda cu succes

Comunicarea savan?ilor de la Universitatea San-Diego (California), f?cut?

recent, p?rea senza?ional?. Ei au reu?it s? separe din organismul

licuriciului gena responsabil? de activitatea celulelor, care radiaz?

lumina Acest? gen? a fost inserat? оn celula tutunului. ?i ce crede?i? Cвnd

din aceast? celul? a fost crescut? o plant? de tutun, aparatele au fixat c?

frunzele plantei radiau permanent o lumin? slab?. Dac? se va confirma

definitiv c? radia?ia de lumin? este o urmare a transplant?rii genei,

experimentul va fi considerat de savan?i drept o mare realizare a

ingineriei genice.

Un vis sacru al savan?ilor ce lucreaz? оn domeniul ingineriei genice ?i

celulare este transferarea оn celula plantei a genelor responsabile pentru

оnsu?irea azotului molecular din aer. Aceste gene (nif — operon) le au

unele bacterii ?i alge euglenofite. Datorit? lor aceste organisme au o

garnitur? de fermen?i necesari, оntre care rolul principal оi apar?ine

nitrogenazei. Toate celelalte organisme nu dispun de aceste gene. De aceea

plantele care se scald? оn azot ?i sunt «оmbibate» cu el (4/5 de aer) au

nevoie, totu?i, ca solul s? con?in? compu?i ai acestui element. Pentru a

sintetiza proteine ?i alte substan?e plantele pot utiliza azotul numai оn

form? de compu?i chimici. ?i nu-i deloc оntвmpl?tor c? pentru a ob?ine

recolte maximale omenirea a creat o puternic? industrie de оngr???minte de

azot ?i este nevoit? s? cheltuiasc? оn aceste scopuri multe resurse

materiale.

Dar exist? ?i plante capabile s? оnfrunte оntr-o anumit? m?sur? aceste

dificult??i: este vorba de plantele leguminoase pe r?d?cinile c?rora

locuiesc a?a-zisele bacterii de nodozit??i care asimileaz? azotul din aer.

Astfel, leguminoaselor li se transmite o parte din azotul necesar оn urma

simbiozei cu bacteriile.

La оnceput savan?ii au оncercat s? modeleze un proces de simbioz?

asem?n?tor la cultivarea ?esutului vegetal. P. Carlson ?i colaboratorii s?i

au utilizat cultura ?esutului de morcov, deoarece pentru el erau deja

elaborate metodele de regenerare din celule ale plantei de valoare

complect?.

Оn cultura ?esutului de morcov se insera tulpina bacteriei de nodozit??i

(Azotobacter vinelandi) care nu poate cre?te f?r? adenin?. Оn mediul

nutrit1iv nu era aceast? substan??, de aceea bacteriile puteau s-o capete

numai din celulele morcovului. Dup? o cre?tere comun? timp de 12 zile,

celulele erau transferate оntr-un mediu f?r? azot, pe care peste cвteva

luni au crescut ni?te culturi capabile s? creasc? оncet оn cursul unui an

?i jum?tate. Culturile de control (f?r? azotobacterii) n-au crescut deloc

оntr-un astfel de mediu.

Colaboratorii Institutului de biologie ?i genetic? molecular? a A?

Ucrainene au ob?inut o simbioz? asem?n?toare. Оn acest scop ei au folosit

un alt gen de bacterii fixatoare de azot —Rhizobium, precum ?i celule de

tutun ?i de grоu. Ei au amestecat celulele bacteriene ?i vegetale, ?i peste

un timp oarecare s-au convine c? оn celulele de tutun ?i de grвu au p?truns

bacterii ?i c? ele sunt responsabile de fixarea azotului.

Оn ultimul timp au fost elaborate metode de contopire a algelor

euglenofite cu protopla?tii plantelor. O aten?ie special? o merit?

contopirea algei Giloeocapsa cu protopla?tii de tutun ?i de porumb. Aceast?

alg? prezint? interes nu numai prin faptul c? fixeaz? azotul atmosferic,

dar ?i prin aceea c?, spre deosebire de celelalte euglenofite, nu eman?

toxine pe parcursul activit??ii sale vitale.

