Биотехнология: что это такое?

Но недаром фортификаторы утверждают, будто все на свете крепости для того и существуют, чтобы их в конце концов брали штурмом. Или… обходили — переиначили по-своему это утверждение микробиологи, ибо задумали плохо изученную коринебактерию заменить стародавней знакомой — кишечной палочкой. Ее-то геном им прекрасно известен, а значит, все последствия внесенных в него изменений вроде бы можно предвидеть. Но и здесь исследователей поджидали трудности. Как известно, бактерии не могут синтезировать аминокислоты из ничего, на пустом месте: им нужен определенный исходный материал, питательная среда. Четыре важнейших аминокислоты — лизин, метионин, треонин, изолейцин — они производят, например, из аспарагиновой кислоты, присутствующей в организме животных и растениях.

Но синтез аминокислот происходит в строгой очередности. Метионин будет продуцироваться бактериями только в том случае, если уже завершен процесс образования лизина. «Очередь» треонина — сразу после метионина: изолейцин завершит процесс синтеза, потому что его очередь после образования треонина. Такой порядок обусловлен самой природой, слагаемые процессы не подлежат перестановке.

Ну а если необходимо получить и наработать какую-то одну определенную аминокислоту в нужном количестве?

Тогда надо на последующем этапе заблокировать синтез. Именно такую задачу и поставили себе ученые, решившие «научить» бактериальную палочку сверхсинтезу, усиленной наработке треонина, блокировав его дальнейшее преобразование в изолейцин.

Но одно дело поставить задачу и совсем иное реализовать ее на практике. Чтобы добиться нужного результата, исследователям предстояло ни мало ни много, как переделать тот участок ДНК кишечной палочки, который ответствен за синтез треонина, так называемый оперон. Потому что именно в нем зашифрован все той же природой код образования ферментов, ускоряющих синтез вышеназванных аминокислот.

Не вдаваясь в подробности большой и сложной работы, осуществленной селекционерами и генетиками, скажу лишь, что делалась она поэтапно. Сначала ученые вызвали направленную мутацию (стойкое изменение) генов, входящих в оперон. Результат не замедлил сказаться: измененные клетки, перестав синтезировать изолейцин, начали нарабатывать треонин. Но, увы, в количествах, явно недостаточных. Пришлось в оперон ввести особый ген-стимулятор, активизировавший работу его собственных генов. И дело, как говорится, пошло… Количество треонина, получаемого за один цикл ферментации (биохимической переработки органического сырья с помощью микроорганизмов или ферментов), значительно увеличилось.

И все же о промышленном производстве треонина речь еще идти не могла. Для этого предстояло повысить работоспособность штамма как минимум в 10–15 раз! К счастью, ученые вспомнили о плазмидах — факторах наследственности, расположенных в клетках вне хромосом (в структурных элементах клеточного ядра, содержащих ДНК).

Дело в том, что, проникая в какую-либо клетку, плазмида тотчас начинает воспроизводиться. Известны случаи, когда она образовывала до трех тысяч копий. Вот и в данном случае плазмида, как говорится, не подвела, сделала свое дело. Но сначала микробиологи с помощью специально подобранного фермента (активного белка) «вырезали» из хромосомы штамма кишечной палочки фермент ДНК, содержащий треониновый оперон, и включили его с помощью методов генетической инженерии в плазмиду. А ее ввели в другую бактерию того же штамма. После размножения гибридной плазмиды синтез треонина усилился настолько, что продуктивность полученного штамма вдвое превысила работоспособность уже имеющихся.

Правда, и на этом поиск, направленный на совершенствование штамма, не закончился, ибо еще предстояло научиться использовать для получения треонина какое-нибудь дешевое сырье — скажем, отход производства свекловичного сахара — патоку. Но на ней, к сожалению, кишечная палочка не растет. Вот и пришлось точно такими же методами, какие были использованы ранее, в ее штаммы ввести ген, позволяющий в конечном счете расщеплять сахарозу патоки на глюкозу и фруктозу, прекрасно усваиваемые бактериями. И хотя результаты превзошли самые смелые ожидания, работа над улучшением штамма продолжается и сегодня.

А почему бы и нет? Ведь существуют же гораздо более продуктивные штаммы бактерий, способные за 60–70 часов ферментации производить в литре культуральной жидкости (напомню читателю — среда, в которой в лабораторных и промышленных условиях выращивают бактерии) до 100–120 граммов лизина. Так разве было бы плохо наделить аналогичной результативностью и штамм, продуцирующий треонин?

По-моему, замечательно. От такой эффективности не отказался бы, пожалуй, ни один селекционер, работающий с традиционными сельскохозяйственными культурами. И, кстати, широко использующий при этом методы генетической инженерии и клеточной культуры, а другими словами, все той же биотехнологии с определением «новая».