Глава 7 генетическая инженерия и проект «геном человека»

Мы уже неоднократно в предыдущих главах ссылались на различные методы молекулярной генетики, которые исполь­зуют для идентификации генов менделирующих наследствен­ных болезней человека, и на международную программу «Ге­ном человека». В этой главе мы рассмотрим, что представля­ют собой методы генетической инженерии и в чем состоит существо проекта «Геном человека».

В феврале 2001 г. одновременно в двух журналах, «Nature» и «Science», были представлены результаты чернового сик- венса всего генома человека, полученные независимо друг от друга международным консорциумом «Проект “Геном чело­века”» и частной компанией «Celera», для которой сиквенс генома человека является коммерческим предприятием. Эти публикации, несмотря на незавершенность сиквенса генома, являются значительным достижением всей биологической науки и медицины. Дискуссии о возможности выполнения проекта «Геном человека» возникли в США еще в 1985 г., но официальное объявление о начале проекта прозвучало только в октябре 1990 г. К этому времени, с точки зрения организа­торов проекта, появились минимальные технические условия для его выполнения.

1. ТЕХНОЛОГИЯ РЕКОМБИНАНТНЫХ ДНК

Действительно, к моменту объявления о начале програм­мы «Геном человека» сформировалось целое направление в молекулярной генетике, которое получило название «генети­ческая инженерия», или «технология рекомбинантных ДНК». Последняя может быть разделена на две большие области: методы клонирования ДНК и методы анализа ДНК, прежде всего сиквенса, т.е. определения последовательности нуклео­тидов в молекуле ДНК.

2. КЛОНИРОВАНИЕ ДНК

Клонирование ДНК in vivo включает 6 этапов: 1) получе­ние фрагментов ДНК, в том числе генов или их частей с по­мощью ферментов рестрикции; 2) рекомбинация фрагмен­тов, 3) вставка фрагмента ДНК в вектор; 4) трансформация с помощью вектора организма хозяина; 5) скрининг на реком­бинантный вектор и 6) отбор интересующих исследователя клонов.

1. Рестрикционные ферменты

В каждой хромосоме человека имеется только одна непре­рывная нить ДНК. Она сложно упакована для того, чтобы поместиться в хромосоме. Манипулировать с молекулой ДНК такой длины практически невозможно. Поэтому открытие в 70-х годах XX в. особых бактериальных ферментов, разрезаю­щих ДНК на отдельные фрагменты, было очень кстати. Фер­менты были названы рестриктазами или эндонуклеазами. У бактерий эти ферменты служат для защиты от проникнове­ния в клетку чужеродной ДНК. Обычно рестриктазы распо­знают так называемые палиндромные последовательности нук­леотидов, наблюдающиеся в двух нитях ДНК и состоящие из

4. 6 нуклеотидов. «Палиндромные» означает одинаковые по­следовательности нуклеотидов, если их читать в одном и том же направлении, например от 5’- к З’-концу в обеих компле­ментарных нитях ДНК. Примеры нескольких рестриктаз по­казаны в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Некоторые рестриктазы, а также последовательно­сти нуклеотидов, которые они распознают, и сайты рестрикции в этих последовательностях

Рестриктаза	Бактерия, ее источник	Сайт рестрикции 5’ 3’
Eco RI	Escherichia coli RY 13	Г^ААТТЦ
Hind III	Haemophilus influenzae RD	А*АГЦТТ
Pst I	Providenda stuartii	ЦТГЦА*Г
Bam HI	Bacillus amyloliquefaciens H	Г*ГАТЦЦ
Нра I	Haemophilus parainfluenzae	ГТТ*ААЦ