✖


Jump to content

Доставка генов

(Перенаправлено с Трансгенезиса )
Часть серии о
Генная инженерия
 
Генетически модифицированные организмы
История и регулирование
Процесс
Приложения
Споры

Доставка генов — это процесс внедрения чужеродного генетического материала, такого как ДНК или РНК , в клетки- хозяева . [1] Доставка гена должна достичь генома клетки-хозяина, чтобы вызвать экспрессию гена . [2] Успешная доставка гена требует, чтобы доставка чужеродного гена оставалась стабильной внутри клетки-хозяина и могла либо интегрироваться в геном , либо реплицироваться независимо от него. [3] Для этого необходимо синтезировать чужеродную ДНК как часть вектора , который предназначен для проникновения в нужную клетку-хозяина и доставки трансгена в геном этой клетки. [4] Векторы, используемые в качестве метода доставки генов, можно разделить на две категории: рекомбинантные вирусы и синтетические векторы (вирусные и невирусные). [2] [5]

У сложных многоклеточных эукариот (точнее, вейссманистов ), если трансген клетки хозяина включен в зародышевые , полученная клетка-хозяин может передать трансген своему потомству . Если трансген включен в соматические клетки, он останется в линии соматических клеток и, следовательно, в организме-хозяине. [6]

Доставка гена является необходимым шагом в генной терапии для введения или подавления гена для достижения терапевтического результата у пациентов, а также находит применение в генетической модификации сельскохозяйственных культур. Существует множество различных методов доставки генов в различные типы клеток и тканей. [6]

История [ править ]

Векторы на основе вирусов появились в 1980-х годах как инструмент экспрессии трансгенов. В 1983 году Альберт Сигел описал использование вирусных векторов для экспрессии трансгенов растений, хотя манипуляции с вирусами посредством клонирования кДНК еще не были доступны. [7] Первым вирусом, использованным в качестве вектора вакцины, был вирус осповакцины, появившийся в 1984 году как способ защиты шимпанзе от гепатита В. [8] О доставке невирусных генов впервые сообщили в 1943 году Эйвери и др. которые показали изменение клеточного фенотипа за счет воздействия экзогенной ДНК . [9]

Методы [ править ]

Бактериальная трансформация включает перемещение гена от одной бактерии к другой. Он интегрирован в плазмиду реципиента. и затем может быть выражен новым хостом.

Существует множество методов доставки генов в клетки-хозяева. Когда гены доставляются бактериям или растениям, этот процесс называется трансформацией , а когда он используется для доставки генов животным, это называется трансфекцией . Это связано с тем, что трансформация имеет другое значение по отношению к животным, указывая на переход в раковое состояние. [10] Для некоторых бактерий не требуется никаких внешних методов для введения генов, поскольку они естественным образом способны поглощать чужеродную ДНК . [11] Большинству клеток требуется какое-то вмешательство, чтобы сделать клеточную мембрану проницаемой для ДНК и позволить ДНК стабильно встраиваться в геном хозяина .

Химический [ править ]

Химические методы доставки генов могут использовать природные или синтетические соединения для образования частиц, которые облегчают перенос генов в клетки. [2] Эти синтетические векторы обладают способностью электростатически связывать ДНК или РНК и уплотнять генетическую информацию для обеспечения более крупных генетических передач. [5] Химические векторы обычно проникают в клетки путем эндоцитоза и могут защитить генетический материал от деградации. [6]

Тепловой шок [ править ]

Один из самых простых методов заключается в изменении окружающей среды клетки и последующем воздействии на нее тепловым шоком . Обычно клетки инкубируют в растворе, содержащем двухвалентные катионы (часто хлорид кальция ) в холодных условиях, а затем подвергают воздействию теплового импульса. Хлорид кальция частично разрушает клеточную мембрану, что позволяет рекомбинантной ДНК проникнуть в клетку-хозяина. Предполагается, что воздействие на клетки двухвалентных катионов в холодном состоянии может изменить или ослабить структуру клеточной поверхности, сделав ее более проницаемой для ДНК. Считается, что тепловой импульс создает тепловой дисбаланс в клеточной мембране, который заставляет ДНК проникать в клетки либо через клеточные поры, либо через поврежденную клеточную стенку.

