Andhra Pradesh BIEAP AP Inter 2nd Year Botany Study Material 11th Lesson జీవసాంకేతికశాస్త్రం; సూత్రాలు, ప్రక్రియలు Textbook Questions and Answers.
AP Inter 2nd Year Botany Study Material 11th Lesson జీవసాంకేతికశాస్త్రం; సూత్రాలు, ప్రక్రియలు
అతి స్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు
ప్రశ్న 1.
జీవ సాంకేతిక శాస్త్రాన్ని నిర్వచించండి.
జవాబు:
సూక్ష్మజీవుల లక్షణాలను, ఉపయోగాలను వాడుకునే శాస్త్రం లేదా కణాలు కణాంశాలను మానవ సంక్షేమానికి, మనుగడకు ఉపయోగకరమైన ఉత్పన్నాలను పారిశ్రామిక స్థాయిలో ఉత్పత్తి చేసే శాస్త్రమును జీవ సాంకేతికశాస్త్రము అంటారు.
ప్రశ్న 2.
అణుకత్తెరలు అంటే ఏమిటి ? ఎక్కడ నుంచి లభ్యమవుతాయి ? [A.P. Mar. ’17]
జవాబు:
DNA ను నిర్దిష్ట స్థానాలలో [G-A] ల మధ్య కత్తిరించే రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్లను అణుకత్తెరలు అంటారు. ఇవి బాక్టీరియమ్ల నుండి లభిస్తాయి.
ప్రశ్న 3.
ఏవైనా రెండు కృత్రిమంగా పునర్నిర్మించబడ్డ ప్లాస్మిడ్లను తెలపండి.
జవాబు:
PBR 322 PUC 19.101
ప్రశ్న 4.
EcoRI అంటే ఏమిటి ? అది ఏ విధంగా పనిచేస్తుంది ?
జవాబు:
EcORI అను రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్, ఎశ్చరేషియా కొలై నుండి లభిస్తుంది. ఇది ప్రత్యేకంగా DNA లోని GAA స్థానాలను గుర్తించి, G-A మధ్య కత్తిరిస్తుంది.
ప్రశ్న 5.
క్లోనింగ్ వాహకాలంటే ఏమిటి ఒక ఉదాహరణనివ్వండి.
జవాబు:
విజాతీయ DNA క్రమాల వృద్ధికి ఉపయోగపడే వాహకాలను క్లోనింగ్ వాహకాలు అంటారు.
ఉదా : ప్లాస్మిడ్లు, బాక్టీరియోపాజ్లు, కాస్మిడ్లు, కృత్రిమ క్రోమోసోమ్లు.
1) జీవ సాంకేతిక శాస్త్రాన్ని నిర్వచించండి.
ప్రశ్న 6.
పునస్సంయోజక DNA అంటే ఏమిటి ?
జవాబు:
మూలాధార DNA నుంచి ఛేదించిన జన్యువును మరియు ఛేదించిన వాహక DNA లను లైగేజ్తో కలిపి ఏర్పడిన సంకర DNA ను పునస్సంయోజక DNA (rDNA) అంటారు.
ప్రశ్న 7.
పాలిన్డ్రోమిక్ వరుస క్రమము అంటే ఏమిటి ?
జవాబు:
ఏదైనా ఒక వరుస క్రమంలో రెండు చివరలా సంపూరక నత్రజని క్షారాలు వెనుకకు, ముందుకు చదివినా ఒకే రకంగా ఉండటం. ఇది 4-6 క్షారాల జతలతో ఉంటాయి.
ప్రశ్న 8.
PCR విస్తరిత నామమేమిటి అది జీవ సాంకేతిక పద్ధతుల్లో ఏ విధంగా ఉపయోగపడుతుంది ? [T.S. Mar. ’15]
జవాబు:
PCR అనగా పాలిమరేజ్ చైన్ రియాక్షన్. దీని ద్వారా న్యూక్లికామ్లాలను విస్తరణ చేసి క్షయ, AIDS వంటి వ్యాధులను త్వరితంగా నిర్ధారించవచ్చు.
ప్రశ్న 9.
డౌన్ఎమ్ ప్రక్రియ అంటే ఏమిటి ? [T.S. Mar. ’17, TS & A.P. Mar. ’16 ‘Mar. ’14]
జవాబు:
ఉత్పన్నాన్ని మార్కెటింగ్ చేసేముందు, వేరుచేయుట, శుద్ధిచేయుట అనే ప్రక్రియలను కలిపి అనుప్రవాహ ప్రక్రియ (Downstream processing) అంటారు.
ప్రశ్న 10.
అగరో జెల్ మీద ఉన్న DNA ను ఎలా చూడగల్గుతారు? [A.P. Mar. ’15]
23. అగార్ జెల్ మీద ఉన్న DNA ఖండాలను ఎథిడియం బ్రోమైడ్ అనే యోగికంతో అభిరంజనం చేసి UV వికిరణానికి గురిచేస్తేనే చూడగలం.
ప్రశ్న 11.
ఎక్సోన్యూక్లియేజ్లను, ఎండోన్యూక్లియేజ్లను ఎలా విభేదించగలరు ?
జవాబు:
ఎక్సో న్యూక్లియేజ్
ఎండో న్యూక్లియేజ్
DNA కొనల నుండి న్యూక్లియోటైడ్లను తొలగిస్తాయి.
DNA లోపల నిర్దిష్ట ప్రదేశాలలో ఛేదింపులు జరుపుతాయి.
స్వల్ప సమాధాన ప్రశ్నలు
ప్రశ్న 1.
రెస్ట్రక్షన్ ఎంజైమ్ల గురించి క్లుపంగా రాయండి.
