Біотехнології

Біотехнології. Генетична інженерія Потенційна небезпека широкого впровадження біотехнології.

 

Біотехноло́гія — використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві. Біотехнологія — міждисциплінарна галузь, що виникла на стику біологічних, хімічних і технічних наук. З розвитком біотехнології пов’язують вирішення глобальних проблем людства — ліквідацію нестачі продовольства, енергії, мінеральних ресурсів, поліпшення стану охорони здоров’я і якості навколишнього середовища.

Біологічний метод полягає у використанні для захисту рослин від шкідливих організмів їх природних ворогів (хижаків, паразитів, гербофагів, антагоністів), продуктів їх життєдіяльності (антибіотиків, феромонів, ювеноїдів, біологічно активних речовин) та ентомопатогенних мікроорганізмів з метою зменшення їх чисельності та шкодочинності і створення сприятливих умов для діяльності корисних видів у агробіоценозах, тобто застосування «живого проти живого». Позитивним фактором у застосуванні біологічного методу є його екологічність. Біологічні засоби можна використовувати без обмеження кратності застосування, в той час як кількість обробок рослин хімічними пестицидами суворо регламентована. Біологічний метод захисту рослин — сучасна фундаментальна прикладна галузь знань, головною метою якої є отримання високоякісної екологічної продукції і збереження природного різноманіття сільськогосподарських культур. Біологічний захист рослин ґрунтується на системному підході, комплексній реалізації двох основних напрямків: збереження і сприяння діяльності природних популяцій корисних видів (ентомофагів, мікроорганізмів), самозахисту культурних рослин в агробіоценозах та поновлення агробіоценозів корисними видами, яких в них не вистачає або тих, які відсутні. Принциповою відміною біологічного методу захисту рослин від будь-якого іншого є використання саме першого напрямку, який здійснюють, застосовуючи біологічні препарати, способами сезонної колонізації, інтродукції та акліматизації зоофагів і мікроорганізмів. Розмноженню і ефективності діяльності корисних видів сприяють агробіотехнічні заходи, та деякі способи обробітку ґрунту за допомогою яких можна створювати сприятливі умови для життєдіяльності зоофагів. Безвідвальна оранка бурячищ призводить до накопичення ценокрепіса — паразита бурякового довгоносика. Створення умов для додаткового живлення дорослих комах підсилює діяльність зоофагів. Підсів нектароносів поряд з посівами сільськогосподарських культур і створення квітучого конвеєра (фацелії, віки, рапсу, гірчиці, гречки тощо) сприяють накопиченню для додаткового живлення і збільшенню чисельності анафеса — паразита п’явиць і щитоносок, мух дзюрчалок, золотоочок хижаків попелиць, ускакни паразита горохової зернівки, апантелесів, птеромалюса, ернестії паразитів лускокрилих на капусті. Додаткове живлення нектаром і пилком продовжує життя і збільшує плодючість багатьох зоофагів. Важливим агротехнічним заходом є вирощування стійких до шкідливих організмів сортів культурних рослин, що сприяє формуванню слабожиттєздатних популяцій шкідників. Кожен з основних засобів біологічного методу (застосування зоофагів, корисних в захисті рослин мікроорганізмів) має свої особливості і виявляє ефективність у відповідних умовах. Ці засоби не виключають, а доповнюють один одного. Нині особливу увагу приділяють пошуку шляхів спільного застосування біологічного захисту з іншими методами в інтегрованих системах захисту рослин від шкідливих організмів. Основним завданням даного методу є вивчення умов, які визначають ефективність природних ворогів шкідливих організмів і розробка способів регулювання їх чисельності і взаємовідносин з популяціями шкідливих організмів.

