1 Возникновение молек биотехнологии………

Термин биотехнология был придуман в 1917г венгерским инженером Карлом Эреки для описания процесса крупномасштабного выращивания свиней с использованием в качестве корма сахарной свеклы.

Биотехнология - это производственное использование биологических агентов или их систем для получения ценных продуктов и осуществления целевых превращений.

Биологические агенты в данном случае - микроорганизмы, растительные или животные клетки, клеточные компоненты (мембраны клеток, рибосомы, митохондрии, хлоропласты), а также биологические макромолекулы (ДНК, РНК, белки - чаще всего ферменты). Биотехнология использует также вирусную ДНК или РНК для переноса чужеродных генов в клетки.

Вероятно, древнейшим биотехнологическим процессом было сбраживание с помощью микроорганизмов. В 3-м тысячелетии до н. э. шумеры изготовляли до двух десятков видов пива. Не менее древними биотехнологическими процессами являются виноделие, хлебопечение, и получение молочнокислых продуктов. В традиционном, классическом, понимании биотехнология - это наука о методах и технологиях производства различных веществ и продуктов с использованием природных биологических объектов и процессов.

Что касается более современных биотехнологических процессов, то они основаны на методах рекомбинантных ДНК, а также на использовании иммобилизованных ферментов, клеток или клеточных органелл.

Современная биотехнология - это наука о генно-инженерных и клеточных методах создания и использования генетически трансформированных биологических объектов для улучшения производства или получения новых видов продуктов различного назначения.

Основные направления биотехнологии

Условно можно выделить следующие основные направления биотехнологии:

- биотехнология пищевых продуктов;  - биотехнология препаратов для сельского хозяйства;  - биотехнология препаратов и продуктов для промышленного и бытового использования;  - биотехнология лекарственных препаратов;  - биотехнология средств диагностики и реактивов.

Биотехнология также включает выщелачивание и концентрирование металлов, защиту окружающей среды от загрязнения, деградацию токсических отходов и увеличение добычи нефти.

Достижения биотехнологии

С помощью биотехнологии получено множество продуктов для здравоохранения, сельского хозяйства, продовольственной и химической промышленности. Причем важно то, что многие из них не могли быть получены без применения биотехнологических способов. Особенно большие надежды связываются с попытками использования микроорганизмов и культур клеток для уменьшения загрязнения среды и производства энергии.

В молекулярной биологии использование биотехнологических методов позволяет определить структуру генома, понять механизм экспрессии генов, смоделировать клеточные мембраны с целью изучения их функций и т.д.

Конструирование нужных генов методами генной и клеточной инженерии позволяет управлять наследственностью и жизнедеятельностью животных, растений и микроорганизмов и создавать организмы с новыми полезными для человека свойствами, ранее не наблюдавшимися в природе.

В биохимии, микробиологии, цитологии несомненный интерес вызывают методы иммобилизации как ферментов, так и целых клеток микроорганизмов, растений и животных. В ветеринарии широко используются такие биотехнологические методы, как культура клеток и зародышей, овогенез in vitro, искусственное оплодотворение.

Все это свидетельствует о том, что биотехнология станет источником не только новых продуктов питания и медицинских препаратов, но и получения энергии и новых химических веществ, а также организмов с заданными свойствами.

2. Технология рекомбинантных ДНК, нуклеазы.

Рестриктирующие ферменты обладают очень высокой степенью специфичности и часто разрезают ДНК всего лишь в нескольких точках (или рядом с ними), для которых характерна уникальная последовательность оснований.

S1 Катализирует гидролиз одноцепочечных нуклеиновых кислот с образованием мононуклеотидов и олигонуклеотидов с концевой 5'-фосфатной группой. Обладает 3'-фосфомоноэстеразной активностью. Ионы цинка являются кофактором реакции гидролиза.

