Αρχική > αποδελτιώσεις > Βιοτεχνολογία

Βιοτεχνολογία

imageΚυριακίδης, Δ. (2000), Βιοτεχνολογία, Αθήνα: Ζήτη, σ.

[Οι αποδελτιώσεις δεν αντικαθιστούν το διάβασμα των βιβλίων, αντίθετα το κεντρίζουν. Προσφέρονται ως πρόταση μελέτης του σχετικού βιβλίου και για διευκόλυνση στη δική σας αποδελτίωση. Ο χρόνος γι’ αυτούς που διαβάζουν έχει … άλλη αξία.
Θεωρώ πως κάθε διάβασμα βιβλίου απαιτεί κορφολόγημα του κειμένου για καλύτερη μελέτη και για βιβλιογραφική χρήση]

Μπορούμε να ισχυριστούμε ότι η ΒΙΟΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ είναι τόσο παλιά όσο ο πολιτισμός του ανθρώπου, αφού οι ζυμώσεις ψωμιού, κρασιού και μπίρας ήταν γνωστές σε αρχαίους λαούς. Όμως, η ανακάλυψη της δομής του DNA, της περίφημης διπλής έλικας, σήμανε την επανάσταση των βιολογικών επιστημών. Το ανασυνδυασμένο DNA συζητείται όλο και περισσότερο. Διαμορφώνει το σκηνικό σε πολλούς τομείς της ζωής μας. Στο άμεσο μέλλον η Βιοτεχνολογία θα είναι διαρκώς στο προσκήνιο της οικονομίας και της κοινωνίας και σε συνδυασμό με την Πληροφορική θα αποτελέσουν τα νέα πεδία της Γενικής Παιδείας και τις αιχμές των νέων πολιτιστικών εξελίξεων.   

Επιμέλεια: Νίκου Τσούλια

2. Ανάπτυξη μικροοργανισμών

Στη λογαριθμική φάση ανάπτυξης των κυττάρων, όπου τα κύτταρα αυξάνονται με τη μέγιστη ταχύτητα, αυξάνει πολύ γρήγορα τόσο η συγκέντρωση του RNA, όσο και ο ρυθμός της πρωτεϊνικής σύνθεσης. 13

Εμπειρικά ο πολλαπλασιασμός των κυττάρων εξαρτάται από πολλούς παράγοντες:

  1. από τη φύση της πηγής του άνθρακα
  2. από την πορεία καταβολισμού του θρεπτικού υποστρώματος
  3. από την απαίτηση σε ενέργεια για τη διαμετακίνηση άλλων θρεπτικών συστατικών, ειδικά του Na
  4. από την ικανότητα αναπαραγωγής του ATP
  5. από παρεμποδιστές, αλλαγή της ισορροπίας ιόντων και άλλων ουσιών του θρεπτικού υγρού με αποτέλεσμα τη μεταβολή των συστημάτων μεταφοράς ουσιών μέσα στα κύτταρα
  6. από τη φυσιολογική κατάσταση του μικροοργανισμού
  7. από τη φύση του θρεπτικού υποστρώματος που βρίσκεται σε οριακές συγκεντρώσεις
  8. από την επιτρεπόμενη ταχύτητα ανάπτυξης
  9. από τον μικροοργανισμό καθαυτό και
  10. την ικανότητα του ερευνητή. 14

Τα σπόρια είναι εφησυχασμένοι σχηματισμοί μικροοργανισμών, που ανθίστανται σε αυξημένες θερμοκρασίες, δηλητηριώδη χημικά ή ραδιενέργεια. 18

Μερικοί μύκητες έχουν χάσει τον μυκηλιακό τρόπο ανάπτυξης και έχουν μετατραπεί σε μονοκύτταρους οργανισμούς (ζύμες). 20