В наш час найбільша увага приділяється вивченню і використанню антагоністів і продуктів їх життєдіяльності — антибіотиків. Як антагоністи багатьох фітопатогенів добре вивчені і застосовуються гриби роду Trichoderma. Вони поширені в ґрунтах різних типів і продукують антибіотики — гліотоксин, віридин, триходермін, соцукацилін, аламецин тощо, які мають антибактеріальні і антигрибні властивості. На основі цих збудників створено препарат триходермін — БЛ. Проти борошнистої роси огірка в захищеному ґрунті пропонується препарат бактофіт на основі бактерії Bacillus subtilis. Важлива роль у біологічному захисті рослин від хвороб відведена мікрофільним грибам — над паразитам (роду Ampelomyces, Trichothecium). Незавершений гриб Trichothecium roseum Lin утворює антибіотик трихотецин, який пригнічує розвиток і ріст багатьох грибів — збудників борошнистої роси огірків, моніліозу тощо. На його основі створений біологічний препарат трихотецин. Фітобактеріоміцин (ФБМ), продукт життєдіяльності Actinomyces lavendulae, рекомендований проти бактеріозів квасолі, кореневих гнилей пшениці, коренеїда цукрових буряків, слизового та судинного бактеріозу капусти. Біологічний метод боротьби з бур’янами вперше було застосовано проти чагарника лантани на Гавайських островах червеця Orthezia insignis Pung. В Україні біологічний захист застосовується проти паразитичної безхлорофільної рослини вовчка, яка уражує понад 120 видів культурних рослин, а найбільше соняшник. Серед організмів, які зменшують чисельність вовчка, найактивнішою є муха фітоміза. Нині великого значення набуває боротьба з амброзією полинолистою, яка поширюється в Україні на орних землях, пасовищах, луках, узбіччях доріг. В 1978 році проти неї був використаний інтродукований з Північної Америки амброзієвий листоїд. В цьому напрямку була проведена велика робота вченими інституту зоології АН РФ. Генетичний метод боротьби з шкідливими організмами був розроблений і запропонований А. С. Серебровським (1938, 1950). Цей метод передбачає насичення природної популяції шкідника генетично неповноцінними особинами того ж виду. Самки природної популяції, спаровуючись з такими особинами, відкладають нежиттєздатні яйця, не дають потомства, відбувається самознищення шкідника. Генетичний метод здійснюється способами променевої і хімічної стерилізації. Спосіб променевої стерилізації передбачає масове розведення шкідників, опромінення їх (гамма-променями, рентгенівськими променями) і наступний випуск в плодові насадження, посіви сільськогосподарських культур. У опромінених особинах виникають пошкодження хромосомного апарату. При хімічній стерилізації у якості стерилізаторів використовуються хімічні речовини, які належать до алкилючих сполучень, антиметаболітів і антибіотиків. Перші викликають статеву стерильність самок і самців, антиметаболіти обумовлюють стерильність самок. Генетичний метод боротьби був застосований у 1954 році проти сірої м’ясної мухи на острові Кюрасао, яка наносить великої шкоди тваринництву. Випуск стерилізованих особин був успішним. Генетичному методу боротьби притаманна вибірковість, його застосування не зв’язане з негативним впливом на довкілля і не сприяє з’явленню стійкості до факторів стерилізації.

Історія біотехнології

З найдавніших часів людина використовувала біотехнологічні процеси при хлібопеченні, готуванні кисломолочних продуктів, у виноробстві тощо, але лише завдяки роботам Луї Пастера в середині 19 століття, що довели зв’язок процесівбродіння з діяльністю мікроорганізмів, традиційна біотехнологія одержала наукову основу. У 40-50-ті роки 20 ст., коли був здійснений біосинтез пеніцилінів методами ферментації, почалася ера антибіотиків, що дала поштовх розвитку мікробіологічного синтезу і створенню мікробіологічної промисловості. У 60-70-ті р. 20 ст. почала бурхливо розвиватися клітинна інженерія. Зі створенням у 1972 групою П. Берга в США першої гібридної молекули ДНК in vitro формально пов’язане народження генетичної інженерії, що відкрила шлях до свідомої зміни генетичної структури організмів таким чином, щоб ці організми могли робити необхідні людині продукти і здійснювати необхідні процеси. Ці два напрямки визначили образ нової біотехнології, що має мало загального з тією примітивною біотехнологією, що людина використовувала протягом тисячоріч. Показово, що в 1970-ті рр. одержав поширення і самий термін біотехнологія. З цього часу біотехнологія нерозривно пов’язана з молекулярною і клітинною біологією, молекулярною генетикою, біохімією і біоорганічною хімією. За стислий період свого розвитку (25-30 років) сучасна біотехнологія не тільки домоглася істотних успіхів, але і продемонструвала необмежені можливості використання організмів і біологічних процесів у різноманітних галузях виробництва і народного господарства.

