Современная генетика
Celula feminin?, devenind st?pвn? a acestei plazmide, ce transform?
imediat оn donator ?i, venind оn contact cu alte celule feminine, le
transmite factorul F ?i celorlalte plazmide, de exemplu plazmida R.
Plazmida R (R-prima liter? a cuvвntului «rezistent») transmite bacteriilor
imunitatea pentru antibiotice ?i pentru preparate medicamentoase.
R?spвndirea fulger?toare a acestor plazmide prezint? un mare pericol, c?ci
chiar cele mai eficiente mijloace de combatere a bolii infec?ioase devin
inactive. Оn asemenea cazuri trebuie schimbat de urgen?? medicamentul.
Interesant este c? оn condi?ii naturale plazmidele R se оntвlnesc mai des
la bacteriile patogene, contra c?rora medicii duc o lupt? permanent?. Prin
urmare, utilizarea larg? a antibioticelor contribuie la selectarea unor
bacterii, ce con?in plazmida R, rezistente la aceste antibiiotice.
Bacteriile manifest? caractere de mare valoare оn lupta pentru existen??
оn condi?ii extremale. Oare nu este aceasta o adev?rat? inginerie genic?,
care are loc оn natur??
Toate aceste unelte ?i subterfugii fine, elaborate de lumea microbilor pe
parcursul luptei crвncene pentru existen??, trebuie оnsu?ite pentru a-i
sili pe muncitorii microlumii s? ac?ioneze spre binele omenirii.
11.3 Ameliorarea microorganismelor
Separarea din natur? a unor noi tulpini de microorganisme prezint? doar
prima etap? a muncii de selec?ionare. Sarcina ulterioar? const? оn
ridicarea gradului de calificare a acestor microbi. Savan?ii caut? s?
оn?eleag? nu numai tehnologia proceselor de sintez? ?i de metabolism din
celulele microbiene, dar ?i s? descopere posibilit??ile de ameliorare, de
perfec?ionare, de modificare a eredit??ii cu ajutorul acestei tehnologii.
Оn prezent industria microbiologic? utilizeaz? mii de tulpini ale multor
sute de specii. Ele au fost izolate de sursele naturale ?i ameliorate prin
intermediul mutagenezei induse ?i selec?iei ulterioare a caracterelor
utile. Pentru antrenarea poten?ialului genetic al unui num?r tot mai mare
de microorganisme, la construirea tulpinilor industriale sunt utilizate
atвt microorganismele «de model», cвt ?i tulpinile folosite оn industria
microbiologic?.
Оn calitate de model de baz? se utilizeaz? cunoscutul bacil coli,
mul?umit? c?ruia biologia molecular? modern? a atins ni?te culmi
nemaiv?zute; de el ?in ?i primele succese importante оn domeniul
biotehnologiei ?i ingineriei genice.
Exist? tulpini de bacili coli produc?tori de hormoni (somatostatin?,
somatotropin?, insulin? ?. a.), de aminoacizi (treonin?, prolin?,
homoserin? ?. a.), de diferi?i interferoni ?. a.
Printre tulpinile utilizate оn industria microbiologic? men?ion?m оn
primul rвnd drojdiile, bacilii, ciupercile inferioare, actinomicetele ?. a.
Ele toate produc substan?e variate de mare valoare biologic?. Men?ion?m c?
оn prezent 70% din antibiotice se produc numai cu ajutorul actinomicetelor.
Este cea mai mare subramur? a industriei microbiologice mondiale, care
aduce un venit anual de 8-9 miliarde de dolari.
Bacteriile de genul pseudomonas con?in plazmide purt?toare ale genelor
degrad?rii biologice a compu?ilor organici, inclusiv a acelora care nu se
оntвlnesc оn natur? (de exemplu, pesticidele), fapt ce deschide mari
perspective оn utilizarea lor pentru protec?ia mediului ambiant.
Selectarea tulpinilor de microorganisme cu оnalt? productivitate a
ob?inut оn unele decenii mari succese pe baza realiz?rilor multor ?tiin?e.