Μεταλλάξεις γενωμικές: αφορούν αλλαγές στον αριθμό των χρωμοσωμάτων. 27

  • Χημικές μεταλλάξεις: Το νιτρώδες οξύ απαμινώνει την αδενίνη σε υποξανθίνη, την κυτοσίνη σε ουρακίλη και την γουανίνη σε ξανθίνη με αποτέλεσμα να αλλάζει η συμπληρωματικότητα και να προκαλούνται αλλαγές στα ζευγάρια των βάσεων. 28
  • Χημικά ανάλογα των βάσεων του DNA μπορούν να ενσωματωθούν κατά την αντιγραφή του DNA λόγω της ομοιότητάς τους με τις βάσεις των πουρινών και των πυριμιδινών, όπως π.χ. η 5-βρωμοουρακίλη (BU) και η 2-αμινοπυρίνη. Η BU, που είναι ανάλογο της θυμίνης, συναντάται σε δύο ταυτομερείς μορφές την κετο και την ενολική. Η κετο μορφή, σε αντιστοιχία με την θυμίνη σχηματίζει ζεύγος με την αδενίνη, ενώ η ενολική μορφή με την γουανίνη. 28

Σε ένα γονίδιο υπάρχουν περιοχές που μεταλλάσσονται με μεγαλύτερη συχνότητα, καυτά σημεία (hot spots). 28

Οι ακτίνες X παρουσιάζουν κοψίματα στο γενετικό υλικό, αφαιρούν ολόκληρα κομμάτια. Η UV ακτινοβολία προκαλεί σημειακές μεταλλάξεις, όπως διμερισμό μεταξύ των βάσεων της θυμίνης. 29

3. Βασικές αρχές της τεχνολογία του ανασυνδυασμένου DNA

Οι πιο σημαντικές τεχνικές είναι:

  1. Το κόψιμο του DNA σε συγκεκριμένες περιοχές με νουκλεάσες περιορισμού, που διευκολύνει την απομόνωση και το χειρισμό μεμονωμένων γονιδίων.
  2. Γρήγορη ανάλυση αλληλουχίας νουκλεοτιδίων σε ένα τμήμα απομονωμένου DNA, που επιτρέπει τον προσδιορισμό τόσο των ορίων του γονιδίου όσο και την αμινοξική αλλυλουχία που αυτό κωδικοποιεί.
  3. Ο υβριδισμός νουκλεϊνικών οξέων, που κάνει δυνατή την εύρεση μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας DNA ή RNA με μεγάλη ακρίβεια και ευαισθησία, βάσει της ικανότητάς τους να συνδέονται με μια συμπληρωματική αλληλουχία νουκλεϊνικού οξέος.
  4. Η κλωνοποίηση του DNA, όπου ένα απλό μόριο DNA μπορεί να αντιγραφεί, ώστε να δώσει πολλά δισεκατομμύρια ταυτόσημων μορίων.
  5. Η μηχανική του DNA, σύμφωνα με την οποία αλλάζουν αλληλουχίες του DNA. Για να δώσουν τροποποιημένες εκδόσεις γονιδίων, που επανεισάγονται σε κύτταρα και οργανισμούς. 33
    • Κάθε νουκλεάση αναγνωρίζει μια εξειδικευμένη αλληλουχία 4-8 νουκλεοτιδίων στο DNA. 34
    • Υπάρχουν και νουκλεάσες περιορισμού που δίνουν τμήματα με τυφλά άκρα, διότι οι βάσεις τους είναι συμπληρωματικές. 34
    • Το «Αχίλλειο κόψιμο», ΑΚ, είναι μια γενική μέθοδος που συνδυάζει το εξειδικευμένο κόψιμο μιας νουκλεάσης περιορισμού με την εξειδίκευση σύνδεσης άλλων μορίων που συνδέονται με DNA. 36

Σε αναλογία, η κατεργασία του DNA με μεθυλοτρανσφεράση το καθιστά ανεπηρέαστο από τη δράση νουκλεασών περιορισμού εκτός από τις περιοχές από όπου αυτό «κρατείται». 37

Ένας cDNA κλώνος φτιάχνεται από το κατάλληλο mRNA, προσδιορίζεται η αλληλουχία νουκλεοτιδίων του και ο γενετικός κώδικας στη συνέχεια χρησιμοποιείται ως λεξικό για τη μετατροπή της αλληλουχίας σε αμινοξική αλληλουχία. 44

Ο τρόπος που «διαβάζεται» ο γενετικός κώδικας, δηλαδή ο τρόπος που διαχωρίζεται νοητά μια αλληλουχία DNA σε τριπλέτες και γίνεται η αντιστοιχία τριπλετών – αμινοξέων ονομάζεται πλαίσιο ανάγνωσης (reading frame). 44

Αξίζει να σημειωθεί ότι η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων διαβάζεται κατά την 5΄- 3΄και κωδικοποιεί ένα πολυπεπτίδιο από το αμινο προς το καρβοξυ τελικό άκρο. 45

Υβριδισμός νουκλεϊνικών οξέων

Έτσι είναι δυνατό να προσδιοριστούν πόσα αντίγραφα από μια συγκεκριμένη αλληλουχία DNA υπάρχουν στο γένωμα του κυττάρου. 47

Έτσι κάποιος μπορεί να προσδιορίσει τις περιοχές έναρξης και τερματισμού της μεταγραφής του RNA, καθώς και τα ακριβή όρια των περιοχών που κόβονται από τα μετάγραφα του RNA με τη διαδικασία του ματίσματος (splicing). 47

  • Μεγάλοι αριθμοί γονιδίων ενεργοποιούνται και απενεργοποιούνται σε περίπλοκα μοτίβα κατά την ανάπτυξη του εμβρύου. Ο υβριδισμός DNA με κυτταρικά RNAs επιτρέπει σε κάποιον να προσδιορίσει αν ένα συγκεκριμένο γονίδιο ενεργοποιείται ή όχι. 47

Τα μωσαϊκά DNA βρίσκουν πληθώρα εφαρμογών.

  1. Η παρακολούθηση της έκφρασης γονιδίων
  2. Η ανάλυση της αλληλουχίας του DNA.
  3. Η μελέτη – ανίχνευση μεταλλάξεων.
  4. Η κατάστρωση γονιδιακών χαρτών με βάση την έκφραση ή λειτουργία των γονιδίων. 52

Κλωνοποίηση του DNA

Κατά το λυτικό μονοπάτι οι ιικές λειτουργίες εκφράζονται πλήρως: ιικό DNA και πρωτεΐνες σχηματίζονται γρήγορα και πακετάρονται σε ιικά σωματίδια, οδηγώντας στρη λύση του κυττάρου – ξενιστή και στη ξαφνική εμφάνιση περίπου 100 ιικούς απογόνους, τα ιοσωμάτια (virions). 60

Ένα πλεονέκτημα των μεταλλαγμένων ιών είναι ότι εισάγονται πολύ πιο εύκολα στα βακτήρια από ότι τα πλασμίδια. 60

Υβρίδια των πλασμιδιακών και ιικών (λ φάγων) φορέων είναι τα κοσμίδια. Τα κοσμίδια είναι ουσιαστικά πλασμίδια που περιέχουν τις απαραίτητες γενετικές πληροφορίες για το in vitro πακετάρισμα του DNA σε κεφαλές του λ φάγου. Για τον σκοπό αυτό απαιτείται μόνο μια μικρή περιοχή λίγων εκατοντάδων βάσεων του DNA του φάγου, που περιλαμβάνει τις περιοχές cos. Οι περιοχές αυτές είναι τα άκρα του μορίου του λ DNA και είναι συμπληρωματικές (cos = cohesive ends). Η λειτουργία τους είναι να επιτρέπουν, λόγω συμπληρωματικότητας, την κυκλοποίηση του λ DNA πριν την εισαγωγή του στο βακτηριακό DNA. 60

Κλωνοποίηση c DNA.! 64

Η συλλογή των κλώνων που προκύπτουν από την παρασκευή του συνολικού mRNA αποτελεί τη cDNA βιβλιοθήκη. 64

Οι cDNA κλώνοι περιέχουν μόνο εκείνες τις περιοχές του γενώματος που έχουν μεταγραφεί σε mRNA. 64

Εξόνια / exons / expressed regions & ιντρόνια / introns / intervening regions. 64

Σύγκριση των διαφορετικών στρατηγικών κλωνοποίησης: α) Τυφλής στόχευσης κλωνοποίηση, β) κλωνοποίηση cDNA, γ) γονιδιακή σύνθεση.! 67

Έκφραση κλωνοποιημένων γονιδίων

Για να πραγματοποιηθεί η μετάφραση, το mRNA πρέπει να περιέχει μια περιοχή σύνδεσης με το ριβόσωμα μπροστά από το γονίδιο που πρόκειται να μεταφραστεί. 69