Біотехнологія — це комплекс фундаментальних і прикладних наук, технічних засобів, спрямованих на одержання і використання клітин мікроорганізмів, тварин і рослин, а також продуктів їх життєдіяльності: ферментів, амінокислот,вітамінів, антибіотиків та ін.

Біотехнологія, яка включає промислову мікробіологію, базується на використанні знань і методів біохімії, мікробіології,генетики і хімічної технології, що дає змогу діставати користь у технологічних процесах із властивостей мікроорганізмів таклітинних культур. Що стосується сучасніших біотехнологічних процесів, то вони базуються на методах рекомбінантних ДНК, а також на використанні іммобілізованих ферментів, клітин і клітинних органел.

Основні напрямки досліджень:

·      Розроблення наукових основ створення нових біотехнологій за допомогою методів молекулярної біології, генетичної та клітинної інженерії.

·      Одержання й використання біомаси мікроорганізмів і продуктів мікробіологічного синтезу.

·      Вивчення фізико*хімічних та біохімічних основ біотехнологічних процесів.

·      Використання вірусів для створення нових біотехнологій.

Біотехнологія застосовується навколо нас у багатьох предметах щоденного вжитку — від одягу, який ми носимо, до сиру, який ми споживаємо. Протягом століть фермери, пекарі та пивовари використовували традиційні технології для зміни та модифікації рослин та продуктів харчування — пшениця може слугувати давнім прикладом, а нектарин — одним з останніх прикладів цього. Сьогодні біотехнологія використовує сучасні наукові методи, які дозволяють покращити чи модифікувати рослини, тварини, мікроорганізми з більшою точністю та передбачуваністю.

Споживачі повинні мати можливість вибору з якомога ширшого переліку безпечних продуктів. Біотехнологія може надати споживачам можливість такого вибору — не лише в сільському господарстві, але також в медицині та паливних ресурсах.

Біотехнологія пропонує величезні потенційні переваги. Розвинуті країни та країни, що розвиваються, повинні бути прямо зацікавлені у підтримці подальших досліджень, спрямованих на те, щоб біотехнологія могла повністю реалізувати свій потенціал.

Біотехнологія допомагає довкіллю. Дозволяючи фермерам зменшити кількість пестицидів та гербіцидів, біотехнологічні продукти першого покоління призвели до зменшення їх використання в сільськогосподарській практиці, а майбутні продукти біотехнологій повинні принести ще більше переваг. Зменшення пестицидного і гербіцидного навантаження означає менший ризик токсичного забруднення ґрунтів та ґрунтових вод. Окрім того, гербіциди, які застосовуються в поєднанні з генетично модифікованими рослинами, часто є безпечнішими для довкілля, аніж гербіциди попереднього покоління, на зміну яким вони приходять. Культури, виведені методами біоінженерії, також ведуть до ширшого застосування безвідвальної обробки ґрунту, що в кінцевому рахунку призводить до зменшення втрат родючості ґрунту.

Величезний потенціал біотехнологія має і в боротьбі з голодом. Розвиток біотехнологій пропонує значні потенційні переваги для країн, що розвиваються, де понад мільярд жителів планети живуть в бідності та страждають від хронічного голоду. Через зростання врожайності та виведення культур, стійких до хвороб та посухи, біотехнологія може зменшити брак їжі для населення планети, яке станом на 2025 рік складатиме понад 8 мільярдів чоловік, що на 30 % більше ніж сьогодні. Вчені створюють сільськогосподарські культури з новими властивостями, які допомагають їм виживати у несприятливих умовах посух та повеней.

Біотехнологія допомагає боротися з хворобами. Розвиваючи та покращуючи медицину, вона дає нові інструменти у боротьбі з ними. Саме біотехнологія дала нам медичні методи лікування кардіологічних хвороб: склерозу, гемофілії,гепатиту, та СНІДу. Сьогодні створюються біотехнологічні продукти харчування, які зроблять дешевими та доступними для найбіднішої частини населення планети життєво необхідні вітаміни та вакцини.

