Журнал «Вокруг Света» №10 за 2006 год

Журнал Вокруг Света

Впрочем, продвинутая ветеринария приносит человечеству и вполне практическую пользу. Современная медицина — игра с очень жесткими правилами, в ней на пути любого новшества стоит множество барьеров, призванных гарантировать пациенту наилучшее лечение из всех возможных. Конечно, применение того или иного лекарства или процедуры в ветеринарной практике основано на лабораторных исследованиях и клинических испытаниях — точно так же, как и в «человеческой» медицине. И все же здесь у врача чуть больше свободы, а значит, и шансов найти новые пути лечения, которые потом могут оказаться пригодными и для людей: несмотря на все межвидовые различия, многие болезни у нас и наших четвероногих друзей — общие.

Иван

Стрельцов

Наследственность на заказ

Сходство представителей одного биологического вида между собой объясняется тем, что все они имеют уникальный набор генов, которые определяют врожденные свойства организма: разрез глаз и цвет кожи, количество зубов, тип корневой системы и даже звуки брачной песни. Абсолютно все клетки несут этот набор, вот только участки заложенной информации в них используются разные. Поэтому-то клетки кожи и отличаются от клеток желудка не только внешне, но и функционально.

Этот набор записан в виде последовательности молекул — нуклеотидов, играющих роль букв генетического текста, полная версия которого называется геномом. Этих букв всего четыре, и они едины для всех без исключения живых существ. Вопрос только в их количестве и последовательности. К примеру, человеческий геном состоит примерно из трех миллиардов букв, которые складываются в слова — гены. До недавнего времени ученые полагали, что он содержит до 140 000 таких сочетаний. Сегодня, после полной расшифровки, выяснилось: «значимых слов» (то есть генов, реально «отвечающих» за какие-либо белки) у нас всего 20—25 тысяч — практически столько же, сколько у той же мыши.

Итак, гены разных видов — это просто разные тексты на одном и том же языке. Если ген одного организма вдруг попадет внутрь чужой клетки, то ее аппарат легко считает с него никогда прежде не виданный белок. Например, пораженная бактериофагом клетка кишечной палочки усердно штампует литические ферменты, которые вскоре растворят ее мембрану и превратят буквально в «мокрое место».

Генетическая рулетка

Как только подтвердилась вышеописанная «лингвистическая» идентичность, у генетиков появилась возможность поиграть в творцов природы, создающих новые виды, изменяя коды уже существующих. Для этого достаточно вырезать ген из одного организма и перенести его внутрь другого, в одну из хромосом какой-либо его клетки. Обыкновенный помидор с геном североамериканской морской камбалы окажется морозоустойчив, а королевские лилии с геном пахучей железы скунса станут источать невообразимое зловоние.

Впрочем, конечно, между простой теорией и практическим воплощением ее лежит огромная пропасть. На самом деле задачка эта повышенной сложности. Ведь каждая «буква» генетического текста состоит всего из нескольких атомов. Объект такого размера нельзя увидеть ни под каким оптическим микроскопом. Он намного короче световой волны. А надо сделать так, чтобы он попал в нужное время в «считывающее устройство» (ведь клетка до сих пор не вполне понятным для ученых образом сама выбирает себе гены для считывания в каждый данный момент)! На одно лишь выстраивание алгоритма, позволяющего хотя бы подступиться к этому «конструктору», у молекулярной биологии ушло почти двадцать лет…

Эндонуклеазы рестрикционные способны разрезать чужеродную молекулу ДНК в определенных участках. В генной инженерии они нужны для удаления группы нуклеотидов из генома одного организма или встраивания их в чужую ДНК

Создание трансгенного организма происходит в несколько этапов. Для начала нужно с совершенной точностью определить «донорский» ген, который заставит новый организм выполнять несвойственные ему до момента «операции» функции. Скажем, нас интересует синтез какого-нибудь вещества. Если это белок — нужно выделить и очистить его самого. Если же это сравнительно простое вещество (скажем, глутамат, придающий супам быстрого приготовления их неповторимый устойчивый вкус) — нужно выделить и очистить фермент, который его образует. Затем следует определить его аминокислотную последовательность, «вычислить» по ней последовательность нуклеотидов в соответствующем гене (это опять-таки непросто: одну аминокислоту могут кодировать несколько сочетаний нуклеотидов) и, наконец, найти нужный ген. Теперь его надо вырезать и встроить в другую молекулу ДНК, способную обеспечить жизнеспособность «переселенца» в чужеродном окружении. При положительном результате подобных манипуляций в клетке начинает синтезироваться новый белок, что и приводит к появлению у организма новых свойств. Вот, собственно, и все основы генной инженерии.

Впрочем, множество генов было идентифицировано еще до возникновения трансгеники. И за 30 с лишним лет научных и практических изысканий поиск соответствия между интересующим разработчика продуктом и ответственным за него геном значительно упростился. Задачу расшифровки нуклеотидной последовательности нужного гена, за решение которой в 70-е годы давали нобелевские премии, сегодня выполняет машина — автоматический секвенатор. За один рабочий день он может расшифровать до 800 тысяч молекул ДНК.

Основные вехи истории генной инженерии

1944 — Эйвери, Мак-Леод и МакКарти показали, что «вещество наследственности» — это ДНК

1953 — Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик определили структуру молекулы ДНК — двойную спираль

1961—1966 — расшифрован генетический код — принцип записи в ДНК и РНК последовательности аминокислот в белках

1970 — выделена первая рестриктаза

1973 — Гобинд Корана синтезировал полноразмерный ген; Герберт Бойер и Стэнли Коэн предложили стратегию создания рекомбинантных ДНК

1976—1977 — разработаны методы определения нуклеотидных последовательностей (секвенирования) любых ДНК

1978 — фирма Genentech выпустила рекомбинантный инсулин, производимый человеческим геном, введенным в бактериальную клетку

1980 — Верховный суд США вынес вердикт о законности патентования трансгенных микроорганизмов

1981 — поступили в продажу автоматические синтезаторы ДНК 1982 — в США впервые поданы заявки на проведение полевых испытаний трансгенных организмов; в Европе разрешена первая вакцина для животных, полученная методами генной инженерии

1983 — для трансформации растений применены гибридные Ti-плазмиды; компания Monsanto начала создание трансгенных растений

1985—1988 — разработан метод полимеразной цепной реакции (ПЦР)