Вокруг Света - Вокруг Света 2006 №10

Разумеется, для того, чтобы стать средством научного поиска, ГМ-организму не обязательно светиться. Более того, самый мощный вклад в исследования последних лет внесли существа, отличающиеся от нормальных сородичей не лишними, а, наоборот, недостающими генами. Технологии генной инженерии позволяют не только пересадить зародышу чужой ген, но и избирательно вырезать или лишить активности его собственный, причем вполне определенный. Такие животные получили название «нокаутных». Понятно, что метод «нокаутирования» позволяет прямо выяснять функции выбитой «детали», ее роль в тех или иных физиологических процессах. Особенным успехом у современных экспериментаторов пользуются «нокаутные» мыши, сыгравшие в функциональной генетике примерно ту же роль, что мушки-дрозофилы в генетике классической. Из всех быстро размножающихся и хорошо изученных животных мышь ближе всего к человеку: подавляющее большинство наших генов есть и у нее. Так вот, «нокаутные» мыши позволили нащупать молекулярные механизмы огромного числа нормальных и патологических процессов — от запоминания и поведения до канцерогенеза и старения. Последовательные «отключения» одного гена за другим позволили ученым поставить вопрос о «минимальном геноме»: каков критический набор генов, позволяющий тому или иному существу жить и выполнять свои функции?

Некоторые специалисты, правда, критиковали исследования на «нокаутных» животных, справедливо напоминая, что организм — система гибкая. Развиваясь без «штатного» гена, он может обеспечить необходимые ему функции другими путями, а мы, наблюдая результат, сочтем, что данный ген для данной функции не нужен. Ответом на эти замечания стало усовершенствование техники «нокаутирования»: теперь она позволяет выключать исследуемый участок молекулы ДНК уже у взрослого организма, причем временно или только в определенных тканях. Впрочем, такие организмы, строго говоря, уже нельзя назвать трансгенными.

Для создания нового сорта или вида с заданными качествами генетики обрабатывают, анализируют и обобщают огромное количество данных исходного материала

Курсы кройки и шитья

«Ножницами», разрезающими нить ДНК по строго определенному сочетанию букв-нуклеотидов, служат обычно специальные ферменты-рестриктазы. Среди нарезанных ими кусочков есть и такие, которые содержат нужный ген целиком, причем если и будут в тексте лишние буквы, их можно убрать экзонуклеазами — ферментами, откусывающими по одному нуклеотиду с конца нити ДНК. Но хотя этот метод выкраивания гена сам по себе достаточно удобен, в последнее время чаще применяют способ копирования нужного участка, который называется полимеразной цепной реакцией. Достаточно маленького кусочка ДНК, соответствующего началу искомого гена, чтобы фермент полимеразы нашел и снял копию с гена, начинающегося этим фрагментом. После того как копия будет готова, полимеразы примутся снимать дальнейшие «оттиски» и с нее, и с участка, послужившего для нее образцом. Работа продолжится до тех пор, пока не исчерпается запас свободных нуклеотидов. Это выглядит примерно так, как если бы в томике стихов «рассыпали» в беспорядке печатные буквы, а также клочок бумаги с единственной строкой — и через короткое время получили бы несколько сот экземпляров полного текста стихотворения. Чтобы доставить нужный ген внутрь чужой клетки, обычно используют природных переносчиков генетической информации — вирусы и плазмиды. Последние представляют собой небольшие кольцевые молекулы ДНК, существующие в бактериальных клетках отдельно от основного генома. Они могут проникать из одной клетки в другую и служат бактериям чем-то вроде почтовых голубей, позволяя им передавать друг другу полезные признаки. Особенно удобны так называемые Ti-плазмиды, получаемые из микроорганизма агробактерии Agrobacterium tumifaciens, поражающей стебли и листья некоторых растений. Для биологов агрессивная активность Ti-плазмид особенно ценна именно тем, что они умеют не просто доставлять нужные гены в растительную клетку, но и встраивать их внутрь ее родных хромосом, вследствие чего клетки реципиента начинают бурно делиться, превращаясь в разрастание рыхлой ткани, а также вырабатывать вещества, которыми и питаются агробактерии (для прочих почвенных микроорганизмов они несъедобны). Однако вирусы и плазмиды почти никогда не применяются в биотехнологии в своем натуральном виде. Перед использованием из них вырезается все лишнее, оставляются только гены, обеспечивающие доставку «груза» по назначению. Такие искусственные конструкции биотехнологи называют векторами. Однако мало перенести нужный ген в другую клетку — надо еще, чтобы он там начал действовать. Как известно, в каждой клетке каждого организма работают лишь те гены, продукт которых необходим в данный момент. Эти функции выполняют так называемые промоторы — участки ДНК, которые ферменты клетки воспринимают как команду начать считывание. Открывая и закрывая их промоторы для считывающих ферментов, клетка регулирует активность генов. Однако у вирусов и Tiплазмид есть свои промоторы, которые не подчиняются клеточным регуляторам и всегда открыты для ферментов, заставляя клетку считывать целый ряд примыкающих к нему генов. Закладка «письма» в «конверт» происходит так: вектор, представляющий кольцевую молекулу ДНК, разрезают в нужном месте рестриктазами, приводят в контакт с копией выделенного гена и добавляют сшивающий фермент — лигазу, которая соединяет ген и вектор снова в колечко. После чего остается внедрить полученную рекомбинантную ДНК в клетку-мишень. Как мы уже знаем, векторы делают это сами, но им можно помочь, повысив проницаемость клеточной мембраны с помощью некоторых солей или электрического тока. Надо сказать, что ни одна операция не имеет стопроцентного выхода, и в итоге далеко не все клетки-мишени получают донорский ген. Поэтому следующий этап работы — выявление трансгенных клеток, которые нужно отделить от неизмененных. Для этого в вектор вместе с нужным геном встраивают ген устойчивости к какому-нибудь антибиотику. Затем происходит естественный отбор. Клетки высевают на питательную среду, содержащую этот антибиотик, и те, в которые вектор не внедрился или в которых он не работает, погибнут, и останутся только трансгенные. Если объектом были микроорганизмы, то задача выполнена: создана популяция трансгенных клеток. С растениями сложнее: из культуры клеток надо еще вырастить целостный организм. Наибольшую сложность представляют опыты с животными, ведь у них генной модификации приходится подвергать оплодотворенные яйцеклетки, более того, если речь идет о млекопитающих, их надо еще имплантировать суррогатной матери. Именно поэтому и трансгенных животных немного. А до массового разведения, в отличие от растений и микроорганизмов, пока не дошло ни одно. Это все единичные экземпляры.