методы переноса ДНК в чужеродный геном

Различают «вертикальный» перенос генов, т. е. внутривидовой - от предка к потомку и «горизонтальный» перенос - от вида к виду.

«Горизонтальным» называют перенос наследственной информации между одновременно живущими организмами, не связанными друг с другом отношениями непосредственного родства.
У бактерий существует несколько способов ГПГ, но основных три метода:
- трансдукция,
- конъюгация,
- трансформация.

При ТРАНСДУКЦИИ фрагменты ДНК от бактерии-донора к реципиенту переносят бактериофаги, т. е. вирусы, поражающие бактерий. При КОНЪЮГАЦИИ обмен генами происходит в результате контакта между клетками. А при ТРАНСФОРМАЦИИ — это естественный захват бактерией чужеродной ДНК с последующей экспрессией генов этой ДНК, причем, как и при трансдукции, контакт клеток не обязателен.
Ученые считают, что вклад трансформации в ГПГ, по сравнению с остальными механизмами, у бактерий невелик. Это важно, ибо единственным способом ГПГ от растений к бактериям в природе оказывается именно трансформация. То есть трансформация – это естественный захват бактерией чужеродной ДНК с последующей экспрессией генов этой ДНК .

Ученые долго бились над тем, как внедрить ген в геном другого организма, т. е. осуществить перенос гена. Наиболее распространенным способом является использование в качестве переносчиков реконструированных генов бактериальных плазмид (внехромосомных кольцевых ДНК) . Плазмида в бактерии служит транспортом для доставки любого гена. Обычно бактериальные плазмиды легко переходят от бактерии к бактерии, но не к растениям. К счастью или к несчастью была обнаружена бактерия, которая «умела вводить» гены в растения и «заставлять» их синтезировать нужные ей белки. Такой бактерией была почвенная бактерия Agrobacterium tumefaciens, являющаяся виновницей образования растительных наростов – галов (растительных опухолей) . После заражения растения определенная часть плазмидной ДНК (Т-ДНК) встраивается в хромосомную ДНК растительной клетки, становясь частью ее наследственного материала. Растение начинает продуцировать нужные для бактерий питательные вещества.

Ученые научились заменять гены в Т-ДНК плазмид бактерий нужными генами, которые предполагалось вводить в растения. Таким образом, используя плазмиды агробактерий и природный механизм горизонтального переноса человек научился внедрять нужные ему гены в разные растения. Этот способ успешно применяли для большинства видов двудольных растений, среди которых можно назвать картофель, томаты, плодовые и ряд других культур. Проблемы возникли с однодольными растениями, к которым относятся злаки: пшеница, рис, ячмень и кукуруза. За исключением риса модификация злаков при помощи агробактериальных плазмид оказалась неэффективной.

В связи с этим был разработан прямой способ ввода генов в растительную клетку, который был опубликован в 1988г. и назван его авторами Д. Стэнфордом и Т. Клейном биобаллистическим . Для этого молекула ДНК с соответствующими генами и регуляторные последовательности, необходимые для управления этими генами, наносятся на микроскопические вольфрамовые или золотые частицы. Частицы с ДНК разгоняются в специальной вакуумной камере до определенных скоростей, достаточных для проникновения в клетки растений. Затем следует селекция трансформированных клеток и регенерация трансгенных растений. В отличие от предыдущего этот способ более универсален и пригоден для любых объектов .

Успехов!