Генетическая инженерия - это один из разделов молекулярной биологии и генетики, который занимается генетическим конструированием по заранее намеченному плану для создания организмов с новой генетической программой. Этот раздел науки появился в 70-х годах прошлого столетия, когда американским генетиком П. Бергом впервые в мире была получена гибридная ДНК.
С технологической стороны генетическая инженерия включает в себя три этапа:
• получение генов путем их искусственного синтеза или путем выделения генов из природного материала;
• включение генов в векторную, автономно реплицирующуюся молекулу ДНК, т.е. создание гибридной молекулы ДНК;
• введение гибридной ДНК в клетку-реципиент с последующим включением соответствующего гена в ее хромосому.
Впервые искусственным путем ген был получен индийским ученым Г.Корана в 1967 году путем химического синтеза - это был ген, контролирующий синтез инсулина. Позже стали выделять гены из генома, используя для этого ферменты рестриктазы, действующие на строго специфичные последовательности нуклеотидов и, следовательно, «разрезающие» молекулу ДНК в определенных участках. Сейчас известно более 500 видов рестриктаз. Полученные таким путем гены лишены интронов, так как их «вырезают» рестриктазами. Поэтому эти гены можно использовать для получения гибридных ДНК с ДНК бактерий. Обеспечивается транскрипция этих «новых» генов бактерии регуляторными генами оперона бактериальной клетки. Таким способом были получены опероны, контролирующие синтез инсулина в кишечной палочке.
Достижения современной молекулярной генетики позволяют выделять гены с пограничными областями, содержащими в себе важные регуляторные последовательности.
После, того как будет получен ген, его встраивают в плазмиду или умеренный фаг, которые используются в качестве средства переноса (вектора) для введения данного гена в какую-нибудь бактериальную клетку, где они размножаются (клонируются) вместе с реплицирующимся вектором. Перед введением нужного фрагмента ДНК в плазмиду, ее (плазмиду) переводят в линейную форму (“разрезают” рестриказой) для того, чтобы присоединить с помощью ДНК-лигаз необходимый ген. В зависимости от целей используют разные плазмиды. Существуют плазмиды с широким кругом хозяев, способные размножаться во многих бактериальных клетках, но есть и такие, которые размножаются в двух или даже в одном виде бактерий.
Перенос (трансдукция) чужеродной ДНК в виде данного гена у эукариот осуществляется с помощью не онкогенных вирусов и фагов.
Создание искусственных генов, получение рекомбинантных ДНК может привести к появлению организмов, не встречающихся ранее на Земле. Так в США была получена кишечная палочка с генами стафилококка и обладающая свойствами обоих микроорганизмов. Угроза получения бактерий с новыми патогенными свойствами и устойчивыми к лекарствам заставили ученых - генетиков обсудить этот вопрос на Международной конференции в США (1975), где были определены основные положения манипуляций с генетическим материалом, чтобы не происходило случайного выхода из экспериментальных лабораторий рекомбинантных микроорганизмов.
Успехи генетической инженерии должны быть направлены на борьбу с наследственными заболеваниями и получение новых форм микроорганизмов для использования их в биотехнологических процессах, то есть для промышленного получения хозяйственно ценных веществ из нетрадиционных продуктов: белков из парафина и нефти, метанола и этанола из природного газа и т.д. Генетическая инженерия позволяет получить также микроорганизмы, способные продуцировать некоторые лекарственные препараты, гормоны и биологически активные пищевые добавки. Таким способом получены интерферон, человеческий инсулин, некоторые антибиотики, органические кислоты и многое другое.
Успехи, достигнутые в области рекомбинантной ДНК, позволили уже в 80-х годах прошлого столетия разрабатывать условия для «генной терапии» наследственных болезней. «Генная терапия» - это доставка нового генетического материала в клетки больного, что обеспечивает лечебный эффект.
Осуществление генной терапии возможно двумя путями:
1 - перенос необходимого гена (трансгеноз) в изолированные из организма соматические клетки, т.е. in vitro; клетки получают в результате резекции соответствующего органа больного или пункции и после трансгеноза возвращают в организм (реимплантация);
2 - прямой трансгеноз - введение генетического вектора с заданным геном непосредственно в организм, т.е. in vivo.
Впервые метод «генной терапии» был применен 14 сентября 1990 г. у девочки 4 лет (США), страдающей тяжелой комбинированной формой первичного иммунодефицита - введением in vitro, в Т- лимфоциты девочки гена аденозиндезаминазы.
С этого же года выходит журнал «Генная терапия». Однако применять эти методы надо крайне осторожно, т. к. генетика человека еще не располагает достаточными сведениями о том, как будет реагировать наш генетический аппарат на введение дополнительной генетической информации.