Таблица 6.
Область применения рекомбинантных микроорганизмов
Область применения | Примеры |
Медицина и Ветеринария | Производство инсулина, интерлейкинов, интерферона, гормона роста, эритропоэтина, ДНК-азы, альгинат- лиазы, иммуноглобулинов, рекомбинантных вакцин |
Сельское хозяйство | Микробные инсектициды, микробные удобрения, про- изводство стимуляторов роста растений |
Биодеградация | Утилизация целлюлозы, ароматических соединений, производство этанола |
Производство фермен- тов и малых биомоле- кул | Эндонуклеазы рестрикции и др. ферменты для иссле- довательских нужд, химозин, аминокислоты (лизин, триптофан и др.), индиго, L- аскорбиновая кислота, ан- тибиотики. |
Прикладное значение генной инженерии для ветеринарной науки и практики заключается в создании, в первую очередь, вакцинных препаратов на основе генетически модифицированных штаммов микроорганизмов.
Получение рекомбинантных вакцин включает в себя несколько этапов:
- клонирование генов, обеспечивающих синтез необходимых антигенов;
|
|
- введение клонированных генов в вектор (вирусы, плазмиды);
- введение векторов в клетки-продуценты (бактерии, грибы);
- культивирование клеток in vitro.
- выделение антигена и его очистки или применение клеток-продуцентов
в качестве вакцин.
В последние 5 лет создано новое направление в разработке генно-инженерных вакцин, основанное на введении плазмидной ДНК (вектора) с встроенным геном протективного белка непосредственно в организм животного.
Иммунизацию плазмидной ДНК с чужеродным геном называют ДНК-вакцинацией (генетической иммунизацией, вакцинацией нуклеиновыми кислотами, вакцинацией «голой» ДНК).
Новый подход дает возможность на базе одного плазмидного вектора конструировать различные ДНК-вакцины. Меняют только ген, кодирующий протективный белок. ДНК-вакцины обладают безопасностью инактивированных вакцин и эффективностью живых.
К настоящему времени сконструированы ДНК-вакцины против ряда вирусных, бактериальных и паразитарных болезней.
Достоинство ДНК-вакцин:
1. При разработке таких вакцин можно достаточно быстро получить рекомбинантную плазмиду, несущую себе ген, кодирующий необходимый белок патогена, в отличие от длительного процесса получения аттенуированных штаммов возбудителей.
2. Технологичность и низкая себестоимость культивирования полученных плазмид в клетках E. Coli и ее дальнейшей очистки.
3. Экспрессируемый в клетках вакцинированного животного белок имеет кон-формацию, максимально близкую к нативной, и обладает высокой антигенной активностью, что не всегда достигается при использовании субъединичных вакцин.
|
|
4. Элиминация векторной плазмиды в организме вакцинированного животного происходит за короткий промежуток времени.
5. При ДНК-вакцинации против особо опасных инфекций вероятность заболевания животного в результате иммунизации полностью отсутствует.
6. Возможен пролангированный иммунитет.
Все вышеуказанное позволяет называть ДНК- вакцины вакцинами XXI века.
Однако, несмотря на то, что эффективность иммунизации ДНК-вакцинами очевидна, потребуется еще много усилий для практической реализации нового подхода к профилактике инфекционных болезней животных.
Эксперименты по генетической модификации животных требуют значительных затрат времени. Тем не менее, трансгеноз стал мощным инструментом для исследования молекулярных основ экспрессии генов млекопитающих и создания модельных систем, позволяющих изучать болезни человека.
Введение чужеродной ДНК в животные клетки можно осуществить либо физическими методами (микроинъекция, электропорация, слияние липосом), либо при помощи вирусных векторов.
Для изучения экспрессии перенесенных генов в лабораторных условиях используют животные клетки, выращенные в культуре перевиваемых клеточных линий. Такие линии, полученные из эмбрионов грызунов, почек и опухолей обезьян и человека, широко используются в экспериментах с рекомбинантной ДНК.
Стратегия получения трансгенных животных состоит в следующем:
1. Клонированный ген в составе вектора вводят в ядро оплодотворенной яйцеклетки.
2. Инкубированные оплодотворенные яйцеклетки имплантируют в реципиентную женскую особь.
3. Отбирают потомков, которые содержат клонированный ген во всех клетках.
4. Скрещивают животных, которые несут клонированный ген в клетках зародышевой линии, и получают новую генетическую линию.
Далее представлены основные схемы получения трансгенных животных.
1. Вектором на основе ретровируса животных инфицируют 8-ми клеточный эмбрион, который потом имплантируется в самку. Этот способ трансформации считается наиболее эффективным.
2. Трансгенную конструкцию вводят путем микроинъекции в мужской пронуклеус оплодотворенной яйцеклетки, которая затем переносится в «суррогатную мать».
3. Стволовые клетки модифицируются в культуре, после чего их вводят в эмбрион на стадии бластоцисты.
4. Перенос гена осуществляют при помощи дрожжевых хромосом (YАС), что позволяет переносить несколько генов вместе с их собственными регуляторными последовательностями.
Схема получения трансгенных животных путем микроинъекции ДНК представлена на рис. 2.
Рис.2. Схема получения трансгенных животных
Кроме создания новых пород крупного рогатого скота с улучшенными ростовыми характеристиками и повышенной устойчивостью к болезням, можно использовать животных в качестве «биофабрик» для получения терапевтически важных белков, секретируемых в молоко. К числу таких белков относятся лактоферрин, интерлейкины, урокиназа и др.
Сегодня с генной инженерией связывают возможность решения многих насущных вопросов:
- возможность точной диагностики и лечения многих заболеваний;
- повышение урожайности сельскохозяйственных культур путем создания растений, устойчивых к неблагоприятным факторам среды и вредителям;
- создание микроорганизмов, продуцирующих различные химические соединения и лекарственные препараты;
- создание пород животных с улучшенными признаками;
- переработка отходов.