Оn ultimii ani savan?ii englezi au reu?it s? separe gene ce determin?

capacitatea de fixare a azotului din microorganismul Klebsiella ?i s? le

insereze оn celulele colibacilului. Aceste cercet?ri au permis a se stabili

existen?a a 17 gene care determin? capacitatea de fixare a azotului. Ele

sunt dislocate ca ni?te blocuri, formвnd 7 sau 8 operoni, fapt ce asigur?

posibilitatea sintetiz?rii simultane a cвtorva fermen?i. Au fost

identificate de acum 3 gene, care controleaz? sinteza fermen?ilor de fixare

a azotului: nif H care codific? sinteza proteinei, nitrogenoza ce con?ine

fier, ?i nif D – sinteza diferitelor subunit??i ale fermentului, care

con?ine atomi de molibden ?i fier.

Prin metodele de hibridizare molecular? s-a demonstrat c? genele care ?in

la control capacitatea de fixare a azotului au o structura conservativ?:

compara?ia acestor gene la 19 microorganisme procariote fixatoare de azot

au demonstrat c? ele au o structura foarte asem?n?toare.

Scopul final al acestor cercet?ri este transplantarea genelor ce ?in la

control fixarea azotului molecular din celulele bacteriale оn celulele

plantei, men?ionвndu-se activitatea lor func?ional?.

Acest scop este foarte ademenitor, de?i deocamdat? realizarea lui nu e

posibil?. Inserarea genelor care asigur? asimilarea azotului din aer оn

ma?ina fiziologic? bine reglat? a celulelor vegetale va provoca, probabil,

o puternic? perturbare a metabolismului ei ?i nu e exclus un final

nefavorabil.

Altceva este crearea unor bacterii – simbionte, adaptate la acele culturi

de cвmp sau de paji?te, care, spre deosebire de p?st?ioase, n-au

«furnizori» proprii de azot.

Plantele (bun?oar? gramineele) pot fi оnv??ate s? asimileze azotul numai

dac? оn bacteriile radicule va fi inserat? gena responsabil? pentru acest

proces. Aceast? opera?ie cu adev?rat artistic? au reu?it s-o realizeze

savan?ii Institutului de genetic? ?i citologie a A? din Belorus?.

Bacteriile operate sunt capabile nu numai s? asimileze azotul atmosferic,

dar ?i s?-l degajeze cu eficacitate оn sol.

Trecerea de la introducerea оngr???mintelor de azot la popularea sferei

radicule a plantelor cu bacterii fixatoare de azot va permite s? se

m?reasc? recolta diferitelor culturi, s? se economiseasc? mari mijloace

materiale ?i, ceea ce este foarte important, va reduce poluarea mediului

ambiant cu nitra?i ?i nitri?i, substan?e foarte toxice ?i mutagene.

XIII. INGINERIA GENETIC? LA ANIMALE

13.1 Hibrizi neobi?nui?i: ob?inerea animalelor alofene

Оn natur? hibrizii sunt un fenomen destul de rar. Cu atвt mai mult

hibrizii оndep?rta?i ai animalelor. Fiecare specie de animale pe parcursul

evolu?iei оndelungate, a elaborat multe оnsu?iri de adaptare la mediul de

trai. Fiecare specie este protejat? contra hibridiz?rii оntвmpl?toare cu o

alt? specie printr-o mul?ime de bariere: prin perioada diferit? de mont?,

prin formele exterioare diferite, prin deosebiri оn comportament. Оn timpul

multor dansuri nup?iale se pun reciproc o serie de «оntreb?ri ?i

r?spunsuri», nerespectarea ordinii lor exclude posibilitatea оmpreun?rii.

A?a se prezint? legea care p?streaz? stabilitatea lumii vii. Uneori, оns?,

ea este оnc?lcat?, speciile apropiate se оncruci?eaz?, dar, de regul?, nu

las? urma?i - natura rebuteaz? ace?ti urma?i ocazionali, ca fiind

neviabili.

Foarte pu?ine specii de animale hibride s-au оnr?d?cinat ne p?mвnt. Ele

prezint? o excep?ie.

Omul caut? s? hibridizeze animalele, crescвndu-le оn medii artificiale.

