Глик, Пастернак - Молекулярная биотехнология - 2002, страница 7

Дрожжи Еиссйап>тусе> сегеиийие — это непатогенные одноклеточные микроорганизмы с диаметром ю>еткн примерно 5 мкм, которые но многих отноп>ениях представляют собой эукариотический аналог Е. сай. Их генетика, молекулярная биология и метаболизм детально изучены. Е. се емгйие размножа>о>ся почкованием и хорошо растут на такой же простой среде, как и Е сой. Их способность к пренращению сахара н этанол и углекислый газ издавна использовалась для изготовления алкогольных напитков и хлеба.

В настоящее время ежегодно во всем мире расходуется более 1 млн. тонн Х сегеи)з)ае. Дрожжи Х сеген>йие представляют также большой научный интерес. В частности, они являкпся наиболее удобной моделью для исслелованих других эукариот, в том числе человека, поскольку многие гены, ответственные за регуляцию клеточного деления Х сегеи>у!ссе, сходны с таковыми у человека. Эго открытие способствовало идентификации и характеристике генон человека, отвечающих за развитие новообразований. Широко используемая генетическая система лрожжей (искусственная хромосома) является непременным уп>астником всех исследований по изучению ДНК человека.

В 199б г. была определена полная нуклсотидная последовательность осего набора хромосом Х сегеи!з!ае, что еще более повысило ценность этого микрооринизмад>ш научных исследований. Такая работа на эукариотах была выполнена впервые. Синтезированный бактериальной клеткой эукариотический белок часто приходится подвергать ферментативной модификации, присоединяя к белковой молекуле пизкомолекулярныс соединения — во многих случаях это необходимо для правнльноп> функционирования белка. К сожалению, Е. сай и другие прокариоты не способны осутцествлять эти модификации, поэтому для получения полноценных эукариотических белков используют Б.

сегеи)з1ае, а также другие виды дрожжей: К1иуиегап>усех 1асг12Ь Яагсйаго>пусех г)1ама!!сиз, $сй(х!Ьигсйап>тугез ро>яЬе, )гаггаг>!и йраIуйса, Р>еIци раз!ипж Наихепи1и ро)уи>огрйа. Наиболее эффективными продуцентами полноценных рекомбинантных белков являются Р. раз!не!з и Н. ра1ушогр)ш. .Культуры эукдриотических клеток При всех различиях между типами эукариот метолические подходы к культивированию клеток насекомых, растений и млекопитающих имеют много общего. Сначала берут небольшой кусочек ткани данного организма и обрабатывают его протеолитичсскими ферментами„расшепляющими белки межклеточноп> материала (при работе с растительными клетками добавляют специальные ферменты, разрушающие клеточную стенку). Высвободившиеся клетки помещают в сложную питательную среду, содержащую аминокислоты, антибиотики, витамины, соли, 28 ГЛАВА 2 глюкозу и факторы роста.

В этих условиях клетки делятся до тех пор, пока на стенках емкости с культурой не образуется клеточный ьюнослой. Если после этого не перенести клетки в емкости со свежей питательной средой, то рост прекратится. Обычно удается переносить (перевивать, субкультивнровать) и поддерживать до 50 — 100 клеточных генераций исходной (первичной) клеточной культуры, затем клетки ссачинают терять способность к делению и гибнут. Культивируемые клетки сохраняют некоторые свойства исходного клеточного материала, поэтому их можно использовать для изучения биохимических свойств различных тканей. Часто некоторые клетки персвивасмых первичных клеточных культур претерпевают с енетические изменения, в результате которых ускоряется их рост.

Культуры клеток, которые при этом приобретают селективсгые преимушества, оказываются способными к неограниченному росту 1п»зйго и называкя ся устойчивыми клеточными линиями. Одни клеточные линии сохраняют основные биохимические свойства исходных клеток, другие нет. У большинства клеток, способных к неограниченному росту, имеются значительные хромосомные изменения, в частности отмечается увеличение числа одних хромосом и потеря других. В молекулярной биотехнологии усгойчивые клеточные линии иногда используют для размножения вирусов и для выявления белков, которые кодируются клонированными последовательностями ДНК. Кроме того, они применяются лля крупномасштабного производства вакцин и рекомбинантных белков. В молекулярной биотехнологии используется множество различных биологических снстем— как для осусдествления генетических манипу- ляций, так и для производства важных в коммерческом отношении пролуктов.

