Основы биотехнологии и ее научно-производственная база
К биотехнологии относится трансплантация эмбрионов, получение трансгенных организмов, клонирование.
Стэнли Коэн и Герберт Бойер в 1973 г. разработали метод переноса гена из одного организма в другой. Коэн писал: « .есть надежда, что удастся ввести в Е. coli гены, ассоциированные с метаболическими или синтетическими функциями присущими другим биологическим видам, например, гены фотосинтеза или продукции антибиотиков». С их работы началась новая эра в молекулярной биотехнологии. Было разработано большое число методик, позволяющих 1) идентифицировать 2) выделять; 3) давать характеристику; 4) использовать гены.
В 1978 г. сотрудники фирмы «Genetech» (США) впервые выделили последовательности ДНК, кодирующие инсулин человека, и перенесли их в клонирующие векторы, способные реплицироваться в клетках Escherichia coli. Этот препарат мог использоваться больными диабетом, у которых наблюдалась аллергическая реакция на инсулин свиньи.
В настоящее время молекулярная биотехнология дает возможность получать огромное количество продуктов: инсулин, интерферон, «гормоны роста», вирусные антигены, огромное количество белков, лекарственных препаратов, низкомолекулярные вещества и макромолекулы.
Несомненные успехи в использовании индуцированного мутагенеза и селекции для улучшения штаммов-продуцентов при производстве антибиотиков и т.д. стали еще более значимы с использованием методов молекулярной биотехнологии.
Основные вехи развития молекулярной биотехнологии представлены в таблице 1.
Таблица 1. История развития молекулярной биотехнологии (Глик, Пастернак, 2002)
|
Дата |
Событие |
|
1917 |
Карл Эреки ввел термин «биотехнология» |
|
1943 |
Произведен пенициллин в промышленном масштабе |
|
1944 |
Эвери, Мак Леод и Мак Карти показали, что генетический материал представляет собой ДНК |
|
1953 |
Уотсон и Крик определили структуру молекулы ДНК |
|
1961 |
Учрежден журнал «Biotechnology and Bioengineering» |
|
1961-1966 |
Расшифрован генетический код |
|
1970 |
Выделена первая рестрицирующая эндонуклеаза |
|
1972 |
Коран и др. синтезировали полноразмерный ген тРНК |
|
1973 |
Бойер и Коэн положили начало технологии рекомбинантных ДНК |
|
1975 |
Колер и Мильштейн описали получение моноклональных антител |
|
1976 |
Изданы первые руководства, регламентирующие работы с рекомбинантными ДНК |
|
1976 |
Разработаны методы определения нуклеотидной последовательности ДНК |
|
1978 |
Фирма «Genetech» выпустила человеческий инсулин, полученный с помощью Е.coli |
|
1980 |
Верховный суд США, слушая дело Даймонд против Чакрабарти, вынес вердикт, что микроорганизмы, полученные генно-инженерными методами, могут быть запатентованы |
|
1981 |
Поступили в продажу первые автоматические синтезаторы ДНК |
|
1981 |
Разрешен к применению в США первый диагностический набор моноклональных антител |
|
1982 |
Разрешена к применению в Европе первая вакцина для животных, полученная по технологии рекомбинантных ДНК |
|
1983 |
Для трансформации растений применены гибридные Ti –плазмиды |
|
1988 |
Выдан патент США на линию мышей с повышенной частотой возникновения опухолей, полученную генно – инженерными методами |
|
1988 |
Создан метод полимеразной цепной реакции (ПЦР) |
|
1990 |
В США утвержден план испытаний генной терапии с использованием соматических клеток человека |
|
1990 |
Официально начаты работы над проектом «Геном человека» |
|
1994-1995 |
Опубликованы подробные генетические и физические карты хромосом человека |
|
1996 |
Ежегодный объем продаж первого рекомбинантного белка (эритропоэтина) превысил 1 млрд. долларов |
|
1996 |
Определена нуклеотидная последовательность всех хромосом эукариотического микроорганизма |
|
1997 |
Клонировано млекопитающее из дифференцированной соматической клетки |
В настоящее время в мире существует более 3000 биотехнологических компаний. В 2004 г. в мире было произведено биотехнологической продукции более чем на 40 млрд. долларов.
2. Генная инженерия
Важной составной частью биотехнологии является генетическая инженерия. Родившись в начале 70-х годов, она добилась сегодня больших успехов. Методы генной инженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в «фабрики» для масштабного производства любого белка. Это дает возможность детально анализировать структуру и функции белков и использовать их в качестве лекарственных средств. В настоящее время кишечная палочка (E. coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин. Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока.5
Генная инженерия - раздел молекулярной биотехнологии, связанный с осуществлением переноса генетического материала (ДНК) из одного организма в другой. 6
Термин «генетическая инженерия» появился в научной литературе в 1970 г., а генетическая инженерия как самостоятельная дисциплина - в декабре 1972 г., когда П. Берг и сотрудники Стенфордского университета (США) получили первую рекомбинантную ДНК, состоящую из ДНК вируса SV40 и бактериофага λdvgal. В нашей стране благодаря развитию молекулярной генетики и молекулярной биологии, а также правильной оценке тенденций развития современной биологии 4 мая 1972 г. в Научном центре биологических исследований Академии наук СССР в г. Пущино (под Москвой) состоялось первое рабочее совещание по генетической инженерии. С этого совещания и ведется отсчет всех этапов развития генетической инженерии в России.
