Mimojaderná dědičnost 1. Charakteristika mimojaderné DNA 2. Charakter dědičnosti u různých organizmů 3. Aplikační oblasti organelové DNA Literatura 1. Brooker R.J. – Genetics, 2005. p.178 2. Snustad a Simmons – Genetika. Nakladatelství MU, 2009. 3. In: Buchanan B.B., Gruissem W., Jones R.L. (Eds.) Biochemistry and Molecular Biology of Plants, pp. 260– 310, American Society of Plant Physiologists, Rockville, Maryland, 2000. Jaderná genetická informace  Mendelistická dědičnost Mendelovy zákony  Předpověď fenotypu podle několika principů: 1) dominantní a recesivní vztahy alel, 2) genové interakce, 3) vliv pohlaví, 4) vazba genů. Nemendelistická dědičnost 1) maternální efekt, 2) epigenetická dědičnost, 3)mimojaderná dědičnost = cytoplazmatická dědičnost Mimojaderná dědičnost  Genetické složení mitochondrií a plastidů (charakteristika)  Způsob přenosu těchto organel (DNA, genů) na potomstvo  Příklady charakteru dědičnosti odlišné u různých organizmů 1) Genomy mitochondrií a chloroplastů jsou vyvinuté z endosymbiotických vztahů  1883 Andreas Schimper (1856-1901) - plastidy vznikly z endosymbiotického vztahu mezi cyanobakteriemi a eukaryotickou buňkou.  1922 Ivan Wallin (1883-1969) endosymbiotický původ mitochondrií  1967 Lynn Margulis (*1938) The Origin of Mitosing Eukaryotic Cells 1981 Symbiosis in Cell Evolution 2) Mitochondrie a chloroplasty obsahují kružnicové chromozomy s mnoha geny  r. 1951 Y. Chiba Barvení barvivem specifickým pro DNA Izolace organelové DNA Elektronová mikroskopie  70. a 80. léta 20. st. Sekvenování organelové DNA Rozmístění DNA v organele Počty nukleoidů a molekul DNA v organelách Druh Organela nukleoidy Celk počet molekul /organela DNA/organela ___________________________________________________ Tetrahymena mitoch 1 6-8 Obratlovci mitoch 5-10 Myš mitoch 1-3 5-6 Vyšší rostliny mitoch 20-40 Chlamydomonas chloropl 5-6 75 Euglena chloropl 20-34 100-300 Vyšší rostliny chloropl 12-25 asi 60 až 100 Struktura DNA Chloroplasty Jádro Mitochondrie 3) Přenos DNA do dceřiných buněk je náhodné a na potomstvo … Člověk dědičnost maternální Další poznatky Sekvenování organelové DNA Mitochondriální 6070 genomů eukaryot  Houby 321 genomů Saccharomyces cerevisiae, Schizosaccharomyces pombe, Candida albicans  Živočichové 5309 genomů Savci 758 genomů Caenorhabditis elegans, Danio rerio, Drosophila melanogaster, Xenopus laevis, Homo sapiens, Mus musculus, Macaca mulatta, Rattus rattus  Rostliny a řasy 277 genomů Chlamydomonas reinhardtii (zelená řasa), Arabidopsis thaliana, Beta vulgaris, Brassica napus, Carica papaya, Nicotiana tabacum, Oryza sativum, Triticum aestivum, Vitis vinifera, Zea mays http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse/?report=5 Chloroplastový 718 genomů eukaryot Rostliny 588 genomů Řasy 56 genomů http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genome/browse/?report=5 Velikost DNA Mitochondriální  Řasy a protista střední genom Saccharomyces 75 kb  Živočichové malý genom 16 – 17 kb (méně než 1% bakteriálního chromozomu)  Rostliny velký genom 200 – 2600 kb Chloroplastová  Řasy Chlamydomonas 200 kb  Rostliny 120 až 160 kb 4) Charakter dědičnosti organelové DNA - mutace 1908 Carl Correns – pigmentace u Mirabilis jalapa heteroplazmie Chloroplasty se dědí přes cytoplazmu vaječné buňky, ne přes cytoplazmu spermatických buněk. Dědí se náhodně. Dědičnost uniparentální Kvasinky Saccharomyces cerevisiae Boris Ephrussi (1901 -1979) Zakladatel mitochondriální genetiky „There are two kinds of genetics – nuclear and unclear“ Normální kolonie Petitové kolonie Typ dědičnosti Štěpení mendelistické Štěpení nemendelistické petity SEGREGUJÍCÍ petity VEGETATIVNÍ NEUTRÁLNÍ SUPRESIVNÍ Podílejí se jiné geny než jaderné Potomci získají standardní suprese mtDNA standardní funkce mtDNA Dědičnost biparentální Mutace v jaderných genech Mendelistické štěpení 1:1 (2:2) Plíseň chlebová Neurospora crassa 1952 Mary B. Mitchell a Hershel K. Mitchell Mutace poky = mi-1 (maternal inheritance) Pomalý růst kolonií wt x poky poky x wt kolonie wt kolonie poky Dědičnost uniparentální – maternální Molekulární podstata snížené mitochondriální funkce: defekty v mt genech pro cytochromy, které jsou nezbytné pro transport elektronů na vnitřní membráně Aska a askospory Zelená řasa Chlamydomonas 1954 Ruth Sager 2 pohlavní typy mt+ a mtMutace – rezistence ke streptomycinu smr citlivost ke streptomycinu sms Potomstvo: genetická informace rodiče mt+ genetická informace rodiče mt- degeneruje Dědičnost uniparentální Druh organela dědičnost ___________________________________________ Savci mitochondrie maternální Mlži mitochondrie biparentální S. cerevisiae mitochondrie biparentální Plísně mitochondrie obvykle maternální, Allomyces – paternální Chlamydomonas mitochondrie po rodiči mtChlamydomonas chloroplasty po rodiči mt+ Rostliny Angiosperma m. a plastidy maternální (u některých druhů i biparentální) Gymnosperma m. a plastidy obvykle paternální Způsob dědičnosti mitochondrií a plastidů se liší u různých druhů Molekulární organizace a genové produkty cpDNA 2 invertované repetice Velká oblast jednokopiových genů Malá oblast jednokopiových genů Molekulární organizace a genové produkty mtDNA Kukuřice Chlamydomonas Lidská mtDNA 16 569 pb 2 geny pro rRNA pro translaci 22 tRNA pro translaci 13 genů pro polypeptidy NADH dehydrogenáza (7 genů) Cytochrom C oxidáza (3 geny) ATP syntáza (2 geny) Cytochrom b (1 gen) Vlastní replikační aparát mitochondrií Replikace Transkripce Translace Aerobní oxidace – přenos elektronů mitochondriální mutace Aerobní oxidace – přenos elektronů mitochondriální mutace Aminokyseliny, mastné kyseliny a glukóza vstupují do mitochondrií a jsou oxidovány za tvorby acetyl CoA (acetyl koenzymA). Acetyl CoA vstupuje do Krebsova cyklu, kde probíhá oxidační kaskáda. Její výtěžek je vázán ve formě redukovaného koenzymu NADH (nicotinamid adenin dinukleoid). NADH přenáší své redukční ekvivalenty na 5 enzymových komplexů CI až CV. Silné šipky ukazují tok elektronů v respiračním řetězci, který probíhá na vnitřní mitoch. membráně. NADH dehydroge- náza Sukcinyl dehydro- genáza Cytochrom C oxidore- duktáza Cytochrom C oxidáza ATP syntáza Aerobní degradace 1glukóza = 38 molekul ATP Anaerobní glykolýza 2 molekuly ATP Aplikační oblasti organelové DNA Vzácné lidské choroby Forenzní vědy Chloroplastové genové inženýrství Samčí sterilita ve šlechtění rostlin Vzácné lidské choroby Mutace mtDNA a heteroplazmie Zygota získává velký počet organel prostřednictvím vajíčka Organely s mutací – černé Organely bez mutace – bílé Tkáně Organely se množí autonomně Dospelý jedinec má buňky s různou směsí normálních a abnormálních organel Heteroplazmie 10 až 20% V případě mutací způsobujících choroby mohou mít různé tkáně různé množství mutantní a normální mtDNA. Děti jedné matky tak mohou mít odlišné fenotypy v závislosti na množství mutantní mtDNA v jednotlivých tkáních Historie  1962 První zpráva o lidské chorobě v důsledku narušené energetické aktivity mitochondrií. Symptomy demence.  Souvislosti mezi poruchou energetické aktivity mitochondrií a degenerativními postiženími mozku, myokardu i kosterních svalů, ledvin a žláz s vnitřní sekrecí. Názor, že příčinou jsou mutace jaderných genů.  80. léta 20. st. prokázáno, že mutace mitochondriálních genů způsobují poruchy syntézy proteinů, jejichž prostřednictvím je tvořena H+-ATPáza. Důsledek narušení účinnosti komplexu respiračních reakcí, neboli tvorby energie v buňce.  Choroby způsobené dysfunkcí mitochondrií jsou popisovány až od roku 1988. Genetická klasifikace mitochondriálních chorob  Defekty v jaderné DNA Defekty v transportu a využití substrátu Defekty v importu proteinů Defekty v Krebsově cyklu Defekty v oxidačně-forforylačních krocích Defekty v respiračním řetězci  Defekty v mtDNA (genech) Velká přeuspořádání mtDNA – delece a duplikace Bodové mutace mtDNA = defekty v respiračním řetězci (viz. komplexy enzymů s podjednotkami kódovanými mtDNA  Defekty v komunikaci mezi mtDNA a jadernou DNA Tvorba opakovaných delecí mtDNA Ztráta mtDNA Defekty v respiračním řetězci (komplexy s podjednotkami kódovanými mtDNA)  Získané defekty mtDNA Toxiny Léčiva – zidovudin Stárnutí Typy genových defektů mitochondriálních chorob  Velká přeuspořádání mtDNA 1988 Holt a kol. koexistence normální a mutantní mtDNA s jednou velkou delecí (především) ve svalstvu pacientů. Diagnostika podle délky fragmentů mtDNA Ctr mtDNA standard P1 mtDNA standard + mtDNA s delecí (kratší fragment) P2, P3 vícenásobné delece P2 30 let P3 60 let = s věkem se zvyšuje množství mutantní mtDNA  Bodové mutace mtDNA Diagnostika - všechny tkáně včetně leukocytů Mutace genu pro 12S rRNA, nukleotid 1555, A-G. homoplazmie, hluchota. 22 genů tRNA – identifikována řada substitucí tRNA pro Leu, nt 3243 A-G Onemocnění MELAS Příznaky: opakované záchvaty mrtvice před dosažením 40 let, často již v dětství, demence, hluchota. Asi 1- 2% pacientů s diabetes mellitus má tuto bodovou mutaci v genu pro tRNA. Mutace v 22 genech mtDNA pro tRNA Analýza mtDNA Histologické preparáty svalových vláken (barvení na cytochrom c oxidázu a sukcinyldehydrogenázu) Sekvenování Amplifikace fragmentů mtDNA a restrikční analýza wt wt tRNA Prolin Důsledky mitochondriálního defektu Neurologické příznaky mitochondriálních chorob  Obrna okohybných svalů  Poškození zrakového nervu  Mozková mrtvice u mladého člověka  Křeče  Svalové poškození  Únava, neschopnost fyzické zátěže  Ataxie – porucha koordinace pohybů  Demence  Periferní neuropatie – potižení nervů vlivem nedostatečného cévního zásobování nervů  Kalcifikace bazálních ganglií Projevy poškození orgánů  Poruchy vedení srdečního vzruchu  Kardiomyopatie1  Diabetes mellitus  Šedý zákal  Laktátová acidóza2  Poškození ledvinných glomerulů  Poškození sluchu  Poškození jater  Poškození slinivky břišní  Intestinální pseudoobstrukce3  Epizodické zvracení  Pancytopenie4  Deprese 1Úbytek a ochabování příčně pruhovaného svalstva. 2Nadbytek kyseliny mléčné v séru. Laktát je syntetizován při anaerobní glykolýze a při oxidativním aerobním metabolismu je rychle odbouráván. Defekty mitochondrií vedou k poruchám oxidativního metabolismu a tím k hromadění laktátu. 