Наиболее значимыми из них являются бактерия ЬгсЬегссЬ!а со!1, дрожжи 5асс!шсигаугез сес'ег!зсае и клеточные культуры насекомых, растений и млекопитаюших. ЛИтн АГУРА !)егпа)п АЛ.., Х.А. Яо)опюп (ес).). 1985. !!!сс1о8у о7' 1оссизп!а1 Осяаа!хтх. Веп!асшпс'Сшппппйв РгсЫ)з(с!пй Со., 1пс., Меп1о Раг)Ч Са)16 Оп!оп В. !996. Т)се уеазГ 8епоспе рго)есг: л йаг б)д в е 1еагп? 7'гелоса беие!. 12: 263 — 270. Еод!з)с Н., 1). Ва!!!шаге, А. Вег)г, ЯЛ..

Улрпгвйу, Р. Ма!впс)а)га, Л. ОагпеП. 1995. Мо1еси!асс Се!! В!о!о8у, Згг) ед. 8с1епйбс Агпепсап Воо)сз, Хеъ Ъ'ог1с, Х.У. О'!.сагу %. М. (ес).). 1989. Ргаспса1 Оаис(ЬооЬ оу М!стоЬ!о!оду. СКС Ргезз,! пс., Воса Вагон, Е)а. 1. Почему в молекулярной биотехнологии применяется так многгс разных биологических систем? 2. Кто такие прокариоты? 3. Кто такие эукариоты? 4. Перечислите основные свойства ЬгсЬелс!иа со!с'. 5. Что означает термин «грамотрицательпый»? 6. Псречислите основные свойства Х сегег!х!ае. 7. Каковы оссювные компоненты простой жидкой питательной среды? 8. Каковы основные компоненты сложной жидкой питательной с релы? 9.

Что такое первичная клсточная культура? 10. Что такое устойчивая клеточная линия? Вся информация о строении и функционировании лкзбого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале, основу которого составляет лезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). ДНК большинства организмов — это длинная двухцепочеч~ая полимерная молекула. Последовательность мономерных единиц (дезоксирнбонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности лезоксирибонуклеотидов в другой. Принцип комплементарности обеспечивает идентичность новосинтезированных молекул ДНК, образующихся при их удвоении (репликации), исходным молекулам.

Индивидуальными генетическими элементами со строго специфичной нуклеотидной последовательностью, копирующими определенные продукты, являются гены. Одни из них кодируют белки, другие— только молекулы РНК. Информация, содержащаяся в генах, которые кодируют белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов: синтеза РНК (транскрипции) и синтеза белка (трансляции).

Сначала на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК). Затем в ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы. Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот.

Аминокислотная последовательность белковой молекулы олнозначно залает ее структуру н функции. Для получения ценных биотехнологических пролуктов используют гены самых разнсюбразных организмов. Чтобы лучше понять, как работают биотехнологические системы, рассмотрим строение молекулы ДНК и процессы репликации, транскрипции и трансляции. Структура ДНК Первые данные о химических свойствах ДНК появились в )8б8 г. К началу 40-х годов ХХ в. А О Ц Ос Р ',,5' ~СН ', Основание 1 О ж Н Н '~ — — дезохсирибоза .

ОН Азеиии Рис. 3.1. Структурные формулы компонентов ДНК. А. Нукзеотид. Основанием может быть аленин, гуанин„щпознн или тимин. Цветной штриховой линией обведен сахарный остаток (дезоксирибоза): пифрамн указаны его углеродные атомы. Е Основания. Цветной штриховой линией обведен атом азота, по которому к основанию присоединяется дезоксирибоза. ННз ! ~р и С С- зе Ц СН НС С- Н(, Н Н О Ц С, НН С вЂ” Снз ! Ц О знз ) Н Тимин О с НН С СН С С НН Н з Н ?'танин Ннз уС„ и СН ! О,Н ~ Н цитозии 39 ГЛАВА 3 5'-конец О- 3'-коисц 1О = Р,' — — йзосзроаиэфириая связь ---ьз ОНа тамии Ы! ОЗ Н / О=Р О О ХР/ Гуаиии О н н н ОЗ Н / О=Р / з О О СН цип ии Ы~ 3' н Рис. 3.2.

Одна из цспсй молекулы ДНК. было установлено, что молекула ДНК вЂ” зто линейный полимер. Его мономерными единицами являются нуклеотилы, состояшие из азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и фосфатной группы (рис. 3.1, А). Фосфатная группа присоелинена к 5 -атому углерола моносахариднопз остатка, а прони ~еское основание— к 1'-атому. Основания в ДНК бывают двух типов: пуриновые [аленин (А) и гуанин (С~)) и пиримидиновые (цитозин (С) и тимин (3)1 (рис. 3.1, Б).