Geneticiienii ?i selec?ionatorii, utilizвnd pentru provocarea muta?iilor
mutagenele chimice ?i radia?iile ionizate, au ob?inut noi tulpini care
оntrec ca productivitate de 100 ?i chiar de mai multe ori formele ini?iale.
Dac? penicilina a devenit оn prezent accesibil? fiec?ruia, aceasta se
explic?, оn primul rвnd, prin faptul c? selec?ionatorii au crescut o
cultur? de microorganisme cu o capacitate de 20-25 mii de unit??i la un
mililitru cub de mediu, оn loc de 100 de unit??i, ob?inute la tulpinile
ini?iale. Conform opiniei lui S. Alihanean, aceasta оnseamn? c? оn loc de
200 de fabrici de penicilin? este destul s? avem doar una singur?.
Prin metoda conjug?rii la pseudomonade a fost realizat? cu succes
transferarea genelor ?i construit? o tulpin? ce are drept surs? de carbon
unul din cei doi componen?i ai «substan?ei de oranj» - un defoliant toxic
pentru oameni, folosit pe larg de SUA оn r?zboiul din Vietnam. Aducem оnc?
un exemplu despre geneticiienii ?i selec?ionatorii care оn colaborare cu
inginerii genici «domesticesc» microbii ?i creaz? pentru industrie noi
tulpini cu caractere proiectate. Este vorba despre crearea de c?tre
savan?ii Institutului de cercet?ri ?tiin?ifice оn domeniul geneticiii ?i
selec?iei microorganismelor industriale (IUC?) a unei tulpini noi de
bacterii produc?toare de treonin?.
Treonina, la fel ca ?i lizina, este necesar? pentru оmbog??irea
nutre?urilor ?i produselor alimentare. Aminoacizii lizina, metionina,
treonina ?i izoleucina, оn ordinea оn care sunt prezentate aici, sunt
sintetizate de bacterii din acid asparagic. Aici se respect? ordinea
urm?toare: ca s? oprim sinteza, de exemplu, la etapa de lizin?, trebuie s?
оnchidem drumul pentru transform?rile continue ale acidului asparagic оn
metionin?, treonin? ?i izoleucin?. ?i atunci оn bacterie оncepe
suprasinteza, adic? producerea accelerat? a lizinei. Iar dac? este nevoie
de reducerea intens? a treoninei, trebuie blocat? transformarea ei continu?
оn izoleucin?.
Speciali?tii IUC? оn domeniul geneticiii microorganismelor, оn frunte cu
directorul s?u V. Debabov, au ales pentru efectuarea cercet?rilor lor
colibacilul de care ?in multe din succesele ob?inute оn ingineria genetic?.
Sectorul ADN al acestei bacterii, responsabil pentru sinteza treoninei
(acest sector poart? numele de operon), este compus din trei gene ?i din
regiunea reglatoare care le dirijeaz?. Acest operon codific? formarea a
patru fermen?i care transform? succesiv acidul asparagic оn treonin?, iar
apoi оn izoleucin?.
Cu pre?ul unor mari eforturi savan?ii au reu?it s? provoace muta?ii ale
genelor operonului, datorit? c?rora celulele mutante au оncetat a sintetiza
izoleucina, acumulвnd astfel mai mult? treonin?.
Dar ?i aceste celule sintetizau foarte pu?in? treonin?. Atunci оn ele a
fost inserat cu ajutorul fagului o gen? special?, al c?rei produs activiza,
la rвndul s?u, munca genelor responsabile pentru sintetizarea treoninei.
Dup? efectuarea acestei opera?ii celulele colibacilului au оnceput s?
elaboreze cвte 2-3 grame de treonin? la un litru de lichid cultural.
Оnceputul promitea multe, cu toate c? pentru a fi bun? pentru produc?ia
industrial? tulpina trebuia s? produc? cel pu?in de 10--15 ori mai mult
aminoacid de acest fel.
