مواضيع المحاضرة:
background image

 

 

137

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Genetic engineering: is the use of technology to alter the genomes of viruses,          
     bacteria, and other cells for medical or industrial purposes.                                            
  Biotechnology includes genetic engineering and other techniques that make use of 
    natural biological systems to produce a product or to achieve an end desired by        
    human beings.                                                                                                                            
  Genetic engineering has the capability of altering the genotypes of unicellular           
     organisms as well as the genotypes of multicellular plants and animals, including     
     ourselves.

 

f a gene

The cloning o

 

The cloning of a gene produces many identical copies.                                                          
Recombinant DNA technology (rDNA) is used when a very large quantity of the gene is 
required.                                                                                                                                                
The use of the polymerase chain reaction (PCR) creates fewer copies within a laboratory 
test tube.

  

DNA Technology

Recombinant 

 

 

 

          

DNA from two or

 

contains

Recombinant DNA (rDNA) 

  

                                                                       

more different sources. 

    
  To make rDNA, it often begins by selecting a vector, the means    

                                    

rDNA is introduced into a host cell. 

by which 

     
  One common type of vector is a plasmid.                                           
  Plasmids are small accessory rings of DNA from bacteria. The      
    ring is not part of the bacterial chromosome and replicates on its 
    own.                                                                                                             
  Plasmids were discovered by investigators studying the                  
    reproduction of the intestinal bacterium Escherichia coli (E. coli).

  

Recombinant DNA (rDNA)

 

 

  Two enzymes are needed to introduce foreign DNA into vector DNA.                                 
 1. Restriction enzyme, 
cleaves the vector’s DNA                                                                   
 2. 
 DNA ligase, seals foreign DNA into the opening created by the restriction enzyme.

 


background image

 

 

138

 

 

 

1. Restriction enzyme

 

 

 

  Hundreds of restriction enzymes occur naturally in bacteria.                                               
  They are called restriction enzymes because they restrict the growth of viruses, but 
they also act as molecular scissors because each one cuts DNA at a specific cleavage site. 
  For example,  the restriction enzyme called EcoRI always cuts double-stranded               
     DNA in this manner when it has this sequence of bases:                                                        
     GAATTC
 so this enzyme cleaves the sequence between the G and the A, this                 
     produces DNA restriction fragments.                                                                                        
  Notice there is now a gap into which a piece of foreign DNA can be placed if it ends in  
     bases complementary to those exposed by the restriction enzyme.                                 
  The single-stranded, with complementary ends of the two DNA molecules are called     
     “sticky ends” 
because they can bind a piece of foreign DNA by complementary base    
     pairing. 

 

 

 

 

 

Sticky ends facilitate the insertion of 

foreign DNA into vector DNA.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

2. DNA ligase

 

   the second enzyme needed for preparation of rDNA molecule, used to seal the        
     foreign piece of DNA into the vector.                                                                                   
  DNA splicing is now complete; an rDNA molecule has been prepared.                         
  Bacterial cells take up recombinant plasmids, especially if they are treated to make 
     them more permeable.                                                                                                           
  Thereafter, if the inserted foreign gene is replicated and actively expressed, so it is  
     possible to recover either the cloned gene or a protein product.

 

  In order for gene expression to occur in a bacterium, the gene has to be accompanied 
by regulatory regions unique to bacteria. Also, the gene should not contain introns 
because bacteria don’t have introns.

 


background image

 

 

139

 

  Example: Cloning of human Insulin gene in a bacterium

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

 

 

141

 

Cloning of human insulin gene in a bacterium

 

 

The polymerase chain reaction (PCR)

 

 

 

  PCR can create millions of copies of a single       
     gene, or any specific piece of DNA, in a test tube.         
  PCR is very specific—the targeted DNA sequence can   
    be less than one part in a million of the total DNA         
    sample!                                                                                   
  This means that a single gene among all the human      
    genes can be amplified (copied) using PCR.                    
  PCR requires the use of DNA polymerase enzyme        
     that carries out DNA replication, and a supply of          
     nucleotides 
for the new DNA strands, and a primer.    
  PCR is a chain reaction because the targeted DNA is     
    repeatedly replicated as long as the process                   
    continues.                                                                               


background image

 

 

141

 

  The temperature-insensitive (thermostable) DNA polymerase was extracted from    
     the bacterium Thermus aquaticus, which lives in hot springs. The enzyme can          
     withstand the high temperature used to separate double-stranded DNA;                   
     therefore, replication need not be interrupted by the need to add more enzyme.

 

 

 

 

 

 

Restriction Fragments Length Polymorphism(RFLPs)

 

  Is a technique that exploited the variation in homologous DNA sequence.                       
   It refers to a differences between samples of homologous DNA molecule that comes   
     from different locations of restriction enzymes site. When the DNA of a person is          
     treated with restriction enzymes, the result is a unique collection of different-sized      
     fragments.                                                                                                                                        
  In RFLP analysis, the DNA sample is broken into pieces (digested) by restriction             
      enzymes and the resulting fragments are separated according to their lengths (size)    
      by gel electrophoresis, and the result is a pattern of distinctive bands.                             
  If two DNA patterns match, there is a high probability that the DNA came from the    
     same person.

