Сергей Бердышев - Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек

Естественно, наука не собирается останавливаться на достигнутом. Когда изменение генотипа бактерий окажется весьма простым делом, то начнутся работы над сельскохозяйственными растениями и животными. Отдельные изыскания в этой области ведутся уже сейчас. К числу недавних открытий следует отнести обнаружение гена, удваивающего число клубней картофеля, и пр. Генная инженерия позволит выводить принципиально новые сорта культурных растений и породы домашних животных.

Ввести генетический материал в чужую клетку можно несколькими способами. Поколение трансгенных животных получается при внедрении генов в яйцеклетку матери с помощью микроинъекций. Но этот метод применим не всегда.

Ученые имеют дело со столь мелкими объектами, что манипулировать ими посредством любых инструментов невозможно. Вот почему генетики применяют для проведения операций по внедрению отрезков ДНК молекулярные векторы.

В качестве последних выступают вирусы, плазмиды и космиды. В природе постоянно происходит перенос генетической информации от одного организма другому посредством вирусов, которые распространяют инфекцию. Получается, что достаточно заразить подопытные клетки вирусами, несущими нужные гены, как эти гены окажутся внедренными в наследственный материал клеток. Вирусы самой природой устроены таким образом, чтобы внедрять свою ДНК или ее аналог РНК (рибонуклеиновую кислоту) в чужой генетический аппарат.

Впрочем, нельзя сказать, чтобы вирусам отдавалось предпочтение. Выбор вектора зависит от условий эксперимента. Плазмиды не так давно использовались чаще всего. Под плазмидами понимаются особые, кольцевые молекулы ДНК в бактериальных клетках.

В целом методы генной инженерии выглядят следующим образом. На начальной стадии, носящей название рестрикции, идет операция по извлечению нужного гена из человеческой или любой другой ДНК. На молекулу химически воздействуют ферментами, которые отщепляют необходимый отрезок. Ферменты влияют на нуклеиновую кислоту таким образом, что у отрезка остаются «липкие» концы. Это означает, что они легко присоединятся к любой другой молекуле ДНК. Затем следует процедура лигирования. На этой стадии бактериальную плазмиду рассекают ферментами и вклеивают в нее готовый ген-отрезок. Затем плазмиду склеивают веществом лигазой, чтобы она опять приняла кольцевую форму.

Третий этап носит название трансформации. Измененная плазмида (или рекомбинантная) вводится в бактериальную клетку. Это сравнительно нетрудно, поэтому ученые и пользуются плазмидными векторами. Бактерии часто обмениваются между собой генетической информацией с помощью плазмид. Этот процесс заменяет им половое размножение. К сожалению, плазмиды проникают внутрь далеко не всех бактерий. Вирусы более эффективны в этом отношении, поскольку при переносе информации они инфицируют 100 % клеток (бактерий).

Бактерии с измененным генетическим аппаратом называются трансформированными. Они впоследствии размножаются, в результате чего образуется колония генетически одинаковых организмов. Новый генотип оказывается растиражирован. Полученной колонии присваивается название клона. Поскольку клон является конечным продуктом генной инженерии, то само создание и тиражирование трансформированного наследственного материала таким путем носит название клонирования. Завершает процедуру клонирования скрининг — отбор клонов. Из множества трансгенных колоний выбирается одна, отвечающая всем требованиям. Осуществляется такой отбор за счет меток колоний радиоактивным веществом.

Генетическое конструирование включает в себя, помимо создания трансгенных существ, и другие приемы манипуляций над наследственным аппаратом. Среди этих методов числится искусственный мутагенез. Он менее впечатляет, чем операции с применением плазмид, однако весьма эффективен. Искусственный мутагенез сводится к усиленному воздействию на гены в клетках животного или растения активных веществ-мутагенов, ультрафиолета, рентгеновских лучей и прочих факторов, вызывающих изменения генов. Мутагенез протекает под контролем ученых, а потому приводит к возникновению существ с измененной в лучшую сторону наследственностью.

В природе встречается порядка 4 млн химических соединений. Это, безусловно, большое количество. Если хранить 100-граммовый образец каждого из них в специальном сейфе какой-нибудь лаборатории, то общая масса этих образцов составит 400 т. Однако если не внимательно изучить все химические справочники, то выяснится, что науке известны свойства порядка 15 млн веществ, т. е. почти в 4 раза больше! Откуда взялись лишние 11 млн соединений, понятно без лишних пояснений. Вещества, не встречающиеся в природе, человек получает самостоятельно, совершенствуя технику проведения реакций. Рост численности новых веществ происходит преимущественно за счет синтеза полимерных соединений, возможности которого практически безграничны.

Слово «полимер» в переводе с греческого языка означает многокомпонентный, многосложный. Химики так называют соединения, образованные более простыми веществами. Слагающие компоненты выполняют ту же роль в огромной молекуле полимера, что и звенья в цепи. В науке такие звенья носят название мономеров. Они могут встречаться изолированно, как самостоятельные простые соединения.

Но после объединения при определенных условиях в молекулу полимера мономеры утрачивают многие прежние свойства, в результате чего образуется совершенно новое вещество. Полимеры чрезвычайно широко распространены в природе. Среди них в первую очередь следует назвать высшие полисахариды из группы сложных углеводов. Полисахариды по праву следует считать наиболее типичными органическими соединениями.

Одна только целлюлоза, синтезируемая растениями, составляет порядка 25 % от суммарной биомассы Земли, т. е. от общего веса живого вещества биосферы. Полимерная молекула-цепочка целлюлозы состоит из мономеров-звеньев, в роли которых выступает простой сахар глюкоза. Глюкоза является моносахаридом. Все полимеры из группы сложных углеводов сложены моносахаридами. Как правило, любая гигантская молекула образована 5 или даже 6 видами моносахаридов, но известны полимерные вещества, которые сложены, как целлюлоза, только одним видом мономера. В первом случае углеводные полимеры носят название гомополисахаридов, а во втором — гетерополисахаридов.