Ce se putea face? ?i aici speciali?tii ?i-au concentrat aten?ia asupra
uneia din particularit??ile foarte importante ale plazmidelor, care,
p?trunzвnd оn bacterie, оncepe s? se reproduc? repede ?i formeaz?, de
obicei, 15-20 de copii. Dac? оns? оn mediul cultural se introduce ?i
cloramfenicolul, оn celul? se opre?te sintetizarea proteinei ?i spore?te
brusc num?rul de copii ale plazmidei. Uneori ele ating cifra de 3000.
Tocmai acest fapt le-a sugerat savan?ilor cum s? procedeze оn acest caz.
Ini?ial, cu ajutorul fermen?ilor respectivi, ei au t?iat din cromozomul
tulpinii de bacterie ob?inute оnainte un fragment de ADN, care con?inea un
operon de tulpin? cu toate cele trei gene ale sale ?i cu sectorul de
reglare. Dup? aceasta, оn laboratorul de inginerie genic?, operonul a fost
inserat оntr-o plazmid?, iar ea - оntr-o alt? bacterie de aceea?i tulpin?.
Plazmida hibrid? s-a оnmul?it acolo ?i a intensificat sinteza treoninei. Оn
48 de ore de fermentare aceast? nou? tulpin? sintetiza aproape 20 grame de
treonin? la un litru de lichid cultural, iar cвnd au fost ameliorate
condi?iile de cultivare a tulpinii, оn 30 de ore au оnceput s? se acumuleze
aproape 30 de grame de treonin?.
Astfel a fost creat? pentru оntвia oar? оn lume o tulpin? industrial? de
microorganisme, care sintetizeaz? treonina, unul din aminoacizii cei mai
importan?i pentru cre?terea animalelor. Pentru оntвia oar? оn lume aceast?
tulpin? a fost ob?inut? printr-o metod? de construire a ingineriei genice
numai оn trei ani; separarea unor noi tulpini prin metodele tradi?ionale de
selectare dura zeci de ani.
11.4 Industria ADN ?i biotehnologia
Pe parcursul ultimilor ani ia na?tere o nou? ramur?, absolut nou?, de
produc?ie material? - biotehnologia, care utilizeaz? procesele ?i sistemele
biologice pentru a ob?ine cele mai diverse produse.
Oamenii au оnsu?it unele metode biotehnologice оnc? din timpurile
str?vechi. ?i procesele de fermenta?ie care permit ob?inerea produselor
acidolactice, pвinii, o?etului ?. a. fac parte din domeniul biotehnologiei.
Оn ultimele dou?-trei decenii, datorit? schimb?rilor radicale ce s-au
produs оn ?tiin?a biologic?, s-a ridicat la un nivel calitativ nou ?i
biotehnologia. Datorit? acestor realiz?ri omul poate azi nu numai s?
foloseasc? microorganismele «gata», dar ?i s? modifice programul genetic al
celulelor lor, s? le imprime caractere cu totul noi: tocmai оn aceasta din
urm? const? sarcina ingineriei genetice moderne.
Datorit? dezvolt?rii biologiei moleculare ?i ingineriei genice,
biotehnologia a devenit o metod? universal? de ob?inere оn orice propor?ii
a celor mai diverse substan?e organice, permi?вndu-ne s? renun??m la
procesele tehnologiei chimice care-s voluminoase ?i deseori pu?in eficace.
Savan?ii ?i-au concentrat aten?ia оn primul rвnd asupra problemelor de
sintez? a hormonilor, care, al?turi de vitamine, servesc drept reglori de
mare importan?? ai metabolizmului ?i ai multor procese fiziologice din
organismul omului ?i animalelor.
Moleculele hormonilor au dimensiuni mici. Structura multor dintre ele a
fost studiat? detaliat, dar sinteza lor chimic? s-a dovedit a fi prea
dificil? ?i scump?. Deaceea savan?ii au ales оn acest scop o alt? cale:
sintetizarea prin metod? chimic? nu a proteinei-hormon, ci a unei gene
incomparabil mai simple care codific? sintetizarea hormonului necesar. Dar
pentru aceasta gena trebuie inserat? оn componen?a moleculei recombinante
de ADN ?i, sub comanda ei, s? se organizeze оn bacterie sinteza biologic? a
unui hormon uman de valoare complect?.