в. Нуклеаза Bal 31

Псевдомонада Alteromonas espejiana секретирует единственную дезоксирибонуклеазу, получившую название Bal 31. В отношении одноцепочечной ДНК, в том числе одноцепочечных участков двухцепочечной ДНК, Bal 31 ведет себя как эндонуклеаза, действуя аналогично другим эндонуклеазам, специфичным к одноцепочечным ДНК. Однако в отношении интактной двухцепочечной ДНК этот фермент проявляет экзонуклеазную активность, по-видимому, благодаря тому, что он способен распознавать локальные одноцепочечные участки. Bal 31 разрезает обе цепи на обоих концах дуплекса, т.е. осуществляет деградацию одновременно в направлениях 3' – >5' и 5'–>3'. В результате двухцепочечная молекула постепенно укорачивается. Если эмпирически оценить скорость этого процесса, то с помощью фермента Bal 31 можно получать фрагменты ДНК нужной длины. Хотя укорочение разных молекул ДНК происходит несинхронно, получается набор фрагментов, длина которых близка к заданной. В результате исчерпывающего гидролиза с помощью Bal 31 промежуточные олигонуклеотидные продукты расщепляются до 5'-мононуклеотидов.

Дезоксирибонуклеаза I (ДНКаза I) — эндонуклеаза, закодированная геном DNASE1 в геноме человека.^[1] Синтезируется в основном в тканях пищеварительного тракта. Высокий уровень в моче, также присутствует в семенной жидкости и слюне.

ДНКаза I — нуклеаза, расщепляющая фосфодиэфирные связи в ДНК вблизи пиримидиновых нуклеотидов, образуя при этом полинуклеотиды с концевым-5'-фосфатоми свободной гидроксильной группой на 3'-конце. Обычно расщепление идет до тетрануклеотидов. Субстратами ДНКазы I являются: одноцепочечная ДНК, двуцепочечная ДНК, хроматин. ДНКаза I является эндонуклеазой, расщепляющей чужеродные и ненужные молекулы ДНК, также показана роль этого фермента во фрагментации ДНК при апоптозе.^[2]

Известно, что ДНКаза I связывает мономеры белка цитоскелета актина с высоким сродством (константа диссоциации ~ нМ) и полимеры актина с более низким сродством.

Экзонуклеазы

-Экзонуклеаза III E.coli-Катализирует последовательное отщепление нуклеотидов из двухцепочечных ДНК в направлении 3'→5'

Фермент обладает эндонуклеазной активностью РНК-азы Н, осуществляющей гидролиз РНК в РНК-ДНК-гибридах

-Экзонуклеаза фагаλКатализирует последовательное отщепление мононуклеотидов в двухцепочечных ДНК при наличии в них 5' –концевых фосфатных групп. Используют для получения одноцепочечных молекул ДНК с целью их последующего секвенирования

-Нуклеаза S1-Специфически расщепляет одноцепочечные молекулы ДНК с образованием 5'-фосфорилированных моно- и олигонуклеотидов

Эти же свойства присущи нуклеазе SIзолотистой фасоли

-Панкреатическая дезоксирибонуклеаза I(ДНКазаI) -Гидролизует одно и двухцепочечные ДНК с образованием сложной смеси моно- и олигонуклеотидов, содержащих 5'-фосфатные группы

Рибонуклеаза (РНКаза А)

-Обладает активностью эндорибонуклеазы, специфически расщепляющей фофодиэфирные связи, образованные пиримидиновыми нуклеотидами

-Продуктами гидролиза являются 3'-фосфорилированные пиримидиновые мононуклеотиды и олигонуклеотиды, содержащие концевые пиримидин-3'-монофосфаты

-Ферменты, способные использовать в качестве субстрата катализируемых ими реакций нуклеиновые кислоты являются инструментами экспериментов по конструированию и анализу гибридных молекул НК

-Все используемые в ГИ ферменты должны быть высокоочищенными, т.к. посторонние активности могут привести к побочным реакциям и резко снизить эффективность получения целевых генетических конструкций