Елена Клещенко - ДНК и её человек [litres]

Сэр Алек Джеффрис, член Лондонского королевского общества, лауреат премии Альберта Эйнштейна, Кавалер Почета (этим орденом могут обладать не более 65 ныне живущих граждан Великобритании и Содружества) и т. д. и т. п. – нечасто на профессора генетики проливается такой дождь наград. Причина в том, что с открытия, которое он сделал, началась новая глава в истории криминалистики. Увлекательные попытки угадать, кому принадлежит пятно крови – преступнику, жертве или раненому животному, – уходят в прошлое. Теперь мы можем узнать точно.

Алек Джеффрис родился в 1950 г. Его папа и дедушка по отцовской линии были изобретателями – дед, например, изобрел “Трехмерный фотоскульптурный процесс Джеффриса”, способ изготовления бюста человека по фотографиям, наделавший много шума в 1930-е гг.; даже у премьер-министра Невилла Чемберлена был такой бюст.

Когда Алеку исполнилось восемь, отец подарил ребенку набор юного химика, в котором был даже флакончик с серной кислотой – с современной точки зрения удивительно легкомысленный подарок, но тогда восьмилеток считали более дееспособными, чем сейчас считают старшеклассников. Ожог от кислоты оставил на лице Алека шрам, который ныне скрывает борода. А еще папа купил ему старинный микроскоп. В 12 лет Алек с увлечением анатомировал насекомых. Как он сам потом вспоминал, родители к его хобби относились с пониманием, но ровно до тех пор, пока ребенок от шмелей не перешел к млекопитающим: зарабатывая доставкой газет, он нашел на дороге дохлую кошку, принес домой и выложил с исследовательскими целями на обеденный стол.

Алек выиграл стипендию на обучение в оксфордском Мертон-колледже и окончил его в 1972 г. с отличием по биохимии. Получил степень PhD, затем несколько лет работал в Амстердамском университете с Ричардом Флавеллом. Они учились отыскивать в геноме млекопитающих копии определенных генов.

Эффективных методов секвенирования еще не существовало, о геноме человека были известны самые общие вещи, чуть дальше Центральной Догмы и триплетного генетического кода. Известно, например, что где-то в геноме должны быть гены гемоглобина, миоглобина (миоглобин связывает кислород в мышцах, создавая запас, необходимый для их работы) и других глобинов. Ну и как их найти? Геном человека огромен. Возможно, известно, в какой хромосоме находится ген – например, есть наблюдения, что, когда происходит делеция (удаление) участка этой хромосомы, исчезает соответствующий белок. Но поиск даже в одной хромосоме из 23 – непростая задача. Еще раз: на дворе 1970-е гг., секвенирования нет, нет многочисленных фирм, производящих умное оборудование для исследования ДНК. Есть небольшое международное сообщество более или менее сумасшедших ученых, которые знают, какое место займут в будущем нуклеиновые кислоты, и азартно придумывают, с какого конца взяться за это невозможное дело.

К тому времени любимым инструментом молекулярных биологов стали ферменты рестриктазы. Эти ферменты открыл Хэмилтон Смит (Нобелевская премия 1978 г.). Замечательны они тем, что отыскивают в ДНК определенные “слова” (например, GGGCCC или CGTACG) и разрезают обе нити именно в этих местах. Такие участки называются сайтами рестрикции. Рестриктазы применяются для нарезания сверхдлинных молекул на удобные фрагменты, не слишком большие и не слишком маленькие, которые потом сортируют по длине с помощью электрофореза в геле.

Но, если нарезать рестриктазами всю ДНК, выделенную из некоего образца (тотальную ДНК), получится порядочная каша – слишком много фрагментов, чтобы в них можно было разобраться. И тут опять помогает бесценное свойство молекул ДНК – комплементарность. Если у нас есть кусочек ДНК, комплементарный искомому гену (допустим, мы уже изучили другой ген, похожий, и взяли его фрагмент; дальше будет именно такой пример), то мы можем как-то пометить этот кусочек, хотя бы теми же радиоактивными изотопами. Он будет играть роль зонда – свяжется со своим комплементарным участком в ДНК, разогнанной на электрофорезе, и это решит проблему. Будет видна в простом случае (если этот участок встречается в ДНК один раз) одна полоска, а если несколько – то все же несколько, а не неизвестно сколько. Общая картина определяется взаимным расположением искомых участков и сайтов рестрикции. Этот метод получил название саузерн-блоттинга (“саузерн” – в честь изобретателя, британского молекулярного биолога сэра Эдвина Саузерна, а blot по-английски “пятно”).

ДНК-блот, или саузерн-блот, или саузерн-блоттинг, – метод выявления определенной нуклеотидной последовательности ДНК в образце. ДНК обрабатывают рестриктазами, получившиеся фрагменты разгоняют на электрофорезе. Затем накладывают на гель листок нитроцеллюлозной или нейлоновой мембраны и плотно прижимают. ДНК при этом отпечатывается на мембране и довольно прочно связывается с ней (мембрана заряжена положительно, а ДНК, как мы помним, отрицательно). Для окончательного закрепления мембрану сушат в вакууме, нагревают или освещают УФ-излучением. Потом ее опускают в раствор, содержащий зонд – однонитевую молекулу ДНК, комплементарную участку той последовательности, которая нас интересует. Зонд гибридизуется (связывается) с ДНК образца; двухцепочечные участки к тому моменту расплетаются – денатурируют, так что с этим проблем не возникает. Молекула-зонд каким-то образом помечена (содержит радиоактивный изотоп или к ней прицеплена молекула красителя), и в результате на мембране-блоте появится радиоактивная или окрашенная полоска – она соответствует фрагменту ДНК, который содержит участок, комплементарный зонду. Радиоактивную полоску мы можем увидеть таким же способом, как и полоски на геле после секвенирования, – приложив мембрану к рентгеновской пленке на некоторое время и затем проявив ее. Таким способом, например, можно прикинуть, сколько раз эта последовательность встречается в геноме. А можно вырезать соответствующую метке полоску из геля, выделить из нее ДНК (после блоттинга ее там осталось еще много, не вся ДНК связалась с мембраной) и исследовать дальше именно нужный фрагмент.

“Southern” в переводе с английского – “южный”, и вполне естественно, что основанный на аналогичном принципе метод определения мРНК в образце получил название “нозерн-блоттинг”, а метод определения специфических белков – “вестерн-блоттинг”, то есть северный и западный соответственно. Сам Эдвин Саузерн, по свидетельству того же Алека Джеффриса, никогда не называл свой метод отпечатков “саузерн-блоттингом”, а скромно говорил “перенос ДНК”.

В 1977 г. (статья Сенгера о секвенировании методом терминаторов только что опубликована) Джеффрис вернулся в Великобританию, в Лестерский университет, чтобы “поженить новые технологии, которыми пользовалась молекулярная биология, с генетикой человека” . По его словам, идея использовать эти технологии для поиска наследуемых индивидуальных вариаций в геноме появилась уже тогда. Через семь лет, в 1984 г., Алек Джеффрис открыл “метод отпечатков пальцев ДНК”, который часто называют более коротко, калькой с английского, “ДНК-фингерпринтинг” или “ДНК-фингерпринт”.