Генная инженерия и рекомбинантная ДНК

Последовательность нуклеотидов в ДНК определяет последовательность аминокислот в соответствующем белке. Процесс этот теперь так хорошо изучен, что можно получать в лаборатории отдельные фрагменты ДНК, кодирующие определенные белки.

X. Б. Корана (Наг Bind Korana) создал искусственный ген и успешно ввел его в культуру бактерий.
Современный уровень наших знаний позволяет рассчитывать на успешное развитие совершенно новой технологии -генной инженерии, т. е. методов введения в клетку желательной для нас генетической информации. Некоторые исследователи предвидят даже такое время, когда станет возможным вводить в яйцеклетку человека или же в зародыш на ранних стадиях его развития какие-нибудь недостающие гены и тем самым избавлять людей от страданий, вызываемых генетическими болезнями. (Разумеется, генная инженерия может оказаться и крайне опасной, если ее попытаются применять в других целях; поэтому многие люди настойчиво требуют запретить все исследования в этой области.)
Один из методов генной инженерии уже получил развитие в наше время. Речь идет о создании рекомбинантной ДНК, т.е. о введении ДНК одного организма в клетки другого. Сейчас, например, многие гены высших организмов вводят в бактериальные клетки. Сначала ген, предназначенный к переносу, вводят путем сращивания (сплайсинга) в небольшую кольцевую молекулу ДНК, называемую плазмидой. Эта плазмида проникает в бактериальную клетку и здесь в дальнейшем разделяет судьбу бактериальной ДНК (рис. 14.14 и 14.15). Новый ген перед делением клетки реплицируется вместе с бактериальной ДНК, и бактерия получает возможность вырабатывать белок, кодируемый ее новой ДНК.




Поскольку бактерии размножаются очень быстро, эта методика позволяет биологам получать много идентичных копий интересующего их гена. Эти копии можно затем использовать для определения нуклеотидной последовательности данного гена или для получения его белкового продукта в тех случаях, когда такой продукт требуется в больших количествах. Первое практическое применение рекомбинантной ДНК связано с получением в промышленном масштабе некоторых важных белков. В 1982 г. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в США выдало па-


Рис. 14.15. Плазмида из бактериальной клетки. (Biophoto Associates.)


тент на производство первого такого белка - инсулина (гормона, в котором нуждаются миллионы людей, больных диабетом). До того весь инсулин получали, экстрагируя его из поджелудочных желез забиваемых коров и свиней, а это и сложно и дорого.
Разработаны также способы получения интерферонов- белков, подавляющих размножение вирусов. Интерфероны, вырабатываемые и выделяемые зараженными клетками, предохраняют соседние, здоровые клетки от заражения вирусом. Есть основания считать, что интерфероны могут давать очень хороший эффект при лечении вирусных заболеваний (в том числе бородавок и некоторых видов рака). В семидесятые годы интерферон для медицинских целей получали только одним весьма трудоемким путем, экстрагируя его из клеток человека; поэтому его было мало и он был очень дорог. В 1980-1982 гг. работникам одной фармацевтической фирмы удалось ввести в бактериальные клетки три гена человека, ответственных за синтез интерферона, так что скоро мы, по-видимому, будем получать этот препарат в достаточном количестве и по доступной цене.

Первые попытки применить такой полученный на основе генной инженерии интерферон для лечения рака принесли разочарование; однако не исключено, что дело упирается здесь в чисто технические трудности, которые можно преодолеть.
Рекомбинантную ДНК пытаются применять также для получения безопасных вакцин и для выяснения того, как работают отдельные гены, в особенности те из них, которые участвуют в развитии организма. В области сельского хозяйства предпринимаются попытки вводить в те или иные культурные растения гены устойчивости к особо вредоносным болезням. Еще одно направление исследований связано с выделением генов, которые придают растениям семейства бобовых способность к симбиозу с азотфиксирующими бактериями. Эти бактерии, обитающие в корнях бобовых, переводят газообразный азот, из которого в основном и состоит наша атмосфера, в форму, доступную для растений. Если бы можно было перенести соответствующие гены в другие культурные растения и затем заселить эти растения азотфикси- руюгцими бактериями, то отпала бы необходимость в дорогих азотных удобрениях.
У высших организмов, т.е. у растений и животных, гены, выбранные для переноса, включают не в плазмиды, а в мобильные элементы. Мобильными элементами называют участки ДНК, способные перемешаться в пределах одной и той же хромосомы или от одной хромосомы к другой. При этом они часто захватывают с собой и какие-нибудь примыкающие к ним участки ДНК. Ученые используют эту особенность их поведения и сращивают выбранный ген с элементом, который может перенести его в новую клетку. Барбара Мак-Клинток (Barbara McClintock) обнаружила мобильные элементы у кукурузы еще несколько десятилетий назад, однако их считали неким курьезным отклонением, и лишь недавно такие элементы были открыты также у многих других организмов.
Ряд возможных применений генной инженерии остается пока еще мечтой, но в наше время мечты становятся явью гораздо быстрее, чем мы того ожидаем. Ученым удалось уже пересадить ген от плодовых мушек одной линии зародышам другой линии. Этот ген вводили в клетки, из которых в дальнейшем образуются репродуктивные органы. Когда из зародышей развились взрослые плодовые мушки, они передали своему потомству трансплантированный ген, а вместе с ним и рубиновые глаза вместо обычных для этих мушек коричневых.
Есть у этой медали и своя оборотная сторона. Многих пугает возможность какого-нибудь непредвиденного несчастья. Что если на волю вдруг вырвется штамм бактерии с геном, ответственным за образование какого-нибудь опасного токсина? Большинство ученых считает, однако, что вероятность этого чрезвычайно мала. Правда, в таких экспериментах используется бактерия Escherichia coli, а это-повсеместно распространенный вид, живущий в кишечнике человека. Но лабораторные штаммы этой бактерии существуют вне тела человека уже на протяжении многих тысяч генераций. Их эволюция за это время зашла настолько далеко, что им теперь трудно выжить вне пробирки. Уменьшает опасность и то обстоятельство, что работы с рекомбинантной ДНК регулируются правительством. Правила проведения таких работ вырабатываются совместно учеными, лицами, так или иначе связанными с этими исследованиями, и представителями государственных учреждений. 

Еще по теме Генная инженерия и рекомбинантная ДНК:

1. Генная инженерия
2. 3.4.2 Свойства ДНК как вещества наследственности и изменчивости 3.4.2.1. Самовоспроизведение наследственного материала. Репликация ДНК
3. «Эгоистичная» ДНК и гены в организмах
4. 3.4.2.3. Изменения нуклеотидных последовательностей ДНК. Генные мутации
5. 3.4.2.2. Механизмы сохранения нуклеогидной последовательности ДНК. Химическая стабильность. Репликация. Репарация
6. ЧАСТЬ II. ИНФЕКЦИИ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ ДНК-СОДЕРЖАЩИМИ ВИРУСАМИ
7. ИЗМЕНЕНИЕ КОЛИЧЕСТВЕННОГО СОДЕРЖАНИЯ РНК И ДНК В КОРНЯХ И ЛИСТЬЯХ ВИНОГРАДА, ПОРАЖЕННЫХ ФИЛЛОКСЕРОЙ
8. ГЛОССАРИЙ
9. НОВЫЕ ТИПЫ ПРОТИВОВИРУСНЫХ ВАКЦИН
10. Генетическая изменчивость
11. 9.4. Изменчивость поведения и выявление роли генотипа
12. ХАРАКТЕРИСТИКА ВОЗБУДИТЕЛЯ
13. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА ADENOVIRIDAE
14. Эволюционное учение и практика сельского хозяйства