Πρωτεΐνες που προορίζονται να μεταφερθούν έξω από το κύτταρο συντίθενται με 15-30 αμινοξέα επιπλέον στο αμινοτελικό άκρο. Αυτά τα επιπλέον αμινοξέα ονομάζονται αλληλουχία σήματος και το κοινό χαρακτηριστικό αυτών των αλληλουχιών είναι ότι περιλαμβάνουν έναν κεντρικό πυρήνα υδρόφοβων αμινοξέων που περιβάλλεται από πολικά ή υδρόφιλα αμινοξέα. 70

  • Δυστυχώς πολλές ανασυνδυασμένες πρωτεΐνες αποικοδομούνται ταχέως και εκτεταμένως στον περιπλασματικό χώρο εξαιτίας της παρουσίας πολλών πρωτεολυτικών ενζύμων (πρωτεασών). 70

Κλωνοποίηση με την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης. (PCR).

Η τεχνική PCR εκμεταλλεύεται δύο χαρακτηριστικά της αντιγραφής του DNA: η DNA πολυμεράση χρησιμοποιεί μονόκλωνο DNA ως εκμαγείο για τη σύνθεση ενός συμπληρωματικού κλώνου. Όμως για να μπορέσει να αρχίσει τη σύνθεση του συμπληρωματικού κλώνου χρειάζεται ένα μικρό τμήμα δίκλωνου DNA. Αυτό σημαίνει ότι αν διαχωριστούν οι δύο κλώνοι ενός δίκλωνου μορίου DNA και χρησιμοποιηθεί ένα ολιγονουκλεοτίδιο που υβριδίζεται σε ένα σημείο του ενός κλώνου, τότε θα αρχίσει η σύνθεση του συμπληρωματικού κλώνου από το σημείο που υβριδίστηκε το ολιγονουκλεοτίδιο – εκκινητήρας (primer). 77

Για να παραχθεί το επιθυμητό προϊόν πρέπει ο κύκλος αντιγραφής του DNA να επαναληφθεί πολλές φορές. Κάθε κύκλος περιλαμβάνει τα εξής στάδια:

  1. Διαχωρισμός των δύο κλώνων με θέρμανση του αντιδραστήρος μίγματος στους 94 βαθμούς περίπου. Το αντιδρών μίγμα περιέχει το δίκλωνο DNA, τους εκκινητήρες, τους τέσσερις τριφωσφορικούς δεοξυριβονουκλεοζίτες και DNA πολυμεράση.
  2. Ψύξη του μίγματος για να υβριδιστούν οι εκκινητήρες με τους δύο κλώνους (30-65 βαθμοί).
  3. Θέρμανση του μίγματος στους 72 βαθμούς, που είναι η βέλτιστη θερμοκρασία δράσης της συγκεκριμένης πολυμεράσης, οπότε λαμβάνει χώρα η σύνθεση του DNA. 78

Εφαρμογές της PCR! 79

Με την PCR μπορούν να ανασυνδυαστούν δύο ή περισσότερα γονίδια, οπότε θα παράγουν χιμαιρικές πρωτεΐνες σύντηξης (fusion proteins). 87

4. Πρωτεϊνική μηχανική – ενζυμομηχανική

Οι κυριότεροι στόχοι της ενζυμομηχανικής είναι:

  1. Η αύξηση της καταλυτικής δράσης και της εξειδίκευσης ως προς το υπόστρωμα.
  2. Η τροποποίηση της εξειδίκευσης του υποστρώματος, δημιουργώντας έτσι άλλα νέα ένζυμα από προϋπάρχοντα. 92
  3. Η τροποποίηση της δραστικότητας σε συνάρτηση με το pH. 93
  4. Η αύξηση της αντοχής σε οξειδωτικά αντιδραστήρια.
  5. Η αύξηση της αντοχής σε υψηλές θερμοκρασίες.
  6. Η αύξηση της αντοχής σε πρωτεολυτική υδρόλυση.
  7. Η σταθερότητα και η εμφάνιση καταλυτικής δράσης σε μη υδατικά διαλύματα. 93
  8. Η μείωση των αλλοστερικών κέντρων που δρουν ανασταλτικά, ειδικά αυτών που δρουν με το μηχανισμό της ανάδρασης. 94
  9. Η συγχώνευση ενζύμων Η αύξηση της αντοχής σε που συμμετέχουν σε μια βιοχημική οδό, έτσι ώστε μια πορεία που απαιτεί ένα σύστημα πολλών ενζύμων να γίνεται μόνο με μια πρωτεΐνη. 94

