6.1 Космидты және фазмидты векторлар
Вектор (генетикада) – молекулалық және клеткалық инженерия белгілі бір мақсатпен жасанды айқын қасиеттері бар генетикалық материалдарды алдын ала құрастырып, оларды басқа клеткаға енгізіп, көбейтіп, зат алмасу процесін өзгеше жүргізу. ДНК-ның 15-25 т.н.ж. ұзындығы болатын фрагментін фагалық векторы клондай алады. Бұл өсімдіктер мен жануарлар гендерін клондауға жетпейді, оларға қажетті ДНК ұзындығы 35-40 т.н.ж. құрайды. Оны іске асыратын космидитік, яғни молекулалық вектор болады.
Космидтер аса үлкен емес плазмидтер түрінде болады, мұнда ДНК фага лямбда cos-сайтына in vitro енгізіледі. Осыдан барлық векторлар түрінің атауы (cosmid) шығады. ДНК cos-сайтында молекулалардың аяғында орналасқан қалыпты фагалық бөлімдері орналасқан, олар ДНК фагалық мономерін конкатемерлерге бөледі, бірнеше бөлінген мономерлерді «басы аяққа» қосады, ересек фагалық ДНК –ны фагалық бөлікке дайындайды. Осындай конкатемерлерде көршілес cos-сайтында бір-бірінен 35-45 т.н.ж. қашықтықта орналасқан және өзара барлық фагалық геном құрайды. Осы үрдісте cos-сайт орамасында ферментативтік жүйенің қомпоненттері білінеді және осыдан басқа оралмаған ДНК конкатемерлерінде оралған лямбда-ДНК фагалық бөлігінің реттеулі қиылуы болады. ДНК-да cos-сайттының болуы бұл ДНК жинақталуының негізгі шарты. Бұл лямбда-ДНК нуклеотидтерінің жүйелілігі екі cos-сайт ортасында орналасқандығына байланысты, мұндағы фагалық геном (35-45 т.н.ж.) болады, ол in vitroға ұқсас басқа бір фрагментпен алмасуы мүмкін және басқа фагалық бөлікке орамдалады. Осындай жасанды фагалық бөлік тіршілікке қабілетті бола алмайды. Бірақ химерлік фагалық бөліктің адсорбциясынан кейін бактериялық жасушаның үстінде ДНК-сы бар (фагалық бөлік енгізіледі) бактерия ішіне еніп және плазмида сияқты автономды түрде реплицияланады, оның ұзындығы 30-40 т.н.ж. болады. Осындай плазмид (космид) өзінің құрамында селектирлі маркерлері болады, олар антибиотиктерге тұрақты ген түрінде, оларды бактериалдық жасушалар құптайды, бірақ олар бактерия ортасында өсірілуі қажет. Космидтік векторлардың көлемі фагалықтан қарағанда ұзын, космидте клондау тиімділігі төмен, бірақ өажетті жағдай бұл 1 мкг клондалатын ДНК-да 105-106 колония болуы қажет. Осындай тиімділікте 2-4 мкг клондалатын ДНК-дан эукариоттық геном алуға болады.
ДНК-ның космидті жинақталу кезеңі фагалық бөліктерде тек қана бактериалдық жасушалардың ішіне үлкен өлшемдегі рекомбинантты ДНК-ны енгізілу үрдісін жеңілдету үшін қолданылады. Бұл фагалық инфекция кезінде фагалық хромосомдардың бактерияға енуінде еліктейді. Бактериялық жасушаға және фагалық инфекцияның енгізілу арасындағы ұқсастықпен космидтер аяқталмайды. Векторлар жағдайындағы ұқсастықтар фазмидтер деп аталады. Фазмидтер ДНК векторлық молекуласы болады, оның құрамында бактериофаг хромосомдары мен генетикалық элемент плазмид болады. Клондалатын ДНК-да оның мөлшері көп болуы мүмкін, ол лямбда-векторға сай, бактериалдық жасушаның белгілі жағдайында плазмид ретінде және in vitro фагалық бөлікте жинақталып қана тіршілік ете алады.
