Ю.Ю. Глеба - Биотехнология растений (статья) (1117907), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Уже довольно давно известна бактерия Bacillus thuringiensis, продуцирующаябелок, являющийся очень токсичным для многихвидов насекомых, в то же время безопасный длямлекопитающих. Белок (дельта-эндотоксин, СRYбелок) продуцируется различными штаммами В. thuringiensis. Это прототоксин, который протеолитически расщепляется в кишечнике насекомых, образуяактивизированный токсин. Активизированный белок специфично связывается с рецепторами в средней кишке насекомых, что приводит к образованиюпор и лизису клеток кишечного эпителия.
Взаимодействие токсина с рецепторами строго специфично, что усложняет подбор комбинации токсин–насекомое. В природе найдено большое количествоштаммов В. thuringiensis, чьи токсины действуюттолько на определенные виды насекомых. Препараты В. thuringiensis в течение десятилетий использовали для контроля насекомых на полях.Безопасность токсина и его составных белковдля человека и других млекопитающих полностьюдоказана.
Оказалось, что встраивание гена этогобелка в геном растений дает возможность получитьтрансгенные растения, не поедаемые насекомыми[27]. В то же время практическое применение генноинженерных методов по созданию растений, устойчивых к конкретным насекомым-вредителям,потребовало большой работы по подбору необходимых штаммов В. thuringiensis и созданию генноинженерных конструкций, которые дают наибольшийэффект для конкретных классов насекомых.
Кромевидоспецифичности по действию на насекомыхвстраивание прокариотических генов дельта-токсинов в геном растений даже под контролем сильных эукариотических промоторов не привело к высокому уровню экспрессии. Предположительнотакое явление возникло в связи с тем, что эти бактериальные гены содержат значительно больше адениновых и тиминовых нуклеотидных оснований,чем растительная ДНК. Эта проблема была решенапутем создания модифицированных генов, где изприродного гена вырезали и добавляли те или иныефрагменты с сохранением доменов, кодирующихактивные части дельта-токсина. Так, например, спомощью таких подходов был получен картофель,устойчивый к колорадскому жуку [23].
В настоящеевремя так называемые Вt-растения (от В. thuringiensis) хлопка [22] и кукурузы [16] занимают основнуюдолю в общем объеме генетически модифицированных растений этих культур, которые выращивают на полях США.ÉãÖÅÄ û.û. ÅàéíÖïçéãéÉàü êÄëíÖçàâÅÖãäàРастения являются безусловно наиболее дешевым продуцентом белков. Стоимость белка, полученного путем сельскохозяйственного культивирования сои или кукурузы, составляет менее 1 долл./кг.Кроме того, использование в настоящее время микробных клеток в закрытых системах (ферментерах) иособенно культивируемых клеток животных в качестве продуцентов фармацевтических белков обходится в сотни и тысячи раз дороже. К сожалению,львиную долю стоимости производства зачастую составляет не наращивание клеток, а последующаяочистка белка.
Стоимость очистки тем выше, чем ниже концентрация белка в клетках. Это особенно важно в случае фармацевтических белков, требующихвысокой степени чистоты. Поэтому исследованияпоследних лет имели целью, с одной стороны, показать возможность получения биологически эквивалентных форм того или иного белка в трансгенныхрастениях, а с другой – повысить содержание белка иоблегчить и удешевить его последующую очистку.К настоящему времени уже показано, что растения могут производить белки животного происхождения. Так, встраивание в геном растений Arabidopsisthaliana и Brassica napus химерного гена, состоящегоиз части гена запасного 2S-белка арабидопсиса икодирующей части для нейропептида – энкефалина, приводило к синтезу химерного белка до 200 нгна 1 г семени.
Два структурных белковых доменабыли связаны последовательностью, узнаваемойтрипсином, что давало возможность в дальнейшемлегко изолировать чистый энкефалин [28]. В другомэксперименте удалось после скрещивания трансгенных растений, в одном из которых был встроенген гамма-субъединицы, а во втором – ген каппасубъединицы иммуноглобулина, получить у потомства экспрессию обеих цепей. В результате растениеформировало антитела, составляющие до 1,3% суммарного белка листьев [13]. Также было показано,что в растениях табака могут собираться полностьюфункциональные секреторные моноклональные иммуноглобулины [19]. Секреторные иммуноглобулины обычно выделяются в ротовую полость и желудокчеловека и животных и служат первым барьером напути кишечных инфекций. В упомянутой выше работе получили продукцию в растениях моноклональных антител, которые были специфичны дляStreptococcus mutans – бактерий, вызывающих зубной кариес.
