§ 42-1. Трансгенныя жывёлы. Генадыягностыка і генатэрапія. Клетачная інжынерыя

*Вы ўжо ведаеце, што ў клеткі бактэрый, грыбоў і раслін можна ўвесці і заставіць функцыянаваць гены розных арганізмаў. Распрацаваны таксама і метады стварэння генна-інжынерных канструкцый, прыдатных для ўвядзення генетычнай інфармацыі ў клеткі жывёл і чалавека.

Для гэтых мэт выкарыстоўваюцца бактэрыяльныя плазміды, у якія першапачаткова з дапамогай рэстрыктаз і лігаз убудоўваюць гены, прызначаныя для ўвядзення ў клеткі жывёл. Потым такія плазміды ўводзяць у клеткі бактэрый, часцей за ўсё лабараторных штамаў кішэчнай палачкі (гл. мал. 41.1). Атрыманы такім чынам штам выкарыстоўваюць для напрацоўкі патрэбнай колькасці ДНК, якая змяшчае патрэбны ген. Такая працэдура называецца кланіраванне гена і звычайна выкарыстоўваецца не толькі для атрымання трансгенных жывёл, але і для атрымання  іншых генетычна мадыфікаваных арганізмаў.

На наступным этапе кланіраваны ген пераносяць з бактэрыяльных плазмід у асаблівыя малекулы ДНК, якія могуць забяспечыць падтрыманне і рэалізацыю генетычнай інфармацыі ў клетках жывёл. Часцей за ўсё для такіх мэт выкарыстоўваюцца нуклеінавыя кіслоты пэўных вірусаў жывёл ці чалавека. Потым атрыманыя такім чынам малекулы ўводзяць у клеткі жывёл.*

Атрыманне і прымяненне трансгенных жывёл. Генетычная інжынерыя жывёл — найбольш складаны з усіх біятэхналагічных напрамкаў. Гэта звязана з адсутнасцю ва ўсіх пазваночных жывёл бясполага размнажэння, а ў млекакормячых — яшчэ і з немагчымасцю развіцця патомства па-за мацярынскім арганізмам. Аднак біятэхналогія XXI ст. здолела пераадолець гэтыя цяжкасці.

У цяперашні час распрацаваны метады ўвядзення дадатковай генетычнай інфармацыі ў клеткі практычна любых арганізмаў. Але атры­маць трансгеннае млекакормячае магчыма толькі з выкарыстаннем складаных метадалагічных падыходаў. Найбольш паспяховым з’яў­ляецца метад мікраін’екцый у мужчынскі прануклеус.

Для ажыццяўлення мікраін’екцый выкарыстоўваюць клеткі, атрыманыя адразу пасля зліцця яйцаклеткі і сперматазоіда. У млекакормячых пасля зліцця палавых клетак на працягу некалькіх гадзін ядры сперматазоіда і яйцаклеткі (мужчынскі і жаночы прануклеусы адпаведна) застаюцца не злітымі. У мужчынскі прануклеус з дапамогай спецыяльнага прыбора ўво­дзяць малекулы ДНК, якія змяшчаюць патрэбныя гены. Праз некаторы час адбываецца зліццё прануклеусаў, і зігота пачынае дзяліцца. Такія зіготы ўводзяцца ў матку спецыяльна падрыхтаванай самкі (сурагатнай маці). Праз адведзены для выношвання плода тэрмін нараджаецца трансгеннае дзіцяня. Такім спосабам можна атрымаць трансгенную жывёлу практычна любога віду млекакормячых.

Трансгенных жывёл атрымліваюць для навуковых і практычных мэт. У прыватнасці, на лабараторных трансгенных мышах створаны мадэлі цэлага шэрага спадчынных захворванняў чалавека. На такіх жывёлах адпрацоўваюцца магчымыя шляхі прадухілення гэтых захворванняў і аказання хворым медыцынскай дапамогі.