Біотехнологія може привнести значні переваги у сферу охорони здоров’я. Збільшуючи поживну цінність їжі, біотехнологія може використовуватися для покращення якості харчування. Наприклад, зараз створюються сорти рису та кукурудзи з підвищеним вмістом білків. У майбутньому споживачі зможуть скористатися олією із зменшеним вмістом жирів, яку буде отримано з генетично модифікованих кукурудзи, сої, ріпаку. Крім того, генетична інженерія може використовуватися для виробництва продуктів харчування з підвищеним рівнем вітаміну А, що допоможе розв’язати проблему сліпоти у країнах, що розвиваються. Генетична інженерія також пропонує інші переваги для здоров’я, адже сьогодні створено методи, які дозволяють видаляти певні алергенні протеїни з продуктів харчування або уникати їх передчасного псування.

Біотехнологічні продукти, які створені та зареєстровані в Сполучених Штатах Америки відповідними регулюючими органами, є повністю безпечними. Наявна на сьогодні інформація свідчить про те, що продукти біотехнологій, які на сьогодні комерціалізовані, такі ж безпечні для людини та для довкілля, як і традиційні продукти харчування. Регулюючі органи в Сполучених Штатів Америки постійно вдосконалюють свої процедури щодо гарантування безпеки біотехнологічних продуктів, і якби були наукові докази того, що біотехнологічні продукти складають загрозу для здоров’я людини, то на сьогодні таких продуктів не було б на ринках США.

Блокування торгівлі цілком безпечними сільськогосподарськими продуктами зменшує можливість вибору для споживача, змушує його сплачувати вищу ціну за основні продукти та затримує подальші наукові дослідження, спрямовані на розробку біотехнологічних продуктів, що мають нові переваги.

Справжня наука залишається найкращою базою для прийняття рішень щодо безпеки для людини та довкілля. При цьому не повинні ігноруватися законні побоювання щодо можливих впливів на довкілля, яке нас оточує. Сполучені Штати Америки відкриті до діалогу, який базується на наукових даних, і проходить за участю всіх зацікавлених сторін. В той же час громадськість не повинна позбавлятися права на вибір нових продуктів внаслідок дезінформації, яка викликає безпідставні страхи.

Точна та достовірна інформація стосовно безпеки біотехнологічних продуктів повинна бути доступна всьому населенню. Прозорість прийняття рішень є центральною для зростання рівня довіри суспільства до науки. Сполучені Штати Америки вірять у важливість та необхідність реагування на побоювання певної частини суспільства щодо біотехнологій та закликають усі країни до надання точної та повної інформації щодо безпеки цих продуктів.

Хвороби рослин, включаючи грибкові та вірусні, можуть знищити врожай та суттєво знизити якість продукції. Щоб зменшити економічні втрати від хвороб, фермери мусять збільшувати площі для отримання потрібного врожаю. Це збільшення посівної площі, пального, води та добрива, тягнуть витрати, які потім будуть відшкодовувати покупці.

До того ж, багато фермерів борються з вірусними хворобами шляхом знищення шкідників, таких як попелиця, що розповсюджує хворобу. Хімічні інсектициди сприяють підвищенню цін та ресурсів, необхідних для відшкодування наслідків захворювань

Не всі фермери мають можливість дозволити собі традиційні методи боротьби з хвороб. А дорогі хімічні препарати є недоступними у багатьох частинах світу, а саме у Африки, де, наприклад, є певний вірус, який часто знищує дві третини врожаю батату.

Біотехнологія надає можливість отримувати сорти, захищені від певних різновидів вірусів. Шляхом перенесення маленької частки ДНК від вірусу до генетичної структури рослини, дослідники отримують сорти, у яких є імунітет до певних хвороб.

Захищені від хвороб сорти надають сільськогосподарські, економічні переваги фермерам, та не забруднюють навколишнє середовище. Фермери зможуть боротися з комахами, які розповсюджують вірусні хвороби, та, таким чином, захистити свої врожаї. Фермери мають можливість вирощувати вищі врожаї на тій же площі, та зменшувати витрати ресурсів, таких як: робоча сила, добрива, пестициди, насіння та обладнання. Ці переваги дозволяють фермерам обробяти додаткові площі, або збільшувати врожай на одиницю площі і, як наслідок, дозволяє їм збільшити законсервовані площі.

