Основи на генетиката и животновъдството
Генното инженерство е клон на молекулярната биология, който разработва методи за прехвърляне на генетичен материал от един жив организъм в друг, за да се получи нова генетична информация и да се управлява наследствеността. Развитието му е свързано с постиженията на генетиката, микробиологията и биохимията.
Често се използват два термина - генно инженерство и генно инженерство. Първият се използва в по-широк смисъл, т.е. той включва и понятието генно инженерство. В същото време последното не включва преструктуриране на генома чрез конвенционални генетични методи (мутации и рекомбинации).
Помислете за основните подходи за генно инженерство, които могат да се използват в животновъдството в бъдеще. Известно е, че генетичният материал на всички живи организми е концентриран в молекулите на ДНК. Всички клетки в тялото имат идентични копия на такива молекули.
Следователно в основата на изследванията на генното инженерство е молекулата на дезоксирибонуклеиновата киселина. В същото време те се придържат към следната последователност: първо, гените се изолират от отделни клетки или се синтезират извън тялото, след това нови гени се включват във вектора (ДНК молекула, която има свой собствен репликационен апарат и е в състояние да достави необходими гени към клетката и репликирането им), свързват ДНК на гена и вектора и получават рекомбинантна ДНК; след това определени гени се прехвърлят в генома на гостоприемника, те се клонират като част от вектор и се получава генен продукт чрез експресиране на чужд ген в клетка реципиент.
Известни са два метода за изолиране на гени и създаване на рекомбинантна ДНК. Първият е чрез химичен синтез, вторият, по-често срещан, с помощта на специални ензими (рестрикционни ензими), които имат способността да разпознават чужда ДНК, която влиза в тялото и да я разгражда в съответните области. В резултат се създават фрагменти с различни размери. Известни са повече от 500 рестрикционни ендонуклеази и всяка от тях специално разцепва ДНК. Те са лишени от всякаква видова специфичност. Благодарение на това е възможно да се комбинират ДНК фрагменти от всякакъв произход в едно цяло и да се преодолеят естествените бариери от вида.
Парчета и счупвания на ДНК вериги се залепват заедно с помощта на ензим лигаза. Характеристика на изолираните гени (нуклеотиди) са така наречените лепкави краища, които могат да се използват за прикрепването им към местата на фагите (за животни). По този начин се създава вектор за прехвърляне на избраните гени в клетката реципиент.
Има и друг начин за получаване на ДНК фрагменти с лепкави краища. За целта изолирани или изкуствено синтезирани ДНК участъци се третират с ензим с ендонуклеаза, който го скъсява в двата края. След това, с помощта на друг ензим, полинуклеотидни трансферази, регионите на аденин и тимидин нуклеотиди се добавят към тези краища. Получената рекомбинирана ДНК молекула се използва за прехвърляне на чужд ген в бактериална клетка. Тази схема е била използвана за гените на инсулин, интерферон, имуноглобулин и други.
Трябва да се отбележи, че наличието и дори въвеждането на ген в хромозомата на организма гостоприемник все още не дава възможност да се получат продуктите от неговия синтез. За да може един ген да функционира, той, заедно с региона, в който е кодирана информацията, трябва да има и регулаторен регион. Тези региони се наричат съответно промотор и терминатор. Четенето на информация (транскрипция) започва от промотора и краят на транскрипцията на дадения ген се кодира в терминатора. Създаден е цял арсенал от клонирани промотори, които дават възможност да се осигури експресията на гени в различни видове клетки. Нещо повече, такъв клон съдържа 1-2 гена и ако вземем предвид, че има голям брой клонинги, то на практика те представляват всички гени, които са в генома на животното.
Например, за да се създаде заешка генна банка, са необходими 920 хиляди клонинги, бозайници - 0,8-1,0 милиона.
Първата генна банка е създадена за Е. coli, след това за други, вкл. и за говеда. Също така са генерирани библиотеки с клонове на ДНК на хипофизата и растежен хормон.
От голямо значение беше производството на интерферон за хората, протеин с универсален антивирусен ефект.
Едно от най-важните постижения на генното инженерство в практиката на животновъдството е откриването на соматотропен хормон (соматотропин или растежен хормон). Но много преди това беше известно, че екстрактът от хипофизата на говедата стимулира производството на мляко при кравите. Той беше изчислен с помощта на този препарат за бързо увеличаване на млечността на животните. Но беше трудно да се получи в големи количества и те се опитаха да приложат метода на генното инженерство за това. Този проблем беше решен с помощта на микробен синтез, базиран на рекомбинантна ДНК технология.