خب میخواهیم بدانیم چرا وقتی پروکاریوتها هستند ما سراغ مخمر و یوکاریوتها میرویم تا کلونینگ انجام دهیم؟ از بعد science- wise (تدبیر عالمانه) بسیاری از پدیدهها و فنومونهایی که در یوکاریوتهای عالی وجود دارند و در پروکاریوتها یافت نمیشوند؛ باید بررسی شوند. پروکاریوتها میتوکندری ندارند. بنابراین اگر کسی علاقمند به مطالعه بر روی میتوکندری، هیستون، میتوز و میوز باشد یا بخواهد از فوایدی مثل گلیکوزیله کردن پروتئین، فقدان توکسینهای پیروژنیک استفاده ببرد و یا بازدهی بالای تولید پروتئین و تولید biomass زیاد برای او مهم باشد، استفاده از مخمر به عنوان یک مدل یوکاریوتی مناسب است.
نتیجه
بسیاری از فعالیتها و پدیدههایی که در یوکاریوتها متداول است در پروکاریوتها یافت نمیشوند و بررسی بر روی کنترل ژنتیکی این پدیدهها در محیط یوکاریوتی مقدور است:
برای این که بتوانیم با قارچها کار کنیم و در کلونینگ و بیان ژن از آنها استفاده کنیم باید بتوانیم آنها را ترانسفورم کنیم. بسیاری از قارچها به راحتی میتوانند ترانسفورم شوند. در سال ۱۹۷۸ اولین ترانسفورم روی مخمر انجام شد که به نوبهی خود یک کار انقلابی بود. یک سال بعد نوروسپورا ترانسفورم شد. سپس ۴ سال بعد آسپرژیلوس به کار گرفته شد و بالاخره در سال ۱۹۸۵ تمام قارچها دستورزی شدند.
نتیجه:
تاریخچهی کوتاهی از ترانسفورماسیون قارچها
تا سال ۱۹۸۵ تقریبا تمام تحقیقات مولکولی بر روی قارچهای رشتهای درگیر استفاده از ترانسفورماسیون شد تا بتوانند به کمک آن به پاسخهای لازم برای سؤالات مولکولی دسترسی پیدا کنند.
برای این که بتوانیم با قارچها کار کنیم و در کلونینگ و بیان ژن از آنها استفاده کنیم باید بتوانیم آنها را ترانسفورم کنیم. بسیاری از قارچها به راحتی میتوانند ترانسفورم شوند. در سال ۱۹۷۸ اولین ترانسفورم روی مخمر انجام شد که به نوبهی خود یک کار انقلابی بود. یک سال بعد نوروسپورا ترانسفورم شد. سپس ۴ سال بعد آسپرژیلوس به کار گرفته شد و بالاخره در سال ۱۹۸۵ تمام قارچها دستورزی شدند.
نتیجه:
تاریخچهی کوتاهی از ترانسفورماسیون قارچها
تا سال ۱۹۸۵ تقریبا تمام تحقیقات مولکولی بر روی قارچهای رشتهای درگیر استفاده از ترانسفورماسیون شد تا بتوانند به کمک آن به پاسخهای لازم برای سؤالات مولکولی دسترسی پیدا کنند.
در روشهای کلاسیک با یک سری آنزیمهای خاص دیوارهی سلولی را حذف میکنند. این کار چه در مورد مخمر و چه در مورد قارچ رشتهای انجام میشود. آنچه پس از این حذف آنزیمی باقی میماند پروتوپلاست نامیده میشود. پروتوپلاست بسیار حساس است. باید بسیار مراقب باشیم که تحت تأثیر هیچ نوع شوک اسموتیک قرار نگیرد.
