Улучшение продуцентов, используемых в производстве, методами генетической инженерии

Генетическая инженерия дает возможность повышать эффективность организмов, используемых в производстве. Распространенным способом повышения выхода полезного продукта является амплификация – увеличение числа копий генов. Амплификацией генов в составе векторов получены высокоэффективные продуценты треонина и пролина.

Такие биотехнологически ценные продукты, как антибиотики, аминокислоты, витамины, характеризуются в большинстве случаев длинными и сложными путями биосинтеза, который обеспечивается десятками различных генов. Выделение этих генов и их амплификация часто трудновыполнимы. Если синтез антибиотиков идет в мультиферментных комплексах, кодируемых одним опероном, то последний может быть легко встроен в подходящий вектор и клонирован. Если гены разбросаны по всему геному, повышение выхода продукта достигается клонированием генов, соответствующих трудным местам биосинтеза.

У ряда бактерий возникает проблема не синтеза продукта, а его экскреция из клетки. Повышение эффективности транспорта продукта из клетки в культуральную жидкость ускоряет синтез новых порций продукта, например аминокислот.

Повышение эффективности традиционных методов достигается с помощью локализованного (сайт-специфического) мутагенеза in vitro: например, химическими мутагенами обрабатывают не весь геном в составе клеток, а его фрагмент с интересующим геном, полученный с помощью рестриктазы.

Биотехнолог, вооруженный методами генетической инженерии, движется от гена к продукту: вносит изменения в нуклеотидную последовательность ДНК, тем самым контролирует изменения в соответствующем белке – это составляет основу белковой инженерии. Таким способом может быть достигнута оптимизация структуры ферментов, гормонов, вакцин-антигенов.

Еще одним важным направлением генноинженерных разработок является смена питательных потребностей продуцента в целях расширения сырьевой базы промышленности и увеличение эффективности конверсии субстрата. Например, после введения соответствующих генов клетки E.coli – продуценты треонина – стали утилизировать сахарозу.

Таким образом, генетическая инженерия открывает перед биотехнологами большие перспективы, связанные как с созданием принципиально новых продуцентов ценных для человека соединений, так и с увеличением эффективности продуцентов, уже используемых в производстве.