ГЕНЕТИЧНА ІНЖЕНЕРІЯ
Генетична інженерія — це нова галузь молекулярної біології, яка розробляє метоли передавання генетичного матеріалу від одного живого організму до іншого з метою одержання нової генетичної інформації та управління спадковістю. Розвиток генетичної інженерії пов'язаний з досягненнями сучасної генетики, мікробіології й біохімії. Початок цієї галузі покладений П. Боргом (1972), який одержав перші гібридні (рекомбіновані) ДНК .
У нас використовують два терміни—генетична інженерія й генна інженерія. Слід зазначити, що назву генетична інженерія використовують в більш широкому понятті, тобто вона включає й генну інженерію. При цьому до генної інженерії не відносять перебудову генома звичайними генетичними методами, тобто мутаціями, рекомбінаціями.
Розглянено основні генноінженерні підходи, що можуть бути використані в тваринництві. Відомо, що генетичний матеріал всіх рослин, тварин, мікроорганізмів являє собою молекулу ДИК. Всі клітини організму мають ідентичні копії ДНК, але й ДИК диференціюється від організму до організму. Деякі організми представлені однією молекулою ДНК в своїй клітині (бактерії), а інші — більш ніж однією (гриби, рослини й тварини).
Кожна непорушена молекула ДНК називається хромосомою. У багатоклітинних організмів одна запліднена яйцеклітина дає початок для створення величезної кількості клітин. Отже, І кожна вихідна молекула ДНК новоствореної зиготи е основою для виникнення гігантської кількості нових, але однозначних за зашифрованою генетичною інформацією молекул ДНК.
Структуру ДНК встановили у 1953 р. лауреати Нобелівської премії Д. Уотсон і Ф. Крік на основі рентгеноструктур-ного аналізу. Відповідно до їх моделі молекула ДНК має подвійну спіраль, що складається з двох антипаралельних ну-клеотидних ланцюгів з загальною віссю.
Кожна молекула ДНК (хромосома) складається з окремих одиниць — ґенів, які несуть в собі інформацію, записану чотирма літерами коду. Цей код може бути зчитаний за допомогою клітинного механізму, що транслює так званий меседж (Інструкцію, вказівку) з кожного гена для синтезу одного конкретного протеїну (рис. 11). Протеїни являють собою молекули, необхідні для життя і виконання основних життєвих функцій, таких як ферментний каталіз біохімічних реакцій в клітинах і будівництво та структурний матеріал для клітин.
Основою проведення генноінженерних досліджень є молекула ДНК, що показано на схемах (рис. 12—18). При цьому роботи виконують в певній послідовності: спочатку виділяють гени з окремих клітин або синтезують їх поза організмом, потім включають нові гени у вектор, поєднують ДНК гена й вектора І одержують рекомбінантну ДНК; далі переносять визначені гени в геном клітини-хазяї-па, проводять копіювання й розмноження виділених або синтезованих генів у складі вектора (клонування генів) І одержують генний продукт шляхом експериментальної експресії чужорідного гена в реципієнтшй клітині.
Відомо два шляхи виділення генів та створення рекомбінантної ДНК. Перший — за допомогою хімічного синтезу (Корана, 1969), а другий, більш поширений, грунтується на використанні особливих ферментів (рестриктаз), які мають властивість розпізнавати чужорідну ДНК, що проникла в в організм, і розщеплювати її в відповідних ділянках.
В результаті утворюються фрагменти різноманітних розмірів, які різняться між собою за довжиною. Відомо близько 500 ферментів рестриктаз і кожний розщеплює ДНК специфічно. Хоча багато з них за специфічністю подібні, проте кількість сайтів (ділянок) розщеплення становить близько 120. Зазначені ферменти позбавлені видової специфічності. Завдяки цьому можна поєднувати в одне ціле фрагменти ДНК будь-якого походження й долати природні видові бар'єри. У попередньому матеріалі (див. рисунок 16) схематично зображено дію фрагменту на молекулу ДНК, що зумовлює відокремлення від неї частини нуклеотидів.
Частини й розриви ниток ДНК лігизують (склеюють) за допомогою ферменту лігази. Особливістю виділених ділянок нуклеотидів (генів) є так звані липкі кінці, через що їх можна приєднати до ділянок ДНК плазмід (для рослин І бактерій) або фагів (тварини). Таким чином створюється вектор для перенесення виділених генів у клітину-реципієнт.
Відомо інший шлях одержання фрагментів ДНІ< з липкими кінцями. Для цього виділені або штучно синтезовані ділянки ДНК обробляють ендонуклеазою, яка укорочує її з обох боків. Потім за допомогою ферменту полінуклеотидтрансферазн добудовують до цих кінців ділянки аденінових і тимідинових нуклеотидів. Одержану молекулу рекомбінантної ДНК використовують для перенесення чужорідного гена в бактеріальну клітину. Така схема була використана для генів інсуліну, інтерферону, імуноглобуліну.
Молекули ДНК, які мають власний апарат реплікації і здатні доставляти в клітину потрібні гени й реплікувати їх, були названі векторами. Найбільш поширені вектори — це різноманітні плазміди, які часто спостерігаються у бактерій. Вектори для клітин ссавців будуються на основі вірусів, адено- та ретровірусів.
Потрібно враховувати, Ідо наявність І навіть введення гена у хромосому організму-хазяїна ще не дає можливості одержати продукти його синтезу. Для того, щоб ген міг функціонувати, він повинен поряд з частиною, де закодована інформація, мати ще регуляторну ділянку. Це так звані промотор та термінатор. З промотора починається зчитування інформації (транскрипція), а в термінаторі закодовано закінчення транс-крипції з даного гена. Нині створено цілий «арсенал» клоно-ваних промоторів, які дають можливість забезпечити проявлення генів у різних типах клітин.
Слід враховувати також, що не всі молекули плазмІдної ДНК можуть мати вставки чужої ДНК і відповідно не будуть рекомбінантними. Більшість плазмід відновлює вихідну кільцеву структуру. Тому перш за все необхідно відібрати бактерії, що містять рекомбінантнІ плазміди.
Для відбору рекомбінантних ДНК найбільш поширеною е система, при якій чужорідну ДНК вбудовують в частину плаз-мідного гена, що кодує стійкість проти певного антибіотика, наприклад, ампіциліну. У випадку вбудовування чужорідної ДНК цей ген перестає нормально функціонувати, що свідчить про наявність рекомбінантної ДНК.
Молекула рекомбінантної плазміди розмножується в клітині. У процесі ділення бактеріальної клітини вони розподіляються між дочірніми клітинами і в кожній з них знову відновлюють свою кількість. У результаті створюються колонії бактерій, кожна з яких містить багато копій рекомбінантної ДНК. У кожному такому клоні міститься тільки один відрізок ДНК тварини або рослини, який випадково потрапив у вихідну бактерію.