Проекты

Создание растений-биосенсоров на тяжёлые металлы

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Биотехнология. Молекулярная биология. Генетика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Генетическая инженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1449
Предметы: Биология
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

Работа посвящена созданию растения, вырабатывающего флуоресцентный белок в ответ на загрязнение почвы тяжёлыми металлами.

Актуальность работы определяется тем, что загрязнение почв тяжёлыми металлами выходит на первое место среди всех видов загрязнений как по количественным показателям, так и по опасности для окружающей среды, и получение растительного маркера, отвечающего на загрязнение синтезом флуоресцентного белка, поможет вовремя диагностировать проблему и предотвратить её последствия.

Цель

Реализация первого этапа, а именно – создание генетического инструментария, который позволит осуществить перенос требуемых генов в растительный геном.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • Спектрофотометр
  • Центрифуга
  • Амплификатор
  • Термостат
  • Качалка лабораторная
  • Ламинарный бокс

Описание

Процесс создания целевой генетической конструкции можно разделить на два этапа:

– дизайн конструкции in silico

– создание конструкции с применением методов молекулярной биологии.

Для работы авторы выбрали бинарный вектор на основе плазмиды pCambia. В данном векторе уже находится ген флуоресцентного белка ZsGreen под контролем конститутивного промотора 35S вируса мозаики капусты. Мы решили заменить исходный промотор на prCdI19, который расположен на пятой хромосоме в геноме растения Arabidopsis thaliana. Нуклеотидную последовательность данного промотора взяли из базы данных NCBI (accession number CP002688). Во время дизайна конструкции продумали ход эксперимента: выбрали праймеры для клонирования и скрининга конструкций, подобрали рестриктные сайты.

На первом этапе выделили геномную ДНК Arabidopsis thaliana, которую далее использовали для наработки фрагмента ДНК, содержащего промоторную область CdI19. Дальше провели полимеразную цепную реакцию (ПЦР), используя праймеры, выбранные ранее (prCdl19 F HindIII, prCdl19 R KpnI), которые содержали на концах рестриктные сайты HindIII и KpnI, необходимые в дальнейшем для рестрикции. В результате ПЦР получили продукт, который отмечен на схеме (в тексте работы) как Amplified CdI19. При прямом клонировании амплифицированных вставок в большие плазмидные векторы (размерами более 10kb) часто возникают проблемы, поэтому решили сначала поместить промотор в небольшую плазмиду pSL1180 (3,4kb).

Далее провели реакцию рестрикции для ампликона и вектора pSL1180 по указанным рестриктным сайтам. В результате рестрикции на концах молекул формируются комплементарные липкие концы, которые затем сшиваются в реакции лигирования с образованием новой конструкции.

Результаты работы/выводы       

Создана генетическая конструкция, которая позволит получить генетически модифицированные растения, способные к индуцибельной экспрессии флуоресцентного белка в присутствии соединений тяжёлых металлов.

Перспективы использования результатов работы

В дальнейшем планируется генетически трансформировать растение методом агробактериальной трансформации с использованием нашего инструментария и изучить свойства полученных растений.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Московский физико-технический институт, Лаборатория геномной инженерии

Мнение автора

«Я очень признательна организаторам за то, что смогла поучаствовать в этой конференции. Я получила новый опыт, который поможет мне в будущей научной деятельности. Я была рада узнать мнение экспертов о моём исследовании. В ходе работы я получила очень много информации о генной инженерии, обрела навыки деятельности в научной лаборатории, и я хотела бы работать в этой области в будущем. Мой труд – это не просто интересный опыт. Он может помочь решить проблему загрязнения почвы, что важно для будущего нашей планеты»