Генна, або генетична інженерія (genetic engineering, genetic modification technology) - це сукупність біотехнологічних методів, що дозволяють створювати синтетичні системи на молекулярно-біологічному рівні
Генна інженерія дає можливість конструювати функціонально активні структури у формі рекомбінантних нуклеїнових кислот: рекДНК (recDNA) або рекРНК (recRNA) - поза біологічних систем (invitro), а потім вводити їх в клітини.
Можливість прямої (горизонтальної) передачі генетичної інформації від одного біологічного виду іншому була доведена в дослідах Ф. Гріффіта з пневмококами (1928).
Однак генна інженерія як технологія рекДНК виникла в 1972 р коли в лабораторії П. Берга (Станфордський ун-т, США) була отримана перша рекомбінантна (гібридна) ДНК (рекДНК), в якій були з'єднані фрагменти ДНК фага лямбда і кишкової палички з кільцевої ДНК мавпячого вірусу SV 40.
З початку 1980-х рр. досягнення генної інженерії починають використовуватися на практиці.
Завдання генної інженерії
Основні напрямки генетичної модифікації організмів:
- надання стійкості до отрутохімікатів (наприклад, до певних гербіцидів);
- надання стійкості до шкідників і хвороб (наприклад, Bt -Модифікація);
- підвищення продуктивності (наприклад, швидке зростання трансгенного лосося);
- надання особливих якостей (наприклад, зміна хімічного складу).
Методи генної інженерії
Методи генної інженерії засновані на отриманні фрагментів вихідної ДНК і їх модифікації.
Для отримання вихідних фрагментів ДНК різних організмів використовується кілька способів:
- Отримання фрагментів ДНК з природного матеріалу шляхом розрізання вихідної ДНК за допомогою специфічних нуклеаз (рестриктаз).
- Прямий хімічний синтез ДНК, наприклад, для створення зондів.
- Синтез комплементарної ДНК (кДНК) на матриці мРНК з використанням ферменту зворотної транскриптази (ревертази).
Виділені ділянки ДНК вбудовують в вектори переносу ДНК. Вектори ДНК - це невеликі молекули ДНК, здатні проникати в інші клітини і реплицироваться в них.
До складу вектора ДНК входить не менше трьох груп генів:
1. Цільові гени, які цікавлять експериментатора.
2. Гени, що відповідають за реплікацію вектора, його інтеграцію в ДНК клітини-господаря і експресію необхідних генів.
3. Гени-маркери (селективні, репортерного гени), щодо діяльності яких можна судити про успішність трансформації (наприклад, гени стійкості до антибіотиків або гени, що відповідають за синтез білків, що світяться в ультрафіолетовому світлі).
Для впровадження векторів в прокариотические або еукаріотичні клітини використовують різні способи, наприклад:
1. Биотрансформация. Використовуються вектори, здатні самі проникати в клітини. Окремим випадком біотрансформації є агробактеріальної трансформація.
2. Мікроін'єкції. Використовуються, якщо клітини, що підлягають трансформації, досить великі (наприклад, ікринки, пилкові трубки).
3. Біобаллістіка (біолістіка). Вектори «вбивають» в клітини за допомогою спеціальних «гармат».
4. Комбіновані методи, наприклад, поєднання агробактеріальної трансформації і біолістікі.
Як векторів часто використовують плазміди (кільцеві молекули ДНК прокаріотичних клітин), а також ДНК вірусів. У еукаріот як векторів використовують мобільні генетичні елементи - ділянки хромосом, здатні утворювати безліч копій і вбудовуватися в інші хромосоми. У складі одного вектора можна комбінувати різні фрагменти ДНК (різні гени). Новостворені фрагменти ДНК називають рекомбінантними.
Вектори перенесення ДНК разом з впровадженими фрагментами ДНК різними способами вводять в прокариотические або еукаріотичні клітини і отримують трансгенні клітини. В ході розмноження трансгенних клітин відбувається клонування необхідних фрагментів ДНК, зокрема, окремих генів. Клоновані гени еукаріот піддають різним модифікаціям (наприклад, додають перед ними певні промотори) і впроваджують в клітини-продуценти. Основна проблема полягає в тому, аби чужі гени експресуватися постійно, тобто повинен відбуватися синтез необхідних речовин без шкоди для клітини-хазяїна.
Практичні досягнення сучасної генної інженерії зводяться до чого:
- Створені банки генів. або клонотекі. що представляють собою колекції клонів бактерій. Кожен з цих клонів містить фрагменти ДНК певного організму (дрозофіли, людини та інших).
- На основі трансформованих штамів вірусів, бактерій і дріжджів здійснюється промислове виробництво інсуліну, інтерферону, гормональних препаратів. На стадії випробувань знаходиться виробництво білків, що дозволяють зберегти згортання крові при гемофілії, і інших лікарських препаратів.
- Створено трансгенні вищі організми (багато рослин, деякі риби і ссавці) в клітинах яких успішно функціонують гени абсолютно інших організмів. Широко відомі генетично захищені генно-модифіковані рослини (ГМР), стійкі до високих доз певних гербіцидів, а також Bt-модифікований рослини, стійкі до шкідників. Серед трансгенних рослин лідируючі позиції займають: соя. кукурудза, бавовна, ріпак.
Еколого-генетичні ризики ГМ-технологій
Генна інженерія відноситься до технологій високого рівня (high technology). На противагу технологіям низького рівня, високі біотехнології характеризуються високою наукоемкостью, тобто використанням робочих систем, отриманих з використанням найсучасніших методів екології, генетики, мікробіології, цитології, молекулярної біології. Матеріали, що застосовуються у високих біотехнологіях, часто потребують спеціальної підготовки. Для реалізації таких технологій потрібне спеціальне технологічне обладнання, що обслуговується кваліфікованими фахівцями. Через брак таких фахівців розширення високотехнологічного виробництва супроводжується його автоматизацією і комп'ютеризацією.
ГМ-технології (GM - technology) використовуються як в рамках звичайного сільськогосподарського виробництва, так і в інших областях людської діяльності: в охороні здоров'я, в промисловості, в різних областях науки, при плануванні та проведенні природоохоронних заходів.
Будь-які технології високого рівня можуть бути небезпечними для людини і навколишнього його середовища, оскільки наслідки їх застосування непередбачувані. Тому технології генної інженерії (GM - technology) викликають у населення цілком зрозуміле недовіру.
Для зниження ймовірності несприятливих еколого-генетичних наслідків застосування генно-інженерних технологій постійно розробляються нові підходи. Наприклад, трансгенезу (впровадження в геном генетично модифікується організму чужорідних генів) в найближчому майбутньому може бути витіснений цісгенезом (впровадження в геном генетично модифікується організму генів цього ж або близькоспорідненого виду).
Доктор с.-г. наук, професор Брянського державного університету
Зав. лабораторією популяційної цитогенетики НДІ ФІПІ БГУ
головна сторінка сайту ЗАГАЛЬНА І ТЕОРЕТИЧНА БИОЛОГИЯ http: // afonin -59- bio. narod. ru