Трансгеноз состоит из трех этапов: 1) выделения гена, подлежащего переносу; 2) включения гена в вектор, т. е. в автономно реплицирующуюся генетическую структуру, с помощью которой гены могут быть размножены и введены в клетку-реципиент; 3) передачи вектора с чужеродными генами в клетку-реципиент, где чужеродные гены клонируются (размножаются) в составе хромосом или автономных репликонов и обеспечивают синтез необходимых веществ.

Первый этап. Его задачей является перенос генов эукариот (человека, животных), контролирующих синтез необходимых веществ (гормонов, ферментов) в геном бактерий. Для преодоления генетического барьера между эукариотами и прокариотами предварительно in vitro получают на матрице зрелой информационной РНК соответствующей локализации в ДНК нужного гена с помощью фермента обратной транскриптазы (ревертазы) копийную ДНК (к-ДНК), содержащую ген с нужной информацией. Необходимый ген выделяют из к-ДНК с помощью специфических ферментов рестриктаз (эндонуклеаз). Рестриктазы распознают и разрезают строго определенные участки ДНК так, чтобы срез каждой нити проходил «косо» – на вырезанном двунитевом фрагменте ДНК на концах остаются однонитевые участки («липкие концы»).

Второй этап. Этим же видом рестриктаз обрабатывают молекулы вектора, чтобы перевести их кольцевые структуры в линейные и в местах разреза получить «липкие концы», соответствующие «липким концам» ДНК переносимого гена. В качестве вектора обычно используют R-плазмиды, фаг лямбда. Затем смешивают фрагменты ДНК с нужным геном и ДНК разрезанного вектора. При этом ДНК с нужным геном «липкими концами» встраивается в геном вектора. Места прикрепления гена сшиваются ферментом лигазой. Таким образом получается гибридная молекула вектора с нужным чужеродным геном.

Третий этап. Вектор вводится в клетки бактерий-реципиентов, где он клонируется (реплицируется), передается из клетки в клетку при делении, а чужеродный ген экспрессируется, обеспечивая синтез необходимого продукта. В качестве бактерий-реципиентов чаще всего используют кишечную палочку (рис. 22).

Рис. 22. Схема получения трансгенных клеток E. coli – продуцентов интерферона человека (по: Шапиро Я. С., 2003):

мРНК – интерфероновая мРНК из клеток человека; кДНК1 – комплементарная однонитевая ДНК; кДНК2 – комплементарная двунитевая ДНК; рВR322 – плазмидный вектор; 1 – обратная транскриптаза; 2 – полимераза; 3 – лигаза; 4 – плазмида с геном интерферона; 5 – трансформация; 6 – клетка кишечной палочки с реконструированной плазмидой

Генная инженерия впервые дала возможность человеку управлять наследственностью. Так возникла биотехнология — промышленный способ производства на основе управляемого метаболизма живых организмов. В настоящее время происходит бурное развитие биотехнологии, основным объектом которой являются микроорганизмы. Именно микроорганизмы (бактерии, грибы) благодаря особенностям их метаболизма наиболее продуктивны и экономичны в биосинтезе веществ. Микроорганизмы поставляют также материал для генной инженерии (ревертазу, эндонуклеазы, векторы для генов). Из бактерий получают в большом количестве дешевые биологически активные вещества (гормоны, ферменты), которые ранее были дефицитными и очень дорогими. В нашей стране производятся генно-инженерный интерферон (реоферон), инсулин, интерлейкин-2, вакцина против гепатита В.

Генная инженерия и биотехнология открывают перед человечеством огромные перспективы. Однако даже обычные эксперименты в этой области могут быть опасными, так как при переносе генов могут возникнуть организмы с непредсказуемыми свойствами, поэтому работы по генной инженерии производятся в соответствии со строгими международными правилами.