Фосфат кальция [ править ]

Другой простой метод включает использование фосфата кальция для связывания ДНК и последующее воздействие на нее культивируемых клеток. Раствор вместе с ДНК инкапсулируется клетками , и небольшое количество ДНК может быть интегрировано в геном. [12]

Липосомы и полимеры [ править ]

Липосомы и полимеры можно использовать в качестве векторов для доставки ДНК в клетки. Положительно заряженные липосомы связываются с отрицательно заряженной ДНК, в то время как можно создать полимеры, взаимодействующие с ДНК. [2] Они образуют липоплексы и полиплексы соответственно, которые затем поглощаются клетками. [13] Эти две системы также можно комбинировать. [6] Невирусные векторы на основе полимеров используют полимеры для взаимодействия с ДНК и образования полиплексов. [6]

Наночастицы [ править ]

Использование сконструированных неорганических и органических наночастиц — еще один невирусный подход к доставке генов. [14] [15]

Физический [ править ]

Искусственная доставка генов может быть опосредована физическими методами, в которых используется сила для введения генетического материала через клеточную мембрану. [2]

Электропорация [ править ]

Электропораторы можно использовать для того, чтобы сделать клеточную мембрану проницаемой для ДНК.

Электропорация – это метод повышения компетентности . Клетки кратковременно подвергают воздействию электрического поля напряженностью 10–20 кВ /см, которое, как полагают, создает отверстия в клеточной мембране, через которые может проникнуть плазмидная ДНК. После удара электрическим током отверстия быстро закрываются механизмами восстановления клеточной мембраны.

Биолистика [ править ]

Генная пушка использует биолистику для встраивания ДНК в клетки

Другой метод, используемый для трансформации растительных клеток, — это биолистика , при котором частицы золота или вольфрама покрывают ДНК, а затем выстреливают в молодые растительные клетки или эмбрионы растений. [16] Некоторый генетический материал проникает в клетки и трансформирует их. Этот метод может быть использован на растениях, не восприимчивых к агробактериальной инфекции, а также позволяет трансформировать растительные пластиды . Растительные клетки также можно трансформировать с помощью электропорации, при которой с помощью электрического шока клеточная мембрана становится проницаемой для плазмидной ДНК. Из-за повреждения клеток и ДНК эффективность трансформации биолистики и электропорации ниже, чем агробактериальной трансформации. [17]

Микроинъекция [ править ]

Микроинъекция клетки – это когда ДНК вводится через ядерную оболочку непосредственно в ядро . [11]

Сонопорация [ править ]

Сонопорация – это временное проникновение через клеточные мембраны с помощью ультразвука , обычно в присутствии газовых микропузырьков . [18] Сонопорация позволяет проникнуть генетическому материалу в клетки. [19] [20]

Фотопорация [ править ]

Фотопорация – это когда лазерные импульсы используются для создания пор в клеточной мембране, позволяющих проникнуть генетическому материалу.

Магнитофекция [ править ]

Магнитофекция использует магнитные частицы в комплексе с ДНК, а внешнее магнитное поле концентрирует частицы нуклеиновой кислоты в клетках-мишенях.

Гидропорация [ править ]

Гидродинамический капиллярный эффект можно использовать для управления проницаемостью клеток.

Агробактерия [ править ]

A. tumefaciens прикрепляется к клетке моркови

В растения ДНК часто встраивают с помощью Agrobacterium рекомбинации, опосредованной . [21] используя преимущества Agrobacterium последовательности Т-ДНК , которая обеспечивает естественную вставку генетического материала в растительные клетки. [22] Растительные ткани разрезают на мелкие кусочки и замачивают в жидкости, содержащей взвешенные агробактерии . Бактерии прикрепляются ко многим растительным клеткам, обнаженным в результате порезов. Бактерии используют конъюгацию для переноса сегмента ДНК, называемого Т-ДНК, из своей плазмиды в растение. Перенесенная ДНК направляется в ядро ​​растительной клетки и интегрируется в геномную ДНК растения-хозяина. Плазмидная Т-ДНК полуслучайным образом интегрируется в геном клетки-хозяина. [23]

Модифицируя плазмиду для экспрессии интересующего гена, исследователи могут стабильно вставлять выбранный ген в геном растения. Единственными важными частями Т-ДНК являются два небольших (25 пар оснований) пограничных повтора, по крайней мере один из которых необходим для трансформации растений. [24] [25] Гены, подлежащие введению в растение, клонируют в вектор трансформации растения , который содержит участок Т-ДНК плазмиды . Альтернативный метод – агроинфильтрация . [26] [27]

доставка Вирусная ​ ​

Чужеродная ДНК трансдуцируется в клетку-хозяина через аденовирусный вектор.

