СОР № 1 Биология 10ЕМН класс Биотехнология / Применение ПЦР. Значение полимеразной цепной реакции в криминалистике, при установлении отцовства, медицинской диагностике, персонализированной медицине, клонировании генов, секвенировании ДНК, мутагенезе.

Назад
Биология - 10ЕМН класс, Русский 🇷🇺 4 четверть

Биотехнология / Применение ПЦР. Значение полимеразной цепной реакции в криминалистике, при установлении отцовства, медицинской диагностике, персонализированной медицине, клонировании генов, секвенировании ДНК, мутагенезе.

Задание:

1. Групповая работа. Напишите рецепт ПЦР. Вы хотите изучить ген и нуждаться в 1 млрд копий для анализа. Напишите ход получения ДНК. Сначала укажите необходимые ингредиенты. Затем перечислите шаги, чтобы сделать 1 миллиард молекул ДНК. Используйте столько шагов, сколько вам нужно, и обязательно выделите ингредиенты, действующие на каждом шагу.

2. ПЦР является важной методикой с множеством применений на Земле. По каждому сценарию на Международной космической станции (МКС) объясните как ПЦР может помочь ответить на вопрос.

Сценарий 1: Командир вашей миссии заболел. Вы подозреваете, что у них инфекционный мононуклеоз, вызванный вирусом Эпштейна-Барра (EBV). Вам необходимо проверить командира для EBV, как бы вы могли разработать план лечения. Сценарий 2. Ученые недавно обнаружили ген, HLP, который помогает защитить организм от нежелательной гибели клеток. Ген HLP содержит повторяющуюся область, где последовательность GACATC повторяется в среднем 18-20 раз у людей. Однако было показано, что этот регион особенно восприимчив к мутации; количество повторов может увеличивать или уменьшать изменение общей длины гена. Исследования в стволовых клетках человека показали, что увеличение
Ингредиенты: 1. Ваш ген 2.

Инструкция: 1. Положите ингредиенты в пробирку для ПЦР и перемешайте 2. Поместите пробирку в термоцикл 3.

Поместите…
количества повторов выше 25 дает клеткам раковые свойства. Вы хотите знать, где эта область HLP чаще мутирует в человеческих стволовых клетках, выращиваются на борту МКС, или в человеческих стволовых клетках, выращенных на Земле. Что Вы сделаете для этого.

Время: около 1 часа. Порции: 1 миллиард молекул ДНК.

Опишите роль ПЦР в:

а) таксономии b) медицине c) криминалистике

Решение:

1.Компоненты реакции Для проведения ПЦР в простейшем случае требуются следующие компоненты:.

  • ДНК-матрица, содержащая тот участок ДНК, который требуется амплифицировать.
  • Два праймера, комплементарные противоположным концам разных цепей требуемого фрагмента ДНК.
  • Термостабильная ДНК-полимераза фермент, который катализирует реакцию полимеризации ДНК.
  • Дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ).
  • Ионы Mg2+, необходимые для работы полимеразы.
  • Буферный раствор, обеспечивающий необходимые условия реакции рН, ионную силу раствора.

В обычной реакции ПЦР используется пара праймеров, которые «ограничивают» амплифицируемый участок с двух сторон, связываясь с противоположными цепями ДНК-матрицы. Для многократного увеличения количества копий исходной ДНК нужна цикличность реакции. Как правило, каждый из последовательно повторяющихся циклов ПЦР состоит из трех этапов:

  1. денатурации, или «плавления» ДНК, когда двухцепочечная ДНК под действием высокой температуры переходит в одноцепочечное состояние;
  2. связывания (отжига) праймеров с матричной ДНК;
  3. элонгации, или удлинения цепи.

Смена этапов каждого цикла осуществляется путем изменения температуры реакционной смеси. Сначала праймеры могут связаться только с определенной последовательностью исходной ДНК, но в последующих циклах они связываются с копиями этой последовательности, синтезированными в предыдущих циклах. При этом количество основного продукта ПЦР (копии последовательности ДНК, ограниченной праймерами) теоретически удваивается в каждом цикле, то есть растет с числом циклов экспоненциально.

Опишите роль ПЦР в:

а) таксономии: ПЦР-анализ характеризуется универсальностью и может быть применен для типирования любых бактерий. При этом одна и та же система анализа может быть успешно использована при исследовании различных таксономических групп. Благодаря высокой чувствительности ПЦР позволяет проводить эпидемиологические исследования трудно культивируемых и некультивируемых микроорганизмов.

b) медицине: Точная диагностика различных инфекций, наследственных и онкологических заболеваний, установление отцовства и даже клонирование генов.

c) криминалистике: С помощью ПЦР можно амплифицировать, то есть увеличить количесвто ДНК в несколько тысяч, а то и больше раз. Если на месте проишествия находят биоматериал, но в малом количестве то можно амплифировать биоматериал для дальнейших изучений.