Синтез РНК на матрице РНК

ДНК-зависимая РНК-полимераза может осуществлять транскрипцию ДНК нор­мальных клеток и ДНК-вирусов. Как же осуществляется синтез РНК у тех вирусов, которые в геноме вместо ДНК содержат РНК? Оказывается, в этих случаях ви­русная РНК индуцирует образование в клетках хозяина (например, у Е. coli) РНК-за­висимой РНК-полимеразы, которая участвует в репликации вирусной РНК (отсюда второе название фермента — РНК-репликаза). Фермент также использует нук-

леозидтрифосфаты для синтеза одноцепочечной вирусной РНК. Этот синтез должен пройти через стадию образования репликативной формы. Следовательно, на первой стадии РНК-репликаза на матрице РНК-вируса специфически строит комплементар­ную, с противоположной полярностью цепь РНК. Последняя на второй стадии слу­жит матрицей для синтеза РНК, совершенно однотипной исходной вирусной РНК; обе стадии катализируются одним и тем же ферментом, хотя в каждой из них участвуют различные белковые факторы. Следует особо подчеркнуть, что, поскольку РНК-репликаза имеет отношение только к вирусам, очевидно, на этом основании могут быть разработаны эффективные антивирусные лекарственные препараты.

Синтез РНК из нуклеозиддифосфатов. М. Грюнберг-Манаго и С. Очоа в 1955 г. в клетках Е. coli открыли особый фермент — полинуклеотид-фосфорилазу, — наделен­ный способностью синтеза полимерной молекулы РНК из однотипных или разных рибонуклеозиддифосфатов. Рибонуклеозидтрифосфаты и дезоксирибонуклеозидтри-фосфаты не являются субстратами фермента. Фермент не нуждается в матрице, однако для синтеза необходима затравочная цепь РНК со свободной З'-гидроксиль-ной группой, к которой присоединяются остатки мононуклеотидов. Образовавшаяся полимерная молекула РНК не имеет заданной специфической последовательности мононуклеотидов, но содержит У -* 5' фосфодиэфирные связи, легко разрываемые рибонуклеазой. Относительно биологический роли этого фермента у бактерий можно предположить его каталитическое фосфоролитическое действие на короткоживущие мРНК.

Полученные в последние годы в лаборатории С. С. Дебова данные свидетель­ствуют о более широком распространении полирибонуклеотид-фосфорилазы в живых организмах, чем это признавалось ранее. Фермент открыт также в клетках живот­ных. Кроме того, получены экспериментальные доказательства синтетической функ­ции полинуклеотид-фосфорилазы. Вполне правомерно допущение, что этот фермент может принимать участие в синтезе коротких полирибонуклеотидов в клетках эука-риот в норме и при некоторых экстремальных условиях.

Проблемы генетической инженерии. Целью генетической инженерии является полу­чение организмов (животных и растений) с новыми наследственными свойствами с помощью чисто лабораторных приемов. Для достижения этой пока еще отдален­ной цели необходимо ввести в организм соответствующий ген или гены. Ген, пред­ставленный определенным участком ДНК и соответствующий определенному белку, можно или выделить из другого организма, или синтезировать химическим или био­логическим путем. Впервые в 1969 г. из Е. coli был выделен участок ДНК с геном, ответственным за синтез фермента, катализирующего усвоение молочного сахара (лак­тозы), — так называемый лактозный оперон. Химический синтез гена аланиновой тРНК впервые осуществил Хар Гобинд Корана в 1970 г. Состоящий из 72 нуклеотидов, этот ген, однако, был лишен функциональной активности, так как в клетках тРНК синтезируется не в готовом виде, а в форме предшественника. Эти данные послу­жили для Кораны основой для синтеза уже гена предшественника тирозиновой тРНК (из 126 нуклеотидов), хотя сама тирозиновая тРНК состоит из 85 нуклеотидов. Ввиду громоздкости, а также недостаточной эффективности химического синтеза в последние годы все большее место занимают биологические методы синтеза генов при помощи обратной транскриптазы (ревертазы). Для этого необходимо иметь мРНК, с помощью которой можно воспроизвести соответствующий ген. С 1972 г. этим путем синтезированы ДНК-копии на мРНК, кодирующие синтез белка глобина (чело­века, кролика, мыши, голубя, утки), иммуноглобулина и белка хрусталика глаза. Однако на этом пути синтеза генов встречаются большие трудности, связанные с вы­делением из огромного разнообразия клеточных мРНК нужной для синтеза гена.

Следующий этап генетической инженерии — перенос генов в клетку — осуществля­ется тремя способами: трансформацией (перенос генов посредством выделенной из клеток и освобожденной от примесей ДНК), трансдукцией (перенос генов посредством вирусов) или гибридизацией клеток, полученных из разных орга-

низмов (высших животных, микроор­ганизмов и др.) (рис. 12.6 и 12.7). Заключительный этап этих экспери­ментов сводится к адаптации введен­ного гена в организме хозяина и почти не зависит от искусства экспери­ментатора.

Исследования в области генети­ческой инженерии могут служить ос­новой для решения практических за­дач здравоохранения и сельского хо­зяйства. Полученные в лаборатории гены, помимо широкого использова­ния в микробиологической промыш­ленности для приготовления лекар­ственных препаратов белковой при­роды (гормонов, ферментов и др.), возможно, смогут применяться при лечении многих наследственных за­болеваний (их насчитывается более 2000), генетический дефект которых точно известен пока только для не­большого числа (не более 50) болез­ней. Первые попытки применения лактозного оперона при галактозе-мии (наследственном заболевании, связанном с непереносимостью галак­тозы из-за отсутствия фермента гек-созо-1 -фосфатуридилилтрансферазы; см. главу 9) вселяют надежду на реальные практические возможности генетической инженерии, хотя вполне обоснованы тревога и опасения, свя­занные с вмешательством человека в сферу тончайших биологических процессов наследственного аппарата целостного организма. В последние годы, после бурного периода расцвета в генетической инженерии, наблю­дается некоторый спад, обусловлен­ный недостаточностью знаний о струк­туре и функционировании генома кле­ток эукариот. Переход от исследова­ний на клетках прокариот к исследова­ниям на клетках эукариот встретил ряд технических трудностей из-за мо-заичности структуры генов ДНК последних. В частности, открытие экзонов и интронов в геноме ДНК, открытие явления сплайсинга (фор­мирование зрелой матричной РНК) указывают на необходимость соблю­дения высочайшей точности проце­дуры вырезания необходимого гена

из ДНК генома соответствующими рестриктазами. В противном случае могут быть получены не структурные, транслируемые гены, а интроны или участки экзо-нов, не кодирующие белок. После того как были разработаны методы искусствен­ного синтеза и сшивки отдельных участков молекулы ДНК, появилась возможность конструирования и создания новых не известных ранее в природе организмов, с заранее заданными свойствами. Современная биотехнология явилась логическим развитием этого направления науки. Она сложилась на основе фундаментальных достижений биохимии и микробиологии, открыв широкие возможности для создания новых сортов растений, новых пород животных и т. д. Учитывая исключительную важность биотехнологии для народного хозяйства, в 1985 г. в нашей стране был создан межотраслевой научно-технический комплекс (МНТК) «Биоген». Комплекс при­зван обеспечить создание и организацию промышленного производства новых био­логически активных веществ и препаратов для медицины, ветеринарии, растение­водства, используя прогрессивные биотехнологические методы, в том числе методы клеточной и генетической инженерии.

Дата добавления: 2014-12-27