Доставка генов, опосредованная вирусом , использует способность вируса вводить свою ДНК внутрь клетки-хозяина и использует собственную способность вируса реплицировать и внедрять свой собственный генетический материал. Вирусные методы доставки генов чаще вызывают иммунный ответ, но обладают высокой эффективностью. [6] Трансдукция — это процесс, который описывает опосредованную вирусом вставку ДНК в клетку-хозяина. Вирусы являются особенно эффективной формой доставки генов, поскольку структура вируса предотвращает деградацию через лизосомы ДНК, которую он доставляет в ядро ​​клетки-хозяина. [28] В генной терапии ген, предназначенный для доставки, упаковывается в вирусную частицу с дефицитом репликации с образованием вирусного вектора . [29] Вирусы, используемые на сегодняшний день для генной терапии, включают ретровирус, аденовирус, аденоассоциированный вирус и вирус простого герпеса. Однако у использования вирусов для доставки генов в клетки есть недостатки. Вирусы могут доставлять в клетки только очень маленькие фрагменты ДНК, это трудоемко и существует риск случайного встраивания, цитопатических эффектов и мутагенеза. [30]

Для доставки генов на основе вирусного вектора используется вирусный вектор для доставки генетического материала в клетку-хозяина. Это делается путем использования вируса, содержащего нужный ген, и удаления заразной части генома вируса. [2] Вирусы эффективно доставляют генетический материал в ядро ​​клетки-хозяина, что жизненно важно для репликации. [2]

РНК на основе Вирусные векторы

Вирусы на основе РНК были разработаны из-за способности напрямую транскрибировать инфекционные транскрипты РНК. Векторы РНК быстро экспрессируются и экспрессируются в целевой форме, поскольку обработка не требуется [необходим источник]. Ретровирусные векторы включают онкоретровирусный, лентивирусный и человеческий пенистый вирус , представляющие собой вирусные векторы на основе РНК, которые обращают транскрипт и интегрируются в геном хозяина, что обеспечивает долгосрочную экспрессию трансгена. [2]

ДНК на основе Вирусные векторы

Вирусные векторы на основе ДНК включают аденовирусы , аденоассоциированный вирус и вирус простого герпеса . [2]

Приложения [ править ]

Генная терапия [ править ]

Основная статья: Генная терапия

Некоторые методы, используемые для облегчения доставки генов, могут применяться в терапевтических целях. Генная терапия использует доставку генов для доставки генетического материала с целью лечения заболевания или состояния в клетке. Для доставки генов в терапевтических условиях используются неиммуногенные векторы , обладающие клеточной специфичностью, которые могут обеспечить достаточную экспрессию трансгена для достижения желаемого эффекта. [3]

