ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ, генная инженерия, раздел молекулярной генетики, связанный с целенаправленным созданием in vitro новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена. Возникла генетическая инженерия 1972, когда в лаборатории П. Берга (Станфордский университет, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК (рекДНК), в которой были соединены фрагменты ДНК фага лямбда и кишечной палочки с кольцевой ДНК обезьяньего вируса SV40. Ключевое значение при конструировании рекДНК in vitro имеют ферменты — рестриктазы, рассекающие молекулу ДНК на фрагменты по строго определенным местам, и ДНК-лигазы, сшивающие фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких ферментов создание искусственных генетических структур стало технически выполнимой задачей. Рекомбинантная молекула ДНК имеет форму кольца, она содержит ген (гены), составляющий объект генетических манипуляций, и так называемый вектор — фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение рекДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетической системы — белков. Последнее происходит уже в клетке-хозяине, куда вводится рекДНК. Гены, подлежащие клонированию, могут быть получены в составе фрагментов путём механического или рестриктазного дробления тотальной ДНК. Но структурные гены, как правило, приходится либо синтезировать химико-биологическим путём, либо получать в виде ДНК-копий информационных РНК, соответствующих избранному гену. Структурные гены содержат только кодированную запись конечного продукта (белка, РНК), полностью лишены регуляторных участков и потому не способны функционировать ни в клетке-хозяине, ни in vitro. Функциональные свойства рекДНК придаёт вектор, в котором присутствуют участки начала репликации (обеспечивают размножение рекДНК), генетические маркёры, необходимые для селекции, регуляторные участки, обязательные для транскрипции и трансляции генов. Большая часть векторов получена из плазмид кишечной палочки и других бактерий. Используют также векторы на основе фага лямбда, вирусов SV40 и полиомы, дрожжей, Agrobacterium tumefaciens и др. При получении рекДНК образуется чаще всего несколько структур, из которых только одна является нужной. Поэтому обязательный этап составляет селекция и молекулярное клонирование рекДНК, введённой путём трансформации в клетку-хозяина. Наиболее часто в качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку, однако применяют и другие бактерии, а также дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), животные и растительные клетки. Система вектор-хозяин не может быть произвольной: вектор подгоняется к клетке-хозяину, его выбор зависит от видовой специфичности и целей исследователя. Существуют 3 пути селекции рекДНК: генетический (по маркёрам, с помощью избирательных сред), иммунохимический и гибридизационный с мечеными ДНК или РНК. РекДНК характеризуют физическим картированием (расщепление рекстриктазами и электрофорез фрагментов в геле) и анализом первичной структуры. В результате интенсивного развития методов генетической инженерии получены клоны многих генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК, гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и других пептидных гормонов, интерферона человека и пр. На основе генетической инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности, названная «индустрией ДНК» и представляющая собой одну из современных ветвей биотехнологии. Допущен для лечебного применения инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекомбинантных ДНК. Генетическая инженерия за короткий срок оказала огромное влияние на развитие различных молекулярно-генетических методов и позволила существенно продвинуться на пути познания строения и функционирования генетического аппарата.