RAKENDUSBIOLOOGIA KONSPEKT (0)

Funktsionaalne toit
… toidule on lisatud midagi, et see parandaks inimese tervist.
Biokeefir, biojogurt – lisatud probiootilisi baktereid, mis parandavad seedimist, immuunsüsteemi.
“ Hellus ” sisaldab Eestis patenteeritud Lactobacillus fermentum ME-3, mis hävitab düsenteeria, salmonelloosi ja ateroskleroosi…
Põllumajanduses
Silo valmistamisel
Mügarbakterid küntakse mulda.
Biotõrje ( taimekaitsevahendid ) –
- seentest saadud ensüümid peletavad putukaid ja seenhaigusi.
- feromoonidega meelitatakse kahjurid lõksu

• bakteritoksiin (Bt-toksiin on parim) tapab putukaid selektiivselt ja inimesele mõju ei avalda.
  Tööstuses
  Bioplast – laguneb looduses kiiremini.
  

Biogaas – prügimägede lagundamine bakterite abil
Bakterid lagundavad prügimäed alkoholiks.
B. toodavad ämblikuniiti – ülitugev materjal
Bakterid toodavad puuvilla .
Bakterid puhastavad maaki .
Bakterid puhastavad reovett (aktiivmuda).

Pesuvahendites

• Ensüümid saadakse bakteritest ja seentest. Intelligentsed pesupulbrid lagundavad lipiide , valke, polüsahhariide jne.
  

RAKU- JA EMBRÜOTEHNOLOOGIA
Kloonimine on geneetiliselt identsete järglaste saamine,
Ka vegetatiivne paljunemine on kloonimine.
Meristeempaljundus on uuem meetod:
Meristeemrakud on diferentseerumata ja paljunemisvõimelised.
Nad on totipotentsed – “kõikvõimelised”.
Hübridoomitehnoloogia ja monoklonaalsed antikehad
Teatud antigeen viiakse hiiresse.
Hiires tekivad vastavaid antikehi tootvad B-lümfotsüüdid.
B-lümfotsüüdid viiakse kokku kasvajarak- kudega – need on hübridoomid.
Selektiivsöötmel jäävad ellu ja paljunevad ainult hübridoomid.
Nüüd on puhaskultuur ühte tüüpi antikehi tootvatest, hästi paljunevatest rakkudest.
Monoklonaalseid antikehi kasutatakse:
Antigeenide määramiseks
Teatud valkude puhtaks eraldamiseks
Haiguste avastamiseks
Rasedustestis. Testjoon värvub ainult siis, kui proov sisaldab kooriongonadotropiini.
Ka meditsiin kasutab biotehnoloogiat juba terve sajandi
Antibiootikumid seentest ja bakteritest ( penitsilliin ja etratsükliin)
A. Fleming avastas penitsilliini 1929.a
Alkaloidid, mida kasutatakse
Parkinsoni tõve ja migreeni raviks.
Embrüosiirdamine ja viljastamine in vitro
Superovulatsioonil küpseb lehmal palju munarakke. Pärast seemendamist pestakse embrüod välja. Nende hulgast valitakse parimad ja viiakse surrogaatemasse.
Katseklaasi (in vitro) viljastamise meetod 1970a
Miks tehakse?
Heade omadustega loomalt saab palju järglasi.
Embrüod säilivad sügavkülmutatult, saab transportida.
Embrüosiirdamine inimesel
Esimene laps sündis Inglismaal 1978.a., Eestis 1993.a.
Nüüd on neid üle 2 miljoni.
Lastetuid abielupaare on Eestis 10 – 20%.
Asendusema ei ole Eestis lubatud.
In vitro viibib embrüo ainult 2-5 päeva.
Munarakud võetakse otse munasarjast nõelpipetiga.
Imetajate kloonimine
Embrüonaalkloonimine:
Varase embrüo rakud on totipotentsed, need eraldatakse ja viiakse mitmetesse emasloomadesse.
Igast rakust saab areneda tervikorganism.
Kõik nad on geneetiliselt omavahel samad.
Tuumkloonimine
s.t. keharaku tuuma viimisel munarakku on saadud uus organism.
1997.a. saadi esimene tuumkloonitud lammas Dolly .
Katse näitas, et imetajate tuumas on kogu organismi arenguks vajalik aktiivne geneetiline info olemas.
Kas Dollyl on ainult tuumadoonori geenid ?
Kloonitud on hiiri , küülikuid, kasse, lambaid , kitsi, sigu , muulasid, veiseid, hobuseid jne.
Pole suudetud kloonida ahve, konni .
Tegelikult enamus katsetustest ei õnnestu: nt. hobune saadi 328 katsetuse tulemusel.
Kloonide eluiga on normaalsest lühem. Miks?
Tegelikult ei ole kloonid väljanägemiselt ja omadustelt identsed.
Ka ühemunakaksikute sõrmejäljed on erinevad.
Miks kloonida?
1.Transgeensete organismide saamiseks
2.Mudelhiired luuakse, et leida ravimeid inimese haigustele.

