Генная инженерия
Этапы получения и переноса рекомбинантной молекулы ДНК
Генная инженерия является одним из современных биотехнологических подходов, цель которо-
го – создание новых генетических структур (рекомбинантных молекул ДНК). Рекомбинантными на-
зываются молекулы ДНК, содержащие участки (гены) чужеродной ДНК. Эти молекулы можно ввести в
другую клетку, где информация будет переписана в мРНК и реализована в специфический белок.
Генная инженерия включает в себя три основных этапа:
1. Выделение природного гена или синтез искусственного гена – для получения из выделенной ДНК
нужного фрагмента используют специальные ферменты (рестриктазы), которые разрезают ДНК в
определенном месте (сайт рестрикции).
2. Получение рекомбинантной молекулы ДНК – включение нужного гена в молекулу ДНК при по-
мощи фермента лигазы.
3. Перенос рекомбинантной ДНК в клетку-хозяина и синтез в ней соответствующего белка. Для
переноса используют специальные векторы – небольшие молекулы ДНК, способные внедряться в дру-
гие клетки и реплицироваться там автономно. В качестве вектора обычно используют бактериальные
плазмиды, вирусы и др.
Этапы генной инженерии представлены на рисунке.
С помощью генно-инженерных подходов в настоящее время уже освоено промышленное производ-
ство различных гормонов, интерферона и получение трансгенных растений.
Получение гормонов и интерферона
В 70-х годах прошлого века были разработаны принципиально новые методы получения человече-
ского инсулина – гормона, необходимого для лечения больных сахарным диабетом.
С помощью рестриктаз и лигаз были получены рекомбинантные молекулы ДНК, содержащие ген
инсулина. После переноса этих молекул в клетки бактерий (Еscherichia coli) последние начали синтези-
ровать человеческий инсулин.
Для того чтобы защитить синтезированный инсулин от расщепления бактериальными фермента-
ми, в молекулу рекомбинантной ДНК дополнительно вводится ген, кодирующий специфический белок
бактерии (например, галактозидазу).
Генно-инженерный метод позволяет получить до 200 г инсулина с 1см3 культуры (для получения
этого количества традиционным способом необходимо 1600 кг поджелудочных желез свиней).
2. 5
2. Селекция организмов. Биотехнологии 83
Способ получения инсулина генно-инженерным методом
Аналогичным способом в настоящее
время получают и другие гормоны белко-
вой природы (соматотропин, соматоста-
тин), интерферон.
Из 1 л E. coli можно получить около 5 мг
интерферона (для сравнения, это в 5000 раз
больше, чем из 1 л крови).
Рестрикция
ферментом
Eco R1
Трансформация (E. coli)
Трансляция
Инсулин
Плазмида
ДНК-лигаза
Получение трансгенных растений
Методы генной инженерии позволяют осу-
ществлять перенос важных генов в раститель-
ные клетки и получать измененные (трансген-
ные) растения. Для этого используют бактерии
Agrobacterium tumefaciens, которые содержат плаз-
миды Тi (tumor inducing).
Получение трансгенных растений включает
следующие этапы:
• введение фрагмента ДНК из плазмиды Тi в
плазмиду E. coli;
• введение в полученную плазмиду необходи-
мого гена (например, гена устойчивости к патоге-
нам) и гена маркера для отбора (гена устойчивости
к антибиотику);
• перенос рекомбинантной плазмиды в бакте-
рию A. tumefaciens;
• инфицирование растения бактериями A.
tumefaciens;
• отбор трансформированных растений (устой-
чивых к патогенам).
Таким способом уже получены растения картофеля, томатов и других видов, устойчивых к различ-
ным патогенам. В медицине генно-инженерные методы открывают кардинально новые возможности в
лечении наследственных болезней (генная терапия), ставя на повестку дня вопросы замены патологи-
ческих генов на нормальные.
Однако использовать технологию рекомбинантной ДНК следует с особой осторожностью, прини-
мая во внимание этические проблемы, возможную опасность для окружающей среды и другие нега-
тивные последствия бесконтрольного применения этих методов.
