Генная инженерия: общие сведения
В результате генной инженерии создаются искусственные генетические конструкции, в которых отдельные части генов или гены целиком объединяются в требуемой последовательности, что позволяет определять их взаимное влияние и функциональное значение и проводить экспрессию генов в новом генетическом окружении.
Обмен генетической информацией между организмами, а также составляющими их соматическими и половыми клетками является фундаментальным принципом существования всего живого.
Половой процесс освобождает организмы от необратимых изменений в виде соматических мутаций и других модификаций макромолекул, которые нарушают его нормальное функционирование в старости. Геном нового организма воссоздается в новом сочетании аллелей, что может сопровождаться расширением его адаптивных возможностей.
Известна обширная группа генетических явлений, связанная с передачей генов в пределах одного поколения организмов, а также между клетками одного и того же многоклеточного организма.
Примерами такого рода являются специфическая и неспецифическая трансдукции , осуществляемые бактериофагами, в результате чего происходит перенос небольших частей генома микроорганизмов. Большое значение в эволюции бактерий играет обмен генами с помощью конъюгативных плазмид и транспозонов , в частности, распространение генов устойчивости к различным химическим веществам как в популяциях родственных бактерий, так и между представителями таксономически удаленных друг от друга групп. Ретровирусы, по-видимому, и в природных условиях способны осуществлять горизонтальный перенос генов у млекопитающих, а с помощью Ti-плазмид происходит горизонтальный обмен генами у растений. Перемещение генетической информации и изменение характера ее экспрессии возможны в пределах самих одноклеточных и многоклеточных организмов под действием разнообразных мобильных генетических элементов, а также при воздействии мутагенных факторов окружающей среды.
Приведенные примеры показывают, что в природе обмен блоками генов, отдельными генами и их фрагментами как в пределах геномов, так и между различными геномами и организмами - обычное явление. В результате этих событий переносимые гены не только сохраняют свою способность к экспрессии в новом генетическом окружении, но и могут значительно менять ее уровень, что часто сопровождается характерным изменением фенотипа организмов.
Использование в лабораторных условиях генетических принципов, лежащих в основе природных перемещений генов, позволило разработать системы передачи генетической информации между организмами и приступить к исследованиям генетических явлений на молекулярном уровне.
Необходимость манипулирования генами диктуется задачами фундаментальных и прикладных исследований. Работа с изолированными генами позволяет определить границы генов, выделить их в чистом виде и идентифицировать элементы структуры, существенные для функционирования. Доказательством функциональной значимости выделенного участка генома может быть только его нормальная экспрессия в модельной генетической системе. Поэтому следующим этапом исследования выделенного гена является перемещение его в такую генетическую систему, где экспрессия гена легко обнаруживается. Результаты экспрессии оценивают либо по появлению белкового продукта, кодируемого исследуемым геном, либо по изменению функций биологической системы вследствие появления в ней новой ферментативной или другой активности, например, по компенсации присутствующей в этой системе мутации. В результате исследования структуры конкретного гена и моделирования его экспрессии в искусственной генетической системе можно понять особенности его функционирования в живом организме. Подобный подход может быть применен как к известным генам, которые выделяются целенаправленно, так и к неидентифицированным ранее последовательностям нуклеотидов, функциональную значимость которых определяют лишь после выделения их в чистом виде. Последний подход реализуется в так называемой обратной генетике .
