Инструменты пользователя

Инструменты сайта


Боковая панель

2015:04:06:генетическая-инженерия

Генетическая инженерия

Генетическая инженерия ‒ методы молекулярной биологии и генетики, связанные с конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Хромосомный материал состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Биологи изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается получить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть.

На фото синяя гвоздика, созданная австралийской биотехнологической компанией Florigene – в белую гвоздику встроили ген петунии (Ars Electronica, Creative Commons)

История технологии

Термин «генетическая инженерия» появился в научной литературе в 1970 году, а генетическая инженерия как самостоятельная дисциплина ‒ в декабре 1972 г., когда биохимик П. Берг, генетик С. Коэн и биохимик Х. Бойер открыли метод принуждения бактерии производить чужеродные белки.

Ферменты генетической инженерии

Инструментами молекулярного манипулирования в генной инженерии являются ферменты. Эти ферменты работают в клетке, выполняя работы по репликации (удвоению) ДНК при делении клетки, репарации повреждений (восстановлению целостности молекулы), в процессах считывания и переноса генетической информации из клетки в клетку или в пределах клетки. Главное ‒ подобрать фермент, который выполнил бы поставленные задачи, то есть смог бы работать с определенным участком нуклеиновой кислоты.

Ферменты, применяемые в генной инженерии, лишены видовой специфичности, поэтому экспериментатор может сочетать в единое целое фрагменты ДНК любого происхождения в избранной им последовательности. Это позволяет генной инженерии преодолевать установленные природой видовые барьеры и осуществлять межвидовое скрещивание.

Ферменты, которые используют при конструировании рекомбинантных ДНК, можно разделить на несколько групп:

  • Элемент ненумерованного спискаферменты, с помощью которых получают фрагменты ДНК (рестриктазы);
  • ферменты, синтезирующие ДНК на матрице ДНК (полимеразы) или РНК (обратные транскриптазы);
  • ферменты, соединяющие фрагменты ДНК (лигазы);
  • ферменты, позволяющие осуществить изменение структуры концов фрагментов ДНК.

С помощью рестриктаз ген и вектор (биологическая структура, способная вносить чужеродный генетический материал в клетку) можно разрезать на кусочки. С помощью лигаз такие кусочки можно «склеивать», соединять в иной комбинации, конструируя новый ген или заключая его в вектор.

Применение в научных исследованиях

  1. Нокаут гена ‒ это метод молекулярной генетики, при котором из организма удаляют или делают неработоспособными определенные гены.
  2. Искусственная экспрессия ‒ добавление в организм гена, которого у него ранее не было. Этот способ генной инженерии также можно использовать для исследования функции генов.
  3. Визуализация продуктов генов ‒ используется, когда задачей является изучение локализации продукта гена.
  4. Исследование механизма экспрессии ‒ изучение условий экспрессии гена.

Споры гриба Эмерицелла лежачая покрыты тонким слоем гидрофобина – благодаря ему вода легко стекает с поверхности пор. Концерну BASF удалось встроить ген, ответственный за выработку гидрофобина, в бактерии кишечной палочки (BASF, Creative Commons)

Практическое применение

В настоящее время, синтезируя гены и вводя их в бактерии, получают ряд веществ, в частности гормоны и интерферон.

Интерферон – белок, синтезируемый организмом в ответ на вирусную инфекцию, изучают сейчас как возможное средство лечения рака и СПИДа. Понадобились бы тысячи литров крови человека, чтобы получить такое количество интерферона, какое дает всего один литр бактериальной культуры. Очень важную роль играет также получаемый на основе микробиологического синтеза инсулин, необходимый для лечения диабета. Раньше инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. Для получения 100 г кристаллического инсулина требуется 800‒1000 кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200‒250 грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. В 1978 году исследователи из компании Genentec впервые получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки. Этот инсулин не содержит белков бактерии Эшерихии коли, эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается.

Соматотропин ‒ гормон роста человека, секретируемый гипофизом. Нехватка этого гормона приводит к карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4–6 мг соматотропина в пересчете на конечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден и мог содержать медленно развивающиеся вирусы. Компания Genentec в 1980 году разработала технологию производства соматотропина с помощью бактерий, который был лишен перечисленных недостатков. В 1982 году гормон роста человека был получен в культуре бактерии кишечной палочки и животных клеток в институте Пастера во Франции, а с 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР.

Методами генной инженерии удалось создать и ряд вакцин, которые испытываются сейчас для проверки их эффективности против вызывающего СПИД вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).

Еще одно перспективное направление в медицине, связанное с рекомбинантной ДНК, – т.н. генная терапия. В этих работах, которые пока еще не вышли из экспериментальной стадии, в организм для борьбы с опухолью вводится сконструированная по методу генной инженерии копия гена, кодирующего мощный противоопухолевый фермент. Генную терапию начали применять также для борьбы с наследственными нарушениями в иммунной системе.

В сельском хозяйстве удалось генетически изменить десятки продовольственных и кормовых культур.

Генетически модифицированный рис в теплице бельгийской биотехнологической компании CropDesign (BASF, Creative Commons)

В животноводстве использование гормона роста, полученного биотехнологическим путем, позволило повысить удои молока; с помощью генетически измененного вируса создана вакцина против герпеса у свиней.

Генная инженерия у растений – рассказывает д.б.н. Алишер Тураев http://www.youtube.com/watch?v=rUJJR-kr7Wg

Генная инженерия – отчет уральских ученых http://www.youtube.com/watch?v=vDEiQDSTt4c

2015/04/06/генетическая-инженерия.txt · Последние изменения: 2015/04/06 16:36 (внешнее изменение)