Некаторыя бялкі чалавека не атрымліваецца напрацоўваць з выкарыстаннем бактэрый, грыбоў ці культур клетак жывёл. У гэтым выпадку метадам мікраін’екцый можна атрымаць жывёлу, у малацэ якой будзе змяшчацца бялок медыцынскага прызначэння (мал. 42-1.1). Прыкладам можа служыць адзін з фактараў згусання крыві чалавека, які неабходна перыядычна ўводзіць хворым на гемафілію. Па разліках вучоных, статак трансгенных жывёл (напрыклад, авечак) з колькасцю каля сотні асобін будзе здольны забяспечыць неабходным бялком усіх гемафілікаў свету. Такіх жывёл называюць жывёламі-біярэактарамі.

*Для рашэння праблемы стварэння такіх статкаў распрацаваны і выпрабоўваецца метад кланіравання жывёл (не блытаць з ужо вядомым вам кланіраваннем генаў). Паколькі атрыманне кожнай трансгеннай жывёлы з патрэбнымі ўласцівасцямі ўяўляе сабой складаную задачу, мяркуецца атрымліваць дакладныя генетычныя копіі (клоны) аднойчы атрыманых асобін. Гэта можна зрабіць згодна з наступнай схемай (мал. 42-1.2).

З дапамогай спецыяльнага прыбора з яйцаклеткі здабываюць яе ядро. Затым у яе ўводзяць ядро саматычнай клеткі той жывёлы, якую трэба кланіраваць. Ствараюць умовы, пры якіх такая былая яйцаклетка (а зараз псеўдазігота), пачне дзяліцца. Як вядома, дзяленне зіготы (драбленне) — гэта пачатак развіцця эмбрыёна. Такія эмбрыёны пераносяць у матку сурагатнай маці. Пры ўдалай трансплантацыі ў сценку маткі эмбрыён будзе развівацца як звычайны плод. У выніку народзіцца дзіцяня — дакладная генетычная копія таго арганізма, з клеткі якога было ўзята ядро.

Кланіраваць можна (і неабходна!) не толькі трансгенных жывёл. У сучаснай жывёлагадоўлі даўно і паспяхова ўжываецца штучнае асемяненне. Для атрымання высокапрадукцыйных жывёл пэўнай пароды выкарыстоўваецца сперма самцоў-вытворнікаў. Сёння ў мностве гаспадарак такой спермай штучна апладняюць палаваспелых самак.

*Вытворцамі называюць тых жывёл, у генатыпе якіх абавязкова (і пажадана ў гомазіготным стане) прысутнічаюць гены, якія вызначаюць асноўныя пародныя прыметы. Нашчадкі, якія атрымліваюцца ад такіх вытворцаў, наследуюць толькі палову іх высокакаштоўнага генатыпа. Кланіраванне ж такога вытворцы можа даць дакладную копію, якая захоўвае ўвесь генатып.*

У межах генетычнай інжынерыі жывёл вядуцца работы не толькі па млекакормячых. Распрацоўваюцца больш эфектыўныя метады атрымання трансгенных птушак і рыб.  

У селекцыйнай рабоце з сельскагаспадарчай птушкай асноўнымі напрамкамі з’яўляюцца атрыманне парод з палепшаным саставам мяса і яек, а таксама ўстойлівых да інфекцыйных захворванняў. Праводзяц­ца эксперыменты па стварэнні птушак-біярэактараў, у яйках якіх бялок птушыны альбумін быў бы часткова заменены на бялок медыцынскага ці ветэрынарнага прызначэння.

Для вывядзення парод рыб таксама выкарыстоўваюцца метады ге­нетычнай інжынерыі. Так, у геном атлантычнага ласося быў уведзены ген гармону росту аднаго з відаў ціхаакіянскага ласося. Вынікам стала стварэнне ласося, які расце ў 2 разы хутчэй, чым рыбы зыходнай пароды (мал. 42-1.3). Яшчэ адным дасягненнем генетычнай інжынерыі рыб стала стварэнне парод акварыумных рыбак, якія свецяцца ў цемнаце. Для гэтага былі выкарыстаны гены медуз і каралаў, што кадзіруюць рознакаляровыя бялкі, якія свецяцца  (мал. 42-1.4).