జవాబు:
1963వ సం||లో ఇ.కొలై నుండి, బాక్టీరియోఫాజ్ వృద్ధిని నిరోధించే రెండు ఎంజైమ్లను వేరుచేసారు. వాటిలో ఒకటి మిథైల్ సమూహాలను DNA కు జతపరిస్తే, రెండవది DNA ను ఛేదిస్తుంది. రెండవ దానిని రెస్ట్రక్షన్ ఎండోన్యూక్లియేజ్ అంటారు. విశిష్ట DNA న్యూక్లియోటైడ్ వరుస క్రమం క్రియాశీలతపై ఆధారపడిన Hind – II అనే మొట్టమొదటి రెస్ట్రిక్షన్ ఎండోన్యూక్లియేజ్ను వేరుపరచి, వ్యక్తీకరించారు. Hind – II DNA అణువులను 6 నత్రజని క్షారాల జతలు కల్గిన నిర్దిష్ట క్రమాన్ని గుర్తించి ఛేదిస్తాయి. దీనిని Hind – II యొక్క గుర్తింపు అనుక్రమము అంటారు. ఈనాడు 900కు పైగా రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్లను 230కి పైగా బాక్టీరియమ్ల రకాల నుంచి వేరుచేసారు.
ECORI అను రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్లో E అనునది బాక్టీరియమ్ ప్రజాతిని, ఎశ్చరేషియా, CO అనునది దాని జాతి నామమును, కొలై R అనే అక్షరాలు ఆ అభిరంజక నామము, తర్వాత రోమన్ సంఖ్య I, ఆ రకపు బాక్టీరియా నుండి వేరుచేయబడిన ఎన్ఎమ్ల వరుస క్రమాన్ని తెలియజేస్తాయి. రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్లు ‘న్యూక్లియేజ్’ అనే పెద్ద తరగతికి చెందినవి. ఇవి 2 రకాలు. 1) ఎక్సో న్యూక్లియేజ్లు → DNA కొనల నుండి న్యూక్లియోటైడ్లను తొలగిస్తాయి. 2) ఎండోన్యూక్లియేజ్లు → DNA లోపల నిర్దిష్ట ప్రదేశాలలో ఛేదింపులు జరుపుతాయి. ప్రతి రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్జైమ్ DNA లోని విశిష్టమైన పాలిండ్రోమిక్ న్యూక్లియోటైడ్ వరుస క్రమాలను గుర్తించి, (GAA స్థానాలను) G – Aల మధ్య కత్తిరింపులు జరుపుతుంది. ఉదా : ECoRI.
ప్రశ్న 2.
PCR ఉపయోగించి వాంఛనీయ జన్యువు విస్తరణను గూర్చి రాయండి.
జవాబు:
PCR అనగా పాలీమరేజ్ చైన్ రియాక్షన్. ఈ పద్ధతిలో వాంఛనీయ జన్యువు సంశ్లేషణకు, రెండు జట్ల ప్రైమర్లను మరియు DNA పాలీమరేజ్ ఎన్జైమ్ న్ను వాడతారు. జన్యు DNA ను మూసగా చేసుకొని ఇచ్చిన న్యూక్లియోటైడ్లతో ఈ ఎన్జైమ్ ప్రైమర్లను పొడిగిస్తూ ఉంటుంది. ఈ DNA ప్రతికృతి పద్ధతి చాలాసార్లు జరిపినప్పుడు DNA ఖండం ఇంచుమించు 1 బిలియన్ నకలులను తయారు చేస్తుంది. ఈ విధమైన పునరావృత విస్తరణ ‘టాక్’ పాలిమరేజ్ (థెర్మస్ ఆక్వాటికస్ అనే బాక్టీరియం నుండి వివక్తం చేస్తారు) అనే ఉషస్థిర ఎన్ఎమ్ ద్వారా జరుగుతుంది. ఈ ఎంజైమ్ ద్విసర్పిల DNA విస్వాభావకరణానికి ప్రేరేపించినప్పుడు వాడే అధిక ఉష్ణోగ్రతలలో కూడ చురుకుగా పనిచేస్తుంది. విస్తరింపగా వచ్చిన DNA ఖండితాలను తదుపరి క్లోనింగ్ కొరకు, వాహకంతో జతపరచడానికి వాడుకోవచ్చు.
ప్రశ్న 3.
బయో రియాక్టర్ అంటే ఏమిటి ? స్టరింగ్ రకం బయోరియాక్టర్ను క్లుప్తంగా వివరించండి.
జవాబు:
జీవశాస్త్ర ముడి పదార్థాలను విశిష్టమైన ఉత్పన్నాలుగా మార్చడానికి వాడే పెద్ద పాత్రలను బయోరియాక్టర్లు అంటారు.
ఒక స్టర్డ్ టాంక్ రియాక్టర్ స్థూపాకారంగా లేదా 1వ వక్రమైన పీఠభాగం కలిగి రియాక్టర్లో ఉండే పదార్థాలను కలుపుతూ ఉండేలా ఉంటుంది. అంతేకాక వాటికి ఆక్సిజన్ కూడ లభ్యమయ్యేటట్లు సాయపడుతుంది. ప్రత్యామ్నాయంగా గాలి బుడగలు రియాక్టర్లో ప్రవేశపెట్టవచ్చు. ఈ రియాక్టర్, చిన్న పరిమాణాల్లో వర్ధనాన్ని నియతకాలాల్లో తీసే విధంగా ఒక అజిటేటర్ పద్ధతి, ఆక్సిజన్ విడుదల చేసే విధానము, ఒక foam నీయంత్రణ విధానం, ఉష్ణోగ్రత, pH నియంత్రణ విధానం, నమూనా ఆశయాలను కలిగి ఉంటుంది.
ప్రశ్న 4.
పునఃసంయోజక DNA ను అతిథేయి కణాలలోనికి చొప్పించే వివిధ రకాల పద్ధతులేమిటి ?
