மரபணு மாற்றல் முறைகள் (Methods of Gene Transfer)
ஏன் இது முக்கியம்? மரபணுவை வடிவமைத்தோம், திசையனில் செலுத்தினோம் — ஆனால் அந்த மரபணு உயிரணுவிற்குள் எவ்வாறு நுழைவது? மாற்றம் செய்யும் முறையே தாவரங்களிலும் விலங்குகளிலும் மரபணு சிகிச்சை செய்ய வழி திறக்கிறது.
பாக்டீரியா = வெப்ப-இரசாயன அதிர்வு (electroporation); தாவரம் = Ti பிளாஸ்மிட் அல்லது gene gun (biolistics); விலங்கு = வைரஸ் வெக்டர் (retrovirus, AAV) — இந்த மூன்று தொகுதிகளை நினைவில் வைக்கலாம்.
- வெளியிலிருந்து DNA ஐ விருந்துவழங்கிக் கலத்தினுள் (host cell) புகுத்துவதற்கான பல்வேறு முறைகளை வேறுபடுத்துதல்.
- மாற்றம் (transformation), குறுக்குக் கடத்துகை (transduction), பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி (gene gun) ஆகியவற்றின் எந்திரவியலை விளக்குதல்.
- Agrobacterium மத்தியஸ்தம் வகிக்கும் இடமாற்றத்தையும் Ti பிளாஸ்மிட்டின் பங்கையும் விபரித்தல்.
வெளியிலுள்ள DNA உடன் தொடர்புபடுத்தப்பட்டு அதை உள்ளெடுத்த ஒரு கலம் மாற்றப்பட்ட கலம் (transformed cell) எனப்படும். விருப்புக்குரிய DNA ஐ (gene of interest) — பெரும்பாலும் ஒரு மீளச்சேர்ந்த காவியில் (recombinant vector) பொதியிடப்பட்டது — விருந்துவழங்கிக் கலத்தினுள் (host cell) புகுத்துவதற்குப் பல்வேறு DNA விநியோக முறைகள் (DNA delivery systems) பயன்படுத்தப்படுகின்றன. கீழே முக்கிய முறைகள் விளக்கப்பட்டுள்ளன.
1. மாற்றம் (Transformation)
இம்முறையில் விருப்புக்குரிய DNA இன் அதிக எண்ணிக்கை கொண்ட பிரதிகள் (உதாரணமாக ஒரு மீளச்சேர்ந்த காவி) விருந்துவழங்கிக் கலங்களுடன் கலக்கப்படுகின்றன. ஒரு கலம் தனது கலமென்சவ்வினூடாகச் (cell membrane) சூழலில் இருந்து DNA ஐ உள்ளெடுக்கும் தகைமையை இது அடிப்படையாகக் கொண்டது. கலங்களினுள் DNA உள்ளெடுக்கப்படும் வினைத்திறன் (efficiency) மிகவும் குறைவானது. வெளியிலிருந்து DNA ஐ உள்ளெடுக்கும் ஆற்றலான விருந்துவழங்கிக் கலங்களின் தேர்ச்சி அல்லது தகைமை (competency) பல்வேறு பரிகரிப்பு முறைகளால் (treatments) அதிகரிக்கப்படலாம். இவ்வாறு தயார்படுத்தப்பட்ட கலங்கள் தகைமைக் கலங்கள் (competent cells) எனப்படும்.
2. குறுக்குக் கடத்துகை (Transduction)
இது பற்றீரியம்விழுங்கிகள் (bacteriophages) விருந்துவழங்கிக் கலங்களைத் தொற்றும் தகவை அடிப்படையாகக் கொண்ட முறையாகும். தாவரங்கள் மற்றும் விலங்குகளைத் தொற்றும் வைரசுகளும் (viruses), அக்கலங்களினுள் உடலுக்கு வெளியிலுள்ள DNA ஐ விநியோகிப்பதற்குப் பயன்படுத்தப்படலாம். விருப்புக்குரிய பரம்பரையலகு (gene of interest), மாற்றியமைக்கப்பட்ட வைரசின் ஜீனோமுடன் (modified viral genome) இணைக்கப்பட்டு, புரதக் கப்சிட்டினுள் (protein capsid) பொதிசெய்யப்படுகின்றது. இந்த வைரசுத் துணிக்கையானது (viral particle) அதன் சாதாரண தொற்றுதல் செயன்முறையினூடாக மீளச்சேர்ந்த DNA ஐக் கடத்தும். கப்சிட் DNA ஐப் பாதுகாப்பதால், இம்முறையானது மாற்றத்தை விட (transformation) மிகவும் வினைத்திறனானது.
3. பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி (Gene Gun)
இம்முறையில் பொன் (gold) போன்ற பாரஉலோகமொன்றின் (heavy metal) சிறுதுணிக்கைகளால், விருப்புக்குரிய DNA இன் அதிக எண்ணிக்கை கொண்ட பிரதிகள் உறையிடப்படும் (coated). மாற்றம் செய்யப்பட வேண்டிய கலத்தினுள் இத்துணிக்கைகள் உயர்வேகத்துடன் சுடப்படும். இதற்குப் பயன்படும் உபகரணம் பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி (gene gun) ஆகும். இம்முறையானது தாவர மரபணுப் பொறியியலில் (plant genetic engineering) பயன்படுத்தப்படுகின்றது.
4. Agrobacterium மத்தியஸ்தம் வகிக்கும் மரபணு இடமாற்றம்
Agrobacterium என்பது தாவரங்களைத் தொற்றக்கூடிய ஒரு மண்வாழ் பற்றீரியா (soil bacterium) ஆகும்; அதன் தொற்றும் முறை மிகவும் சிறப்பானது. தொற்றினால் தாவரத்தில் ஒரு கழலை (tumour) ஏற்படுத்தப்பட்டு, அதனுள் பற்றீரியா வாழும். இந்நோய் நுனிக்காய்ப்பு நோய் (crown gall disease) என அழைக்கப்படும். கழலையில் காணப்படும் கலங்கள், Agrobacterium இன் ஒரு பிளாஸ்மிட்டின் துண்டத்தால் பிறப்புரிமையில் மாற்றம் செய்யப்பட்டவை. இந்தப் பிளாஸ்மிட் Ti (கழலை தூண்டும் / tumour inducing) பிளாஸ்மிட் என அழைக்கப்படும்.
இப் பிளாஸ்மிட்டின் ஒரு பகுதி தாவர ஜீனோமினுள் இடமாற்றப்படுவதால் அது இடமாற்றும் DNA அல்லது T-DNA (transfer DNA) எனப்படும். இயற்கையில் T-DNA, கழலை உருவாக்கத்தைத் தூண்டும் மற்றும் நோய்விளைவிக்கும் இயல்புடன் (pathogenicity) தொடர்பான பரம்பரையலகுகளைக் கொண்டிருக்கும். DNA இடமாற்றத்திற்கு உண்மையில் தேவைப்படுவது T-DNA இன் இடதுபக்க மற்றும் வலதுபக்க விளிம்புத் தொடரிகள் (left and right border sequences) மட்டுமே.
எனவே விஞ்ஞானிகள் T-DNA இலிருந்து உக்கிரமான பரம்பரையலகுகள் (virulent genes) உட்பட பெரும்பாலான பற்றீரியாவுக்குரிய பரம்பரையலகுகளை அகற்றிவிட்டு, இரண்டு விளிம்புத் தொடரிகளுக்கு இடையேயுள்ள இடைவெளியில் விருப்புக்குரிய பரம்பரையலகுகளை உட்புகுத்தியுள்ளனர். Agrobacterium அதன் தொற்றும் தகவினால் இம்மாற்றியமைக்கப்பட்ட T-DNA ஐத் தாவரக் கலங்களினுள் விநியோகிக்கும். உக்கிரமான பரம்பரையலகுகள் அகற்றப்பட்டமையால் தாவரக் கலங்கள் நோய்நிலைமைக்கு உள்ளாவதில்லை. இது T-DNA ஐ நிராயுதபாணியாக்குதல் (disarming the T-DNA) எனப்படும்.
