Глик Молекулярная биотехнология. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. Пер с англ. М. Мир, 2002. 589 с
 Скачать 9.74 Mb.
|
ОглавлениеОт редактора перевода 5 Предисловие 7 Предисловие к первому изданию 9 ЧАСТЫ ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОТЕХ- НОЛОГИИ 13 Глава I. Молекулярно-биотехнологическая революция 15 Технология ре комби нантных ДНК..Т 15 Возникновение молекулярной биотехно- логии 16 Коммерциализация молекулярной био- технологии 19 Надежды и опасения 20 Заключение 22 Литература 23 Контрольные вопросы 23 Глава 2. Биологические системы, использу- ющиеся в молекулярной биотехнологии 24 Прокариоты и эукариоты 24 Escherichia coli 24 Saccharomycescerevisiae27 Культуры эукариотических клеток 27 Заключение 28 Литература 28 Контрольные вопросы 28 Глава 3. ДНК, РНК и синтез белка 29 Структура ДНК 29 Репликация 32 Расшифровка генетической информации: РНК и белок 33 Трансляция 38 Регуляция транскрипции у бактерий 41 Регуляция транскрипции у эукяриот ,45 Заключение 47 Литература 49 Конфольные вопросы 49 Глава 4. Технология рекомбинантных ДНК 50 Рестрицирующие эндонуклеазы 50 Плазмидные векторы 56 Плазмидный вектор pBR322 58 Трансформация и отбор 58 Другие плазмидные векторы „ 60 Создание и скрининг библиотек 62 Создание геномной библиотеки 62 Скрининг с помощью гибридизации 64 Иммунологический скрипит 67 Скрининг по активности белка 69 Клонирование структурных генов эукариот 70 Векторы для клонирования крупных фраг- ментов ДНК 71 Векторы на основе бактериофага λ 71 Космиды 74 Векторные системы для клонирования очень крупных фрагментов ДНК 76 Генетическая трансформация прокариот 76 Перенос ДНК в E. coli76 Электропорация 76 Конъюгация 77 Заключение 77 Литература 78 Контрольные вопросы 79 Глава 5. Химический синтез, определение 11>клеотцлной последовательности и ампли- фикация ДНК 80 Химический синтез ДНК 80 Фосфорамидитный метод 80 Применение синтезированных олиго- нуклеотидов 85 Синтез генов 86 Методы секвенирования ДНК 88 ДидезоксинуклеотидныЙ метод секве- пиронания ДНК 89 Секвснирование ДНК с помощью вектора па основе фага М13 91 Прий мер-опосредованная прогулка 93 Полимеразная цепная реакция 94 Получение с помошью ПЦР кДНК, от- вечающих концам молекул мРНК 98 Синтез генов с помошью ПЦР 102 Заключение 102 Литература 103 Контрольные вопросы 104 Глава 6. Оптимизация экспрессии генов, клонированных в прокариитических системах 105 Экспрессия генов при участии сильных регулируемых промоторов 105 Оглавление 5S5 Регулируемые промоторы 107 Получение больших количеств белковых продуктов 108 Крупномасштабные системы 109 Использование для экспрессии других микроорганизмов 111 Химерные белки 112 Расщепление химерных белков 112 Применение химерных белков 113 Включение белков в поверхностные струк- туры 115 Однонаправленное тандемное расположение генов 117 Трансляционные экспрессирующие век- торы 118 Стабилизация белков 121 Рост в условиях недостатка кислорода 122 Применение хозяйских штаммов с дефи- цитом протеиназ , 122 Бактериальный «гемоглобин» 122 Инте1риция чужеродной ДНК в хромосо- му хозяина 123 Повышение эффективности секреции 126 Метаболическая перегрузка 127 Заключение 130 Литература 131 Контрольные вопросы 133 Глава 7. Получение рекомбиыантных белков с помощью эукариотических систем 135 Системы экспрессии Saccharomycesсеге- visiae136 Векторыдля S. cerevisiae,...137 Прямая экспрессия в S. cerevisiae137 Секреция гетерологичных белков, синте- зируемых S. cerevisiae139 Другие дрожжевые системы экспрессии 140 Синтез поверхностного антигена вируса гепатита В 141 Синтез бычьего лизоцима С2 142 Системы экспрессии с использованием культур клеток насекомых 143 Система экспрессируюших векторов на основе бакуловирусов 144 Получение рекомбинантных бакулови- русов 145 Создание челночного вектора на основе бакуловирусов для E. coliи клеток на- секомых 146 Выделение рекомбинантного белка из кле- ток насекомых с помощью аффинного связывания.. ...149 Экспрессирующие векторы для работы с клетками млекопитающих 149 Селективные маркерные гены 150 Экспрессия двух клонированных генов в одной клетке млекопитающих 151 Заключение 154 Литература 155 Контрольные вопросы 156 Глава 8. Направленный мутагенез и генная инженерия