Полная версия

Главная arrow География arrow БИОЛОГИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Новейшие методы

1. Клеточная инженерия — выращивание организма из отдельной клетки или кусочка ткани.

Полезный результат: первые успешные опыты по выращиванию цельного организма из отдельной клетки (клеток) — клонирование — открывают широкие возможности для масштабного «тиражирования» особо ценных сортов растений и животных.

2. Хромосомная инженерия — целенаправленная перестройка структуры хромосом (удаление, перестановка, включение определенных участков), пересадка хромосом.

Полезный результат: предложены новые методические подходы к сознательному преобразованию клеточного генома, на базе которых в будущем могут быть разработаны эффективные приемы коррекции хромосомных аномалий у человека, а также технология целенаправленного изменения кариотипа с целью получения сортов растений и пород животных с необходимыми свойствами.

3. Генетическая инженерия — пересадка отдельных генов.

Технология: полученный из ДНК человека (или другого организма) структурный ген обрабатывают специальным ферментом, в результате чего у него образуются «липкие» концы. Выделенную из бактерии плазмиду (после превращения ее кольцевидной молекулы ДНК в линейную путем «разрезания» особым ферментом) подвергают аналогичной процедуре. Полученные таким образом молекулы ДНК с «липкими» концами сшивают в кольцевидный гибрид «человеческий ген — бактериальная плазмида», который вводят в живую бактерию. В бактериальной клетке гибридная молекула ДНК многократно реплицируется. Затем с встроенного в ее состав структурного гена человека снимается копия иРНК, на основе которой в рибосомах синтезируется соответствующий белок. После наработки последнего в достаточных количествах (процесс осуществляется в специальных агрегатах большого объема — ферментерах в условиях избытка питательных веществ и кислорода) бактериальные клетки разрушают и выделяют искомый белок (рис. 6.41).

Полезный результат: получены человеческие инсулин и интерферон — ценные лекарственные препараты, применяемые для лечения сахарного диабета и вирусных инфекций соответственно, а также гормон роста крупного рогатого скота, используемый для повышения продуктивности мясного животноводства.

Перспективы: исследования в этом направлении привели к разработке методов введения необходимого гена (генов) в клетки животных и человека и создания условий для его длительного существования и эффективной экспрессии. При этом искомый ген вводят в клетки в виде «голой» ДНК, или встроенным в структуру ДНК плазмиды либо вируса, или в составе искусственных липо-

Технология генетической инженерии

Рис. 6.41. Технология генетической инженерии

протеидыых частиц — липосом. Некоторые из этих методов проходят клинические испытания и с их помощью, предполагается, что будут лечить наследственные заболевания (иммунодефициты, мышечная дистрофия, гемофилия, болезнь Паркинсона и др.) и болезни, в развитии которых генетический фактор играет существенную роль (злокачественные опухоли, диабет, атеросклероз, язвенная болезнь желудка и двенадцатиперстной кишки и др.). Имеются сообщения о положительных результатах применения генной терапии для лечения некоторых форм лейкоза, муковисцедоза, болезни Лебера (слепоты, обусловленной мутацией в митохондриальной ДНК). В качестве иллюстрации успешного использования данного методического подхода в эксперименте можно привести следующий пример. Путем целенаправленного изменения структуры регуляторной области гена, контролирующего биосинтез гормона роста у лососей, удалось получить популяцию рыб, в 11 раз превосходящих по массе особей контрольной группы.

В исследованиях, выполненных за последние годы, была разработана принципиально новая технология целенаправленного редактирования генома, позволяющая существенно повысить точность вносимых изменений в его структуру. Метод основан на использовании природного механизма бактерий — CRISPR/Cas- системы, обеспечивающей иммунную защиту от бактериофагов, а также принимающей участие в процессах рекомбинации и репарации ДНК. Ключевым элементом данной системы является эф- фскторный комплекс, состоящий из нескольких Cas-белков (ферментов) и РНК (реплики с фрагмента ДНК-копии бактериофага, хранящейся в CRISPR-кассете — иммунной памяти бактерии). Благодаря этой РНК эффекторный комплекс с высокой специфичностью связывается с комплементарным участком ДНК проникшего в бактерию вируса, после чего активируется один из Cas-белков (эндонуклеаза) и разрезает молекулу ДНК. Учитывая эту уникальную способность эффскторного комплекса CRISPR/Cas- системы, исследователи создали упрощенную молекулярную конструкцию, в структуру которой входят всего два компонента — короткая РНК и белок Cas9 (эндонуклеаза). Эффективность ее функционирования в качестве генно-инженерного инструмента подтверждена в опытах in vitro на стандартных клеточных линиях. Тестирование проходило в несколько этапов. Сначала синтезировали РНК, комплементарную целевому участку ДНК клетки-хозяина. Затем присоединяли РНК к белку Cas9 и таким образом получали рабочий комплекс. Далее вводили полученный комплекс в клетку-мишень. При этом РНК-ироводник находил комплементарную ей последовательность нуклеотидов в ДНК клетки-хозяина. Фермент эндонуклеаза (белок Cas9) разрезал обе цепи ДНК. Если в это время в клетку внести донорную ДНК, то в процессе репарации (восстановления целостности молекулы ДНК) в точку разреза можно встроить тот или иной фрагмент ДНК организма другого вида. Полагают, что данная технология обладает большим потенциалом для генной терапии наследственных, инфекционных и других заболеваний, а также создания высоко специфичных противовирусных вакцин.

Среди новейших методов генетических исследований особое место занимает технология синтеза полного бактериального генома и введения его в бактерию-реципиент. Взяв за образец геном паразитической микоплазмы Mycoplasma genitalium с известной последовательностью нуклеотидов, состоящий из 485 генов, исследователи осуществили лабораторный синтез сто копии. Затем искусственный геном внедрили в тело микоплазмы другого вида — Mycoplasma capricolum. В процессе размножения последних (содержащих собственный и пересаженный геном) часть дочерних особей унаследовала только донорскую бактериальную «хромосому». Именно эти бактерии были отобраны, размножены и подвергнуты биохимическому и молекулярно-генетическому исследованию. Оказалось, по своим свойствам они полностью соответствовали виду Mycoplasma genitalium, что свидетельствовало о функциональной активности трансплантированного генома. Секвенирование (установление последовательности нуклеотидов) ДНК, выделенной из «синтетических» бактерий, и ДНК бактерий-доноров, продемонстрировало их полную идентичность. Таким образом, с помощью данной методики впервые удалось осуществить трансформацию одного вида микроорганизмов в другой. Перспективы описанной технологии представляются весьма широкими: от проведения глубоких фундаментальных исследований (изучение взаимодействия генов, эволюции сложных геномов) до решения практических задач в области медицины, ветеринарии, сельского хозяйства и др. (создание штаммов микробов с заданными и полностью контролируемыми свойствами).

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>