Előszó

A géntechnológia és fehérjemérnökség című elektronikus jegyzet elsősorban a mesterképzésben molekuláris szintű biológiát tanuló egyetemi hallgatók számára készült, de bármely, a rekombináns DNS technológia iránt érdeklődő hallgató, vagy már végzett kutató számára is hasznos információkat tartalmaz.

Mivel a jegyzet fő célközönsége mesterszintű képzésben tanul, feltételezzük, hogy az olvasó korábban már sikeresen elvégzett biokémia, genetika és mikrobiológia kurzusokat. Ezen tudás nélkülözhetetlen a jegyzetben leírt módszerek elméleti hátterének megértéséhez.

A jegyzet szerkezetét és tartalmát az ELTE-n idestova több mint húsz éve tanított géntechnológia tárgy oktatása során szerzett tapasztalatok alapján állítottuk össze. Ezúton fejezem ki köszönetemet ma már nyugdíjas kollégámnak, Szilágyi Lászlónak, aki sok évig oktatta a géntechnológia tárgyat, aki az elsők között alkalmazta a Biokémiai Tanszéken a géntechnológiai módszereket a kutatómunkájában, s akivel közösen alakítottuk ki a tárgy tematikáját. Mivel a jegyzetírásban közreműködő szerzőgárda minden tagja az ELTE Biokémia Tanszék fiatal munkatársa, ahol hagyományosan fehérjetudománnyal foglakozunk, ezért a könyv hangsúlyozottan „biokémikusi” szemléletre épül. Ebből a tényből adódik, hogy a fehérjetudományban általunk is használt géntechnológiai módszereket nagyobb részletességgel tárgyaljuk, viszont nem megyünk bele mélyen például a géntechnológiában nélkülözhetetlen mikrobiális és eukarióta sejttenyésztési módszerek részletezésébe. Szintén kevesebb teret szentelünk a molekuláris genetikai, funkcionális genomikai, molekuláris sejtbiológiai, molekuláris mikrobiológiai, virológiai, növénybiológiai és más molekuláris szintű biológiai kutatásokban alkalmazható „speciális” módszerek bemutatásának.

A jegyzet címe is a biokémikus szemléletre utal, hiszen a fehérjemérnökség a fehérjetudomány része. Ennek, a neve alapján alkalmazott tudományágnak a célja valamilyen szempontból jobb, hasznosabb fehérjék előállítása. De nem csak alkalmazott tudományról van szó, hiszen a fehérjék szerkezet-funkció összefüggéseinek vizsgálata ma már legnagyobb részt rekombináns fehérjékkel történik, és sokszor a fehérjeláncokat kódoló DNS szekvenciájának megváltoztatásán keresztül (in vitro helyspecifikus mutagenezissel) igyekszünk megérteni a fehérje biológiai szerepét – s módszertani megközelítésben ekkor is fehérjemérnökséget művelünk. A jegyzetnek nem célja egy szisztematikus „fehérjemérnökség” tárgy leírása, ezért nem foglalkozunk részletesen azokkal a konkrét „tervezett fehérjékkel”, amelyeket a géntechnológia ezen ága máig előállított. A hangsúly a fehérjemérnökséghez szükséges géntechnológiai eljárások leírásán lesz. Igen alaposan tárgyaljuk a rekombináns fehérjék előállításának lehetőségeit (expressziós rendszerek) és a szerkezet megváltoztatásának lehetőségeit (mutagenezis módszerek). Külön fejezetet szentelünk az irányított evolúció - izgalmas lehetőségeket megteremtő - módszereinek bemutatására. Bizonyos értelemben a fehérjemérnökség termékei azok az egyre nagyobb számban felhasználásra kerülő fehérjegyógyszerek is, amelyek előállításával, ha nem is részletekbe menően, de szintén foglalkozunk.

A géntechnológia a biotechnológiai iparág része. Nem tárgya a jegyzetnek a géntechnológia ipari alkalmazásainak mélyebb tárgyalása, mivel hangsúlyozottan a biológus kutatóképzésben résztvevő hallgatókat céloztuk meg. Ennek ellenére úgy véljük, hogy a vegyész, biomérnök, bionikai, orvosi és biotechnológia szakemberképzés területén is haszonnal forgatható jegyzetet kap kézhez az olvasó.