జవాబు:
- పునఃసంయోజక DNA ను గ్రహీత కణంలోకి ప్రవేశపెట్టే పద్ధతులు చాలా ఉన్నాయి. బాక్టీరియమ్ కణాలు పునః సంయోజక DNAను గ్రహించడానికి ముందుగా బాక్టీరియమ్ కణాలను మంచుగడ్డపై ఇంక్యుబేట్ చేసి కొద్దిసేపు 42° C వద్ద ఉష్ణ ఘాతానికి గురిచేసి, ఆ తర్వాత మరల మంచు గడ్డలపై ఉంచుతారు. దీనివల్ల బాక్టీరియమ్ r-DNAను స్వీకరించే సామర్థ్యం పొందుతుంది.
- సూక్ష్మ అంతక్షేపణ పద్ధతి ద్వారా r- DNA ను ప్రత్యక్షంగా జంతుకణంలోని కేంద్రకంలోకి అంతక్షేపణ చేస్తారు.
- మొక్కల కణాలను అత్యంత వేగవంతమైన బంగారం, టంగ్స్టన్ వంటి సూక్ష్మ కణాలకు DNA పూతపూర్తి లేదా జీన్న్ పద్ధతి ద్వారా తాడనం చేస్తారు.
- హాని కల్గించే శక్తి తగ్గిన రోగకారి వాహకాలతో కణాలను సంక్రమింపచేసినప్పుడు r- DNA అతిథేయిలోకి వుతుంది.
దీర్ఘ సమాధాన ప్రశ్నలు
ప్రశ్న 1.
పునస్సంయోజక DNA సాంకేతిక విధానంలోని వివిధ ప్రక్రియలను క్లుప్తంగా వివరించండి. [May, Mar. 14] [A.P. & T.S. Mar. ’17, ’16]
జవాబు:
ఒక జీవిలోని డి.ఎన్.ఎ. ఖండితాన్ని లేదా జన్యువుని విడదీసి, కొన్ని వాహకాల ద్వారా వేరొక జీవిలోనికి ప్రవేశపెట్టవచ్చు. ఈ ప్రక్రియనే జెనిటిక్ ఇంజనీరింగ్ అంటారు. జెనిటిక్ ఇంజనీరింగ్ ప్రయోగాలను క్రింద పేర్కొన్న రికాంబినెంట్ DNA సాంకేతిక పద్ధతుల ద్వారా జరుపుతున్నారు.
జీవ సాంకేతిక శాస్త్రం, సూత్రాలు, ప్రక్రియలు
- వాంఛనీయ జన్యువును విడదీయడం.
- విడదీసిన జన్యువును తగిన వాహకంలోకి ప్రవేశపెట్టడం.
- పునఃసంయోజక వాహకాన్ని ఆతిథేయలోకి బదిలీచేయడం.
- జన్యుపరివర్తిత గల ఆతిథేయి కణాలను వరణం ద్వారా ఎన్నుకోవడం.
1. వాంఛనీయ జన్యువును విడదీయుట: సాధారణంగా ఎన్ఎమ్లనుపయోగించి కణకవచాన్ని, అధికశక్తి కలిగిన డిటర్జెంట్లనుపయోగించి కణత్వచాలను విచ్ఛిన్నం చేస్తారు. ఫినాల్ లేదా కొన్ని ప్రత్యేక న్యూక్లియేజ్ ఎన్ఎమ్లనుపయోగించి, ప్రవణత కేంద్రాపసరణానికి లోను చేసి మిగిలిన జీవపదార్థం నుంచి డి.ఎన్.ఎ.ని వేరుచేస్తారు. తరువాత దశలో రెస్ట్రిక్షన్ ఎండోన్యూక్లియేజ్లను ఉపయోగించి డి.ఎన్. ఎ.ని ఖండితాలుగా కత్తిరిస్తారు. రెస్ట్రిక్షన్ ఎండో న్యూక్లియేజ్లు, డి.ఎన్.ఎ. లోని విశిష్ట స్థానాల వద్ద గుర్తించిన ఖండాలను ఛేదిస్తాయి. ఈ ఖండితాలను జెల్ ఎలక్ట్రోఫోరెసిస్ అనే సాంకేతిక ప్రక్రియ ద్వారా వేరుచేస్తారు. తర్వాత వాంఛనీయ ఖండితాలను సదరన్ బ్లాటింగ్ సాంకేతిక ప్రక్రియ, ద్వారా గుర్తించి ఎన్నుకొంటారు. రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్జైమ్లు DNA అణువులను రెండు విధాలుగా ఛేదిస్తాయి.
(i) కొన్ని ఎన్జైమ్లు DNA రెండు పోగులను సరిగ్గా ఎదురెదురు బిందువుల వద్ద గుర్తించిన ప్రాంతాల వద్ద ఛేదిస్తాయి. దీని వల్ల ధ్రువతలేని కొనల ఖండాలు ఏర్పడతాయి. వీటిని మొండి కొనలు అంటారు.
రిస్ట్రిక్షన్ ఎండోన్యూక్లియేజ్లు DNA ని కత్తిరించగా ఏర్పడ్డ మొండి కొనలు, నిట్టనిలువు బాణం గుర్తులు DNA ని కత్తిరించే గుర్తింపు ప్రాంతాలను సూచిస్తాయి.
(ii) కానీ చాలా రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్లు DNA ద్వంద్వ కుండలిని వివిధ ప్రాంతాలలో కత్తిరింపులు జరుపుతాయి. ఈ రకమైన కత్తిరింపును స్టాగర్డ్ కత్తిరింపు అంటారు. దీని ఫలితంగా ద్వంద్వ కుండలిలోని ఒక పోగు రెండవ పోగు కంటే కొన్ని నత్రజని క్షారాల కన్నా పొడిగింపు పొంది ఉంటుంది. దీని ఫలితంగా వీటి కొనలు అతుక్కొనే కొనలుగా ఉంటాయి. ఇటువంటి కొనలను అతుక్కొనే కొనలు అంటారు. ఉదాహరణ : ECoRI – ఒక రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్జైమ్.
