2.5. Gēnu inženierija un DNS izpētes praktiskā nozīme

Visu organismu ģenētiskais kods ir universāls, tādējādi ir iespējama dažādu sugu ģenētiskā materiāla pārnešana uz citu sugu organismiem. Organismus, kuriem ievadīti sveši gēni, sauc par modificētiem organismiem (ĢMO) jeb transgēniem organismiem. Šobrīd pasaulē iegūtas ģenētiski modificētas baktērijas, augi un dzīvnieki. Procesu, kurā iegūst ģenētiski modificētas šūnas ar jaunām bioloģiskām īpašībām, sauc par gēnu inženieriju (6. attēls).

6. att. Gēnu inženierijas shēma.

Lai ienestu šūnā cita organisma DNS, nepieciešams vektors – DNS pārnesējs. Gēnu inženierijā par vektoriem visbiežāk izmanto baktēriju plazmīdas (1) – nelielas gredzenveida DNS molekulas, kuras var izdalīt no baktērijas šūnas (2). Sveša DNS fragmenta, piemēram, no cilvēka DNS (3) izdalīta insulīna gēna (5), ievietošanai plazmīdā nepieciešami divi enzīmi: restriktāze – enzīms, kurš „pārgriež” baktērijas un cilvēka DNS noteiktā vietā (4); ligāze – enzīms, kurš „sašuj” kopā DNS fragmentus, izveidojot rekombinētu DNS (6). Izvēlas citu baktērijas šūnu (7). Tajā ievada rekombinētu DNS, tādējādi iegūstot ĢMO ar jaunām īpašībām (8), piemēram, spēju sintezēt cilvēka insulīnu. Modificētās baktērijas vairojas daloties un veido ģenētiski identisku organismu grupu – klonu (9).

7. att. DNS „pirkstu nospiedumu” fotogrāfija (animācija)

Restrikcijas enzīmu spēju šķelt DNS noteiktās vietās (restrikcijas vietās) izmanto arī citās biotehnoloģijās, piemēram, analizējot DNS. Ja kāda organisma DNS apstrādā ar restrikcijas enzīmu, iegūst šim organismam unikālu dažāda lieluma DNS fragmentu komplektu. Izmantojot metodi, ko sauc par elektroforēzi gēlā, DNS fragmentus var sadalīt pēc garumiem, iegūstot katram organismam raksturīgus DNS „pirkstu nospiedumus” (7. attēls).

Citās biotehnoloģijas nozarēs, kurās tiek veiktas manipulācijas ar organismu ģenētisko materiālu, piemēram, gēnu terapijā, kā vektori (gēnu pārnesēji) tiek izmantoti vīrusi. Šajā gadījumā tiek izmantota vīrusu dabīgā spēja iekļūt saimnieka (pacienta) šūnās un izmainīt to darbību.

Gēnu terapijā ir 2 pamatmetodes. Ex vivo (ārpus organisma) terapijas gadījumā (8. att.) no pacienta organisma tiek paņemtas šūnas, kas tiek ģenētiski pārveidotas, un tad atkal ievietotas pacienta organismā. In vivo (dzīvā organismā) terapijas gadījumā (9. attēls) slimības novēršanai nepieciešamo gēnu ienešanai organismā visbiežāk izmanto vīrusus, kas „inficē” pacienta šūnas.