исследования, проводимые в нашей
Группе анализа и коррекции генома лаборатории
биотехнологии ИБХ РАН:Проблемы мутагенеза
ДНК-диагностика на основе ПЦР
- Главная
- Разное
- Бизнес и предпринимательство
- Образование
- Развлечения
- Государство
- Спорт
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Религиоведение
- Черчение
- Физкультура
- ИЗО
- Психология
- Социология
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Что такое findslide.org?
FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.
Обратная связь
Email: Нажмите что бы посмотреть
Презентация на тему Основы генной инженерии и биотехнологии
Содержание
- 2. Патрушев Лев Иванович д.б.н., в.н.с., профессорЭкспериментальные
- 3. Курс лекций по основам генной инженерии и
- 4. «Новые направления в науке гораздо чаще создаются
- 5. Генетика – наука о наследственности Грегор
- 6. Три основных направления генетических исследованийКлассическая генетикаМенделевские принципы
- 7. Что такое «генная инженерия»?Раздел молекулярной генетики, занимающийся
- 8. В классической генетике и селекции – отбор
- 9. Клонированная самка муфлона, родившаяся у овцы, использованной
- 10. Влияние генной инженерии на современную биологиюИсследование структуры
- 11. Биотехнология Область прикладной биологии, занимающаяся использованием живых организмов
- 12. Промышленная (белая) биотехнологияПроизводство продуктов питания, микроорганизмов, белков
- 13. Сельскохозяйственная (зеленая) биотехнология Green gene technology
- 14. Мочить генных инженеров!
- 15. Фармацевтическая (красная) биотехнология – Red Biotech Биотехнологическое
- 16. Влияние генной инженерии на современную медицинуТерапевтические нуклеиновые
- 17. Влияние генной инженерии на современную медицинуДНК-диагностика:Наследственные заболевания,
- 18. Центральная догма молекулярной биологииВ живом организме генетическая
- 19. ДНК и РНКРибозаДезоксирибозаСахаро-фосфатный остов ДНК(5-метилурацил)
- 20. Пуриновые и пиримидиновые основания ДНКАзотистые основанияГетероциклические ароматические химические соединенияУ пуринов молекула пиримидина объединена с кольцом имидазола
- 21. Комплементарные взаимодействияErwin ChargaffАзотистые основания, соединяясь ковалентной связью
- 22. Водородные связи между молекулами водыСлабое электростатическое взаимодействие
- 23. Три модели молекулы ДНКЦепи ДНК антипараллельны, 3’- и 5’-концы молекулы ДНК, правозакрученная спираль
- 24. Компьютерные модели A-, B- и Z-форм ДНКA
- 25. Плавление (денатурация) ДНК Streptococcus pneumoniaeФакторы, влияющие наTm:pHИонная силаОрганическиерастворители
- 26. Плавление (денатурация) ДНК
- 27. Температура плавления ДНК (Tm) – это температура, при которой цепи ДНК диссоциированы наполовину
- 28. Зависимость температуры плавления геномной ДНК от ее
- 29. Ренатурация (гибридизация, отжиг) ДНК и
- 30. Кинетика ренатурации разных ДНКСложность ДНКC0 - начальная концентрация ДНК (нуклеотиды моль/л), t – время ренатурации (сек)
- 31. C0t-кривая для ДНК тимуса теленкаУмеренно повторяющиеся НП
- 32. Комплементарные последовательностиПоследовательности ДНК представляют в виде одной цепи, в которой 5’-конец слева, а 3’-конец справаКомплементарная инвертированнаяпоследовательность
- 33. Определение терминов: «Геном»Геном – совокупность всей ДНК
- 34. Концепция бактериального пангенома (pan-genome)Открытый пангеномЗакрытый пангеномНесущественные геныОсновные геныМетагеном – совокупность генов, циркулирующих в биосфере Метагеномика
- 35. Парадокс C (C-value paradox)Размер генома не коррелирует
- 36. Растения с экстремальными размерами геномаЗемляника Fragaria viridis – 0,11 pgРябчик Fritillaria assyriaca – 127,4 pg
- 37. Южноамериканская двоякодышащая рыба Lepidosiren paradoxa Размер
- 38. Животные–лидеры по размерам геномаДвоякодышащие рыбыХвостатые амфибии Саламандры (Американский