6.2 Генетикадағы векторлар (вирустар негізіндегі вектолар)
Вектор – бұл «транспорттық құрал» ретінде қандай да бір болмасын затты жеткізу болып табылады, сонымен тек генді ғана емес және тағы да басқа дәстүрлі дәрілер, мысалы, анальгин немесе аспирин. Дәстүрлі түрде ағзаға түскен дәрілік препарат барлық жасушаларға әсер етеді, немесе белгілі бір анықталған бір топ жасушаларға немесе геномның бір бөлігіне. Басқа жағынан алып қарасақ, транспортталатын затты қандай да болмасын зақымдаулардан «қорғау» қажет. Гендік терапияда векторлар синтетикалық (полимерлік мариалдар негізінде құралған, мысалы, липосомдар), «натуралды», яғни табиғи жасалған (плазмид, фагмид, SV40 вирусы негізіндегі векторы, аденовирус негізіндегі вектор, герпесвирус және ретровирус). Вектор ретінде қолданылатын вирус өзінің зиянды құрылысынан айырылған және адам денсаулығына кері әсерін тигізбейді. Басқа векторлық молекулалар ағзаның жасушасының ішінде соншалықты тиімді болмайды, мысалы, «жалаңаш» адам ДНК-сын қолдануда, оған липис көмегі арқылы жасушаға енгізу, немесе жасушалық мембрананың электрлік зақымдалуы. Векторлар. РНК құрамындағы вирустардың негізіндегі векторлар. ДНК геномдық вирустардың негізінде векторлар. Вирустық емес векторлар. Жоғарыда айтылғандай, жасушаға гендердің әкелінуі үшін әртүрлі векторларды қолданады (лат. vector, таратушы). Оларды құрастырудағы ең негізгі мәселе – бұл рецепиенттің иммунологиялық барьерін меңгеру, әртүрлі ішкі әсерлерден ағзаны қорғайды, жасуша геномына бөтен ДНК енгізуінен де. Осында ерекше көзге түскен вирустардан, адамның жасуша геномына генетикалық ақпаратты ықпалдауы тәсілін де қарастырады. Гендік терапияда жұмыс жасайтын мамандар гендік инженериядағы вирустарға, вектор ретінде қолданылатынына көп көңіл бөледі, ауру адамның ағзасындағы жасушасына терапевтикалық геннің жеткізілуі. РНК құрамындағы вирустардың негізіндегі векторлар. РНК геномды вирустар жасуша-ие геномына жеңіл интеграцияланады, бұл қажетті геннің ұзақ уақытты түрде экспрессиялануын қаматамасыз етеді. Гендік-терапиялық вектордың құрылуына ретровирустар маңызды болады. Олардың қатысуымен 60% жуық гендік терапияның барлық клиникалық әрекеттері жасалған. Ретровирустар адамға аса зиянды болады, бірақ соның ішінде АҚТҚ және Т-лимфотроптық вирустардан басқа. Вектор ретінде көбінесе тышқанның лейкемия вирусы қолданылады. Векторларды құрастырған кезде гендерді алып тастайды, яғни өнімнің синтезін кодтайтын, репродукцияны қамтамасыз ететін. Ретровирустық векторлардың құрамындағы трансгендердің кодталатын көлемі 8000 жұпты нуклеин қышқылдарының негізінен аспайды. РНК-вирустық векторлардың негізгі қолданылу мәселесі – бұл жасушаға генетикалық ақпараттың тиімді жеткізілуі, ұзақ уақытты экспрессиялануын ұстап тұруы және бөлінбейтін жасушалардың трансдукциясы. Қалыпты жасушалар трансдукциясындағы ретровирустардың жарамсыздығы белгілі бір жағдайға әсер етуі мүмкін, мысалы, гендік терапиядағы глиобластом (мидың кеселді ісігі). ДНК геномдық вирустардың негізінде векторлар. ДНК вирусы негізінде құрастырылған векторлар РНК-геномды вируспен салыстырғанда үлкен көлемде болады, мұнда ДНК фрагменттері (трансгендері) ұзындығы 35 000 жұп негізінде болады. Аденовирусты векторлар. Аденовирус негізінде құрылған векторлар гендік терапиядағы in situ муковисцидоз және кеселді ісікке қолданылады. Аденовирусты векторлар жоғары тиімділікті трансдукцияғаадамның жасушалық типтеріндегі үлкен спектріне қабілетті, оған бөлінбейтін жасушалар кіреді. Ерекше көңіл бөлетін векторлар бұл аденоасеоциирленген вирус. Аденоасеоциирленген вирус – патогендік емес вирус, адамда кеңінен таралған. Вирус адамның белгілі бір геномына интеграцияланады. Осы вектордың тиімділігі жасалған тәжірибелерден көрсек, бұл ми жасушасының, қаңқалық бұлшықет және бауыр трансдукциясы. Басқа да ДНК геномдық вирустар. ДНК құрамындағы вирустардың ішінен жиі қолданылатын жай герпес вирусы (ЖГВ), ол жүйке ұлпаларына қолданылады (ми жасушаларының трансдукциясына пайдаланылады).
Вирустық емес векторлар. Ол вирустар негізіндегі векторларға қарағанда (ДНК молекуласындағы транспозон құрамы) аса кең таралмаған. Осыған қарамастан, олардың өздерінің тиімді жақтары да бар, қорғаныштық және құрастыру қасиеттерінің болуы. Құрастыру қасиеті арқылы бірталай қатерлі рекомбинанттық вирустардың өнімділігіне және басқа да токсикалық эффекттерден сақтайды.
6.3 Метаболикалық уақыт
Субституциондық немесе метаболикалық уақыт – бұл иерархиялық құрылыстағы бір немесе бірнеше деңгей жүйесіндегі элементтерді ауыстыру үрдісі. Субституциондық уақыттың құрамы: көпкомпоненттілі, жүрісінің қалыпты еместігі, жүйелі спецификалылығы, дискреттілігі, уақыттан тыс жағдайларда тіршілік етуі. Қарқынды метаболизм және метаболикалық уақыт. Метаболизмнің қарқындылығы ең негізгі көрсеткіш ретінде болады, өйткені тірі ағза үшін уақыт тез өтуде, метаболизмнің қарқынды меншіктілігі немесе меншікті қуат (Р*– дене бірлік массасының қуаттылығы, Мт), мөлшерінің үлкеюінде төмендейді теңдеуге байланысты:
P* ~ Mт -0,25
Осында уақыт жылдамдыққа пропорционал, метаболикалық немесе физиологиялық уақыт дене өлшемінің өзгерісінде өзгереді келесі түрде:
tмет ~ Mт 0,25
Бұл жүректің жиырылу жиілігінде болатын тәуелділік сияқты. Кішкентай жануарда жүректің жиырылу жиілігі секундтың белгілі бір үлесінде, ал ірі жануарда жүректің жиырылуы біраз одан көп уақытты алады. Ол барлық метаболикалық үрдістердің қатынасына бірдей, дене мөлшерінің үлкеюінен физиологиялық уақыт уақытқа қарағанда көбейеді. Осы метаболикалық уақыт және осы кездегі уақыт арасындағы байланысты нақтырақ талдаған Линдстед және Колдер (Lindsted, Calder, 1981 ж.) болды. Олар биологиялық сағаттың мәселесін қарастырған, әртүрлі көзқарастардан жануарлар экологиясына әсер етуін зерттеген.