దీనిలో మొదటి అక్షరం E ప్రజాతి పేరుని సూచిస్తుంది, i.e., ఈశ్చరీషియా. తరవాతి రెండు అక్షరాలు CO జాతిని సూచిస్తాయి. i.e., ఈశ్చరీషియాకోలై. ఈ మూడు అక్షరాలను ఇటాలిక్స్లో రాస్తారు. ఎన్ఎమ్ని ఒక ప్లాస్మిడ్ కోడ్ చేస్తే, ఆ పేరు చివరగా సూచిస్తారు. e.g., EcoRI.
ఈ ఎన్జైమ్ GAA న్యూక్లియోటైడ్లను గుర్తించి గ్వానిన్ (G), అడినీన్ (A) లకు మధ్య (G A) DNA ని కత్తిరిస్తుంది. ECoRI గుర్తించే విశిష్ఠ స్థానాలు (5′ GAA.3′)
రెండు పోగుల DNA అణువులో స్టాగర్డ్ కత్తిరింపులు జరిగి ఏర్పడ్డ ఒక్కొక్క పోచ విడిగా గల అతుక్కొనే కొనలు.
2 విడదీసిన జన్యువును తగిన వాహకంలోకి ప్రవేశపెట్టడం : వాంఛనీయ DNA ఖండితాన్ని లేదా ఖండితాలను ఎన్నుకొన్నాక వాటిని తగిన వాహకంలోకి ప్రవేశపెడతారు. DNA ప్రతికృతి చెంది అసలైన నకళ్ళను అసంఖ్యాకంగా ఉత్పత్తి చేస్తుంది. దీనినే ‘జన్యుక్లోనింగ్’ అంటారు. రికాంబినెంట్ DNA సాంకేతిక ప్రక్రియలో ప్లాస్మిడ్లు, ఫాజ్లు లాంటి అనేక రకాల వాహకాలను ఉపయోగిస్తారు. ఆదర్శమైన క్లోనింగ్ వాహకం కొన్ని ధర్మాలు కలిగి ఉండాలి. అవి : 1) తక్కువ అణుభారం, 2) రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్ల కొరకు ఒక విశిష్ట స్థానం, 3) అతిథేయికణం లోపల ప్రతికృతి చెందగలిగే సామర్థ్యం, 4) సూక్ష్మజీవనాశక నిరోధకత చూపే జన్యువు కల్గి ఉండాలి.
ప్లాస్మిడ్లు : ప్లాస్మిడ్లు వలయాకార DNA అణువులు. ఇవి సాధారణంగా అన్ని బాక్టీరియమ్ జాతుల్లో ఉంటాయి. ఇవి అనువంశికంగా కూడా సంక్రమిస్తాయి. ఇవి వివిధ జీవక్రియలను నిర్ణయించే జన్యువులను కొద్ది సంఖ్యలో కలిగి ఉంటాయి. ప్లాస్మిడ్లను సులభంగా వేరుచేయవచ్చు. వేరొక బాక్టీరియాలోనికి సులభంగా తిరిగి ప్రవేశపెట్టవచ్చు. ప్లాస్మిడ్ని వేరుచేయడానికి, మొదటగా బాక్టీరియమ్ కణాన్ని ఎథిలీన్ డైఅమైన్ టెట్రా అసిటిక్ ఆమ్లంతోను, లైసోజైమ్ ఎన్ఎమ్ ను చర్య జరిపి, కణ కవచాన్ని విచ్ఛిన్నం చేస్తారు. ఆ తరువాత బాక్టీరియమ్ కణాన్ని సోడియమ్ లారిల్ సల్ఫేట్లో కేంద్రాపసరణ చేసి ప్లాస్మిడ్ను వేరు చేస్తారు.
వేరుచేసిన ప్లాస్మిడ్ DNA ను ఖండించడానికి, మొదటి దశలో వాంఛనీయ DNA ఖండితాలను చేయడానికి ఉపయోగించిన రెస్ట్రిక్షన్ ఎండోనూక్లియేజ్తో కత్తిరిస్తారు. ఈ ఎంజైము విదళన చర్య వల్ల సర్పిలాకార DNA, అతుక్కొనే కొనలు గల రేఖాకార అణువుగా మారుతుంది. రేఖాకార ప్లాస్మిడ్లోని రెండు అతుక్కొనే కొనలను వాంఛనీయ జన్యువు కొనలతో అతుక్కొనేటట్లు చేస్తారు. ప్లాస్మిడ్ DNA లోని కొనలు వాంఛనీయ జన్యువు కొనలతో అతుక్కోవడానికి DNA లైగేజ్ అనే ఎన్జైమిని ఉపయోగిస్తారు. రెండు రకాల జన్యువుల మధ్య కోవెలెంట్ బంధాలు ఏర్పడతాయి. ఈ విధంగా ఏర్పడ్డ సంకర DNA ని “పునః సంయోజక” DNA లేదా కైమెరిక్ DNA అంటారు.