முறைகளின் ஒப்பீடு (Comparison)
| முறை / Method | எந்திரவியல் / Mechanism | பயன்பாடு / குறிப்பு |
|---|---|---|
| மாற்றம் (Transformation) | தகைமைக் கலங்கள் சூழலிலிருந்து DNA ஐ நேரடியாக உள்ளெடுக்கும் | பற்றீரிய குளோனிங்; வினைத்திறன் மிகக் குறைவு |
| குறுக்குக் கடத்துகை (Transduction) | பற்றீரியம்விழுங்கி/வைரஸ் தனது தொற்றுதலினூடாக DNA ஐக் கடத்தும் | அதிக வினைத்திறன்; மரபணுச் சிகிச்சையில் பயன்படும் |
| பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி (Gene Gun) | DNA உறையிடப்பட்ட பொன் துணிக்கைகள் உயர்வேகத்தில் சுடப்படும் | தாவர மரபணு மாற்றம் |
| Agrobacterium மத்தியஸ்தம் | Ti பிளாஸ்மிட்டின் T-DNA தாவர ஜீனோமினுள் இடமாற்றப்படும் | தாவர மரபணுப் பொறியியலில் மிக பயனுள்ளது |
Methods of gene transfer
Credit: Wikimedia Commons · CC BY-SA 4.0
📖 மேலதிக தகவல் / More on Wikipedia →
Genetic Engineering
Amoeba Sisters
- தகைமைக் கலம் / Competent cell
- மாற்றப்பட்ட கலம் (transformed cell) / Transformed cell
- விருந்துவழங்கி / Host
- காவி / Vector
- மீளச்சேர்ந்த கலம் / Recombinant cell
பதில் / Answer
- புரதம் தொகுக்க / Synthesise protein
- சூழலிலிருந்து கலமென்சவ்வினூடாக DNA ஐ உள்ளெடுக்க / Take up DNA from surroundings through the membrane
- ATP தொகுக்க / Make ATP
- பிரிவடைய / Divide
- -
பதில் / Answer
- மிக அதிகம் / Very high
- மிகக் குறைவு / Very low
- 100% / 100%
- மாறாதது / Constant
- -
பதில் / Answer
- நிராயுதபாணியாக்கல் / Disarming
- தேர்ச்சி அல்லது தகைமை (competency) / Competency
- இடமாற்றம் / Translocation
- தொற்றுதல் / Infection
- -
பதில் / Answer
- தகைமைக் கலங்கள் (competent cells) / Competent cells
- கழலைக் கலங்கள் / Tumour cells
- விருந்துவழங்கி / Host cells
- மண்வாழ் கலங்கள் / Soil cells
- -
பதில் / Answer
- தாவரங்கள் / Plants
- பற்றீரியம்விழுங்கிகள் கலங்களைத் தொற்றும் தகவு / Bacteriophages to infect cells
- நொதியங்கள் / Enzymes
- பிளாஸ்மிட் / Plasmids
- -
பதில் / Answer
- பொன் துணிக்கை / Gold particle
- புரதக் கப்சிட் (protein capsid) / Protein capsid
- Ti பிளாஸ்மிட் / Ti plasmid
- கலச்சுவர் / Cell wall
- -
பதில் / Answer
- குறைந்த வினைத்திறன் / Less efficient
- மிகவும் வினைத்திறனானது / More efficient
- சமமானது / Equal
- வினைத்திறனற்றது / Inefficient
- -
பதில் / Answer
- பொன் துணிக்கை / Gold particle
- வைரஸ் வாகி (viral vector) / Viral vector
- மண்வாழ் பற்றீரியா / Soil bacterium
- கலச்சுவர் / Cell wall
- -
பதில் / Answer
- பொன் போன்ற பாரஉலோகத் துணிக்கைகள் / Gold-like heavy-metal particles
- மணல் / Sand
- பிளாஸ்மிட் / Plasmid
- வைரஸ் / Virus
- -
பதில் / Answer
- மெதுவாகப் பரவலால் / By slow diffusion
- உயர்வேகத்துடன் சுடுவதால் / By firing at high velocity
- தொற்றுதலால் / By infection
- மின்சாரத்தால் / By electricity
- -
பதில் / Answer
- மனித மரபணுச் சிகிச்சை / Human gene therapy
