Начални стъпки на генното инженерство

От 1978г.

Историците не са единодушни относно базисния произход на генното инженерство. Някои от тях го смятат за естествено развитие, което до голяма степен е било предвиждано през годините, предшестващи първите експерименти. Други автори смятат, че основна роля е изиграло изучаването и използването на "рестрикционни ензими", способни да късат ДНК на определени места.

Такова вероятно е било и мнението на Нобеловия комитет, тъй като първите три Нобелови награди за "откриването" на генното инженерство са присъдени през 1978 г на Вернер Арбър, Хамилтън О. Смит и Даниел Нейтънс: В. Арбър е първият, който описва явлението рестрикция, т.е способността на определени бактерии благодарение на специфични ензими, наречени рестрикционни, да скъсват и разрушават всяка попаднала отвън чужда ДНК.

Х. Смит е един от първите, успял да получи  тези ензими в чист вид и да характеризира свойствата им , а Д. Нейтънс ги прилага за накъсване на ДНК на вируса SV40 на отделни фрагменти и по този начин осъществява онова, което в крайна сметка бива наречено "физическа карта" и е прелюдия към определянето на пълната последователност на ДНК.

Като първоизточник на генното инженерство може да се определи опитът на Дейдид Джаксън, Робърт Саймънс и Пол Бърг, осъществен в Станфордския университет и публикуван през 1972 година в докладите на Американската академия на науките. В тази статия П. Бърг и неговите сътрудници описват и получаването на ин витро на хибридна молекула, съдържаща едновременно ДНК на канцерогенния вирус SV40 и ДНК на една видоизменена форма на бактериофаг, съдържаща галактозния оперон на Ешерихия коли.

За да постигне това Бърг предварително скъсва родителските молекули на ДНК, като използва рестрикционния ензим Eco RI, който му е предоставен от групата на Хърбърт Бойър от Калифорнийския университет в Сан Франциско. Съумяват експериментално да направят повтарящи се последователности, които се сдвояват, като с това водят до асоциирането на ДНК фага с ДНК на вируса.

Строго казано, нито една от операциите на Бърг, не е оригинална. Рестрикционните ензими вече са били приложени за накъсване на ДНК на вируса SV40; ефектите на лигазата и на терминалната трансфераза вече са известни благодарение на работата Артър Корнбърг.

Идеята да се съединят 2 молекули ДНК благодарение на прибавянето на повторени последователности на аденин и тимин под действието на терминална трансфераза вече е предложена по-рано от Дж. Ледербърг в един изследователски проект, представен в NIH - Американския национален институт по здравеопазването. Едновременно с Пол Бърг един студент от същия факултет, Питър Лобан, предприема опит, целящ да се съединят ин витро две молекули ДНК на фага P22.

Оригиналността на публикацията на Пол Бърг се състои в съчетаването на важен резултат, извънредно богат откъм техническа страна с твърде ясно представяне на перспективите, които тази работа разкрива.

Статията описва генна рекомбинация, осъществена изцяло ин витро, на ДНК-молекули с различен произход. Генната рекомбинация, асоциирането на толкова различни гени е естествен процес, който възниква по случаен начин както при бактериите, така и във висшите организми. Но той протича винаги между гените на организми от един и същ вид, а в най-лошия случай - между гените на вируса и тези на инфектираната клетка. В своите опити П.Бърг обединява бактериални гени с маймунски вирус.

Впоследствие му става ясно, че след като се получи молекула тя може да се интегрира в хромозомите на клетка на бозайник. Но тъй като тя притежава също така и последователности от ДНК, произхождащи от фага, тя ще може да се реплицира в бактериите по автономен начин. Така че хибридната молекула ще може да се развива и да се размножава в тези бактерии. В статията си П.Бърг и неговите сътрудници вече предвиждат двойната и допълващата се приложимост на генното мутуалиране: възможността да се вкарат гените в избрания организъм, но също използването на бактериите за увеличаване на броя на хибридните молекули, получени ин витро.

За да се получи цялостна представа за първите експерименти по генно инженерство, ще бъде достатъчно да се добавят три други резултата, получени по същото време или малко по-късно. Един от тези експерименти е направен през 1972 от Джанет Мерц Роналд Дейвис, че оставя кохензивни краища, способни да се свързват помежду си с други ДНК-молекули, скъсани от същия рестрикционен ензим.

Плазмидите - молекулите на цикличните ДНК са открити през 1965 година. Те носят гените на резистентност спрямо антибиотици и са способни по автономен начин да се реплицират в бактериалната клетка, където те често са на лице в няколкостотин екземпляра.

Първите рекомбинантни плазмиди, съдържащи няколко гени на резистентност или последователности от ДНК, произхождащи от различни бактериални видове, са произведени през годините 1973 и 1974 година. Тези плазмиди могат да проникнат в бактерията и там да експресират съдържащите се в тая гени даже ако последните произхождат от други бактериални видове.

Публикуваният през август 1974 година експеримент осъществен от Стенли Коен, Хърбърт Бойър и техните колеги, показва, че ДНК от южноафриканската жаба Ксенопус левис, след като веднъж е вкарана и копирана в бактерията, може да се транскрибира в РНК. Така перспективата белтък на висш организъм да бъде синтезиран от бактерии става по-близка.