מאלפי הגנים קובץ מחקרים בביוטכנולוגיה

1. מאלפי הגניםקובץ מחקרים בביוטכנולוגיה עריכה ועיצוב מצגת – תמי צור 2004

2. מאמר 2 –ביטוי רעלן של חיידק ה – Bt בצמחי טבק מקנה לצמחים עמידות נגד חרקים • עובד על פי המאמר: • Overexpresion of the Bt cry2A2 operon in chloroplasts leads to formation of insecticidal crystals • מאת דה קוסה, מוהר, מילר ודניאל, אוניברסיטת מרכז פלורידה, אורלנדו, ארה"ב.

3. תמצית • משימה: • קראו את תמצית המאמר • העתיקו במחברת את המושגים בשני טורים כך שבאחד יופיעו כל המושגים המוכרים לכם ובשני כל המושגים שאינם מוכרים לכם. • הסבירו בקצרה את המושגים המוכרים לכם. • מהו לדעתכם תפקיד התמצית במאמר?

4. מושגים שאינם מוכרים אופרון רעלן מושגים מוכרים צמחים מהונדסים כלורופלסטים רעלן גביש גן גנום ביצוע משימה / אדם, ברק, יערה ותום

5. מושגים שאינם מוכרים מושגים מוכרים צמחים מהונדסים – צמחים שעברו התערבות מדעית ב-DNA שלהם. אופרון – מספר גנים, המאורגנים תחת בקרה משותפת. לגנים תהליך משותף. רעלן – חלבון המשבש תהליכים. רעלן BT – חלבון שמתמוסס בקיבה של חרקים, נקשר לקולטנים אשר בונים את דופן המעי, דבר שגורם להרס שלהם ולשחרור החיידקים מהמעי לדם. גנום – המערכת המלאה של גנים הנמצאת באורגניזם מוגדר. מערכת זו נותנת את ההוראות לצמיחה, התפתחות ותפקוד של האורגניזם. ביצוע משימה / ארי, ירון ודורון

6. מושגים שאינם מוכרים מושגים מוכרים ביצוע משימה / כרמל, נטלי ובר גביש צמחים מהונדסים רעלן אופרון= מספר גנים המאורגנים תחת בקרה משותפת. גנום= המערכת המלאה של גנים הנמצאת באורגניזם כלשהו. גרעין= החלק של התא המכיל את הכרומוזומים, ומופרד מן הציטופלזמה ע"י קרום כפול. כלורופלסט= אברון תאי בתאים צמחיים שבו מתבצע תהליך הפוטוסינתזה.

7. מושגים שאינם מוכרים אופרון רעלן חיידק מושגים מוכרים צמחים מהונדסים כלורופלסטים רעלן גביש גן גנום ביצוע משימה / ריכוז כתתי

8. תפקיד התמצית במאמר • ליצור עניין אצל הקורא להמשך קריאת המאמר. • למסור את הרעיון המרכזי של המאמר. • להביא בפני הקורא בקיצור את תוכן המאמר כולל שיטות העבודה ותוצאות המחקר.

9. מבוא משימה – קראו את המבוא וענו על השאלות הבאות, תחילה במחברת ולאחר מכן במצגת. שמרו את המצגת בשמותיכם באנגלית. • מהם ההבדלים העקרוניים בין גביש רעלן Bt לרעלן Bt מסיס, מבחינת הפגיעה שלהם בחרקים? • חוקרים מכירים מספר זנים של חיידקי בצילוס היוצרים רעלנים דומים אך לא זהים. נמצא שכל זן פוגע במיני חרקים שונים. • שערו מה יכול להיות ההסבר לתופעה זו • איזה עקרון ביולוגי מודגם בתופעה זו? • תנו דוגמאות נוספות לחומרים שנקשרים לקולטנים הנמצאים על פני קרום התא. • אופרון הוא יחידה של כמה גנים המתבטאים תחת בקרה אחת. ניתן להחדיר את אופרון רעלן ה – Bt שמקורו בחיידק הבצילוס לגנום הכלורופלסט אך לא לגנום גרעין תא הצמח. כיצד מסבירה התאוריה האנדוסיבמיוטית עובדה זו?

10. תשובות למשימה/ רוני, מיכל ואריק 1. החלבון של הרעלן BT בצורתו הגבישית אינו רעיל ואינו פוגע בחרקים אולם הרעלן הBT המסיס הורס את מערכת העיכול שלהם והורג אותם. 2. א) לחיידקים רעלנים שונים יש DNA שונה ולכן הם פוגעים בחרקים ממינים שונים. ב) העיקרון הביולוגי שנמצא מאחורי התופעה הוא התאמה בין מבנה הDNA של החיידק לבין תפקידו. ג) הורמונים חלבוניים 3. התאוריה האנדוסימביוזית מסבירה זאת בכך שביטוי הגן יתרחש רק בתאים ירוקים.

11. תשובות למשימה/שיר, סתיו ואור • 1. ההבדל העקרוני בין גביש הרעלן Bt לבין רעלן הBt המסיס הוא שגביש הרעלן מתמוסס רק בסביבה בסיסית הנמצאת בדרך כלל בקיבה של חרקים ממשפחת הפרפרניים ולכן פוגע רק בהם בעוד הרעלן המסיס מסוגל לפגוע במגוון רחב יותר של יצורים. • 2. א. ההסבר לתופעה עשוי להיות כי השוני בזני החיידקים משפיע על הסביבה בה מתמוסס גביש הרעלן, וכך כל גביש רעלן יפגע בחרקים שונים שבקיבתם תנאים שונים. • ב. הבסיס הביולוגי להשערה זו הוא קיום מגוון המינים וההתאמה של כל זן לסביבה מסוימת בעקבותיה נתוניו שונים מזנים שונים בני אותה משפחה. • ג. דוגמאות נוספות :הורמונים חלבוניים, הגדולים מכדי להיכנס אל תוך התא. • 3. מכיוון שבכלורופלסטים יש מאפיינים פרוקריוטיים (על פי הסברה כי הכלורופלסט היה חיידק שחי בסמביוזה עם הצמח בעברו) הרבה יותר קל להחדיר את הרעלן אל הכלורופלסט כיוון שאין צורך לחדור את הגרעין וכו'.

12. תשובות למשימה/ארי, ירון, דורון • גביש רעלן Bt בצורתו הגבישית אינו רעיל. אך כאשר הוא נמס סביבה בעלת רמת חומציות בסיסית PH9 הוא נקשר לקולטנים אשר בונים את המעי. ה-BT הורס אותם דבר שגורם לחיידקים להשתחרר מהמעי לדם. • א- אפשרי שסוגי הרעלן השונים מתמוססים ברמות חומציות שונות או שמיוחדים לקולטנים של החרק הספציפי. ב-העיקרון הביולוגי הבא לידי ביטוי הוא: התאמה בין מבנה לתפקיד. ג- הורמונים לא מסיסים בשומן. 3. התיאוריה האנדוסימביוטית (אנדו – פנימי, סימביוזה- יחסי גומלין של שיתוף פעולה) מסבירה את יכולתו של האופרון לפעול בכלורופלסט מאחר שהוא מסוגל לפעול רק בתאים ירוקים, לכן הוא לא יוכל לפעול בגרעין.

13. תשובות למשימה/ דור, ראם, דניאל ומתן • 1. ההבדל העקרוני בין גביש רעלן Bt לרעלן Bt מסיס הוא שרעלן ה-BT בצורתו הגבישית איננו רעיל אך כשהוא מתמוסס בסביבה הבסיסית הוא הופך לקטלני למערכת העיכול. • 2. א. זנים של חיידקי בצילוס יוצרים רעלנים שונים המתמוססים ברמת pH שונה המצויה במערכת העיכול של חרקים שונים. • ב. התאמה של רעלנים שונים לחומציות מערכת העיכול של החרקים שמפניהם הם מתגוננים. • ג. כאשר הורמון חלבוני נקשר לקולטן על הקרום. • 3. קיימת הנחה לפיה הכלורופלסט היה תא עצמאי אשר "נבלע" ע"י תא אחר, ובגלל שהוא פרוקריוטי אפשר להחדיר את גן הרעלן ל-DNA שלו, בעוד שה-DNA של תא הצמח מרוכז בגרעין אליו לא ניתן להחדיר את הרעלן.

14. תשובות למשימה/אדם, תום, יערה 1. גביש רעלן ה -Bt אינו רעיל, ומצבו גבישי. • הרעלן המסיס הוא במצב צבירה נוזל, ונקשר לקולטנים המצויים על גבי תאי דופן המעי, ופוגע בהם. 2. א. הסבר לתופעה זו יכול להיות בכך שכל זן פוגע במיני חרקים שונים, בהתאם לקולטנים הספציפיים להם. ב. העקרון הביולוגי הוא התאמה בין הרעלן לקולטני דופן המעי. ג. חומרים נוספים אשר נקשרים לקולטנים בדופן התא הם הורמונים אשר אינם חודרים את קרום התא. 3. לכלורופלסט גנום שונה מהגנום אשר בגרעין התא. הסברה הרווחת כיום היא שאברון הכלורופלסט נוצר כתוצאה מסימביוזה בין חיידק קדום לבין תאי הצמח. האופרון נקלט טוב יותר בגנום הכלורופלסט מאשר בגנום התא, אולי משום שמקור הכלורופלסט בחיידק פרוקריוטי.