Предполагается, что на основе такихмоноклональных антител, продуцируемых трансгенными растениями, удастся создать действительно антикариесную зубную пасту.Из других белков животного происхождения,которые представляют интерес для медицины, показана продукция в растениях человеческого β-интерферона [8]. Разработаны также подходы, позволяющие получать бактериальные антигены в растениях ииспользовать их в качестве вакцин [12]. Получен картофель, экспрессирующий олигомеры нетоксичной5субъединицы В-токсина холеры. Эти трансгенныерастения могут быть использованы для получениядешевой вакцины против такого заболевания, какхолера.
Причем в случае холеры иммунизация вполне эффективно происходит при пероральном приеме вакцины [2].тельно изменить производство детергентов, косметики, кондитерских изделий, затвердителей, смазочных материалов, лекарств, полимеров, дизельноготоплива и многого другого, что связано с использованием углеводородного сырья.èéãàëÄïÄêàÑõ à ÑêìÉàÖ ëÄïÄêÄÜàêõГенетическая инженерия метаболизма жировуже привела к новым коммерческим продуктам.Важнейшим сырьем для получения разного родахимических веществ являются жирные кислоты –основной компонент растительного масла.
По своей структуре это углеродные цепи, которые обладают различными физико-химическими свойствами взависимости от своей длины и степени насыщенияуглеродных связей. В 1995 году была закончена экспериментальная проверка и получено разрешениеот федеральных властей США на выращивание икоммерческое использование трансгенных растений рапса с измененным составом растительногомасла, включающего вместе с обычными 16- и 18членными жирными кислотами также и до 45% 12членной жирной кислоты – лаурата. Это веществошироко используется для производства стиральныхпорошков, шампуней, косметики.Экспериментальная работа заключалась в том,что был клонирован ген специфической тиоэстеразыиз растения Umbellularia californica, где содержаниелаурата в жире семян достигало 70%.
Структурнаячасть гена этого фермента под контролем промотора-терминатора гена белка, специфического дляранней стадии семяобразования, была встроена в геном рапса и арабидопсиса, что и привело к увеличению содержания лаурата в масле этих растений [29].Из других проектов, связанных с изменениемсостава жирных кислот, можно упомянуть работы,ставящие целью повышение или снижение содержания ненасыщенных жирных кислот в растительноммасле. Интересными представляются экспериментыс петрозелиновой кислотой – изомером олеиновойкислоты, где двойная связь находится за шестым углеродным членом.
Эта жирная кислота входит в состав масла кориандра и определяет его более высокую температуру плавления (33°C), в то время какпри наличии олеиновой кислоты температура плавления составляет только 12°С. Предполагается, чтопосле переноса генов, определяющих синтез петрозелиновой кислоты, в растения – продуценты растительного масла удастся производить диетическиймаргарин, содержащий ненасыщенную жирнуюкислоту. Кроме того, из петрозелиновой кислотыочень легко получать лаурат путем окисления озоном [21, 26].Дальнейшее изучение специфики биохимического синтеза жирных кислот, по-видимому, приведет к возможности управлять этим синтезом с целью получения жирных кислот различной длины иразличной степени насыщения, что позволит значи-6Растения являются важнейшим источником сахаров и продуктов на их основе.
Среди наиболееважных для нас продуктов следует упомянуть целлюлозу, крахмал, а также пищевые моно- и дисахариды. Проводится работа по созданию трансгенныхрастений картофеля и других крахмалнакапливающих культур, в которых это вещество будет находиться в основном в виде амилопектина, то естьразветвленной форме крахмала, или же в основномтолько в виде амилозы, то есть линейных формкрахмала. Раствор амилопектина в воде более жидкий и прозрачный, чем у амилозы, которая при взаимодействии с водой образует ригидный гель. Так,например, крахмал, состоящий в основном из амилопектина, по-видимому, будет иметь спрос нарынке производителей различных питательныхсмесей, где сейчас в качестве наполнителя используется модифицированный крахмал [24].àáåÖçÖçàÖ ëÇéâëíÇëÖãúëäéïéáüâëíÇÖççõïà íÖïçàóÖëäàï êÄëíÖçàâСовременная биотехнология в состоянии манипулировать многими важными признаками, которые можно разделить на две группы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
