Minichromosom
Minichromosom to mała struktura podobna do chromatyny , przypominająca chromosom i składająca się z centromerów , telomerów i miejsca inicjacji replikacji , ale z niewielką ilością dodatkowego materiału genetycznego. [ źródło opublikowane samodzielnie? ] Replikują się autonomicznie w komórce podczas podziału komórkowego . Minichromosomy mogą powstawać w wyniku naturalnych procesów, takich jak aberracje chromosomalne lub za pomocą inżynierii genetycznej .
Struktura
Minichromosomy mogą być liniowymi lub kolistymi fragmentami DNA . Minimalizując ilość niepotrzebnej informacji genetycznej na chromosomie i uwzględniając podstawowe składniki niezbędne do replikacji DNA (centromery, telomery i sekwencje replikacyjne), biolodzy molekularni dążą do skonstruowania platformy chromosomalnej, którą można wykorzystać do wstawienia lub prezentacji nowych genów w komórka gospodarza .
Produkcja
Wytwarzanie minichromosomów za pomocą technik inżynierii genetycznej obejmuje dwie podstawowe metody: podejście de novo (z dołu do góry) i podejście z góry na dół.
Od nowa
Minimalne części składowe chromosomu (centromery, telomery i sekwencje replikacji DNA) są składane przy użyciu technik klonowania molekularnego w celu skonstruowania pożądanej zawartości chromosomów in vitro . Następnie pożądana zawartość minichromosomu musi zostać przekształcona w gospodarza, który jest zdolny do składania składników (zwykle komórek drożdży lub ssaków) w funkcjonalny chromosom. Takie podejście próbowano wprowadzać minichromosomy do kukurydzy możliwości inżynierii genetycznej, ale sukces był ograniczony i wątpliwy. Ogólnie de novo jest trudniejsze niż metoda top-down ze względu na problemy z niezgodnością gatunkową i heterochromatyczny charakter regionów centromerowych.
Z góry na dół
Metoda ta wykorzystuje mechanizm obcinania chromosomów za pośrednictwem telomerów (TMCT). Ten proces polega na generowaniu skrócenia przez selektywną transformację sekwencji telomerowych do genomu gospodarza. Ta insercja powoduje generowanie większej liczby sekwencji telomerowych i ostateczne obcięcie. Nowo zsyntetyzowany skrócony chromosom można następnie zmienić poprzez wstawienie nowych genów dla pożądanych cech. Podejście odgórne jest ogólnie uważane za bardziej prawdopodobny sposób generowania chromosomów pozaliczbowych do wykorzystania w inżynierii genetycznej roślin. W szczególności jest to przydatne, ponieważ wykazano ich stabilność podczas podziału komórki. Ograniczeniem tego podejścia jest to, że jest pracochłonne.
Rola w inżynierii genetycznej
W przeciwieństwie do tradycyjnych metod inżynierii genetycznej, minichromosomy mogą być wykorzystywane do przenoszenia i ekspresji wielu zestawów genów na jednym zmodyfikowanym pakiecie chromosomów. Tradycyjne metody, które obejmują wstawianie nowych genów do istniejących sekwencji, mogą powodować przerwanie endogennych genów, a tym samym negatywnie wpływać na komórkę gospodarza. Ponadto dzięki tradycyjnym metodom wstawiania genów naukowcy mieli mniejsze możliwości kontrolowania, gdzie nowo wstawione geny znajdują się na chromosomach komórki gospodarza, co utrudnia przewidywanie dziedziczenia wielu genów z pokolenia na pokolenie. Technologia minichromosomów pozwala na układanie genów obok siebie na tym samym chromosomie, zmniejszając w ten sposób prawdopodobieństwo segregacji nowych cech.
Rośliny
W 2006 roku naukowcy zademonstrowali skuteczne wykorzystanie skracania telomerów w roślinach kukurydzy do produkcji minichromosomów, które można wykorzystać jako platformę do wstawiania genów do genomu rośliny. W roślinach sekwencja telomerów jest zachowana, co sugeruje, że ta strategia może być wykorzystana do pomyślnego skonstruowania dodatkowych minichromosomów u innych gatunków roślin.
W 2007 roku naukowcy odnotowali sukces w składaniu minichromosomów in vitro metodą de novo .
Aktywnie badane jest wykorzystanie minichromosomów jako środka do generowania bardziej pożądanych cech upraw. Główne zalety obejmują możliwość wprowadzenia informacji genetycznej, która jest wysoce kompatybilna z genomem gospodarza. Eliminuje to ryzyko zakłócenia różnych ważnych procesów, takich jak podział komórek i ekspresja genów. Przy ciągłym rozwoju przyszłe wykorzystanie minichromosomów może mieć ogromny wpływ na wydajność głównych upraw.
Inne organizmy
Minichromosomy zostały również z powodzeniem wprowadzone do komórek drożdży i zwierząt. Te minichromosomy skonstruowano stosując de novo .