Яблони на Марсе
Шрифт:
Открыл плазмиды в начале 50-х годов американец Джошуа Ледерберг. Он обнаружил в кишечной палочке, кроме основной спиралевидной вытянутой во весь свой гигантский рост ДНК, еще и маленькие, свернутые в колечки ДНК.
О плазмидах дружно заговорили медики, когда в 1959 году было показано, что неэффективность многих антибиотиков обусловлена этими созданиями природы; они имеют особые гены устойчивости к антибиотикам. К примеру, вырабатываемый плазмидами фермент пенициллаза разрушает пенициллин, спасая бактерии от гибели. Что, конечно же, осложняет лечение больных. Парадокс, но лучший способ добиться того, чтобы антибиотик сохранил эффективность, — это вовсе не применять его!
Но нет худа без добра! То, что затрудняло работу медиков, пригодилось
Правда, вначале на эту роль прочили вирусы-бактериофаги. Они действительно способны осуществлять генную буксировку, но они губят клетку, рубят сук, на котором сидят. Проникнув в клетку, вирус ведет себя как опасный хищник. Он переключает ресурсы клетки да удовлетворение своих нужд и примерно через полчаса губит ее. Клетка разрушается, и из нее вместо одного фага выпархивает сотня ему подобных, готовых творить новую агрессию.
Иначе поступает плазмида. Это микросоздание ограничивает свой аппетит, она в отличие от вируса не убивает клетку-хозяина. Если фаг подобен алчному хищнику, то плазмида напоминает домашнее животное, особенно собаку. Плазмида и приютившая ее клетка осуществляют симбиоз, их добровольный союз взаимовыгоден. Подобно верному псу, плазмида защищает бактерию от врагов, скажем, от пенициллина. Клетка же предоставляет плазмиде кров, ресурсы для питания, размножения.
Все эти доставившие медикам так много хлопот особенности сожительства бактерий и плазмид, а именно способность плазмид переходить «из рук в руки», легко проникать в клетки и жить в них, оказались благом для генной инженерии.
Так постепенно, шаг за шагом, возводилось то, что ныне зовется генной (генетической) инженерией. Странное это все же словосочетание. «Гены», святая святых живого — и тут же чисто техническое понятие «инженерия». Смысл, соединяющий эти далекие друг от друга термины, заключен в конструировании наследственных основ живого организма, так же как в технике собирают машины по заранее разработанным чертежам.
Спорят еще и о том, какое из прилагательных — «генная» или «генетическая» больше подходит к слову «инженерия». Большинство склонно придерживаться более широкого второго термина, говорить именно о генетической инженерии, подчеркивая, что тут речь идет не только о тасовании отдельных генов, ведь операции можно проводить и над геномами, и над клетками и их частями, и даже над зародышами. Поэтому кое-кто полагает, что вообще надо говорить о биоинженерии.
На наш взгляд, не так важно название новой профессии, сколько ее суть. Так что попробуем сейчас перечислить главные этапы работы биоинженеров:
1. Из клеток выделяются молекулы ДНК, а из них — нужные гены. Их словно карты тасуют, раскладывают генные пасьянсы, которые (скрепленные лигазами) и превращаются в химерические молекулы ДНК.
2. Теперь необходимо подыскать переносчиков. Как правило, это колечки-плазмиды, но переносчиками могут быть и фаги, и другие простейшие, способные внедряться, ввинчиваться в бактериальные клетки. Забавное название для переносчиков придумали американские исследователи из Висконсинского университета — разновидности одного из фагов они назвали «харонами», по имени мифического перевозчика душ мертвых до врат Аида, царства теней, через якобы находящуюся в подземном царстве реку Ахерон. В древности для уплаты за провоз покойнику клали в рот монету.
3. Зараженные плазмидами бактерии, кишечные палочки, к примеру, размножают и отбирают тех бактериальных потомков, которые по своим свойствам соответствуют замыслу генной операции. Миллиардное тиражирование бактерий — хорошо, что они быстро размножаются! — крайне важно. Только тогда можно наработать, накопить хотя бы миллионные доли грамма нужного вещества, чтобы уверенно работать с ним — расшифровать его состав, получить полезные продукты.
Дата
Методики, развитые Бергом и другими исследователями, позволили современным генным инженерам действовать подобно режиссеру фильма. Они также словно бы ведут монтаж отснятого «киноматериала». Удаляют из «киноленты жизни» неинтересные кадры и вставляют с помощью молекулярных (ферментных) ножниц и клея новые «кинокуски». Кинорежиссер творит за особым монтажным столом. И у генных инженеров в лабораториях есть особые химические столы, где они могут манипулировать с «кадрами» ДНК.
< image l:href="#"/>Человек, попавший в лабораторию, где ведутся генноинженерные операции, может быть обманут видимостью простоты оборудования. Действительно, в сравнении, скажем, с физической лабораторией — резкий контраст: вместо, к примеру, громадных синхрофазотронов — штативы с пробирками, какие-то шкафы, полки, на которых не только приборы, но и книги по биохимии, микробиологии. Не очень все это впечатляет!
Так воспримет святилище генных инженеров непосвященный, специалисты же будут придерживаться иного мнения. Вот что на сей счет пишет уже цитировавшийся нами Медников: «Современная биологическая лаборатория высокого класса насыщена разнообразной электроникой и прочей машинерией не менее, чем физическая. Высокооборотные центрифуги (они разделяют компоненты клеток, помогают выделить из них ядра и другие составляющие. — Ю. Ч.) с вакуумом и охлаждением, аппараты для электрофореза (в них под действием электрического поля могут быть, к примеру, рассортированы по размерам отрезки молекул ДНК. — Ю. Ч.), автоматические счетчики радиоактивности с программным управлением. Список этот легко продолжить. В принципе можно обойтись без части оборудования, но ценой самого дорогого — времени. Экономия здесь оказывается худшим видом расточительства.
Но главное даже не в этом. Получение ферментов, необходимых для работы, тех же рестриктаз, немыслимо без развитой микробиологической и химической промышленности самого высокого уровня. Хорошо еще, что ферменты-реактивы чрезвычайно активны и, допустим, пятисот миллиграммов рестриктазы хватит усердно работающей группе на год. Ведь сверхчистый фермент дороже золота, если оценивать по весу. Наконец, для генной инженерии совершенно необходимы многие соединения, меченные радиоактивными изотопами — фосфором, углеродом, тритием, причем активность их должна быть весьма высока, порядка сотен тысяч импульсов в минуту. Значит, требуются и ядерные реакторы, и радиохимические лаборатории для синтеза меченых органических соединений. Так что простота методов генной инженерии только кажущаяся. Как и везде, здесь ничто не дается даром. Наука никогда еще не стоила дороже, чем сейчас, но зато и никогда не приносила раньше столь фантастических результатов…»
Конкретные успехи биоинженерии еще очень скромны. Что уже сделано? Главное — удалось превратить бактерии в микроскопические фабрики, производящие некоторые фармацевтические препараты.
Первым в списке надо поставить инсулин, белок, вырабатываемый в организме человека поджелудочной железой. Он регулирует углеводный обмен, в частности уровень сахара в крови. Недостаток инсулина вызывает диабет, или сахарную болезнь. Лечить ее не умеют: каждый день больному необходимо делать уколы — вводить инъекции инсулина.