Конструирование химерных белков

 

 Технологии в контексте. Одна из сторон возникшей проблемы — научное просвещение. Как шутят агенты по продаже недвижимости, три ключевых элемента, помогающих продать дом, — это его место, место и еще раз место. Точно так же и в научном просвещении основные три момента — это контекст, контекст и еще раз контекст. Без знания контекста все новые открытия ученых подобны воздушным шарам — красивым, но ничего не значащим для остального человечества. Неприятие достижений современной генетики во многом коренится в том, что неизвестен контекст их применения, и поэтому мы должны для начала рассмотреть новые генетические технологии в свете технологии вообще.

 Во всякой технологии есть  свои положительные и отрицательные  стороны. Многие согласятся с  тем, что промышленная революция  XIX века, основанная на научных  достижениях в области физики  и химии, повысила уровень жизни  в индустриально развитых странах.  Однако обратная сторона прогресса  налицо. Например, промышленная революция  подарила человечеству двигатель  внутреннего сгорания, с помощью  которого передвигаются автомобили  и другие машины. Автомобиль люди любят за скорость, за то, что в нем легко перемещаться в удаленные места, но при этом он наносит большой ущерб окружающей среде и здоровью людей своими выхлопными газами, не говоря уже о том, что для производства автомобилей добывают в шахтах металлы, выкачивают из недр земли нефть; для строительства шоссе вырубают леса, уменьшая тем самым биологическое разнообразие. С развитием транспортной сети города растут и еще более уменьшают площадь нетронутых участков природы. Только в одной Канаде ежегодно около 16 тыс. смертей относят на счет загрязнения атмосферы транспортными средствами. К этому количеству нужно добавить тысячи тех, кто гибнет в автомобильных авариях. И эти смерти реальны, а не гипотетичны. Хотя все трагические случаи близко затрагивают членов семьи погибших, общество относится к ним снисходительно и считает неизбежной платой за те блага, которые принес двигатель внутреннего сгорания.

Химическая промышленность тоже производит огромные загрязнения. Химическая революция  прошлого века (проходившая под лозунгом «Химия даст нам лучшие вещи для  большего комфорта») подарила нам пластмассы, синтетические красители и многие другие полезные материалы. Но она же стала причиной пищевых отравлений инсектицидами, дыр в озоновом слое, загрязнения водоемов, радиоактивных  отходов и тысяч ядовитых отстойников  по всему миру. Химическая промышленность несет ответственность не только за многие болезни людей, но и за гибель бесчисленных растений и животных в естественных экосистемах.

Генетически модифицированные организмы  следует рассматривать в таком  же контексте. Конечно, никто не спорит с тем, что современные биотехнологии имеют свои отрицательные стороны с социальной, экологической и медицинской точек зрения, даже если до сих пор практически не было сообщений о заболеваниях, вызванных потреблением модифицированных продуктов. Но потенциальный вред любой технологии нужно рассматривать вместе с потенциальным благом от ее применения, и в этом отношении генетические технологии стоят вровень с другими технологиями.

Современные дискуссии по поводу применения генетических технологий следует вести  с учетом опыта прошлого и использования  в будущем любых технологий. Человечество уже достаточно ошибалось в прошлом, пора научиться осторожности. Таков  основной принцип осторожности: при  условии выбора тактики и при  ограниченных возможностях предвидеть последствия, действовать так, чтобы  причинить минимум вреда, и так, чтобы любой шаг был обратим. В любом случае не следует принимать  важных решений, пока не будут тщательно  рассмотрены все стороны проекта. Такая тактика основана на том, что  в прошлом уже принимались  безответственные решения об использовании  новых технологий, не имеющих прецедентов, а возможность переносить гены из одного организма в другой действительно не имеет прецедентов. Когда обнаружилось, что ДДТ может убивать насекомых, то с помощью этого вещества надеялись навсегда покончить с вредителями. В 1948 году открывший его Пауль Мюллер получил Нобелевскую премию. И хотя генетики понимали, что отбор резистентных мутантов неизбежен, а экологи знали, что вредные насекомые представляют собой лишь небольшую часть всех насекомых, широкое применение инсектицида казалось вполне приемлемым способом контроля над извечными врагами полей. Никто и не предполагал, что ДДТ и другие химикаты распространятся в природе настолько, что войдут в пищевые цепи. Химикаты накапливаются в жировой ткани и вместе с пищей переходят в организм других животных. В процессе биомагнификации концентрация этих веществ увеличивается в тысячи, и даже сотни тысяч раз, достигая критического уровня в скорлуповых железах птиц и молочных железах женщин. Этот феномен обнаружили только после того, как начали исчезать многие хищники. Никакие меры предосторожности не помогали предотвратить столь непредвиденную опасность. Не было возможности предвидеть последствия применения и хлорфторуглеродов, которые в первое время называли чудом современной химии. Эти вещества химически инертны и служат прекрасными переносчиками химических веществ в аэрозольных баллончиках. Никто не знал, что хлорфторуглероды будут накапливаться в верхних слоях атмосферы и свободные радикалы хлора начнут разрушать озоновый слой. Природа революционных технологий такова, что мы не можем предусмотреть всех последствий их использования.

