Рыбчин - Основы генетической инженерии - 2002 (947310), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. Общепринятого определения генетической инженерии не существует. Если следовать традиционному пониманию термина "инженерия", то генетическую инженерию можно трактовать как искусство использовать знания основ и методов молекулярной генетики и молекулярной биологии для конструирования организмов с заданными наследственными свойствами. История собственно генетической инженерии насчитывает уже более 30 лет. Ее дальняя предыстория уходит корнями в развитие методов ю~ассической генетики. Основную роль в начальный период сыграл количественный анализ, введенный Ме~шелем в 60-е годы прошлого столетия в работы по изучению законов поведения наследственных признаков.
Он помог выявить главные генетические закономерности и сформулировать понятие о единице наследственности — гене. Тем не менее, вплоть до середины нашего столетия генетические методы оставались формальными, так как молекулярная база законов наследственности и материальная природа генов оставались неизвестными. Ближняя предыстория генетической инженерии началась более полувека назад с открытия генетической рапи ДНК (Лафету ег а1., ! 944). Широкое использование в биологии физико-химических методов, введение в практику прецизионных приборов и устройств позволили перейти к анализу генетических структур и функций на молекулярном уровне.
Было выяснено строение молекул ДНК (Ч~агзоп, Спс)г, 1953) и белка (Рац!(пя, Согеу, ! 951). Это привело к формированию нового раздела в генетике — молекулярной генетики, достижением которой явилось установление того факта, что гены пе только кодируют структуру определенных продуктов (как правило, белков), по и регулируют процесс их синтеза (Засоб, Мопод, 1961). Впоследствии был расшифрован генетический код (1961 — 1966) и выяснено строение элементов, управлявших дей- Лаеделие 7 ствием прокариотических генов и синтезом белков: промоторов, операторов, сайтов связывания рибосом, терминаторов транскрипции и трансляции и др. Достойное место в предыстории генетической инженерии занимают работы Жакоба, проведенные в середине 60-х годов. С помощью целенаправленных генетических операций мет.одами рекомбинации и г1ю он сумел подчинить структурную часть олцого оперона регуляторным элементам другого.
В то же время в его лаборатории было доказано, что перемещение оперона вместе со всеми собственными регуляторными элементами в другую область хромосомы не отражается заметным образом па его способности к экспрессии (Яяпег, Вссквчй)п 1966). Результаты этих экснериментов находятся у истоков генетической инженерии 1л лю и составляют основу современных методов решения задач по экспрессии клонируемых генов. Важную роль в становлении генетической инженерии сыграло открытие явления специфической трансдукции бактериальных генов некоторыми умеренными фагами (Могзе ег а(., 1956). Оно дало возможность сформировать представление о векторах, т.е.
молекулах — переносчиках генов, и подсказало пути извлечения генов из клеточного генома. Обнаружение явления рестрикции и модификации ДНК у бактерий и раскрытие его механизма (Айег, Оызо(х, 1962; Овьао(х, АгЬег, 1962) позволили идентифицировать целый класс рестрицирующих эндонуклеаз (ВтЬЬ, %!!сох, 1970„Ке!!у, Зщ(1Ь, 1970), что и открыло путь к разработке технологии рекомбинантных ДНК. Энзимология нуклеиновых кислот предоставила в распоряжение "генных инженеров" обширный "инструментарий" для всевозможных манипуляпий с 2[НК, а генетика микроорганизмов подсказала им способ введения сконструированных 1л игго молекул ДН К в реципиентные клетки пугем их трансформации.
Поэтому в последующие годы методы ьв и!го, позволившие синтезировать, выделять, рекомбинировать и перемещать гены, получили широкое распространение в практике молекулярных генетиков. Термин "генетическая инженерия" появился на рубеже 70-х годов. В то время впервые был вьщелен гд игщ "чистын" ген (лактозный опероп кишечной палочки; ВЬар(го ег а1., 1969), а в лаборатории Кораны химическим путем был синтезирован ген алани- новой тРНК дрожжей (А~агыа! ьч а(., 1970). К этому времепи эмбриологи достигли зпачитсльпых успехов в манипулировании зародышевыми клетками животных.
Благодаря чему, к примеру, после удаления ядра из яйцеклетки лягушки стало возможным введение в нее ядра клеток кишечной стенки головастика и получение норл~ального взрослого организма. Так впервые неполовым способом было воспроизведено животное, что позволило клонировать особи, т.е. получать их гепетически идентичные копии. Если же исследователю доступны зародышевые клетки и "чистые** гены, то появляется возможность заменить определенные лефектные гены полпопспными, т.е.
