Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

Схема наследования гемофилии в правящих домах Европы

Наследственная предрасположенность человека к ряду заболеваний (сахарному диабету, шизофрении, эпилепсии и др.) была выявлена благодаря близнецовому методу генетического анализа, суть которого заключается в сопоставлении особенностей членов близнецовой пары, позволяющем определить степень влияния наследственных факторов и среды на формирование признаков организма.

Не очень понятно?

Тогда скажем проще: наблюдая за однояйцевыми близнецами, имеющими одинаковые генотипы, ученые делали выводы о том, что в большей степени влияет на развитие данного конкретного признака – наследственный фактор или факторы внешней среды.

Например, один близнец всю жизнь прожил в Лондоне, работая страховым агентом, то есть был типичным горожанином-клерком, живущим в умеренном климате. Другой близнец в шестнадцатилетнем возрасте поступил матросом на торговое судно, а после осел в Южной Африке, в Йоханнесбурге, где зарабатывал на жизнь переноской грузов, то есть человек физического труда, живущий в субтропическом климате.

Помимо климата между средой Лондона и средой Йоханнесбурга существует еще множество различий. А еще добавьте к этому разные профессии и, как следствие, разные образы жизни, разные привычки и т. д. Сами посудите, много ли будет общего между лондонским клерком и йоханнесбургским грузчиком? Но, несмотря на это, у обоих братьев в зрелом возрасте (примерно в одном и том же) был диагностирован сахарный диабет. Собрав и проанализировав определенное количество подобных случаев, ученые пришли к выводу о том, что предрасположенность к сахарному диабету имеет наследственный характер.

Цитогенетический [37]   Слово «цитос» на греческом означает «клетка». Наука цитология и ее производные занимаются изучением живой клетки. метод представляет собой изучение хромосом при помощи микроскопа.

Биохимический метод генетического анализа позволяет выявить наследственно обусловленные нарушения обмена веществ. Если вдуматься, то любой «сбой» в генах в той или иной степени нарушает обмен веществ в организме, поскольку вместо нормальных белков начинают синтезироваться какие-то другие, с измененными свойствами. Поэтому перспективы у биохимического метода просто невероятные и безграничные.

Весьма интересен не так давно внедренный метод гибридизации нуклеиновых кислот, суть которого заключается в сборке молекул ДНК из двух отдельных цепочек или соединение одной цепочки ДНК с молекулой РНК вне живого организма, то есть «в пробирке». Для того, чтобы две состоящие из нуклеотидов цепочки соединились в одну молекулу ДНК, или же для соединения одной цепочки ДНК с молекулой РНК необходима комплементарность соединяемых элементов. Давайте вспомним, что в двух цепочках, составляющих молекулу ДНК, напротив азотистого основания тимина (Т) в другой цепочке должен обязательно находиться аденин (А), а напротив гуанина (Г) – цитозин (Ц). При синтезе матричных РНК на матрице цепочки ДНК вместо тимина, которого в молекулах РНК не бывает, аденин будет соседствовать с урацилом (У).

Допустим, у вас есть эталонная ДНК, с которой вы хотите сравнить другую ДНК для того, чтобы оценить степень сходства между ними (степень комплементарности), или же вам нужно сравнить с эталонной ДНК какую-то РНК-матрицу. Для того чтобы получить ответ на интересующий вас вопрос, вы должны действовать следующим образом (мы станем рассматривать сравнение двух молекул ДНК).

Этап первый. Исследуемую и эталонную ДНК по отдельности подвергают нагреванию в специальном растворе. При нагревании водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями разрушаются, двойные цепочки распадаются на одинарные. Такая «распавшаяся» молекула ДНК, утратившая свою природную конфигурацию, называется денатурированной [38]   В широком смысле денатурацией (утратой природных свойств) называют изменение пространственной структуры не только молекул ДНК, но и молекул белков. Выраженная денатурация приводит к утрате естественных свойств. До определенных пределов денатурация может быть обратимой, что мы видим на примере молекулы ДНК, способной распадаться на две цепочки и снова становиться «двойной» без утраты присущих ей свойств. .

Препараты двух денатурированных ДНК смешивают друг с другом и медленно охлаждают до исходной температуры. При этом одинарные цепочки ДНК соединяются друг с другом благодаря образованию водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. Процесс соединения двух одинарных цепочек по-научному называется гибридизацией. По скорости соединения цепочек исследуемой и эталонной ДНК, а также по степени их соединения, можно судить об их сходстве. То же самое можно сказать и о соединении эталонной ДНК с исследуемой РНК. Суть едина, а разница заключается лишь в том, что исследуемые молекулы РНК не требуется предварительно денатурировать, поскольку они изначально являются одинарными.

Гибридизация нуклеиновых кислот

Посмотрите на рисунок. Гибрид ДНК – ДНК далек от совершенства. Наряду со «спирализованными», то есть полностью совпавшими участками, в нем присутствуют большие «неспирализованные» (несовпадающие) участки. Следовательно, ДНК номер один и ДНК номер два мало схожи между собой. А вот гибрид ДНК – РНК представляет собой полное и абсолютное совершенство, что свидетельствует об идентичности обеих нуклеиновых кислот.

Гибридизация нуклеиновых кислот – безошибочный метод. Молекулы ДНК разных организмов никогда не могут совпасть полностью.

Теперь вы знаете, что именно делают криминалисты в кино (и в жизни тоже), когда им вручают фрагмент ковролина с пятнами крови и просят дать заключение, кто из трех подозреваемых оставил свою кровь на полу. Нужно взять у подозреваемых по капле слюны (по волосу, по капле крови), выделить из полученных образцов ДНК и провести три исследования.

Помимо гибридизации нуклеиновых кислот у генетиков-аналитиков существует еще один «гибридный» метод – метод гибридизации соматических клеток.

Поскольку соматические (неполовые) клетки содержат весь объем генетической информации, с их участием можно проводить различные эксперименты, которые невозможно, или же очень сложно, или же этически неприемлемо проводить на целом организме.

После внедрения в генетику методов исследований с участием соматических клеток человек стал одним из главных экспериментальных объектов, с его клетками (а не с ним самим) можно делать все, что захочется. Если для эксперимента нужно большое количество клеток, например, много-много лимфоцитов крови, то их выращивают искусственным образом, вне организма из тех, которые содержатся в одной капле взятой крови. Каплю крови для эксперимента получить несложно, это же не три литра. А выращивать клетки вне организма ученые давно научились.