5. Досягнення генної інженерії у мікроорганізмів, рослин і тварин. Перспективи генної інженерії та її значення у вирішенні проблеми харчових ресурсів.

Генна інженерія дає змогу модифікувати генетичний матеріал. Завдяки цьому гени людини або тварин можуть «працювати» в бактеріальних чи інших клітинах. Цей факт становить значний інтерес для медицини і промисловості, адже таким способом можна буде одержувати у значних

кількостях дефіцитні активні речовини, насамперед білки, які потрібні для лікування численних захворювань. Якщо їх виділяти з тканин людини, то вони можуть бути забрудненими різними вірусами. Так, у 80-х роках в ряді препаратів факторів зсідання крові, призначених для лікування гемофілії, виявили вірус СНІД. Якщо ж ці речовини одержувати з тваринних клітин, то можливі алергічні реакції і навіть відторгнення їх імунною системою пацієнта. Отже, людині потрібні біологічно активні сполуки саме людського походження, але одержані не екстрагуванням з тканин. Генна інженерія може забезпечити одержання таких речовин.

Завдяки генній інженерії створені мікроорганізми з принципово новими для них властивостями, зокрема штами кишкової палички, які продукують інсулін, соматотропін, інтерферон та багато інших білків.

Гормон підшлункової залози — інсулін — вкрай потрібний для лікування хворих на діабет, а їх в усьому світі понад 60 млн чоловік. Для одержання 100 г кристалічного інсуліну потрібна 1 т підшлункових залоз корів і свиней. Таку ж кількість інсуліну одержують з 500 л культурального середовища Е. соlі, в яку вмонтовано кілька рекомбінантних плазмід. Видоспецифічний гормон соматотропін, який секретується передньою долею гіпофізу, є єдиним засобом лікування дітей з гіпофізарною карликовістю. Частота їх досягає 7—10 на 1 млн чоловік. Для того щоб одержати належний ефект, введення гормону починають з 4—5-річного віку і продовжують до статевої зрілості. Це дефіцитний препарат, попит на який задовольняється менше як на 1/3, бо з одного трупа одержують лише 4—6 мг гормону.

Використовуючи генетичні трансформанти Е. соlі, швеська фірма «Кабі вітрум» з 1 л бактеріальної культури одержала кількість гормона, еквівалентну виділеній з гіпофізу 60 трупів. Гормон, синтезований бактерією, дешевий, чистий в біохімічному і вірусному відношеннях.

Вчені Інституту молекулярної біології (Москва) також створили штам кишкової палички, який продукує соматотропін. Виробництво гормона освоєне на одному з мікробіологічних підприємств. Собівартість виробництва біологічно активних речовин за новою технологією значно нижча, ніж раніш. І тому інсулін людини, інтерферон і гормон росту вже випускаються промисловістю з використанням Е. соlі. Фахівці в галузі генної інженерії стверджують, що ми живемо напередодні промислового випуску білків крові людини. Уже сьогодні створені клітини, які продукують фактори зсідання крові, необхідні для лікування гемофілії А і В.

Промислова мікробіологія використовує сотні штамів мікроорганізмів, які зазнали докорінного селекційно-генетичного поліпшення. Штам у біотехнології — важливий засіб інтенсифікації виробництва. Завдяки генній інженерії вдається одержувати штами з властивістю надсинтезу. їх промислове використання дає змогу без додаткових затрат одержувати більше антибіотиків, вітамінів, амінокислот, кормового білка, ферментів, гормонів, розчинників тощо.

Так, у колишньому Радянському Союзі методами генної інженерії було створено новий продуцент треоніну, який виробляє цю амінокислоту в 400—700 разів ефективніше, ніж вихідний мікроорганізм. Ліцензію на спосіб виробництва треоніну було продано в Японію та інші країни.

Методами генної інженерії можна збільшити виробництво ферментів введенням в клітину кількох генів цього фермента або встановлення перед ним сильного промотора. Наприклад, продукцію β-амілази було збільшено в 200, а лігази — в 500 разів.

Для країн, які не вирощують сою у значних кількостях, особливо гострою є проблема кормового білка. Для збалансування кормів за білком щороку виробляється значна кількість білкової біомаси (кормових дріжджів). Методами генної інженерії можна поліпшити амінокислотний склад білка, зробити його повноціннішим.

Вчені з'ясовують можливості перенесення в інші бактерії nif-генів (генів азотфіксації). Ці гени вже перенесені від вільноживучого азотфіксатора — клебсієли — в клітини Е. соlі, яка внаслідок трансформації почала фіксувати вільний азот. Перенесення генів азотфіксації в грунтові мікроорганізми є реальним завданням сучасної біології.

Експерименти генної інженерії сприятимуть вирішенню важливих теоретичних і практичних проблем, але вони можуть бути використані й в антигуманних цілях. Методами генної інженерії можна створити небезпечні для людини і тварин нові типи інфекційних ДНК, властивості яких важко передбачити. Не слід виключати можливість того, що методи генної інженерії будуть використані для створення небаченої біологічної зброї. Тому прогресивні генетики звернулися до вчених всього світу з закликом активно боротися з цією загрозою.

На XIII Міжнародному генетичному конгресі та на конференціях в Давосі (Швейцарія) та Асиломарі (США) були розроблені заходи техніки генетичної безпеки, які усувають можливість неконтрольованого поширення в природі організмів, які об'єднують у своєму складі гени різного походження.

Завдяки методам ГІ

а) Розшифровано геном людини (2003р.). в роботі брало участь 2800 вчених всього світу. Геном нараховує 30 000 генів. Робота тривала більше 10 років. Загальна схема розшифровки: виділення преп. ДНК кожної хромосоми → рестрикція ДНК на фрагменти → гель електрофорез і розподіл фрагментів за розмірами → секвенування послідовності нукл. кожного фрагмента → визначення послідовності з’єднання фрагментів у складі цілісної хромосоми → визначення повної послідовності нуклеотидів кожної хромосоми → визначення повної послідов. нуклеотидів геному (=24 томи).

В геномі людини нукл послідовності, що кодують білки (екзони) займають 1,4 % від всієї ДНК. Тому, за висловом Кисельова геном це те, чого ми не розуміємо.

б) На сьогодні досліджено 800 повних клітинних геномів, зокрема людини, дрозофіли, E. coli, дріжджів та ін.

в) В Х-хромосомах людини виявлено 208 генів, що можуть викликати хвороби. В Y-хромосомі мінімум – 82 гени; у І-й – 2237 а можливо і більше; 22-хромосома містить більше ДНК, ніж 21.

г) Генетично модифіковано більше 120 видів рослин, зокрема сою, кукурудзу, рис, рапс, бавовник, гарбуз, диню та ін.

д) Моноклональні антитіла – гібридоми; їх значення для медицини;

е) Завдяки методам ГІ вирішена у США проблема лікування хворих на СНІД.