Генная инженерия

В лаборатории генной инженерии МФТИ проводится работа с молекулами, которые модифицируются и доставляются в живые организмы, после чего полученный материал расшифровывается, и на основе этих данных создаются лекарств. Сегодня существует множество методов расшифровки ДНК человека. Но часто нужно прочитать не весь геном, а только отдельные его фрагменты, например, в случаях, когда у человека диагностируется определённая патология.  Для таких случаев используется секвенатор, который выдаёт только сиквенс генома. После расшифровки ДНК человека получается информация о том, как располагаются гены и за что они отвечают. На основании этого можно предсказать, в каких генах есть мутации, приводящие к врождённым заболеваниям.

Особо спикер отмечает важность диагностирования генетических заболеваний методами генной инженерии. Часто такие заболевания проявляются к 12-15 годам, но могут проявиться и позже. Если выявить их на ранних этапах, то можно предотвратить их развитие с помощью генетических препаратов. Назначение больных клеток генома меняется через молекулы в составе среды.

Отдельного обсуждения заслужила тема выращивания клеток сетчатки глаза в лаборатории генной инженерии МФТИ. Сейчас учёные находятся на технологическом этапе проекта. Сложность проекта заключается в том, что в выращенной сетчатке невозможно правильно подсадить ганглионарные клетки, которые являются трансмиттерами сигналов и отвечают за восприятие образов сетчаткой. Такие клетки прорастают в клетчатке повсюду и достают окончаниями до зрительного нерва центральной нервной системы. Если этого не происходит, то выращенная сетчатка просто не будет работать. Пока что у учёных есть рудиментарные элементы, которые нужно развивать.

Вторая часть видео посвящена иммунитету и роли Т-клеток в нём. Полученные результаты изучения стволовых клеток и генома человека, позволяют говорить о развитии методологий предотвращения онкологических заболеваний на ранних стадиях путём манипуляций с Т-клетками.

В дополнение к теме

Современная генная инженерия — это методы, применяемые на молекулярном уровне, позволяющие вмешиваться в геном организма.
Технологии генной инженерии состоят из таких процедур:

• выделение фрагментов генетического материала из клетки;
• изменение генетической информации;
• перенос фрагментов ДНК в клетки другого организма;
• дублирование (клонирование) генов и целых организмов.

С помощью генной инженерии получается формировать генетически модифицированные организмы, сокращенно ГМО. Работа с генетическим материалом начинается с его выделения из клетки. Используются различные современные методы инженерии, которые позволяют получить чистые молекулы ДНК. После этого молекулы ДНК разрезают на более короткие фрагменты с помощью ферментов рестрикции. Это ферменты, которые распознают правильные последовательности ДНК и разрезают их на этом этапе. Эти ферменты специфичны, то есть один фермент распознает только одну конкретную последовательность ДНК. Среди нарезанных фрагментов ДНК находятся те участки, которые содержат искомый ген. Найденные соответствующими методами фрагменты выделяются из остального генетического материала. Полученные фрагменты ДНК вместе с искомым геном вводят в клетки модифицированного организма. Это могут быть клетки бактерий, грибов, растений и животных. Способ введения «чужой» ДНК зависит от типа «реципиента», но всегда используется специальная среда, называемая вектором. Если трансформированная клетка должна быть бактериальной клеткой, в качестве вектора может использоваться плазмида. Плазмиды представляют собой характерные для бактерий небольшие кольцевые молекулы ДНК, которые легко проникают внутрь клеток и там самореплицируются.

Включение чужеродного гена заключается в разрезании плазмиды тем же рестрикционным ферментом, которым ранее был разреза фрагмент ДНК. Тогда обе молекулы будут иметь одинаковые «липкие концы». Затем их смешивают друг с другом и с ферментами, лигазами, позволяющими им соединиться, в результате чего появляются новые рекомбинантные плазмиды. Еще одним часто используемым переносчиком в инженерии и биотехнологиях являются вирусы. В их природе заложено интегрировать собственный генетический материал в геном хозяина. Так что достаточно соответствующим образом модифицированным вирусам «приклеить» ранее полученный фрагмент ДНК и заразить им клетку.

Использование технологий и методов генной инженерии требует наличия соответствующего количества копий гена, поэтому полученные фрагменты ДНК, объединенные с вектором, подвергают клонированию (т. е. дупликации). Для этой цели можно использовать бактерии, которым вводили рекомбинантную плазмиду. Бактерии после соответствующей подготовки легко подхватывают плазмиды из окружающей среды, а затем поглощенная молекула самореплицируется. Чаще всего используется простой метод дублирования фрагментов ДНК. Этот лабораторный метод инженерии, называемый для краткости ПЦР, состоит в разделении двойной спирали и добавлении комплементарной цепи с помощью полимеразы. Эту процедуру можно повторять много раз, а количество получаемых копий практически не ограничено.

Использование описанных научных методов генной инженерии приводит к получению трансгенных организмов. Трансгеннымй называюторганизм ― это организм, в который был введен фрагмент чужеродной ДНК. Все организмы, в которых был изменен какой-либо генетический материал, называются генетически модифицированными организмами — сокращенно ГМО. Организмы, ДНК которых было дублировано, называют клонами.

Термин «клонирование» в генной инженерии относится как к фрагментам ДНК, так и к отдельным клеткам или целым организмам. В любом случае это означает дублирование ДНК. Суть в том, что в природе естественные клоны существуют везде, где имеет место бесполое размножение делением, то есть у бактерий, простейших или одноклеточных водорослей. В биологии, растения, полученные в результате вегетативного размножения, также являются клонами. У человека клоны — это однояйцевые близнецы, поскольку они образуются при распаде зародыша в первые дни его развития. Однако в мире животных и людей не происходит естественного размножения уже существующих или даже взрослых особей, и этот инженерный метод клонирования стал объектом исследований человека.

Метод генетической инженерии, благодаря которому была создана знаменитая овечка Долли, использовался много раз. В результате растет число клонированных млекопитающих: от мышей до кчерез сельскохозяйственных животных идо обезьян.

Процедура выглядит следующим образом:

1. У самки А берут ооцит и удаляют из него ядро.
2. Удаленное ядро ​​заменяется другим, полученным из женской В-клетки, именно она и будет клонирована, так как является донором генетического материала. Вводимое ядро ​​должно происходить из соматической клетки и быть диплоидным.
3. «Обманутая» яйцеклетка ведет себя как оплодотворенная и превращается в зародыш.
4. Развивающийся эмбрион помещают в матку самки C.
5. После беременности самка С рожает детенышей, являющихся клоном самки ВБ.

Несмотря на то, что это процедура считается достаточно простой, проблема в том, что получить клон овечки Долли успешно удалось только спустя 277 попыток! Сегодня развитие генной инженерии и ее достижения позволяют упростить эту процедуру и повысить ее эффективность.