Hävimisohus olevate liikide säilitamiseks: võetakse hävimisohus looma tüvirakust tuum ja viiakse see lähedase liigi munarakku. Munarakk siirdatakse tagasi looma emakasse. Sünnib hävimisohus liigi esindaja.
Inimese kloonimine?
Reproduktiivsel kloonimisel saadakse tervikorganism.
Terapeutilisel kloonimisel tehakse embrüo in vitro ja kasutatakse selle rakke raviotstarbel.
Selline kloonimine legaliseeriti Suurbritannias 2001.a.
Tüvirakud ja rakuteraapia
Selgroogsete tüvirakud on diferentseerumata või vähediferentseerunud rakud .
Rakuteraapia – tüvirakke kasutatakse kahjustunud kudede taastamisel.
Parimad on sügoodi esimestel jagunemistel tekkinud rakud – totipotentsed.
Embrüoplasti rakud võivad ainete toimel areneda igaks koeks .
Nabaväädi tüvirakud saavad ka erinevateks kudedeks. (säilitatakse sügavkülmas)
Täiskasvanu tüvirakud :
Ammu on tuntud vereloometüvirakud .
Viimased uurimused näitavad, et kõikides kudedes on omad tüvirakud, ka närvikoes.
Mida aktiivsem inimene, seda enam neuronid paljunevad!
Pealegi saab juba ükskõik millise keharaku suunata teatud ainetega arenema ükskõik mis suunas.
Sea rakkudega saab ka inimesi ravida!
GEENITEHNOLOOGIA
…on biotehnoloogia haru, kus eesmärgi saavutamiseks viiakse geene (geeni osi) ühest organismist teise või muudetakse muul viisil geene saadakse GMO .
Organisme, kellele on viidud võõraid geene, nim. transgeenseteks .
Esimene transgeenne bakter tehti 1973.a.
Nokautorganism – organism, kellel teatud geen on maha surutud.
Geenide ülekandmine on võimalik restriktaaside abil.
Restriktaasid on ensüümid, mida toodavad bakterid enesekaitseks – need lõikavad DNA lõikudeks, aga nii, et tekivad üheahelalised otsad – “kleepuvad otsad”.
Selliste otstega DNA juppe on komplemen-taarsuse tõttu võimalik mugavalt liita.
Erinevate DNA-de liitmisel saame rekombinantse DNA.
Kuidas geenid kohale viia?
Bakteri plasmiidiga
Viirustega
Kui neile on soovitud geen lisatud, nime- tame teda geenivektoriks.
3. Kullapüstoliga

Taimedesse Agrobakteriga
Kuidas kergesti aru saada, et soovitud geen on üle kandunud?
Üle viidavale geenile on markergeen ka külge pandud (näiteks helenduv-GFP)
Nüüd kasutataksegi GFP geeni markerina:
Kui uuritava geeni lõppu, enne stopp- koodoneid, on sisestatud GFP geen, siis vastava valgu süntees ei peatu enne, kui ka GFP-valk on valmis.
Nii saab iga valgu translatsiooni toimumist organismis uurida.
Miks bakterirakus ei hakka inimese geen kohe tööle?
Meie ja teiste loomade, seente ja taimede geenis on intronid ja eksonid .
Pärast transkriptsiooni lõigatakse intronid välja ja ainult kokkuliidetud eksonid moodustavad mRNA , mille alusel sünteesitakse valk.
Kui tahame bakterisse geeni viia, siis peame selle mRNA alusel tegema DNA - õnneks on avastatud pöördtranskriptaas, mis selle töö ära teeb.
Nüüd teeb bakter sama valku, mis see geen inimese rakuski teeb.
Bakterid toodavad inimese valke alates 1978.a.
Esimene oli insuliin .
Inimese kasvuhormoon
Erütropoietiin aneemia raviks
Interferoon, mis reguleerib immuunsüsteemi
Vere hüübimisfaktorid
Difteeria ja teetanuse vaktsiin
Pärmseened teevad Bhepatiidi vaktsiini
Putukarakud toodavad papilloomi vaktsiini
Transgeensed loomad
Esimene transgeenne hiir saadi 1981.a. roti kasvuhormooniga kasvas 2 X suuremaks .
Miks hiiri kasutatakse kõige rohkem?
Transgeensete suurimetajate saamine on keerukas: munarakk kahjustub , embrüosiirdamine ei ole sageli edukas jne.
Tarus plaanitakse luua lehm, kes toodab insuliini (Sulev Kõks ja Ülle Jaakmaa).
Näited ravimeid tootvatest loomadest
GM- kitse piimas antikehad kasvajate vastu
GM-lehma piimas laktoalbumiin enneaegsetele lastele
GM-sead toodavad inimese hemoglobiin
Geenitehnoloogia loomade tõuaretuses
Sigade ja lammaste kaal kasvas 30%
Kalkunite munevus suurenes
Lihaloomad, kelle tailiha ja rasva osakaal on täpselt määratud
Forell jt kalad kasvasid 2 korda suuremaks
Transgeensed taimed
Et saavutada:
- putukaresistentsus Bt-toksiini määrav geen on viidud taimesse ja mürke polegi vaja ( tomat , mais, puuvill , kartul ),
- viirusresistentsus, (papaia)
- herbitsiidiresistentsus ( peet , mais, puuvill, lina, raps, soja , riis )
- suurem saagikus,
- lamandumis- ja külmakindlus,