Використовуючи біотехнологію, дослідники сьогодні працюють, щоб захистити люцерну, диню мускусну, кукурудзу, огірки,виноград, картоплю, сою, гарбузи і томати від вірусних хвороб, а також перець та томати від грибкових захворювань.

Закони, на яких базується перенесення генетичних рис, були загадкою ще 150 років тому, коли Грегор Мендель вперше почав вивчати спадковість культурних рослин. Досліджуючи ретельно підготовлені експерименти та математичні обрахунки, Мендель прийшов до висновку, що певні невидимі частинки зберігають спадкові риси, та що ці риси переходять з покоління у покоління. Вчений світ виявив неспроможним усвідомити дивовижність мендельського відкриття ще деякий час після смерті великого вченого, але його праці лягли в основу біотехнології.

У 1950-х рр. біологи здобули великих успіхів у вивченні спадковості. Завдяки з опису структури ДНК Джеймсом Вотсоном іФренсісом Кріком, вчені прийшли до висновку, як генетична інформація зберігається у живих клітинах, як ця інформація залишає відбиток і як вона передається з покоління до покоління.

До 1980-х рр. вчені вже спробували (і дуже вдало) переміщати частинки генетичної інформації, які отримали назву гени, від одного організму до іншого. Ця можливість переміщати генетичну інформацію відома як генна інженерія, єдиний процес, який використовували у біотехнології. Залишаючись все ще відносно молодою наукою, біотехнологія подає великі надії. Вона надає дослідникам можливість покращувати якісні та кількісні показники сільськогосподарських культур, які захищені природним шляхом від хвороб та комах. Біотехнологія також забезпечує нові шляхи лікування хронічних захворювань людини, виробництва хімічних речовин та переробки відходів.

У медицині біотехнологічні прийоми і методи грають головну роль при створенні нових біологічно активних речовин і лікарських препаратів, призначених для ранньої діагностики і лікування різноманітних захворювань. Антибіотики — найбільший клас фармацевтичних сполук, одержання яких здійснюється за допомогою мікробіологічного синтезу. Створено геноінженерні штами кишкової палички, дріжджів, що культивуються клітин ссавців та комах, використовувані для одержання ростового гормону, інсуліну й інтерферону людини, різноманітних ферментів і противірусних вакцин. Змінюючи нуклеотидну послідовність у генах, що кодують відповідні білки, оптимізують структуру ферментів, гормонів і антигенів (так звана білкова інженерія). Найважливішим відкриттям стала розроблена в 1975 Р. Келером і С. Мільштейном техніка використання гібридом для одержання моноклональних антитіл бажаної специфічності. Моноклональні антитіла використовують як унікальні реагенти, для діагностики і лікування різноманітних захворювань.

Внесок біотехнології в сільськогосподарське виробництво полягає в полегшенні традиційних методів селекції рослин і тварин і розробці нових технологій, що дозволяють підвищити ефективність сільського господарства. У багатьох країнах методами генетичної і клітинної інженерії створені високопродуктивні і стійкі до шкідників, хворобам, гербіцидам сорту сільськогосподарських рослин. Розроблена техніка оздоровлення рослин від накопичених інфекцій, що особливо важливо для культур, які розмножуються вегетативно (картопля й ін.). Як одна з найважливіших проблем біотехнології в усьому світі, дослідження можливості керування процесом азотфіксації, у тому числі можливість уведення генів азотфіксації в геном корисних рослин, а також процесом фотосинтезу. Ведуться дослідження з поліпшення амінокислотного складу рослинних білків. Розробляються нові регулятори росту рослин, мікробіологічні засоби захисту рослин від хвороб і шкідників, бактеріальні добрива. Геноінженерні вакцини, сироватки, моноклональні антитіла використовують для профілактики, діагностики і терапії основних хвороб у тваринництві. У створенні ефективніших технологій племінної справи застосовують геноінженерний гормон росту, а також техніку трансплантації і мікроманіпуляцій на ембріонах домашніх тварин. Для підвищення продуктивності тварин використовують кормовий білок, отриманий мікробіологічним синтезом.