белков 158 Направленный мутагенез: методика 158 Олигонуклеотид-направленныЙ мутагенез с использованием ДНК фага М13 159 Олигонуклеотид-направленныЙ мутагенез с использованием плазмидной ДНК 161 Олигонуклеотид-направленныЙ мутагенез с использованием ПЦР-амплификации 163 Случайный мутагенез с использованием «вырожденных» олигонуклеотидных i iptm- меров 163 Случайный мутагенез с использованием аналогов нуклеотидов 166 Генная инженерия белков 168 Образование дополнительных дисульфид- ных связей , 168 Замена аспарагина на другие аминокис- лоты 170 Уменьшение числа свободных сульфгид- рильных групп 170 Повышение ферментативной активности 171 Измене!гие ιюгребности ферментов в ме- таллических кофакторах 172 Изменение специфичности фермента 173 Повышение стабильности и специфич- ности фермента 174 Заключение 175 Литература 175 Контрольные вопросы 176 МАСТЬ II МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ 179 Глава 9. Молекулярная диагностика 181 Методы иммунодиагностики 182 Ферментный иммуносорбентныи анализ 182 Моноклональные антитела 184 Образование и отбор гибридных клеток ,...1Й5 Идентификация гибридных клеточных ли- ний, секретирующих специфические ан- титела.. 185 586 Оглавление Системы ДНК-диагностики 187 Гибридизационные зонды 188 Диагностика малярии 188 Выявление Trypanosomacruzi189 Нерадиоактивные методы детекции 190 Геномная дактилоскопия 192 Использование полиморфных ДНК-маркеров ....194 Молекулярная диагностика генетических заболеваний 195 Серповидноклеточная анемия 195 Метод ПЦР/ЛОЗ 196 Генотипирование с использованием флуо- ресцентно меченных ПЦР-праймеров 198 Мутации в разных сайтах одного гена 199 Перспективы 201 Заключение 201 Литература 202 Контрольные вопросы 203 Глава 10. Микробиологаческое производство лекарственных средств 204 Лекарственные препараты 204 Выделение кДНК интерферонов 204 Интерфероны человека, полученные ме- тодом генной инженерии 207 Гормон роста человека, полученный ме- тодом генной инженерии 208 Оптимизация генной экспрессии 208 Ферменты 209 ДНКаза! 209 Альгинат-лиаза 209 Моноклональные антитела как лекарствен- ные средства 210 Структура и функции антител 211 Профилактика отторжения транспланти- рованных органов 212 Лекарственные вещества, связанные с мо- ноклональными антителами 212 Моноклональные антитела человека 214 Гибридные Моноклональные антитела че- ловека и мыши 215 Производство антител с помощью Е. coU218 Лекарственные средства против ВИЧ 222 Заключение 224 Литература 224 Контрольные вопросы 226 Глава 11. Вакцины 227 Субъединичные вакцины 228 Противогерпетические вакцины 230 Противоящурные вакцины 230 Противотуберкулезные вакцины 231 Пептидные вакцины 231 Генная иммунизация 233 Аттенуированныс накщшы 234 Протинохолерпые вакцины 235 Противосальмонеллезные вакцины 236 Противолейшманиозные вакцины 237 «Векторные* вакцины 238 Протинонирусные вакцины 238 Противоб акте риал ьные вакцины 242 Бактерии как системы доставки анти- генов 242 Заключение 243 Литература 244 Контрольные вопросы 246 Глава 12. Использование рскомбинантных микроорганизмов для получения коммерчес- ких продуктов 247 Эндонуклсазы рссчрикции 247 Малые биологические молекулы ,250 Синтез L-аскорбиновой кислоты 250 Синтез индиго 252 Синтез аминокислот 255 Антибиотики 257 Клонирование генов биосинтеза антибио- тиков 259 Синтез ноных антибиотиков 259 Разработка новых методов получения по- ликетидных антибиотиков 260 Усовершенствование производства анти- биотиков 263 Биополимеры 266 Создание рекомбинантной бактерии Xanthomonascampestrisс целью получения ксантановой слизи „ 266 Выделение генов биосинтеза меланина 267 Микробиологический синтез животного биополимера с адгезивными свойствами 268 Микробиологический синтез каучука 270 Микробиологический синтез полигидрок- сиалканоатов 270 Заключение 272 Литература 272 Контрольные вопросы 274 Глава 13. Биодеградация токсичных соеди- нений и утилизация биомассы 275 Дсфадация ксенобиотиков с помощью микроорганизмов 275 Метаболические пути биодеградации ксе- нобиотиков, созданные методами генной инженерии 276 Оглавление 587 Перенос плазмид 276 Изменение генов 281 Утилизация крахмала и Сахаров 286 Промышленное производство фруктозы и этанола 287 Повышение эффективности производства