Другие направления биотехнологии связаны с развитием генетической, а также клеточной инженерии, выросших на фундаменте знаний структуры и функций нуклеиновых кислот и белков и зависящих от дальнейшего роста этого «блока знаний».
* * *
Суть генетической инженерии — рассечение молекулы ДНК на отдельные фрагменты (это достигается с помощью ферментов), а затем их сборка, сшивка (также с помощью ферментов, только противоположного действия). Вся эта операция проводится с единственной целью: вставить в эволюционно отлаженную цепь нуклеотидов новый фрагмент — ген, отвечающий за производство необходимого нам белка, вместе с так называемыми регуляторами — участками, обеспечивающими активность «своего» гена. Такой гибрид — рекомбинантная ДНК в организмах, способных к быстрому размножению, например в дрожжах или в кишечной палочке, заставляет их наряду с традиционными веществами, необходимыми для поддержания жизнедеятельности, производить чужеродный для них белок. Будучи чужеродным, а потому ненужным, этот белок выделяется во внешнюю среду, собирается и при необходимости дополнительно обрабатывается.
Способы получения гибридных (рекомбинантных) ДНК могут быть разными. Цель же у них одна: получать белки человека, растений или животных, необходимые в практической деятельности человека, прежде всего в медицине.
Один из важнейших таких белков — инсулин. Он вырабатывается поджелудочной железой и регулирует уровень сахара в крови. В клетках железы этот гормон существует в виде проинсулина (86 аминокислотных остатков) — своего неактивного предшественника, который становится активным при выходе в кровь. Недостаток инсулина в организме приводит к развитию тяжелого заболевания — сахарного диабета. Для борьбы с ним раньше использовали инсулин животного происхождения, однако в последние годы выяснилось, что большое число людей этот препарат не воспринимает. Лет двадцать назад удалось разработать способ химического синтеза инсулина, который в некоторых странах применяется в медицинской практике по сей день, несмотря на его очень высокую цену.
Более рентабельный путь получения инсулина, к тому же не химического, а естественного происхождения, дает генетическая инженерия. Сейчас с этой целью ученые используют сочетание двух подходов — генноинженерного с химико-ферментативным. Короткие синтетические фрагменты ДНК сшиваются ферментом — лигазой. Полученный ген вместе с регуляторными участками вводят в состав рекомбинантной ДНК бактериальных или дрожжевых клеток, и они вынуждены отныне продуцировать проинсулин. Технологическая задача промышленного получения инсулина решена.