- தாவர மரபணுப் பொறியியல் / Plant genetic engineering
- பற்றீரிய குளோனிங் / Bacterial cloning
- வைரஸ் வளர்ப்பு / Virus culture
- -
பதில் / Answer
- வைரஸ் / Virus
- மண்வாழ் பற்றீரியா (soil bacterium) / Soil bacterium
- பூஞ்சை / Fungus
- தாவரம் / Plant
- நெமட்டோடு / Nematode
பதில் / Answer
- நுனிக்காய்ப்பு நோய் (crown gall disease) / Crown gall disease
- இலைச்சுருளல் / Leaf curl
- வேர் அழுகல் / Root rot
- பின்வெளிறல் / Yellowing
- -
பதில் / Answer
- pBR322 / pBR322
- Ti (கழலை தூண்டும்) பிளாஸ்மிட் / Ti (tumour-inducing) plasmid
- F பிளாஸ்மிட் / F plasmid
- YAC / YAC
- -
பதில் / Answer
- ori / ori
- T-DNA (இடமாற்றும் DNA) / T-DNA
- குறிப்பான் / Marker
- கப்சிட் / Capsid
- -
பதில் / Answer
- உக்கிரமான பரம்பரையலகுகள் / Virulent genes
- இடது மற்றும் வலது விளிம்புத் தொடரிகள் (border sequences) / Left and right border sequences
- கப்சிட் / Capsid
- ரைபோசோம் / Ribosomes
- -
பதில் / Answer
- ஒளிச்சேர்க்கை பரம்பரையலகு / Photosynthesis genes
- கழலை உருவாக்கம் + நோய்விளைவிக்கும் இயல்பு / Tumour-inducing + pathogenicity genes
- சுவாச பரம்பரையலகு / Respiration genes
- நீச்சல் பரம்பரையலகு / Motility genes
- -
பதில் / Answer
- கப்சிட்டினுள் / Inside the capsid
- இரண்டு விளிம்புத் தொடரிகளுக்கு இடையே / Between the two border sequences
- ori இல் / In the ori
- ரைபோசோமில் / In the ribosome
- -
பதில் / Answer
- குளோனிங் / Cloning
- நிராயுதபாணியாக்குதல் (disarming) / Disarming
- மாற்றம் / Transformation
- குறுக்குக் கடத்துகை / Transduction
- -
பதில் / Answer
- நோயுறுதல் / Become diseased
- நோயுறாமல் இருத்தல் / Not become sick
- இறத்தல் / Die
- பிரிவடையாமை / Stop dividing
- -
பதில் / Answer
- கலச்சுவர் / Cell wall
- விருப்புக்குரிய பரம்பரையலகு (gene of interest) / Gene of interest
- பொன் துணிக்கை / Gold particle
- ரைபோசோம் / Ribosome
- -
பதில் / Answer
- பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி / Gene gun
- Agrobacterium மத்தியஸ்தம் (Ti / T-DNA) / Agrobacterium-mediated
- மாற்றம் / Transformation
- எதுவுமில்லை / None
- -
பதில் / Answer
- விளிம்புத் தொடரி / Border sequence
- புரதக் கப்சிட் (capsid) / Protein capsid
- பொன் துணிக்கை / Gold particle
- ori / ori
- -
பதில் / Answer
- மாற்றம் + குறுக்குக் கடத்துகை / Transformation + Transduction
- பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி + Agrobacterium / Gene gun + Agrobacterium
- மாற்றம் + பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி / Transformation + Gene gun
- குறுக்குக் கடத்துகை + Agrobacterium / Transduction + Agrobacterium
- -
பதில் / Answer
- பொன் துணிக்கை / Gold particles
- விருந்துவழங்கிக் கலங்கள் (host cells) / Host cells
- வைரஸ் / Viruses
- மண் / Soil
- -
பதில் / Answer
- மாற்றம் / Transformation
