Рыбчин - Основы генетической инженерии - 2002 (947310), страница 84
Текст из файла (страница 84)
С помоцсью этих гибридов было обнаружено, что в геноме Х 1ур1ч1типит имеется сайт огсЛ. Первые гибриды Е. со11-Х 1урй1типит и другие бактериальные межродовые и межвидовые гибриды получали традиционным генетическим методом — конъюгацией. Однако при этом обмен генами между клетками, относящимися к разным семействам, практически не происходит. Неограниченные возможности для объединения геномов, включая и геномы эволюционно далеких организмов, открывает техника слияния протопластов в присутствии полиэтиленгликоля. При межвидовой и межродовой гибридизации бактерий и дрожжей таким способом удается Глава 14 Геномиая ияжеяерия 439 получать жизнеспособные гибриды. Но уже здесь проявляется очевидная закономерность: чем отдаленнее скрещиваемые виды, тем реже образуются стабильные гибриды.
В гибридах дрожжей обычно остается полный набор хромосом того или иного родителя и одна или несколько хромосом другого партнера. Сходная картина наблюдается и у бактериальных гибридов — они содержат практически полные геномы одного из родителей с интегрированными фрагментами ДНК другого. Причина этого ясна. Принципы геномного конструирования являются фактически правилами, которым следует природа. Поэтому более жизнеспособными оказываются те межвидовые и межродовые гибриды, которые сохраняют большую часть генома одного из родителей. Многоклеточпые организмы В этом разделе можно сослаться только на примеры геномной инженерии растений. Пластичность растений позволяет манипулировать их геномами и даже получать искусственно новые виды.
Такие задачи издавна решались в опьпах по межвидовой гибридизации. В частности, крупным достижением генетики и селекции стало создание плодовитых растительных гибридов— амфидиплоидов половым путем. На счету клеточной и геномной инженерии получение плодовитых растительных гибридов путем слияния протопластов соматических клеток (см.
гл. 5). Геномная инженерия растений значительно расширяет возможности селекционной работы в плане создания таких гибридов, которые нельзя получить традиционными методами. Однако круг организмов, для которых разработаны способы регенерации целых растений из отдельных клеток, ограничен. В их число пока не входят основные пищевые и технические культуры, представляющие главный интерес для человека.
ВОПРОСЫ ДЛЯ ПОВТОРЕНИЯ И ОБСУЖДЕНИЯ 14.1. Проиллюстрируйте на примере гибридов лямбдоидных бактериофагов принципы геномного конструирования. 14.2. Пользуясь материалом гл. 4, обсудите свойства фазмид Р! и 1Ч15 как объектов природной геномной инженерии. 1лава 15 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТКХНОЛОГИЯ Таблица 15.1 Перспективы использования генетической иижеиерии в различиых областях промыгплепиости Бион редукты или процессы Применение Фармацевтическая нромышлепиость Ароматические вещества Стероилные гормоны, аминокислоты, витамины Антибиотики, их модификация Анальгетики, наркотики и тль Лечение и профилактика различных заболеваний Борьба с инфекционными заболеваниями Генетическая инженерия стала эффективным средством анализа структуры и функций генов.
Теперь нет необходимости строить гипотезы о возможных проявлениях или последствиях тех или иных мутаций. Можно сконструировать любой наперед заданный, мутантный или рекомбинантнгяй ген, ввести его практически в любой хромосомный локус любого организма и наблюдать эффект на уровне клеток или организма. Генетическая инженерия позволила добиться прогресса в решении фундаментальных проблем не только в генетике, но и в других областях биологии. Не менее значимы успехи генетической инженерии в прикладных аспектах.
В традиционных областях биотехнологии — фармацевтической и пищевой промьпцленности, в медицине и сельском хозяйстве, в технической микробиолоппг активно внедряются методы молекулярной биотехнологии. Генетическая инженерия, без сомнения, сыграет революционизирующую роль также в химической промышленности, энергетике и в охране окружающей среды (табл. 15. Г1. Наиболее тесно генетическая инженерия связана с белковой инженерией. 1 лава 15. Молекулярная биоглехиолоеил 441 Лродолзиеиие гиабл.
15. 1 Применение Короткие пентиды Пептидные гормоны Ферменты Вирусные антигоны Другие белки Сельск Лминокислоты, витамины Лнтибиотики Короткие пептиды Вирусные антигены Инсекгициды Фиксация азота Биодеградация Трансгенные растения Химическая Лроматические и алифатические вещества Биопродукты или процессы Индивидуальные гены Пищевая Лминокислоты, витамины, короткие пептиды, ароматические и ачифатические вещества Ферменты Переработка целлюлозы Короткие пептиды Контроль системы кровообращения Лечение нарушений метаболизма Диагностические и терапевтические процедуры Вакцины Терапевтические средства: человеческие интерферон, серумальбумин и др.
Лечение наследственных заболеваний промышленность Лроматизируюшие и пищевые добавки Технологические процессы Производство сахара Искусственные подсластители ое хозяйство Кормовые добавки Кормовые добавки, профилактика заболеваний Кормовые добавки, факторы роси Вакцины Борьба с насекомыми-вредителями Удобрения, новые симбиотические системы Удаление органического фосфата Устойчивость к засухе, повышенным концентрациям солей и гербицидов, вирусным и грибковым заболеваниям и г.п.; улучшение вкуса, питательной ценности, сроков хранения и др.
промышленность Промежуточные продукты химических технологий 442 Часть ПБ Экспрессия чужеродных генов Продолжение таби!5.1 Энергетика Ферменты Би одеградация Камеди Синтез химреактивов Биомасса Охрана окружающей среды Биодеградация Переработка сточных вод и твердых отходов Переработка целлюлозы Выщелачивание минералов Переработка угля Биофотолиз Биологическая азотфиксация Микробные тестовые системъ1 Биологические средства зашиты растений Технологические процессы Удаление побочных продуктов и от- ходов нефтяной промышленности Производство метана Производство этанола Концентрирование урана и других металлов Производство метана Производство водорода Производство удобрений без энерго- емких процессов Регенерация нефтепродуктов Замена нефтепродуктов на биопро- дукты при производстве органических веществ, например, бутююла и ацето- на из крахмала и т.п.
Получение биогаза Переработка промышленных вод и твердых отходов, Очистка водных по- верхностей от нефтяных загрязнений Контроль за мутагенами среды, за по- бочными действиями пестицитов, ин- сектицилов и т.п. Определение следов ядохимикатов и других загрязнений Защита почв и вод от селевых и других загрязнений.
Сохранение биоценоза Глава 15. Молекулярная биотехнология 443 Белковая инженерия Белковая инженерия зародилась на стыке физики и химии белка и генетической инженерии. Она реп!ает задачу создания модифицированных или гибридных молекул белков с заданными характеристиками. Естественным путем реализации такой задачи является предсказание структуры гена, кодирующего измененный белок, осуществление его синтеза, клонирования и экспрессии в реципиентных клетках. Модификация белков. Простейший путь получения модифицированных белков — сайт-направленный мутагенез исходных генов, Уже в ранних работах по белковой инженерии оказалось возможным по известной пространственной структуре тирозил-тРНК-синтетазы Ваег!!из ягеагогйего|орйг!ия предсказать такую точечную мутацию в ее гене„которая должна привести к увеличению сродства фермента к АТР.
В результате проведенной замены одной аминокислоты сродство удалось увеличить в сто раз (уу11х)пвоп е! а!., 1984). С помощью аналогичного подхода в лизоциме фага Т4 удалось образовать дисульфидную связь и тем самым увеличить его термостабильность (Репу, ЪЧегхе1, 1984). Также путем направленной аминокислотной замены была повышена растворимость и всасывание инсулина при его терапевтических концентрациях (Вгалйе е! а!., 1988). Последовательные замены в структуре субтилизина В. яи!)г!!!в позволили увеличить его скорость катализа и стабильность в органических растворителях, изменить субстратную специфичность и оптимум рН, повысить устойчивость к химическому окислению, а также к термической и щелочной инактивации.
В случаях, когда известно, какую аминокислоту надо заменить, но не ясно — на какую, применяют метод случайного мутагенеза данного кодона (ВеЫЬааг-О!зоп, Вацег, 1988), как это описано в гл. 8. лхоггетруировииие гибридных белков. Получение гибридных (слитых) белков — стандартная задача генетической инженерии, ставящая целью экспрессию, секрецию, детекцию или очистку целевого белка (см. гл.
10). В контексте белковой инженерии 444 Часть П1. Эхснрессиа чужеродных генов речь идет о создании белков, которые состоят из комбинации функциональных доменов, взятых у родственных или различных белков, и обладают полезными технологическими или медицинскими свойствами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