Біотехнологічні процеси з використанням мікроорганізмів і ферментів уже на сучасному технічному рівні широко застосовуються у харчовій промисловості. Промислове вирощування мікроорганізмів, рослинних і тваринних клітин використовують для одержання багатьох цінних сполук — ферментів, гормонів, амінокислот, вітамінів, антибіотиків,метанолу, органічних кислот (оцтової, лимонної, молочної) і т. д. За допомогою мікроорганізмів проводять біотрансформацію одних органічних сполук в інші (наприклад, сорбіта у фруктозу). Широке застосування в різноманітних виробництвах одержали іммобілізовані ферменти.

Історія генетичної інженерії

Генна інженерія з’явилася завдяки роботам багатьох дослідників у різних галузях біохімії та молекулярної генетики.

Упродовж багатьох років головним класом макромолекул вважали білки. Існувало навіть припущення, що гени мають білкову природу.

Лише 1944 року Ейвері, МакЛеод і МакКарти показали, що носієм спадкової інформації є ДНК.

Відтоді починається інтенсивне вивчення нуклеїнових кислот.

Генетична  Інженерія

Генетична інженерія — це нова галузь молекулярної біоло­гії, яка розробляє метоли передавання генетичного матеріалу від одного живого організму до іншого з метою одержання но­вої генетичної інформації та управління спадковістю. Розвиток генетичної інженерії пов’язаний з досягненнями сучасної гене­тики, мікробіології й біохімії. Початок цієї галузі покладений П. Боргом (1972), який одержав перші гібридні (рекомбіновані) ДНК .

У нас використовують два терміни—генетична інжене­рія й генна інженерія. Слід зазначити, що назву генетична інженерія використовують в більш широкому понятті, тобто во­на включає й генну інженерію. При цьому до генної інженерії не відносять перебудову генома звичайними генетичними мето­дами, тобто мутаціями, рекомбінаціями.

Розглянено основні генноінженерні підходи, що можуть бути використані в тваринництві. Відомо, що генетичний мате­ріал всіх рослин, тварин, мікроорганізмів являє собою моле­кулу ДИК. Всі клітини організму мають ідентичні копії ДНК, але й ДИК диференціюється від організму до організму. Де­які організми представлені однією молекулою ДНК в своїй клітині (бактерії), а інші — більш ніж однією (гриби, рослини й тварини).

Кожна непорушена молекула ДНК називається хромосо­мою. У багатоклітинних організмів одна запліднена яйцеклі­тина дає початок для створення величезної кількості клітин. Отже, І кожна вихідна молекула ДНК новоствореної зиготи е основою для виникнення гігантської кількості нових, але од­нозначних за зашифрованою генетичною інформацією молекул ДНК.

Структуру ДНК встановили у 1953 р. лауреати Нобелів­ської премії Д. Уотсон і Ф. Крік на основі рентгеноструктур-ного аналізу. Відповідно до їх моделі молекула ДНК має по­двійну спіраль, що складається з двох антипаралельних ну-клеотидних ланцюгів з загальною віссю.

Кожна молекула ДНК (хромосома) складається з окремих одиниць — ґенів, які несуть в собі інформацію, записану чо­тирма літерами коду. Цей код може бути зчитаний за допомо­гою клітинного механізму, що транслює так званий меседж (Інструкцію, вказівку) з кожного гена для синтезу одного конкретного протеїну. Протеїни являють собою мо­лекули, необхідні для життя і виконання основних життєвих функцій, таких як ферментний каталіз біохімічних реакцій в клітинах і будівництво та структурний матеріал для клітин.

Основою проведення генноінженерних досліджень є молеку­ла ДНК, що показано на схемах (рис. 12—18). При цьому роботи виконують в певній послідовності: спочатку виділяють гени з окремих клітин або синтезують їх поза організ­мом, потім включають нові гени у вектор, поєднують ДНК гена й вектора І одер­жують рекомбінантну ДНК; далі переносять визначені гени в геном клітини-хазяї-па, проводять копіювання й розмноження виділених або синтезованих генів у складі вектора (клонування генів) І одержують генний продукт шляхом експериментальної експресії чужорідного гена в реципієнтшй клітині.