- குறுக்குக் கடத்துகை / Transduction
- பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி / Gene gun
- மொழிபெயர்ப்பு (translation) / Translation
- Agrobacterium மத்தியஸ்தம் / Agrobacterium-mediated
பதில் / Answer
- Transfer-inducing
- Tumour-inducing (கழலை தூண்டும்)
- Ti-integrating
- Trans-infective
- -
பதில் / Answer
- குறிப்பான் பரம்பரையலகுகள் (marker genes) / Marker genes
- கப்சிட் / Capsid
- பொன் துணிக்கை / Gold particle
- ribosome / Ribosome
- -
பதில் / Answer
- அது பொன்னை உள்ளெடுக்கும் / It takes up gold
- அது தனது T-DNA ஐ தாவர ஜீனோமினுள் இயற்கையாக இடமாற்றும் / It naturally transfers its T-DNA into the plant genome
- அது வைரஸ் / It is a virus
- அது ஒளிச்சேர்க்கை செய்யும் / It photosynthesises
- -
பதில் / Answer
- மாற்றம் (transformation) எவ்வாறு நடைபெறுகிறது என விளக்கி, அதன் வினைத்திறன் குறைவாக இருப்பதை எவ்வாறு சமாளிக்கலாம் எனக் கூறுக. / Explain how transformation occurs and how its low efficiency is overcome. (3)
- குறுக்குக் கடத்துகை (transduction) மாற்றத்தை விட வினைத்திறனானது ஏன்? / Why is transduction more efficient than transformation? (2)
- பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கியின் (gene gun) எந்திரவியலைக் கூறுக. / Describe the mechanism of the gene gun. (2)
- Agrobacterium மத்தியஸ்த இடமாற்றத்தில் "T-DNA ஐ நிராயுதபாணியாக்குதல்" என்றால் என்ன? / What is meant by "disarming the T-DNA"? (3)
மாதிரி விடை / Model answer
(ஆ) DNA புரதக் கப்சிட்டினுள் பொதிசெய்யப்பட்டுப் பாதுகாக்கப்படுகிறது; வைரஸ் தனது சாதாரண தொற்றுதலினூடாக DNA ஐக் கடத்துவதால் வினைத்திறனானது. (2)
(இ) பொன் போன்ற பாரஉலோகத் துணிக்கைகள் DNA இனால் உறையிடப்பட்டு, உயர்வேகத்துடன் கலத்தினுள் சுடப்படும். (2)
(ஈ) T-DNA இலிருந்து உக்கிரமான பரம்பரையலகுகள் (கழலை + நோய்) அகற்றப்பட்டு, இரண்டு விளிம்புத் தொடரிகளுக்கு இடையே விருப்புக்குரிய பரம்பரையலகு உட்புகுத்தப்படுகிறது; இதனால் தாவரக் கலங்கள் நோயுறாது. (3)
விருந்துவழங்கிக் கலங்களினுள் வெளி DNA ஐ விநியோகிக்கும் முறைகளை அவற்றின் எந்திரவியல் + பயன்பாட்டுடன் விபரிக்க. / Describe the methods of delivering foreign DNA into host cells, with their mechanisms and applications.
விடைக் குறிப்புகள் / Answer outline
• குறுக்குக் கடத்துகை (transduction) — பற்றீரியம்விழுங்கி/வைரஸ் கப்சிட்டில் DNA பொதிசெய்யப்பட்டு தொற்றுதலினூடாகக் கடத்தும்; அதிக வினைத்திறன்; மரபணுச் சிகிச்சை.
• பரம்பரையலகுத் துப்பாக்கி (gene gun) — DNA உறையிடப்பட்ட பொன் துணிக்கைகள் உயர்வேகத்தில் சுடப்படும்; தாவரம்.
• Agrobacterium மத்தியஸ்தம் — Ti பிளாஸ்மிட்டின் T-DNA தாவர ஜீனோமினுள் இடமாற்றம்; நிராயுதபாணியாக்கல்; தாவர மரபணுப் பொறியியல்.
பதில் / Show answer
- Agrobacterium (தாவரம்), மரபணுத் துப்பாக்கி (gene gun).
- நுண்ஊசியேற்றம் (microinjection), மின்துளைப்பு (electroporation).
- இலக்கு கலத்திற்கேற்ப முறை தேர்வு.