3Poruchy vyprazdňování střeva 4Současný pokles všech typů krevních tělísek. Chronická externí oftalmoplegie CPEO  Genetický základ – bodové mutace v genech pro tRNA  Paralýza okohybných svalů (oftalmoplegie)  V pokročilejším stádiu i svalů dolních končetin  Mikroskopické vyšetření - svalová vlákna se jeví jako “potrhaná” Kearns-Sayrův syndrom KSS  Genetický základ - delece v různých pozicích mtDNA  V dětském věku - žádné symptomy, objevují se až v dospělosti (po 20. roku)  Ztráta vidění- choroba retinis pigmentosa. Sítnice nefunguje jak má – nejdříve jsou nefunkční okrajové buňky tyčinky (špatné vidění za šera, v noci). Později jsou zasaženy i čípky = zrakové buňky ve středu oka = narušení barevného viděni.  Ztráta sluchu  Srdeční choroby – vady  Demence, malý vzrůst  Ataxie  Čím větší je podíl mtDNA s delecí, tím rozsáhlejší jsou symptomy = neuromuskulární choroba Leberova dědičná oční neuropatie LHON  Mutace v mt genech pro respirační proteiny: ND1, ND2, ND4, ND5, ND6, CO1, cytb  Přes 50% případů je způsobeno v určité pozici genu kódujícího jednu podjednotku NADH dehydrogenázy  Postihuje oční nerv, náhlá ztráta zraku u jednoho nebo obou očí Průměrný věk ztráty vidění je 27 let  Srdeční dysrytmie  Výskyt vzácný 1:50000  Maternální dědičnost X většinou zjištěna u mužů, druh interakce genů vázaných na Xchromosom s mtDNA Leighův syndrom  Mutace genu ATPasa6 pro podjednotku mitochondriální ATP syntetázy  Projevy již v dětském věku, nemoc je letální:  Progresivní ztráta motorických a verbálních schopností  Postupná degenerace bazálních ganglií  Neurogenní svalová slabost Mitochondriová encefalomyopatie, laktátová acidóza MELAS  geny pro tRNA pro leucin a lysin Symptomy v dětském věku:  Pomalý vzrůst, záchvaty a zvracení.  Svalová slabost. Ochrnutí očních víček, poruchy sluchu a dýchání. Ztráta schopnosti řeči.  Poškození mozku (spongiózní degenerace), laktátová acidóza, křeče, mozková mrtvice u mladého člověka.  Duševní retardace, demence  Mutace současně příčinou cca. 1,5% případů diabetu - Langerhansovy ostrůvky nemají dostatek energie, ztrácejí schopnost tvorby inzulínu. Maternálně dědičná myopatie a kardiomyopatie MMC  Myopatie - skupina chorob projevující se postupným úbytkem a ochabováním příčně pruhovaného svalstva  Kardiopatie - trvalé poškození srdečního svalu, zbytnění a rozšíření komor a srdeční slabost Myoklonická epilepsie s “potrhanými” svalovými vlákny MERRF  Poruchy centrální nervové soustavy, kostry a srdeční činnosti  Epileptické křeče, svalové záškuby  Ataxie – nedostatečná koordinace svalů  Hluchota, demence  Při mikroskopickém vyšetření vypadají svalová vlákna jako “potrhaná”. MERRF  Mutace genu pro tRNA pro lysin, tranzice A-G  Tato záměna zněmožňuje plnou kapacitu translace mtDNA v organele, což vede krůzným projevům poruchy. RRF = ragged red fiber = potrhaná vlákna Diagnostika ve vzorku tkáně svalu po biopsii: RRF obklopují normální svalová vlákna. Ultrastruktura mitochondrií je změněna: jsou zvětšené, zvyšuje se jejich počet, mají defektní systém krist. Mitochondrial myopathy. Abnormal mitochondria. Neurogenní svalová ochablost s ataxií a retinis pigmentosa NARP  Neuromyopatie, ataxie a retinis pigmentosa degenerace retinálního neuroepitelu,  atrofie zrakového nervu  pigmentové změny na sítnici Získané poruchy mitochondriálního genomu  Postupné hromadění mutací mitochondriálního genomu s následnou poruchou funkce mitochondrií bylo označeno za možnou příčinu Alzheimerovy nebo Parkinsonovy nemoci a jiných degenerativních chorob stáří.  