Οι πρωτεΐνες σύντηξης προκύπτουν από την ένωση δύο πρωτεϊνών. Η ένωση αυτή γίνεται πάντα στο γονιδιακό επίπεδο: τα γονίδια των πρωτεϊνών ανασυνδυάζονται σε γειτονικές θέσεις σε έναν φορέα έκφρασης, με αποτέλεσμα να εκφράζεται τελικά το προϊόν σύντηξης. 95

Αν κατασκευαστεί ένα αντίσωμα του οποίου μόνο οι υπερμεταβλητές περιοχές προέρχονται από το ποντίκι, τότε ονομάζεται «εξανθρωπισμένο» (humanized). 98

5. Πηγές ενζύμων

· Παρόλο ότι σήμερα είναι γνωστά γύρω στα 2.500 ένζυμα (και αυτά αποτελούν μόνο το 10% των ενζύμων που υπάρχουν στη φύση), λιγότερα από 30 χρησιμοποιούνται στη διεθνή αγορά. 99, 100

Τα μικρόβια προτιμούνται από τους φυτικούς και ζωικούς ιστούς για την παραγωγή ενζύμων γιατί καλλιεργούνται σχετικά εύκολα και η περιεκτικότητά τους σε ένζυμα είναι σχετικά μεγάλη. 102

Η ενζυμομηχανική δημιουργεί μια σειρά σταθερά ένζυμα (με μεγαλύτερη ημιπερίοδο ζωής) ώστε να δρουν πολύ καλύτερα κάτω από μη – φυσιολογικές συνθήκες. 105

Δεδομένου ότι η σταθερότητα που παρουσιάζουν τα ένζυμα στη θερμοκρασία είναι αποτέλεσμα υδρόφοβων αλληλεπιδράσεων, προτάθηκε ότι τα ένζυμα μπορούν να σταθεροποιηθούν με το να αυξηθούν αυτές οι αλληλεπιδράσεις. 106

6. Καθήλωση ενζύμων

Ως καθήλωση ορίζουμε τον εγκλωβισμό ενός ενζύμου σε συγκεκριμένο υλικό ώστε αν μπορεί να έρχεται σε επαφή με την κυρίως φάση που είναι το υπόστρωμα, ενεργοποιητές ή καταστολείς. 109

· Το ενεργό κέντρο του ενζύμου αποτελείται από δύο περιοχές με διαφορετικές λειτουργικότητες. Μια είναι η αντιδρώσα ή καταλυτική θέση που συμμετέχει στην καταλυτική δράση, ενώ η άλλη η ειδική θέση δέσμευσης του υποστρώματος που ελέγχει την εξειδίκευση του ενζύμου ως προς το υπόστρωμα. 109

Μέθοδοι καθήλωσης ενζύμων: 1) σύνδεση με ιοντικούς δεσμούς, β) σύνδεση με ομοιοπολικούς δεσμούς, 3) διαμοριακή σύνδεση, 4) εγκλωβισμός ενζύμων σε πηκτές πολυμερών, 5) εγκλωβισμός ενζύμων σε μικροκάψουλες, 6) εγκλωβισμός ενζύμων σε λιποσώματα. 110

· Συνήθως η σύνδεση ενζύμου – συνενζύμου είναι ασθενής και αντιστρεπτή. 125

7. Μέθοδοι ανάκτησης και καθαρισμού ενζύμων

Η πλειοψηφία των βιομηχανικών ενζύμων είναι εξωκυττάριες πρωτεΐνες που προέρχονται από τον Aspergillus ή Bacillus και περιλαμβάνει α- αμυλάσες, β-γλυκανάσες, κυτταρινάσες, δεξτρανάσες, πρωτεάσες, γλυκοαμυλάσες κλπ. 134

Χημικοί τρόποι λύσης κυττάρων: α) αλκαλικό περιβάλλον, β) λυσοζύμη, γ) απορρυπαντικά. 134-136

