Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

Если вам кажется, что выделить ДНК из клетки сложно, то вы ошибаетесь. Разрушьте клетку любым доступным путем (да хотя бы погружением в насыщенный раствор хлорида натрия, более известного под названием «поваренная соль»), а затем при помощи этилового спирта выделите из получившейся «горы мусора» ДНК. Та бесцветная жидкость, которую эксперты в фильмах капают из пипетки на соскобленную откуда-нибудь высохшую кровь, есть не что иное, как обычный девяностошестипроцентный этиловый спирт.

Выделили?

Отлично! Разделите двухцепочечную молекулу ДНК на отдельные цепочки посредством нагревания и при помощи рестриктаз нарезайте эти отдельные цепочки на фрагменты. Затем фрагменты нужно будет вставить в так называемые векторы – относительно небольшие молекулы ДНК вирусов или бактерий. Векторы внедряют фрагменты в клетки бактерий. Процедура относительно несложная: если лишить бактерии их собственной ДНК, то они охотно поглотят чужую из внешней среды (вспомните о горизонтальном переносе генов).

Дальше все просто: сохраните колонии бактерий с нужной вам ДНК и используйте ее при необходимости для решения тех или иных задач. Например, для получения холодоустойчивой кукурузы или же такой кукурузы, от которой все насекомые-вредители станут держаться как можно дальше.

Вот, собственно, и вся генная инженерия (в предельно упрощенном виде).

Компьютеризация облегчает жизнь всем, в том числе и генным инженерам. В наше время созданы устройства, синтезирующие заданные нуклеотидные последовательности длиной свыше ста нуклеотидов. «Всего сто? – усмехнутся скептики. – Это же такая мелочь! Ведь количество нуклеотидов в ДНК может доходить до миллиарда и даже больше!» Да, пока что всего сто или сто пятьдесят. Но это же заданная, запрограммированная последовательность, которая синтезируется автоматически! Как говорится, лиха беда начало, со временем и миллиардные последовательности нуклеотидов будут синтезироваться с помощью компьютерных программ.

Ген, добавленный извне в геном, называется трансгеном, а организм, полученный в результате такой манипуляции, – трансгенным организмом. Распространенное название «генетически модифицированные организмы» является не совсем точным определением для организмов, полученных в результате генной инженерии, потому что организмы, полученные в результате обычной селекции, тоже являются генетически модифицированными, содержащими измененный генотип. Слово «модификация» означает преобразование или изменение в широком смысле, а вот приставка «транс-» четко указывает на перенос из одного места в другое.

Если при селекции возможна только лишь комбинация генотипов особей одного и того же вида или же скрещивание с близкородственным видом, то генная инженерия может переносить все что угодно, куда угодно. Ген рыбы в растение? Без проблем! Ген растения – птице? Запросто! Ген млекопитающего – бактерии? Пожалуйста!

Генные инженеры говорят, что их возможности ограничены только лишь их воображением. Это не шутка, а истинная правда. С точки зрения технологии не имеет значения, чей ген куда пересаживать. Да хоть от ископаемого мамонта дождевому червю! Важна только практическая целесообразность.

Но не только возможностью пересадки всего повсюду славится генная инженерия. Другим ее преимуществом, не менее важным, чем неограниченная широта возможностей, является скорость. Селекционеры могут годами, а то и десятилетиями решать поставленную задачу, и не факт еще, что им удастся ее решить… А генные инженеры добиваются своего практически сразу. Сроки исполнения задач в генной инженерии исчисляются днями, а иногда и часами. И результат неизменно соответствует ожиданиям, без поправок на неожиданности, часто встречающиеся у селекционеров.

Искусственно созданный ген может быть не только материалом для работы, но и инструментом. Ген можно не только пересаживать с места на место, но и использовать в качестве зонда. В переводе с голландского слово «зонд» означает «посланец». Зондами в различных отраслях науки называют инструменты или устройства, служащие в качестве датчиков или проводников. Метеорологический зонд запускают в атмосферу для сбора данных, помогающих создать прогноз погоды. Врачи пользуются зондами – тонкими стержнями или полыми трубочками для проведения диагностических или лечебных процедур в различных полостях и каналах тела пациента. В генной инженерии зондирующий ген служит для распознавания фрагментов молекул ДНК.

«Растиражированные» гены-зонды обрабатывают радиоактивными атомами или флуоресцентным (светящимся) химическим веществом, чтобы они были хорошо видны, а затем разделяют молекулы обработанных зондов на одинарные цепочки и смешивают их с растворами различных нуклеиновых кислот, молекулы которых предварительно также разделяют на одинарные цепочки. Хорошо видимые «светящиеся» зонды связываются с комплементарными фрагментами нуклеиновых кислот. Зонд словно бы указывает инженеру – вот он, нужный вам фрагмент, я на нем сижу! Нужный участок вырезается при помощи рекстриктаз, или отмечается на генетической карте, или же просто учитывается. Гены-зонды нередко используют для оценки количества матричной РНК, полученной в результате транскрипции конкретного гена (количество матричной РНК служит показателем экспрессии гена).

Внедрение нужного гена или же нужной молекулы ДНК в клетку должно быть произведено таким образом, чтобы не нарушить жизнедеятельность клетки. Внедряемый ген может быть как «диверсантом», которому нужно функционировать в течение определенного срока, так и «резидентом», засылаемым в клетку навсегда. Экспрессия гена в течение определенного срока часто используется в лечебных целях. Излечили заболевание, ген больше не нужен. Кстати говоря, гены можно вводить в клетку, но не вставлять в клеточные молекулы ДНК. Достаточно снабдить каждый пересаженный ген своим промотором – фрагментом, с которого РНК-полимераза будет начинать транскрипцию матричной РНК, и можно считать, что дело сделано, информация с этого гена будет считываться клеткой.

Для внедрения гена в клетку, как уже было сказано выше, можно использовать вирусы-векторы. При создании определенных условий ДНК может проникать внутрь клетки пассивным образом, без помощи каких-либо переносчиков. Транспорт генов в клетку может осуществляться при помощи электрической стимуляции клеточных мембран. С одной стороны, воздействие слабого электрического тока изменяет проницаемость мембраны, а с другой – под действием внешнего электрического поля возможно направленное перемещение частиц (вспомните из курса физики про электрофорез).