Mutace postihující gen pro tRNA řídící transport glutaminu je považována za příčinu vzniku asi 5% případů Alzheimerovy choroby v evropské populaci. AIDS  Antivirové přípravky = substráty virové DNA-polymerázy, zabudování do virového genomu, poruchy replikace viru  Vedlejší účinky léků na mtDNA  Lék zidovudin – u pacientů myopatie zalcitabin – neuropatie didanosin – zánět slinivky (u 23% pacientů)  Zabíjecí lék: fialuridin - hepatopatie (jaterní choroby)  Lamivudin – nezpůsobuje poškození mitochondrií, minimum nežádoucích účinků Mitochondrie a smrt buňky  Mitochondriální stárnutí  10x častější vznik mutací než v jaderné DNA  Nadbytek volných radikálů  Degenerativní choroby  Stárnutí organismu poruchy paměti, sluchu, zraku, pokles vitality a obranyschopnosti Mt DNA a forenzní vědy  Výhody  Vysoký počet kopií mtDNA (kvantita)  Nedochází k rekombinaci (stabilita)  Maternální dědičnost  Využití: rutinní analýzy mtDNA starých kostí, zubů, částí vlasů a chlupů (lidské i zvířecí)  Hypervariabilní oblasti  HV1 (nt 16024–16365) a HV2 (73–340) Analýza hypervariabilních oblastí mt genomu Využití Kriminalistika, genealogie, archeogenetika Mt DNA a cytoplazmatická samčí sterilita (CMS) u rostlin  CMS kódována mitochondriálním genomem  150 druhů, 20 čeledí  Kukuřice – 3 plazmotypy cmsT, cmsS, cmsC,  více jaderných genů obnovy Rf1, Rf2, Rf3, Rf4 až Rf8  Mt gen URF-13 tvoří aldehydy toxické pro mitochondrie buněk tapeta  Rf2 tvorba alkoholdehydrogenázy odstraňuje toxické látky Využití samčí sterility ve šlechtění  Výroba hybridního osiva  Heterózní šlechtění Klonované mitochondriální geny pro CMS u jednotlivých rostlinných druhů Chimérický charakter genů – obsahují sekvence z různých genů, i jaderných Chloroplastové genové inženýrství rostlin Historie  1980 První introdukce izolovaných chloroplastů do protoplastů  Biolistická metoda transformace (bombardování mikroprojektily)  1988 První plastidová transformace zelené řasy Chlamydomonas reinhardtii  Mutant v genu atpB po bombardování mikroprojektily s DNA wt atpB genu = introdukovaný gen opravil původní nefunkční gen atpB – gen pro podjednotku ATP syntázy  Úspěšná komplementace, stabilní integrace do plastidového genomu Plastidy rostlin jsou ideálními kandidáty pro genové inženýrství Výhody  1. Vysoká úroveň exprese plastidových genů  Kolik kopií každého genu je obsaženo v 1 buňce potenciálně transformované?  2. Maternální dědičnost  3. Absence pozičního efektu – viz způsob introdukce transgenů homologní rekombinací  4. Absence epigenetických vlivů – nedochází ke změnám v regulaci genů a k jejich umlčování Introdukce transgenů do cpDNA homologní rekombinací aadA – kóduje rezistenci k antibiotiku spektomycinu a streptinomycinu Inaktivace cp genu pro fotosyntézu Transformací (gen Rubisco) Bílé sektory – homoplazmie Regenerace rostlin po transformaci -organogeneze -somatická embryogeneze podmínky in vitro Místo začlenění transgenu až Tvorba funkčního proteinu  Poznatky plastidové genomiky – sekvenování cpDNA, nezbytnost pro tvorbu vektorů  Vektory pro transformaci – univerzální vektor neexistuje  Efektivní regenerace rostlin somatickou embryogenezí  Vyloučení genů pro antibiotika z vektoru  Stabilní integrace a stabilní exprese genu  Tvorba funkčního proteinu  Ekonomická produkce cizích proteinů ?Bezpečnost - rizika? Rezistence k antibiotiku u transgenních rostlin Sója Potomstvo F1 transgenní x wt wt x transgenní Praktické aspekty chloroplastového inženýrství Cíle Zlepšení agronomických vlastností  Rezistence k hmyzu  Rezistence k herbicidům  Rezistence k chorobám – původci bakterie, houby  Tolerance k suchu  Tolerance k zasolení  Fytoremediace Terapeutické proteiny Biomateriály Průmyslové enzymy Spektrum druhů  Tabák terapeutické proteiny  Mrkev jedlé vakcíny  Bavlník  Sója Rezistence k herbicidům Glyfosát  Totální herbicid, inhibuje enzym EPSPS nezbytný pro syntézu aromatických aminokyselin. Rostlina uhyne.  