Pentru prima dat? a fost creat? prin metoda aceasta tulpina bacteriilor -
produc?toare de somatostatin?. Acest hormon este produs de lobul anterior
al hipofizei ?i regleaz? secre?ia unei serii de al?i hormoni, inclusiv a
hormonului cre?terii, insulinei ?i glicogenului. Somatostatina utilizat? оn
practica medical? se ob?ine din hipofiza vitelor cornute mari. Оns? din
punct de vedere chimic ea se deosebe?te оntrucвtva de hormonul amului ?i de
aceea nu d? оntotdeauna rezultatul dorit.
Molecula somatostatinei este compus? din 14 aminoacizi. Un grup de
experimentatori de la Universitatea din California (SUA), оn frunte cu G.
Boyer, au sintetizat o gen? оn care a fost codificat? formarea
somatostatinei. Apoi cu ajutorul plazmidei savan?ii au inserat aceast?
gen? оntr-un colibacil. Оntr-un timp scurt bacteria a sintetizat un volum
mic de lichid cultural ce con?inea o cantitate de hormoni care, de obicei,
se extrage din hipofiza a sute de mii de tauri.
Somatostatina a g?sit de acum o larg? aplicare la tratamentul bolilor
pancreasului (pancreatitelor ?i diabetului), precum ?i a acromegaliei -
cre?terea ne propor?ional? a p?r?ilor proeminente ale corpului. Aceasta a
fost o mare victorie a ingineriei genice. Astfel a devenit real?
posibilitatea de a se ob?ine gene artificiale pentru ceilal?i hormoni ?i de
a deschide perspective ademenitoare pentru producerea celor mai diferite
proteine, precum ?i a altor produse. Aceste produse pot fi ob?inute оn
cantit??i nelimitate, ele vor fi ieftine ?i, ceea ce este ?i mai important,
ac?iunea lor nu se va deosebi de cea a hormonilor omului ?i a altor compu?i
biologici activi.
Оn lobul anterior al hipofizei omului ?i animalelor se sintetizeaz? оn
afar? de somatostatin? un оntreg buchet de hormoni de natur? proteic?,
printre care cel mai cunoscut este hormonul cre?terii sau somatotropina.
Dac? organismul оn cre?tere duce lipsa lui, apare nanismul, iar dac? оl
con?ine оn cantit??i prea mari, apare gigantismul. Despre participarea
acestui hormon la reglarea cre?terii s-a aflat оnc? la оnceputul secolului
XX. Оn anul 1921 cu ajutorul extractului hipofizei au fost crescu?i ni?te
?obolani gigan?i.
Hormonul cre?terii se con?ine оn hipofizele animalelor cornute mari ?i s-
ar putea extrage оn cantit??i necesare. Dar s-a constatat c? somatotropina
este un hormon specific pentru fiecare specie: оn organismul uman
somatotropina animalelor cornute mari nu este activ?. Omul are nevoie de
somatotropina omului. Numai organismul ?obolanilor reac?ioneaz? la
somatotropina «str?in?» ca la cea «proprie».
Un grup de savan?i sub conducerea academicianului A. A. Baev, bazвndu-se
pe experien?a ob?inerii somatotropinei prin metodele ingineriei genice, s-a
apucat de sintetizarea somatotropinei pe cale microbiologic?. Ei ?tiau c?
pentru a sili colibacilul s? produc? somatotropina оn ADN-ul lui trebuie
inserat? o gen? care va dirija sintetizarea acestei proteine оn hipofiza
omului. Оn principiu aceasta se poate realiza, deoarece codurile genetice
ale omului ?i bacteriei sunt similare; aparatul biosintetic al celulei
bacteriene, оn?elat de aceast? asem?nare exterioar?, va produce proteina
de care n-are nevoie, la fel precum p?s?rile оn?elate clocesc pui de cuc.
Scopul era urm?torul: din celulele hipofizei trebuia ob?inut? o gen?,
care ar fi dirijat sinteza somatotropinei. Celula care sintetizeaz? activ
proteina urma s? con?in? numaidecвt o cantitate sporit? de ARNi, o copie a
genei preg?tit? parc? de оns??i celula care codific? succesiunea
aminoacid?. Acest proces biosintetic furtunos se produce оn celulele
tumorale ale hipofizei; o p?rticic? de ?esut tumoral cu o greutate de mai
pu?in de un gram a servit drept material ini?ial pentru ob?inerea genei de
somatotropin?.
