Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Важной составной частью биотехнологии является генетическая инженерия. Генная инженерия позволяет уже сегодня диагностировать, а в недалеком будущем — лечить наследственные болезни. Борьба с раком, поиски возможностей лечения СПИДа — все это немыслимо без использования методов генетической инженерии.
Применение достижений генетической инженерии в сельском хозяйстве сулит крупные успехи. Это производство пищевого и кормового белка, утилизация веществ, вредных для окружающей среды, создание технологий безотходного производства, получение биогаза, выведение высокопродуктивных пород животных, новых сортов растений, устойчивых к болезням, гербицидам, насекомым, стрессовым воздействиям и т. д. Сейчас даже трудно предсказать все возможности, которые будут реализованы в ближайшие несколько десятков лет.
Клонирование фрагментов ДНК — основа генетической инженерии. Что же представляет собой генетическая инженерия? Академик А.А. Баев определяет генетическую инженерию, как: «Конструирование in vitro функционально активных генетических структур (рекомбинантных ДНК), или иначе — создание искусственных генетических программ». Несколько иное определение дает профессор Э.С. Пирузян: «Генетическую инжене-
рию составляет система экспериментальных приемов, позволяющих конструировать лабораторным путем искусственные генетические структуры в виде так называемых рекомбинантных (гибридных) молекул ДНК». По сути эти определения не отличаются друг от друга. Речь идет о направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма с последующим введением их в живой организм. При этом рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата реципиентного организма и сообщают ему новые уникальные генетические, а следовательно, и биохимические, а затем и физиологические свойства. Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека.
Для решения такой задачи необходимо создать методики, позволяющие вырезать из молекул ДНК желаемые фрагменты, модифицировать их должным образом, реконструировать в одно целое и, наконец, размножить в большом числе копий (клонировать). Особенно впечатляет то, что, используя такие рекомбинантные ДНК, можно синтезировать молекулы РНК, а затем молекулы белка нужного размера и конфигурации, т. е. добиться выражения экспрессии гена, перемещенного из одного генетического окружения в другое.
Все эти процедуры стали возможны вследствие становления технологии рекомбинантных ДНК, где главный экспериментальный прием заключается в клонировании генов. Именно клонирование более, чем какой-либо другой фактор, изменило весь облик биологии.
Возникновение генетической инженерии связано, прежде всего, с развитием молекулярной биологии. Исследования, проведенные в этой области за последние 35 лет, позволили перейти от описания структуры и функции клеток на уровне орга-нелл к установлению молекулярных механизмов протекающих в них процессов (см. гл. 2).
В конце 60-х годов многие исследователи считали, что молекулярные механизмы фундаментальных генетических процессов — репликации, транскрипции, трасляции, а также система их регуляции в основном разгаданы. Стройное, логичное здание молекулярной биологии, казалось, было почти построено. Схема, показывающая строго однонаправленный поток генетической информации, ДНК—РНК—белок, была названа основной догмой молекулярной биологии и как бы свидетельствовала о незыблемости возведенного здания. Правда, основ-
ные положения этой схемы были показаны для Escherichia coli, которая является прокариотическим организмом, не имеющим истинного ядра. Однако логичность и простота схемы давала возможность считать ее универсальной для всего живого, и в том числе для эукариотических организмов, имеющих ядро и хромосомы, к которым также относятся высшие растения, животные и человек. Появилось даже высказывание: «Что верно для Е. coli, то верно и для слона».
Но ясность и завершенность картины молекулярной организации генетического аппарата была лишь кажущейся. Ведь кодирование белков — это важная, но не единственная функция ДНК и, следовательно, содержащейся в ней информации. Необходимо было узнать, какова общая организация последовательностей ДНК, и каким образом отдельные гены — функциональные единицы ДНК — взаимодействуют друг с другом в геноме организма. Однако, несмотря на несомненные успехи молекулярной биологии прокариот, геном сложных организмов был недоступен для анализа. Изучение общих биохимических свойств клетки не давало надежды на установление деталей генетической организации. Для этого необходимо было, как минимум, научиться «разрезать» ДНК не в случайных, а в строго определенных местах, с точностью до одного нуклеотида. Возникла и другая проблема — невозможность определения последовательности нуклеотидов в ДНК- Знание генетического кода нельзя было применить, поскольку не было прочитано ни одного реально существующего генетического текста.