- 39. Парадокс исчезает, загадка остаетсяБольшие различия в размерах
- 40. Последовательности нуклеотидов генома человека
- 41. Количество генов у организмов разных таксономических групп2525
- 42. Сложность фенома быстро возрастает при небольшом увеличении
- 43. Резюме по геномуГенно-инженерная работа с генами высших
- 44. Универсальный цикл транскрипции и последующая экспрессия синтезированной мРНК
- 45. Структура бактериального гена и его некоторых сильных промоторовterminatorРегуляторная часть генаСтруктурная часть гена
- 46. Модули, контролирующие транскрипцию, в эукариотических генах, кодирующих белкиTF - transcription factor – фактор транскрипции
- 47. Коровый промотор: минимальная последовательность нуклеотидов, обеспечивающая
- 48. Элементы корового (базового) промотора эукариотической РНК-полимеразы IIINR
- 49. Межмолекулярные взаимодействия на промоторе РНК-полимеразы IIФТ –
- 50. Обобщенная структура эукариотического гена
- 51. Ген дистрофина человека и продукты его транскрипцииКаждая молекула РНК-полимеразы II транскрибирует ген в течение нескольких дней
- 52. 33 продукта альтернативного сплайсинга транскрипта одного гена
- 53. Редактирование мРНК путем дезаминирования цитозина
- 54. Разнообразие механизмов редактирования мРНК (RNA editing)Изменение кодирующего
- 55. Один ген – один ферментGeorge BeadleE.L. TatumРаботы с мутантами Neurospora crassa – добавление недостающих метаболитов
- 56. Концепция гена 1960-х годовГен – последовательность ДНК
- 57. Основные свойства гена остались незыблемымиГен – фрагмент
- 58. Хорошо забытое староеГен – это часть генома,
- 59. Центральная догма молекулярной биологииФормирование фенотипа под действием генотипа в соответствии с центральной догмой
- 60. Системные подходы в молекулярной биологии и генетике
- 61. Иммунопреципитация хроматина: исследование на биочипах (ChIP-chip) и
- 62. Скачать презентацию
- 63. Похожие презентации
Патрушев Лев Иванович д.б.н., в.н.с., профессорЭкспериментальные и теоретические исследования, проводимые в нашейГруппе анализа и коррекции генома лаборатории биотехнологии ИБХ РАН:Проблемы мутагенезаДНК-диагностика на основе ПЦР
Слайд 2
Патрушев Лев Иванович
д.б.н., в.н.с., профессор
Экспериментальные и теоретические
исследования, проводимые в нашей
биотехнологии ИБХ РАН:Проблемы мутагенеза
ДНК-диагностика на основе ПЦР
Слайд 3
Курс лекций по основам генной инженерии и биотехнологии
Введение
в молекулярную биологию и генетику
Классическая генная инженерия
Полимеразная цепная реакция
Исследования
генома и транскрипции геновАнтисмысловые технологии, аптамеры, рибозимы
Генная инженерия в конструировании белков
Трансгенные животные
Трансгенные растения
Рекомбинантные флуоресцирующие белки
Рекомбинантные антитела
Слайд 4 «Новые направления в науке гораздо чаще создаются с
помощью новых методов, а не новых концепций. Новые концепции
объясняют известные явления по-новому. Новые методы открывают новые явления, которые необходимо объяснить.» Freeman J. Dyson
Слайд 5
Генетика –
наука о наследственности
Грегор Мендель (1822-1884)
Австрийский
священник и ботаник
Природа с красоты своей
Покровов снять не позволяет,
И ты машинами не вынудишь у ней, Чего твой Дух не угадает…
Владимир Соловьев
Слайд 6
Три основных направления генетических исследований
Классическая генетика
Менделевские принципы наследования,
митоз и мейоз, картирование хромосом, механизмы определения пола, цитогенетика
Молекулярная
генетикаСтруктура и химия нуклеиновых кислот, клонирование ДНК и геномика, молекулярные механизмы хранения, реализации и воспроизведения генетической информации, мутагенез и репарация ДНК, рекомбинация
Эволюционная генетика
Генетика количественных признаков, распределение генов в популяциях, механизмы видообразования
Слайд 7
Что такое «генная инженерия»?