Генвдыягностыка і генатэрапія. Сучасная малекулярная біялогія стварае асновы для паспяховага вырашэння праблемы спадчынных захворванняў чалавека. *Распрацаваныя метады аналізу геномаў і атрымання трансгенных жывёл цалкам прымянімы і да чалавека як прадстаўніка класа Млекакормячыя. У цяперашні час  людзі,  якія плануюць уступленне ў шлюб,  маюць магчымасць вызначыць у сябе наяўнасць генаў, што могуць прывесці да спадчынных хвароб іх будучых дзяцей. Такая генадыягностыка дапамагае прыняць рашэнне пра стварэнне сям'і і планаваць нараджэнне дзіцяці.*

Звесткі пра мутантныя гены, якія вызначаюць спадчынныя хваробы, увесь час назапашваюцца ў адпаведных базах даных. Гэта дазваляе з выкарыстаннем трансгенных лабараторных жывёл мадэляваць спадчынныя захворванні людзей і на аснове гэтага распрацоўваць метады аказання дапамогі. Сут­насць так званай генатэрапіі заключаецца ў замене дэфектнага гена, які прыводзіць да хваробы, на нармальны. Для гэтага можна выкарыстоўваць два асноўныя па­дыходы.

У першым выпадку ДНК, якая нясе нармальны ген, уводзяць непасрэдна ў тканкі пэўных органаў чалавека, што мае спадчынную паталогію. У другім выпадку з паталагічна змененага органа чалавека хірургічна здабываюць невялікую колькасць клетак. Увядзенне ДНК з нармальным генам ажыццяўляюць у лабараторных умовах, размнажаюць клеткі, якія атрымалі нармальны ген, на пажыўных асяроддзях і затым уводзяць гэтыя клеткі ў адпаведны орган пацыента.

Абодва падыходы выкарыстоўваюцца ў дачыненні толькі да тых органаў, у якіх адбываецца пастаяннае аднаўленне клетак. Поспех лячэння залежыць ад таго, наколькі эфектыўна будзе адбывацца замена зыходных дэфектных клетак на клеткі, якія нясуць нармальны ген.

Клетачная інжынерыя — напрамак сучаснай біятэхналогіі, які заключаецца ў атрыманні арганізмаў з новымі ўласцівасцямі шляхам камбінавання асобных кампанентаў клетак. Так, напрыклад, можна пераносіць з клетак аднаго арганізма ў клеткі другога пэўныя арганоіды ці замяняць у клетках ядры.

Да клетачнай інжынерыі належыць і саматычная гібрыдызацыя, г. зн. зліццё саматычных клетак у лабараторных умовах. З дапамогай дадзенага метаду ствараюць, напрыклад, міжвідавыя гібрыды раслін, якія нельга атрымаць шляхам звычайнага скрыжавання.

Для гэтага ізаляваныя раслінныя клеткі апрацоўваюць ферментамі, якія разбураюць клетачную сценку. Затым змешваюць апрацаваныя такім чынам клеткі двух розных відаў раслін. Дабаўляюць рэчывы, якія спрыяюць зліццю клетак, і ствараюць умовы для аднаўлення клетачных сценак. У далейшым з асобных гібрыдных клетак на спецыяльных пажыўных асяроддзях вырошчваюць гібрыдныя расліны. Такім шляхам былі атрыманы, напрыклад, гібрыды слівы і чарэшні, вішні і чарэшні і інш.  *Аднак трэба адзначыць, што на сённяшні дзень прамысловыя сарты на аснове такіх гібрыдаў яшчэ не атрыманы.*