Трансгеноз: общие сведения
Тысячелетия человек работал с животными, приспосабливая их для удовлетворения своих нужд.
Биологи для выведения всего разнообразия домашних животных использовали отбор среди той вариабельности, которая создавалась самой природой.
А теперь мы живем в эпоху перестройки и ускорения в деле создания разнообразных мутантов, да еще не случайных, а в том именно месте генома, где они нам нужны. Хорошо это или плохо, есть разные мнения, но это неотвратимо должно было случиться и случилось, и это уже никогда не удастся запретить. Как в свое время с атомной энергией, нам надо привыкать жить с новыми организмами, рукотворно и направленно изменяемыми человеком. Делается это с помощью трансгеноза.
Животные или растения, в которых произведены изменения геномов путем парасексуальных операций называют трансгенными, а методология, или, если хотите, идеология, использующая трансгенных животных, называется трансгеноз.
В самом общем виде трансгеноз может быть определен как перенос генов из одного организма в другой путем операций in vitro.
Три критические точки в трансгенозе: интеграция трансгена, его экспрессия и трансмиссия, т.е.перенос через половые клетки потомству.
В этом очерке мы увидим, как методами парасексуальной генетики решается на уровне целого организма целый ряд проблем, связанных с механизмами согласованного взаимодействия генов и их продуктов в тех случаях, когда гены экспрессируются в одних типах клеток, а их продукты действуют на другие клетки. Часто при этом индуцируется экспрессия других генов и возникают целые каскады взаимозависимых индукций и ингибирований путем отправления и приема межклеточных сигналов - мессенджеров. Мы увидим, что для выяснения механизмов таких сложных процессов используется два подхода, которые кажутся логически противоположными, но на самом деле едины по системе умозаключений.
Один из них заключается в том, чтобы выключить "нокаутировать" обе аллели какого либо гена и посмотреть, как живое существо обходится без его продуктов. Этот подход называют методами потери функции ( по английски loss of function).
Другой - наоборот , задается вопросом, что будет если в организм ввести функционирующий ген, который производит некий продукт, но этот продукт в чем- то нехарактерен для организма. Это называют методами приобретения функции (по английски - gain of function). Эти последние можно в свою очередь подразделить на три потока.
В одном из них мы спрашиваем, что будет, если нормальный ген с нормальной структурой начинает ненормально регулироваться.
В другом мы задаемся вопросом, что произойдет если, сам ген изменит свою структуру, станет мутантным, хотя и останется под нормальным контролем.
В третьем - ген необычный для данного организма вводят в него и смотрят, что произойдет.
В настоящее время трансгеноз превращается в стратегическое направление исследований, дающее ответы на множество фундаментальных вопросов . Он предлагает универсальный методический подход к исследованиям отдельных стадий сложных многостадийных процессов в их взаимосвязи с остальными стадиями. Наверное, в конечном счете это приведет к созданию диаграмм, описывающих эти сети, подобно тому, как карты метаболических путей описывают последовательности биохимических превращений. Но пока разрабатываются методы и накапливается информация о работе разных систем в организме. С помощью трансгеноза мы узнаем, как на уровне всего организма работают промоторы, энхансеры, механизм действия транскрипционных факторов, роль метилирования ДНК, исследуем механизмы эффекта положения. Мы видим его применения и в области иммунологии, и в области эмбриогенеза, и в области развития нервной системы, и в области механизмов кроветворения и ангиогенеза, и в исследовании факторов, определяющих рост и дифференцировку мультипотентных стволовых клеток [ Wagner, 1990 ]. и, наконец, в области канцерогенеза. Здесь мы видим исследования онкогенов, которые, в свою очередь, приводят к пониманию взаимодействий, направленных на выбор клеточной судьбы в процессах клеточных дифференцировок. Подобно героям старых русских сказок, клетка часто стоит на перекрестке трех путей: покоиться, делиться или умирать. И трансгеноз помогает понять, как она осуществляет этот выбор.
Мы получаем информацию о генах-хозяевах (master -regulatory genes), ответственных за регуляцию больших групп генов. Например, таких, как myoD, который регулируют активности группы генов, специфических для мышц. Трансгеноз дает массу других возможностей. Помимо решения фундаментальных проблем, с помощью трансгеноза пытаются создавать новые породы животных или сорта растений. Есть большие шансы, что создание животных, обладающих новыми полезными признаками, может быть достигнуто с меньшими затратами времени и средств.
Конечно невозможно в лекции рассказать все о трансгенозе. Вместо этого я, как это уже стало для этих очерков привычным, дам несколько примеров, призванных показать, какие результаты получаются с использованием этого универсального подхода.
Здесь же мы познакомимся с попытками использования трансгенных животных в практических целях .
Напоминание: здесь нам придется встретить несколько понятий, которыми пользуются эмбриологи: Бластоциста , Бластомер , Морула , Трансген .