Достижения в области геномики позволили идентифицировать множество новых методов и генов-мишеней для возможных применений. Микрочипы ДНК, используемые в различных секвенированиях следующего поколения, могут одновременно идентифицировать тысячи генов, а аналитическое программное обеспечение изучает закономерности экспрессии генов и ортологичные гены в модельных видах для определения функции. [31] Это позволило идентифицировать множество возможных векторов для использования в генной терапии. В качестве метода создания нового класса вакцины была использована доставка генов для создания гибридного биосинтетического вектора для доставки возможной вакцины. Этот вектор преодолевает традиционные барьеры для доставки генов за счет объединения E. coli с синтетическим полимером для создания вектора, который поддерживает плазмидную ДНК, обладая при этом повышенной способностью избегать деградации лизосомами клеток-мишеней. [32]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Джонс Ч., Чен С.К., Равикришнан А., Рэйн С., Пфайфер Б.А. (ноябрь 2013 г.). «Преодоление барьеров доставки невирусных генов: перспективы и будущее» . Молекулярная фармацевтика . 10 (11): 4082–98. дои : 10.1021/mp400467x . ПМЦ   5232591 . ПМИД   24093932 .
  2. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж г час я Камимура К., Суда Т., Чжан Г., Лю Д. (октябрь 2011 г.). «Достижения в области систем доставки генов» . Фармацевтическая медицина . 25 (5): 293–306. дои : 10.1007/bf03256872 . ПМЦ   3245684 . ПМИД   22200988 .
  3. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Мали С (январь 2013 г.). «Системы доставки генной терапии» . Индийский журнал генетики человека . 19 (1): 3–8. дои : 10.4103/0971-6866.112870 . ПМЦ   3722627 . ПМИД   23901186 .
  4. ^ Гибсон Г., Муза С.В. (2009). Учебник по геномной науке (Третье изд.). 23 Пламтри Роуд, Сандерленд, Массачусетс 01375: Sinauer Associates. стр. 304–305. ISBN  978-0-87893-236-8 . {{cite book}}: CS1 maint: местоположение ( ссылка )
  5. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Пак Д.В., Хоффман А.С., Пан С., Стейтон П.С. (июль 2005 г.). «Проектирование и разработка полимеров для доставки генов». Обзоры природы. Открытие наркотиков . 4 (7): 581–93. дои : 10.1038/nrd1775 . ПМИД   16052241 . S2CID   20972049 .
  6. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б с д и ж Найероссадат Н., Маеде Т., Али П.А. (6 июля 2012 г.). «Вирусные и невирусные системы доставки генов» . Передовые биомедицинские исследования . 1:27 . дои : 10.4103/2277-9175.98152 . ПМК   3507026 . ПМИД   23210086 .
  7. ^ Юсибов В., Шивпрасад С., Терпен Т.Х., Доусон В., Копровски Х. (1999). «Растительные вирусные векторы на основе тобамовирусов». Биотехнология растений . Актуальные темы микробиологии и иммунологии. Том. 240. стр. 81–94. дои : 10.1007/978-3-642-60234-4_4 . ISBN  978-3-540-66265-5 . ПМИД   10394716 .
  8. ^ Мосс Б., Смит Г.Л., Герин Дж.Л., Перселл Р.Х. (сентябрь 1984 г.). «Живой рекомбинантный вирус коровьей оспы защищает шимпанзе от гепатита В» . Природа . 311 (5981): 67–9. Бибкод : 1984Natur.311...67M . дои : 10.1038/311067a0 . ПМИД   6472464 . S2CID   4358204 .
  9. ^ Эйвери ОТ, Маклауд СМ, Маккарти М (2017). Открытие двойной спирали . Классические научные тексты (на немецком языке). Шпрингер Спектрум, Берлин, Гейдельберг. стр. 97–120. дои : 10.1007/978-3-662-47150-0_2 . ISBN  9783662471494 . S2CID   52805314 .
  10. ^ Альбертс Б. , Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2002). Молекулярная биология клетки . Нью-Йорк: Garland Science. п. Г:35. ISBN  978-0-8153-4072-0 .
  11. ^ Jump up to: Перейти обратно: а б Чен И, Дубнау Д (март 2004 г.). «Поглощение ДНК во время бактериальной трансформации». Обзоры природы. Микробиология . 2 (3): 241–9. дои : 10.1038/nrmicro844 . ПМИД   15083159 . S2CID   205499369 .
  12. ^ «Лекция 8 Генная инженерия клеток животных» . www.slideshare.net . 25 января 2012 г. Проверено 18 июля 2018 г.
  13. ^ Биоциклопедия.com. «Методы переноса генов (трансфекции) у животных | Генная инженерия и биотехнология. Методы переноса генов и трансгенные организмы | Генетика, биотехнология, молекулярная биология, ботаника | Biocyclepedia.com» . биоциклопедия.com . Проверено 18 июля 2018 г.
  14. ^ Инь, Фэн; Гу, Бобо; Линь, Инин; Панвар, Ништха; Тджин, Сви Чуан; Цюй, Джунлэ; Лау, Шу Пин; Йонг, Кен-Тай (15 сентября 2017 г.). «Функционализированные 2D-наноматериалы для приложений доставки генов». Обзоры координационной химии . 347 : 77. doi : 10.1016/j.ccr.2017.06.024 . hdl : 10397/95016 .
  15. ^ Сингх Б.Н., Пратикша, Гупта В.К., Чен Дж., Атанасов А.Г. Комбинированные подходы к генной терапии на основе органических наночастиц. Тенденции Биотехнологии. 2017 декабрь;35(12):1121–1124. doi: 10.1016/j.tibtech.2017.07.010.
