Основы генетической инжерии

При высоком риске иметь больного ребенка (20% и выше) рекомендуется  воздерживаться от дальнейшего деторождения. Таким образом, все унаследованные (не спорадические) случаи рождения ребенка  с доминантным и рецессивным  заболеванием относятся к высокому риску повторного рождения больного ребенка.

Решение о зачатии, пренатальной диагностике или деторождении, естественно, принимает семья, а не врач-генетик. Задача врача-генетика – определить риск рождения больного ребенка и разъяснить семье суть рекомендаций, которые не должны быть директивными, и помочь принять решение.

Экспериментальные разработки в области генной инженерии

Современные биология и биохимия интенсивно используют методы, основанные на рекомбинантной ДНК. Рекомбинантная ДНК — искусственно созданная человеком последовательность ДНК, части которой могут быть синтезированы химическим путём, с помощью ПЦР (полимеразная цепная реакция) или клонированы из ДНК различных организмов. Рекомбинантные ДНК могут быть трансформированы в клетки живых организмов в составе плазмид или вирусных векторов. Генетически модифицированные животные и растения обычно содержат рекомбинантные гены, встроенные в их хромосомы. В то время как генетически модифицированные бактерии и дрожжи используются для производства рекомбинантных белков, животные используются в медицинских исследованиях, а растения с улучшенными пищевыми качествами — в сельском хозяйстве.

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 инфекционными. Например, гастриты, пептическая язва желудка и двенадцатиперстной кишки, ассоциированная с H. pylori, злокачественные новообразования печени (вирусы гепатита В и С).

Поэтому в последние 10–15 лет правительства многих стран  стали принимать меры, направленные на интенсивную разработку и производство принципиально новых вакцин. Например, в США в 1986 г. был принят закон («National Vaccine Injury Compensation Act»), защищающий производителей вакцин от юридической ответственности при подаче судебных исков, связанных с развитием побочных реакций при вакцинации, если они не были обусловлены ошибками при производстве вакцины. С изменением ситуации увеличился и мировой рынок вакцин, объем продаж которого в 1998 г. составил 4 млрд долларов США в стоимостном выражении. Однако многие считают, что в ближайшие годы этот сектор фармацевтической промышленности будет развиваться гораздо быстрее. Так, согласно публикациям в американском журнале «Signals Magazine» (январь 1999 г.), который освещает ситуацию в современной биотехнологической промышленности, объем продаж вакцин на мировом рынке через 10 лет составит 20 млрд долларов США. Этот прогноз принадлежит М. Греко, исполнительному директору компании «Merieux MSD», совместного предприятия крупнейших производителей вакцин — компаний «Pasteur Merieux Connaught» (теперь «Aventis Pasteur») и «Merck & Co.».

Разработка  ДНК-вакцин

Используемые сегодня вакцины  можно разделить в зависимости  от методов их получения на следующие  типы:

• живые аттенуированные вакцины;

• инактивированные вакцины;

• вакцины, содержащие очищенные компоненты микроорганизмов (протеины или полисахариды);  
• рекомбинантные вакцины, содержащие компоненты микроорганизмов, полученные методом генной инженерии.

Технологию рекомбинантной ДНК применяют также для создания живых ослабленных вакцин нового типа, достигая аттенуации путем направленных мутаций генов, кодирующих вирулентные протеины возбудителя заболевания. Эту же технологию используют и для получения живых рекомбинантных вакцин, встраивая гены, кодирующие иммуногенные протеины, в живые непатогенные вирусы или бактерии (векторы), которые и вводят человеку.

Трансгенез

Трансгенез — это процесс введения чужеродного гена, называемого трансгеном, в живой организм. При этом организм получает свойства, которые он может передавать потомству.

Трансгенные организмы могут экспрессировать чужеродные гены, так как генетический код одинаков для всех живых организмов. Это означает, что последовательность ДНК будет кодировать одинаковую аминокислотную последовательность во всех организмах.

Тысячелетия человек работал с  животными, приспосабливая их для удовлетворения своих нужд.

Биологи для выведения всего  разнообразия домашних животных использовали отбор среди той вариабельности, которая создавалась самой природой.

А теперь мы живем в эпоху перестройки  и ускорения в деле создания разнообразных  мутантов, да еще не случайных, а  в том именно месте генома, где  они нам нужны. Хорошо это или  плохо, есть разные мнения, но это неотвратимо  должно было случиться и случилось, и это уже никогда не удастся  запретить. Как в свое время с  атомной энергией, нам надо привыкать  жить с новыми организмами, рукотворно и направленно изменяемыми человеком. Делается это с помощью трансгеноза.