Оn urma unor numeroase ?i foarte fine opera?ii de separare a genei din
p?rticica de hipofiz? a r?mas o cantitate infim? de ARNi. A dispune de
solu?ia pur? de ARNi, оnseamn? a avea o copie a genei, iar gena mai trebuia
preg?tit? оn corespundere cu copia. Оn acest scop s-a folosit un ferment
special numit revertaz? (trancriptaz? invers?), care ia automat o copie a
ARNi.
ADN-ul ob?inut este compus din catene unice, оn timp ce оn gen? fiecare
caten? de ADN trebuie s? fie unit? cu catena ei complimentar?. Opera?ia de
sintetizare a acestei catene complimentare o efectueaz? automat cunoscutul
ferment ADN - polimeraza 1.
Astfel preparatul care con?ine gena de somatotropin? nimere?te оn
eprubet?.
Sarcina urm?toare, care se afla оn fa?a experimentatorilor, consta оn
оnmul?irea acestei gene pвn? la ob?inerea unei cantit??i suficiente pentru
munca continu?. Оn acest scop era nevoie, оn afar? de fermen?i, de оnc? un
instrument universal ob?inut prin distrugerea оnveli?ului celulelor
colibacilului ce con?ine plazmide libere. Dup? tratarea plazmidelor cu
fermentul restrictaza care scindeaz? molecula de ADN оn sectoare strict
determinate, inelele plazmidei se desfac, transformвndu-se оn catene
liniare. Restrictaza are capacitatea de a face ca la polii moleculei rupte
de ADN s? apar? sectoare «lipicioase», formate din dou? catene
complimentare deschise, оns? dac? ?i gena separat? va fi оnzestrat? cu
asemenea poli «lipicio?i», plazmida, оnchizвnd inelul ei, va prinde cu
ajutorul lor ?i garnitura suplimentar? - gena somatotropinei. Anexarea
polilor «lipicio?i» de gena separat? este una dintre cele mai fine opera?ii
ale ingineriei genice. La оnceput pe cale pur chimic? se sintetizeaz? un
mic fragment de ADN, care reproduce cu exactitate succesivitatea
nucleotidelor capabile s? fie scindate de restrictaz?, apoi cu ajutorul
fermentului ligaza acest fragment de ADN este suturat de ambii poli ai
genei. Urmeaz? tratarea produsului cu restrictaz? ?i gena cu polii
«lipicio?i» este gata. Dac? aceast? gen? este amestecat? cu plazmidele
fragmentate ?i acest amestec este tratat cu ligaz?, toate rupturile se vor
uni ?i оn epruveta noastr? vom ob?ine nu o simpl? gen?, ci o gen? inserat?
оntr-o plazmid?.
Plazmida singur? nu este bun? pentru nimic. Dar dac? va nimeri din nou
оntr-o bacterie, ea va оnmul?i ?i gena inserat? оn ea. A?a c? gena de
somatotropin? se poate ob?ine оn orice cantit??i necesare. Ce urma s? se
mai оntвmple? Doar gena pe care am ob?inut-o deocamdat? «tace»: cu toate c?
se оnmul?e?te оmpreun? cu bacteriile, ea nu func?ioneaz?, nu d? comanda de
sintetizare a proteinei pe care o codific?. C?ci pentru a оncepe «s?
vorbeasc?», gena trebuie оnzestrat? cu elemente de semnalare, care induc
transcrierea (sinteza ARNi) ?i translarea (sinteza proteinei оn ribosome).
Оn acest scop din plazmidele colibacilului a fost separat fragmentul ADN
- promotor, care semnaleaz? necesitatea de a оncepe citirea informa?iei ?i
de a se sutura cu gena somatotroninei. Aceast? gen? capabil? de munc? a
fost din nou inserat? оn plazmide, iar plazmidele - оncorporate оn
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38
|