Генетична інженерія, визначення поняття. Основні принципи генетичної інженерії

Генетична інженерія - галузь молекулярної біології і генетики, завданням якої є конструювання генетичних структур за заздалегідь визначеним планом з метою створення організмів із новою генетичною програмою. Генетична інженерія базується на методах молекулярної біології, генетики, біохімії, мі­кробіології й становить основу сучасної біотехнології. Основні принципи генної інженерії були опрацьовані в 60-70-х роках XX сторіччя. Вони включали три основні етапи:

1) отримання генетичного матеріалу (штучний синтез або виділення природних генів);

2) включення цих генів у генетичну структуру, яка реплікується автономно (векторну молекулу ДНК), тобто створення рекомбінантної молекули ДНК;

3) уведення векторної молекули (з включеним у неї геном) у клітину-реципієнта, де вона “вмонтовується” до хромосомного апарату.

Експериментальне перенесення генів в інший геном називається трансгенезом. Він ґрунтується на технології рекомбінантної ДНК. Рекомбінантна ДНК-технологія має наукове значення (дозволяє виділити окремий ген складного організму і вивчити його функцію на молекулярному рівні), а також прикладне застосування. За допомогою рекомбінантної ДНК-технології можна виготовляти різні білки для безпечного застосування у медичній практиці. Першим рекомбінантним препаратом став інсулін.

Методи генної інженерії базуються на різноманітних маніпуляціях із молекулами ДНК. Потрібний ген (наприклад, стійкості до певного гербіциду) вирізняють з ланцюгів ДНК при участі ферменту рестриктази та копіюють за допомогою полімеразної ланцюгової реакції. Наступний крок — транспортування гена до чужої клітини. Для цього використовуються природні переносники генетичної інформації — віруси, транспозони та плазміди (кільцеві ДНК). Генетичний апарат доповнюється промотором — ланкою ДНК, що змушує клітину-"хазяїна" зчитувати привнесені гени. У якій саме клітині опиниться вбудований ген покаже ген-маркер (зазвичай пов'язаний із стійкістю до певного антибіотика). Клітини висівають у поживне середовище, що містить цей антибіотик. Ті клітини, що не загинули, і є трансгенними. Їх розмножують (якщо це бактерії), вирощують з них цілий організм (якщо це рослини) або імплантують сурогатній матері (якщо це запліднені яйцеклітини тварин). Як наслідок одержують організми із заданими властивостями: стійкі до хвороб або шкідників, збагачені корисними речовинами тощо.

Нині проводяться дослідження зі створення біоінженерних рослин із комплексом запрограмованих властивостей: здатністю швидко пристосовуватись до умов зовнішнього середовища; високим вмістом необхідних для людини поживних речовин; тривалим терміном зберігання; здатністю продукувати хімічні речовини й ліки.

Клонування генів - це процес виділення й ампліфікації (дублювання великої кількості) окремих генів у реципієнтних про- й еукаріотичних клітинах. Клітини з потрібним геном можна використовувати для одержання великої кількості білка, що кодується даним геном й самого гена у надочищеному вигляді.

Проте, трансгенна технологія є неточною, оскільки уведення ДНК не спрямоване у визначений локус хромосоми. Тому була опрацьована технологія більш точного "націлювання" гена (gene targeting). Ген, що уводиться, займає місце свого двійника у хромосомі клітини-“хазяїна”. При цьому використовується природний процес гомологічної рекомбінації. Унаслідок такої технології заміня­ють інактивованим геном активний ген у мишей і простежують ефект його відсутності навіть в ембріона. Так вивчають функцію білків імунної сис­теми, механізм взаємодії онкогенів у виникненні пухлини, розвиток генетичних захворювань.