§ 52. Генетична інженерія

Згадаємо!

Що таке ДНК, РНК, гормони?
Як побудована бактеріальна клітина?
Що таке вірус?

Важливим напрямом біотехнології є генетична (генна) інженерія, де застосовують методи молекулярної біології, цитології, генетики, мікробіології та вірусології.

Генетична (генна) інженерія - це сукупність прийомів, методів і технологій одержання рекомбінантних РНК і ДНК, виділення генів з організму (клітин), здійснення маніпуляцій з генами та введення їх до інших організмів.

Методи генетичної інженерії. Найпоширенішим методом генетичної інженерії є перенесення спадкової інформації за допомогою векторів, тобто агентів, які можуть проникати в клітину. Векторами слугують віруси та плазміди. Плазміда - це молекула ДНК, автономна щодо хромосомної ДНК, яка здатна до самовідтворення (автономної реплікації). Вона зазвичай є кільцевою й дволанцюговою (рис. 206). Плазміди частіше за все трапляються в бактерій. Вектори забезпечують переміщення генів з одного організму до іншого.

Які ж основні етапи створення рекомбінантної плазміди? З клітини, що містить необхідний ген, виокремлюють молекулу іРНК. На цій молекулі синтезують комплементарну нитку ДНК. Потім іРНК видаляють, а на нитці ДНК за принципом комплементарності синтезують іншу. Її вбудовують у молекулу ДНК плазміди, яка слугує вектором (переносником).

Рис. 206. Плазміда бактеріальної клітини

Мікрофотографія плазміди

Розташування плазміди в бактеріальній клітині

Інший метод перебудови геномів організмів передбачає розділення молекули ДНК на фрагменти, тобто окремі ділянки. Ці фрагменти сполучають із молекулою векторної ДНК. Далі вони переміщуються в клітину, відокремлюються від вектора й приєднуються до ДНК хазяїна. Під час перенесення із клітини в клітину еукаріотів хромосом, які зазвичай розпадаються на фрагменти, одні з цих ділянок зникають, інші вбудовуються в хромосому клітини-хазяїна.

Значення генетичної інженерії. Генетично змінені бактерії продукують ряд речовин, зокрема гормони та інтерферон - їх виробництво нині відбувається в промислових масштабах. Наприклад, соматотропін (гормон росту) виробляють, використовуючи кишкову паличку. У такий спосіб отримують доступний та позбавлений вірусних забруднень препарат. Гормон інсулін, необхідний хворим на цукровий діабет, почали добувати з бактерій, у геном яких помістили ген людини, що відповідає за синтез цього гормону. Такий спосіб дешевший за виділення інсуліну з підшлункових залоз корів і свиней. Одним з досягнень генної інженерії є синтез інтерферону, що захищає організм людини, наприклад від грипу. Речовини, одержані завдяки генній інженерії, є ефективними препаратами з мінімальними побічними ефектами.

У сільському господарстві широко застосовують трансгенні, або генетично модифіковані, організми (ГМО) для виробництва харчових продуктів і підвищення їх якості. Яскравим прикладом є розробка синтезу вітаміну А в «золотому рисі» - генетично модифікованому сорті рису посівного із високим умістом бета-каротину (рис. 207). Генетично модифіковані організми часто мають вищі показники продуктивності й плодючості, що важливо для розв'язування проблеми забезпечення людства харчовими продуктами. Однак у багатьох розвинених країнах використання трансгенних організмів викликає занепокоєння в суспільстві. Сьогодні ще невідомо, як їхнє споживання впливає на генотип людей та природні екосистеми.

Рис. 207. Вид та генетично модифіковані сорти рослини