Практические примеры. 
Биохимия для технологов

I. Генная инженерия и пищевые технологии. Исследования генетических материалов разных организмов, знание механизмов синтеза НК и белков находят применение в различных прикладных областях, главным образом в производстве отдельных химических веществ, переработке различных органических соединений и пищевых технологиях.

Кроме научного интереса, разработка ГМ О вызывается прежде всего экономическими соображениями. Во многих случаях разработка рекомбинантных ДНК обусловлена технологическими или экологическими причинами.

Технология рекомбинантных ДНК включает несколько обязательных стадий:

• • обнаружение гена, кодирующего синтез необходимого белка;
• • извлечение этого гена из ДНК с помощьюрестриктаз^{;
• • перенос гена на подходящую молекулу — ДНК-вектор (в качестве вектора обычно используют плазмиды, см. подпараграф 5.2.4);^[1]

• перемещение рекомбинантной ДНК в организм хозяина, в результате чего он синтезирует белок с заданными свойствами; для этих целей подходят Escherichia coli, бактерии рода Bacillus, грибы рода Aspergillus и дрожжи рода Saccharomyces, которые хорошо изучены и безопасны в производстве.

Наибольшее применение в настоящее время ГМО находят в производстве ферментов. Первым пищевым ГМ ферменом стал химозин. Его применение разрешено в Великобритании с 1988 г., в США — с 1990 г., а в настоящее время и в большинстве европейских стран.

По данным III. Дамодарана и соавторов, в настоящее время в США и Великобритании около 90% всех твердых сыров изготавливают с применением химозина, полученного из генно-модифицированных микроорганизмов. По некоторым прогнозам в будущем большинство пищевых ферментов будут генно-модифицированными.

Натуральные химозины синтезируются в желудке молодняка жвачных животных только в первые недели их жизни. Производство нативного химозина обходится очень дорого и значительно увеличивает цену продуктов сыроделия.

Помимо того, что ГМ-химозин дешевле полученного традиционным способом, у него есть и другие преимущества:

• • состоит из одного белка, а не из смеси белков, поэтому содержит меньше примесей;
• • обладает активностью в несколько раз большей, чем нативный химозин.

Интерес к генной инженерии и промышленному синтезу ферментов постоянно растет. Отбор желаемых свойств на уровне генома, осуществляемый молекулярными методами, получил название направленной эволюции. Это очень перспективное направление биотехнологий. Например, современные моющие средства содержат ГМ-субтилизин, обладающий повышенной стойкостью к окислению, увеличению температуры и изменению pH. Известно, что повысить устойчивость фермента к температуре можно заменой полярной аминокислоты в пептидной последовательности на нейтральную аминокислоту, что сопровождается увеличением зоны гидрофобности. Заменой аминокислотного остатка в активном центре фермента можно изменить его специфичность. Однако подобные изменения могут сопровождаться непредсказуемым результатом. Например, увеличение гидрофобное™ фермента для повышения его термоустойчивости может привести к уменьшению его гибкости, а возможно, и снижению активности.

Несмотря на огромные возможности генной инженерии в области пищевых технологий, необходимо помнить о безопасности пищевых продуктов и, прежде всего, следует убедиться в отсутствии отрицательных эффектов от ГМО для человека.

В связи с этим законодательные документы запрещают использование для производства пищевой продукции для беременных и кормящих женщин продовольственного пищевого сырья, содержащего ГМО и (или) компоненты, полученные из ГМО^[2].

Информация о содержании ГМО в продуктах должна указываться на упаковке.

II. Определение первичной структуры белка по известной нуклеотидной последовательности мРНК. Современные методы позволяют достаточно легко секвенировать НК. Поскольку между последовательностью нуклеотидов в ДНК и последовательностью аминокислот в белке существует взаимное соответствие, первичную структуру белка можно установить, если известна последовательность нуклеотидов в НК.

Например, известна последовательность нуклеотидов в иРНК:

Требуется определить, какая аминокислотная последовательность здесь зашифрована. Для облегчения задачи указано, что синтез полинуклеотидной цени начинается с первого триплета на 5'-конце.

Поскольку каждая аминокислота кодируется тройкой нуклеотидов (триплетом, кодоном), то для наглядности данную нуклеотидную последовательность лучше разбить на триплеты:

Соответствие между аминокислотной и нуклеотидной последовательностями определяется генетическим кодом. Поэтому следует воспользоваться таблицей генетического кода (см. приложение 6), с помощью которой легко установить смысловое значение кодонов в иРНК.

Первый триплет АУГ кодирует аминокислоту Мет, второй триплет ЦУ У кодирует аминокислоту Лей, третий АГА кодирует аминокислоту Apr и четвертый ЦЦЦ кодирует аминокислоту Про.

Таким образом, зашифрованная в данной иРНК аминокислотная последовательность — тетраиептид:

• [1] Рсстриктазы (от лат. restrictio — ограничение) — высокоспецифичные эндонуклеазы, расщепляющие связи, ограниченные определенными нуклеотидными последовательностями.
• [2] 2 О безопасности молока и молочных продуктов [Текст]: Технический регламент Таможенного союза ТР ТС 033/2013.