Генетика - Гуляев Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
В связи с тем, что одни и те же кодоны (триплеты нуклеотидов) программируют включение аминокислот в белковые молекулы у всех организмов — человека, животных, растений, бактерий, а также вирусов — теоретически возможно осуществлять гибриди-; зацию на молекулярном уровне путем переноса отдельных отрезков ДНК в любые чужеродные клетки. В отличие от обычной гибридизации, когда происходит рекомбинация хромосом родственных организмов, при генной инженерии осуществляется объединение ДНК любого происхождения и может идти обмен генами между далекими родами, семействами, классами и даже царствами (животные и растения) организмов, а также создаются возможности усиления дозового эффекта генов, их проявления в чужеродной среде. При генной инженерии перенос генов осуществляется не половыми клетками, как при обычном скрещивании, и не ядром, как при соматической гибридизации клеток, а с помощью искусственно создаваемых генетических элементов — векторов (векторных молекул). Вектор — специально сконструированная плазмида (внехромосомные молекулы ДНК, способные к автономной репликации и передающиеся в дочерние клетки при делении бактерий) или вирус, в геном которых можно внедрить чужеродную генетическую информацию. В качестве векторов используют в ос?-новном плазмиды, выделенные из классического объекта молекулярной генетики ¦— кишечной палочки. Перенос гена в чужеродную клетку (трансгеноз) связан с преодолением ряда технических
трудностей. Не менее сложно выделить или искусственно синтезировать химически или ферментативно нужный ген или блок генов для этой операции.
Еще большие трудности возникают в связи с необходимостью адаптации введенного гена в новой для него генной и физиологической среде. Ген, введенный в новый организм извне, должен быть встроен в его генетический аппарат и начать функционировать в сложной исторически сложившейся системе регуляторных блоков. В настоящее время известно несколько методов трансгеноза. Один из них — транс-дукция, т. е. использование вирусов и фагов (фаги лямбда, мю и др.), к ДНК которых можно химически или с помощью ферментов приращивать почти любые участки ДНК одной клетки и переносить их в другие клетки. Таким путем недавно удалось переместить из клетки мыши в бактерии Е. coli ген, контролирующий синтез инсулина — гормона, регулирующего сахарный обмен в крови млекопитающих. Видимо, скоро станет доступным получение в бактериальных клетках этого гормона.
У высших организмов большие перспективы для переноса чужеродной наследственной информации открываются в результате разработки метода гибридизации клеток. Недавно доказана возможность трансгеноза с помощью ДНК, выделенной из клеток и освобожденной от примесей (рис. 70). На искусственной среде выращивали клетки зародыша цыпленка. В определенный момент к ним добавляли бромдезоксиуридин, который включался во вновь синтезированные нити ДНК. По этой метке новые синтезированные за время наблюдения нити ДНК можно было отличить от старых. В эту среду одновременно добавляли ДНК, полученную от мыши и меченную тритием (3Н), что позволяло отличить ДНК мыши от ДНК цыпленка, которая или содержала, или не содержала в качестве метки бром. Через некоторое время после размножения клеток из них выделяли ДНК и выявляли в ней распределение меток по брому (ДНК цыпленка) и тритию (ДНК мыши). При этом обнаруживался обмен кусочками их ДНК: ДНК мыши включалась в ДНК цыпленка и наоборот.
Возможное практическое использование генной инженерии исключительно велико. В первую очередь оно касается разработки новых методов лечения наследственных заболеваний человека, связанных с нарушениями обмена веществ. В настоящее время делаются только первые шаги к решению этой проблемы. Однако уже показано, что отдельные гены бактерий способны функционировать
=зе=э е=а eae=as
Вг
Зн
\ ста с I с=э с
¦V/
саа'=|\ / __________________
е=П К2ЭCTZSryV-Л^Ti'ii"—гн тг1 'чишии —И'1
3 acjcaWV------------------c=i сга
Зн
ЗН
-> Вг
Рис. 70. Схема гибридизации молекул ДНК цыпленка и мыши.
I— ДНК зародыша цыпленка; 2 — ДНК мыши; 3 — начался обмен; 4 — обмен закончен.
в геноме человека. Это открывает новые пути для гемотерапии путем замещения патологических генов, обусловливающих дефекты обмена веществ, нормальными.
Заманчивой представляется проблема биологической фиксации азота — создание культурных злаков, содержащих гены фермента нитрогеназы, необходимого для ассимиляции атмосферного азота. Такие гены известны у некоторых видов бактерий, которым не требуются для роста соли аммиака или азотной кислоты. У них имеется ген nif, обеспечивающий М2-фиксацию. Этот геи кодирует синтез фермента нитрогеназы. который обеспечивает превращение атмосферного N2 в аммоний, используемый в дальнейшем в синтезе аминокислот. Однако внесение бактериальных nif-генов в растительные клетки представляет сейчас еще очень большие трудности, так как процесс фиксации азота требует значительных затрат энергии (АТФ) и в силу того, что ферменты нитрогеназного комплекса не могут работать в присутствии кислорода. Произведен перенос этих генов от азотфиксирующей бактерии Klebsiella pneumoniae в Escherichia coli, которая приобрела способность использовать для построения своих белков азот воздуха. В самое последнее время показана возможность переноса генов бактерий в клетки растений. Включение в геном растительных клеток бактериальных генов и синтетических матриц для придания им новых свойств имело бы огромное значение. Генная инженерия может в дальнейшем беспредельно изменять возможности отдаленной гибридизации растений.
