ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

Академик Александр Александрович Баев дает такое определение этому разделу биологии: «Генетическая инженерия — это прикладная молекулярная и клеточная генетика, имеющая дело с простейшими генетическими системами и имитирующая in vitro (вне организма, в пробирке) процессы наследственности. Цель ее — создание новых генетических структур, в конечном счете — создание организмов с новыми наследственными свойствами».

Генная инженерия

Цели, методы, история развития генной инженерии

Генная инженерия (иногда ее называют клонированием) — это конструирование in vitro рекомбинантных (гибридных) ДНК или, иначе создание искусственных генетических программ.

Цели генной инженерии очень многогранны. Вот некоторые из них.

• 1. Создание геномных библиотек человека, животных (их называют еще клонотеками, банками геномов) для дальнейшего использования в научных и практических целях.
• 2. Создание генных библиотек человека с целью использования генов в генной диагностике и в генной терапии наследственных болезней.
• 3. Изучение механизмов функционирования генетического аппарата эукариот, включая и человека, что другими приемами сделать невозможно.
• 4. Комбинирование генов организмов одного вида, но имеющих разные признаки, и комбинирование генов организмов разных видов, причем это могут быть виды, принадлежащие даже к разным царствам.
• 5. Получение из бактериальных и дрожжевых клеток в промышленных масштабах белковых продуктов человека и животных.
• 6. Получение животных и растений с чужеродными генами.

Сейчас возможно перенесение любого гена в любую клетку любого

организма. Потенциальные возможности генной инженерии ничем не ограничены (ведь генетический код универсальный).

Именно неограниченные возможности генной инженерии стали причиной того, что вскоре после первых удачных экспериментов, сделанных в 1972 г. в США Полом Бергом, группа американских ученых обратилась в Национальную академию наук США по поводу потенциальной биологической опасности рекомбинантных молекул ДНК. Была назначена специальная комиссия из крупных ученых, целью которой стало определение реальной биологической опасности таких молекул. Возглавил комиссию П. Берг. В 1974 г. комиссия опубликовала обращение, в котором она призвала ученых всех стран присоединиться к добровольному мораторию (запрету) на работы, связанные с генами токсинов, злокачественных опухолей, с генами резистентности (устойчивости) к антибиотикам.

В 1975 г. в США прошла международная конференция по рекомбинантным молекулам, на которой были установлены меры предосторожности, необходимые в работе с этими молекулами, принят ряд рекомендаций для исполнителей таких работ.

Работы в области генной инженерии были признаны перспективными.

В нашей стране первым, кто поверил в перспективность генной инженерии, был академик А. А. Баев. Он сделал многое для развития в России генно-инженерных работ.

Для проведения генно-инженерных работ необходимы:

• — гены, которые подлежат рекомбинации;
• — подходящие для введения в разные клетки векторы (векторы — последовательности нуклеотидов, способные проникать в клетки);
• — контроль за введением векторов;
• — размножение введенных в клетки генов;
• — экспрессия введенных генов в чужих для них геномах.

В настоящее время известно 4 метода получения генов.

• 1. Получение их путем химического синтеза. Для этого применяются автоматические устройства, которые приспособлены для синтеза любых нуклеотидных последовательностей заданной длины. (Должна быть известна структура гена).
• 2. Выделение из геномов бактерий и эукариот с помощью профагов и провирусов, ДНК которых затем разрушается специальными методами, и гены остаются в чистом виде.
• 3. Метод ферментативного синтеза генов на матрице иРНК. Для этого из клеток человека или животных выделяют иРНК. Используя фермент — обратную транскриптазу, — синтезируют на матрице иРНК комплементарную ей цепочку ДНК. Затем иРНК уничтожают ферментом РНКазой, а на оставшейся цепочке ДНК синтезируют вторую ее цепочку (рис. 39). Полученная двойная спираль ДНК носит название кДНК (комплементарная ДНК). Она соответствует гену, с которого была считана иРНК.
• 4. Получение из геномных библиотек, посредством вырезания их с помощью рестриктаз.

У бактерий существует естественная трансформация генов, подобное явление обнаружено и в культуре клеток животных. В отличие от бактерий для эукариот этот процесс получил название трансфекция. Однако изолированные гены внедряются даже в клетки бактерий с низкой частотой. Гораздо эффективнее оказалась так называемая векторная трансформация, т. е. введение нужного гена сначала в вектор, а потом вместе с вектором в клетку. Векторы называют повозками, которые доставляют в клетку чужеродные гены.

Рис. 39. Синтез двухцепочечной кДНК по матрице иРНК обратной транскриптазой (по А. О. Рувинскому, 1993)

В качестве векторов используются:

• — плазмиды Е. coli;
• — искусственно созданные плазмиды;
• — Ti — плазмида агробактерий;
• — двухмикронная плазмида дрожжей;
• — искусственные минихромосомы дрожжей;
• — бактериофаги и вирусы.

Создано немало стандартизированных векторов. Они продаются наборами.