Глава 8 методы генной инженерии. Промышленный синтез белков, инсулина, соматотропина и интерферона

8.1. История создания генетической инженерии

Генетическая (генная) инженерия является наиболее интенсивно развивающейся областью биотехнологии. Она основана на молекулярно-биологических, иммунохимических и биохимических методах, позволяющих путем операций в пробирке (in vitro) переносить генетическую информацию из одного организма в другой, придавая ему новые уникальные свойства.

Генетическая инженерия нашла широкое практическое применение в различных отраслях народного хозяйства:

1. Сельское хозяйство – внедрение биологических методов защиты растений, получены трансгенные овцы с геном хемозина, создано новое поколение вакцин для животноводства.

2. Микробиологическая промышленность – производство интенсивных штаммов микроорганизмов.

3. Фармакологическая промышленность – расширение спектра производства лекарственных средств.

4. Пищевая промышленность – производство новых, высокоактивных ферментных препаратов.

Создателями метода генной инженерии явились Герберт Бойер (рис. 8.1) и Стенли Коэн (рис. 8.2).

Рис. 8.1. Герберт Бойер 8. 2. Стенли Коэн

Перенос гена, являющегося частью хромосомы и единицей наследственности всех организмов, впервые был осуществлён этими американскими учёными в 1973 году. Сам способ быстро оценили многие исследователи и на его основе создали большое количество методик, позволяющих эффективно и просто выделять гены, идентифицировать их и использовать для трансформации организмов.

Генетическая инженерия – ветвь молекулярной биологии и молекулярной генетики, исследующая возможности и способы создания лабораторным путём (in vitro) генетических структур и наследственно изменённых организмов. В современной интерпретации – совокупность приемов, методов и технологий, используемых для перенесения в реципиентную клетку и организм генетических структур от единичного гена до локусов ДНК, хромосом, ядер клеток и всего генома.

Обычно употребляют два названия данного научного направления – генетическая инженерия и генная инженерия, являющиеся как бы синонимами. Однако их смысловое содержание не одинаково:

- генетическую инженерию связывают с генетикой;

- генная, имеет отношение только к генам.

Кроме того, генетическая инженерия точнее раскрывает содержание дисциплины – создание генетических программ, основная задача которых – создание in vitro молекул ДНК посредством соединения фрагментов ДНК, которые в естественных условиях чаще не сочетаются благодаря межвидовым барьерам (рекомбинантные ДНК).

Молекулярная генетика исследует процессы, связанные с наследственностью на молекулярном уровне. Единицей генетической, или наследственной, информации является ген. Ген – это участок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), несущей информацию об одной полипептидной цепи.

Особенности того или иного организма определяются специфичностью его белков, которые влияют на обмен веществ.

Первая рекомбинантная ДНК получена в 1972 г. (П. Берг с сотр.) и была составлена из фрагмента ДНК обезьяньего вируса ОВ40 и бактериофага-λ с галактозным опероном Е. соli.

Формально 1972 г. следует считать датой рождения генетической инженерии.

Генетическая инженерия имеет яркую историю благодаря тому общественному резонансу, который она вызвала с самых первых своих шагов. Начало этим событиям положило послание участников Гордоновской конференции (1973) президиуму Академии наук США, в котором говорилось о потенциальной опасности практического применения технологий рекомбинантных ДНК для здоровья человека. Возможные блага генетической инженерии признавались с самого начала, но разногласия по данной проблеме не затихают и сейчас. В табл. 8.1. перечислены основные этапы её становления и развития.

Таблица 8.1. Основные этапы развития генетической инженерии

Год	Автор	Содержание открытия
1869	Ф. Мишер	Выделена ДНК из ядер клеток гноя
1953	Д. Уотсон, Ф. Крик	Сконструирована модель двойной спирали ДНК на основании результатов рентгеноструктурного анализа ДНК
1961	А. Мармур, П. Доти	Явление денатурации ДНК и установлены точность и специфичность реакции гибридизации нуклеиновых кислот
1962	В. Арбер	Впервые получены сведения о ферментах рестрикции ДНК
1965	М. Мезельсон, Е. Юань	Выделена первая рестриктаза
1966	М. Ниренберг, Е. Очоа, Г. Корана	Расшифрован генетический код
1967	М. Геллерт	Открыта ДНК-лигаза
1972-1973	Г. Бойер, С. Коэн, П. Берг	Разработана технология клонирования ДНК
1975-1977	Ф. Сэнгер, Р. Баррел, А. Максам, В. Гильберт	Разработаны методы быстрого определения нуклеотидной последовательности
1979	Г. Корана	Синтезирован ген тирозиновой супрес-сорной РНК
1981-1982	Р. Пальмитер, Г. Рубин, Р. Бринстер, А. Спрэдлинг	Получена трансгенная мышь. Получены трансгенные экземпляры дрозофилы
1993	Л. Эрнст, Г. Брем, И. Прокофьев	Получены трансгенные овцы с геном хемозина
2003	Стэндфордский и Калифорнийский университеты	Расшифрован геном человека