• viljade pikem säilivusaeg
  

GM-taimede kasvatamise levik USA-s 2005.a. Seisuga:
Soja 89%
Mais 61% (maisi saagikus on tõusnud 30%)
Puuvill 83%
Riis
Raps
Suurimad kasvatajad: USA, Argentiina , Kanada , Hiina.
Sordiaretuse ajaloost?
10 000.a. tagasi põllumajanduse algus – valiti juhuslikult.
19. saj. selektiivne ristamine
20. saj. algus mutagenees ja selektsioon
1987.a. esimesed GM-taimed
1990-nendad GM-taimede levik USA-s, Aasias jm.
1998.a. EL keelustas kõik GMO-d.
Nüüd on Euroopas lubatud, kui taodelda luba
(ülikeeruline, meeletu paberi, aja ja raharaiskamine)
GMO-aretuse poolt:
Kiiremad tulemused
Geenid teistelt liikidelt
Geenide avaldumist saab reguleerida
Teatakse täpselt, millist geeni üle kantakse, mis muutub uues sordis.
Põldudel kasutatakse vähem keskkonnamürke.
See on täppissordiaretus.
GMO-aretuse vastu:
Kahjurid võivad muutuda immuunseks.
Geenid võivad üle kanduda umbrohule.
Erinevate organismide geenide koostoime võib olla ettearvamatu.
GM-taimede maitseomadused on tavaliselt halvemad.
Geeninokaut
Geen lülitatakse välja.
On loodud sadade geenide suhtes “nokauti löödud” hiiri.
Tehnika on keeruline:
1.Geenivektor ( vigane geen+ marker ) viiakse hiire embrüonaalsetesse tüvirakkudesse.
2. Vektor satub ristsiirdega genoomi.
3.Selektiivsöötmel jäävad ellu mutantsed rakud, need on nokautrakud.
4. Nokautrakud siiratakse uude embrüoblasti
5. Tekib kimäärne embrüo
6. See embrüo viiakse hiire emakasse
7. Sünnivad kimäärsed hiired (neid hoitakse)

Järgneva ristamise tulemusena sünnib ka homosügootseid nokauthiiri.
Geeniteraapia
Inimesel on teada üle 3000 päriliku puude.
Kaks võimalust:
Asendada haige geen tervega
Vaigistada haige geen.
Neid tegevusi ei tehta munarakuga, need ei pärandu järglastele.
On kohati häid tulemusi, kuid enamasti mitte.
Muid geenitehnoloogia rakendusi
1. Molekulaargeneetiline diagnostika
Enamasti põhineb mutantsete geenide äratundmisel.
DNA- kiibid - võrdlus DNA-lõigud, millega patsiendi geene kõrvutada – saab tuvastada haiguse ja siis vastavalt määrata ravi.
Paljude haiguste puhul on see juba võimalik: rinnavähk, tsüstiline fibroos , sirprakuline aneemia, kurtus, Huntingtoni tõbi jne.
Albiino jänes hüppab ringi nagu iga tavaline jänku, kuid pimedas toas UV-valgusel hakkab helenduma.
2. DNA-sõrmejälgede metoodika
Võrreldakse 10 või enama lookuse pikkust:
Lookusi saab DNA-st välja lõigata ja paljundada väga kiiresti polümerasse ahelreaktsiooni (PCR ) meetodit kasutades.
Lõigatud fragmendid on erineva pikkusega, kuid lahuses segamini .
See proov pannakse geeli, geel pannakse elektrolüüsi vanni.
DNA-lõigud jooksevad + pooluse poole, seda kiiremini, mida lühemad nad on.
PCR metoodika:
Ependorfis segatakse kokku:
nukleotiidid (kõiki nelja erinevat)
DNA-polümeraas
oma DNA lahus
praimerid - lühikesed DNA lõigud, mis on
komplementaarsed analüüsitava DNA-
piirkonna mõlema “otsaga”.
Ependorf pannakse 3 tunniks PCR-masinasse.
PCR-masinas toimub DNA uuritavate lõikude paljundamine tänu pidevale temperatuuride vaheldumisele:
92o C - DNA denatureerub
58 C - praimerid liituvad
72o C - DNA-polümeraas
käivitab replikatsiooni.
See tsükkel kordub
masinas 34 korda.