  16. ^ Руководитель G, Халл Р.Х., Цотзос Г.Т. (2009 г.). Генетически модифицированные растения: оценка безопасности и управление рисками . Лондон: Академический проф. п. 244. ИСБН  978-0-12-374106-6 .
  17. ^ Хван, Х.Х.; Ю, М; Лай, Э.М. (2017). «Агробактериальная трансформация растений: биология и применение» . Книга арабидопсис . 15 : e0186. дои : 10.1199/tab.0186 . ПМК   6501860 . ПМИД   31068763 .
  18. ^ Постема М., Котопоулис С., Делаланд А., Гиля О.Г. (2012). «Сонопорация: почему микропузырьки создают поры» . Ультрашкола в медицине . 33 (1): 97–98. дои : 10.1055/s-0031-1274749 . S2CID   260344222 .
  19. ^ Делаланд А., Постема М., Минье Н., Миду П., Пишон С. (2012). «Доставка генов с помощью ультразвука и микропузырьков: последние достижения и текущие проблемы» . Терапевтическая доставка . 3 (10): 1199–1215. дои : 10.4155/TDE.12.100 . ПМИД   23116012 . S2CID   20924113 .
  20. ^ Делаланд А., Котопулис С., Постема М., Миду П., Пишон С. (2013). «Сонопорация: механистические идеи и текущие проблемы переноса генов» . Джин . 525 (2): 191–199. дои : 10.1016/j.gene.2013.03.095 . ПМИД   23566843 .
  21. ^ Комитет Национального исследовательского совета (США) по выявлению и оценке непреднамеренного воздействия генно-инженерных продуктов на здоровье человека (01.01.2004). Методы и механизмы генетического манипулирования растениями, животными и микроорганизмами . Издательство национальных академий (США).
  22. ^ Гельвин С.Б. (март 2003 г.). «Трансформация растений с помощью агробактерий: биология, лежащая в основе инструмента «генной игры»» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 67 (1): 16–37, оглавление. дои : 10.1128/ММБР.67.1.16-37.2003 . ПМЦ   150518 . ПМИД   12626681 .
  23. ^ Фрэнсис К.Э., Спайкер С. (февраль 2005 г.). «Идентификация трансформантов Arabidopsis thaliana без отбора показывает высокую частоту молчащих интеграций Т-ДНК» . Заводской журнал . 41 (3): 464–77. дои : 10.1111/j.1365-313x.2004.02312.x . ПМИД   15659104 .
  24. ^ Шелл Дж., Ван Монтегю М. (1977). «Ти-плазмида Agrobacterium Tumefaciens, природный вектор для введения генов NIF в растения?». В: Холлаендер А., Беррис Р.Х., Дэй П.Р., Харди Р.В., Хелински Д.Р., Ламборг М.Р., Оуэнс Л., Валентайн Р.К. (ред.). Генная инженерия для фиксации азота . Фундаментальные науки о жизни. Том. 9. стр. 159–79. дои : 10.1007/978-1-4684-0880-5_12 . ISBN  978-1-4684-0882-9 . ПМИД   336023 .
  25. ^ Йос Х., Тиммерман Б., Монтегю М.В., Шелл Дж. (1983). «Генетический анализ переноса и стабилизации ДНК агробактерий в растительных клетках» . Журнал ЭМБО . 2 (12): 2151–60. дои : 10.1002/j.1460-2075.1983.tb01716.x . ПМК   555427 . ПМИД   16453483 .
  26. ^ Томсон Дж.А. «Генная инженерия растений» (PDF) . Биотехнология . 3 . Проверено 17 июля 2016 г.
  27. ^ Лойзингер К., Дент М., Уртадо Дж., Станке Дж., Лай Х., Чжоу X, Чен Q (июль 2013 г.). «Эффективная агроинфильтрация растений для высокого уровня транзиторной экспрессии рекомбинантных белков» . Журнал визуализированных экспериментов . 77 (77). дои : 10.3791/50521 . ПМК   3846102 . ПМИД   23913006 .
  28. ^ Вивел Н.А., Уилсон Дж.М. (июнь 1998 г.). «Методы доставки генов» . Гематологические/онкологические клиники Северной Америки . 12 (3): 483–501. дои : 10.1016/s0889-8588(05)70004-6 . ПМИД   9684094 .
  29. ^ Лодиш Х., Берк А., Зипурски С.Л. и др. (2000). Молекулярно-клеточная биология (Четвертое изд.). Нью-Йорк: WH Freeman and Company. стр. Раздел 6.3, Вирусы: структура, функции и использование. ISBN  9780716737063 .
  30. ^ Келес Э, Сон Ю, Ду Д, Донг В.Дж., Линь Ю (август 2016 г.). «Последние достижения в области наноматериалов для доставки генов». Биоматериаловедение . 4 (9): 1291–309. дои : 10.1039/C6BM00441E . ПМИД   27480033 .
  31. ^ Гийон И., Уэстон Дж., Барнхилл С., Вапник В. (2002). «Отбор генов для классификации рака с использованием машин опорных векторов» . Машинное обучение . 46 : 389–422. дои : 10.1023/А:1012487302797 .
  32. ^ Джонс Ч., Равикришнан А., Чен М., Реддингер Р., Камаль Ахмади М., Рэйн С., Хаканссон А.П., Пфайфер Б.А. (август 2014 г.). «Разработка вектора гибридной биосинтетической генной терапии и двойной инженерный потенциал» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 111 (34): 12360–5. Бибкод : 2014PNAS..11112360J . дои : 10.1073/pnas.1411355111 . ПМК   4151754 . ПМИД   25114239 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Gene_delivery&oldid=1225473541"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3d52bd7e11d01ae6c88241781142d7af__1716560100
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3d/af/3d52bd7e11d01ae6c88241781142d7af.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Gene delivery - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)