21.12.2006 | Наука

Курсы кройки и шитья

«Ножницами», разрезающими нить ДНК по строго определенному сочетанию букв-нуклеотидов, служат обычно специальные ферменты-рестриктазы. Среди нарезанных ими кусочков есть и такие, которые содержат нужный ген целиком, а если в тексте будут лишние буквы, их можно убрать экзонуклеазами – ферментами, откусывающими по одному нуклеотиду с конца нити ДНК.

Но хотя этот метод выкраивания гена сам по себе достаточно удобен, в последнее время чаще применяют способ копирования нужного участка, который называется полимеразной цепной реакцией. Достаточно маленького кусочка ДНК, соответствующего началу искомого гена, чтобы фермент полимеразы нашел и снял копию с гена, начинающегося этим фрагментом. После того, как копия будет готова, полимеразы примутся снимать дальнейшие «оттиски» и с нее, и с участка, послужившего для нее образцом. Работа продолжится до тех пор, пока не исчерпается запас свободных нуклеотидов – это выглядит примерно, как если бы в томике стихов «рассыпали» в беспорядке печатные буквы, а также клочок бумаги с единственной строкой – и через короткое время получили бы несколько сот экземпляров полного текста стихотворения.

Чтобы доставить нужный ген внутрь чужой клетки, обычно используют природных переносчиков генетической информации – вирусы и плазмиды. Последние представляют собой небольшие кольцевые молекулы ДНК, существующие в бактериальных клетках отдельно от основного генома. Они могут проникать из одной клетки в другую и служат бактериям чем-то вроде почтовых голубей, позволяя им передавать друг другу полезные признаки.

Особенно удобны так называемые Ti-плазмиды, получаемые из микроорганизма агробактерии Agrobacterium tumifaciens, поражающей стебли и листья некоторых растений. Для биологов агрессивная активности Ti-плазмид особенно ценна именно тем, что они умеют не просто доставлять нужные гены в растительную клетку, но и встраивать их внутрь ее родных хромосом, вследствие чего клетки реципиента начинают бурно делиться, превращаясь в разрастание рыхлой ткани, а также вырабатывать вещества, которыми и питаются агробактерии (для прочих почвенных микроорганизмов они несъедобны).

Однако вирусы и плазмиды почти никогда не применяются в биотехнологии в своем натуральном виде. Перед использованием из них вырезается все лишнее, оставляются только гены, обеспечивающие доставку «груза» по назначению. Такие искусственные конструкции биотехнологи называют векторами.

Однако мало перенести нужный ген в другую клетку – надо еще, чтобы он там начал действовать. Как известно, в каждой клетке каждого организма работают лишь те гены, продукт которых необходим в данный момент. Для этого выбора служат так называемые промоторы – участки ДНК, которые ферменты клетки воспринимают как команду начать считывание. Открывая и закрывая их промоторы для считывающих ферментов, клетка регулирует активность генов. Однако у вирусов и Ti-плазмид есть свои промоторы, которые не подчиняются клеточным регуляторам и всегда открыты для ферментов, заставляя клетку считывать целый ряд примыкающих к нему генов.

Закладка «письма» в «конверт» происходит так: вектор, представляющий кольцевую молекулу ДНК, разрезают в нужном месте рестриктазами, приводят в контакт с копией выделенного гена и добавляют сшивающий фермент – лигазу, которая соединяет ген и вектор снова в колечко. После чего остается внедрить полученную рекомбинантную ДНК в клетку-мишень. Как мы уже знаем, векторы делают это сами, но им можно помочь, повысив проницаемость клеточной мембраны с помощью некоторых солей или электрического тока.

Надо сказать, что ни одна операция не имеет стопроцентного выхода, и в итоге далеко не все клетки-мишени получают донорский ген. Поэтому следующий этап работы – выявление трансгенных клеток, которые нужно отделить от неизмененных. Для этого в вектор вместе с нужным геном встраивают ген устойчивости к какому-нибудь антибиотику. Затем происходит естественный отбор: клетки высевают на питательную среду, содержащую этот антибиотик. Те, в которые вектор не внедрился или в которых он не работает, погибнут, и останутся только трансгенные.

Если объектом были микроорганизмы, то задача выполнена: создана популяция трансгенных клеток. С растениями сложнее: из культуры клеток надо еще вырастить целостный организм. Наибольшую сложность представляют опыты с животными, ведь у них генной модификации приходится подвергать оплодотворенные яйцеклетки, более того, если речь идет о млекопитающих, их надо еще имплантировать суррогатной матери. Именно поэтому и трансгенных животных немного. А до массового разведения, в отличие от растений и микроорганизмов, пока не дошло ни одно.

Источник: «Вокруг света», № 10, 2006,