Клетки содержат три типа РНК, выполняющие различные функции

Рибосомные РНК (рРНК) составляют до 85% всей РНК клетки. Они входят в состав рибосом и выполняют структурную функцию. Кроме этого, рРНК участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит образование пептидных связей между молекулами аминокислот в процессе биосинтеза белка.

Информационные, или матричные, РНК (иРНК) программируют синтез белков молекулы. Несмотря на относительно низкое процентное содержание (около 5%) в общей массе РНК клетки, иРНК по значению стоят на первом месте. Они осуществляют непосредственную передачу кода ДНК к месту синтеза белков. При этом каждый белок клетки кодируется своей специфической иРНК. Это обусловлено тем, что иРНК получает во время своего синтеза информацию о структуре белка от ДНК в форме скопированной последовательности нуклеотидов и переносит ее на рибосомы, где эта информация реализуется.

Символом тРНК обозначают транспортную РНК. Низкомолекулярные транспортные РНК (тРНК) составляют примерно 10% от всех клеточных РНК. Каждая тРНК присоединяет и переносит определенную аминокислоту к рибосомам — месту синтеза белка. Следовательно, в соответствии с 20 видами аминокислот существует и 20 различных тРНК.

Генетический код иРНК был расшифрован в 60-х гг. XX в. Его особенность состоит в том, что он универсален для всех живых организмов от вирусов до человека. Одинаковым тройкам оснований в различных РНК соответствуют одинаковые аминокислоты. Эта универсальность служит одним из доказательств единого происхождения всего живого на Земле.

Существует мнение, что процесс биологического старения вызывается тем, что генетическая информация при воспроизведении ДНК и белковом синтезе во все возрастающей мере передается с ошибками.

Расшифровка генетического кода позволит в перспективе управлять биохимическими процессами в живых организмах, поскольку уже разработаны химические методы синтеза нуклеиновых кислот с заданной последовательностью нуклеотидов.

Знание механизма биосинтеза белка в живой клетке и принципа передачи наследственных свойств организмов привело к возникновению и бурному развитию таких направлений современной биоорганической химии, как генная инженерия и биотехнология.

Каждая клетка в организме человека содержит полный набор генов. В ДНК, например, имеется ген, который отвечает за синтез инсулина. Однако «включается» этот ген только в особых клетках поджелудочной железы, которые продуцируют этот гормон.

Инсулин — важнейший препарат, используемый для лечения сахарного диабета. Задача искусственного получения этого гормона белковой природы была решена в 80-х гг. XX в.

Первым из предложенных путей получения инсулина был следующий. Предлагалось взять клетки поджелудочной железы, вырастить колонию таких клеток, обеспечить их необходимыми аминокислотами в качестве «строительного материала» для построения цепочки инсулина, а затем выделить готовый продукт. К сожалению, в настоящее время этот путь реализовать сложно в отношении человеческих клеток.

Однако технология выращивания других, более грубых типов клеток, в особенности клеток бактерий и дрожжей, хорошо разработана. Бактерии применяют при получении таких веществ, как молочная и лимонная кислоты. Пивовары на протяжении тысячелетий используют дрожжи для превращения сахаров в этанол. Относительно недавно стали производить в биореакторах такие лекарственные вещества, как пенициллин и окситетрациклин, используя плесневые грибки.

В последние годы ученые научились встраивать гены высших организмов, в том числе человека, в клетки бактерий или дрожжей. Эти клетки можно использовать затем для синтеза белков. Подобным образом удалось заставить «работать» ген инсулина. Человеческий инсулин был впервые получен с помощью бактерий Е. coli и стал доступен в 1982 г. Позднее для этой цели были использованы клетки дрожжей, которые больше похожи на клетки человека.

Такие белки, как инсулин, человеческий гормон роста соматотропин и фактор VIII (или коагулирующий фактор — вызывает свертывание крови, применяют при гемофилии), — это продукты генной инженерии. Важнейшее преимущество этих препаратов состоит в том, что они дешевле и чище, чем вещества, полученные традиционным путем. Например, произведенный методом генной инженерии фактор VIII исключает риск заболевания СПИДом, который существует, когда препарат готовят из донорской крови.

Применение и тем более потенциальные возможности генной инженерии простираются гораздо дальше получения медицинских препаратов.

Иммунная система человека защищает его от вирусной инфекции, распознавая слой белка в оболочке вируса. Если методом генной инженерии произвести только этот белок (без опасного содержимого — вируса) и сделать инъекцию, то препарат будет работать как вакцина. Вакцина против гепатита В получена и действует именно таким образом.

Предприятия и организации по защите окружающей среды могут широко использовать модифицированные бактерии и грибы, которые преобразуют потенциально вредные соединения в безвредные. Составив генетический набор из нескольких бактерий, можно получить, например, новые «нефтепожирающие супермикробы». Бактерии выбраны для этой цели потому, что в их обмене веществ используются разные компоненты сырой нефти. Если приготовить комбинацию из соответствующих генов всех бактерий, то бактерия — носитель этой комбинации — сможет разлагать все соединения, содержащиеся в сырой нефти.

Для борьбы с сорняками и вредителями растений методами генной инженерии используют два подхода. Во-первых, гены, определяющие устойчивость растений к действию пестицидов и гербицидов, трансплантируют в штаммы сельскохозяйственных культур. При обработке полей соответствующими препаратами вредители и сорняки уничтожаются без ущерба для культурных растений. Во-вторых, некоторые растения производят свои собственные пестициды. Гены, отвечающие за продуцирование токсичных для вредных насекомых белков, вводят в клетки томатов или зерновых. Это уменьшает потребность в искусственных пестицидах.

С помощью генной инженерии проводят селекцию сельскохозяйственных культур. Гены, ускоряющие фотосинтез или увеличивающие устойчивость к засухе, могут быть встроены в клетки растений с целью сделать эти растения пригодными для выращивания в менее солнечных или более засушливых местностях. Дальнейшее развитие этой технологии может расширить область ее применения, распространив ее на гены, отвечающие, например, за связывание атмосферного азота, что позволит уменьшить потребность в минеральных удобрениях.

Вопросы.