Историческое значение и преимущества метода
До активного внедрения методов молекулярной биологии в клиническую практику основным источником препаратов для лечения сахарного диабета служили экстракты, полученные из поджелудочной железы свиньи или коровы. Использование инсулина животного происхождения спасало жизни пациентов, однако сопровождалось существенным недостатком: такие препараты вызывали достаточно много нежелательных реакций организма.
Внедрение технологии рекомбинантной ДНК позволило совершить настоящую революцию. Первым человеческим белком, успешно полученным методом генной инженерии, стал именно инсулин человека. Использование готового рекомбинантного препарата для лечения больных диабетом имеет важнейшее клиническое преимущество: он дает значительно меньше побочных эффектов по сравнению с препаратами животного происхождения.
Другие продукты генной инженерии
Успех с производством человеческого инсулина доказал высокую эффективность технологии и открыл дорогу для синтеза множества других биологически активных соединений. Аналогичным методом генной инженерии сегодня получают целый ряд критически важных продуктов, среди которых:
- Гормон роста (соматотропин).
- Интерферон.
- Различные вакцины.
- Белок шелка и другие соединения.
Подготовительный этап: вектор и целевой ген
Процесс получения рекомбинантного инсулина начинается с тщательной подготовки двух базовых компонентов: вектора, который доставит генетический материал, и самой генетической вставки (гена).
- Подготовка вектора. В качестве переносчика используется плазмида, которую аккуратно выделяют из бактериальной клетки. Чтобы плазмида могла принять новый генетический материал, ее кольцевая структура целенаправленно разрезается специализированными ферментами рестрикции.
- Подготовка вставки. Параллельно идет работа с человеческим материалом. Из клеток поджелудочной железы человека экстрагируется матричная РНК (мРНК), несущая информацию о строении инсулина. Поскольку встроить молекулу РНК напрямую в ДНК-плазмиду невозможно, применяется процесс обратной транскрипции. С помощью фермента обратной транскриптазы (или ревертазы) по матрице мРНК синтезируется молекула комплементарной ДНК (кДНК). Именно эта кДНК и выступает в роли нужного нам гена.
Создание рекомбинантной ДНК и экспрессия белка
После того как вектор и вставка готовы, наступает этап непосредственной сборки и запуска биологической «фабрики».
- Создание рекомбинантной ДНК. Полученная на предыдущем этапе кДНК прочно встраивается в разрезанный плазмидный вектор.
- Трансформация. Сконструированная рекомбинантная плазмида вводится в хозяйскую бактериальную клетку. Обязительным условием является то, что эта бактерия изначально не содержит других плазмид, чтобы не возникало конкуренции генетического материала.
- Клонирование и экспрессия. Генетически модифицированные бактерии помещаются в питательную среду, где они активно выращиваются. По мере деления бактерий плазмиды реплицируются вместе с ними. В результате клеточный аппарат бактерий начинает синтезировать целевой продукт — инсулин.
- Получение продукта. На финальном этапе производства осуществляется сложное выделение и глубокая очистка синтезированного человеческого инсулина. Только после этого препарат считается готовым для применения в терапии сахарного диабета.
Правило двух «Р»: ферменты Рестрикции — режут плазмиду, а Ревертаза — запускает реверс (обратную транскрипцию от мРНК к ДНК).
Вопросы с занятий и экзамена
Почему в современной медицине отказались от животного инсулина?
Экстракты из поджелудочной железы свиньи или коровы вызывали нежелательные реакции. Рекомбинантный инсулин человека дает значительно меньше побочных эффектов.
Как получают ген человеческого инсулина для встраивания в вектор?
Из клеток поджелудочной железы выделяют мРНК, после чего с помощью фермента ревертазы (обратной транскриптазы) синтезируют комплементарную ДНК (кДНК).
Какую роль играют бактерии в процессе генной инженерии?
Бактерия выступает в роли клетки-хозяина. В нее вводят рекомбинантную плазмиду, после чего бактерии выращиваются, а их клеточный аппарат начинает синтезировать человеческий инсулин.
Что ещё разобрать по теме
- Особенности строения и функции бактериальных плазмид
- Механизм действия ферментов рестрикции
- Процесс обратной транскрипции и работа ревертазы
- Методы трансформации бактериальных клеток
- Процедуры выделения и очистки рекомбинантных белков
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Генная инженерия» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Медицинская генетика»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.