Раздел молекулярной генетики, занимающийся разработкой
искусственных генетических систем с использованием манипуляций генами на молекулярном
уровне путем конструирования рекомбинантных ДНК или РНКПрограмма-максимум генной инженерии – создание жизнеспособного организма de novo по чертежам, разработанным в лаборатории - «синтетическая биология»
Слайд 8 В классической генетике и селекции – отбор среди
потомства по определенным признакам ограничен репродуктивной изоляцией
В генной инженерии
при получении трансгенных организмов такие ограничения действуют слабееГенная инженерия облегчает обмен генами между природными генетическими системами
Слайд 9 Клонированная самка муфлона, родившаяся у овцы, использованной в
качестве приемной матери
Перенос ядра соматической клетки погибшего муфлона в
энуклеированную яйцеклетку овцыНормальные роды после 155 дней беременности
Самец муфлона
Слайд 10
Влияние генной инженерии на современную биологию
Исследование структуры геномов
и индивидуальных генов, выяснение их функций (функциональная геномика)
Получение экспрессии
рекомбинантных генов в новом генетическом окружении - трансгенезБелковая инженерия
Появление технологий, основанных на антисмысловых последовательностях
Создание аптамеров, рибозимов и дезоксирибозимов
Синтетическая биология
Слайд 11
Биотехнология
Область прикладной биологии, занимающаяся использованием живых организмов и
биопроцессов для получения необходимой продукции
1980 – Верховный суд США
подтвердил патентоспособность микроорганизмов, изготовленных человекомКлетки E.coli под сканирующим электронным микроскопом
Слайд 12
Промышленная (белая) биотехнология
Производство продуктов питания, микроорганизмов, белков и
ферментов, ферментативный синтез низкомолекулярных соединений, животные- и растения-биореакторы, добыча
редких химических элементов, сохранение окружающей среды, биотопливо
Слайд 13
Сельскохозяйственная
(зеленая) биотехнология
Green gene technology (GGT)
Улучшение потребительских свойств
растений
Устойчивость к патогенам, гербицидам и пестицидам
Одновременное созревание плодов
Повышение их
стабильности 100 млн. га засеяно генетически модифицированными (GM) растениями
Теосинте (Euchlaena mexicana) и початок GM-кукурузы
Слайд 15
Фармацевтическая (красная) биотехнология – Red Biotech
Биотехнологическое производство
препаратов медицинского назначения (витамины, белки и пептиды, ДНК-вакцины и
т.п.)Водная (голубая) биотехнология – Blue Biotech
Биотехнологическое производство веществ и пищевых продуктов из морских и пресноводных организмов, контроль их размножения
Слайд 16
Влияние генной инженерии на современную медицину
Терапевтические нуклеиновые кислоты:
Генотерапия
Репарация генов
Антисмысловые РНК и олигонуклеотиды
Олигонуклеотидные аптамеры
ДНК-вакцины
Терапевтические белки
(биофарминг):Инсулин, гормон роста человека, факторы свертывания крови
Терапевтические небольшие молекулы
Антибиотики, хиральные метаболиты, витамины, аминокислоты (метаболическая инженерия)
Фармакогеномика
Предсказание побочного действия лекарств (цитохром P450) и исследование механизма их действия на экспрессию генов
Слайд 17
Влияние генной инженерии на современную медицину
ДНК-диагностика:
Наследственные заболевания,
Инфекционные
заболевания,
Приобретенные заболевания (в том числе рак),
Диагностические белки:
Маркеры заболеваний
человека и животныхЖивотные, моделирующие заболевания человека
Рак, атеросклероз, ожирение, аутоиммунные заболевания и т.п.
Рекомбинантные вакцины, ДНК-вакцины
Гепатит B – экспрессия антигена на поверхности клеток дрожжей
Антирабические вакцины (бешенство у животных)
Слайд 18
Центральная догма молекулярной биологии
В живом организме генетическая информация
передается от ДНК через РНК к белку
В специальных случаях
(обратной транскрипции) имеет место передача информации от РНК к ДНКОдноцепочечную ДНК можно транслировать рибосомами in vitro в присутствии аминогликозидных антибиотиков
Три способа передачи генетической информации в живых организмах, предполагаемых ЦДМБ
Слайд 20
Пуриновые и пиримидиновые основания ДНК
Азотистые основания
Гетероциклические ароматические химические
соединения
У пуринов молекула пиримидина объединена с кольцом имидазола
Слайд 21
Комплементарные взаимодействия
Erwin Chargaff
Азотистые основания, соединяясь ковалентной связью с
