Применение трансгенных микроорганизмов

Генетически модифицированные микроорганизмы используются как продуценты ферментных препаратов и применяются в хлебопечении, пивоварении, молочной промышленности, сыроделии и других отраслях пищевой промышленности. Некоторые генетически модифицированные микробы эффективно используются для переработки промышленных отходов.

В мире производится более 300 лекарственных средств и вакцин, изготовленных с помощью генной инженерии.

Генетически модифицированные микроорганизмы используются в настоящее время для производства фармацевтических препаратов, вакцин, продуктов тонкого органического синтеза, пищевых добавок и других сопутствующих соединений пищевой промышленности. Вот только некоторые примеры продуктов микробного синтеза:

· Витамин B2 (краситель, рибофлавин E 101), витамин C (консервант, аскорбиновая кислота E 300);

· Загуститель ксантан (E 415), регулятор кислотности лимонная кислота (E 330);

· Консервант, натамицин (E 235), низин (E 234), лизоцим (E 1105);

· Аминокислоты: глутамат – усилитель вкуса и запаха (E621), аспартам - подсластитель (E 951) или цистеин (E 921), используются для улучшения качества пищевых продуктов и кормов;

· Ферменты, необходимые для производства сыров, хлеба, выпечки, алкогольных напитков, соков, сиропов, глюкозы, и других продуктов также во многих случаях получают при помощи генетически модифицированных микроорганизмов.

Генетическая инженерия позволяет существенно расширить возможности микробиологического производства, повысить микробную продуктивность и сделать биосинтез экономически более выгодным по сравнению с химическим производством. 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. Для получения 100 г кристаллического инсулина требуется 800-1000 кг поджелудочной железы, а одна железа коровы весит 200 - 250 грамм. Это делало инсулин дорогим и труднодоступным для широкого круга диабетиков. В 1978 году исследователи из компании "Генетек" впервые получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки, а с 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР. Инсулин состоит из двух полипептидных цепей А и В длиной 20 и 30 аминокислот. При соединении их дисульфидными связями образуется нативный двухцепочечный инсулин. Было показано, что он не содержит белков E. coli, эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается. Впоследствии в клетках E. coli был осуществлен синтез проинсулина, для чего на матрице РНК с помощью обратной транскриптазы синтезировали ее ДНК-копию. После очистки полученного проинсулина его расщепили и получили нативный инсулин, при этом этапы экстракции и выделения гормона были сведены к минимуму. Из 1000 литров культуральной жидкости можно получать до 200 граммов гормона, что эквивалентно количеству инсулина, выделяемого из 1600 кг поджелудочной железы свиньи или коровы.

Соматотропин - гормон роста человека, секретируемый гипофизом. Недостаток этого гормона приводит к гипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4 - 6 мг соматотропина в пересчете на конечный фармацевтический препарат. Таким образом, доступные количества гормона были ограничены, кроме того, гормон, получаемый этим способом, был неоднороден и мог содержать медленно развивающиеся вирусы. Компания "Генетек" в 1980 году разработала технологию производства соматотропина с помощью бактерий, который был лишен перечисленных недостатков. В 1982 году гормон роста человека был получен в культуре E. coli и животных клеток в институте Пастера во Франции.

При производстве интерферона используют как E. coli, S. cerevisae (дрожжи), так и культуру фибробластов или трансформированных лейкоцитов животных или человека. Аналогичными методами получают также безопасные и дешевые вакцины.

В настоящее время Россия импортирует значительный объем фармацевтической продукции, производимой на основе трансгенных технологий, например, ГМ-продукты используемые в современной косметологии (гликолевая кислота, широко применяется в химическом пилинге и получается с помощью ГМ-технологий).

Использование трансгенных микроорганизмов - продуцентов фитаз - для получения экологически безопасных фосфорных удобрений всецело соответствует понятию «best available technology (BAT)».

Фитаты (инозитол гексафосфат, ИГФ) – наиболее распространенная форма органического фосфора почвы, составляющая почти 50% от общего органического фосфора. Фитаты аккумулируются в почве в течение времени. Параллельно этому процессу идут процессы их минерализации. Однако растения обладают небольшой способностью извлекать фосфор из фитатов. Пониженная способность растений извлекать фосфор из фитатов в значительной мере связана с ограниченной способностью корней растений гидролизовать ИГФ.

Энзимы, специфически катализирующие гидролиз фитатов, – фитазы – обнаружены у растений и микроорганизмов. Биодоступность фосфора фитатов для растений повышается при внесении в почву микроорганизмов-продуцентов фитаз или очищенной фитазы.

Фитазы микробного происхождения повышают биодоступность фосфора, содержащегося в фитатах. X. Li и коллеги создали трансгенный штамм Bacillus mucilaginosus с повышенной способностью гидролизовать фитатный фосфор. Фитазная активность генно-инженерного штамма превышала таковую дикого штамма D 4 B 1 в 36-46 раз. Разработчики полагают, что данный штамм может быть использован для получения фосфорных удобрений.

Известны гены, которые контролируют синтез белков, разрушающих пестициды, гербициды, нефтепродукты и т.п. Введение этих генов в быстро размножающиеся микроорганизмы позволяет использовать их для очистки окружающей среды. Бактерии, выедающие токсины их бензина. Создание микропленок для очистки воды или газов.

Контрольные вопросы:

1. Дать определение генотипа и фенотипа.
2. В чем проявляется полуконсервативный характер репликации ДНК?
3. Назвать два этапа синтеза белка.
4. Чем отличается модификационная изменчивость от мутационной (от рекомбинационной)?
5. Генетическая инженерия и ее использование в биотехнологии

skip to: page content | links on this page | site navigation | footer (site information)

Дата добавления: 2014-01-05