Генетическая инженерия: достижения и перспективы

Введение

Генная инженерия — это современное направление биотехнологии, объединяющее знания, приемы и методики из целого блока смежных наук — генетики, биологии, химии, вирусологии и так далее — чтобы получить новые наследственные свойства организмов.

Генная инженерия позволяет целенаправленно, по заранее намеченной программе, экспериментально модифицировать геном с использованием генетической информации из разных гетерологических систем: вирусов, бактерий, насекомых, животных и человека. Применяя методы генной инженерии, ученые способны модифицировать структуру генов, а также создавать гибридные гены.

Появилась возможность внести в животное, растение, микроорганизм или даже человека какие-либо новые гены и наделить организм благодаря этому характеристикой, которой он до этого не обладал. Таким образом генная инженерия используется уже во многих сферах, в частности, фармацевтической промышленности, которая представляет собой одну из важнейших отраслей биотехнологии.

Достижения генетической инженерии

Генетическая инженерия за довольно небольшой промежуток времени оказала большое влияние в целом на познание генетического аппарата и на развитие различных молекулярно-генетических методов.

Так, например, появилась система CRISPR. Это инструмент редактирования генома, который появился благодаря нахождению у бактерий так называемого иммунитета. Бактерии производят специальные ферменты, которые позволяют им защищаться от вирусов, но, как выяснилось, такие белки можно использовать в целях генетической инженерии автономно от бактериальной клетки.

Бактериофаги присоединялись к поверхности бактерий и внедряли в них свою ДНК, которая затем встраивалась в ДНК бактерии и вынуждала её производить новых бактериофагов. Со временем были обнаружены бактерии, которым бактериофаги не страшны. После нескольких лет изучения выяснилось, что таких бактерий отличает тот факт, что в их ДНК есть CRISPR (полиндромные повторы, регулярно расположенные группами). Это одинаковые маленькие кусочки ДНК, которые равноудалённо расположены друг от друга в геноме бактерий. Они абсолютно идентичны. Их обнаружили первыми, а затем обнаружили, что их разделяют различающиеся фрагменты ДНК, и при более детальном изучении выяснилось, что эти фрагменты являются ничем иным как кусочками ДНК тех самых бактериофагов, которые по логике должны убивать эти бактерии, но вместо этого этих вирусов бактерии больше "не боятся".

CRISPR - результат работы иммунной системы бактерий, которая работает при помощи всего двух белков следующим образом:

1. По классике вирус присоединяется к бактерии, " впрыскивает" в нее свою ДНК

2. Ее обнаруживает белок. Это может быть Cas1 или Cas2

3. Он отрезает кусочек вирусной ДНК до того, как она внедрилась в ДНК бактерии.

4. Белок сам вставляет этот кусочек ДНК в геном бактерии, но так как это не полная вирусная ДНК, то вреда она не несет. Для бактерии это теперь такой своеобразный трофей. И таких трофеев может быть сколько угодно в зависимости от того, сколько вирусов бактерия победила.

5. Этот трофей теперь позволяет отражать атаки того вида вирусов, ведь теперь клетка может транскрибировать его в РНК.

6. Второй белок под названием Cas9 с помощью этой РНК обнаруживает идентичный фрагмент в вирусной ДНК и просто режет ее. После этого она больше не несет опасности.

То есть один белок отражает атаку и собирает данные, а другой "поднимает" данные и отражает повторные атаки.

Даудна и Шарпантье придумали как Cas9 можно снабдить любой соответствующей РНК, чтобы с ее помощью он мог найти любой участок уже в геноме и порезать его. При этом вообще практически в любом организме. В человеке, например. Стало возможным