Д. Конструирование новых организмов-продуцентов

Методами генной инженерии можно создать новые формы м.о., которые способны продуцировать самые разнообразные вещества, в том числе, синтезировать белки человека — интер- фероны, инсулин, гормон роста и другие.

Основные проблемы при конструировании микроорганиз- мов-продуцентов описаны ниже.

  • 1. Продукты новых генов попадают в чуждую для них внутриклеточную среду и быстро разрушаются протеазами. Особенно быстро гидролизуются короткие пептиды. Из этой ситуации предложены различные выходы:
    • • использование ингибитора протеаз — в той же плазмиде ген pin (фрагмент ДНК фага Т4);
    • • получение нужного пептида в составе гибридной белковой молекулы (сшивание с белком реципиента). Для этого используют, например, ген Е. coli;
    • • амплификация — увеличение числа копий генов (например, синтеза инсулина). Мультимер белка стабильнее мономера.
  • 2. Обычно продукт нового гена не высвобождается в культуральную среду, остается в клетке. Это затрудняет их выделение. Поэтому трансплантируют гены, ответственные за экскрецию белков в культуральную среду. Перспективен переход от излюбленной модели Е. с. к другим микроорганизмам (роды Bacillus, Staphylococcus, Streptomyces).
  • 3. Большинство признаков кодируется несколькими генами. Поэтому предусматривается последовательная трансплантация каждого гена. Примером является штамм Pseudomonas sp., способный утилизировать сырую нефть. Фиксация азота определяется 17 различными генами.

Кроме биотехнологии м.о. развивается генная инженерия растений. Работы ведутся в направлениях:

  • • обогащение культурных растений дополнительными запасными веществами с помощью генов, взятых от других растений;
  • • повышение эффективности фотосинтеза растений, например, на основе белков, связывающих хлорофилл;
  • • изменение азотного метаболизма, например, с использованием генов, кодирующих запасание и транспорт азота;
  • • придание устойчивости к гербицидам, засолению почв, повышению и понижению температуры и другим факторам.

Генетическая инженерия растений манипулирует как с ядер- ными геномами клеток, так и с геномами хлоропластов и митохондрий. Так, в хлоропластный геном вводят ген азотфиксации для устранения потребности в азотных удобрениях.

Важной проблемой генетической инженерии растений является тканевая специфичность гена. Для того чтобы ген был выражен в определенных тканях или фазах развития, его ставят под контроль промотора, который функционирует только в определенной ткани (например, листья на свету) или в определенной фазе развития (в прорастающих семенах).

На первых порах генно-инженерные манипуляции с растениями вызвали тревогу общественности:

  • • возможная опасность превращения кишечной палочки и других м.о. в монстров, которые выйдут из-под контроля и вызовут массовые заболевания. Были приняты меры по охране мутантов в лаборатории. Однако эти опасения не оправдались. Рассмотрим их по отдельности;
  • • возможность выхода из-под контроля генно-инженерных культурных растений и превращения их в сорняки. Но один ген не может дать растению таких преимуществ. Только устойчивость к гербицидам при севообороте может сделать растение сорняком;
  • • опасность утраты пищевой ценности и приобретения токсичности. Но такая опасность присуща всем методам селекции. Нужно лишь тщательно тестировать генно-инженерные растения.

В генной инженерии животных клонированы многие гены, например, тирозиновый тРНК Е. coli. Испытываются все новые культуры клеток, в том числе клетки человека и насекомых. Для непарного шелкопряда удалось добиться экспрессии гена |3-интерферона человека. Это создает перспективу для производства важного лекарственного средства, укрепляющего иммунитет.

Клетки млекопитающих растут медленно на дорогих средах, легко повреждаются, но при условии снижения вредоносности вирусов их можно использовать для доставки желаемого гена в каждую клетку человека.

Решения проблемы тканеспецифического действия генов у животных и человека еще не достигнуто. Добиться того, чтобы инсулин стал синтезироваться именно в поджелудочной железе больных диабетом можно только мечтать.

Пока не выяснена генетика полезных признаков сельскохозяйственных животных (плодовитость, выход молока, качество мяса и пр.). Это мешает проникновению генной инженерии в эту сферу.

Е. Улучшение продуцентов, используемых в производстве

Генная инженерия, наряду с селекцией, позволяет повышать эффективность организмов, используемых в производстве.

Для повышения выхода полезного продукта используется амплификация — увеличение числа копий генов. Первая работа в этом направлении была выполнена в 1974 г.: в составе плазмиды клонирован триптофановый оперон.

Если продукт образуется длинными и сложными путями биосинтеза и нужные гены не скомпонованы в один оперон, то клонируют ген, который соответствует узким местам биосинтеза. У многих бактерий узким местом является не синтез продукта, а его экскреция из клетки.

Часто одна и та же транспортная система отвечает за экскрецию нескольких типов соединений. Примером являются стрептомицеты, у которых введение гена устойчивости к кана- мицину одновременно способствует повышению уровня синтеза окситетрациклина.

Для повышения эффективности традиционных методов сочетают с локализованным мутагенезом in vitro. Химическими мутагенами обрабатывают только фрагмент генома, полученный с помощью рестриктазы.

В настоящее время уровень генной инженерии позволяет вносить заранее определенные изменения в нуклеотидную последовательность ДНК для достижения изменений в соответствующем белке.

Усовершенствование продуцентов биологически активных белков является важной задачей белковой инженерии.

Важным направлением генной инженерии является изменение питательных потребностей продуцентов. Это позволяет увеличить эффективность конверсии субстрата. Таким приемом удалось добиться, чтобы клетки Е. coli, синтезирующие треонин, утилизировали сахарозу.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >