Рыбчин - Основы генетической инженерии - 2002 (947310), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Существенных успехов генетическая инженерия достигла и при решении прикладных задач, дав толчок зарождению Введение 1 1 молекулярной биотехнологии. Уже в конце 70-х годов в клетках кишечной палочки бьп осуществлен синтез ряда животных и человеческих белков и гормонов — соматостатина (11аЬиа ег а1, ! 977), проинсулина (У1!1а-Кошагой' ег а1., 1978), гормона роста (Мап)а! ег а!., 1979). Теперь же список генно-инженерных продуктов включает в себя согни наименований лекарственных и других полезных препаратов.
В первые голы основными объектами генно-инженерных экспериментов были клетки ЕгсЛепс)ли сей К-12, а также ее плазмиды и бактериофаги, так как именно они были наиболее полно изучены генетически. Это позволяло целенаправленно конструировать новые типы векторных молекул и реципиентных клеток, а также прогнозировать свойства рекомбинантных молекул ДНК и проводить их анализ. Но со временем были разработангя системы клонирования для различных промышленно важных микроорганизмов, а также для клеток растений и живоп~ых.
В настоящее время можно получать растения и животных, содержащих в своем геноме любой избранный ген. Успех работы зависит только от суммы вложенных в нее средств. Молекулярная биология и генетическая инженерия тесно переплетены друг с лругом и в приложениях к медицине. Задача ученых — так изучить организм, чтобы понять болезнь в молекулярных терминах, выявить вещества, создающие проблему и дать рекомендации для лечения недуга. Выполнение этих рекомендаций возлагается на "генных инженеров*'. Они создают продуценты активных человеческих белков, выделяют или конструируют молекулы, снимающие проблему. Ярким примером успехов в этой области является фирма "Генетех*'.
Созданная на скромные инвестиции в 1976 г. при участии Г. Бойера — олного из пионеров генетической инженерии, она сейчас занимает лидирующие позиции в создании препаратов медицинского назначения. Уже в 1977 году сконструирован штамм Е, со!1, синтезируклций человеческий белок (вота!ох!а!ш). В 1978 году клонирован ген человеческого инсулина, в 1979 году — ген человеческого гормона роста. Тщательная процедура клинической проверки генно-инженерных продуктов позволила уже в 1982 году получить разрешение на использование для лечения рекомбинант- !2 Введение ного инсулина. Этот инсулин незаменим для больных диабетом, у которых обычно применяющийся свиной или бычий инсулин вызывает аллергические реакции.
В 1984 г. налажено производство антитромбогенного фактора 'ЛН. В дальнейшем были разработаны технологии синтеза других медицинских препаратов и получены разрешения на использование: 1985 г. — человеческого гормона роста для детей с дефицитом зтого гормона; 198б г. — интерферона-алыра-2а для лечения некоторых типов лейкемии; 1987 г. — тканевого активатора плазминогена для удаления тромбов у пациентов с острым инфарктом миокарла; 1990 г.
— интерферона-гамма-!Ь для лечения хронической грануломы; тканевого активатора плазминогена при острой змболии легких; вакцины против гепатита В; 1993 г. — гормона роста для лечения нарушений в росте у детей с хронической почечной недостаточностью; пульмозима для лечения муковисцидоза; фактора МП для лечения больных гемоФилией А; 199б г, — гормона роста для инъекций при лечении нарушений в росте у детей с хронической почечной недостаточностью; тканевого активатора плазминогена при острых приступах ишемической болезни сердца или спазмах сосудов головного мозга; человеческого гормона роста для лечения недостатка в росте, связанного с синдромом Тернера; пульмозима для лечения запушенных Форм муковисцилоза; 1997 г.
— ритуксана для лечения пациентов с лимфомой неХоджкина; гормон роста для лечения лефицита гормона роста у взрослых„ 1998 г. — моноклональных антител для терапии пациентов с определенным типом метасгазируюшего грудного рака. ЧА СТБ ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ 1Х 'т"ГУО Идеи генной инженерии гд иго почерпнуты из природных молекулярно-генетических явлений, связанных с перемещением отдельных генов, их групп или сегментов. Эти явления можно отнести к природной генетической инженерии.
Они встречаются на разных иерархических уровнях — от генных сегментов до клеток. Напомним о внутригенных перестройках генов иммуноглобулинов при дифференцировкс лимфоцитов, что обусловливает образование разнообразных антител; о транспозонах — подвижных генетических элементах, переносящих адаптивно полезные признаки и вызывающих внутригеномные перестройки; о транслокации отдельных клеточных генов в вирусные геномы, что придает вирусам онкогенные свойства; о переносе бактериальных генов плазмидами и фатами; о сайт-специфических инверсиях ДНК, контролирующих выражение генов и приводящих к изменению фепотипа клеток и т. д.
Содержание части позволяет: во-первых, познакомить читателя с молекулярно-биологическими свойствами основных объектов генно-инженерных операций — генов, транспозонов, плазмид, вирусов и клеток; во-вторых, привлечь внимание к явлениям природной генетической инженерии, в частности к фактам горизонтального переноса генов, и показать возможность их целенаправленного лабораторного использования для изменения генетических свойств вирусов и клеток, что и составляет суть генной инженерии гв лто.
В этом плане полезные сведения можно почерпнуть в пособиях Девис и др., ! 984; "Плазмиды. Методы", 1990; М111ег„1992, а, б. Глава 1 ГЕНЫ Основными объектами генно-инженерных операций являются гены — участки ДНК или РНК, детерминирующие последовательность мономерных звеньев в кодируемых ими полипецтидах или полинуклеотидах. В генетической инженерии обычно манипулируют генами, кодирующнми цолипептиды (белки), поэтому здесь не будут рассматриваться гены, которые определяют синтез рРНК или тРНК.
За последние годы представления о структуре генов заметно усложпигп1сь. На раннем этапе развития молекулярной генетики предполагалось, что гены состоят из непрерывной кодирующей последовательности нуклеотидов. Однако позднее выяснилось, что большинство генов эукариот и некоторые прокариотнческие гены имеют мозаичное строение — в них чередуются копирующие и некодирующие области. Поэтому они значительно длиннее, чем это требуется для кодирования белков заданной длины. Например, ген лигидрофолатредуктазы мыши включает 32 тысячи пар нуклеотидов (т.п.н.), в то время как его кодирующая обласз ь — только 568 пар нуклеотидов (п.н.). Считалось также, по гены в ДНК занимают фиксированное положение.
Теперь же выявлено много "блуждающих" генов и даже их групп. ИнФормация, содержащаяся в генах, записана в виде генетического кода. У всех организмов, за исключением некоторых кодонов у ресничных простейших и в митохондриях, он одинаков. Одинаковы у всех клеток и принципы реализации генетической информации. В структуре любого гена запрограммированы два основных этапа его экспрессии.
На этапе транскрипции с помогцью РНК-полимеразы синтезируется мРНК. Нуклеотидные последовательности„благодаря которым РНК-полимераза связывается с Глава 1. Гены 15 ДНК (промоторы) и отсоединяется от нее (терминаторы транскрипции), располагаются в начале н конце генов, соответственно.
На этапе трансляции осуществляется синтез белка. Генетические сигналы, обусловливакнцие этот процесс, также заложены в структуре генов: в начале и конце их белок-кодирующих областей расположены инициирующие и терминирующие кодоны. Несмотря на принципиальное сходство этих этапов у всех организмов, структура генов и их регузиторных элементов, а также строение аппаратов транскрипции и трансляции у про- и эукариот сугцественно различаются (табл. ! . !). Таблица 1.1 Характеристика генетического аппарата про-в эукариот Элементы аппа ата Эукариоты Прокариоты Гены Обычно солержат ив|роны Возможны перестройки Оперонов нет. У инлуцибельных генов имеются ре~улягорныс элементы. Ткапеспецифичпость энхансеров Строение Стабильность Координация экспрессии Число РНК- полимераз Ы ромогоры ОС-богатая шпилька в мРНК и затем последовательность из уридиновых остатков.
Иногда зависит от факторов терминации Терминатор транскрипции Непрерывны Стабильны Гены, выполняющие общую функцию, сгруппированы в опероны (регулоны) Тррискриицил Одна, распознает лромотор с помощью о-субьедпн|п1ы Единый план строения, наличие двух консервативных последовательностей: у Е со)1 ТАТААТ ( — 10) и ТТОАСА ( — 35) Три, распознают промстор с помощью т)внскрипционных факторов Промоторы генов, кодирующих белки, имеют одну конссрватв вную ТАТА- последовательность„ а также мозаичный набор из разных боксов. У высзвих эукариот: СААТ,ОС, октамер А'П'ТОСАТ и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