3. పునఃస్సంయోజక వాహకాన్ని ఆతిథేయిలోకి బదిలీచేయడం : పునఃస్సంయోజక DNA ని రూపొందించిన తరువాత, అది ప్రతికృతి చెంది, జన్యులక్షణాలను ప్రదర్శించగల తగిన బాక్టీరియమ్ కణంలోనికి ప్రవేశపెడతారు. పునఃసంయోజక DNA ని బదిలీ చేసిన బాక్టీరియమ్ కణాలను “పరివర్తిత కణాలు” అంటారు. బాక్టీరియమ్ కణకవచాలు పునఃసంయోజక వాహకాలకు పారగమ్యతగా ఉండవు. కావున బాక్టీరియమ్లను కాల్షియమ్ క్లోరైడ్ ద్రావణంతో చర్య జరిపితే క్రమేణా అవి వాహకాలకు పారగమ్యతగా తయారవుతాయి. ఆతిథేయి కణం లోపల ఈ పునఃస్సంయోజక DNA లు ప్రతికృతి చెందడం ప్రారంభిస్తాయి. పరివర్తిత కణం పెరగడం ప్రారంభించి, విభజన చెంది అనేక కణాలను ఏర్పరుస్తుంది. ప్రతికణం క్లోన్లుగా ఏర్పడుతుంది. ప్రతికృతి చెందిన వాహకం క్రమేణా పిల్ల కణాలలోకి ప్రవేశిస్తుంది.
4. జన్యు పరివర్తిత ఆతిథేయి కణాలను వరణం ద్వారా ఎన్నుకోవడం : రికాంబినెంట్ క్లోన్ల వరణాన్ని రెండు రకాలుగా జరపవచ్చు.
a) బ్లను ఉపయోగించకుండా b) ప్రోబ్లను ఉపయోగించడం ద్వారా.
a) ప్రోబ్లను ఉపయోగించకుండా : ఉదాహరణకు : సూక్ష్మజీవనాశక నిరోధకతను చూపించే జన్యువు గల పరివర్తిత కణాన్ని ఎన్నుకోవలసి వచ్చినప్పుడు మొదట ఆ కణాలను సూక్ష్మజీవనాశకం లేని యానకంలో ఒక గంటసేపు ఉంచి, తరవాత సూక్ష్మజీవనాశకం గల యానకంలోకి ప్రవేశపెట్టాలి. ఫలితంగా జన్యువును కల్గిన కణాలు మిగిలి, ఇతర కణాలు చనిపోతాయి.
b) ప్రోబ్లను ఉపయోగించి : పరివర్తిత కణాలను యానకం మీద వర్ధనం చేసినప్పుడు, అసంఖ్యాక కాలనీలు ఉత్పత్తి అవుతాయి. కాలనీలోని అన్ని కణాలు వాంఛనీయ జన్యువును కలిగి ఉండకపోవచ్చు. దీనివల్ల ఏ కణాలు వాంఛనీయ జన్యువులను కలిగి ఉన్నవో గుర్తించాల్సిన అవసరముంటుంది. దీని కొరకు ‘కాలనీ హైబ్రిడైజేషన్’ అనే పద్ధతిని ఆచరిస్తారు. రేడియోధార్మిక పదార్థాలతో లేబిలింగ్ చేసిన ఏకపోచక RNA లేదా DNA ఖండితాన్ని “ప్రోబ్” అంటారు. ఇది జీవుల్లోని సంపూరక న్యూక్లియోటైడ్ వరసను గుర్తించగలుగుతుంది. ఉదా : రికాంబినెంట్ DNA టెక్నాలజీ ద్వారా మానవునిలో ఇన్సులిన్ ఉత్పత్తికి కారణమైన జన్యువును వేరుచేసి, వాహకంలోనికి ప్రవేశపెట్టి, దానిని ఈ. కొలై అను బాక్టీరియాలోకి ప్రవేశపెట్టారు. ఈ జన్యు పరివర్తిత బాక్టీరియా కణము మానవ కణాలవలె ఇన్సులిన్ ను ఉత్పత్తి చేసినది. దానిని హ్యుమ్యులిన్ అంటారు.
ప్రశ్న 2.
పునఃస్సంయోజక DNA సాంకేతిక విధానంలో వాడే సాధనాలను వివరించండి. [A.P. & T.S. Mar. ’15]
జవాబు:
పునఃసంయోజక సాంకేతిక పద్ధతి రెస్ట్రిక్షన్ ఎంజైమ్లు, పాలిమరేజ్ ఎంజైమ్లు, లైగేజ్లు, వాహకాలు, అతిథేయి లాంటి సాధనాలు ఉంటేనే సాధ్యపడుతుంది.
a) రెస్ట్రిక్షన్ ఎంజైమ్లు : 1963వ సం||లో ఎ. కొలైలోని బాక్టీరియోఫాజ్ వృద్ధిని నిరోధించే రెండు ఎంజైమ్లను వేరుచేసారు. వాటిలో ఒకటి మిథైల్ సమూహాలను DNA కు జతపరిస్తే, రెండవది DNA ను ఛేదిస్తుంది. రెండవ దానిని రెస్ట్రిక్షన్ ఎండోన్యూక్లియేజ్ అంటారు. విశిష్ట DNA న్యూక్లియోటైడ్ వరుస క్రమం క్రియాశీలతపై ఆధారపడిన Hind – II అనే మొట్టమొదటి రెస్ట్రిక్షన్ ఎండో న్యూక్లియేజ్ను వేరుపరచి, వ్యక్తీకరించారు. Hind – II DNA అణువులను 6 నత్రజని క్షారాల జతలు కల్గిన నిర్దిష్ట క్రమాన్ని గుర్తించి ఛేదిస్తాయి. దీనిని Hind – II యొక్క గుర్తింపు అనుక్రమము అంటారు. ఈనాడు 900కు పైగా రెస్ట్రక్షన్ ఎన్ఎమ్లను 230కి పైగా బాక్టీరియమ్ల రకాల నుంచి వేరుచేసారు.
ECoRI అను రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్లో E అనునది బాక్టీరియమ్ ప్రజాతిని, ఎశ్చరేషియా, Co అనునది దాని జాతి నామమును, R అనే అక్షరాలు ఆ రకపు నామము, తర్వాత రోమన్ సంఖ్య I, ఆ రకపు బాక్టీరియా నుండి వేరుచేయబడిన ఎన్ఎమ్ల వరుస క్రమాన్ని తెలియజేస్తాయి. రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్జైమ్లు ‘న్యూక్లియేజ్’ లనే పెద్ద తరగతికి చెందినవి. ఇవి 2 రకాలు.
