1
Genové inženýrství se zabývá vytvářením pozměněných či nových
genů nebo přípravou nových („nepřirozených“) kombinací genů a
jejich zaváděním do genomu organizmů s cílem rekonstruovat jejich
genetickou výbavu a vytvářet tak geneticky modifikované anebo
transgenní organismy.
Metodickým základem genového inženýrství jsou manipulace
s DNA in vitro (klonování genů a jejich úpravy) a cílené změny
genetické informace prováděné in vivo
Definice genového inženýrství
Aplikace GI: moderní (molekulární) biotechnologie
2
1. Osnova přednášky, definice genového inženýrství a jeho stručná historie,
studijní literatura. Optimalizace exprese klonovaných genů (faktory ovlivňující
expresi genů v cizích hostitelích; úroveň transkripce, translace, export proteinů)
2. Mutageneze in vitro (metody založené na restrikčních místech, metody založené
na mutagenních oligonukleotidech, kazetová mutageneze, využití
modifikovaných tRNA)
3. Klonování genů v grampozitivních bakteriích
4. Klonování genů v kvasinkách
5. Klonování genů v rostlinách, příprava transgenních rostlin
6. Klonování genů v živočišných buňkách, vektory pro přenos genů do savčích
buněk, selekční markery pro vyhledání klonů obsahujících cizorodou DNA
7. Vnášení genů do zárodečných buněk myší, příprava transgenních savců
8. Cílená exprese cizorodých genů v buňkách a tkáních vyšších organismů
9. Opravy dědičných defektů u zvířat metodami genového inženýrství
10. Editace genomů in vivo, meganukleázy, systémy CRISPR/Cas
11. Příprava farmakologicky významných látek v prokaryotických a eukaryotických
organismech. Využití metod rekombinantní DNA k přípravě vakcín a protilátek.
Identifikace produktů rekombinatních genů.
12. Pravidla pro práci s geneticky modifikovanými organismy, novelizovaný zákon
78/2004 Sb., rizika přípravy GMO. Povinné školení pro studenty.
Genové inženýrství (sylabus přednášky 2020)
3
• Watson J.D. et al., Recombinant DNA, 2nd ed., W.H.Freeman, New York 1992.
• Old R.W., Primrose S.B., Principles of gene manipulation. An introduction to
genetic engineering. Blackwell Science, 1995. 5. vydání.
• Strachan T., Read A.P. Human Molecular Genetics, 3. Vydání. Garland Science,
London 2004. 4. vydání 2011.
• Glick B.R., Pasternak J.J. Molecular Biotechnology, 3. vydání, ASM Press,
Washington 2003. 4. vydání 2017
• Reece R. Analysis of Genes and Genomes. Wiley 2004
• Primrose S.B.,Twyman R.M. Principles of gene manipulation and genomics.
Blackwell Publ., 2006, 7. vydání.
 Snustad D.P., Simmons M.J.: Genetika (překlad originálu Principles of
Genetics), MU Brno, 2009, 2017
 Kun, L.Y.: Microbial biotechnology, principles and applications. 3rd
Edition,World Scientific, Singapore, 2013.
• Základní metody: Šmarda J. a kol.: Metody molekulární biologie, Brno, 2005.
• Internetové zdroje, přehledové články
• IS muni.cz
Doporučená literatura
4
Ve výzkumu: studium struktury, funkce a exprese genů (genomů)
V praxi (Moderní biotechnologie):
1. Příprava látek významných v lékařství, zemědělství a průmyslu
• vnášení cizorodých genů do nepříbuzných organizmů a získávání
produktů ve velkém množství – překonání reprodukčních barier
2. Příprava látek s novými vlastnostmi pozměňováním stávajících
genů nebo vytvářením nových genů – enzymy, protilátky, vakcíny aj.
3. Pozměňování a zlepšování vlastností organizmů - vytváření geneticky
modifikovaných n. transgenních organismů (GMO)
• příprava mikroorganizmů pro biotechnologie,
• zvyšování výnosů kulturních rostlin a užitkovosti hosp. zvířat
(odolnost vůči chorobám, škůdcům nebo zevním vlivům,
produkce cizích látek v tělech rostlin a zvířat)
• genové terapie
Využití genového inženýrství
5
• Identifikovat geny a stanovit jejich funkce
• Izolovat geny a cíleně je in vitro (in vivo)
pozměňovat
• Přenést vhodným způsobem upravené geny do
původních nebo jiných (nepříbuzných) organismů
a zajistit jejich expresi (heterologní expresní
systémy)
Předpoklady pro cílené genetické manipulace
6
Poznání základních procesů přenosu genetické informace
1970 – izolace prvního restrikčního enzymu
1972 – příprava prvních rekombinantních molekul DNA in vitro
1973 – začátek klonování genů
1975 – Asilomarská konference, moratorium NIH (1976)
1976 – první pravidla práce s rekombinantní DNA
1977 – první rekombinované molekuly DNA nesoucí savčí geny
1977 – zavedení metod sekvenování DNA
1978 – příprava lidského inzulinu v bakteriích
(od r. 1982 vyráběn komerčně), založení fy Genentech
zavedení technik mutageneze in vitro – proteinové inženýrství
příprava transgenních organismů (bakterie, kvasinky,rostliny,
živočichové)
1980 – první pokusy o genovou terapii
1997 – klonování živočichů
~2000: zavedení technik editace genomů
Etapy vzniku a vývoje genového inženýrství