Генная инженерия - это совокупность технологий выделения генов из клеток, получение рекомбинантных ДНК и РНК, осуществление манипуляций с генетическим материалом, введение генов в другие организмы. Важным заданием генной инженерии является получение новых генотипов (и фенотипов) путем трансплантации гена одного организма в генотип другого. На этом пути достигнуты определенные успехи. Созданы причудливые формы микроорганизмов, которые включают в себя гены необходимых для человека белковых продуктов и которые используются как промышленные продуценты – интерферона, инсулина, вакцин против гепатита В и т.д. Развивается генная терапия – трансплантация генов для лечения заболеваний.

Технология трансплантации генов состоит из нескольких этапов.

1. Получение необходимого гена. Короткие гены получают химическим синтезом из нуклеотидов, а можно выделить из генома клетки (что сложно). Другой способ - это конструирование гена на мРНК с применением обратной транскриптазы (фермента репликации ретровирусов). Для этого из тканей выделяют мРНК, которая кодирует определенный белок, и синтезируют на этой мРНК необходимую комплементарную ДНК (кДНК).

2. Конструирование рекомбинантной ДНК. Полученный ген (кДНК) вводят в геном клетки-реципиента в виде рекомбинантной ДНК, которую создают путем присоединения к ДНК специального проводника - вектора. В роли векторов применяют вирусы или плазмиды (небольшие кольцевые молекулы ДНК, расположенные отдельно от нуклеоида бактерии). Плазмиду выделяют из бактерий, которые будут служить реципиентом нового гена. Кольцевую ДНК плазмиды и кДНК обрабатывают рестриктазами (эндонуклеазы бактерий, которые расщепляют ДНК бактериофагов). Рестриктазы разрезают обе ДНК в участках палиндромов с образованием «липких» концов (участки неспаренных нуклеотидов). При взаимодействии разрезанных плазмиды и гена между собой их полинуклеотидные цепи объединяются. Образуется новое кольцо плазмиды, которое включает новый ген. ДНК-лигаза завершает сшивание гена и плазмиды.

3. Введение рекомбинантной ДНК в клетку-реципиента и клонирование необходимого гена. Плазмида, содержащая новый ген, проникает в бактериальные клетки, где происходит репликация (клонирование) рекомбинантной ДНК с образованием тысяч копий. Далее эти клетки способны транслировать пересаженный ген в белок. С применением таких технологий производят белковые препараты – интерферон, инсулин, белковые гормоны и т.д.

Нокаутируемые гены. Для исследования функции того или иного гена применяется технология исключения (нокаут) гена. Для этого синтезируют такой же ген или его фрагмент, измененные таким образом, чтобы продукт гена потерял свою функцию. Полученную конструкцию вводят в эмбрионные стволовые клетки мышей, где она замещает нормальный ген. После этого измененные клетки вживляют в бластоцист суррогатной матери, из которого развивается организм, с исключенным геном.

Искусственная экспрессия генов - введение в организм гена, которого раньше у него не было. Для этого применяют технологии подобные нокаута гена, но при этом существующие гены не повреждается и не замещаются.

Визуализация генных продуктов. Для этого используют технологию замещения нормального гена на генную конструкцию, которая содержит нормальный ген, сшитый с геном-репортером (например, с геном зеленого флуоресцирующего белка). Это дает возможность увидеть, в какой части клетки накапливается продукт гена.

Изучение механизма экспрессии генов. Скорость экспрессии гена определяется регуляторными элементами гена, и прежде всего, его промотором. Существуют технологии, которые позволяют добавлять или извлекать из промотора отдельные фрагменты ДНК.

Генная терапия – это совокупность методов, направленных на внесение

изменений в генетический аппарат соматических клеток человека с целью лечения заболеваний. Цель - исправление дефектов, обусловленных мутациями генов, придания клеткам новых функций или блокировка активности тех или других генов. Используют два подхода: фетальна генотерапия – при которой инородную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития, при этом ожидается, что введенный генный материал попадет во все клетки реципиента и в половые клетки, обеспечивая его передачу следующему поколению. Соматическая генотерапия, при которой генетический материал вводят лишь в соматические клетки и он не передается половым клеткам.

Генетически модифицированые организмы – это живые организмы, генотип которых был целеустремленно изменен методами генной инженерии. Трансгенные организмы широко используют для производства врачебных препаратов (инсулина, белковых гормонов и т.д.). Благодаря пересадке генов можно обеспечить растениям большую производительность или большую стойкость к вредителям.