Криобиологические сосуды > Окружающая среда и биотехнология > Прикладные аспекты генетической инженерии

Прикладные аспекты генетической инженерии


Не вызывает сомнения, что методы генетической инженерии бу­дут играть ведущую роль в развитии биотехнологии и найдут в ней самое широкое применение. Уже сегодня с помощью бак­терий и дрожжей мы получаем в больших количествах белки эукариот и вирусов, которые применяются в медицине и вете­ринарии. В табл. 7.1 перечислены некоторые белки, для синтеза которых используется этот подход. Образование больших количеств ненужного бактериальной клетке белка ставит ее в неблагоприятное положение при отборе, так что приходится решать сложные проблемы стабилизации таких штаммов. Их удается решить — по крайней мере в случае выработки очень .ценных продуктов — путем создания жестких условий отбора, .направленных на сохранение плазмидного вектора, а иногда и клонируемого в нем гена. Использование индуцибельных про­моторов типа APi. препятствует постоянному синтезу продукта, и он образуется лишь в результате индукции в определенное время клеточного цикла.
 
Таблица 7.1. Белки эукариот и вирусов, получаемые методом клонирования генов в микроорганизмах
Инсулин человека
α-, β- и γ-интерфероны
Коровый антиген вируса гепатита В
Поверхностный антиген вируса гепатита В
Гормон роста человека
Капсидный белок вируса ящура
Реннин теленка
 
Проблема стабилизации не возникает, если вместе с клони­руемым геном клетка-хозяин получает определенные преиму­щества при отборе. Так, методы генетической инженерии по­зволяют расширить спектр используемых микроорганизмом субстратов. Пивоварение, например, заинтересовано в создании штаммов дрожжей, способных к секреции ферментов, разруша­ющих крахмал и белки. Появление у организма ряда новых ферментативных активностей может увеличить эффективность его обмена веществ. Так, фирме ICI удалось повысить эффек­тивность усвоения азота клетками Methylophllus methylotrop-hus, продуцента БОО, введя в них ген фермента глутаматде-гидрогеназы Е. coli (рис. 7.7). Это позволило увеличить выход БОО примерно на 7% при росте бактерий на метаноле и ам­миаке. Сегодня мы можем уже конструировать искусственные линейные хромосомы дрожжей Saccharomyces cerevisiae, что в принципе позволяет осуществлять стабильную модификацию клеток путем формирования в них новых путей метаболизма.
 
Увеличение эффективности ассимиляции азота бактериями
 
Рис. 7.7. Увеличение эффективности ассимиляции азота бактериями Methylo­philus methylotrophus, используемыми для получения БОО. А. Пути ассимиля­ции аммиака у бактерий. Путь (а) эффективнее, чем (б), так как в кем не потребляется АТР. Б. Клонирование гена gdh E. coli (гена глутаматдегидроге­назы) и его введение в Methylophilus.
 
Введение чужеродного гена в клетки организма-проду­цента— это отнюдь не единственный генно-инженерный способ конструирования новых штаммов. Иногда оказывается полез­ным клонирование собственных генов организма. Так, если известно, что определенная ферментативная реакция лимитиру­ет скорость какого-то метаболитического процесса, то введе­ние многих копий соответствующего гена в рекомбинантные плазмиды может ликвидировать это «узкое место» благодаря образованию большего числа молекул фермента. Главной об­ластью применения «самоклонирования», видимо, может стать направленный мутагенез. При обычном методе получения но­вых штаммов с помощью мутагенеза и отбора действию мута­гена подвергается весь геном организма-продуцента. При этом, естественно, не гарантируется, что полезные мутации произой­дут именно в интересующих нас генах. Мутируют также и дру­гие гены, и некоторые из таких мутаций неблагоприятно по­влияют на жизнеспособность организма-продуцента. Если же провести клонирование нужных генов, то их обработку мута­геном можно провести in vitro, а затем вернуть эти гены в ор­ганизм. Это гарантирует получение только желаемых мутаций.
Основой развития фармацевтической промышленности до недавнего времени был скрининг микроорганизмов и синтети­ческих химических веществ. Появление новейших методов хи­мического синтеза генов, возможно, позволит пойти другим путем: конструирования случайных нуклеотидных последова­тельностей, их клонирования и оценки биологической активно­сти соответствующих белков и пептидов. Хотя занятие это мож­но уподобить написанию сонета Шекспира группой печатающих на машинке обезьян, случайная крупная находка поможет убе­диться, что и такой стратегией поиска не следует пренебре­гать.