Генная инженерия

Метод трансформации основывается на природной способности бактерий

Agrobacterium tumefaciens генетически модифицировать растения.

Реконструированные штаммы Agrobactrium, содержащие неонкогенные варианты Ti-

плазмид и обладающие повышенной вирулентностью, стали основой одного из

наболее популярных методов трансформации. Первоначально трансформация

применялась для генно-инженерных двудольных растений, однако работы

последних лет свидетельствуют, что этот метод эффективен и в отношении

кукурузы, риса, пшеницы. Другим широко распространённым методом

трансформации, является технология, основанная на обстреле ткани

микрочастицами золота (или других тяжелых металлов), покрытыми раствором

ДНК. Все выращиваемые ныне коммерческие сорта получены с помощью названных

выше двух методов.

Современный арсенал методов трансформации, однако, довольно обширен и

включает такие подходы, как введение ДНК в голые клетки (протопласты),

электропорация клеток, микроинъекций ДНК в клетки, прокалывание клеток

путём встряхивания их в суспензии микроигл, опосредованная вирусами

инфекции и так далее.

Генетические изменённые растения с устойчивостью к различным классам

гербицидов в настоящее время являются наиболее успешным биотехнологическим

продуктом. Дело в том, что биотехнология позволила совершить такой прыжок,

так как оказалось возможным генетически изменять устойчивость растений к

тем или иным гербицидам либо путем введения генов, кодирующих белки,

нечувствительные к данному классу гербицидов, либо за счет введения генов,

обеспечивающих ускоренный метаболизм гербицидов растений. К настоящему

времени клонированы гены, кодирующие нечувствительные к действию гербицидов

ферменты-мишени, что дало возможность получать трансгенные растения,

устойчивые к таким гербицидам, как глифостат и хлорсульфуроновым, и

имидазолиноновым гербицидом. Изолированы также гены, которые кодируют

ферменты деградации некоторых гербицидов, что позволило получить

трансгенные растения устойчивые к фосфинотрицину и далапону. В 1997 году

устойчивая к Roundup соя, распространяемая компанией "As Grow", была

признана в США сельскохозяйственным продуктом года.

Ученые пошли далее. Так как множество растений подвержены нападению и

поеданию со стороны насекомых, то ученые генной инженерии провели

эксперимент с давно известной бактерией Bacillus-Thiringiensis, которая

продуцирует белок, оказалось она является очень токсичной для многих видов

насекомых, но в то же время безопасна для млекопитающих., белок (дельта-

эндотаксин, CRY-белок) продуцируется различными штамами Bacillus-

Thiringiensis. Это прототаксин который расщепляется в кишечнике насекомых,

образуя активированный токсин. Активизированный белок специфично

связывается с рецепторами средней кешки насекомых, что приводит к

образованию пор и лизису клеток кишечного эпителия. Взаимодействие токсинов

с рецепторами строго специфично, что усложняет подбор комбинации токсин-

насекомое. В природе найдено большое количество штаммов Bacillus-

Thiringiensis, чьи токсины действуют только на определенные виды насекомых.

Препараты Bacillus-Thiringiensis в течение десятилетий использовались для

контроля насекомых на полях.

Встраивание гена этого белка в геном растений дает возможность получить

трансгенные растения, не поедаемые насекомые. Но этот метод потребовал

большой работы со стороны генной инженерии, в плане подборов необходимых

штаммов и созданию генно-инженерных конструкций, которые дают наибольший

эффект для конкретных классов насекомых. Кроме видоспецифичности по

действию на насекомых встраивание прокариотических генов дельта-токсинов в

геном растений даже под контролем сильных эукариотических промоторов не

привело к высокому уровню экспрессии. Предположительно такое явление

возникло в связи с тем, что эти бактериальные гены содержат значительно

больше адениновых и тиминовых нуклеатидных оснований, чем растительная ДНК.

