Вопрос №24. Генная инженерия. Биологические препараты, полученные методом генной инженерии.

Генетическую инженерию относят к новейшей биотехнологии. Генетическая инженерия сводится по существу к процессу по­лучения рекомбинантных ДНК, содержащих, помимо присуще­го «хозяйской» ДНК набора природных генов, «чужой» ген или гены, взятые из другой ДНК (см. главу 5). Метод получения рекомбинантных ДНК состоит из нескольких этапов: а) вы­деление ДНК из клеток организма; б) получение гибридных (ре­комбинантных) молекул ДНК путем встройки в исходную ДНК «чужого» гена, выделенного из другой ДНК или полученного химическим синтезом; в) введение рекомбинантной ДНК в живую клетку (бактерий, дрожжей, растительных или животных клеток, клеток человека); г) создание условий для проявления (экспрес­сии) генов рекомбинантной ДНК в живой клетке и секреции нового продуцента, кодируемого «чужим» геном.

Получения рекомбинантных ДНК и рекомбинантных штаммов микробов. Клонированный (т.е. выделенный из ДНК клетки) природный или химически синтезированный ген целевого продукта (напри­мер, инсулина, интерферона) встраивается в ДНК (например, в плазмиду какой-либо бактерии или в ДНК вируса) после расщепления ДНК с помощью ферментов рестриктаз. Вставлен­ный в расщепленную ДНК ген «сшивается» с этой ДНК с помощью ферментов лигаз. Полученная рекомбинантная ДНК бактерий или вируса затем вводится в эту же микробную клетку или вирусную частицу, из которой была взята, и таким обра­зом получают рекомбинантный штамм бактерий или вирусов.

При культивировании рекомбинантного штамма в процессе роста и размножения этот штамм синтезирует не свойственный ему продукт, кодируемый встроенным чужеродным геном (на­пример, инсулин, интерферон).

На этом принципе в настоящее время получены сотни ре­комбинантных штаммов бактерий, дрожжей, вирусов, способ­ных продуцировать разнообразные биологически активные ве­щества: антигены, антитела, ферменты, гормоны, иммуномоду- ляторы и др. Технология получения биологически активных веществ, основанная на применении рекомбинантных штаммов по существу не отличается от типовой биотехнологической схемы. Она сводится к культивированию рекомбинантного штамма, вы­делению синтезируемого штаммом целевого продукта, его очи­стке и концентрированию и созданию конечной формы препа­рата.

В настоящее время уже разработаны сотни медицинских препаратов, полученных на основе генетической инженерии. Многие из них внедрены в практику и применяются в меди­цине. Это гормоны (инсулин и гормон роста человека), анти­коагулянты и тромболитики (тканевой активатор плазминогена, факторы VIII и IX), вакцины («дрожжевая» вакцина против гепатита В), иммуномодуляторы (интерфероны а, р и у, ин- терлейкины 1, 2 и др., фактор некроза опухолей, пептиды тимуса, миелопептиды), ферменты (уреаза), ангиогенин, диаг­ностические препараты (на ВИЧ-инфекцию, на вирусные гепа­титы и др.), моноклональные антитела, колониестимулирующие факторы (макрофагальный, гранулоцитарный и др.), а также многие биологически активные пептиды.

Применение генетической инженерии в биотехнологии оп­равдано в тех случаях, когда: а) нужное вещество невозможно получить никаким другим способом; б) если технология эф­фективнее и экономичнее традиционной или в) если она более безопасна для человека и окружающей среды. Например, анти­гены для создания вакцин против некультивируемых микро- организмов (плазмодий малярии, возбудитель сифилиса) мож­но получить только генно-инженерным способом. Генно-инже- нерный интерферон превосходит по активности интерферон, полученный из лейкоцитов крови, и значительно дешевле пос­леднего. Приготовление препаратов из антигенов возбудителей особо опасных инфекций (чума, холера) можно заменить биосинтезом их рекомбинантными штаммами непатогенных бактерий.

Метод генетической инженерии находит все большее приме­нение в биологии и медицине, за ним большое будущее. Этот метод позволит получать новые эффективные лекарственные препараты, принципиально новые поливалентные живые (век­торные) вакцины, регуляторные белки, осуществить геноди­агностику и генотерапию. Например, уже ведутся разработки векторных поливалентных вакцин на основе рекомбинантных штаммов (см. главу 10), получен ряд эндогенных иммуномо­дуляторов (интерлейкины, интерферон), поведенческих пепти­дов (пептиды сна, страха и т.д.). Большое будущее генетичес­кой инженерии открывает расшифровка генома человека, которая позволит решить проблему генотерапии, генопрофи- лактики и генодиагностики инфекционных и неинфекционных болезней.

К настоящему времени программа «Геном человека» интен­сивно разрабатывается в ряде стран, прежде всего в США, Япо­нии, России. Из примерно 100 ООО генов, содержащихся в хро­мосомах человека, уже расшифровано около 5000 генов, и на основе этого уже имеются данные об успешной генотерапии некоторых болезней.