Φυσικοί τρόποι λύσης κυττάρων: α) υπέρηχοι, β) ωσμωτικό σοκ, γ) πάγωμα – ξεπάγωμα, δ) λυοτρίβηση, ε) υγρή ρήξη κυττάρων, στ) απομάκρυνση νουκλεϊνικών οξέων. 136-137

Μέθοδοι καθαρισμού διαλυτών ενζύμων: 1) φυγοκέντρηση, 2) κατακρήμνιση, 3) χρωματογραφία, 4) διήθηση με μεμβράνες. 138-141

8. Αποστείρωση

Τρόποι θανάτωσης: α) θερμοκρασία, β) ακτινοβολία, γ) χημικές ενώσεις. 143-145

  1. Βιοαντιδραστήρες

10. Βιοτεχνολογικές διεργασίες – βιομετατροπές

Αντιδράσεις ενός σταδίου με βιομηχανικές εφαρμογές:

α) Καταλύτης: Ισομεράση της γλυκόζης, αντίδραση: D-γλυκόζη= D-φρουκτόζη. (ισομερίωση)

β) Καταλύτης: α-αμυλάση, αντίδραση: άμυλο = γλυκόζη + μαλτόζη. (υδρόλυση)

γ) Καταλύτης: λακτάση, αντίδραση: λακτόζη = γλυκόζη + γαλακτόζη. (υδρόλυση)

δ) Καταλύτης: λιπάση, αντίδραση: λίπη = λιπαρά οξέα + γλυκερίνη. (υδρόλυση)

ε) Καταλύτης: τυροσινάση, αντίδραση: τυροσίνη = L- DOPA + οξυγόνο. (υδροξυλίωση)

στ) Καταλύτης: ασπαρτάση, αντίδραση: φουμαρικό οξύ + αμμωνία = ασπαραγινικό οξύ. (συμπύκνωση). 167

Οι δευτερογενείς μεταβολίτες είναι μόρια που συντίθενται από μικροοργανισμούς κατά την τελευταία φάση της ανάπτυξής των. Δεν απαιτούνται για την ανάπτυξη και η πραγματική τους λειτουργία δεν είναι γνωστή. … Οι πιο γνωστοί είναι τα αντιβιοτικά (πάνω από 2.500). Άλλοι είναι οι μυκοτοξίνες, τα αλκαλοειδή, οι κυκλοσπορίνες. 174

11. Παραγωγή αλκοολών, οξέων και διαλυτών

Η αιθανόλη έχει γίνει συνώνυμος με την ενέργεια. 177

Οι περισσότερες των αλκοολικών ζυμώσεων γίνονται με τον μικροοργανισμό Sacharomyces cerevisiae. 177

Να μετατραπεί η κυτταρίνη σε σάκχαρα για ενεργειακούς λόγους και για την έλλειψη τροφίμων. 179

· Κάθε μόριο κυτταρίνης είναι μια αλυσίδα χωρίς διακλαδώσεις και με Μ.Β. από 50.000 έως 1.000.000. 179

· Ενώ πολλοί μικροοργανισμοί, φυτά και ζώα έχουν ένζυμα που μπορούν να υδρολύσουν γλυκοσιδικούς δεσμούς α-1,4 που απαντώνται στο άμυλο ή γλυκογόνο, λίγοι ζωντανοί οργανισμοί μπορούν να υδρολύσουν τους β-1,4 δεσμούς της κυτταρίνης. 179-180

Μέθοδοι παραγωγής των αμινοξέων:

α) Μέθοδος υδρόλυσης των πρωτεϊνών, β) μέθοδος χημικής σύνθεσης, γ) μικροβιακή παρασκευή αμινοξέων. 189 -190

12. Παραγωγή πρωτεϊνών και εμβολίων

Η ερυθροποιητίνη είναι πολύ ελκυστική στους αθλητές επειδή διεγείρει τα ερυθροκύτταρα στο να αυξήσουν την λειτουργικότητα της αιμοσφαιρίνης τους. 199

Ανθρώπινες πρωτεΐνες με θεραπευτική δράση: ! 200

  1. Παραγωγή αντιβιοτικών και άλλων μεταβολιτών

Περισσότερα από 6000 αντιβιοτικά είναι γνωστά. 205

  1. Παραγωγή μικροβιακών πολυσακχαριτών

  1. Παραγωγή αρωματικών ουσιών

  1. Βιοποικοδομήσιμα πολυμερή

  1. Διάφορες βιοτεχνικές εφαρμογές

Οι γλυκαντικές ιδιότητες της φορυκτόζης είναι πολύ ανώτερες απ’ αυτές της γλυκόζης. 227