фруктозы и этанола 289 Zymomonasmobilis292 Получение силоса 294 Утилизация целлюлозы ...., 294 Компоненты лигноцеллюлозы 294 Выделение прокариотических иеллюлаз- ных генов 2% Выделение эукариотических целлюлазных генов 298 Манипуляции с целлюлазными генами 300 Белок одноклеточных организмов 301 Заключение 302 Литература 303 Контрольные вопросы 305 Глава 14. Бактерии, стимулирующие рост растений 306 Фиксация азота 306 Нитрогеназа 308 Компоненты 308 Генная инженерия кластера генов нитро- геназы 310 Гидрогеназа 313 Метаболизм водорода 313 Модификация генов гидрогеназ 314 Образование клубеньков 316 Конкуренция среди организмов, образу- ющих клубеньки 316 Манипуляции с генами образования клу- беньков 316 Биоконтроль патогенных микроорганизмов 320 Сидсрофоры 321 Антибиотики 322 Ферменты , 323 Образование кристаллов льда и антифриз- ныс белки 325 Стимуляция роста растений свободножи- вушими бактериями 326 Заключение 327 Литература 328 Контрольные вопросы 330 Глава 15. Микробные инсектициды 331 Токсин, синтезируемый Bacillus thuringiensis332 Механизм действия и использование 332 Идентификация генов токсинов 335 Генная инженерия генов токсинов В. thuringiensis336 Бакуловирусы как инструмент биоконт- роля 342 Механизм действия 342 Усиление биоконтроля с помощью генной инженерии 343 Заключение 344 Литература 345 Контрольные вопросы 347 Глава 16. Промышленный синтез белков при участии рскомбинантных микроорганизмов 349 Рост микроорганизмов 350 Периодическая культура 351 Периодическая культура с добавлением субстрата 352 Непрерывная культура 353 Повышение эффективности ферментации 354 Культуры с высокой плотностью 356 Биорсакторы 357 Типичные курпномасштабные системы ферментации 359 Двухступенчатая ферментация в тандем- ных эрлифтных биореакторах 360 Двухступенчатая ферментация в одном ре- акторе с механическим перемешиванием 362 ! 1ериодичсскам ферментация и периоди- ческая ферментация с добавлением суб- страта 363 Сбор клеток 363 Разрушение клеток 365 Дальнейшая обработка 366 Солюбилизация белков 367 Заключение 367 Литература 368 Контрольные вопросы 369 ЧАСТЬШ ЭУКАРИОТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ 371 Глава 17. Генная инженерия растений: ме- тодология 373 Трансформация растений Tî-плазмидой из Agrobacteriumtumefaciens373 Векторные системы на основе Ti-плазмид ....377 Физические методы переноса генов в рас- тительные клетки 379 Бомбардировка микрочастицами 380 Применение репортерных генов при транс- формации клеток растений 381 iH>; Оглавление Эксперименты по экспрессии чужеродных генов в растениях 382 Выделение различных промоторов и их использование 383 Введение чужеродных генов в хлоропласт- нуюДНК 384 Получение трансгенных растений, не со- держащих маркерных генов 386 Заключение 386 Литература 387 Контрольные вопросы 388 Глава 18. Генная инженерия растений: при- менение 389 Выведение растений, устойчивых к насеко- мым-вредителям, вирусам и гербицидам 389 Растения, устойчивые к насекомым- вредителям .389 Растения, устойчиныс к вирусам 395 Растения, устойчивые к гербицидам 400 Растения, устойчивые к грибам и бакте- риям 401 Получение растений, противостоящих не- благоприятным воздействиям и старению 403 Окислительный стресс 403 Солевой стресс 404 Созревание плодов 405 Изменение окраски цветков 406 Изменение пищевой ценности растений 407 Аминокислоты 408 Липиды 408 Изменение вкуса и внешнего вида плодов 410 Изменение внешнего вида 410 Изменение вкуса 411 Растения как биореакторы 412 Антитела 412 Полимеры 412 Чужеродные белки, аккумулирующиеся в семенах 413 Заключение 413 Литература 413 Контрольные вопросы 416 Глава 19. Трансгенные животные 418 Трансгенные мыши; методология 419 Использование рстровирусных векторов ...419 Метод микроинъскций ДНК 420 Использование модифицированных эмб- риональных стволовых клеток 422 Клонирование с помошью переноса ядра 426 Перенос генов с помощью искусственных дрожжевых хромосом 428 Трансгенные мыши: применение 430 Трансгенный крупный рогатый скот 433 Трансгенные овцы, козы и свиньи 435 Трансгенные птицы 436 Трансгенные рыбы 438 Заключение 439 Литература 439 Контрольные вопросы 441 Глава 20. Молекулярная генетика человека ....442 Генетическое сцепление и картирование генов 444 Обнаружение