Развитие генных технологий

8. Развитие генных технологий. Генные технологии основаны на методах молекулярной биологии и генетики, связанных с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов. Генные технологии зарождались в начале 70-х годов XX в. как методы рекомбинантных ДНК, названные генной инженерией. Основная операция генной технологии заключается в извлечении из клеток организма гена, кодирующего нужный продукт, или группы генов и соединение их с молекулами ДНК, способными размножаться в клетках другого организма. На начальной стадии развития генных технологий получен ряд биологически активных соединений —инсулин, интерферон и другие вещества. Современные генные технологии объединяют химию нуклеиновых кислот и белков, микробиологию, генетику, биохимию и открывают новые пути решения многих проблем биотехнологии, медицины и сельского хозяйства.Основная цель генных технологий — видоизменить ДНК, закодировав ее для производства белка с заданными свойствами. Современные экспериментальные методы позволяют анализировать и идентифицировать фрагменты ДНК генетически видоизмененной клетки, в которые введена нужная ДНК. Над биологическимиобъектами осуществляются целенаправленные химические операции, что и составляет основу генных технологий.Генные технологии привели к разработке современных методов анализа генов и геномов, а они, в свою очередь,— к синтезу, т. е. к конструированию новых,генетически модифицированных микроорганизмов.К настоящему времени установлены нуклеотидные последовательности разных микроорганизмов, включая промышленные штаммы, и те, которые нужны для исследования принципов организации геномов и для понимания механизмов эволюции микробов. Промышленные микробиологи, в свою очередь, убеждены, что знание нуклеотидных последовательностей геномов промышленных штаммов позволит «программировать» их на большой доход.Клонирование эукариотных (ядерных) генов в микробах и есть тот принципиальный метод, который привел к бурному развитию микробиологии. Фрагменты геномов животных и растений для их анализа клонируют именно в микроорганизмах. Для этого в качестве молекулярных векторов — переносчиков генов —используют искусственно созданные плазмиды, а также множество других молекулярных образований для выделения и клонирования.С помощью молекулярных проб (фрагментов ДНК с определенной последовательностью нуклеотидов)можно определять, скажем, заражена ли донорская кровь вирусом СПИДа. А генные технологии для идентификации некоторых микробов позволяют следить за их распространением, например, внутри больницы или при эпидемиях.Генные технологии производства вакцин развиваются в двух основных направлениях. Первое —улучшение уже существующих вакцин и создание комбинированной вакцины, т. е. состоящей из нескольких вакцин. Второе направление — получение вакцин против болезней:СПИДа, малярии, язвенной болезни желудка и др.За последние годы генные технологии значительно улучшили эффективность традиционных штаммов-продуцентов. Например, у грибного штамма-продуцента антибиотика цефалоспорина увеличили число генов, кодирующих экспандазу, активность которой задаетскорость синтеза цефалоспорина. В итоге выработка антибиотика возросла на 15 — 40%. Проводится целенаправленная работа по генетической модификации свойств микробов, используемых в производстве хлеба, сыроварении, молочной промышленности, пивоварении и виноделии, чтобы увеличить устойчивость производственных штаммов, повысить их конкурентоспособность по отношению к вредным бактериям и улучшить качество конечного продукта.Генетически модифицированные микробы приносят пользу в борьбе с вредными вирусами, микробами и насекомыми. Вот примеры. В результате модификации тех или иных растений можно повысить их устойчивость к инфекционным болезням. Так, в Китае устойчивые к вирусам табак, томаты и сладкий перец выращивают уже на больших площадях. Известны трансгенные томаты, устойчивые к бактериальной инфекции, картофель и кукуруза, устойчивые к грибкам.В настоящее время трансгенные растения промышленно выращиваются в США, Аргентине, Канаде,Австрии, Китае, Испании, Франции и других странах.С каждым годом увеличиваются площади под трансгенными растениями (рис. 8.5, стр. 472). Особенно важно использовать трансгенные растения в странах Азии и Африки, где наиболее велики потери урожая от сорняков, болезней и вредителей и в то же время больше всего не хватает продовольствия. Не приведет ли широкое внедрение в практику генных технологий к появлению еще не известных эпидемиологам заболеваний и других нежелательных последствий? Практика показывает, что генные технологии с начала их развития по сей день, т. е. в течение более 30 лет, не принесли ни одного отрицательного последствия. Более того, оказалось, что все рекомбинантные микроорганизмы, как правило, менее вирулентны, т. е. менее болезнетворны, чем их исходные формы. Однако биологические феномены таковы, что о них никогда нельзя с уверенностью сказать: этого никогда не случится. Более правильно говорить так:вероятность того, что это случится, очень мала. И тут,как безусловно положительное, важно отметить, что все виды работ с микроорганизмами строго регламентированы, и цель такой регламентации — уменьшить вероятность распространения инфекционных агентов.Трансгенные штаммы не должны содержать генов,которые после их переноса в другие бактерии могут дать опасный эффект.