Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанные с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии, часто называемые генной инженерией, родились в начале 70-х годов XX в. под названием технологий рекомбинантных ДНК. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена (кодирующего нужный продукт) или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными проникать в клетки другого организма и размножаться в них. На начальной стадии развития генных технологий получен ряд биологически активных соединений - инсулин, интерферон и др. Современные генные технологии объединяет химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывает новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства.
Заданные операции с фрагментами ДНК позволяют производить два вида белков: фермент рестриктазу и ДНК - лигазу. Первый из них выполняет функцию катализатора при расщеплении ДНК на определенные фрагменты нуклеотидов, а другой катализирует объединение двух фрагментов ДНК. Например, рестриктаза Bam H1 распознает двухцепочную последовательность GGATCC и разрывает ее между двумя нуклеотидами G, т.е. производит разрыв цепи ДНК в определенном месте, в результате чего образуются два отдельных фрагмента ДНК. Данные фрагменты можно связать вместе с помощью ДНК-лигазы и получить таким образом первоначальную двухцепочную последовательность нуклеотидов. ДНК-лигаза может встроить в ДНК чужеродный фрагмент. Образовавшийся продукт называется рекомбинантной ДНК. Чужеродный фрагмент вырезается из донорной молекулы. ДНК, в которую встраивается чужеродный фрагмент, называется плазмидой. Если полученная таким образом конструкция работоспособна, то происходит синтез РНК и в конечном результате - белка.
Основная цель генных технологий - видоизменить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Современные экспериментальные методы позволяют анализировать и идентифицировать фрагменты ДНК и генетически видоизмененной клетки, в которую введена нужная ДНК. С их помощью целенаправленно осуществляются химические операции над биологическими объектами, что и составляет основу генных технологий.
Генные технологии привели к разработке мощных методов анализа генов и геномов, а они, в свою очередь, - к синтезу, т.е. к конструированию новых, генетически модифицированных микроорганизмов. К 1996 году установлены нуклеотидные последовательности 11 разных микроорганизмов, начиная от самой маленькой автономно размножающейся микроплазмы, содержащей всего 580 тыс. нуклеотидных пар. Среди них - и промышленные штаммы, и те, геном которых особо интересен для науки, в частности для обнаружения ранее неизвестных принципов организации геномов и для понимания механизмов эволюции микробов. Промышленные микробиологи в свою очередь убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов позволит "программировать" их на то, чтобы они приносили большой доход.
Клонирование эукариотных, т.е. ядерных, генов в микробах и есть тот принципиальный метод, который привел к бурному развитию микробиологии, фрагменты геномов животных и растений для их анализа клонируют именно в микроорганизмах. Для этого в качестве молекулярных векторов - переносчиков генов - используют искусственно созданные плазмиды, а также множество других молекулярных образований для выделения и клонирования.
С помощью так называемых молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов) можно быстро определять, скажем, заражена ли донорская кровь вирусом СПИДа. А генные технологии, с помощью которых можно идентифицировать некоторых конкретных микробов, позволяют пристально следить за их распространением, например внутри больницы или при эпидемиях.
Генные технологии производства вакцин развиваются в двух основных направлениях. Первое - улучшение уже существующих вакцин. Вакцины должны стать более эффективными, работать в меньших дозах и не давать побочных эффектов. Идеал - это так называемая комбинированная вакцина; сразу несколько вакцин в одной дозе. Второе направление - генные технологии получения вакцин против тех болезней, при которых сам метод вакцинации еще не использовался; это - СПИД, малярия, даже язвенная болезнь желудка и некоторые другие.
За последние годы генные технологии не только значительно улучшили эффективность традиционных, природных штаммов - продуцентов, но и создали принципиально новые. Например, у грибного штамма - продуцента антибиотика цефалоспорина увеличили число генов, кодирующих экспандазу, активность которой задает скорость синтеза цефалоспорина. В итоге выработка антибиотика возросла на 15-40% по сравнению с исходным штаммом.
Проводится целенаправленная работа по генетической модификации свойств микробов, традиционно используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении и виноделии. Цели этой работы: увеличение устойчивости производственных штаммов, повышение их конкурентоспособности по отношению к вредным бактериям и улучшение качества продукта (аромата, питательной ценности, крепости и т.д.).
Прочие статьи:
Мышление и его компоненты
Что же такое мышление в общем смысле? Вопрос этот по своей важности достоин того, чтобы стать основным вопросом философии. По всей видимости, суть мышления и является одной из его сторон. Можно было бы привести несколько страниц определен ...
Естественнонаучная и гуманитарная культура. Научный метод. Естественнонаучная
и гуманитарная культуры
Культура
– в широком смысле есть совокупность созданных человеком материальных и духовных ценностей, а также сама человеческая способность эти ценности производить и использовать. Соответственно различают культуру материальную и духовную ...
Научно-исследовательская часть. Характеристика
объекта исследования
Целью выполненной нами работы явилось получение Ad-вектора на основе генома аденовируса птиц CELO (chicken embryo lethal orphan или fowl adenovirus type 1) методом гомологичной рекомбинации в Escherichia coli ( E. coli, кишечной палочке). ...