Відомо два шляхи виділення генів та створення рекомбінантної ДНК. Перший — за допомогою хімічного синтезу (Корана, 1969), а другий, більш поширений, грунтується на використанні особливих фер­ментів (рестриктаз), які мають властивість розпізнавати чужорідну ДНК, що проникла в в організм, і розщеплювати її в відповідних ділянках.

В результаті утворюються фрагменти різ­номанітних розмірів, які різняться між собою за довжиною. Відомо близько 500 ферментів рестриктаз і кожний розщеплює ДНК специ­фічно.  Хоча  багато  з них  за  специфічністю подібні, проте кількість сайтів (ділянок) роз­щеплення  становить близько  120.  Зазначені ферменти   позбавлені   видової  специфічності. Завдяки цьому можна поєднувати в одне ціле фрагменти ДНК будь-якого походження й долати природні видові бар’єри. У по­передньому матеріалі (див. рисунок 16) схематично зображено дію фрагменту на молекулу ДНК, що зумовлює відокремлення від неї частини нуклеотидів.

Частини й розриви ниток ДНК лігизують (склеюють) за допомогою ферменту лігази. Особливістю виділених ділянок нуклеотидів (генів) є так звані липкі кінці, через що їх можна приєднати до ділянок ДНК плазмід (для рослин І бактерій) або фагів (тварини). Таким чином створюється вектор для пе­ренесення виділених генів у клітину-реципієнт.

Відомо інший шлях одержання фрагментів ДНІ< з липкими кінцями. Для цього виділені або штучно синтезовані ділянки ДНК обробляють ендонуклеазою, яка укорочує її з обох боків. Потім за допомогою ферменту полінуклеотидтрансферазн до­будовують до цих кінців ділянки аденінових і тимідинових ну­клеотидів. Одержану молекулу рекомбінантної ДНК викорис­товують для перенесення чужорідного гена в бактеріальну клітину. Така схема була використана для генів інсуліну, інтер­ферону, імуноглобуліну.

Молекули ДНК, які мають власний апарат реплікації і здатні доставляти в клітину потрібні гени й реплікувати їх, були названі векторами. Найбільш поширені вектори — це різ­номанітні плазміди, які часто спостерігаються у бактерій. Вектори для клітин ссавців будуються на основі вірусів, адено- та ретровірусів.

Потрібно враховувати, що наявність і навіть введення гена у хромосому організму-хазяїна ще не дає можливості одержа­ти продукти його синтезу. Для того, щоб ген міг функціонува­ти, він повинен поряд з частиною, де закодована інформація, мати ще регуляторну ділянку. Це так звані промотор та термінатор. З промотора починається зчитування інформації (транскрипція), а в термінаторі закодовано закінчення транс-крипції з даного гена. Нині створено цілий «арсенал» клоно-ваних промоторів, які дають можливість забезпечити прояв­лення генів у різних типах клітин.

Слід враховувати також, що не всі молекули плазмІдної ДНК можуть мати вставки чужої ДНК і відповідно не будуть рекомбінантними. Більшість плазмід відновлює вихідну кільце­ву структуру. Тому перш за все необхідно відібрати бактерії, що містять рекомбінантнІ плазміди.

Для відбору рекомбінантних ДНК найбільш поширеною е система, при якій чужорідну ДНК вбудовують в частину плаз-мідного гена, що кодує стійкість проти певного антибіотика, наприклад, ампіциліну. У випадку вбудовування чужорідної ДНК цей ген перестає нормально функціонувати, що свідчить про наявність рекомбінантної ДНК.

Молекула рекомбінантної плазміди розмножується в кліти­ні. У процесі ділення бактеріальної клітини вони розподіля­ються між дочірніми клітинами і в кожній з них знову віднов­люють свою кількість. У результаті створюються колонії бак­терій, кожна з яких містить багато копій рекомбінантної ДНК. У кожному такому клоні міститься тільки один відрізок ДНК тварини або рослини, який випадково потрапив у вихідну бак­терію.