и оценка генетического сцеп- ления у человека 446 Анализ сцепления методом максимального правдоподобия: логарифм соотношения шансов (лод-балл) 447 Построение генетических карт хромосом человека 450 Генетический полиморфизм 450 Полиморфизм длины рестрикционных фрагментов 451 Полиморфизм коротких тандемных пов- торов 454 Картирование локуса генетического забо- левания в определенном районе хромо- сомы 456 Построение мультилокусных хромосомных карт человека 459 Локализация гена заболевания на карте сцепления , 460 Картирование с использованием радиаци- онных гибридоп 460 Физическое картирование генома человека 462 Построение контигов из YAC-, ВАС- и РАС-библиотек 462 Построение контигов из космидных, Р1- и λ-библиотек 463 Транскрипционное картирование 465 Клонирование генов заболеваний человека 467 Выявление мутаций в генах человека 467 Функциональное картирование 468 Кандидатное картирование 469 Позиционное картирование 469 Позиционно-кандидатмое картирование 476 Программа *Геном человека*· 477 Заключение 479 Литература 481 Контрольные вопросы 482 Оглавление 589 Глава 21. Генная терапия 483 Генная терапия ex vivo 487 Генная терапия in vivo 493 Вирусные системы доставки генов 493 Ретровирусные векторы 493 Аденовирусные векторы 494 Векторы на основе аденоассоциированных вирусов 4% Векторы на основе вируса простого герпеса 496 Невирусные системы доставки генов 498 Активация предшественника лекарствен- ного вещества («пролскарства») 502 Лекарственные средства па оснопе олиго- нуклеотидов 503 Синтез «антисмысловых» мРНК in vivo 504 «Антисмысловые» олигонуклеотиды как лекарственные средства 506 Олигонуклеотиды, связывающиеся с бел- ками: антитромбинопый аптамер 508 Рибозимы как лекарственные средства 508 Коррекция генетических дефектов с помо- щью олигонуклеотидов 509 Заключение 510 Литература.. 511 Контрольные вопросы 513 ЧАСТЬ IV КОНТРОЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ В ОБЛАС- ТИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОТЕХНОЛО- ГИИ И ПАТЕНТОВАНИЕ ЬИОТЕХНОЛО- ГИЧЕСКИХ ИЗОБРЕТЕНИЙ 515 Глава 22. Контроль применения биотехноло- гических методов 517 Контроль экспериментов с рекомбинант- нымиДНК 518 Контроль за производством и потреблением пищевых продуктов и пишевых добавок 519 Химозин... ...520 Триптофан 520 Бычий соматотропин 521 Контролируемое шсвобождспие генети- чески модифицированных организмов в окружающую среду 523 Pseudomonassyringae,не образующие крис- таллов льда 523 Открытые полевые испытания других ге- нетически модифицированных организ- мов 525 Генная терапия человека 526 Политика в области генной терапии сома- тических клеток 527 Накопление дефектных генов в будущих поколениях 528 Генная терапия клеток зародышевой линии 529 Клонирование человека 529 Заключение 530 Литература 531 Контрольные вопросы 532 Глава 23. Патентование биотехнологичес- ких изобретений 533 Общие вопросы патентования изобретений 534 Патентование изобретений в разных стра- нах 536 Патентование ДНК-последовательностей 537 Патентование многоклеточных организмов 539 Патентование и фундаментальные иссле- дования 539 Заключение 541 Литература 541 Контрольные вопросы 542 Словарь терминов 543 Предметный указатель 564 Указатель латинских названий .. ...577 Учебное издание Бернард Глик, Джек Пастернак МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОТЕХНОЛОГИЯ Зав. редакцией канд. биол. наук М. Р. Погосбекова Ведущий редактор Н. Н. Шафрановская Редактор Р. Ф. Куликова Художник Н. В. Зотова Технический редактор Е. В. Денюкова Корректор Р. Ф. Куликова Оригинал-макет подготовлен Л. К. Васильевой График-дизайнеρ С. В. Машин Оператор Н. Е. Кизилова Лицензия ЛР № 010174 от 20.05.97 г. Подписано к печати 10.09,01. Формат 84 χ 108ι/κ>. Бумага офсетная. Печать офсетная. Гарнитура NewionC. О&ьем 18,50 бум, л. Усл. печ. л. 62.16. Уч.-изд я. 62,07. Изд. № 4/9698. Тираж 5000 экз. Зак. 5185. Издательство «Мир» Министерства РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовых коммуникации 107996, ГСП-6, Москва, 1-Й рижский пер,, 2. Диапозитивы изготовлены в издательстве «Мир» Отпечатано в полном соответствии С качеством предоставленных диапозитивов в ОАО «Можайский полиграфический комбинат», 143200, г. Можайск, ул. Мира, 93  |