 |
 |
 |
 |
|
 |
 |
242
Генные технологии, часто называемые генной инженерией, родились в начале 70-х годов XX в.
под названием технологий рекомбинантных ДНК. Основная операция генной технологии
заключается в извлечении из клеток организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы
генов и соединение их с молекулами ДНК, способными проникать в клетки другого организма и
размножаться в них. На начальной стадии развития генных технологий получен ряд биологически
активных соединений – инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии объединяет
химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывает новые
пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства.
Заданные операции с фрагментами ДНК позволяют производить два вида белков: фермент
рестриктазу и ДНК – лигазу. Первый из них выполняет функцию катализатора при расщеплении
ДНК на определенные фрагменты нуклеотидов, а другой катализирует объединение двух
фрагментов ДНК. Например, рестриктаза Bam
H1 распознает двухцепочную последовательность
GGATCC и разрывает ее между двумя нуклеотидами G, т. е. производит разрыв цепи ДНК в
определенном месте, в результате чего образуются два отдельных фрагмента ДНК. Данные
фрагменты можно связать вместе с помощью ДНК-лигазы и получить таким образом
первоначальную двухцепочную последовательность нуклеотидов. ДНК-лигаза может встроить в
ДНК чужеродный фрагмент. Образовавшийся продукт называется рекомбинантной ДНК.
Чужеродный фрагмент вырезается из донорной молекулы. ДНК, в которую встраивается
чужеродный фрагмент, называется плазмидой. Если полученная таким образом конструкция
работоспособна, то происходит синтез РНК и в конечном результате – белка.
Основная цель генных технологий – видоизменить ДНК, закодировав ее для производства
белка с заданными свойствами. Современные экспериментальные методы позволяют
анализировать и идентифицировать фрагменты ДНК и генетически видоизмененной клетки, в
которую введена нужная ДНК. С их помощью целенаправленно осуществляются химические
операции над биологическими объектами, что и составляет основу генных технологий.
Генные технологии привели к разработке мощных методов анализа генов и геномов, а они, в
свою очередь, – к синтезу, т. е. к конструированию новых, генетически модифицированных
микроорганизмов. К 1996 году установлены нуклеотидные последовательности 11 разных
микроорганизмов, начиная от самой маленькой автономно размножающейся микроплазмы,
содержащей всего 580 тыс. нуклеотидных пар. Среди них – и промышленные штаммы, и те, геном
которых особо интересен для науки, в частности для обнаружения ранее неизвестных принципов
организации геномов и для понимания механизмов эволюции микробов. Промышленные
микробиологи в свою очередь убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей геномов
промышленных штаммов позволит «программировать» их на то, чтобы они приносили большой
доход.
Клонирование эукариотных, т. е. ядерных, генов в микробах и есть тот принципиальный метод,
который привел к бурному развитию микробиологии, фрагменты геномов животных и растений
для их анализа клонируют именно в микроорганизмах. Для этого в качестве молекулярных
векторов – переносчиков генов – используют искусственно созданные плазмиды, а также
множество других молекулярных образований для выделения и клонирования.
С помощью так называемых молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной
последовательностью нуклеотидов) можно быстро определять, скажем, заражена ли донорская
кровь вирусом СПИДа. А генные технологии, с помощью которых можно идентифицировать
некоторых конкретных микробов, позволяют пристально следить за их распространением,
например внутри больницы или при эпидемиях.
Генные технологии производства вакцин развиваются в двух основных направлениях. Первое –
улучшение уже существующих вакцин. Вакцины должны стать более эффективными, работать в
меньших дозах и не давать побочных эффектов. Идеал – это так называемая комбинированная
вакцина; сразу несколько вакцин в одной дозе. Второе направление – генные технологии
получения вакцин против тех болезней, при которых сам метод вакцинации еще не использовался;
это – СПИД, малярия, даже язвенная болезнь желудка и некоторые другие.
За последние годы генные технологии не только значительно улучшили эффективность
традиционных, природных штаммов – продуцентов, но и создали принципиально новые.
Например, у грибного штамма – продуцента антибиотика цефалоспорина увеличили число генов,
кодирующих экспандазу, активность которой задает скорость синтеза цефалоспорина. В итоге
выработка антибиотика возросла на 15–40% по сравнению с исходным штаммом.