برای وارد کردن DNA به داخل پروتوپلاست را در محیطی که یون کلسیم و یا لیتیم دارد قرار میدهیم (یادآوری: این یونها بر دافعهی بین DNA و غشاء غلبه میکنند) روشهای دیگری که برای ورود DNA به داخل پروتوپلاست استفاده میشود الکتروپوریشن و یا روش بالستیک (استفاده از gene gun) است. gene gun تا پیش از این برای گیاهان استفاده میشد که در چند سال اخیر در مورد قارچها نیز به کار گرفته شد. در این حالت، ژنهایی را که میخواهند وارد سلول کنند روی ذرات طلا یا تنگستن قرار میدهند. سپس ذرات آغشته به DNA را توسط دستگاهی با شتاب بسیار زیاد به سمت سلول یا بافت پرت میکنند تا وارد نسج شود. (احتمالا خانم دکتر احسانی از این دستگاه داشته باشد) از این دستگاه برای قارچها به خصوص برای بازیدیومیستها (قارچهای خوراکی از این دسته هستند) میتوان استفاده کرد.
روش دیگر استفاده از آگروباکتریوم است. آگروباکتریوم یک باکتری است که قادر است گیاه را آلوده کند. این باکتری در واقع آفت گیاهان است. آگروباکتریوم پلاسمیدی به نام T-plasmid دارد که به این کار کمک میکند. درواقع در حال حاضر گیاه را با آگروباکتریوم ترانسفورم میکنند. چندین سال قبل (حدود ۱۲ سال پیش) متوجه شدند که علاوه بر گیاه، آگروباکتریوم میتواندقارچها را نیز آلوده کند. به این ترتیب عمل میشود که سازهی ژنی را وارد این باکتری میکنیم سپس باکتری را روی گیاه میریزیم به طوری که گیاه را آلوده کند و در نتیجه ژن را به گیاه تزریق کند. در نتیجه سازه مورد نظر داخل خواهد شد.
نتیجه:
تاریخچهی کوتاهی از ترانسفورماسیون قارچها
تا سال ۱۹۸۵ تقریبا تمام تحقیقات مولکولی بر روی قارچهای رشتهای درگیر استفاده از ترانسفورماسیون شد تا بتوانند به کمک آن به پاسخهای لازم برای سؤالات مولکولی دسترسی پیدا کنند.
این که از دست دیوارهی سلولی خلاص شویم بسیار مهم است. گفتیم که برای این کار از آنزیمهای مختلفی استفاده میشود. بعد از این که دیوارهی سلولی قارچ برداشته شد؛ قارچ دیگر حفاظی ندارد. کافی است که کمی مشکل دسموتیک پیدا کند که چروکیده شود یا بترکد. در هر کدام از این حالتها دیگر نمیتواند DNA را دریافت کند. بنابراین حتما باید از اسموتیک استابیلایزر[۱] استفاده کنیم
[۱] osmotic stabilizer: محلولهایی که در طی آمادهسازی و نگهداری از پروتوپلاست مخمر استفاده میشوند اصطلاحا osmotic stabilizer نامیده میشوند وبرای ایجاد محیط ایزوتونیک برای رشد پروتوپلاست کاربرد دارند.
در مورد قارچها از PEG استفاده میکنیم. DNA را با PEG وارد پروتوپلاست میکنند. PEG را آرام آرام اضافه میکنند. هنوزمشخص نیست با چه مکانیسمی این اتفاق میافتد اما میدانیم که PEG خاصیت فوزوژنیک یا فیوز کننده دارد و میتواند باعث بشود که DNA در کنار غشاء سلولی قرار بگیرد و باعث شود که DNA، بتواند uptake شود. هنوز مکانیسم دقیق آن مشخص نیست.
به هر حال بعد از اینن که ترانسفورم انجام شد بایستی با سلام و صلوات ان را پروتوپلاست قارچ را در محیط کشت کامل بگذاریم تا بتواند recover بشود. قارچ در این مرحله بسیار بسیار حساس است. با این امید که ژن داخل شده و بیان هم خواهد شد منتظر رشد قارچ باقی میمانیم.
نیازهای اساسی برای ترانسفورماسیون:
روششناسی در انتقال DNA
روششناسی در انتقال DNA
روشهای کلاسیک تولید پروتوپلاست و اسفروبلاست:
[۱] Agrobacterium tumefaciens
[2] hyphae: رشتههایی که از مسیلیوم قارچ خارج میشوند هیف نامیده میشود.
[۳] conidia: قسمت انتهایی هر هیف که برای تولید اسپور تخصص مییابد کونیدیا نامیده میشود.
