Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

У человека вместо экспериментального скрещивания анализ проводится на основании семейного генетического анамнеза – сведений о проявлении признаков у предков и потомков.

Мутантный ген можно использовать в роли маркера, условного «маячка», помогающего определить местоположение данного гена и выявлять сцепленные с ним гены.

Большинство цитогенетических методов картирования основано на уже знакомом вам явлении гибридизации нуклеиновых кислот. К исследуемому материалу – одинарным нуклеиновым цепочкам с неизвестной или предполагаемой последовательностью нуклеотидов – добавляют так называемый ДНК-зонд, фрагмент ДНК или РНК с известной последовательностью, а затем смотрят, произошла ли гибридизация цепочек. Если гибридизация произошла, значит, исследуемая цепочка комплементарна зонду.

Молекулы ДНК, как вы знаете, очень и очень длинные, и их исследование – процесс небыстрый. Сначала нужно выделить из молекулы фрагмент для изучения. Затем исследователь начинает последовательно добавлять к полученному фрагменту различные зонды и смотреть, с каким именно произойдет гибридизация… Представьте, сколько придется провозиться со всеми хромосомами. А ведь полученные результаты надо обязательно перепроверить в месте их получения, а затем, для достоверности, подтвердить в другой лаборатории. То есть на деле объем работы удваивается. Для сведения: ученые расшифровали геном человека за четырнадцать лет, причем работало над расшифровкой несколько лабораторий одновременно. А полученная информация продолжает уточняться по сей день. «Быстро только амплификатор включается», – шутят генетики.

Имея на руках генную карту пациента, врач может проводить точную диагностику заболеваний и делать обоснованные выводы о возможности развития того или иного заболевания в будущем. Мутации многих генов проявляются не сразу при рождении, а дают знать о себе в процессе жизни, но видны-то они сразу же, еще на стадии эмбрионального развития. И обнаружение мутации в конкретном гене – это вам не жалобы на головокружение, причину которых замучаешься выяснять, поскольку головокружение – весьма «расплывчатый» симптом, могущий встречаться при многих заболеваниях. А мутация гена – это очень четкий симптом, не допускающий толкований. Зная, где именно произошла мутация и что именно изменилось, можно с точностью сказать, синтез какого белка будет нарушен и какой будет степень этого нарушения.

Допустим, мужчина и женщина решили завести ребенка. Сравнение их генетических карт позволит врачам сделать вывод о том, какие болезни могут проявиться у ребенка, то есть в ряде случаев диагностику можно проводить еще до рождения! Не абсолютную, поскольку по моделям генотипа стопроцентной уверенности достичь невозможно (модель есть модель), но довольно достоверную.

Появившаяся сравнительно недавно клеточная трансплантология, она же клеточная терапия, успешно применяется в различных отраслях медицины. Суть этого метода заключается в пересадке (трансплантации) клеток в больной организм с лечебной целью. Разновидностью клеточной трансплантологии является терапия стволовыми клетками. Клеточная трансплантология успешно применяется для восстановления поврежденных тканей и органов в лечении наследственных, онкологических, сердечно-сосудистых, нервных и аутоиммунных заболеваний.

К чему мы вспомнили о клеточной трансплантологии? А к тому, что когда-то врачи умели пересаживать пациентам только органы, потом начали пересаживать клетки… Скоро дело дойдет и до массовой пересадки генов. «Массовой» в том смысле, что эти пересадки будут производиться в каждой больнице. И это не красивая мечта, а реальность не такого уж и далекого будущего. Генные карты уже есть, синтезировать нужные фрагменты ДНК генетики умеют, метод генной хирургии, точнее – генной трансплантологии, уже создан и применяется на практике, осталось только немного его доработать. Как вы понимаете, лечение болезни заменой «дефектного» гена на «здоровый» станет наиболее эффективным из всех способов лечения, поскольку оно позволит устранять самую первопричину болезни.

Генная карта позволяет создавать клеточные модели для экспериментального изучения различных заболеваний, причем эти модели будут абсолютно точными. Даже не зная всех аспектов клинических исследований нового лекарственного препарата, можно понять, насколько исследования с участием людей сложнее, дороже (а зачастую и длительнее), чем исследования, производимые на клетках. А еще на основе генных карт можно будет создавать полноценные компьютерные модели для экспериментов.

Существует такой цитогенетический метод картирования генов, как рестрикционное [86]   От латинского restrictio – «ограничение». картирование. Суть его заключается в использовании ферментов-рестриктаз, которые нарезают молекулы ДНК на различные фрагменты. Рестриктазы – «умные» ферменты. Они способны распознавать определенные последовательности нуклеотидов, то есть выбирать определенный участок ДНК и расщеплять нуклеотидную цепь как внутри этого участка, так и рядом с ним.

На основании свойств используемых рестриктаз и анализа нарезанных ими фрагментов молекул ДНК генетики создают так называемые рестрикционные карты, на которых отмечают расположение участков, вырезанных различными рестриктазами, относительно друг друга. Затем рестрикционную карту сравнивают с генетической картой и при необходимости вносят в последнюю уточнения. Этот уточняющий процесс можно сравнить с коррекцией географических карт на основании данных спутниковой фотосъемки.

Вот вам вопрос, предпоследний в этой книге: могут ли генетические карты быть полезными в исследованиях эволюционного процесса? Ответ на этот вопрос вы найдете в конце главы.

И в завершение немного очевидного, кажущегося невероятным. Молекулы ДНК представляют собой системы хранения информации, причем с помощью нуклеотидов можно записывать не только наследственную, но и любую другую информацию. В 2016 году сотрудники компании Microsoft, совместно с сотрудниками Вашингтонского университета, приспособили молекулу ДНК для записи цифровой информации, для чего им пришлось «перевести» нуклеотидный код в аналог цифрового, представляющего собой последовательность единиц и нолей. Впервые в истории на молекулу ДНК была записана информация объемом 200 мегабайт. А в 2017 году генетики из американской компании Twist Bioscience записали на молекулу ДНК две музыкальные композиции. Дело тут не в преимуществах молекулы ДНК как носителя информации (вполне возможно, что никакими подобными преимуществами молекулы нуклеиновых кислот не обладают), а в совершенствовании возможностей генетики.