Transformace geny pro necitlivost ke glyfosátu: Gen EPSPS z bakterie obsahuje bodovou mutaci, proto není gen glyfosátem blokován. Funkce enzymu je zachována.  Chloroplastová transformace Petunia hybrida  Gen aroA mezi geny trnI a trnA v jedné IR  nebo rbcL a accD v LSC  Rezistence vůči 5 mM glyfosátu (10x vyšší než letální)  250x vyšší exprese ve srovnání s expresí v jaderném genomu Rezistence k hmyzu  Geny Cry pro hmyzí protoxiny z Bacillus thuringiensis. Toxické pro larvální stadia hmyzu.  Receptory v trávicím traktu hmyzu vážou specificky protoxiny – toxický účinek. Specifita = určitý gen Cry proti určitému druhu škodlivého hmyzu.  Transformace tabáku: gen Cry2Aa2 46% celkových proteinů chloroplastu (tsp – total soluble protein) Škůdce tabáku černopáska Transformace cpDNA tabáku Účinná exprese genů a účinná výsledná rezistence Rezistence k patogenům  MSI-99 syntetický analog magaininu-2, antimikrobiální peptid – izolovaný ze sekretů kůže drápatky vodní  Mechanizmus jeho působení:  vysoce specifický pro fosfolipidy přítomné ve vnější membráně bakterií a hub,  má destrukční účinek na membránu bakterií  lyze buňky = Účinný vůči širokému spektru mikroorganizmů  Transformace genem pro MSI-99  Vysoká účinnost exprese, dostatečná ochrana rostlin proti bakteriálním a houbovým patogenům Funkčnost antimikrobiálního proteinu MSI-99 u rostlin vůči patogenním mikroorganizmům Transgenní Netransgenní Tabák Rezistence k suchu Osmoprotektanta - nízkomolekulární látky regulující příjem a zadržování vody  Trehalóza Gen TPS1 – Trehalózofosfát syntáza  25x vyšší akumulace trehalózy než při jaderné transformaci 1 netransgenní rostliny 2 transgenní T1 3 transgenní T2 Test: 6% polyetylen glykol Netransgenní Transgenní Další testy se zálivkou Tolerance k solím Osmoprotektanta  Glycin betain se akumuluje v některých rostlinách po působení sucha nebo při vyšších koncentrací solí v půdě  Gen badh – enzym betainaldehyd dehydrogenáza přeměňuje toxický betainaldehyd na netoxický glycin betain  Účinnost: transgenní rostliny mrkve rostou při 400 mM NaCl (úroveň halofyt, 50x více betainu) Fytoremediace Rtuť Nejtoxičtější je organická rtuť Geny – pro bakteriální enzymy merA – reduktáza merB – lyáza Test pomocí vysoce toxického fenyl acetátu rtuti – PMA Bezpečné a cenově efektivní odstraňování toxických chemikálií z prostředí pomocí pěstování rostlin Transgenní rostliny rostou až do koncentrace 400 μM PMA. Transgenní Plastidy jako bioreaktory farmakologických látek Lidský somatotropin  Léčba trpasličího vzrůstu u dětí, Turnerova syndromu, chronického selhání ledvin  Gen hST  7% tsp Albumin lidského séra  Tvoří 60% proteinů krevního séra. Náhrada krve při traumatických stavech  Gen HSA  11,1% tsp Antimikrobiální peptidy  MSI-99  Efektivní i vůči lidským patogenům, efektivní i vůči bakteriím rezistentním k řadě léčiv (Pseudomonas aeruginosa)  Po transformaci tabáku buněčný extrakt účinný vůči rezistentním bakteriím  21,5% tsp Lidský interferon  Glykoprotein produkovaný bílými krvinkami jako odpověď na napadení organizmu virem.  