Recurgвnd la diferite metode, uneori ingenioase, el distruge barierele

intergenice, ob?inвnd animale cu propriet??i de care are nevoie. Deseori la

baza acestei hibridiz?ri se afl? un experiment pur ?tiin?ific. Cine are

nevoie, de exemplu, de un hibrid tigru-leu? El a fost ob?inut doar ca o

raritate. Hibrizii dintre cai ?i m?gari sunt catвrul ?i bardoul, care sunt,

оns?, de mare folos оn economie. Bardoul este r?spвndit оn China, iar

catвrul оn multe regiuni muntoase ale lumii. Ei se deosebesc de cai prin

firea lor calm?, sunt rezisten?i ?i nu-s deloc sperio?i. Dar aceast? fire

calm?, ca regul?, este caracteristic? pentru animalele sterile. Catвrul se

cap?t? la оncruci?area iepelor cu m?garii, iar bardoul a m?g?ri?elor cu

arm?sarii. Sterilitatea lor se explic? prin оnc?lcarea gametogenezei: la

cai num?rul de cromozomi (2n) este de 66, iar la m?gari – 64, deci hibrizii

au o garnitur? incomplet? de cromozomi – 65. Prin metoda transplant?rii,

savan?ii au reu?it s? ob?in? catвri fecunzi. D. Antchac (SUA) ?i U. Allen

(Anglia) au c?p?tat nu demult o nou? genera?ie: femelelor de catвr li s-au

transplantat embrioni de m?gari ?i cai. S-au f?cut deja cercet?ri оn

domeniul transplant?rii embrionilor de m?gar – cailor ?i a embrionilor de

cal – m?garilor ?i s-a dovedit c? оn primul caz embrionii mor, iar оn cazul

al doilea – se dezvolt? normal.

Embrionii de opt zile au fost extra?i din iepe ?i m?g?ri?e ?i au fost

transplanta?i оn uterul femelelor-catвri. Prin inocularea prealabil? a

preparatelor hormonale s-a asigurat corespunderea ciclului sexual al

donatorilor ?i recipien?ilor, condi?ie necesar? pentru dezvoltarea spornic?

a embrionului transplantat. La cei doi mвnji ?i la m?g?ru?ul n?scu?i n-au

fost observate nici un fel de abateri. «Mamele adoptive» d?deau destul

lapte ?i aveau grij? de descenden?ii lor. Astfel s-a ob?inut o na?tere ?i

dezvoltare normal? a indivizilor de dou? specii оn organismul unui hibrid

intergenic.

Savan?ii din rezerva?ia natural? «Ascania-Nova» efectueaz? o munc?

rodnic? de cre?tere a formelor hibride de animale, lucru ce prezint? un

mare interes pentru ?tiin??. Ei au ob?inut numero?i hibrizi, printre care

hibrizi de pe urma оncruci??rii calului Prjevalschii cu calul domestic,

culanului cu calul domestic, zebrei Capman cu calul domestic, zimbrului cu

bizonul, zimbrului cu vitele cornute mari, bizonului cu vitele cornute

mari, capricornului de Siberia cu capra domestic?, muflonului cu oaia

domestic?, g?inii domestice cu fazanul, p?unului cu g?ina domestic? ?. a.

Mul?i hibrizi оmbin? tr?s?turi utile ale animalelor domestice, precum ?i

ale rudelor lor s?lbatice. Astfel, bun?oar?, prin оncruci?area lui zebu cu

rasa de vite neagr? b?l?at? cu alb s-a ob?inut o ras? de vite de tip nou cu

un randament de 4000 kg de lapte ?i un con?inut de gr?sime de 4,3%.

Hibrizii ob?inu?i de la оncruci?area iacului cu rasa de vite Simental se

caracterizeaz? printr-un randament de lapte destul de оnalt, ?i mai ales cu

un con?inut de gr?sime de 5,7–7%. Au fost ob?inu?i ?i hibrizi оndep?rta?i

ai oilor, оncruci?вndu-se merino?ii cu arharul s?lbatic; porci din mistre?

cu porcii Mari Albi.

