5.5 Биотехнология. Цели и задачи.

Биотехнология – это наука об использовании живых организмов и биологических процессов в производстве. Цель: получение продуктов из биологических объектов или с их применением, а также воспроизведение биоэффектов, не встречающихся в природе. В качестве биологических объектов чаще всего используют одноклеточные микроорганизмы, животные и растительные клетки, а также организм животных, человека или растений. Задачи:

Поддержание и активизация путей обмена клеток, ведущих к накоплению целевых продуктов при заметном подавлении других реакций обмена у культивируемого организма.

Получение клеток и их составных частей для направленного изменения сложных молекул.

Углубление и совершенствование генетической инженерии, включающей рДНК-биотехнологию и клеточную инженерию, с целью получения особо ценных результатов в фундаментальных и прикладных разработках.

Создание безотходных и экологически безопасных биотехнологических процессов.

Совершенствование и оптимизация аппаратурного оснащения биотехнологических процессов с целью достижения максимальных выходов конечных продуктов при культивировании лекарственных видов с измененной наследственностью, полученными методами клеточной и генной инженерии.

Повышение технико-экономических показателей биотехнологических процессов по сравнению с существующими параметрами.

5.6 Генная инженерия. Получение генов путем синтеза – химического и ферментативного. Ферменты – главные инструменты генетической инженерии (обратная транскриптаза, рестриктирующая эндонуклеаза и др.)

Генная инженерия – раздел биотехнологии, связанный с целенаправленным конструированием новых комбинаций генетического материала, способного размножаться в клетке и синтезировать определенный продукт. Генная инженерия решает определенные задачи: получение генов путем их синтеза или выделения из клеток, получение рекомбинантных молекул ДНК, клонирование генов или генетических структур и синтез чужеродного белка.

Химико-ферментативный синтез нужного гена. На первом этапе химическим синтезом получают короткие олигонуклеотиды, которые затем соединяют при помощи фермента лигазы. В результате получают нужный ген, не имеющий лишних участков, полностью соответствующий природному гену. Кроме того, в процессе синтеза в его структуру можно встроить необходимые регуляторные элементы, ввести какие-то замены и т. д. Однако описанный метод применим лишь в том случае, когда известна структура нужного гена или хотя бы структура кодируемого им белка. К недостаткам данного способа относится еще и трудоемкость.

В клетках бактерий существуют ферменты, способные разрезать молекулу ДНК с трого определенных местах. Ферменты эти называются рестриктирующими эндонуклеазами или рестриктазами, а процесс «разрезания» молекулы ДНК называется рестрикцией. Участок ДНК, узнаваемый определенной рестриктазой, включает специфическую последовательность из 6-8 пар оснований, являющихся палиндромом. Палиндромом называется последовательность ДНК, которая считывается одинаково в обоих направлениях, начиная от 3-конца каждой цепи. Например, рестриктаза E.coli под названием EcoRI узнает последовательность –Г ААТТ Ц-- / --Ц ТТАА Г—и, прикрепляясь к ней, делает по одному однонитевому надрезу с обеих сторон,т.е. разрезает ее в симметричных участках. В результате двухцепочечная молекула ДНК, если была кольцевой, вследствие разрыва приобретает линейное строение. На краях молекулы образуются липкие концы, представленные однонитевыми участками из 4 нуклеотидов: на одном конце будет последовательность ААТТ, на другом – ТТАА. При наличии липких концов молекла ДНК из линейной формы вновь способна замкнуться в кольцо без дополнительной обработки. Были обнаружены рестриктазы, узнающие самые разнообразные последовательности нуклеотидов. Например, рестриказа EcoRIIузнает последоватлеьность ЦЦТГГ.