Биология в 3 томах. Tом 3 - Тейлор Д.
ISBN 5-03-003687-3
Скачать (прямая ссылка):
Ежедневные инъекции инсулина, выделенного из поджелудочных желез свиней или крупного рогатого скота, стали стандартной
Рис. 25.10. Девочка-подросток, страдающая диабетом, делает себе инъекцию инсулина.
ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
Разрезание плазмидной ДНК рестриктазой. Встраивание с помощью ДНК-лигазы в разрезанную плазмиду синтетического гена, кодирующего проинсулин (см, описание процедуры на рис. 25,1). Введение плазмидного вектора, содержащего синтетический ген, в? coli (трансформация ? coli)
4
ФЕРМЕНТАЦИЯ
Трансформированные клетки Є. coli
СТАДИИОБРАБОТКИ И ОЧИСТКИ ПРОДУКТА
Выращивание в ферментере
Синтез белка
Проинсулин
Разрушение клеток
Удаление С-цеп и
Очистка инсулина
Цепь А и цепь В удерживаются вместе за счет двух дисульфидных связей
Проинсулин
Рис. 25.11. Схема процесса производства инсулина человека с использованием генной инженерии.
БОТАНИКА
процедурой для больных диабетом. Однако, из-за небольших различий в аминокислотном составе инсулина человека и других видов млекопитающих, а также из-за наличия следовых количеств примесей, у некоторых пациентов развиваются аллергические реакции к инсулину животных. Идеальное решение проблемы стало возможным с разработкой методов генной инженерии. Ген инсулина человека встраивают в бактериальную клетку, а затем такие клетки размножают в ферментере с целью получения больших количеств белка. Схема процедуры, обычно используемой для производства инсулина человека, приведена на рис. 25.11.
И, наконец, главная проблема, которая до сих пор не обсуждалась, — как «включить» интересующий нас ген внутри бактерии, т. е. как заставить его экспрессироваться. Известно, что для экспрессии любого гена должны быть активированы определенные, расположенные по соседству с ним участки ДНК, которые называются промоториыми участками. Если новый ген встроен в середину уже существующего гена, то добиться его экспрессии легко, поскольку он включается вместе с геном хозяина. В качестве такого хозяйского гена в Е. coli обычно используют ген ?-галактозидазы (рис. 25.8).
Метод был разработан компанией «Eli Lilly» и в 1982 г. инсулин человека под торговой маркой «humulin» стал первым полученным с помощью генной инженерии фармацевтическим продуктом, разрешенным к применению.
25.2.2. Гормон роста человека
Гормон роста — это небольшой белок, который вырабатывается гипофизом и действует на все ткани организма. Недостаток этого гормона в детстве приводит к карликовости; при этом тело человека остается маленьким, но имеет нормальные пропорции. В отличие от инсулина, который не обладает строгой специфичностью, гормон роста строго специфичен для того вида млекопитающих, в котором он вырабатывается. Вот почему лечение карликовости долгое время было основано на использовании гормона роста, выделенного из гипофиза умерших людей. Полученные таким образом препараты могли быть случайно загрязнены инфекционным белком, вызывающим болезнь Крейтцфельда—Якоба (такой же белок, по-видимому, является причиной коровьего бешенства). После некото-
ММА им. И.М. Сеченова
_Прикладная генетика 227
рых смертельных случаев в 1970-е гг., использование экстрактов гипофиза умерших людей для лечения карликовости было запрещено. Позднее компания «Genentech» в Калифорнии разработала технологию получения гормона роста с помощью бактерий с встроенным в их хромосому человеческим геном, отвечающим за синтез этого белка. Регулярные инъекции такого «генно-инженерного» гормона больным детям восстанавливают их рост почти до нормального уровня.
Схема производства гормона роста в принципе аналогична схеме получения инсулина, представленной на рис. 25.11. Кодирующая ДНК (ген), введенная в бактерию, представляет собой комплементарную ДНК (кДНК), полученную на матрице мРНК с помощью обратной транскриптазы, как было описано в разд. 25.1.1. Перед встраиванием в вектор к кДНК присоединили еще одну ДНК-последовательность, кодирующую так называемый «сигнальный пептид». Его роль чрезвычайно важна. Именно он, будучи соединенным с гормоном роста, действует как ключ, отпирающий «ворота» клетки. В результате произведенный бактерией гормон оказывается в окружающей среде, что существенно облегчает его очистку. После выхода из клетки сигнальная последовательность удаляется бактериальным ферментом и остается чистый гормон.
25.2.3. Бычий соматотропин (БСТ)
Бычий соматотропин (БСТ) — это гормон, близкий гормону роста человека. Он тоже вырабатывается в гипофизе и стимулирует клеточное деление у животных. Ген, кодирующий этот гормон, был встроен в геном бактерии тем же способом, что и гены инсулина и гормона роста. Благодаря этому БСТ в настоящее время получают в промышленных количествах в процессе ферментации.
Инъекции даже небольших доз БСТ коровам увеличивают продукцию молока на 25%, а массу скота, выращиваемого на мясо — на 10—15%. Несмотря на то, что при этом растут затраты на корм, суммарная прибыль увеличивается. Фермеры могут либо продавать больше молока, или (если они ограничены квотами) производить то же его количество, но дешевле (поскольку требуется меньше коров). По утверждению произво-