1) ఎక్సోన్యూక్లియేజ్లు → DNA కొనల నుండి న్యూక్లియోటైడ్లను తొలగిస్తాయి. 2) ఎండోన్యూక్లియేజ్లు DNA లోపల నిర్దిష్ట ప్రదేశాలలో ఛేదింపులు జరుపుతాయి. ప్రతి రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్ DNA లోని విశిష్టమైన పాలిన్ మిక్ న్యూక్లియోటైడ్ వరుస క్రమాలను గుర్తించి, (GAA స్థానాలను) G – Aల మధ్య కత్తిరింపులు జరుపుతుంది. ఉదా : ECoRI.
దీనివల్ల DNA లో రెండు ఏకపోచ కొనలు ఏర్పడతాయి. ఈ వ్రేలాడుతున్న కొనలను అతుక్కునే కొనలు అంటారు. ఈ కొనలు సంపూరక క్షారాలతో హైడ్రోజన్ బంధాలు ఏర్పరుస్తాయి. ఈ అతుక్కునే స్వభావం గల కొనలు ఉండటం వల్లనే DNA లైగేజ్ అను ఎన్ఎమ్ల చర్యకు వీలుగా ఉంటుంది.
b)క్లోనింగ్ వాహకాలు : ఒక విజాతీయ DNAఖండితాన్ని తగిన అతిథేయిలోకి బదిలీ చెయ్యడానికి వాహకంగా వాడే DNA న 3 వాహకం అంటారు. విజాతీయ DNA క్రమాల వృద్ధికి ఉపయోగపడే వాహకాలను క్లోనింగ్ వాహకాలు అంటారు. సాధారణంగా ప్లాస్మిడ్లు, బాక్టీరియోఫాజ్లు, కాస్మిడ్లు, కృత్రిమ క్రోమోసోమ్లను క్లోనింగ్ వాహకాలుగా వాడతారు. ప్లాస్మిడ్లు అన్ని బాక్టీరియమ్ జాతులలో ఉన్న క్రోమోసోమేతర వలయాకార DNA అణువులు. ఇవి విభిన్నమైన జీవక్రియలను నిర్దేశించే కొన్ని వంశపారంపర్య జన్యువులను కల్గి ఉంటాయి. వీటిని (ప్లాస్మిడ్లు) సులభంగా వేరుచేసి మరల అతిథేయిలోకి ప్రవేశపెట్టవచ్చు.
వాహకంలో క్లోనింగ్ జరపడానికి ఉపయోగపడు లక్షణాలు :
1) ప్రతికృతి ఆవిర్భావం : ఏ DNA ఖండమైనా ఈ ప్రతికృతి వరుస క్రమంలో సంలగ్నమైనప్పుడు అతిథేయి కణాలలో ప్రతికృతి ప్రారంభమవుతుంది. ఈ వరుసక్రమం సంలగ్నమైన DNA నకళ్ళ సంఖ్యను నియంత్రించే బాధ్యత నిర్వహిస్తుంది.
2) వరణం చేయదగ్గ మార్కర్ జన్యువులు : ఆరంభ ప్రతికృతి స్థానంతో పాటు ఒక వాహకానికి పరివర్తన చూపని వాటిని గుర్తించి తొలగించే విధంగాను మరియు పరివర్తన చూపే వాటి వృద్ధిని అనుమతించే విధంగాను వరణం చేయదగ్గ మార్కరు ఉండాలి. సాధారణంగా ఆంపిసిలిన్, క్లోరం ఫెనికాల్, టెట్రాసైక్లిన్, కానామైసిన్ వంటి ఆంటీబయాటిక్ నిరోధకత కల్గిన జన్యువులు ఎ.కొలై బాక్టీరియమ్క చాలా ఉపయోగకరమైన వరణం చేయదగ్గ మార్కర్లుగా పేర్కొనదగినది.
3) క్లోనింగ్ ప్రదేశాలు : వాంఛనీయ DNA ను జతపరచడానికి సామాన్యంగా ఒక రెస్ట్రిక్షన్ ఎంజైమ్కు అతి తక్కువ లేదా ఒకే ఒక గుర్తింపు స్థానం గల వాహకాన్ని వాడతారు.
4) అణుభారం : క్లోనింగ్ వాహకం తక్కువ అణుభారం కల్గి ఉండాలి.
5) మొక్కలు, జంతువులలో జన్యు క్లోనింగ్ జరిపే వాహకాలు : వ్రణాలను ప్రేరేపించి అగ్రోబాక్టీరియమ్ ట్యూమిఫేసియన్స్ Ti పాస్మిడ్, జన్యు క్లోనింగ్ వాహకంగా రూపొందించబడింది. ఇది ఏ మాత్రం వ్యాధికారిగా కాకుండా వివిధ మొక్కలలో వాంఛనీయ జన్యువులను ప్రవేశపెట్టే క్రియా విధానం కల్గి ఉంది. రిట్రోవైరస్లను కూడ బలహీనపరిచి జంతు కణాల్లో వాంఛనీయ జన్యువులను ప్రవేశపెట్టడానికి వాడుచున్నారు.
c) పోటీపడే అతిథేయి : బాక్టీరియమ్ల కణత్వచంలోని రంధ్రాల ద్వారా DNA ప్రవేశించడానికి వీలుగా బాక్టీరియమ్ కణాల సామర్థ్యాన్ని పెంచే విధంగా విశిష్టమైన గాఢత గల కాల్షియం వంటి ద్విసంయోజక కాటయాన్లను వాడతారు.
అభ్యాసాలు
ప్రశ్న 1.
నిజకేంద్రక కణాలలో రెస్ట్రిక్షన్ ఎండో న్యూక్లియోజ్లుంటాయా ? మీ సమాధానాన్ని ఎలా సమర్థిస్తారు ?