Elektronikus jegyzetről lévén szó, igyekeztünk az ebből a tényből adódó lehetőségeket kihasználni. A jegyzet nagyszámú kereszthivatkozás, internetes hivatkozást tartalmaz. Az utóbbiak segítségével az olvasó a jegyzet ismeretanyagát messze meghaladó, a tanulás hatékonyságát növelő további temérdek információhoz juthat hozzá. A módszerek gyakorlatban történő használhatóságát segíti a jegyzetbe integrált néhány videofilm, de ezt a célt szolgálja egyes módszerek praktikus szempontokat is megemlítő leírása. Jegyzetünk elméleti anyag tehát nem tartalmaz részletes gyakorlati „recepteket”, bár több helyütt hiperhivatkozások formájában ilyen weboldalakat is elérhet az olvasó.

Szerkezetét tekintve a jegyzet egy, a géntechnológia történetét a szűkebb értelemben vett molekuláris biológia (a nukleinsavak kutatása) történetével együtt felvázoló fejezettel kezdődik. A géntechnológia alapját jelentő molekuláris klónozás bemutatása után sorra vesszük a terület műveléséhez szükséges eszközöket és alapmódszereket. Bemutatjuk a DNS „manipuláció” enzimeit, a DNS molekulák szeparálásához szükséges elektroforézis technikákat, a nélkülözhetetlen hibridizációs és szekvenáló módszereket, a klónozáshoz használható vektorok típusait. Sorra vesszük a rekombináns DNS tervezésének egyes lépéseit, a klónozási stratégiákat, a DNS konstrukciók sejtbe juttatási módszereit (génbevitel), az in vitro DNS felszaporítást lehetővé tevő polimeráz láncreakció alapjait és felhasználási területeit. Tárgyaljuk a különböző génkönyvtárakat, bemutatjuk a genom projektek módszertani hátterét és néhány konkrét genom programot is (kiemelten a Humán Genom Programot). Igen alapos és részletes fejezet foglalkozik a géntechnológia műveléséhez szintén nélkülözhetetlen bioinformatika releváns területeivel és alkalmazásaival. A fehérjemérnökség tárgykörébe elsősorban az in vitro mutagenezist és az összes lehetséges expressziós rendszert (in vitro, prokarióta, eukarióta gazdasejtek, transzgenikus élőlények) ismertető fejezetek tartoznak. Külön fejezetet szentelünk az igen fontos ún. gén targeting (célzott génbeviteli) módszereknek, amelyek segítségével organizmus szinten módosíthatunk célzottan egy-egy gént (knock-out, knock-in technika), illetve a nem túl régen felfedezett RNS csendesítés jelenségét (knock-down) kihasználva tehetünk tönkre egy-egy mRNS molekulát. Szintén külön fejezet foglalkozik a transzgenikus élőlények előállításának hátterével, s néhány GMO példával a mikroorganizmusok, a növények és az állatok köréből - de nem próbálunk átfogó leírást adni erről a területről. Röviden bemutatjuk a ma még inkább jövőbeni alkalmazást jelentő génterápiás eljárások alapjait. Végül sort kerítünk a már említett irányított evolúciós módszerek bemutatására és ismertetünk néhány specifikus, a fehérjetudományban alkalmazott géntechnológiai ún. interakciós módszert is. Az egyes fejezetek végén a témához kapcsolódó néhány szakirodalmi forrást, további olvasnivalót sorolunk fel.

Bízunk benne, hogy az e-jegyzetünk eléri a megfelelő célközönséget, s mind egyetemi hallgatók, mind a géntechnológia iránt érdeklő szakemberek hasznosnak találják majd az elektronikus oldalak lapozgatását. Az egyik fő célunk, hogy a hallgatóink a Géntechnológia kurzus vizsgakövetelményét az e-jegyzet használatával könnyebben és eredményesebben teljesítsék. A másik fő célunk, hogy az olvasó ne csak elméleti háttéranyagként használja az e-jegyzetet, hanem a kísérleti munkájának megtervezéséhez és kivitelezéséhez is hasznosítható információkat találjon benne, legyen szó laboratóriumi gyakorlatokról, tudományos diákköri és szakdolgozati munkáról vagy géntechnológiai módszerek használatát megkívánó alap- és alkalmazott kutatási projektekről.

Budapest, 2013. május

Nyitray László, szerkesztő