Кіріспе

Ұялы генетикалық элементтің түрі. Биологияда ген кассетасы – ген және рекомбинация орнынан тұратын ұялы генетикалық элементтің бір түрі. Әдетте әр кассетада бір ген болады және олар өте кішкентай, шамамен 500–1000 негіз жұбынан тұрады. Олар интегралдың құрамына енген немесе айналмалы ДНК түрінде бос күйде кездесуі мүмкін. Ген кассеталары организмнің геномы ішінде жылжып, немесе көлденең гендік трансфер арқылы қоршаған ортадағы басқа организмдерге берілуі мүмкін. Мұндай кассеталар көбінесе антибиотиктерге қарсы тұру геналарын тасымалдайды. Мысалы, канамицинге (антибиотик) бактериялардың төзімділігін қамтамасыз ететін kanMX кассетасын қарастыруға болады.

Интегондар

Интегрондар – бактериялардағы гендік құрылымдар, олар гендік кассеталарды өркендетуге және алмасуға қабілетті. Интегрон промотордан, біріктірілу орнынан және сайтқа тән рекомбиназаны кодтайтын интеграза генінен тұрады. Интегронның үш класы сипатталған. Гендік кассеталар дөңгелек аралық арқылы енгізіліп, шығарылып тасталады деп есептеледі. Бұл олардың ұштарындағы қысқа тізбектердің рекомбинациясын қамтиды және 59 негіздік элементтер (59 be) деп аталады, бірақ олар 59 негізден тұрмауы мүмкін. 59 be – гендік кодтау тізбегінен кейін орналасқан сайтқа тән интегразаның (гендік кассетаны інтегронға біріктіруге жауапты фермент) тану орындары ретінде қызмет ететін әртүрлі тізбектер тобы.

Түрлілігі мен таралуы

Ген кассеталары сияқты генетикалық элементтердің геномдарға өздігінен кесіліп, ену қабілеті, алыс туысқан организмдерде өте ұқсас ген аймақтарының пайда болуына себеп болады. Интеграндардың үш класы құрылымы жағынан ұқсас және олардың инсерциялар қай жерде жүзеге асатыны және қандай жүйелермен байланысты екені арқылы анықталады. 1-сыныптағы интеграндар бактериялық геномдардың әртүрлі топтарында кездеседі және барлығы бір ортақ ата-тектен тараған болуы мүмкін. Интеграндардың кең таралғандығы, организмге жаңа гендерді, мысалы, антибиотиктерге төзімділік гендерін жылдам беруге мүмкіндік беріп, бактериялардың эволюциясына әсер етті.

Генетикалық инженерия

Генетикалық инженерияда ген кассетасы – бір немесе бірнеше шектеу участағы арасында бір немесе бірнеше маңызды гендерді тасымалдай және экспрессиялай алатын, манипуляцияланатын ДНК фрагменті. Оны рестрикциялық ферменттер арқылы ДНК тізбегінен (әдетте векторда) бөліп алып, жаңа контекстке «жабыстыру» арқылы басқа ДНК тізбегіне көшіруге болады. Маңызды генді қамтитын векторлар көбінесе селективті маркер деп аталатын антибиотикке төзімділік генін де қамтиды, бұл векторды геномына сәтті енгізген жасушаларды анықтауды жеңілдетеді. Нысаналы жасушаға векторды енгізу үшін жасушадағы қабілеттілік күйін тудыру қажет. Бұл күйді зертханада қысқаша жылулық шоктан бұрын кальций хлоридімен жасушаларды инкубациялау немесе электропорация арқылы тудыруға болады. Бұл жасушаларды енгізілген плазмидке көбірек сезімтал етеді. Плазмид қосылғаннан кейін, жаңа генетикалық элементтердің қабылдануын және экспрессиясын растау үшін жасушалар антибиотиктердің ортасында өсіріледі. CRISPR/Cas9 жүйелерін қолдану эукариоттық геномдарға гендерді енгізуде сәттілік көрсетті. CRISPR модификациясы әлі де бастапқы сатысында болғанымен, оны басқа техникалармен біріктіре отырып, жоғары өнімді (HTP) геномдық өңдеу жүйелерін жасауға қолдануға дәлелдер жеткілікті. Биоотын және арнайы химиялық заттар/нутрицевтикалықтар сияқты әртүрлі өнеркәсіптік өнімдерді өндіру үшін бактериялардың генетикалық инженериясы зерттеулердің маңызды саласы болып табылады.

Генологиялық трансфер

Көлденең гендердік тасымалдау (КГТ) – генетикалық элементтердің ата-аналық мұрадан өзгеше жасушалар арасындағы тасымалдануы. КГТ бактериялар арасында антибиотиктерге қарсы тұрудың кең таралуына зор үлес қосады. Антибиотиктерге қарсы тұру гендерін, немесе экзотоксиндер сияқты басқа вируленттілік факторларын қамтитын гендік жиынтықтар фагтар, трансдукция, қоршаған ортадан сіңіру (трансформация), немесе бактериялық конъюгация арқылы жасушадан жасушаға берілуі мүмкін. Организмдер арасында гендік жиынтықтарды тасымалдау қабілеті прокариоттардың эволюциясында маңызды рөл атқарды. Көптеген симбионтты организмдер, мысалы, E. coli, антибиотиктерге қарсы тұруды қамтамасыз ететін бір немесе бірнеше гендік жиынтықты үнемі сақтайды. Патогенді емес симбионттардан туыс емес түрлерге көлденең гендік элементтердің тасымалдануы, бірнеше антибиотиктерге қарсы тұру гендерін тасымалдайтын жоғары вирулентті патогендердің пайда болуына әкеледі. Тұрушылықтың артуы зерттеушілер мен дәрігерлер алдына қиын мәселелер қояды.