Как известно, в генах содержится информация-инструкция для синтеза в организме молекул белков-ферментов. Значит, для того чтобы заставить клетку синтезировать новые, необычные для нее вещества, надо, чтобы в ней синтезировались соответствующие наборы ферментов. А для этого необходимо или целенаправленно изменить находящиеся в ней гены, или ввести в нее новые гены, чуждые ей. Изменения генов в живых клетках – это мутации. Они происходят под действием, например, мутагенов – химических ядов или излучений. Но такие изменения нельзя контролировать или направлять. Поэтому ученые сосредоточили усилия на попытках разработать методы введения в клетку новых, совершенно определенных генов, нужных человеку. Для этого, во-первых, необходимо было научиться получать желаемые гены.
Первоначально такие гены пытались просто выделить из подходящих клеток, но потом оказалось, что, зная их строение, проще получать их синтетически, с помощью отработанных биохимических методик. Во-вторых, необходимо было разработать методику введения гена в клетку. Причем нужно было научиться не просто вводить ген в цитоплазму, а встраивать его в собственную молекулу ДНК клетки так, чтобы новая информация могла быть «прочитана» биосинтетическим аппаратом клетки, вырабатывающим белки, а также воспроизводящим гены при делении клетки. Осуществление этих двух этапов – получение гена и введение его в клетку – и составляет, собственно, основу той отрасли биотехнологии, которая получила название индустрии ДНК.
Разработать методику как первого, так и второго этапов было невероятно трудно. Однако за очень короткий срок биохимики научились синтезировать гены. Сейчас процесс синтеза генов разработан очень хорошо и даже автоматизирован. Существуют специальные аппараты, снабженные ЭВМ, в памяти которых заложены программы синтеза различных структурных генов. За день такой аппарат синтезирует необходимые отрезки ДНК длиной 100–120 азотистых оснований (содержащих информацию для синтеза участка полипептидной цепи белка в 30–40 аминокислотных остатков).
Основные трудности были связаны с введением готового гена в наследственный аппарат клетки. Собственно, именно из-за этих трудностей еще 15–20 лет назад затеи с модификацией генетического аппарата считали безнадежным и даже фантастическим делом.
Необходимо было создать общий и воспроизводимый метод включения кусочков гена в полный генетический аппарат клетки. При этом новый фрагмент гена должен был быть помещен очень точно с соблюдением ряда условий, для того чтобы клетка действительно начала синтезировать новые ферменты. Надо было также обойти сопротивляемость клетки-хозяина: как правило, все изменения генетического аппарата воспринимаются клеткой как «ошибки информации» и исправляются специальными механизмами.
