Генная инженерия

Генная инженерия

Генная инженерия (genetic engineering), преднамеренное изменение генетического строения (генома) организма путем воздействий на его ДНК. В Г.и. используют методы слияния клеток и изменения их структуры с помощью рекомбинантной ДНК. Эти методы были предложены в кон. 1960-х гг. как наиб, многообещающие для развития биотехнологии. Для получения сочетания желаемых св-в двух биол. видов в одном (напр., высококачественная шерсть и устойчивость к болезням) потребовались большие усилия. Гл. препятствие — невозможность осеменения: сперматозоиды одного вида не сливаются с яйцеклетками другого (хотя скрещивание близкородственных видов возможно). Однако недавно удалось добиться слияния клеток в экспериментальных условиях (in vitro), при этом генетический материал клеток смешивался. В нек-рых случаях организмы развивались и превращались во взрослых химер (помесь двух биол. видов), но не имели практического значения. Обнадеживающие рез-ты были достигнуты, когда слившиеся клетки стали выращивать не как целостный организм, а как культуру. Таким путем уже получены моноклональные антитела. Если метод слияния клеток в надежде получить генетическую новинку можно сравнить с неточной «стрельбой из дробовика», то методом рекомбинантной ДНК можно перенести специфическую генную активность от одного организма к др. Так, если ген, обладающий опред. функциональной активностью, напр, способностью вырабатывать инсулин, изолировать из клетки человека или животного и перенести в организм быстро размножающейся бактерии, напр, кишечной палочки, культура этой бактерии будет вырабатывать инсулин в таких кол-вах, что технология станет коммерчески рентабельной (биотехнология). Успех метода обеспечивают «средства», к-рыми обладают микроорганизмы: бактериальные плазмиды и ферменты (энзимы). Плазмиды — это маленькие кольцевые образования, состоящие из ДНК и расположенные вне гл. хромосомы бактерии (сателлитная ДНК). Важнейшие ферменты — рестрикционные эн-донуклеазы, отсекающие фрагменты от нитевидной молекулы ДНК в специфических точках; обратная транскриптаза, преобразующая фрагмент РНК в фрагмент ДНК; лигаза ДНК, способная объединить фрагменты ДНК; полимераза, к-рая может превращать исходную односпиральную молекулу ДНК в двухспиральную.
Первый этап генетических преобразований — изолировать фрагмент ДНК, заведомо обладающий желательной генетической активностью или нужными св-вами. На рис. показаны нек-рые методы изоляции фрагментов ДНК, подходящих для этих целей. Чтобы получить изолированную ДНК в достаточных для практической работы кол-вах, приходится делать много тысяч копий этого фрагмента с помощью т.н. метода полимеразной цепной реакции, основанного на том, что двухспиральный фрагмент ДНК расщепляют на два одинаковых односпиральных фрагмента-оригинала, воздействуя на к-рые полимеразой Taq получают две двухспиральные копии. Затем обе копии расщепляют, получая четыре фрагмента-оригинала, и т.д. Когда образуется достаточное кол-во ДНК, длинные цепи разделяют на фрагменты, используя для этого рестрикционные эндонуклеазы. На следующем этапе эти фрагменты помещают на векторы (носители), к-рые перенесут ДНК в бактериальную клетку. Кольцевидные плазмиды раскрывают, используя эндонуклеазу, и фрагменты ДНК «сращивают» с ДНК плазмид с помощью лигазы. В рез-те гибридные плазмиды смешиваются с содержимым бактериальных клеток-хозяев и внедряются в них, что ведет к созданию трансформированных клеток. Далеко не все такие клетки приобретают желаемую генную активность (напр., способность вырабатывать инсулин). Чтобы выяснить, какие клетки активны, их разделяют и культивируют (выращивают) отдельно. Культуры, обладающие требуемой активностью, можно подвергнуть клонированию в биологичес-ком реакторе, чтобы получить коммерч. продукт. Получить трансформированные бактериальные клетки сравнительно просто; гораздо сложнее трансформировать клетки растений и животных. Один из методов трансформации растительных клеток основан на использовании бактерии Agrobacterium tumefaciens, к-рая в естественных условиях размножается путем переноса части ДНК из своих плазмид в клетки растения-хозяина, вследствие чего растительные клетки начинают вырабатывать бактерии. Эту естественную систему можно изменить, напр, введя в нее гены, повышающие устойчивость к болезням с.-х. культур. Др. примерами успешного создания трансгенных организмов (организмов с генетически трансформированными клетками) могут служить овца, молоко к-рой содержит белки человека, и растения с генами устойчивости к болезням. В отличие от трансформированных бактерий лишь немногие из этих трансгенных организмов пригодны для коммерч. использования, однако у Г. и. хорошие перспективы. В этой новой области науки неизбежно возникают дискуссии. Опасения, связанные с попаданием генетически новых бактерий в окруж. среду, с возможными экспериментами на человеческих эмбрионах привели к созданию в США спец. консультативной группы по генетическим экспериментам. Правит, регулирование генетических исследований осуществляется и в ряде др. стран.
Геодезический купол (geodesic dome), трехмерная конструкция, обычно образующая полусферу, поверхность к-рой разделена на треугольники с помощью стержней, находящихся в состоянии сжатия (сжатый раскос). Они расположены т. о., что образуют кратчайший путь между двумя точками на геодезической кривой поверхности купола. Вершины треугольников, образующих такую решетку, называются узлами. Конструкция с легким покрытием, укрепленным на решетке, защищает от непогоды. Кроме того, Г.к. можно строить из плотных жестких панелей, соединенных в узлах. Эта идея была запатентована Фуллером в 1954 г.

Наглядное пособие