Рекомбинантная технология

Генетическую инженерию можно определить как конструирование in vitro функционально активных генетических структур или рекомбинантных ДНК. Создание искусственных генетических программ в настоящее время сводится к получению рекомбинантных ДНК и это научное направление корректно называть, по мнению А.Сассона, технологией рекомбинантных ДНК, а не генетической инженерией.

Рекомбинантные ДНК - это ДНК, образованные в результате объединения нескольких фрагментов ДНК in vitro, выделенных из разных источников с последующим их введением в клетку. При этом рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата реципиентного организма и могут обеспечить ему проявление новых свойств.

Основным объектом манипуляции в технологии рекомбинантных ДНК являются гены или фрагменты ДНК, кодирующие определенные белки. Гены получают одним из трех способов: непосредственно из природной ДНК, путем копирования мРНК, или химическим синтезом.

Инструментом в технологии рекомбинантных ДНК являются ферменты и, прежде всего, рестриктирующие эндонуклеазы, лигазы, ДНК-полимераза, РНК-зависимая ДНК-полимераза.

Используемые в технологии рекомбинантных ДНК ферменты не обладают видовой специфичностью и позволяют конструировать фрагменты ДНК любого происхождения и тем самым преодолевать видовые генетические барьеры и осуществлять неограниченные межвидовые генетические переносы. Однако при репликации и транскрипции рекомбинантных ДНК in vivo возникают некоторые ограничения, которые могут быть преодолены за счет свойств и особенностей используемых векторных молекул ДНК. Ген, используемый для переноса в реципиентную клетку, в большинстве случаев не имеет сигнальных последовательностей, управляющих его действием в клетке. Наиболее удобной системой для переноса гена и контроля его активности в клетке является включение его в состав вектора.

Чаще всего в качестве вектора используют циклическую молекулу ДНК, содержащую сигнальные последовательности репликации и транскрипции. Векторные молекулы ДНК способны самостоятельно существовать в клетке. Они содержат селективные генетические признаки, чаще всего определяют устойчивость к антибиотикам и относительно легко могут быть введены в реципиентную клетку.

С момента введения рекомбинантных ДНК в клетку (трансформация) начинается молекулярное клонирование, т. е. получение потомков рекомбинантной ДНК. Трансформированные клетки культивируются в селективных условиях, что позволяет получить генетически однотипные клетки - гомогенный штамм. Из этого штамма в зависимости от целей можно выделить клонированный ген или его продукт - белок, синтезированный на этом гене.

Одиночные клетки, несущие рекомбинантные ДНК, называют трансформированными клетками, а многоклеточные организмы (растительные и животные) - трансгенными организмами. Трансформированные клетки и трансгенные организмы могут быть использованы в исследованиях фундаментальных механизмов функционирования генетических систем и в практике для получения организмов с полезными для человека свойствами. В частности для синтеза белков, гормонов и ферментов, использующихся в медицинской практике, синтеза микроорганизмами пищевого или кормового белка, утилизации микроорганизмами токсичных для окружающей среды веществ и др.

С развитием технологии рекомбинантных ДНК, начали говорить об очередной биологической революции. Как отмечал академик А. А. Баев, технологическая реконструкция ДНК является лишь утонченной технологией манипуляции генами и не содержит нового взгляда на процессы наследственности, а потому причисление ее к событиям революционного ранга вызывает раздумье.

Технология рекомбинантных ДНК, или генная инженерия не только не потребовала проведения ревизии установленных представлений молекулярной генетики, но, наоборот, полностью подтвердила установленные положения. Однако интенсивное развитие технологии рекомбинантных ДНК позволило открыть ряд новых явлений. К таким открытиям следует отнести мозаичное (интрон-экзонное) строение эукариотических генов и особенности их функционирования.

Технология рекомбинантных ДНК позволила глубже понять природу подвижных элементов генома: транспозонов бактерий и мобильных диспергированных генов у эукариот. Обнаруженное явление непостоянства генома, вероятно, имеет прямое отношение к молекулярным механизмам развития и эволюции. Необходимо отметить, что проблемы развития, морфогенеза, старения и эволюции остаются центральными и наиболее неясными проблемами биологии.

Следовательно, технология рекомбинантных ДНК основана на общепринятых положениях молекулярной генетики, однако это направление открыло новые подходы к исследованию механизмов наследования, которые могут привести к новым представлениям о наследственности.

Как только возникло это научное направление, сразу начались активные обсуждения потенциальной опасности работ с рекомбинантными ДНК. Это имело свои последствия, которые выразились в принятии специальных правил работы с ДНК в лабораторных условиях.

Однако 30-летний опыт привел к потере остроты вопроса о потенциальной опасности исследований в этой области. Многие специалисты считают, что случайное превращение рекомбинантных ДНК в патологическую форму объектов, несущих эти молекулы, невозможно. В настоящее время в большинстве развитых стран разрабатываются новые подходы в технологии рекомбинантных ДНК, издаются десятки специализированных научных журналов, регулярно проводятся симпозиумы и научные конгрессы, посвященные этой интенсивно развивающейся области молекулярной биологии и биотехнологии. И действительно, заключение сделанное на X Международном симпозиуме фирмы «Майле» в 1977 г. о том, что молекулярная биология находится на пути к превращению в технологию полностью подтвердилось.

Хотя методические подходы в технологии рекомбинантных ДНК постоянно расширяются и их многообразие увеличивается, получение рекомбинантных ДНК можно представить из следующих этапов: 1 - получение индивидуальных генов или фрагментов ДНК; 2 - конструирование вектора или встраивание выделенного гена в состав вектора; 3 - перенос вектора в реципиентную клетку; 4 - клонирование, т. е. получение клонов клеток или молекулярное клонирование, т. е. умножение генов; 5 - регуляция экспрессии трансгена.

Дата добавления: 2015-11-26