ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ – НАУЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ СОВРЕМЕННОЙ БИОТЕХНОЛОГИИ

Генетическая инженерия довольно молодое направление современной биотехнологии и в целом биологии, представляющее собой комплекс молекулярно-генетических методов, с помощью которых можно осуществить в условиях in vitro целенаправленное конструирование новых форм биологически активных ДНК, генетически новых форм клеток и целых организмов с заданными признаками.

Годом рождения генетической инженерии считается 1972 год, когда в лаборатории П. Берга была получена в условиях in vitro первая рекомбинантная (гибридная) молекула ДНК (рекДНК) путем объединения линейных фрагментов ДНК бактериофага λ, кишечной палочки и вируса SV40 обезьян с помощью искусственно созданных у них «липких» концов. В следующем году С. Коэн и Г. Бойер с сотрудниками обнаружили, что фрагменты ДНК с «липкими» концами можно получить более простым способом – обработкой ДНК некоторыми ферментами – рестрицирующими эндонуклеазами (рестриктазами). Эти открытия послужили толчком для бурного развития генетической инженерии.

Важнейшим ее достижением является изучение механизма и разработка методов генетической трансформации – явления, встречающегося в природе (у микроорганизмов и обнаруженного у растений).

Генетическая трансформация представляет собой перенос ДНК неполовым путем от клеток донора клеткам реципиента, в результате чего реципиентные клетки приобретают новые или усиленные наследственные свойства и признаки.

Генетическую инженерию подразделяют на генную и геномную инженерии.

Генная инженерия направлена на конструирование организмов с несвойственными данному виду признаками. Объектами генной инженерии являются молекулы ДНК или отдельные гены.

Генная инженерия решает задачи:

а) выделение, конструирование и клонирование новых рекомбинантных генов или молекул ДНК;

б) введение в геном реципиентной клетки одного или нескольких (обычно чужеродных) генов либо создание в геноме новых типов регуляторных связей;

в) создание банков генов.

Для решения поставленных задач в генной инженерии разработана целая система методических приемов in vivo и in vitro.

Методы генной инженерии in vivo разработаны на основе природных явлений, связанных с перемещением отдельных генов, их групп или сегментов. Целенаправленное же использование этих явлений для изменения генетических свойств вирусов и клеток и составляет суть генной инженерии in vivo.

Для создания организмов, обладающих необычными сочетаниями признаков, разработаны различные методы манипулирования генами в условиях in vitro. К числу таких методов относятся следующие:

1) методы рекомбинации и конструирования очищенных из клеток генов;

2) методы переноса генов в микроорганизмы;

3) методы переноса генов в культивируемые клетки животных;

4) методы переноса генов в многоклеточные животные организмы;

5)методы переноса генов в растительные клетки и в целые растения.

Часто эту методологию называют молекулярным клонированием, клонированием генов или технологией рекомбинантных ДНК, поскольку она преследует цель создания клеточных клонов, несущих рекомбинантные молекулы ДНК.

Клоном считают популяцию клеток, организмов, полученных в результате бесполого размножения одной предковой клетки или группы наследственно идентичных клеток. Также клоном считают и последовательности ДНК, полученные многократно при помощи специальных методов.

Геномная инженерия направлена на конструирование организмов существенно отличающихся по набору признаков от исходного вида, вплоть до создания новых видов.

Перед геномной инженерией стоит важная задача создания новых жизнеспособных высокопродуктивных геномов. Основная трудность при решении этой задачи заключается в обеспечении жизнеспособности создаваемых гибридов. Для этого необходимо, чтобы его геном содержал все облигатные (обязательные) гены, необходимые для выживания организма в заданных условиях; регуляторные связи между совмещенными в нем генами должны быть взаимно согласованы, а между взаимодействующими чужеродными белками должно быть структурное соответствие для нормального их функционирования. В этом и заключаются общие принципы конструирования геномов.

В настоящее время геномная инженерия находится на стадии накопления экспериментального материала.

Создание методологии генетической инженерии открыло новую эру в биотехнологии. Появились новые возможности для проникновения вглубь биологических явлений с целью более эффективного изучения структуры и функции генов на молекулярном уровне, понимания тонких механизмов работы генетического аппарата. Конструирование нужных генов методами генной инженерии позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений, микроорганизмов и создавать организмы с новыми полезными свойствами, ранее не наблюдавшимися в природе. Генетическая инженерия позволяет вводить в ядерный аппарат реципиента не только отдельные новые гены и регуляторные последовательности, исходно не присущие данному организму, но и получать новые формы организмов, путем введения целых хромосом, отдельных органелл или слияния двух клеток.

Сегодня в определении биотехнологии как науки используются два подхода: современный и классический.

Современная биотехнология, по определению академика В.С. Шевелухи, – это наука о генно-инженерных и клеточных методах и технологиях создания и использования генетически трансформированных (модифицированных) растений, животных и микроорганизмов в целях интенсификации производства и получения новых видов продуктов различного назначения.

Классическая биотехнология – наука о промышленных методах и технологиях, использующих для производства продукции обычные, нетрансгенные (природных и селекционных) живые организмы в естественных и искусственных условиях.