[۴] Chitinase: آنزیم هیدرولایتیکی که باعث شکسته شدن پیوندهای گلیکوزیدی در کیتین از اجزای دیواره سلولی قارچها میشود.
[۵] β-glucanase enzyme: آنزیم هیدرولایتیکی که باندهای گلیکوزیدی را در گلیکانها که از زیرواحدهای متنوعی از گلوکز تشکیل شدهاند؛ میشکند.
[۶] Trichoderma harzianum
همانطور که گفته شد وکتوری که برای کلونینگ میخواهیم استفاده کنیم باید حتماً selection marker داشته باشد. از بهترین مارکرها برای انتخاب، مارکرهای اگزوتروفیک هستند. در اسلاید ۲۹ لیستی از مارکرهای مهم دیده میشود که دسته بندی آنها در زیر آورده شده است:
از میان این مارکرها Leu2 و His3 هم در قارچهای رشتهای دیده میشوندو هم در مخمرها. اما کاربرد آنها در مخمر اهمیت بیشتری دارد. میتوانید از ژن Leu2 در سازهی خود به عنوان سلکشن مارکر استفاده کنید. بنابراین برای این که یک Leu2مارکر به دست بیاورید باید یک سویه Leu2 auxotrophe داشته باشید برای Ura3 هم همینطور به سویهی Ura3 auxotrophe نیاز دارید.
Ura3 یک ژن بسیار معروف است که در واقع یک ژن دو منظوره است چرا که هم در Positive selection و هم در negative selection کاربرد دارد. اما هر کدام به چه معنی هستند؟Positive selection زمانی معنی میدهد که با اضافه کردن این ژن در سازهی خود بعد از ورود به سلول، نقص اگزوتروفی سلول (Ura3 auxotroph بودن) از بین برود و و جبران بشود در نتیجه سلول بتواند در محیطی که کمبود Ura3 دارد رشد کند. در این حالت سلولهای پوزیتیو زنده میمانند.
Negative selection کاملاً برعکس مورد بالاست یعنی وقتی ژن Ura3 در سلول وجود داشته باشد باعث مرگ و حذف سلول میشود. اما چه گونه این اتفاق میافتد؟ در پاسخ باید گفت که این انتخاب منفی به حضور یک مادهی دیگر در محیط کشت بستگی دارد که ۵ فلورویوراسیل فولونیک اسید یا ۵FOA نامیده میشود. این ماده در واقع یک پیشساز توکسیک است که اگر ژن Ura3 در سلول وجود داشته باشد به مادهی توکسیکی به نام ۵ فلورواوراسیل یا ۵FU تبدیل میشود. که وجود این ماده توکسیک باعث مرگ سلول میشود.
Lys2 هم می تواند هم در پوزیتیو و هم در نگاتیو سلکشن نقش داشته باشد به طوری که اگر در محیط آلفا آمینوآدیپات[۱] اضافه کنیم باعث مرگ سلولی میشود و گونههایی که این ژن را دارند از بین میروند.
[۱] α-aminoadipate
این مارکرها معمولا از آنتیبیوتیکهای معروفی مثل کانامایسین هستند. کانامایسین یک Selection Markers معروف است و ژن دیگر آن G418 نام دارد. یک دسته از Selection Markers وجود دارند که در دو دستهی قبلی قرار ندارند این سلکشن مارکرها اجازه میدهند که یک توانایی جدید به سلول اضافه شود در نتیجه این سلولها میتوانند در شرایط خاصی رشد کنند. ژن استامیداز (acetamidase) را در نظر بگیرید وقتی یک سلول مخمر واجد این ژن باشد آن را به شکل amds+ نشان میدهند که از آسپرژیلوس نیدولانس گرفته میشود. کاری که این ژن میکند این است که سلول را برای رشد بر روی یک سری از منابع نیتروژن بسیار پیچیده از جمله آکریل آمید توانا میکند. آکریل آمید یک منبع نیتروژن غیرعادی است.
نتیجه:
3 دیدگاه
عالی قشنگ بود
سپاسگزار از شما
😊😊