Животные или растения, в которых  произведены изменения геномов  путем парасексуальных операций называют трансгенными, а методология, или, если хотите, идеология, использующая трансгенных животных, называется трансгеноз.

В самом общем виде трансгеноз может быть определен как перенос генов из одного организма в другой путем операций in vitro.

Три критические точки в трансгенозе: интеграция трансгена, его экспрессия и трансмиссия, т.е.перенос через половые клетки потомству.

В этом очерке мы увидим, как методами парасексуальной генетики решается на уровне целого организма целый  ряд проблем, связанных с механизмами  согласованного взаимодействия генов  и их продуктов в тех случаях, когда гены экспрессируются в одних типах клеток, а их продукты действуют на другие клетки. Часто при этом индуцируется экспрессия других генов и возникают целые каскады взаимозависимых индукций и ингибирований путем отправления и приема межклеточных сигналов - мессенджеров. Мы увидим, что для выяснения механизмов таких сложных процессов используется два подхода, которые кажутся логически противоположными, но на самом деле едины по системе умозаключений.

Один из них заключается в  том, чтобы выключить "нокаутировать" обе аллели какого либо гена и посмотреть, как живое существо обходится  без его продуктов. Этот подход называют методами потери функции ( по английски loss of function).

Другой - наоборот , задается вопросом, что будет если в организм ввести функционирующий ген, который производит некий продукт, но этот продукт в чем- то нехарактерен для организма. Это называют методами приобретения функции (по английски - gain of function). Эти последние можно в свою очередь подразделить на три потока.

В одном из них мы спрашиваем, что  будет, если нормальный ген с нормальной структурой начинает ненормально регулироваться.

В другом мы задаемся вопросом, что  произойдет если, сам ген изменит свою структуру, станет мутантным, хотя и останется под нормальным контролем.

В третьем - ген необычный для  данного организма вводят в него и смотрят, что произойдет.

В настоящее время трансгеноз превращается в стратегическое направление исследований, дающее ответы на множество фундаментальных вопросов . Он предлагает универсальный методический подход к исследованиям отдельных стадий сложных многостадийных процессов в их взаимосвязи с остальными стадиями. Наверное, в конечном счете это приведет к созданию диаграмм, описывающих эти сети, подобно тому, как карты метаболических путей описывают последовательности биохимических превращений. Но пока разрабатываются методы и накапливается информация о работе разных систем в организме. С помощью трансгеноза мы узнаем, как на уровне всего организма работают промоторы, энхансеры, механизм действия транскрипционных факторов, роль метилирования ДНК, исследуем механизмы эффекта положения. Мы видим его применения и в области иммунологии, и в области эмбриогенеза, и в области развития нервной системы, и в области механизмов кроветворения и ангиогенеза, и в исследовании факторов, определяющих рост и дифференцировку мультипотентных стволовых клеток [ Wagner, 1990 ]. и, наконец, в области канцерогенеза. Здесь мы видим исследования онкогенов, которые, в свою очередь, приводят к пониманию взаимодействий, направленных на выбор клеточной судьбы в процессах клеточных дифференцировок. Подобно героям старых русских сказок, клетка часто стоит на перекрестке трех путей: покоиться, делиться или умирать. И трансгеноз помогает понять, как она осуществляет этот выбор.

Мы получаем информацию о генах-хозяевах (master -regulatory genes), ответственных за регуляцию больших групп генов. Например, таких, как myoD, который регулируют активности группы генов, специфических для мышц. Трансгеноз дает массу других возможностей. Помимо решения фундаментальных проблем, с помощью трансгеноза пытаются создавать новые породы животных или сорта растений. Есть большие шансы, что создание животных, обладающих новыми полезными признаками, может быть достигнуто с меньшими затратами времени и средств.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Генетическая инженерия служит для получения желаемых качеств  изменяемого или генетически  модифицированного организма. В  отличие от традиционной селекции, в ходе которой генотип подвергается изменениям лишь косвенно, генная инженерия  позволяет непосредственно вмешиваться  в генетический аппарат, применяя технику  молекулярного клонирования. Примерами  применения генной инженерии являются получение новых генетически  модифицированных сортов зерновых культур, производство человеческого инсулина путём использования генномодифицированных бактерий, производство эритропоэтина в культуре клеток или новых пород экспериментальных мышей для научных исследований.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Использованная литература

• Сингер М., Берг П. Гены и геномы. — Москва, 1998.

 

• Стент Г., Кэлиндар Р. Молекулярная генетика. — Москва, 1981.

 

• Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. Molecular Cloning. — 1989.

 

• Патрушев Л. И. Искусственные генетические системы. — М.: Наука, 2004. ISBN 5-02-032893-6