Генная инженерия: искусственно созданные белки
Одним из первых практических приложений генной инженерии было производство медицинских продуктов. Генная инженерия зародилась в начале 1970-х годов, после открытия исследователями ферментов, расщепляющих молекулы ДНК в определенных точках.
Эти ферменты, названные рестриктазами, позволяют ученым отделять от молекулы ДНК одного организма фрагменты ДНК или целые гены, чтобы впоследствии присоединять их к ДНК другого организма. В результате получают новую молекулу ДНК.
Специфика внедрения генов
Учеными была установлена возможность внедрения гена в ДНК бактерий и дрожжевых организмов, способных к быстрому росту в лабораторных условиях. Клетка воспринимала включенный в ДНК ген как свой собственный и начинала синтез белка, закодированного в этом гене. Ученые использовали данный метод для превращения колоний бактерий в фабрики по производству множества необходимых белков, в частности, инсулина.
Инсулин является первым медицинским препаратом, полученным методом генной инженерии. Больные диабетом нуждаются в постоянных инъекциях инсулина для снижения уровня глюкозы в крови. До получения рекомбинантного инсулина его извлекали из поджелудочных желез свиней или крупного рогатого скота, несмотря на то, что инсулины животных немного отличаются от человеческого по аминокислотному составу. Введение инсулинов животных иногда вызывало нежелательные побочные эффекты (выработку антител к ним).
В 1978 году ученые внедрили ген проинсулина в ДНК бактерии. Бактерии синтезировали проинсулин, который после очистки расщепляли с получением инсулина. В течение следующих нескольких лет ученые исследовали безопасность применения рекомбинантного инсулина, включая исследования на людях-добровольцах. В 1982 году в США было официально разрешено его медицинское применение, и он был выпущен на североамериканский рынок.
Лечение муковицидоза посредством генной инженерии
Муковисцидоз - наследственное заболевание, в настоящее время изучаемое генными терапевтами. Одним из проявлений этого заболевания является накопление слизи в легких, что делает их уязвимыми для инфекций. Заболевание распространено среди белого населения США, где этой болезнью поражены 30 ООО человек. Муковисцидоз обычно приводит к смерти в возрасте до 30 лет.
Муковисцидоз вызывается дефектом гена, называемого СРТК. В норме этот ген отвечает за синтез белка, обеспечивающего функционирование клеточного хлоридного канала - транспортировку хлорид-ионов из клеток, в частности, из выстилающих поверхность дыхательных путей и кишечника. При выведении хлорид-ионов из клетки вместе с ними выводится и вода, увлажняя поверхность клетки и делая ее глаже. При дефектности гена, однако, хлорид-ионы накапливаются во внутриклеточном пространстве, и поверхность клетки пересыхает.
Поверхность легких становится клейкой от покрывающей ее вязкой слизи - питательной среды для бактерий. Вследствие этого развиваются тяжелые инфекции легких. И хотя постоянные физиотерапевтические процедуры помогают избавиться от слизи, действенных способов лечения данного заболевания не существует.
Генные терапевты испробовали множество способов доставки здорового гена СРТК в клетки страдающих муковисцидозом. Один из способов заключался во введении аденовирусов, несущих ген, путем аэрозольной ингаляции, что обеспечивает доставку гена непосредственно к слизистой легких больного. После внедрения модифицированных вирусов в клетки, выстилающие легкие, ген СРТК внедряется в ДНК клетки-хозяина. В результате клетки начинают синтезировать белок, поддерживающий слизистую легких во влажном и здоровом состоянии.
В других наших публикациях читайте подробнее о генной инженерии и генной терапии.