15. נבג של חיידק ה – Bt ובצמוד לו גביש של חלבון רעלן ה - Bt

16. שיטות זחלים ובוגרים של חרקים שונים

18. איור סכמתי המתאר יצירת צמח טבק מהונדס בעל עמידות לחרקים המכיל את אופרון רעלן ה – Bt בגנום הכלורופלסטים

21. כלי - בארית ארבעת השלבים לקביעת ריכוז חלבון הרעלן Bt ובאמצעות ELISA ציפוי –דופנות הבאריות מצטפות בנוגדנים שהוספו. מיצוי העלים מכיל את חלבון הרעלן.

22. הרעלן מתקשר עם אתר מתאים בנוגדן הוספת נוגדן שניוני כדי לכמת את כמות חלבון הרעלן שנקשר לנוגדן

23. הנוגדן השניוני מחובר לאנזים כמות הצבע היא ביחס ישר לכמות חלבון הרעלן שנקשר נם הוספת הסובסטראט יופיע צבע http://www.sumanasinc.com/webcontent/anisamples/molecularbiology/ELISA.html

24. שיטות • משימה:קראו את שיטות העבודה המתוארות במאמר וענו במחברת. • הגן לעמידות מקנה עמידות כנגד סוג מסוים של אנטיביוטקה, הפוגעת באופן ייחודי בסינתזה של חלבונים בכלורופלסט. הסבירו כיצד לדעתכם תשפיע אנטיביוטיקה זו על התפתחותם של תאי קלוס לא עמידים לאנטיביוטיקה זו, לצמח בוגר. • מהו העקרון הביולוגי שעל פיו פותחה שיטת ה – ELISA? ציינו שני תהליכים נוספים הממחישים אותו עיקרון. • כאשר אדם נדבק בנגיף ה – HIV (איידס), ניתן לאתר בדמו נוגדנים כנגד הנגיף. לאיתור הנוגדנים ניתן להשתמש בשיטת ה – ELISA. על שולחנכם הונחו מס' צלחות פלסטיק המשמשות בשטת ה – ELISA. בצלחת 1 הבאריות מכוסות בחלבון אלבומין, בצלחת 2 הבאריות מהוסות בנוגדן כנגד הנגף, בצלחת 3 הבאריות מכוסות בחלבון שמקורו במעטפת הנגף. עליכם לבחור בצלחת המתאימה כף שתוכלו לאתר בדם הנבדק נוגדנים כנגד נגיף ה- HIV, נמקו את בחירתכם.

25. תוצאות ריכוז חלבון רעלן ה – Bt בעלים של צמחי טבק מהונדסים(שימו לב לשנתות בציר Y( צמחים מהונדסים כך שאופרון ה - Bt נמצא בכלורופלסט צמחים מהונדסים כך שהגן לרעלן Bt נמצא בגרעין

26. התבוננות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים חודר בחתכים של תאיםבעלים של צמחי טבק מהונדסים ושל צמחי טבק שאינם מהונדסים באיור = 500 ננומטר (1 – נ = 10-9מ') באיור = 2250 ננומטר (1 – נ = 10-9מ') באיור = 500 ננומטר (1 – נ = 10-9מ') כלורופלסט בעלה טבק לא מהונדס, לא ניתן לזהות רעלן מסיס או גבישים. חתך בתא של צמח טבק מהונדס המכיל אופרון רעלן ה – Btבכלורופלסטים. המעויינים הכהים זוהו כגבישי רעלן. חתך בכלורופלסט בצמח טבק מהונדס המכיל את הגן לרעלן בגרעין. הנקודות השחורות מציינות מיקום הרעלן בתא.

30. תוצאות • משימה – • התבוננו בגרפים המתארים את ריכוז חלבון רעלן ה – Bt בעלים השונים. • נסחו את שאלת המחקר ציינו מהו המשתנה התלוי ומהו המשתנה הבלתי תלוי. • הסבירו מדוע בחרו החוקרים להציג את התוצאות בגרף עמודות. • כתבו את שאלת המחקר לתוצאות המופיעות בטבלה / עמ' 97 . ציינו את המשתנים השונים (שימו לב! בשאלת המחקר יש יותר ממשתנה בלתי תלוי אחד).

31. דיון • משימה – • גרגר האבקה בצמחים מפרה את הביצית ליצירת עובר. גרגר האבקה נושא מידע תורשתי של צמח האם אך כמות ציטופלסמה מועטה ולכן ברוב הצמחים אינו מכיל אברונים. בצמחים מהונדסים קיימת סכנה שהתכונה הזרה תועבר לצמחים לא מהונדסים באמצעות האבקה. א. מה הסכנה במעבר ת כונה זרה באמצעות גרגרי אבקה לצמחים אחרים? ב. באיזה צורה הכנסת הגן לכלורופלסטים מהווה מענה לסכנה זו?