జవాబు:
ఉండవు. రెస్ట్రిక్షన్ ఎండోన్యూక్లియేజ్లు కేంద్రక పూర్వక కణాలలోనే ఉంటాయి. ఉదా : ECoRI అను ఎన్ఎమ్ ఎశ్చరీషియా కొలై అను బాక్టీరియమ్ నుండి లభిస్తుంది. 230 రకాల బాక్టీరియమ్ల నుండి 900 కన్నా ఎక్కువ రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్లను వేరుచేసారు.
ప్రశ్న 2.
షేక్స్ కన్నా స్టక్టాంక్ బయోరియాక్టర్లలో చక్కని గాలి, మిశ్రమం లక్షణాలతో పాటు ఏ ఇతర ఉపయోగాలున్నాయి ?
జవాబు:
- స్టర్డాంక్ బయోరియాక్టర్లను తక్కువ, ఎక్కువ మొత్తంలో ఉత్పత్తికి వినియోగించవచ్చు.
- వర్ధనాలను తక్కువ మొత్తంలో కూడా బయోరియాక్టర్ల నుండి పొందవచ్చు.
- ఫోమ్ నియంత్రణ విధానం ఉంటుంది.
- ఉష్ణోగ్రత, pH నియంత్రణా విధానాలు ఉన్నాయి.
ప్రశ్న 3.
క్షయకరణ విభజనలోని ఏ దశలో పునస్సంయోజక DNA ఏర్పడుతుందో జ్ఞప్తికి తెచ్చుకొని సూచించండి.
జవాబు:
క్షయకరణ విభజనలో జన్యు పదార్థము సగం తగ్గించబడుతుంది. క్షయకరణ విభజన I, ప్రథమ దశ లో పాకిటిన్ ఉపదశలో పారగతి జరుగుతుంది. ఫలితంగా పునస్సంయోజక DNA ఏర్పడుతుంది.
ప్రశ్న 4.
ఈ క్రింది వానిని క్లుప్తంగా వివరించండి.
జవాబు:
ఎ) ప్రతికృతి ఆవిర్భావ స్థానం బి) బయోరియాక్టర్లు సి) డౌన్మ్ ప్రక్రియ
ఎ) ప్రతికృతి ఆవిర్భావ స్థానం : ఏ DNA ఖండమైనా ఈ ప్రతికృతి వరుసక్రమంతో సంలగ్నమైనప్పుడు ఆతిథేయి కణాలలో ప్రతికృతి ప్రారంభమవుతుంది. ఈ వరుస క్రమము సంలగ్నమైన DNA నకళ్ళ సంఖ్యను కూడా నియంత్రించే బాధ్యత నిర్వహిస్తుంది. అందుచే టార్గెట్ DNA నకళ్ళు ఎక్కువ సంఖ్యలో కావాలనుకొన్నప్పుడు దానిని ‘Ori’ ఎక్కువ సంఖ్యలో ప్రతికృతి జరగటానికి సహాయపడేదిగా ఉండే వాహకంలోకి ప్రవేశపెట్టాలి. ఉదా : ప్లాస్మిడ్లు.
బి) బయోరియాక్టర్లు : జీవశాస్త్ర ముడి పదార్థాలను విశిష్టమైన ఉత్పన్నాలుగా మార్చడానికి వాడే పెద్ద పాత్రలు. వీటిద్వారా చిన్న పరిమాణాల్లో కూడా వర్ధనాన్ని నియత కాలాల్లో తీయవచ్చు.
సి) డౌన్ఎమ్ ప్రక్రియ : జీవ సంశ్లేషణ ముగిసిన తరువాత ఉత్పన్నాన్ని పూర్తయిన ఉత్పన్నంగా మార్కెటింగ్ చేసేముందు వేరుచేసి, శుద్ధిపరిచే ప్రక్రియలను కలిపి డౌన్ఎమ్ ప్రక్రియ అంటారు.
ప్రశ్న 5.
సంక్షిప్తంగా వివరించండి.
జవాబు:
ఎ) PCR బి) రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్జైమ్లు, DNA సి) కైటినేజ్
ఎ) PCR : పాలిమరేజ్ చైన్ రియాక్షన్.
ఈ DNA ప్రతికృతి పద్దతి ద్వారా DNA ఖండం నుండి ఇంచుమించు 1 బిలియన్ నకలులను తయారు చేస్తుంది. ఇది సరళంగాను, ఖర్చుతో కూడుకున్న విధానము. దీని ద్వారా బాక్టీరియా, వైరస్ వ్యాధుల నిర్థారణ జరుపవచ్చు.
బి) రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్లు, DNA : రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్జైమ్లు సాధారణంగా బాక్టీరియాల నుండి లభిస్తాయి. ఇవి DNA లో నిర్దేశిత స్థానాలను గుర్తించి, ముక్కలుగా ఖండిస్తాయి.
సి) కైటినేజ్ : ఎన్ఎమ్ బాక్టీరియమ్ల కణ కవచాలను కరిగించటానికి ఉపయోగిస్తారు.
ప్రశ్న 6.
మీ అధ్యాపకునితో చర్చించి వీటి మధ్య విభేదాలను కనుక్కోండి.
ఎ) ప్లాస్మిడ్ DNA, క్రోమోసోమల్ DNA
బి) RNA, DNA
సి) ఎక్సోన్యూక్లియేజ్, ఎండో న్యూక్లియేజ్
జవాబు:
ఎ) ప్లాస్మిడ్ DNA, క్రోమోసోమల్ DNA
ప్లాస్మిడ్ DNA
- ఇది చిన్నదిగా ఉంటుంది.
- ఇది వలయాకారంలో ఉంటుంది.
- దీనిలో కొద్ది జన్యువులు ఉంటాయి.
