Генна інженерія [Генетична]

Генною (генетичною) інженерією називається маніпулювання генами або сукупністю генів організму в інтересах людини.

Геном називається послідовність нуклеотидів у ланцюгу ДНК, відповідальна за синтез однієї молекули білка. Кілька генів, майже схожих один з одним за структурою і беруть участь в регулюванні послідовності складного біологічного процесу, утворюють сукупність або сімейство генів.

Генетична інженерія і сучасна біотехнологія виникли в результаті розвитку мікробіології, генетики та біохімії. Досягнення молекулярної біології, молекулярної генетики, біології клітини, а також знову відкриті експериментальні методи і нове обладнання забезпечили немислимі темпи розвитку генетичної інженерії і біотехнології.

Мета генної інженерії

Метою генної інженерії є зміна будови генів, їх розташування в хромосомі і регулювання їх діяльності відповідно до потреб людини. Для досягнення цієї мети застосовуються різні методи, що дозволяють здійснювати в промислових масштабах виробництво білків, створювати нові сорти рослин і породи тварин, найбільш відповідають вимогам, діагностувати і лікувати різні інфекційні та спадкові хвороби людини.

Об’єкти дослідження

Об’єктами дослідження генетичної інженерії є віруси, бактерії, гриби, тварини (в тому числі організм людини) і рослинні клітини. Після очищення молекули ДНК цих живих істот від інших речовин клітини матеріальні відмінності між ними зникають. Очищена молекула ДНК може бути розщеплена за допомогою ензимів на специфічні відрізки, які потім при необхідності можна за допомогою сшивающих ензимів з’єднати між собою. Сучасні методи генетичної інженерії дозволяють розмножувати будь-який відрізок ДНК або замінювати будь-нуклеотид в ланцюзі ДНК іншим. Зрозуміло, ці успіхи досягнуті в результаті послідовного вивчення закономірностей спадковості.

Історія розвитку

Генетична інженерія (генна інженерія) виникла в результаті відкриття ензимів, специфічним чином поділяють матеріальну основу спадковості – молекулу ДНК на відрізки і з’єднують ці відрізки кінцями один з одним, а також електрофоретичного методу, що дозволяє з високою точністю розділяти по довжині відрізки ДНК. Створення методів і обладнання для визначення специфічної послідовності нуклеотидів, що утворюють молекулу ДНК, а також для автоматичного синтезу будь-якого бажаного відрізка ДНК забезпечило розвиток генетичної інженерії швидкими темпами.

Розвитку у вчених прагнення керувати спадковістю сприяли докази, що свідчать про те, що основу спадковості всіх рослин і тварин становить молекула ДНК, що бактерії і фаги також підпадають під дію законів спадковості, що мутаційний процес є загальним для всіх живих істот і може регулюватися експериментальними методами.

Луї Пастер

Великий французький вчений Луї Пастер, розробивши метод отримання клонів, першим показав, що бактерії різноманітні, мають спадковістю і їх властивості тісно пов’язані з останньою (рис. 1, 2).

Туорт і Д’Еррель

У 1915 р Туорт і Д’Еррель довели, що фаги (фаги – віруси, що розмножуються в бактеріях), мимовільно розмножуючись всередині бактерій, можуть їх знищити. Мікробіологи покладали надії на використання фагів проти мікробів – збудників небезпечних інфекційних захворювань. Однак бактерії володіють стійкістю до фагів внаслідок самовільних спонтанних мутацій. Спадкування цих мутацій оберігає бактерії від знищення з боку фагів.

Розмножуючись всередині клітини, віруси і фаги можуть погубити її або, втілившись в геном клітини, змінити її спадковість. Для зміни спадковості організму широко використовуються процеси трансформації і трансдукції.

Джошуа і Естер Ледербергом

У 1952 р Джошуа і Естер Ледербергом, використовуючи метод копіювання (реплікації) колоній бактерій, довели існування мимовільних мутацій в бактеріях (рис. 3). Вони розробили метод, що дозволяє виділяти мутантні клітини за допомогою реплікації. Під впливом зовнішнього середовища частота мутацій зростає. Спеціальні методи дозволяють побачити неозброєним оком клони нових штамів, що утворилися в результаті мутацій.

Метод реплікації колоній бактерій здійснюється наступним чином. Стерилізовану оксамитову тканину натягують на поверхню дерев’яного пристосування і прикладають до колонії бактерій, що ростуть на поверхні чашки Петрі, призначеної для пересадки реплік. Потім колонії переносять в чисту чашку Петрі з штучної живильним середовищем. 

Етапи генної інженерії

Генна інженерія здійснюється в кілька етапів.

  • Визначають ген, що представляє інтерес з його функцій, потім його виділяють, клонують і вивчають його структуру.
  • Виділений ген з’єднують (рекомбінують) з ДНК якого-небудь фага, транспозона або плазміди, що має здатність рекомбінуватися з хромосомою, і таким шляхом створюють век-битий конструкцію.
  • Векторну конструкцію вбудовують в клітку (трансформація) і отримують трансгенну клітку.
  • З трансгенної клітини в штучних умовах можна отримувати зрілі організми.
ПОДІЛИТИСЯ: