92. Что такое генетическая инженерия?

Общепринятого определения генетической инженерии не существует. Понятия "генная" и "генетическая" инженерия часто используются как синонимы, хотя последнее является более широким понятием и включает оперирование не только генами, но и более крупными частями генома. Генетическая инженерия в отличие от ранее применявшихся методов изменения генотипа позволяет конструировать функционально активные генетические структуры in vitro без классического скрещивания. Генетическая инженерия появилась в начале 70-х годов, когда Бергом была получена in vitro первая рекомбинантная молекула ДНК путем объединения линейных фрагментов ДНК с помощью искусственных "липких" концов. В этих экспериментах был объединен генетический материал из трех источников: генома онкогенного вируса обезьян SV40, части генома бактериофага А, и генов галактозного оперона кишечной палочки. С помощью методов генетической инженерии удалось заставить бактериальную клетку производить животный гормон соматостатин. В клетках кишечной палочки осуществлен синтез ряда белков и гормонов человека - инсулина, интерферонов, гормона роста, альбумина и т. д. В СССР в лабораториях Ю. А. Овчинникова, А. А. Баева, М. Н. Колосова, Е. Д. Свердлова осуществлена экспрессия таких генов человека, как лейцин-экефалин, лейкоцитарный интерферон, брадикинин, соматотропин. Бактериальные штаммы, продуцирующие вещества, активные в организме человека, могут использоваться для промышленного производства лекарственных препаратов.

Генетическая инженерия открыла путь для производства продуктов белковой природы путем введения в клетки микроорганизмов искусственно синтезированных кодирующих их генов, где они могут экспрессироваться в составе гибридных молекул. Метод химического синтеза генов обеспечил возможность получения штаммов бактерий - продуцентов инсулина человека. Ген инсулина синтезировался в виде более 40 шестичленных олигонуклеотидов, которые затем объединялись в единую структуру с помощью ДНК-лигазы. Полученные двухцепочечные полинуклеотиды были встроены в плазмидные векторы вместе с регуляторными участками ДНК, обеспечивающими экспрессию гибридных молекул. Клонированные гены кодировали синтез проинсулина, который легко химически превратить в активный инсулин, включающий две цепи А и В из 21 и 30 аминокислотных остатков.

В генетической инженерии используется также способ искусственного получения генов, основанный на их ферментативном синтезе с помощью механизма обратной транскрипции. Для этого применяется РНК-зависимая ДНК-полимераза или обратная транскриптаза - фермент, обнаруженный при исследовании репликации РНК онкогенных вирусов. Этот фермент способен строить ДНК-копии на различных матрицах РНК, включая и искусственно синтезированные. Другими словами, с помощью обратной транскриптазы, или ревертазы, можно синтезировать любой ген при наличии соответствующих иРНК. Этот принцип использовался для получения и клонирования генов интерферона человека в бактериях. Выделенный из клеток бактерий интерферон очень близок интерферону, находящемуся в крови доноров. За счет введения в векторную плазмиду сигнальных последовательностей, инициирующих синтез иРНК и белка, удалось получить бактерии, синтезирующие до 5 мг интерферона на 1 л суспензии бактерий. Это в 5000 раз больше, чем в 1 л крови донора.

С помощью генетической инженерии можно исследовать строение различных геномов, отдельных генов и кодируемых ими продуктов. Она позволила раскрыть экзонинтронную организацию эукариотических генов, выяснить роль мигрирующих генетических элементов, открыла новые возможности для изучения молекулярных основ онтогенеза, наследственных заболеваний, эволюционного происхождения различных организмов. Огромные возможности перед генетической инженерией открываются в связи с созданием банков генов. Получение банков генов заключается в выделении ДНК данного организма, фрагментации ее с помощью рестриктаз, присоединении фрагментов к векторным молекулам (плазмидам или фагам) и введении рекомбинантных ДНК в реципиентные бактерии. Это позволяет иметь набор клонов бактерий или фагов, различающихся по включенным фрагментам ДНК. В случае необходимости с помощью специально разработанных методов исследователь может выбрать нужный ген из такого банка. Создан банк генов дрозофилы в клетках кишечной палочки. Создается банк генов человека, что откроет перспективы для генотерапии наследственных заболеваний человека.