Елена Клещенко - ДНК и её человек [litres]

Для начала, что такое интроны? Дело в том, что гены белков высших организмов состоят из экзонов – областей, кодирующих аминокислотные последовательности белка, – и интронов – областей, “ничего не означающих”, вроде типографской “рыбы”, – бессмысленного текста для технических надобностей. Перед тем как синтезировать белок, интроны приходится вырезать из матричной РНК и склеивать экзоны между собой. Почему эволюция вставила в гены куски, которые потом все равно надо вырезать, – отдельная история. Но, кстати, существование интронов в гене бета-глобина кролика впервые продемонстрировали Джеффрис и Флавелл [15] Jeffreys A. J. & Flavell R. A. The rabbit beta-globin gene contains a large insert in the coding sequence // Cell . 1977; 12, 1097–1108. .

А почему “минисателлиты”, причем тут спутники? Этот термин уходит корнями в методы молекулярной биологии. Биомолекулы, ДНК в том числе, разделяют не только электрофорезом, но и центрифугированием: пробирки с раствором устанавливают в специальные роторы и быстро вращают – скорость может достигать десятков тысяч оборотов в минуту. В центробежном поле частицы, имеющие разную плотность, форму и размеры, осаждаются с разной скоростью, то есть образуют зоны на различной высоте от донышка. Так вот, ДНК, богатая повторами, при центрифугировании попадала в отдельную фракцию – ее плотность чуть выше за счет более высокого содержания GC-пар. За это ее и назвали “сателлитной ДНК”, а позже название перешло на любопытные вещи, которые в ней были найдены. Сателлитная ДНК находится главным образом в центромерных и теломерных участках хромосом (иными словами, в серединках и на концах), но тандемные повторы могут встречаться и в других местах, в том числе внутри гена, в интроне.

Возникла идея использовать миоглобиновые минисателлиты, которые нашел Джеффрис с соавторами, в качестве зонда, чтобы поискать еще такие же последовательности. Когда это удалось, найденные участки отсеквенировали и обнаружили источник сходства – так называемую сердцевинную, или ко́ровую последовательность (core sequence) – участок ДНК, который очень похож у разных минисателлитов. В разных местах генома повторялись разные “слова”, но эти повторы везде перемежались одним и тем же мотивом, содержащим GGGCAGGARG, где R – любой нуклеотид. Повторы, а в них другие повторы – будет понятнее, если посмотрите на рис. 12.

Зонд из повторов коровой последовательности мог прицепляться к множеству минисателлитов одновременно. Надо было проверить, как это будет работать, и Джеффрис поставил электрофорез с ДНК людей и других биообъектов, у которых тоже могли оказаться похожие минисателлиты.

Впоследствии он даже не мог вспомнить, где было какое животное, – радиоавтограф этого блота вместе с записями в журнале был продан на благотворительном аукционе за 180 фунтов, и позже покупатель мог считать, что ему повезло. Так или иначе, три дорожки слева занимали ДНК лаборантки Джеффриса и ее родителей, а самую правую дорожку – ДНК табака.

Момент истины наступил утром 10 сентября 1984 г., когда Джеффрис проявлял радиоавтографы. “Я взглянул, подумал «что за каша», а потом вдруг увидел закономерность. Уровень индивидуальной специфичности – во многих световых годах от всего, что наблюдалось раньше” .

В “лесенках” горизонтальных линий были видны совпадения и расхождения, связанные с родством – ДНК ребенка, мамы и папы проявляли семейное сходство. Каждый фрагмент ДНК ребенка соответствовал по длине какому-нибудь фрагменту материнской либо отцовской ДНК. Не все родительские фрагменты присутствовали у дочери (что естественно: мы получаем от каждого родителя только половину его генетического материала), но “лишних” фрагментов, взявшихся из ниоткуда, в ДНК ребенка не было, каждый – или от папы, или от мамы.

Индивидуальные характеристики ДНК, передаваемые по наследству, от родителей к детям. Путь к созданию методики, за которую любой криминалист отдаст правую руку, – способ устанавливать однозначное соответствие между биоматериалом и индивидом. Безошибочно определять, кому принадлежит след крови, спермы, волосы или лоскуток кожи. И наоборот – идентифицировать человека, который не может или не хочет себя назвать, по анализу крови, как если бы в каждой клетке его тела был записан номер паспорта. Фотографии устаревают, документы можно подделать, отпечатки пальцев изменить хирургическими методами, но эта метка всегда остается неизменной. Да, и еще дополнительный бонус – возможность выявлять родственные связи между индивидами.

“Это был момент «эврика!». Пока я стоял перед этой картинкой в фотокомнате, моя жизнь сделала крутой поворот” , – писал Джеффрис.

В тот же день сотрудники лаборатории набросали список возможных применений – судмедэкспертиза, установление отцовства, установление идентичности или неидентичности близнецов, мониторинг трансплантатов, охрана природы и сохранение редких видов. А вечером жена Джеффриса Сью добавила еще один пункт: разрешение спорных вопросов об иммиграции – установление родственных связей в этих вопросах играет первостепенную роль.

Все это сбылось. Но метод еще предстояло улучшить, избавиться от “каши”. Выяснилось также, что высоковариабельных участков, пригодных для фингерпринта, в геноме много, что анализировать их можно независимо и что по ДНК-фингерпринту, как и было задумано, можно различать даже ближайших родственников (кроме идентичных близнецов, естественно.) Джеффрис с соавторами опубликовали статью [16] Jeffreys A. J., Wilson V. & Thein S. L. Individual-specific ‘fingerprints’ of human DNA // Nature . 1985; 316, 76–79; doi: 10.1038/316076a0. , и мир изменился.

Подытожим, как получают ДНК-фингерпринт по Джеффрису. Выделяют ДНК из образца – пятна крови, спермы и т. п. Обрабатывают рестриктазами, фрагменты разгоняют на электрофорезе, затем делают саузерн-блоттинг, молекулы ДНК переносятся на мембрану. Мембрану с отпечатками ДНК инкубируют с радиоактивно меченным зондом, содержащим коровую последовательность. Затем накладывают на рентгеновскую пленку, выдерживают, проявляют и видят рисунок – индивидуальный штрихкод человека.

Сразу хочется спросить, много ли ДНК можно извлечь из типичного образца на месте преступления. На форез-то хватит? Вопрос в точку, и мы вернемся к нему в главе про полимеразную цепную реакцию.