Химическая энциклопедия

ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ (генная инженерия), создание с помощью биохим. и (или) хим. синтеза генетич. структур, способных размножаться и действовать в клетке-хозяине, изменять ее генетич. программу и синтезировать требуемые продукты, обычно белки. Возникла в 1972, когда была получена первая такая структура. Будучи новым этапом развития молекулярной генетики, Г. и. использует достижения микробиологии, биохимии, биоорг. химии и молекулярной биологии.

Представление о том, что носителем генетич. информации является ДНК, возникло еще в 1944. Было известно также, что ген представляет собой отрезок ДНК, кодирующий определенный белок, и что передача наследств. информации между поколениями происходит посредством удвоения молекул ДНК. Но любым манипуляциям препятствовала огромная молекулярная масса ДНК, составляющая миллионы и миллиарды на клетку, и невозможность получать химически однородные небольшие ее фрагменты. Положение изменилось, когда удалось обнаружить и выделить два рода ферментов: 1) рестриктирующие эндонуклеазы (рестриктазы) - они рассекают молекулы ДНК в пределах строго определенных нуклеотидных последовательностей; их описано ок. 400, наиб. употребительны рестриктазы Eco RI, Hind III, Bam HI, Pst I, Sal I и др. 2) ДНК-лигазы (прежде всего фермент кишечной палочки, индуцируемый бактериофагом Т4), к-рые сшивают двухцепочечные фрагменты ДНК, восстанавливая межнуклеотидные связи в местах единичных разрывов. С помощью этих ферментов получают удобные для генетич. операций фрагменты ДНК и соединяют их в единое целое. Для такого объединения безразлично происхождение ДНК (химически у всех существ она одинакова), между тем в природе объединению генетич. информации неродственных существ препятствуют разл. межвидовые барьеры.

Конечный продукт генетич. манипуляций (рекомбинантные молекулы ДНК) состоит из двух компонентов: изучаемого полинуклеотидного фрагмента (обычно структурного гена) и вектора. В последовательности нуклеотидов гена закодирована последовательность аминокислот белка. Ген м. б. выделен из прир. источника с помощью рестриктаз, получен спец. методом посредством фермента обратной транскриптазы или же синтезирован химически. Однако структурные гены как таковые лишены регуляторных генетич. элементов и сами по себе не могут функционировать в клетке-хозяине, т.е. умножаться в числе и обеспечивать синтез белка. Функциональный компонент рекомбинантной ДНК-вектор, т.е. специально сконструированная молекула, содержащая регуляторные участки, а именно: начало репликации ДНК, генетич. маркеры, необходимые для селекции, и др. элементы, нужные для сложного процесса реализации генетич. информации. Большинство векторов получено на основе плазмид (небольших кольцевых молекул ДНК бактерий), фагов лямбда и М13, вирусов SV40 и полиомы (для животных клеток), плазмиды Ti из Agrobacterium tumefaciens (для клеток растений), двухмикронной плазмиды пекарских дрожжей. Самый распространенный бактериальный вектор-плазмида рВН 322 (мол. м. 2,6*10⁶, маркеры - резистентность к антибиотикам ампициллину и тетрациклину, единичные места расщепления для рестриктаз Eco RI, Bam HI, Hind III, Pst I, Sal I). Структурный ген, вырезанный из к.-л. ДНК с помощью определенной рестриктазы или комбинации рестриктаз, соединяют действием лигазы с выбранным вектором и получают кольцевидную рекомбинантную молекулу ДНК. Ее вводят в клетку-хозяина: это бактерии (кишечная, сенная палочка и др.), дрожжевые, животные или растит. клетки. Затем проводят селекцию -отбор клеток, содержащих рекомбинантные ДНК, и получают клон, т.е. клетки, однородные по своим генетич. и иным характеристикам. Размножением такого клона можно получить нужное кол-во однородного генетич. материала и, при желании, конечного продукта-белка.

Г. и. стала основой развития молекулярной генетики. Благодаря возможности клонирования чужеродных генов в бактериях, животных и растит. клетках (выделены клоны мн. генов: рибосомной РНК, гистонов, интерферона и гормонов человека и животных и т. п.), Г. и. имеет прикладное значение. Она составляет, наряду с клеточной инженерией, основу совр. биотехнологии. С помощью методов Г. и. получены мн. новые, иногда неожиданные данные, открыто, напр., мозаичное строение генов у высших организмов, изучены транспозоны бактерий и мобильные диспергированные элементы высших организмов, открыты онкогены и т.п. (см. Мигрирующие генетические элементы ).

Лит.: Генетическая инженерия, под ред. А. А. Баева, ч. 1-2, М., 1979-80 (Итоги науки и техники. Сер. Молекулярная биология, т. 12); "Ж. Всес. хим. о-ва им. Д.И.Менделеева", 1984, т. 29, № 2; МаниатисТ., ФричЭ., СэмбрукДж., Методы генетической инженерии. Молекулярное клонирование, пер. с англ., М„ 1984. , А. А. Баев.