Η λιγνίνη είναι σύμπλοκο βιοπολυμερές που συντίθεται στα φυτά κυρίως για να προσδίδει στερεότητα και προστασία. Στη φύση απαντάται μαζί με την κυτταρίνη, ως σύμπλοκο λιγνοκυτταρίνης, αρκετά ανθεκτικό στη βιοαποικοδόμηση. 228

Ο λευκός μύκητας της σήψης θεωρείται ο μικροοργανισμός που μπορεί ν’ αποικοδομήσει όλες τις πολυμερείς ενώσεις των δέντρων συμπεριλαμβανομένων της κυτταρίνης και της γλυκίνης. 228

Οι πρωτεάσες σήμερα κατέχουν την πρώτη θέση στα ένζυμα που παρασκευάζονται για βιοτεχνολογικούς σκοπούς. Οι περισσότερες χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία απορρυπαντικών. Βοηθούν στην υδρολυτική διάσπαση των πρωτεϊνών που προκαλούν λεκέδες και είναι δύσκολο να απομακρυνθούν. 230

18. Μονοκλωνικά αντισώματα (ΜΑ)

Η συγγένεια του αντισώματος δεν είναι για ολόκληρο το μόριο, αλλά για μια περιοχή που ονομάζεται αντιγονικός καθοριστής ή επιτόπιο. 233

· Τα περισσότερα μικρά μόρια δεν μπορούν να επάγουν τον σχηματισμό αντισωμάτων. Παρόλα αυτά μερικά μικρά μόρια μπορούν να επάγουν τον σχηματισμό αντισωμάτων όταν συνδεθούν με μακρομόρια. Αυτά τα μικρά μόρια ονομάζονται απτένια. 233

Μερικά βασικά χαρακτηριστικά της θεωρίας της κλωνικής επιλογής:

α) Κάθε κύτταρο που έχει την ικανότητα να παράγει αντισώματα καθώς αρχίζει να ωριμάζει, βγάζει μικρές ποσότητες του αντισώματος στην επιφάνειά του. Ένα ανώριμο κύτταρο σκοτώνεται να συναντήσει ένα μόριο που συνδέεται με το αντίσωμα που παράγει. Τέτοια κύτταρα εξαφανίζονται κατά το εμβρυικό στάδιο. 234

β) ανοσολογική μνήμη. 234

Επειδή οι περιοχές αυτές [σταθερές και ποικίλες] οικοδομούν το κέντρο δέσμευσης με το αντιγόνο και καθορίζουν την εξειδίκευση του αντισώματος ονομάζονται και περιοχές καθοριστικές για την συμπληρωματικότητα (CDRs / Complementarity – Determining Regions). Οι V (variable V) και C (constant C) περιοχές κωδικοποιούνται από διαφορετικά γονίδια. Κατά τη διαφοροποίηση των λεμφοκυττάρων τα αντίστοιχα V και C γονίδια μετατοπίζονται, έτσι ώστε να έρθουν κοντά και να σχηματίσουν ένα ολοκληρωμένο VC γονίδιο που όταν εκφραστεί δίνει μια ολόκληρη αλυσίδα. Στο γενετικό υλικό των λεμφοκυττάρων υπάρχουν πολλά διαφορετικά γονίδια για τις μεταβλητές περιοχές των ελαφρών αλυσίδων και πολλά για τις μεταβλητές περιοχές τω βαριών. Είναι φανερό ότι μπορούν να προκύψουν πολλές ελαφρές και βαριές αλυσίδες που οι συνδυασμοί τους οδηγούν σε ένα μεγάλο αριθμό αντισωμάτων με διαφορετική εξειδίκευση. 243

