3.5 Генная инженерия

Одним из разделов молекулярной генетики и молекулярной биологии,

который приблизился к рубежу практических приложений, является генная

инженерия. Генная инженерия — это сумма методов, позволяющая пере-

носить гены из одного организма в другой, или — это технология направ-

ленного конструирования новых биологических объектов (С. И. Алиханян,

1980 г.). К генной инженерии принято относить следующие операции:

1) синтез генов вне организма;

2) выделение из клеток отдельных генов или генетических структур

(фрагментов хромосом, целых хромосом, ядер);

3) направленную перестройку выделенных структур;

4) копирование и размножение выделенных генов или синтезирован-

ных генов или генетических структур;

5) перенос и включение таких генов или генетических структур в под-

лежащий изменению геном;

6) экспериментальное соединение геномов в одной клетке.

Для того, чтобы организм обладал новыми наследственными свойст-

вами необходимо ввести в него новый ген, подключить его к регуляторной

системе организма, добиться его функционирования в соответствующих

клетках. Существует 3 этапа такого процесса: получение генетического

материала, введение генетического материала в изменяемый организм и

включение новых генов в генетический аппарат клетки.

1. Получение генетического материала. Осуществляется путем его

выделения из генома клеток донора, либо путем его синтеза химическим

путем или с помощью и-РНК и фермента обратной транскриптазы (ревер-

тазы). Нужный ген получают путем вырезания его из ДНК с помощью осо-

бых ферментов — рестриктаз. Такой способ был разработан на плазмид-

ной ДНК бактерий.

2. Введение генетического материала. Осуществляется путем транс-

формации, трансдукции, конъюгации и соматической гибридизации.

Гибридизация соматических клеток приводит к слиянию 2-х прото-

пластов клеток и образованию ядра с диплоидным набором хромосом. За-

тем гибридная клетка делится, и образуются дочерние гибридные клетки с

признаками обоих родителей.

3. Включение новых генов в генетический аппарат клеток. Новые вве-

денные гены не способны к самостоятельной репликации. Поэтому они

вначале вводятся в состав структуры, способной к воспроизведению. Она

называется вектором. Это молекула ДНК, которая способна переносить в

клетку чужой ген и обеспечивать его размножение там. Векторами могут

быть плазмиды бактерий, бактериофаги, вирусы животных, космиды —

фрагменты бактериофагов с плазмидами.

30

С помощью генной инженерии решено ряд проблем биологии: уста-

новлено мозаичное строение гена, расшифрована структура генов, коди-

рующих иммуноглобулины. В 1980 г. получен гормон соматотропин, в

1982 г. — инсулин методом генной инженерии, а также интерферон, вита-

мины и различные гормоны. Генная инженерия является основой биотех-

нологии, а в медицине обеспечивает производство вакцин, сывороток, а

также диагностику генетических аномалий человека на ранних стадиях

развития (генная хирургия — замена поврежденного гена новым).

В 2001 г. усилиями генетиков программы «Геном человека» открыто

количество генов, составляющих 31 тыс. на геном человека. Это расширя-

ет возможности использования генетики для медицинских целей.

Все работы по клонированию человека, по мнению большинства уче-

ных-генетиков, должны быть запрещены.

Пересадка генов должна проводиться для человека только в терапев-

тических целях, с помощью соматических клеток. Применение половых

клеток для генной терапии возможно только при достаточном доказатель-

стве безопасности такого лечения по сравнению с генной терапией сома-

тическими клетками.