1‘-атомом рибозы или дезоксирибозы, образуют N-гликозиды, которые называют нуклеозидами
Слайд 22
Водородные связи между молекулами воды
Слабое электростатическое взаимодействие между
положительно заряженными атомами водорода и отрицательно заряженными электроотрицательными атомами
Слайд 23
Три модели молекулы ДНК
Цепи ДНК антипараллельны, 3’- и
5’-концы молекулы ДНК, правозакрученная спираль
Слайд 24
Компьютерные модели A-, B- и Z-форм ДНК
A
B Z
A-форма: ДНК-РНК-
гибриды, 11 пар нуклео-
тидов/виток спирали
B-форма:
обычная конформация
ДНК в клетке
Z-форма:
Левозакрученная спираль
poly[dG-dC] ⋅ poly[dG-dC]
Отрезки ДНК одинаковой
длины
Слайд 25
Плавление (денатурация) ДНК
Streptococcus pneumoniae
Факторы,
влияющие на
Tm:
pH
Ионная сила
Органические
растворители
Слайд 27 Температура плавления ДНК (Tm) – это температура, при
которой цепи ДНК диссоциированы наполовину
Слайд 28
Зависимость температуры плавления геномной ДНК от ее GC-состава
В
AT-ДНК содержание GC = 0
В природных ДНК содержание GC
в пределах 22%-73%
Слайд 29
Ренатурация
(гибридизация, отжиг)
ДНК и РНК
Гибридизация – ренатурация
различных цепей ДНК (ДНК-ДНК-гибриды) или ДНК и РНК (ДНК-РНК-гибриды)
Температура
гибридизации ниже температуры плавления ДНК
Слайд 30
Кинетика ренатурации разных ДНК
Сложность ДНК
C0 - начальная концентрация
ДНК (нуклеотиды моль/л), t – время ренатурации (сек)
Слайд 31
C0t-кривая для ДНК тимуса теленка
Умеренно повторяющиеся НП (30%)
C0t
1/2 = 0.04
Уникальные НП (60%)
C0t 1/2 = 4000
Высоко повторяющиеся
НП (10%) ренатурируют до начала эксперимента
Слайд 32
Комплементарные последовательности
Последовательности ДНК представляют в виде одной цепи,
в которой 5’-конец слева, а 3’-конец справа
Комплементарная инвертированная
последовательность
Слайд 33
Определение терминов: «Геном»
Геном – совокупность всей ДНК гаплоидного
набора хромосом, внехромосомных генетических элементов и органелл клетки зародышевой
линии биологического видаВведен Г. Винклером в 1922 г.
В отличие от термина «генотип» является биологической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи
Из-за большого числа аллельных вариантов генов и некодирующих последовательностей можно говорить лишь об усредненном геноме биологического вида
(у человека обнаружено >50, 000,000 SNP)
Геном митохондрий и хлоропластов
Слайд 34
Концепция бактериального пангенома (pan-genome)
Открытый пангеном
Закрытый пангеном
Несущественные гены
Основные гены
Метагеном
– совокупность генов, циркулирующих в биосфере Метагеномика
Слайд 35
Парадокс C (C-value paradox)
Размер генома не коррелирует с
биологической сложностью видов (их положением в эволюционной иерархии)
C.A. Thomas,
1971 г.Размеры генома:
Кузнечик – 17 pg
Лошадь – 3,2 pg
1 pg ДНК = 1000 млн.п.н.
Слайд 36
Растения с экстремальными размерами генома
Земляника Fragaria viridis –
0,11 pg
Рябчик Fritillaria assyriaca – 127,4 pg
Слайд 37
Южноамериканская двоякодышащая рыба
Lepidosiren paradoxa
Размер генома –
120 pg, число хромосом (2n) – 38
1 pg ДНК
= 1000 млн.п.н.
Слайд 38
Животные–лидеры по размерам генома
Двоякодышащие рыбы
Хвостатые амфибии
Саламандры (Американский протей)
Ракообразные
(Атлантическая глубоководная креветка)
Плоские черви
(Otomesostoma auditivum)
Насекомые
Кузнечики (Podisma pedestris)
Млекопитающие
Летучая мышь
Человек
Красная крыса
(Tympanoctomys barrerae)133 pg
121 pg
38 pg
20 pg
17 pg
1,7 pg
3,5 pg
8,4 pg
1 pg ДНК = 1000 млн.п.н.
Слайд 39
Парадокс исчезает, загадка остается
Большие различия в размерах геномов
определяются последовательностями, не кодирующими белки и нуклеиновые кислоты
Кодирующие
последовательности (1) ~ 2% от всего геномаСлайд 42 Сложность фенома быстро возрастает при небольшом увеличении количества
генов
Число генов, кодирующих белки:
Человек, мышь – ~28 000
Дрозофила –
~14 000Число потенциальных биохимических признаков, определяемых комбинаторным взаимодействием белков 10 разных генов:
Человек, мышь – 8,15 × 1037
Дрозофила – 7,95 × 1034
Показано число сочетаний по 10 из 28000 или 14000
Слайд 43
Резюме по геному
Генно-инженерная работа с генами высших эукариот
– их выделение и изучение функций – сильно затруднена
из-за большой структурной сложности геномов (и самих генов)Секвенирование целых геномов облегчает эту задачу. Методы секвенирования ДНК нового поколения (NGS)
Наступление «постгеномной эры».
