Биотехнология ответственный редактор академик И. И. Гительзон

4.3. КЛЕТОЧНАЯ ИНЖЕНЕРИЯ 
Традиционно для получения более активных биологических агентов 
применяли селекцию и мутагенез. Селекция – это направленный отбор 
мутантов – организмов, наследственность которых приобрела скачкооб-
разное изменение в результате структурной модификации в нуклеотидной 
последовательности ДНК. Генеральный путь селекции – это путь от сле-
пого отбора нужных продуцентов к сознательному конструированию их 
генома. Традиционные методы отбора в свое время сыграли важную роль 
в развитии различных технологий с использованием микроорганизмов. 
Были отобраны штаммы пивных, винных, пекарских, уксуснокислых и др. 
микроорганизмов. Ограничения метода селекции связано с низкой часто-
той спонтанных мутаций, приводящих к изменению в геноме. Ген должен 
удвоиться в среднем 10
6
–10
8
, чтобы возникала мутация.
К существенному ускорению процесса селекции ведет индуцирован-
ный мутагенез (резкое увеличение частоты мутаций биологического объ-
екта при искусственном повреждении генома). Мутагенным действием 
обладают ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, ряд химических 
соединений (азотистая кислота, бромурацил, антибиотики и пр.). После 
обработки популяции мутагеном проводят тотальный скрининг (проверку) 
полученных клонов и отбирают наиболее продуктивные. Проводят по-
вторную обработку отобранных клонов, и вновь отбирают продуктивные 
клоны, то есть проводят ступенчатый отбор по интересующему признаку.
Работа эта требует больших трудозатрат и времени. Недостатки сту-
пенчатого отбора могут быть в значительной степени преодолены при 
сочетании его с методами генетического обмена.
Генетическое конструирование in vivo (клеточная инженерия) 
включает получение и выделение мутантов и использование различ-
ных способов обмена наследственной информацией живых клеток.
Основой клеточной инженерии является слияние неполовых клеток 
(гибридизация соматических клеток) с образованием единого целого. 
Слияние клеток может быть полным, или клетка-реципиент может приоб-
рести отдельные части донорской клетки (митохондрии, цитоплазму, 
ядерный геном, хлоропласты и др.). К рекомбинации ведут различные 
процессы обмена генетической информацией живых клеток (половой и 
парасексуальный процесс эукариотических клеток; конъюгация, транс-

---

138 
формация и трансдукция у прокариот, а также универсальный метод – 
слияние протопластов).
При гибридизации берут генетически маркированные штаммы микро-
организмов (чаще ауксотрофные мутанты или мутанты, устойчивые к ин-
гибиторам роста). В результате слияния клеток (копуляции) происходит 
образование гибридов у дрожжей, грибов, водорослей. Если исходные 
клетки были гаплоидными, в результате слияния ядер появляется дипло-
идная клетка (зигота), несущая в ядре двойной набор хромосом. У отдель-
ных представителей ядро сразу подвергается мейозу, в ходе которого ка-
ждая из хромосом расщепляется. Гомологичные хромосомы образуют 
пары и обмениваются частями своих хроматид в результате кроссингове-
ра. Далее формируются гаплоидные половые споры, каждая из которых 
содержит набор генов, которыми различались родительские клетки, в ре-
зультате рекомбинации генов одной и той же хромосомы, а также разных 
хромосом при распределении хромосомных пар. Если после слияния ядра 
не сливаются, образуются формы со смешенной цитоплазмой и ядрами 
разного происхождения (гетерокарионы). Такие формы свойственны гри-
бам, особенно продуцентам пенициллинов. При размножении полученных 
гетерозиготных диплоидов или гетерокарионов происходит расщепление 
– проявление в потомстве, обнаруживающих не только доминантные, но и 
рецессивные признаки родителей. Половой и парасексуальный процесс 
широко используют в генетической практике промышленно важных мик-
роорганизмов-продуцентов.
У бактерий обмен генетической информацией происходит в результате 
взаимодействия конъюгативных плазмид (конъюгации). Впервые 
конъюгацию наблюдали у E. coli K-12. Для конъюгационного скрещива-
ния культуру донора и реципиента смешивают и совместно инкубируют в 
питательном бульоне или на поверхности агаризованных сред. Клетки при 
помощи образующегося конъюгационного мостика соединяются между 
собой; через мостик осуществляется передача определенного сайта плаз-
мидной хромосомы к реципиенту. Так, при 37°С для переноса всей хромо-
сомы требуется около 90 минут. Конъюгация открыла и открывает широ-
кие перспективы для генетического анализа и конструирования штаммов.