Генная инженерия

Генная инженерия образовалась на стыке молекулярных биологии и генетики, вирусологии и энзимологии (учения о ферментах). Молекулярная биология позволила выяснить механизм деятельности клетки и субклеточных структур, молекулярная генетика установила структуру и функционирование генов, вирусология представила векторы (переносчики) для генноинженерных работ, а энзимология дала ученым набор необходимых ферментов, выделяемых из бактериальных и других клеток.

При генноинженерных работах широко применяют биохимические методы конструирования молекул ДНК. Используют три группы ферментов: рестриктазы, лигазы и обратные транскриптазы. Рестриктаза разрезает молекулы ДНК в строго определенном месте, лигаза сшивает разрезанные участки ДНК, а обратная транскриптаза переписывает информацию РНК на ДНК.

Важное свойство всех живых организмов — обмен генами или участками молекул ДНК, названный рекомбиногенезом. Это естественный для близких организмов процесс. Каждый потомок, полученный половым путем, — это рекомбинат с различным сочетанием генов своих предков. Его ДНК рекомбинатна — при образовании половых клеток родителей произошел обмен генами или целыми участками молекул ДНК. Благодаря рекомбинации разнообразие у потомков сочетания отцовских и материнских признаков настолько велико, что в мире нет двух одинаковых организмов.

У микроорганизмов рекомбинантные молекулы образуются при заражении их вирусами бактерий — фагами. Они прикрепляются к оболочке клетки и подобно шприцу внедряют свою ДНК внутрь микробной клетки. ДНК фага встраивается в хромосому бактерии-хозяина. Появляется рекомбинантная ДНК, содержащая в одной хромосоме хозяйской клетки гены бактерии и фага. При выходе из клетки фаг прихватывает с собой ближайшие области хромосомы бактерии. Например, фаг лямбда часто захватывает галактозный ген, ответственный за использование молочного сахара хозяйской клеткой. Включенные в фаг бактериальные гены не теряют способности функционировать. Галактозный ген фага, внедрившегося в новую бактериальную клетку, дает ей возможность использовать галактозу, если она была лишена этой способности.

Искусственное получение молекулярных химер — рекомбинантных молекул ДНК — и синтез чужеродного белка в клетке предусматривают получение генов химическим синтезом или выделением из других молекул ДНК и перепое их в новые клетки.

В 1970 г. американский ученый X. Г. Корана впервые осуществил химический синтез гена. Он создал короткий ген, состоящий из 70 нуклеотидов, в клетках пекарских дрожжей. Средний размер обычного гена в 15—20 раз больше, он содержит 1000—1500 нуклеотидов. Затем Корана синтезировал ген, кодирующий тирозин. Он состоял уже из 126 нуклеотидов. Однако гены, полученные химически, не синтезировали необходимые вещества белковой природы. Это связано с отсутствием в их структуре точки отсчета начала и конца синтеза, которая есть в природном, гене.