Заключение

 Генетическая инженерия, а  в частности работа с рекомбинантными  ДНК на сегодняшний день является  важнейшей и наиболее быстро  развивающейся составной частью  биотехнологии. Методы генной  инженерии преобразуют клетки  бактерий, дрожжей и млекопитающих  в "фабрики" для масштабного  производства любого белка. Это  дает возможность детально анализировать  структуру и функции белков  и использовать их в качестве  лекарственных средств. В настоящее  время кишечная палочка (E. coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин. Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. Для получения 100 г кристаллического инсулина требуется 800-1000 кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200 - 250 грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. В 1978 году исследователи из компании "Генентек" впервые получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки. Инсулин состоит из двух полипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот. При соединении их дисульфидными связями образуется нативный двухцепочечный инсулин. Было показано, что он не содержит белков E. coli, эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается. Впоследствии в клетках E. coli был осуществлен синтез проинсулина, для чего на матрице РНК с помощью обратной транскриптазы синтезировали ее ДНК-копию. После очистки полученного проинсулина его расщепили и получили нативный инсулин, при этом этапы экстракции и выделения гормона были сведены к минимуму. Из 1000 литров культуральной жидкости можно получать до 200 граммов гормона, что эквивалентно количеству инсулина, выделяемого из 1600 кг поджелудочной железы свиньи или коровы.

Соматотропин - гормон роста человека, секретируемый гипофизом. Недостаток этого гормона приводит к гипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4 - 6 мг соматотропина в пересчете на конечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден и мог содержать медленно развивающиеся вирусы. Компания "Genentec" в 1980 году разработала технологию производства соматотропина с помощью бактерий, который был лишен перечисленных недостатков. В 1982 году гормон роста человека был получен в культуре E. coli и животных клеток в институте Пастера во Франции, а с 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР. При производстве интерферона используют как E. coli, S. cerevisae (дрожжи), так и культуру фибробластов или трансформированных лейкоцитов. Аналогичными методами получают также безопасные и дешевые вакцины.

На технологии рекомбинантных ДНК  основано получение высокоспецифичных  ДНК-зондов, с помощью которых  изучают экспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены, обладающие родственными функциями (например, у человека и  курицы). ДНК-зонды также используются в диагностике различных заболеваний.

Технология рекомбинантных ДНК  сделала возможным нетрадиционный подход "белок-ген", получивший название "обратная генетика". При таком  подходе из клетки выделяют белок, клонируют  ген этого белка, модифицируют его, создавая мутантный ген, кодирующий измененную форму белка. Полученный ген вводят в клетку. Если он экспрессируется, несущая его клетка и ее потомки будут синтезировать измененный белок. Таким образом можно исправлять дефектные гены и лечить наследственные заболевания.

Если гибридную ДНК ввести в  оплодотворенное яйцеклетку, могут  быть получены трансгенные организмы, экспрессирующие мутантный ген и передающие его потомками. Генетическая трансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковых продуктов как в регуляции активности других генов, так и при различных патологических процессах. С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками. Например, микроинъекция рекомбинантной ДНК, содержавшей ген соматотропина быка в зиготу кролика позволила получить трансгенное животное с гиперпродукцией этого гормона. Полученные животные обладали ярко выраженной акромегалией.

Сейчас даже трудно предсказать все возможности, которые будут реализованы в ближайшие несколько десятков лет.

 

Список литературы

 

 Баурин В.В., Мирошниченко О.И., Захарченко В.И. и др. // Генноинженерные сельскохозяйственные животные, Москва, 1995, с. 154-165.

 

 Бондарук В.В., Захарченко В.И., Беляева Р.Х. и др. // Генноинженерные сельскохозяйственные животные, Москва, 1995, с. 138-153.

 

 Брем Г., Зиновьева  Н., Эрнст Л.К. // С.-х. биология, 1993, № 6, с. 3-27.

 

 Брем Г., Кройслих Х., Штранцингер Г. Экспериментальная генетика в животноводстве // М.: РАСХН, 1995, 326 с.

 

 Васильев И.М., Шихов И.Я., Некрасов А.А. и др. // Доклады АН СССР, 1989, № 1, с. 206-209.

 

 Гольдман И.Л., Башкеев Е.Д., Гоголевский П.А. и др. // Доклады РАСХН, 1992, № 9-10, с. 25-30.

 

 Гольдман И.Л., Разин  С.В., Эрнст Л.К. и др. // Биотехнология, 1994, № 2, с. 3-12

 

 Ениколопов Г.Н., Захарченко В.И., Гращук М.А. и др. // Доклады АН СССР, 1988, т. 299, № 5, с. 1246-1249.

 

 Зеленина И.А., Семенова  М.Л., Алимов А.А. и др. // Генетика, 1991, Т. 27, № 12, с. 2182-2186.

 

 Зиновьева Н.А. // Автореф. докт. дисс.: Дубровицы, 1998, 36 с.

 

 Зиновьева Н., Безенфельдер У., Мюллер С. и др.// Биотехнология, 1998а, № 1, с. 3-11

 

 Зиновьева Н., Безенфельдер У., Мюллер С. и др.// С.-х. биология,1998б, № 6, с. 31-34.

 

 Зиновьева Н., Безенфельдер У., Мюллер М. // Биотехнология, 1998в, 4, 17-31.

 

 Зиновьева Н.А., Эрнст  Л.К., Брем Г. Трансгенные животные и возможности их использования: молекулярно-генетические аспекты трансгенеза в животноводстве // Дубровицы, 2000, 128 с.

 

 Кузнецова И.В., Кузнецов  А.В., Сигаева В.А. и др. // Биотехнология, 1993, т. 11-12, с.2-5.

 

 Ларионов О., Добровольский  В., Лагутин О. // «Новые направления  биотехнологии», Пущино, 1994, 127.

 

 Козикова Л.В., Медведев С.Ю., Булла Й. И др. // «Биотехнология в растениеводстве, животноводстве и ветеринарии», Москва, 2001, с. 160-161.

 

 Колесников В.А., Алимов  А.А., Барминцев В.А. и др. // Генетика, 1990; Т. 26, № 12, с. 2122-2126.

 

 Колесников В.А., Зеленина  И.А., Семенова М.Л. и др. // Онтогенез,  Т. 26, № 6, 467-480.

 

 Кузнецов А.В., Кузнецова  И.В. // Онтогенез, 1995, Т.26, № 4, с. 300-309.

 

 Кузнецова И.В., Кузнецов  А.В., Сигаева В.А. и др. // Биотехнология, 1993, № 11-12, с. 2-5.

 

 Кузнецова И.В., Щит  И.Ю.; Кузнецов А.В. // С.-х. биология, 1998; № 6, с. 40-44.

 

 Мирошниченко О.И., Захарченко  В.И., Прокофьев М.И. и др. // Доклады  ВАСХНИЛ, 1988, № 5, с. 31-32.

 

 Прокофьев М.И., Ларионов  О.А., Мезина М.Н. и др. // «ДНК-технологии в клеточной инженерии и маркировании признаков сельскохозяйственных животных», Дубровицы, 2001, с. 114-115.

 

 Розенкрантц А.А., Ячменев С.В., Соболев А.С. // Доклады АН СССР, 1990, Т. 312, № 2, с. 493-494.

 

 Рядчиков В.Г., Солодухина  Л.И., Соколов Н.В. и др. // Генноинженерные сельскохозяйственные животные, Москва, 1995, с. 73-84.

 

 Савченкова И., Зиновьева  Н., Булла Й. и др. // Успехи совр. биологии, 1996, 116 (1), 78-91.

 

 Титова В.А., Зиновьева  Н.А., Савченкова И.П. и др. // Доклады  РАСХН, 2001, № 6, с. 29-31.

 

 Чистяков Д.А., Захарченко  В.И., Мезина М.Н. и др. // Генноинженерные сельскохозяйственные животные, Москва, 1995, с. 127-137.

 

 Шафен Р.А., Зеленина И.А., Семенова М.Л. и др. // Онтогенез, 2000, Т. 31, № 5, с. 388-394.

 

 Эрнст Л.К. // Сельскохозяйственная  биология, 1987, № 11, с. 11-17.

 

 Эрнст Л.К. Проблемы  селекции и биотехнологии сельскохозяйственных  животных // Москва, 1995, 359 с.