Медицина и разработка методов интенсивного земледелия для решения проблемы голода это два важнейших направления, основанных на рекомбинантных технологиях, которые позволили чуть больше чем за сто лет увеличить среднюю продолжительность жизни человека в развитых странах почти на пятнадцать лет с шестидесяти пяти до восьмидесяти лет.
Продукты генной инженерии
Сегодня генно-инженерным путем производится множество синтетических антител, направленных на подавление роста опухоли. Первым таким лекарством был герцептин, он используется для лечения рака молочной железы. Антитела могут специфично связываться с рецепторами на поверхности опухолевых клеток человека, что тормозит рост опухоли.
Однако для того, чтобы с помощью биотехнологий делать полезные человеку белки, можно использовать не только бактериальные клетки. Например, есть такой лекарственный препарат эритропоэтин. В спорте он печально известен как допинговый препарат, потому что стимулирует образование эритроцитов (красных кровяных телец): при его применении кровь становится более обогащенной кислородом и получается больший энергетический запас. Однако высокие результаты в спорте вовсе не главная цель получения этого препарата. С его недостатком в организме (вследствие мутаций в гене, кодирующем его производство) связан целый ряд болезней человека. Искусственно полученный эритропоэтин используется как лекарственное средство при онкологических заболеваниях, почечной недостаточности, при трансплантации, анемиях и т. д. спектр колоссально широк, но для его производства бактериальные клетки не подходят. Почему? Потому что функциональный эритропоэтин это очень сложная белковая молекула, глобула.
Мы уже говорили, что белок не только обладает определенной линейной последовательностью, закодированной в нашей ДНК, но и претерпевает так называемые посттрансляционные (после того, как с молекулы PHК синтезировалась линейная аминокислотная последовательность белковой молекулы) модификации, когда отдельные аминокислоты белка под действием ферментов претерпевают изменения. Например, гликозилирование присоединение к определенным аминокислотам белковой молекулы остатков сахаров. После этого молекула белка сворачивается
в глобулу.
Так вот, оказывается, что многие посттрансляционные модификации не работают в бактериальной клетке, и глобулы имеют неправильную конформацию.
Поэтому многие рекомбинантные белки, для функционирования которых, как для эритропоэтина, важны модификации и правильная конформация, получают в культурах клеток животных, в том числе и человека.
Может возникнуть естественный вопрос: зачем встраивать ген человека в клетки человека и других млекопитающих, если аналогичный ген уже есть в этих клетках?
Дело в том, что гены, которые находятся в геноме каждой клетки, в организме работают только в определенные моменты или в определенных тканях и клетках. Так, белок эритропоэтин синтезируется клетками почек и печени, хотя кодирующий его ген присутствует во всех клетках. Активируют работу гена определенные фрагменты генетического текста, получившие название промоторы.
Эти генетические элементы есть у бактерий, у вирусов, у всех организмов. Однако бактериальные промоторы не будут работать в клетках млекопитающих просто потому, что в этих клетках нет бактериальных белков, которые узнают генетический текст промотора и запускают работу гена. А вот если вирус (например, гриппа) способен инфицировать клетки человека и размножаться в них, это значит, что его вируса промоторы, регуляторные элементы включения генов, универсальны для вируса и человека. С очень высокой степенью вероятности они смогут контролировать и работу генов человека, если их правильно разместить в генно-инженерной конструкции.
УПРАВЛЯЮЩИЕ РАБОТОЙ ГЕНОВСформировавшись из одной клетки, наш организм становится многоклеточным, и во взрослом состоянии насчитывает около 1014 клеток более двухсот различных типов. У нас есть кровь, глаза, волосы и т. д., причем в клетках, составляющих различные органы, один и тот же геном, который был заложен в исходной зиготе. Но представьте себе, какой будет ужас, если в волосяном фолликуле вдруг заработают гены, предназначенные обеспечивать, скажем, генерацию эритроцитов, и волосы станут красными от эритроцитов! Или в глазах начнут работать те гены, которые контролируют рост волосяного фолликула...
Думаете, ничего подобного не может быть? Увы, это происходит, когда начинается патологический процесс. Но в норме работа генов в каждом клеточном типе контролируется исключительно строго отдельными участками ДНК. Определенный район ДНК, который лежит в непосредственной близости к гену и обеспечивает проявление этого гена, называется промотором (от англ, promote «продвигать», «способствовать», «рекламировать»). Когда-то эти участки генома относились к так называемой мусорной ДНК, потому что ученые не знали ничего об их назначении. Теперь мы знаем, что регуляторные (промоторные) последовательности, составляющие около десяти процентов генома, есть у каждого гена или их комбинаций.
например, синтез эритропоэтина, то вирусный промотор, способный работать в любых клетках, обеспечит высокий уровень синтеза и вне организма в выбранной культуре клеток млекопитающих. Таким образом, начав когда-то с бактерий, люди со временем точно так же научились работать с клетками млекопитающих и человека in vitro (вне организма), чтобы вводить туда с помощью генных манипуляций определенные гены и производить нужные биомедицинские белки.