Глава 4. Генетическая и клеточная

ИНЖЕНЕРИЯ

При оптимизации любого биотехнологического процесса, протекаю-

щего с участием живых организмов, основные усилия обычно направлены

на улучшение их генетических свойств. Традиционно для этих целей ис-

пользовали мутагенез с последующим скринингом и отбором подходящих

вариантов. Сегодня в этой области произошли громадные перемены. В

настоящее время разрабатываются и применяются принципиально новые

методы, основанные на технологии рекомбинантных ДНК. Модификация

генетического материала осуществляется разными методами: в живом

организме (in vivo) и вне его (in vitro), соответственно, это два направле-

ния – клеточная инженерия и генетическая инженерия.

С помощью этих методов возможно получение новых высокопродук-

тивных продуцентов белков и пептидов человека, антигенов, вирусов и др.

Развитие генетической и клеточной инженерии приводит к тому, что био-

технологическая промышленность все шире и шире завоевывает новые

области производства. Фундаментом для возникновения новейших мето-

дов биотехнологии послужили открытия в генетике, молекулярной биоло-

гии, генетической энзимологии, вирусологии, микробиологии и других

дисциплинах.

4.1. Методы и возможности

ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНЖЕНЕРИИ

Быстрое внедрение новейших фундаментальных достижений в практи-

ку и существенное влияние последних на уровень теоретических исследо-

ваний, свойственные биотехнологии, наиболее наглядно проявляются на

примере развития генетической инженерии.

Важнейшим этапом для развития биотехнологии было выделение в се-

редине текущего столетия молекулярной биологии в самостоятельную

дисциплину. Возникновение молекулярной биологии стало возможным

благодаря взаимодействию генетики, физики, химии, биологии, математи-

ки и др. Э. Чаргофф и З. Д. Хочкис, исследуя молекулярные соотношения

нуклеотидных оснований в ДНК (аденин, гуанин, цитозин, тимин) показа-

ли, что у различных организмов они одинаковы. Это открытие сыграло

ключевую роль в установлении структуры ДНК. Большую роль в расшиф-

ровке структуры ДНК сыграл прогресс в области генетики бактерий и бак-

териофагов. Было установлено (А. Херши, М. Чейз, Дж. Ледерберг,

Н. Циндер), что трансдукция (перенос генетического материала) может

осуществляться с помощью бактериофага, а фаговой ДНК может принад-

лежать роль носителя наследственности. Б. Хейсом были выяснены также

123

закономерности полового процесса у бактерий (конъюгация), при кото-

ром из донорских клеток, имеющих F-фактор (фертильность) генетиче-

ский материал переносится в реципиентные клетки. Дж. Уотсон и Ф. Крик

предложили комплиментарную модель строения ДНК и механизм ее реп-

ликации; было раскрыто уникальное свойство ДНК – способность само-

воспроизведения (репликация).

На базе молекулярной биологии и генетики микроорганизмов к началу

60-х гг. сформировалась молекулярная генетика. Г. Гамов в 1954 г. вы-

двинул гипотезу о том, что каждый кодон (последовательность нуклеоти-

дов, кодирующая одну аминокислоту) должен состоять из трех нуклеоти-

дов. В 1961 г. было подтверждено экспериментально, что первичная

структура белка закодирована в ДНК в виде последовательности нуклео-

тидных триплетов (кодонов), каждая из которых соответствует одной из