Эта проблдема была решена путем создания модефицированных генов, где один

из природного гена вырезали и добавили те или иные фрагменты с сохранением

доменов, кодирующих активные части дельта-токсинов. Так, например, с

помощью таких подходов был получен картофель, устойчивый к колорадскому

жуку. В настоящее время так называемый Bt – растения хлопка и кукурузы

занимают основную долю в общем объеме генетически модифицированных растений

этих культур, которые выращивают на полях США.

3.1.1 Изменение свойств сельскохозяйственных технических растений

Современная биотехнология в состоянии манипулировать многими важнейшими

признаками, которые можно разделить на три группы:

1. Сельскохозяйственные производства. К ним можно отнести общей

продуктивности растений за счет регулирования синтеза фитогормонов

или дополнительного снабжения кислородом растительных клеток, а

также признаки обеспечивающие устойчивость к разного рода

вредителям, кроме этого в создании форм растений с мужской

стерильностью и возможностью дольше сберегать урожай.

2. К признакам которые влияют на качество продукции, относится

возможность манипулировать молекулярным весом жирных кислот.

Растения будут производить биодеградирующий пластик, по цене

сопоставимой с полиэтиленом, получаемым из нефти. Открылась

возможность получения крахмала с заданными физико-химическими

свойствами. Аминокислотный состав у растений запасных белков

становится более сбалансированным и легко усвояем для млекопитающих.

Растения становятся продуцентами вакцин, фармакологических белков и

антител, что позволяет удешевить увеличение разных заболеваний, в

том числе и онкологических. Получены и испытываются трансгенные

растения хлопка с уже окрашенным волокном, более высоким качеством.

3.1.2. Генетическая модификация пластид.

Во многих случаях генетической модификации будут подвергаться не

ядерные геномы, а геномопластит или метохондрия. Такие системы позволяю

значительно увеличить содержание продукта в трансгенном материале.

В генной инженерии исследуются следующие направления:

- Управляемая активность генов;

- Селективная экспрессия трансгена в определенных тканях;

- Система экспрессии растения в чужеродной генетической

информации, опосредованной вирусами.

Разработанная усилиями компании “Biosource” (США) технология позволяет

быстро и в больших количествах нарабатывать в растениях белки и небольшие

молекулы за счет инфицирования растений генетически модифицированными

вирусами, со встроенными чужеродными генами тех или иных белков. За этой

системой большое будущее так как она позволяет изменить биосинтетические

процессы в растениях без длительных и дорогостоящих манипуляций с

растительным геномом.

3.3. ГЕННЫЕ ВАКЦИНЫ

3.2.1. Актуальность разработки новых вакцин

Вакцины — одно из самых значительных достижений медицины, их

использование к тому же чрезвычайно эффективно с экономической точки

зрения. В последние годы разработке вакцин стали уделять особое внимание.

Это обусловлено тем, что до настоящего времени не удалось получить

высокоэффективные вакцины для предупреждения многих распространенных или

опасных инфекционных заболеваний. По данным созданной в прошлом году

международной организации «Всемирный союз по вакцинам и иммунизации» (в

числе ее участников — ВОЗ, ЮНИСЕФ, Международная федерация ассоциаций

производителей фармацевтической продукции, Программа Билла и Мелинды Гейтс

по вакцинации детей, Рокфеллеровский фонд и др.), в настоящее время

отсутствуют эффективные вакцины, способные предупредить развитие СПИДа,

туберкулеза и малярии, от которых в 1998 г. умерло около 5 млн человек.

Кроме того, увеличилась заболеваемость, обусловленная теми инфекциями, с

которыми человечество ранее успешно боролось. Этому способствовало

появление лекарственно-устойчивых форм микроорганизмов, увеличение числа

ВИЧ-инфицированных пациентов с иммунной недостаточностью, ослабление систем

здравоохранения в странах с переходной экономикой, увеличение миграции

населения, региональные конфликты и др. При этом распространение

микроорганизмов, устойчивых к воздействию антибактериальных препаратов,

приобрело характер экологической катастрофы и поставило под угрозу

эффективность лечения многих тяжелых заболеваний. Повышенный интерес к

вакцинам возник после того, как была установлена роль патогенных

микроорганизмов в развитии тех заболеваний, которые ранее не считали

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9