Чудеса: Популярная энциклопедия. Том 2
Шрифт:
В роли половинок «перекладин» выступают молекулы четырех азотистых соединений — аденина, цитозина, тимина и гуанина (обозначим их А, Ц, Т и Г). Сочетания этих четырех веществ с костяком дезоксирибонуклеиновой кислоты называют нуклеотидами, с которыми связана специфика генов. В составе отдельных генов сотни нуклеотидов. Порядок названных азотистых веществ внутри гена и составляет его код. Учеными установлено, что А может соединиться, образуя «перекладины», только с Т, а Ц — только с Г. Таким образом, сочетания А — Т, Т — А, Ц — Г и Г — Ц представляют собой своего рода четырехбуквенный алфавит, с помощью которого и записана наследственная информация.
Перед делением клетки лестница распадается на две боковины, каждая со своей «полуперекладиной». Нуклеотиды А отделяются от нуклеотидов Т, а нуклеотиды Ц — от нуклеотидов Г наподобие того, как расходятся зубцы застежки-«молнии». В клетке постоянно свободно плавают нуклеотиды, и они, соединяясь с разделившимися частями «лестницы», вновь образуют целые. Так, клетка из одной «лестницы» ДНК создает две «лестницы»- абсолютные копии первой.
Теперь она может приступить к своему делению: две одинаковые «лестницы», оказавшиеся в двух клетках, обеспечат их тождество.
Таким же путем в клетке создаются тысячи разных белков. Каждый ген — определенный участок длинной нити ДНК — содержит «инструкции» о производстве одного какого-либо белка. Эти «инструкции» закодированы определенной последовательностью в расположении нуклеотидов в нити ДНК. Используя всего четыре нуклеотида ДНК, природа создает бесконечное разнообразие жизни.
Так было пересмотрено прежнее понятие гена как неделимой частицы. И структурно, и биохимически он оказался сложной системой. Новейшие исследования открыли в клетке, в пределах гена и в их комплексе (генотипе) новый, громадной сложности микромир.
«Понятие гена, — пишет академик Н. Дубинин, — наполнилось физиологическим и биохимическим содержанием, было показано, что код гена, т. е. его молекулярная структура, программирует в клетке синтез белков. Это программирование имеет сложный характер… Сами гены в каждом клеточном поколении самоудваиваются, в чем важную роль играют белки в виде специальных ферментов. Путем такой ауторепродукции для каждой новой клетки гены строятся заново из азотистых оснований и других веществ, синтезируемых в цитоплазме. Все это вовлекает гены в обмен веществ и подвергает их действию факторов внешней среды. В результате гены, эти блоки генетической информации, претерпевают бесконечные изменения (мутации) на основе преобразования их молекулярного строения».
Открытие материальной природы гена отразило в себе единство органического мира. Молекулы ДНК оказались тем веществом, в котором записана генетическая информация почти всех живых существ на Земле. Хранитель «ключей жизни» и главный «дирижер внутриклеточного оркестра», ДНК заключает в себе код, который любая клетка использует для своего воспроизведения. Человек и насекомое, полевой цветок и бактерия — все они «родственники» по ДНК. Какое яркое и глубокое доказательство единства жизни, общности ее происхождения и взаимообусловленности ее истории!
Ищите волшебников в лаборатории
Рассекретив чудесные свойства ДНК, ученые стали всерьез думать о «сотворении» живых организмов по своему усмотрению. Их увлекла идея целенаправленного вмешательства в святая святых жизни — в процесс ее воспроизводства. Оказалось, что гены можно извлекать из одного организма, пересаживать в другой и наблюдать, что из этого получится. Теперь этим занимается новая наука — генная инженерия. Именно ее первые успехи и ее сказочные перспективы позволяют нам говорить о революции в биологии.
«Я попытался, — говорит академик А. Баев, — наметить те операции и манипуляции, которые составляют предмет генной инженерии и ограничивают область применимости этого термина. Мне кажется, что основных таких задач пять:
1. Выделение гена из природного материала.
2. Синтез гена в лаборатории, что называется, «в пробирке» и затем использование его.
3. Необходимо научиться видоизменять, исправлять, наращивать или укорачивать имеющийся в руках исследователя ген, придавая ему нужную структуру.
4. Полученный тем или иным способом ген нужно заставить размножаться, то есть проявить неотъемлемую черту всего живого — способность самокопироваться.
5. Наконец, ставится задача найти пути введения в клетку нужного гена и присоединения его к генетическому материалу клеточного ядра». Не надо говорить, насколько сложна вся эта работа. Ведь исследователи имеют дело с такими микрообъектами, по сравнению с которыми клетка кажется гигантом. В руках «генного инженера» нет ни скальпелей, ни пинцетов, никакие хирургические инструменты тут не помогут. Их заменяют ферменты.
Полный набор этих «инструментов», к помощи которых прибегают волшебники из биологических лабораторий, имеется в каждой клетке. В частности, «скальпелем» служат ферменты (их называют рестиктразы), охраняющие клетку от инородных генов. Чужая ДНК разрубается рестиктразой, словно саблей, причем разные рестиктразы наносят удары в разных местах, каждая в своем.
Таких ферментов много. Подбирая их, исследователь расщепляет молекулы ДНК на нужные части.
Затем куски хромосом, в которых находятся гены, необходимо снова «сшить». Тут прежде всего помогает их свойство объединяться друг с другом. А затем на помощь привлекается снова фермент — лигаза.
Наконец, остается последний этап генной операции — вновь сконструированную молекулу-гибрид нужно перенести в клетку другого организма. Каким пинцетом это можно сделать? Переносчиками выступают молекулы ДНК вирусов — фаги. Начиненный новой наследственной информацией вирус проникает в бактерию и отдает ей свои гены.
Можно использовать и другого помощника, так называемую плазмиду. Эта кольцевая молекула благодаря малым размерам легко отделяется от основной массы бактериальных ДНК. В нее также можно вшить гены и направить в клетку. Чудо-операция завершена…