Слайд 45
Структура бактериального гена и его некоторых сильных промоторов
terminator
Регуляторная
часть гена
Структурная часть гена
Слайд 46
Модули, контролирующие транскрипцию, в эукариотических генах, кодирующих белки
TF
- transcription factor – фактор транскрипции
Слайд 47 Коровый промотор: минимальная последовательность нуклеотидов, обеспечивающая правильную инициацию
транскрипции в отсутствие других цис-действующих элементов Энхансеры и сайленсеры обеспечивают
(ткане)специфическую транскрипцию конкретных генов, стимулируя или подавляя их экспрессию, соответственно Инсуляторы ограничивают действие энхансеров и сайленсеров на соседние гены Проксимальная промоторная область включает коровый промотор и сайты связывания факторов транскрипции, влияющих на его активность
Слайд 48
Элементы корового (базового) промотора эукариотической РНК-полимеразы II
INR –
инициатор, TATA – TATA-бокс, DPE - downstream promoter element
(нижний
промоторный элемент), MTE - motif ten element – все являются сайтами связывания субъединиц TFIID BRE – сайт TFIIB
Слайд 49
Межмолекулярные взаимодействия на промоторе РНК-полимеразы II
ФТ – факторы
транскрипции; ОФТ – основные факторы транскрипции;
РЭ – регуляторные элементы
(последовательности) ДНК,КТ – коактиваторы транскрипции
Слайд 51
Ген дистрофина человека и продукты его транскрипции
Каждая молекула
РНК-полимеразы II транскрибирует ген в течение нескольких дней
Слайд 54
Разнообразие механизмов редактирования мРНК (RNA editing)
Изменение кодирующего потенциала
мРНК путем:
Вставок/делеций нуклеотидов U (реже С, A, G)
митохондриальная
мРНК простейших, (слизневиков) (нуклеазы, РНК- лигазы, gRNA)Дезаминирования азотистых оснований
С -> U (мРНК аполипопротеина B), A -> I (вирусные, клеточные мРНК)
Замены оснований в мРНК
U -> С (реже U -> A или G, С -> A или A->G) (митохондрии растений, миксомицеты, одноклеточные простейшие) (делеции + вставки, трансгликозилирование)
Слайд 55
Один ген – один фермент
George Beadle
E.L. Tatum
Работы с
мутантами Neurospora crassa – добавление недостающих метаболитов
Слайд 56
Концепция гена 1960-х годов
Ген – последовательность ДНК или
РНК, которая
Непрерывна
Интроны
Одна последовательность кодирует один белок (РНК)
Могут использоваться все
три ОРС, альтернативный сплайсингКолинеарна кодируемому белку
Сплайсинг белков, редактирование РНК
Регуляторная часть предшествует структурной
Энхансеры перед, внутри и за геном
Имеет четкие границы
Альтернативные сайты инициации и терминации транскрипции и трансляции
Постоянную локализацию на хромосоме
Мобильные генетические элементы
Перемещения и изменения происходят только вследствие случайных мутаций
Запрограммированные перестройки генов Ig, соматический мутагенез, адаптивные мутации
Слайд 57
Основные свойства гена остались незыблемыми
Ген – фрагмент нуклеиновой
кислоты, в последовательности которой закодирована информация о последовательностях других
НК или белковИзменения фенотипа организма однозначно (?) связаны с мутационными изменениями его генотипа (т.е. изменениями последовательностей генов
Генотипические изменения являются наследуемыми
Слайд 58
Хорошо забытое старое
Ген – это часть генома, оказывающая
влияние на какой-либо фенотипический признак организма
Один ген – один
признак
Слайд 59
Центральная догма молекулярной биологии
Формирование фенотипа под действием генотипа
в соответствии с центральной догмой
Слайд 61 Иммунопреципитация хроматина: исследование на биочипах (ChIP-chip) и секвенированием
ДНК (ChIP-seq)
Обратимое связывание белков с ДНК формальдегидом
Обогащение фрагментов
ДНК с помощью специфических антител Определение профилей ДНК с помощью биочипов (слева) или секвенированием (справа)
