ЕКОЛОГІЧНА БІОХІМІЯ - Навчальний посібник - В. М. Ісаєнко 2005

Розділ. 11 ЕКОЛОГІЧНА БІОХІМІЯ І БІОТЕХНОЛОГІЯ

11.2.Біотехнологія та генетика

Для оптимізації виробничих процесів, які відбуваються за участю живих організмів, основним є поліпшення їхніх генетично зумовлених властивостей. Традиційно для збільшення продуктивності штамів мікроорганізмів використовують мутагенез із подальшим скринінгом і добором необхідних варіантів. Саме так удалося підвищити вихід антибіотиків, які синтезувались актиноміцетами та грибами.

Найпростіший спосіб створення організмів з бажаними генетично обумовленими ознаками — схрещування штамів, які належать до протилежних типів.

У бактерій контакт між двома клітинами в процесі статевого розмноження (кон’югації) відбувається за рахунок утворення кон’югаційного містка, який слугує для перенесення ДНК від однієї клітини до іншої. Ця здатність закодована в багатьох плазмідах.

У грибів існують різні типи схрещування. Більшість грибів-аскоміцетів і базидіоміцетів мають системи схрещування, що перешкоджають самозаплідненню та іншим формам інбридингу.

Багато міцеліальних форм грибів, які використовуються в промисловості, не мають справжнього статевого циклу, під час якого можна було б провести схрещування з метою створення продуктивних штамів. У них для здійснення рекомбінації використовують ряд методів. Так, зокрема, гетерокаріони, у яких в одній клітині є генетично різні ядра, можуть бути отримані шляхом злиття (анастомоза) гіф різних міцеліїв або в результаті утворення мутантного ядра в міцелії.

Багато властивостей бактерій кодується плазмідами — кільцевими молекулами ДНК, які передаються нащадкам бактеріальних клітин незалежно від хромосомної ДНК.

Для отримання мутантів і клонування необхідних генів у бактерій широко застосовують транспозони — сегменти ДНК бактерій, які здатні як ціле переміщуватися із однієї ділянки локалізації в іншу і містять різні гени (стійкості до антибіотриків, токсинів, додаткових ферментів клітинного метаболізму тощо). Транспозони можуть слугувати маркером гена, який передбачається для клонування.

Отримання міжвидових гібридів можливе методом злиття протопластів — клітин з видаленими клітинними оболонками. Цей метод широко застосовується для створення гібридів бактерій, грибів, рослин, клітин і тварин. Саме методом злиття клітин ссавців отримані так звані гібридоми, які здатні напрацьовувати моноклональні антитіла. їх використовують у діагностиці, зокрема для типування тканин і органів, що призначені для пересаджування. Моноклональні антитіла застосовують також для очищення білків та інших сполук методом імуноадсорбції.

Для отримання різноманітних білків використовують методи генетичної інженерії. Насамперед ізолюється необхідний ген. Якщо ген тварини має експресуватися в клітинах бактерій або дріжджів, то зазвичай спочатку виділяють відповідну мРНК. Після її транскрипції та отримання комплементарної ДНК останню вводять до складу плазмід або генома бактеріофагів, які слугують векторами. Потім рекомбінантні плазміди з вбудованими молекулами комплементарної ДНК переносять у клітини придатних бактерій або дріжджів.

Прикладом є синтез гена молекули — попередника інсуліну, який вводили в ДНК Escherichia coli. Після очищення проінсуліну його розчеплювали трипсином та β-карбоксипептидазою й отримували інсулін. Технологією рекомбінантних ДНК удалося налагодити виробництво гормону росту, ряду вакцин тощо.