генетическая инженерия

Г е нная инженерия, раздел мол. генетики, связанный с целенаправленным созданием in vitro новых комбинаций генетич. материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена. Возникла в 1972, когда в лаборатории П. Берга (Станфордский ун-т, США) была получена первая рекомбинантная (гибридная) ДНК (рекДНК), в к-рой были соединены фрагменты ДНК фага лямбда и кишечной палочки с циркулярной ДНК обезьяньего вируса 40. Ключевое значение при конструировании рекДНК in vitro имеют ферменты — рестриктазы, рассекающие молекулу ДНК на фрагменты по строго определ. местам, и ДНК-лигазы, сшивающие фрагменты ДНК в единое целое. Только после выделения таких ферментов создание искусств, генетич. структур стало технически выполнимой задачей. Рекомбинантная молекула ДНК имеет форму кольца, она содержит ген (гены), составляющий объект генетич. манипуляций, и т. н. вектор — фрагмент ДНК, обеспечивающий размножение рекДНК и синтез конечных продуктов деятельности генетич. системы — белков. Последнее происходит уже в клетке-хозяине, куда вводится рекДНК. Гены,, подлежащие клонированию, могут быть получены в составе фрагментов путём механич. или рестриктазного дробления тотальной ДНК. Но структурные гены, как правило, приходится либо синтезировать химико-биол. путём, либо получать в виде ДНК-копий информационных РНК, соответствующих избранному гену. Структурные гены содержат только кодированную запись конечного продукта (белка, РНК), полностью лишены регуляторных участков и потому не способны функционировать ни в клетке-хозяине, ни in vitro. Функциональные свойства рекДНК придаёт вектор, в к-ром присутствуют участки начала репликации (обеспечивают размножение рекДНК), генетич. маркёры, необходимые для селекции, регуляторные участки, обязательные для транскрипции и трансляции генов. Большая часть векторов получена из плазмид кишечной палочки и др. бактерий. Используют также векторы на основе фага лямбда, вирусов SV 40 и полиомы, дрожжей, (Agrobacterium tumefaciens) и др. При получении рекДНК образуется чаще всего неск. структур, из к-рых только одна является нужной. Поэтому обязательный этап составляет селекция и мол. клонирование рекДНК, введённой путём трансформации в клетку-хозяина. Наиб, часто в качестве клетки-хозяина используют кишечную палочку, однако применяют и др. бактерии, а также дрожжи (Saccharomyces cerevisiae), животные и растит, клетки. Система вектор-хозяин не может быть произвольной: вектор подгоняется к клетке-хозяину, его выбор зависит от видовой специфичности и целей исследователя. Существуют 3 пути селекции рекДНК: генетический (по маркёрам, с помощью избират. сред), иммунохимическнй и гибридизационный с мечеными ДНК или РНК. РекДНК характеризуют физнч. картированием (расщепление рекстриктазами и электрофорез фрагментов в геле) и анализом первичной структуры. В результате интенсивного развития методов Г. и. получены клоны мн. генов, рибосомальной, транспортной и 5S РНК, гнетонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и др. пептидных гормонов, интерферона человека и пр. На основе Г. и. возникла отрасль фармацевтич. пром-сти, назв. «индустрией ДНК» и представлявшая собой одну из совр. ветвей биотехнологии. Допущен для леч. применения инсулин человека (хумулин), полученный посредством рекомбинантных ДНК. Г. и. за короткий срок оказала огромное влияние на развитие разл. молекулярно-генетич. методов и позволила существенно продвинуться на пути познания строения и функционирования генетич. аппарата.