Этапы получения и переноса рекомбинантной молекулы ДНК
Генная инженерия является одним из современных биотехнологических подходов, цель которо-
го – создание новых генетических структур (рекомбинантных молекул ДНК). Рекомбинантными на-
зываются молекулы ДНК, содержащие участки (гены) чужеродной ДНК. Эти молекулы можно ввести в
другую клетку, где информация будет переписана в мРНК и реализована в специфический белок.
Генная инженерия включает в себя три основных этапа:
1. Выделение природного гена или синтез искусственного гена – для получения из выделенной ДНК
нужного фрагмента используют специальные ферменты (рестриктазы), которые разрезают ДНК в
определенном месте (сайт рестрикции).
2. Получение рекомбинантной молекулы ДНК – включение нужного гена в молекулу ДНК при по-
мощи фермента лигазы.
3. Перенос рекомбинантной ДНК в клетку-хозяина и синтез в ней соответствующего белка. Для
переноса используют специальные векторы – небольшие молекулы ДНК, способные внедряться в дру-
гие клетки и реплицироваться там автономно. В качестве вектора обычно используют бактериальные
плазмиды, вирусы и др.
Этапы генной инженерии представлены на рисунке.
С помощью генно-инженерных подходов в настоящее время уже освоено промышленное производ-
ство различных гормонов, интерферона и получение трансгенных растений.
Получение гормонов и интерферона
В 70-х годах прошлого века были разработаны принципиально новые методы получения человече-
ского инсулина – гормона, необходимого для лечения больных сахарным диабетом.
С помощью рестриктаз и лигаз были получены рекомбинантные молекулы ДНК, содержащие ген
инсулина. После переноса этих молекул в клетки бактерий (Еscherichia coli) последние начали синтези-
ровать человеческий инсулин.
Для того чтобы защитить синтезированный инсулин от расщепления бактериальными фермента-
ми, в молекулу рекомбинантной ДНК дополнительно вводится ген, кодирующий специфический белок
бактерии (например, галактозидазу).
Генно-инженерный метод позволяет получить до 200 г инсулина с 1см3 культуры (для получения
этого количества традиционным способом необходимо 1600 кг поджелудочных желез свиней).
2. 5
2. Селекция организмов. Биотехнологии 83
Способ получения инсулина генно-инженерным методом
Аналогичным способом в настоящее
время получают и другие гормоны белко-
вой природы (соматотропин, соматоста-
тин), интерферон.
Из 1 л E. coli можно получить около 5 мг
интерферона (для сравнения, это в 5000 раз
больше, чем из 1 л крови).
Рестрикция
ферментом
Eco R1
Трансформация (E. coli)
Трансляция
Инсулин
Плазмида
ДНК-лигаза
Получение трансгенных растений
Методы генной инженерии позволяют осу-
ществлять перенос важных генов в раститель-
ные клетки и получать измененные (трансген-
ные) растения. Для этого используют бактерии
Agrobacterium tumefaciens, которые содержат плаз-
миды Тi (tumor inducing).
Получение трансгенных растений включает
следующие этапы:
• введение фрагмента ДНК из плазмиды Тi в
плазмиду E. coli;
• введение в полученную плазмиду необходи-
мого гена (например, гена устойчивости к патоге-
нам) и гена маркера для отбора (гена устойчивости
к антибиотику);
• перенос рекомбинантной плазмиды в бакте-
рию A. tumefaciens;
• инфицирование растения бактериями A.
tumefaciens;
• отбор трансформированных растений (устой-
чивых к патогенам).
Таким способом уже получены растения картофеля, томатов и других видов, устойчивых к различ-
ным патогенам. В медицине генно-инженерные методы открывают кардинально новые возможности в
лечении наследственных болезней (генная терапия), ставя на повестку дня вопросы замены патологи-
ческих генов на нормальные.
Однако использовать технологию рекомбинантной ДНК следует с особой осторожностью, прини-
мая во внимание этические проблемы, возможную опасность для окружающей среды и другие нега-
тивные последствия бесконтрольного применения этих методов.
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu