ГЕНЕТИКА - Підручник - А.В. Сиволоб - 2008

РОЗДІЛ 9. Генетична інженерія і методи молекулярної генетики

ГЕНЕТИЧНА ІНЖЕНЕРІЯ МІКРОБІОЛОГІЧНИХ СИСТЕМ

Генетично модифіковані мікрооорганізми використовуються здебільшого як біореактори, що продукують білки для потреб медицини.

В основному це невеликі білки, що не піддаються посттрансляційним модифікаціям. Одним із перших промислових застосувань генетичної інженерії було отримання шляхом експресії у клітинах E. coli (за принциповою схемою рис. 9.9) гормону росту людини - соматотропіну. В організмі він секретується передньою часткою гіпофіза, а його дефіцит є причиною захворювання - гіпофізарної карликовості.

Отримання соматостатину являє собою цікавий приклад цілеспрямованого конструювання білків за допомогою методів генної інженерії. Це короткий пептид (містить 14 амінокислотних залишків), який синтезується у шлунково-кишковому тракті й гальмує вивільнення з гіпофізу гормону росту. Отримати соматостатин у клітинах бактерій у значних кількостях є складним завданням, оскільки він швидко руйнується протеолітичними ферментами. Щоб "обійти" внутрішньоклітинні бактеріальні протеази, було сконструйовано химерний білок-попередник. У його складі як N-кінцеву ділянку було використано білок бактерії, до якого приєднали сам соматостатин: звичайно, усе це було зроблено на рівні ДНК, зв'язувальним елементом у цій конструкції було використано триплет АТО, що кодує метіонін. Після виділення з клітин бактерій химерний білок обробляли бромціаном, унаслідок чого відбувалось його розщеплення за залишком метіоніну, і таким чином вилучався фізіологічно активний поліпептид. За аналогічною схемою було розроблено процес отримання інсуліну.

Шляхом експресії в E. coli отримують також інтерферони всіх трьох груп: а-, в- та у-інтерферони - антивірусні білки, які синтезуються імунокомпетентними клітинами. Проте недоліком використання бактеріальних клітин для отримання в- і у-інтерферонів (природні інтерферони цих двох груп - глікопротеїди) є відсутність у бактерій систем, що забезпечують посттрансляційні модифікації білків. Роль глікозилювання в- і у-інтерферонів не до кінця зрозуміла і, хоча неглікозильовані форми цих білків практично повністю зберігають противірусну активність, це спонукає до розробки й використання систем експресії рекомбінантних інтерферонів в еукаріотичних клітинах.

Важливе місце в генетичній інженерії мікроорганізмів посідає виробництво рекомбінантних вакцин. Вони мають цілий ряд переваг перед традиційними вакцинами: характеризуються відсутністю (або значним зниженням вмісту) баластних компонентів, майже повною нешкідливістю та низькою вартістю. Можна назвати три основні підходи, які використовують для отримання таких вакцин:

✵ Модифікація мікроорганізму шляхом делеції генів, що відповідають за вірулентність. При цьому зберігається здатність викликати імунну відповідь, і мікроорганізм можна використовувати як живу вакцину.

✵ Перенесення антигенних детермінант патогенного мікроорганізму на непатогенний, який можна використовувати як вакцину.

✵ Клонування та експресія генів білків, котрі містять анигенні детермінанти. Білки використовують як вакцину, що провокує імунну відповідь.

Велике значення має використання мікроорганізмів для промислового виробництва органічних сполук. У такому виробництві, крім класичних технологій, усе ширше використовують технологію рекомбінантних ДНК, яка дозволяє спрямовано змінювати метаболізм мікроорганізмів, уводячи нові гени або модифікуючи такі, що вже існують. Прикладами є використання рекомбінантних мікроорганізмів для промислового синтезу L-аскорбінової кислоти (вітаміну С), барвника індиго, антибіотиків, цінних біополімерів тощо.

Мікроорганізми можуть приносити користь не тільки завдяки якомусь певному продукту, який ними синтезується, а й своєю дією на довкілля. Зокрема, бактерії можна використовувати для деградації ксенобіотиків (неприродних синтетичних хімічних речовин - гербіцидів, пестицидів, холодоагентів, хімічних відходів). Головну групу ґрунтових мікроорганізмів, що руйнують ксенобіотики, становлять бактерії роду Pseudomonas. Різні штами Pseudomonas здатні розщеплювати понад 100 органічних сполук, але кожен окремий штам використовує як джерело вуглецю тільки певну групу споріднених сполук і не використовує інших. Шляхом перенесення плазмід, які кодують ферменти різних катаболічних шляхів, в один реципієнт- ний штам було створено "супербацилу", що має надзвичайні ката- болічні властивості - вона здатна руйнувати більшість вуглеводнів нафти. Тепер генетично модифіковані штами природних ґрунтових мікроорганізмів використовуються для комплексної біологічного очищення стічних вод.