осуществить генную терапию. )1мепно для этого процесса первопачально был введеи термин "генетическая инженерия". Одпако вскоре стало ясно, что с появлепием "чистых*' генов открывается перспектива конструирования бактерий с иесвойственными им признаками, в том числе и высокоэффективных штаммов промышленных микроорганизмов. Поэтому генетической инженерией стали называть комплекс молскулярногенетических методов, с помощью которых можно осуществлять целецаправлеппое конструирование организмов путем различных операций нач информационными молекулами. Годом рождения генетической инженерии считают! 972 гол, когда в лаборатории Берга была получена гл и!го первая рекомбипант~ая молекула ДНК путем объедипепия линейпых фрагментов ДНК с помощью искусственно созданных липких концов ()аскчоп ег а1., ! 972).
В следующем году было показапо, что можно объединять фрагмеиты ДНК с липкими концами, образовавшимися после обработки ДН К пекоторыми рестрицирук>шими эпдопуклеазами (1.оЬЬал, Ка)аег, 1973). Это послужило толчком для бурного развития генетической ипжецерии. Были сконструированы первые плазмидный (Собеп ег а1., !973) и фаговый (Миггау, Мгц иу, 1974) векторы, разработаны новые метолы объедипепия (рекомбинации) молекул ДНК ьл г!гго, выявлены основпые закономерности экспрессии генов в чужеролном окружении.
Развитию гепетической инженерии способствовало и постояппое совершенствование биофизической аппаратуры — ультра- и микроцентрифут, спектрофотометров, жидкостных спинтилляциошгых счетчиков, амипокислотных анализаторов, секвепаторов и Введение 9 синтезаторов пептидов и олнгонуклеотидов, различных устройств лля хроматографии, гель-электрофореза, полимеразной цепной реакции, радиоиммунного анализа, сканирования гелей и тл. Генетическую инженери|о можно рассматривать как состоягцую нз двух разделов — генной и геномной инженерии (таблица). Разделы генетической инженерии Генная инженеаия "Инструмен- та ии" Содер- жание Методы не сноса генов Этапы й чГча: извлечение генов, их перенос и закрепление в новом генетическом окружении, экспрессия генов Транслукция, конъюгъиия, транспоэиция, слияние прото- пласгов Вирусы,плаэмиды и транс- позоны Геиамная иняеенерия Соле жанне Методы констрчи овация Рекомбинация еа ича и са итга Объект Вирусы Конструирование организмов новых Клетки прокарист Межвидовая конъюгация и слияние протопласгов видов Слияние растительных протопластов и животных клеток, введение а клетки изолированных мстафазных хромосом, микроинъекция хромосом в ядра, перенос изолированпъ|х митохондрий и хло- опластов Клетки эукариот Конструирование организмов с несвойственными данному виду при- знаками 7л игга: синтез или выделение генов; модификация генов, замена праматоров и терминаторов,локализованный мугагенез; присоединение генов к векторным молекулам; введение генов в клетки, их клонирование и эксп ессия Рестриктазы и другие нуклсазы, ПК-лигазы, обратная трапс- криптаза и дру- гие ДЕ1К- и РНК-полимсра- зы.
Векторы, адаптеры, полпнкеры, зонды и т.л. Трансформация (химическая, электропорация, ускоренными частицами, липосомами), микроиньекция в ядра эукариот 10 Введение Генная инженерия методами ьч иго или гв игго решает задачи введения н геном рециииентной клетки одного или нескольких (обычно чужеродных) генов либо создания в ге~юме новых типов регуляторных снязей. В таких случаях видовая принадлежность рециииентных организмов не меняется, но появляются несвойственные им признаки.
Перед геномной инженерией стоят задачи более глубокого вмешательсгна в геном, вплоть до создания новых видов организмов, Методы решения таких задач различны для вирусон и для иро- и эукариотических клеток. Часто генетическую инженерию сводят лишь к операциям с молекулами ДНК методами ш олго. Такое сужение области генетической инженерии вряд ли оправдано, поскольку ее конечным результатом является конструирование рекомбинантных молекул ДПК и метод здесь ие имеет значения. Нет, например, никакой принципиальной разницы между з рансдуцирующими фатами, полученными методами сл епо и ья и~го: в обоих случаях целенаправленно конструируются или отбираются фаги с заданными свойствами.
Во многих экспериментах с клетками высших эукариот результат достишется только последовательными операциями ш епо и ш евго Методы генетической инженерии успешно применяются для решения фундаментальных проблем. Решаю|нее значение они имеют для исследования молекулярной структуры геномов и генов, а также молекулярных механизмов регулирования их экспрессии. Уже на начальных этапах их применения удалось достигнуть существенного прогресса ири изучении эукариотических организмов. Ьыл установлен факт прерывного строения генов, выявлены мобильные диспергированные гены, поняты основные механизмы переключения генов при дифференцировке клеток, определена структура многих ре1уляторных элементов на уровне ДНК, в отдельных случаях выяснены генетические причины злокачественного перерождения клеток и т.д. Генетическая инженерия способствовала становлению новых научных направлений, составляющих базу молекулярной медицины: молекулярной вирусологии, молекулярной онкологии, молекулярной нейрофизиологии и т д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