Funkce jako léčivo při virových infekcích, leukemii i proti nádorům (ledvin, kůže, sarkomu, malignímu lymfomu, mnohočetným myelomům aj.)  Účinek – tlumí metabolismus některých buněk, tlumí projevy genů odpovědných za nádorovou přeměnu buňky  Transgenní tabák Interferon α 19% tsp IFNα2b léčba leukemických buněk Interferon γ 6% tsp Monoklonální protilátky  Imunoglobuliny (Ig)  Chrání tělo proti toxickým látkám a pronikajícím patogenům  Protilátka Guy´s 13 účinná vůči Streptococcus mutans  psbA regulační sekvence + gen Guy 13 – exprese IgA-G Studium problematiky na začátku Výhoda - cena Bioreaktory pro vakcíny  Vakcína cholery Gen - podjednotka toxinu cholery CTB β Původce Vibrio cholerae  Vakcína antraxu – snět slezinná, původce Bacillus anthracis  Vakcína moru Původce Yersinia pestis  Zvířecí vakcíny – psí parvovirus Využití Produkty ve fázi klinických testů Produkt Rostlina Lidský somatotropin léčba trpasličího vzrůstu u dětí tabák Turnerova syndromu Albumin lidského séra Náhrada krve při traumatických stavech tabák Dow AgroSciences Lidský interferon α 2b Funkce jako léčivo při virových infekcích, leukemii i proti nádorům okřehek Biolex Therapeutics Inc Pankreatická lipáza cystická fibróza doplněk stravy kukuřice Meristem Therapeutics Protilátka proti zubnímu kazu Planet Biotechnology Inc. tabák (CaroXTM) schváleno pro EU, ještě není na trhu Vakcína psích parvovirů Large Scale Biology Corp. tabák Komerční produkty na trhu Produkt Rostlina Avidin Prodigene kukuřice β-glukuronidáza Prodigene kukuřice Trypsin Prodigene kukuřice Lidský laktoferin Meristem Therapeutics kukuřice, rýže Lidský lysozym Ventria Bioscience rýže Lipáza Meristem Therapeitics kukuřice α-amyláza Syngenta kukuřice, tabák Další příklady mimojaderné dědičnosti Symbiotické infekční částice  Paramecium aurelium  Drosophila Symbiotické infekční částice Paramecium aurelium  40. léta 20. st Tracy Sonneborn  Symbiotické infekční částice kapa s vlastní DNA,100 až 200 na buňku  Toxin paramecin – kmen killer  Jaderný gen K determinuje odolnost k paramecinu  Reprodukce – pohlavní výměna konjugací Symbiotické infekční částice kapa Toxin paramecin – kmen killer Jaderný gen K determinuje odolnost k paramecinu Reprodukce – pohlavní výměna konjugací KK kk Drosophila melanogaster  Kmeny citlivé k CO2  Virové částice sigma Drosophila bifasciata  V cytoplazmě samiček symbiotický mikroorganizmus, letální pro samečky  V potomstvu pouze dcery při 21ºC a nižších B chromozomy a) Brachycome dichromosomatica (mitóza, 2 B a 2 mikro-B chromozomy) b) Secale cereale (metafáze, 2 B chromozomy) c) Secale cereale (metafáze I meiózy, 1 B chromozom, 7 bivalentů) d) Secale cereale (1. mitóza v pylovém zrnu, nondisjunkce B chromozomu) B chromozom – struktura B chromozom Secale cereale oblast nezbytná pro nondisjunkci Brachycome dichromosomatica a) B chromozom b) Mikro-B chromozom Secale cereale A 6 B chr 3 typy repeticí F mt DNA modrá cp DNA zelená repetice žlutá B Brachycome dichromosomatica 45S rDNA zelená C Crepis capilaris 45S rDNA červená telomery Ath zelená Evoluce vzniku B chromozomů 1. Duplikace a částečná duplikace A chr., přeuspořádání/translokace 2. Znemožnění párování A – B v meióze, vytváří se proto-B 3. Akumulace organelové DNA a fagmentů z A (genomická houba) amplifikace spec. sekvencí pro B chr. inaktivace sekvencí z A chr.