 

RFLP and PCR: Clinical Application:

 

,

genetic fingerprinting

 

1.

            

 

 

genome mapping

2. 

    

        

 

 

,

genetic disorders

 

localization of genes for

 

3.

             

 

for disease, 

 

risk

 

determination of

 

4.

 

            

 

.

paternity testing

 

and

 

5.

  

           

 


background image

 

 

142

 

 

Biotechnology products

 

Today, bacteria, plants, and animals are genetically engineered to produce biotechnology 
products.                                                                                                                                                   
  Organisms that have had a foreign gene inserted into them are called transgenic               
 organisms.

 

1. From Bacteria;

 

  When the foreign gene is inserted into bacterium, replicated and actively expressed, a 
     large amount of protein product can be obtained.                                                                  

                                                    

 

Biotechnology products produced by bacteria includes:
insulin, human growth hormone, t-PA (tissue plasminogen activator), and hepatitis        
B vaccine,
 are now on the market. 

 

2. From Plants

 

Techniques have been developed to introduce foreign genes into plants to produce human 
proteins, such as hormones, clotting factors, and antibodies, in their seeds.                           
One type of antibody made by corn can deliver radioisotopes to tumor cells, and another 
made by soybeans can be used to treat genital herpes virus.

  

3. From animals:

 

    Gene pharming, the use of transgenic farm animals to produce pharmaceuticals.      
  Genes that code for therapeutic and diagnostic proteins are incorporated into the       
      animal’s DNA, and the proteins appear in the animal’s milk.                                              


background image

 

 

143

 

  There are plans to produce drugs for the treatment of cystic fibrosiscancer, blood     
      diseases,
 and other disorders.

 

  for producing transgenic mammals: DNA containing the gene of interest is injected       
     into donor eggs. Following in vitro fertilization, the zygotes are placed in host                
    females where they develop. After female offspring mature, the product is secreted in 
   their milk.

 

 

Gene Therapy

 

  Is the replacement of a missing gene product by inserting a normal      
     gene into human cells for the treatment of a disorder.                            
  This approach is best suited to the correction of loss-of-function           
     mutations that result in a nonfunctional or missing gene product; the   
    insertion of a normal gene supplies the missing product. 

 


background image

 

 

144

 

Gene Replacement Therapy

 

Gene replacement therapy is the use of genes to treat various recessive disorders and 
other human illnesses such as:                                                                                                     
  SCID (severe combined immunodeficiency) the children lack the enzyme ADA                
      (adenosine deaminase) that is involved in the maturation of T and B cells.                     
  Familial hypercholesterolemia,                                                                                                
  Cystic fibrosis patients lack a gene that codes for the transmembrane carrier of the      
      chloride ion. Patients often die due to numerous infections of the respiratory tract      
  Hemophilia                                                                                                                                    
  Cancer.                                                                                                                                             
   Gene therapy includes both ex vivo (outside the body) and in vivo (inside the body)      
      methods.

 

DNA Vectors

 

 

  There are many techniques for introducing genes into cells, including:

 

1. Viral vectors:

 

Offer highly efficient transfer of therapeutic genes into somatic cells, because viruses 
have evolved cleaver methods for inserting their genes into cells. These includes:            

                                                                    

, a double stranded DNA virus 

Adenovirus vector

 

A.

   

, it is a form of RNA virus, are able to insert copies of their genomes 

Retroviral vector

 

B.
    into the nuclei of host cells after reverse transcribting their viral RNA into double-          
    stranded DNA.

 

 

 


background image

 

 

145

 

 

including:

 

drawbacks

Viral vector have several 

 

 

 

  Low or transient expression of the gene product                                                                
  Limited insert size                                                                                                                   
  Generation of immune responses                                                                                          
  The potential for oncogenesis.

 

includes:

 

2. Non viral Vectors:

 

        

a fat body that can accept large DNA inserts, it fuse with cells allowing the 

Liposome

A. 
     DNA insert to enter the cell.                                                                                                   

            

                                                                                                                             

 

Drawback:
Most of liposomes are degraded in the cytoplasm and those that are not degraded are 
unable to enter the nucleus.

 

direct introduction of “naked” DNA 

 

3. The

 

(a human DNA segments cloned into a plasmid). The DNA enter the cell escape from 
degradation, and temporarily encode proteins.

 

because they contain functional centromers 

 ,

4. Synthetic human artificial chromosomes
and telomeres, they should be able to integrate and replicate in human nuclei, but they lack 
the transfer efficiency of viral vectors.

 

or 

 

function

-

of

-

gain

: Gene replacement therapy are not effective in correcting 

Note
dominant mutations
, so gene blocking methods are being developed.

  

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mostafa Altae
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 105 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل