Генетика на пальцах

Начало генной инженерии было положено в семидесятые годы прошлого века, когда ученые открыли рестриктазы – ферменты, «разрезающие» нуклеиновые кислоты. С их помощью стало возможным нарезать молекулы ДНК на фрагменты и собирать из этих фрагментов новые молекулы. Главное для любого мастера (в том числе и инженера) – это хороший, надежный инструмент. Рестриктазы стали таким инструментом.

ДНК представляет собой весьма удобный материал для комбинирования. Одинарные цепи нуклеиновых кислот стремятся к сближению, и соединение одинарных нуклеиновых нитей легко предсказуемо, ведь оно происходит по известному вам принципу комплементарности. Аденин сближается с тимином, гуанин – с цитозином и так далее… Следовательно, цепь с последовательностью Г-Ц-А-Т-Г-Г-А-Г-Ц-Т-А-T-A-T соединится только с цепью Ц-Г-Т-А-Ц-Ц-Т-Ц-Г-А-Т-А-Т-А и ни с какой другой.

Вдобавок, рестриктазы нарезают цепочки нуклеиновых кислот не как придется, а исходя из определенных закономерностей: каждый конкретный фермент из группы рестриктаз дает свой, особый тип «нарезки». Углубляться в правила этих «нарезок» мы не станем, но отметим одно очень важное обстоятельство: одна и та же рестриктаза нарежет две разные молекулы ДНК на тождественные фрагменты, из которых можно будет составлять новые молекулы ДНК. А если точнее, то эти фрагменты сами будут составляться в новые молекулы, нужно только свести их вместе в жидкой среде. Генному инженеру остается только рассмотреть полученные результаты и отобрать нужные.

Если вам кажется, что выделить ДНК из клетки сложно, то вы ошибаетесь. Разрушьте клетку любым доступным путем (да хотя бы погружением в насыщенный раствор хлорида натрия, более известного под названием «поваренная соль»), а затем при помощи этилового спирта выделите из получившейся «горы мусора» ДНК. Та бесцветная жидкость, которую эксперты в фильмах капают из пипетки на соскобленную откуда-нибудь высохшую кровь, есть не что иное, как обычный девяностошестипроцентный этиловый спирт.

Выделили?

Отлично! Разделите двухцепочечную молекулу ДНК на отдельные цепочки посредством нагревания и при помощи рестриктаз нарезайте эти отдельные цепочки на фрагменты. Затем фрагменты нужно будет вставить в так называемые векторы – относительно небольшие молекулы ДНК вирусов или бактерий. Векторы внедряют фрагменты в клетки бактерий. Процедура относительно несложная: если лишить бактерии их собственной ДНК, то они охотно поглотят чужую из внешней среды (вспомните о горизонтальном переносе генов).

Дальше все просто: сохраните колонии бактерий с нужной вам ДНК и используйте ее при необходимости для решения тех или иных задач. Например, для получения холодоустойчивой кукурузы или же такой кукурузы, от которой все насекомые-вредители станут держаться как можно дальше.

Вот, собственно, и вся генная инженерия (в предельно упрощенном виде).

Компьютеризация облегчает жизнь всем, в том числе и генным инженерам. В наше время созданы устройства, синтезирующие заданные нуклеотидные последовательности длиной свыше ста нуклеотидов. «Всего сто? – усмехнутся скептики. – Это же такая мелочь! Ведь количество нуклеотидов в ДНК может доходить до миллиарда и даже больше!» Да, пока что всего сто или сто пятьдесят. Но это же заданная, запрограммированная последовательность, которая синтезируется автоматически! Как говорится, лиха беда начало, со временем и миллиардные последовательности нуклеотидов будут синтезироваться с помощью компьютерных программ.

Ген, добавленный извне в геном, называется трансгеном, а организм, полученный в результате такой манипуляции, – трансгенным организмом. Распространенное название «генетически модифицированные организмы» является не совсем точным определением для организмов, полученных в результате генной инженерии, потому что организмы, полученные в результате обычной селекции, тоже являются генетически модифицированными, содержащими измененный генотип. Слово «модификация» означает преобразование или изменение в широком смысле, а вот приставка «транс-» четко указывает на перенос из одного места в другое.

Если при селекции возможна только лишь комбинация генотипов особей одного и того же вида или же скрещивание с близкородственным видом, то генная инженерия может переносить все что угодно, куда угодно. Ген рыбы в растение? Без проблем! Ген растения – птице? Запросто! Ген млекопитающего – бактерии? Пожалуйста!

Генные инженеры говорят, что их возможности ограничены только лишь их воображением. Это не шутка, а истинная правда. С точки зрения технологии не имеет значения, чей ген куда пересаживать. Да хоть от ископаемого мамонта дождевому червю! Важна только практическая целесообразность.