§ 6. Генная инженерия.

Генная инженерия – это новое направление генетики, являющееся одним из разделов биотехнологии. Объектом исследования генной инженерии служат гены и операции с ними, а целью исследования является пересадка генов в гетерогенные системы и их экспрессия для получения кодируемых генами белков-гормонов, ферментов, антигенов и других биологически активных веществ. Реципиентами генов являются преимущественно бактерии или дрожжевые грибы, культивирование которых позволяет получать генные продукты в промышленных масштабах.

Все операции с генами при генной инженерии выполняются с помощью различных ферментов: рестриктаз, лигаз, транскриптаз. Рестриктазы (или эндодезоксирибонуклеазы) расщепляют молекулы ДНК в строго определенных участках нуклеотидной последовательности. Существует множество рестриктаз, узнающих любую последовательность нуклеотидов. Ковалентное сшивание нитей ДНК осуществляет ДНК-лигаза, тогда как копирование фрагментов ДНК выполняют транскриптазы. С помощью фермента РНК-зависимой ДНК-полимеразы (обратная транскриптаза) становится возможным образование ДНК по матрице иРНК.

Для переноса вырезанного гена из одного генома в другой используются векторы – молекулы ДНК, способные к автономной репликации и транспортировке чужеродной генетической информации в клетку. В качестве векторов используют бактериальные плазмиды, ДНК- и РНК-вирусы, а также касмиды – производные плазмид и вирусов.

Для генно-инженерного конструирования геномов нередко используются дополнительные генетические элементы – линкеры (link - связь), спейсеры (space - пространство), промоторы (promote - продвигать), кодоны. Линкеры – это олигонуклеотиды, предназначенные для восстановления рамки считывания генетического кода при ее сдвиге. Спейсеры – олигонуклеотиды, при помощи которых проводят отделение от гена слишком близко расположенного промотора. В случаях утраты транслоцируемым геном инициирующего кодона АУГ, его ковалентно соединяют с началом гена посредством лигаз. Для активного функционирования генов к их началу присоединяют сильно действующий промотор; либо ген многократно повторяют, встраивая каждую копию линейно друг за другом (тандемная амплификация).

Процесс создания нового генно-инженерного генома включает несколько этапов. 1. Вырезание нужного гена из генома эукариотической клетки посредством рестриктаз. 2. Получение копии гена в виде зрелой иРНК, состоящей из одних экзонов. 3. Получение ДНК-копии иРНК с помощью обратной транскриптазы. 4. Внесение рекомбинантной ДНК-копии в состав вектора с помощью рестриктаз и лигаз. 5. Внесение вектора в геном бактериальных или грибковых клеток с последующим их культивированием. 6. Отбор колоний реципиентов, в которых трансфецированный ген проявил себя наиболее полно. 7. Проверка наличия вставленного гена методами молекулярной гибридизации и рестрикционного анализа.

В настоящее время методом генной инженерии получены некоторые лекарственные препараты (интерфероны, инсулины) и антигены, используемые в качестве вакцин (HBs антиген ВГВ).