క్రోమోసోమ్ల DNA
- ఇది పెద్దదిగా ఉంటుంది.
- ఇది రేఖాకారంలో ఉంటుంది.
- దీనిలో ఎక్కువ జన్యువులుంటాయి.
బి) RNA, DNA
RNA
- ఒకే ఒక పాలిన్యూక్లియోటైడ్ గొలుసు ఉంటుంది.
- ప్రొటీన్ల సంశ్లేషణలో పాల్గొంటుంది.
- ప్యూరిన్లు, పిరమిడన్లు 1 : 1 నిష్పత్తిలో ఉండవు.
DNA
- 2 పాలిన్యూక్లియోటైడ్ గొలుసులు ఉంటాయి.
- ఇది జన్యు పదార్థము, ప్రోటీన్ల సంశ్లేషణలో ప్రత్యక్షంగా పాల్గొనదు.
- ప్యూరిన్ల లు, పిరమిడన్లు 1 : 1 నిష్పత్తిలో ఉంటాయి.
సి) ఎక్సో న్యూక్లియేజ్, ఎండో న్యూక్లియేజ్
ఎక్సో న్యూక్లియేజ్
- DNA కొనల నుండి న్యూక్లియోటైడ్లను తొలగిస్తాయి.
ఎండో న్యూక్లియేజ్
- ఇవి DNA లో నిర్దేశిత స్థానాల వద్ద కత్తిరిస్తాయి.
ప్రశ్న 7.
Hind – III ఎన్ఎమ్లోని ‘H’, ‘in’, ‘d’, III లు వేటిని సూచిస్తాయి ?
జవాబు:
H → హీమోఫిలస్ (ప్రజాతి నామము)
in → ఇన్ఫ్లూయింజా (జాతి నామము)
d → ఎన్జైము వేరుచేసిన తెగ
III → ఎన్ఎమ్ సంఖ్య (ఈ తెగ నుండి వేరుచేసిన ఎన్ఎమ్ల సంఖ్య)
ప్రశ్న 8.
వాహకంలోని క్లోనింగ్ స్థానంలో ఒకటికన్నా ఎక్కువ రెస్ట్రిక్షన్ ఎన్ఎమ్ల క్రియాస్థానాలు ఉండకూడదు. వ్యాఖ్యానించండి.
జవాబు:
వాహకానికి ఒకటి కన్నా ఎక్కువ రెస్ట్రక్షన్ ఎన్జైమ్ల క్రియాశీల స్థానాలు ఉన్నయెడల అనేక ముక్కలు ఏర్పడి జన్యు క్లోనింగ్ కష్టతరమవుతుంది. కావున వాహకానికి అతికేది ముఖ్యంగా ఒక క్రియాశీల స్థానం మాత్రమే ఉంటుంది.
ప్రశ్న 9.
పరివర్తన ప్రయోగాల్లో వాడే ‘competent’ కణాల్లోని competent దేన్ని సూచిస్తుంది ?
జవాబు:
DNA జలప్రియ అణువు కావడంతో కణత్వచాల గుండా ప్రవేశించలేదు. ప్లాస్మిడు అనుమతించే విధంగా బాక్టీరియమ్లు ఉండాలంటే, ముందుగా వాటి కణాలను DNAని స్వీకరించి పోటీపడే స్థితికి తీసుకురావాలి. ఇది జరపడానికి, బాక్టీరియమ్ కణాల సామర్థ్యాన్ని పెంచే విధంగా విశిష్టమైన గాఢత గల కాల్షియం వంటి ద్విసంయోజక కాటయాన్లను వాడతారు.
ప్రశ్న 10.
జన్యు పదార్థమైన DNAని వేరుపరచినప్పుడు కలిపే ప్రోటియేజ్ ప్రాముఖ్యత ఏమిటి ?
జవాబు:
ప్రోటీను నిర్మాణాలను విచ్ఛిన్నం చేయడానికి వాడే ఎన్ఎమ్లు. దీని ద్వారా ప్రోటీనులతో ముడిపడిన DNAను వేరుచేయవచ్చు.
ప్రశ్న 11.
PCR జరుపునప్పుడు విస్వాభావకరణ దశ జరగకుంటే దాని ప్రభావం ఎలా ఉంటుంది ?
జవాబు:
DNA ఖండము యొక్క నకళ్ళు ఏర్పడవు.
ప్రశ్న 12.
ఆగ్రోబాక్టీరియం ట్యూమిఫేసియన్స్లోని T, ప్లాస్మిడ్ను క్లోనింగ్ వాహకంగా మార్చినప్పుడు ఏ రకమైన రూపాంతరం జరుగుతుంది ?
జవాబు:
ఆగ్రోబాక్టీరియమ్ ట్యూమిఫేసియన్స్ ఏ మాత్రం వ్యాధికారిగా కాకుండా విడిన మొక్కల్లో వాంఛనీయ జన్యువులను ప్రవేశపెట్టే క్రియా విధానము మాత్రం కలిగి ఉంటుంది.
ప్రశ్న 13.
జన్యు క్లోనింగ్ అంటే ఏమిటి ?
జవాబు:
r-DNA ను క్లోనింగ్ వాహకంలోని ప్రవేశపెట్టి, దానిని ఆతిథేయి కణాలలో ద్విగుణీకృతం (నకళ్ళు ఏర్పరచడం) చేయుటను జన్యు క్లోనింగ్ అంటారు.
ప్రశ్న 14.
ECoRI తో చర్య జరిపినప్పుడు ఏర్పడిన అతుక్కునే కొనల మధ్యనున్న ఛేదించబడిన ప్రతి DNA Paclindrome క్రమాలలో ఉన్న ఎస్టర్ మరియు హైడ్రోజన్ బంధాల నిష్పత్తిని నిర్ధారించండి.
జవాబు:
1:4