La or??elul Academiei de ?tiin?e din Novosibirsc au fost ob?inute

rezultate interesante оn urma hibridiz?rii оndep?rtate a animalelor cu

blan? industriabil?. Din hibridizarea dihorului ?i nurc?i s-a ob?inut

honoricul. Biologii Iulia Grigorievna ?i Dmitrii Vladimirovici Tarnovschii

l-au ob?inut prin оncruci?area dihorilor de p?dure cu dihorii de step?, mai

apoi a fost оncadrat? оn procesul de hibridizare ?i nurca european?.

Dihorul ?i nurca se deosebesc atвt la exterior, cвt ?i prin felul lor de

via??. Dihorii tr?iesc pe uscat ?i se hr?nesc cu roz?toare, pe cвnd nurca

este un animal semiacvatic ?i m?nвnc? mai ales pe?te. Honoricul a mo?tenit

de la p?rin?ii s?i capacitatea de a оnota ?i de a s?pa cu iscusin?? vizuine

pe uscat. La exterior el seam?n? cu nurca, are ca ?i ea o blan? m?t?soas?

sclipitoare. Important este c? honoricii se оnmul?esc bine, fenomen foarte

rar оn hibridizarea intergenic?. Prin experimente s-au ob?inut aproape trei

sute de animale-hibride. Prolificitatea honoricilor o оntrece pe cea a

nurcii europene ?i a dihorului de p?dure. Ba chiar mai mult, de la

honorici se ob?in cвte dou? pr?sile pe an, lucru foarte important pentru

cre?terea animalelor cu blana industriabil?.

Este greu de presupus care ar fi soarta acestei noi specii biologice,

dac? honoricii ar fi l?sa?i s? tr?iasc? liber оn condi?ii naturale.

Probabil c? specia nou?, «de prob?», ar fi absorbit? de specia veche –

honoricii se оncruci?eaz? bine cu dihorii. Dar calea artificial? de

оnmul?ire ne permite s-o men?inem. Nu оncape оndoial? c? hibridul prezint?

o mare valoare pentru cre?terea animalelor s?lbatice.

Оn condi?ii artificiale favorabile pot fi оnrudite vulpea polar? cu

vulpea. La sovhozurile de cre?tere a animalelor s?lbatice «Znamenechii» ?i

«Iliatinschii» din regiunea Calinin au fost ob?inute deja astfel de animale

hibride. Animalul – rod al оncruci??rii vulpii negre-argintii cu vulpea

polar? – a mo?tenit de la rubedeniile sale propriet??ile cele mai bune: de

la prima – blan? minunat?, de la a doua – o prolificitate оnalt?.

Descenden?a vulpii-vulpii polare dep??e?te de dou? ori conform num?rului

familia vulpii de ras? pur?.

Pentru ?tiin?? ?i practic? prezint? un interes deosebit experien?ele de

ob?inere a animalelor allofene. Aceste animale pot avea nu doi ?i nici

patru, ci ?ase ?i chiar mai mul?i p?rin?i. Savan?ii de la Universitatea

din Iel (SUA) au reu?it s? contopeasc? оntr-unul singur trei embrioni

compu?i din cвte opt celule – de la ?oarecii negri, albi ?i galbeni. Acest

embrion, ob?inut оn condi?ii artificiale, a fost implantat apoi оn uterul

«mamei adoptive», care a n?scut un ?oarece neobi?nuit, cu un boti?or

galben, urechi negri ?i pete albe pe blan?.

?oarecii allofeni prezint? un mozaic genetic, care se formeaz? datorit?

recombin?rii blastomerilor de la embrioni cu diferi?i genotipi, precum se

vede оn figura 30.

Cum se ob?ine aceasta? La оnceput se extrag din oviductele ?oricoaicelor

gravide embrionii оn stadiul de 8 blastomeri ?i ei sunt disocia?i оn celule

aparte cu ajutorul fermentului proteolitic pronaza, Apoi celulele somatice

(blastomerii) a dou? sau a mai mul?i embrioni pot fi recombinate ?i, dup?

ce se vor uni strвns unele cu altele, vor fi reimplantate оn ?oarecele-

femel?. Aglutinarea ?i contopirea blastomerilor se efectueaz? cu ajutorul

virusului Sendai. Acest virus (el a fost numit оn cinstea ora?ului japonez,

оn care a fost separat pentru оntвia oar?) nimerind оn celule, se

оnmul?e?te ?i provoac? moartea lor. Dac? virusul va fi iradiat cu raze

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33