Основные направления генетической инженерии
Генетическая инженерия подразделяется на генную и геномную инженерию.
Генная инженерия – это конструирование организмов с признаками несвойственными данному виду.
Генномная инженерия – это конструирование организмов новых видов.
В первом случае производится перенос генов у прокариот − при помощи трансдукции, коньюгации, транспозиции, у эукариот путем трансформации и микроинъекции в ядра клеток. Для этого используются вирусы, плазмиды, траспозоны в качестве векторов.
Генная инженерия решает задачи введения в геном реципиентной клетки чужеродного гена или создание в геноме новых типов регуляторных связей. При этом, посредством глубокого вмешательства в геном, чаще всего решается задача создания новых видов организмов. Идеи генной инженерии заимствованы из природных явлений, наблюдаемых на молекулярно-генети-ческом уровне, связанных с перемещением отдельных генов, их групп и сегментов ДНК.
Генная инженерия включает два основных направления: один из них – это извлечение генов, их перенос и включение в геном, или экспрессия – воспроизведение генов; второй – синтез генов, модификация или перестройка генов с заменой промоторов и терминаторов, включение генов в векторные молекулы, введение генов в клетки и их клонирование. С помощью этих методов уже сконструированы бактериальные клетки, способные производить белковые молекулы высших организмов, в т.ч. ферменты, гормоны, защитные белки – интерфероны и др. Возникла возможность переносить заранее избранные гены из одних организмов в другие.
Геномная инженерия решает проблему целенаправленной перестройки генома организма путем межвидовой гибридизации и создание плодовитых растительных гибридов.
Основными методами генной инженерии являются: в первом случае – рекомбинация, межвидовая коньюгация и слияние протопластов, введение в клетки изолированных метафазных хромосом, микроинъекция хромосом в ядра. во втором – рестриктазы, и другие нуклеазы, т.е. обратная транскриптаза, полимеразы нуклеиновых кислот, векторы.
На основе достижения молекулярной биологии и генетики сформулированы общие принципы геномного конструирования.
Известно, что все гены организма делятся на облигатные и факультативные, т.е. на обязательные и необязательные для выживания организма в заданных условиях.
Поэтому первый принцип геномного конструирования гласит – чтобы гибрид был жизнеспособным, его геном должен содержать все облигатные гены.
Большинство генов организма входит в состав регуляторных связей, которые поддерживают концентрацию клеточных продуктов на определенном уровне. Для восстановления регуляторных связей гибридных геномов необходимо в определенные гены вводить мутации, создавать новые сайты, изменять мощность или специфичность промоторов.
Отсюда второй принцип геномного конструирования – регуляторные связи между совмещенными в гибридном геноме генами должны быть взаимно согласованы.
Каждый из белков в процессе выполнения своей функции взаимодействует со многими другими белками. Если он чужеродный, то взаимодействие их может быть специфичным. Например, высокой видовой специфичностью отличаются гормоны животных, интерфероны, которые не функционируют в организмах других видов.
Поэтому третий принцип геномного конструирования состоит в следующем - между взаимодействующими чужерожными белками должно быть структурное соответствие.
Таким образом, только соблюдение основных принципов организации и учета механизмов взаимодействия генов, а также их продуктивность позволяет решать проблему целенаправленного конструирования новых геномов.