Генетическая инженерия.

 

Генетическая инженерия, совокупность методов молекулярной генетики, направленных на искусственное создание новых, не встречающихся в природе сочетаний генов. Чужеродные для данного организма гены вводят в клетки и встраивают в его геном с различными целями. Для изучения строения и функций генетического аппарата, для эффективной наработки продукта данного гена (гормона или антибиотика), для придания организму-хозяину каких-либо желаемых свойств (для сельскохозяйственных растений и животных – большей продуктивности или большей устойчивости к инфекциям или паразитам), для замещения (компенсации) генов, дефекты которых вызывают наследственные заболевания, и др.

Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого или генетически модифицированного организма. В отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия позволяет непосредственно вмешиваться в генетический аппарат, применяя технику молекулярного клонирования. Примерами применения генной инженерии являются получение новых генетически модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

Традиционные методы селекции и методика слияния прото­пластов позволяют получать новые генотипы растений, и в этом смысле указанные методы можно отнести к генноинженерным. Однако новые генетические комбинации, возникающие случай­ным образом, требуют много труда, времени и терпения, чтобы получить желаемое изменение фенотипа, как результат реорга­низации генетического материала. Кроме того, скрещивание происходит между ограниченным числом генотипов, и общий ге­нофонд оказывается ограниченным. В этом генофонде может во­обще не содержаться генов, которые могли бы улучшить сорт.

Генно-инженерная технология использует всё разнообразие сложных и тонких методов современной генетики, позволяющих работать с ничтожными количествами генетического материала. Основные этапы и операции генной инженерии включают: выделение из клеток ДНК, содержащей нужный ген; разрезание ДНК на мелкие фрагменты с помощью специальных ферментов; соединение фрагментов ДНК с т. н. векторами, обеспечивающими проникновение в клетку; клонирование (размножение) нужного гена; создание рекомбинантной (гибридной) ДНК из участков ДНК (генов) разного происхождения; введение (микроинъекция) генетического материала в культивируемые клетки организма-хозяина или в его яйцеклетку.

Технология рекомбинантных ДНК в принципе позволяет вы­делять в чистом виде и в достаточном количестве любой ген и при наличии подходящего вектора или иным способом встраи­вать этот ген (или гены) в состав хромосомной ДНК и добиться его экспрессии. Применение этой технологии делает поиск целенаправлен­ным и значительно расширяет возможности манипулирования генетическим аппаратом при сокращении времени получения новых форм растений.

Важным преимуществом растений по сравнению с живот­ными является то обстоятельство, что клетки растений в куль­туре обладают свойством тотипотентности, т. е. при наличии подходящих условий, по крайней мере, часть клеток может раз­виться в целое растение. Таким же свойством обладают и рас­тительные протопласты — клетки, лишенные целллюлозной оболочки.

Наиболее целесообразно приобретение сле­дующих признаков: устойчивость к холоду, засухе, повышенной засоленности почвы, т. е. к стрессовым воздействиям внешней среды, также полезна устойчивость к вредителям, гербицидам и пестицидам, резистентность к болезням, скороспелость и др. Оп­ределение и выделение генов, ответственных за эти призна­ки,— задача чрезвычайно трудная. Дело осложняется еще и тем, что геном растений изучен хуже, чем геном млекопитающих.

Другая проблема связана с введением и адекватной экс­прессией генов. Здесь основная задача связана с созданием векторных молекул и с разработкой метода прямого переноса генов. Сюда же входит задача отбора трансформированных клеток и обеспечение стабильного наследования приобретенно­го признака

Решение этих задач существенно облегчается в связи с обнаружением природного генного вектора, возникшего в результате эволюции почвенных бактерий.

Наконец, третья проблема касается регенерации трансфор­мированных клеток или протопластов в целое фертильное рас­тение. Дело в том, что регенерацию удалось получить для дву­дольных растений. Только для некоторых хозяйственно полез­ных растений удалось наладить методический цикл от протопласта до растения. Это картофель, люцерна, томаты, морковь, табак, капуста и др. Что же касается злаков, то реге­нерацию их клеток пока надежно осуществить не удалось.

После того как в начале 70-х гг. 20 в. был разработан метод получения рекомбинантных ДНК, чужеродные гены стали вводить в клетки бактерий, растений и животных. Такие организмы получили название трансгенных. Очень быстро генная инженерия нашла практическое применение как основа биотехнологии. В мощную индустрию превратилось получение и разведение используемых в сельском хозяйстве трансгенных растений и трансгенных животных.

Большинство учёных связывает с развитием генной инженерии решение таких сложных проблем, как обеспечение человечества продовольствием и энергией, успешную борьбу с болезнями и с загрязнением окружающей среды. Вместе с тем высказываются опасения, что ничем не ограниченные генетические эксперименты и широкое использование в пищу трансгенных организмов может привести к непредсказуемым последствиям и спорно с точки зрения традиционной морали и этики.