· Μελέτη της αλληλουχίας των γονιδίων απέδειξε τελικά ότι τα V(Light) και V(Heavy) γονίδια, που κωδικοποιούν τις αντίστοιχες περιοχές των αλυσίδων, προκύπτουν από το συνδυασμό περισσότερων γονιδίων. Έτσι τα V(L) προέρχονται από τα V και J γονίδια. Τα J γονίδια (Joining) χρησιμεύουν στη σύνδεση των V και C, ώστε το τελικό γονίδιο να είναι VJC. Τα V(H) σχηματίζονται με την συμμετοχή ακόμα μιας κατηγορίας γονιδίων που αυξάνουν την ποικιλότητα των αντισωμάτων. Τα γονίδια αυτά ονομάζονται D από το Diversity και ο ανασυνδυασμός γίνεται έτσι ώστε να σχηματιστεί αρχικά ένα DJ, κατόπιν VDJ και τελικά ένα VDJC γονίδιο. Επίσης η τελική δεοξυριβονουκλεοτιδυλο τρανσφεράση, μια ειδική πολυμεράση που δεν χρησιμοποιεί εκμαγείο, εισάγει επιπλέον νουκελοτίδια μεταξύ των V και D γονιδίων, αυξάνοντας την ποικιλότητα. Με άλλα λόγια η μεγάλη ποικιλότητα των αντισωμάτων που απαιτείται για να καλυφθεί το μεγάλο εύρος των αντιγόνων πηγάζει κυρίως από τη δομή του DNA των λεμφοκυττάρων και τον ανασυνδυασμό των γονιδίων. 245

  1. Φυτικά κύτταρα, ιστοί και καλλιέργειες φυτικών οργάνων

Οι πρωτοπλάστες είναι κύτταρα χωρίς το κυτταρικό τους τοίχωμα. Είναι πολύ χρήσιμα για τους χειρισμούς φυτικών κυττάρων. 251

20. Βιοτεχνολογία και ανάπτυξη των φυτών

Μη ανασυνδυασμένη προσέγγιση.

Χρησιμοποίηση των πρωτοπλαστών. Όταν δύο πρωτοπλάστες συντήκονται, παράγεται αρχικά ένα νέο κύτταρο που περιέχει τους δύο πυρήνες και τα δύο κυτταροπλάσματα. Εάν τα αρχικά κύτταρα δεν είναι ταυτόσημα, τότε το προϊόν είναι ένας ετεροκαρυώτης. Εάν στη συνέχεια συντηχθούν οι δύο πυρήνες, παράγεται ένα μονοπυρηνικό κύτταρο γνωστό ως συγκαρυώτης. Αν και η σύντηξη φέρνει μαζί τα πλαστίδια, αυτά δεν παραμένουν μαζί και τελικώς υπερισχύουν τα πλαστίδια μόνο του ενός φυτού.

· Μετά τη σύντηξη τα πυρηνικά και κυτταροπλασματικά γενώματα ανακατατάσσονται και ανασυνδυάζονται, με αποτέλεσμα τον ευρύ ανασυνδυασμό γονιδίων που δεν είναι εφικτός μέσω παραδοσιακών τρόπων. 259

Όταν η σύντηξη γίνεται μέσω εντελώς άσχετων ειδών είτε αποτυγχάνει η σύντηξη των πυρήνων, είτε χάνεται ένα σετ χρωμοσωμάτων μετά τη σύντηξη. Αντίθετα σύντηξη μεταξύ σεξουαλικά ασύμβατων μελών της ίδιας οικογένειας οδηγούν σε υβρίδια που διατηρούν μερικά χρωμοσώματα και από τους δύο γονείς. Το καλύτερο παράδειγμα είναι η «παμάτο» που είναι σωματικό υβρίδιο πατάτας – ντομάτας. 259

  1. Διαγονιδιακά ζώα και θεραπεία με γονίδια.

Είναι εφικτή η τροποποίηση των γεννητικών κυττάρων με γονιδιακές επεμβάσεις in vitro. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται μεταγονιδίωση. 263

  1. Κοινωνικές και ηθικές απόψεις της βιοτεχνολογίας.

Άσχετοι μικροοργανισμοί μεταξύ τους έχουν αλλάξει γενετικές πληροφορίες χρησιμοποιώντας τις ίδιες μεθοδολογίες π.χ. σύζευξη, μεταμόρφωση με πλασμίδια, μετάλλαξη τρανσποζόνια κλπ. 282

image

image

  1. Δεν υπάρχουν σχόλια.
  1. No trackbacks yet.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Google

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: