Игорь Лалаянц - Чего не знал Дарвин!
Это означает, что гены включаются, или экспрессируются, не тогда, когда им захочется, а в строго установленном порядке. В норме у маленьких детей не растет борода, женщинам не приходится, как мужчинам, бриться, а у мужчин никогда не вырастают грудные железы.
Недаром в народе говорят: «Как с быка молока». Подчеркивая тем самым, что невозможно от организма мужского пола дождаться экспрессии генов пола женского.
Так что же, получается, что у мужчин нет «женских» генов и наоборот? Вовсе это «не получается». У каждого организма есть гены противоположного пола, однако они в норме не экспрессируются (иногда и у мужчин — крайне редко — бывает рак молочной железы). Каждая клетка организма несет в своем ядре полный набор генов человека как вида. Но в организме мужского пола не проявляются гены женского, как уже говорилось. Все это очень строго регулируется на молекулярном уровне.
Единственным исключением у млекопитающих являются клетки красной крови эритроциты, у которых ядер нет.
Поэтому ДНК можно получить только из клеток белой крови: лейкоцитов, лимфоцитов и макрофагов. И в принципе из одной такой клетки можно получить полноценного человека. Но все же лучше это получается из оплодотворенной яйцеклетки в матке женщины.
Все это хорошо, скажет читатель. Но как же получают сами гены? Ведь ДНК, как уже говорилось, биополимер, который необходимо полимеризовать из отдельных мономеров, которые называются нуклеотидами. Необходимо выстроить в строго заданном порядке миллионы, ну сотни тысяч нуклеотидов, чтобы получить полинуклеотидную цепь ДНК.
Химически это сделать сегодня невозможно, но самое главное, не нужно.
Природа вот уже миллиарды лет прекрасно справляется с этой сложной задачей с помощью фермента ДНК-полимеразы. Молекула этого белка скользит, подобно замку молнии, по одной цепи ДНК, достраивая из нуклеотидов, имеющихся в растворе, вторую комплементарную цепь. При этом «зубчик» одного азотистого основания входит в «ямку» другого из противоположной цепи.
А откуда же берут ДНК-полимеразу?
Поначалу ее выделяли с большим трудом из клеток все той же кишечной палочки. Ей вполне можно было бы поставить памятник, как собаке Павлова или дрозофиле Моргана. С помощью бактериальной ДНК-полимеразы были достигнуты первые успехи биотехнологии и «вытащены» гены давно умерших существ. А это еще как? — воскликнет пораженный читатель.
Не бойся, читатель! Речь не пойдет о спиритических сеансах или тени отца Гамлета. Но так уж получилось в истории человечества, что оно очень любит тени забытых предков и всякие раритеты. Речь идет о мумиях, в частности египетских, и шкурах животных, которыми удачливые охотники украшают свои дома, чтобы было чем похвалиться перед друзьями и знакомыми да вспомнить на старости лет о зеленых холмах Африки.
В 1985 году шведский ученый Сванте Паабо сообщил в международном журнале «Нейчур» о том, что ему с помощью ученых тогдашней ГДР удалось выделить кусочек ДНК длиной в 300 букв генетического кода из клеток кожи древнеегипетской мумии, хранившейся в Египетском музее Берлина. Не думай, читатель, что редчайшему экспонату человеческой истории был нанесен непоправимый ущерб. Ученые взяли лишь несколько чешуек кожи, из клеток которой и была выделена «нить жизни».
Интересно, что в судьбе Паабо отразился путь современной науки к молекулярному уровню. В свое время микробиолог О. Эйвери доказал, что именно ДНК является веществом генов.
Затем орнитолог Уотсон и физик Крик установили пространственную структуру ДНК. А теперь вот археолог по образованию Паабо стал молекулярным биологом, чтобы попытаться увидеть древнейший генетический материал.
Практически одновременно с данными по древнеегипетской мумии были опубликованы результаты работы Р. Хигучи из Калифорнии, который сумел «вытащить» ДНК из шкуры вымершей африканской квагги 140-летней давности (квагга считается гибридом между зеброй и лошадью). Это были огромные достижения, которые можно было сравнить только с изобретением ДНК-отпечатков для определения родства между людьми или идентификации преступника. Что это такое?
Представьте себе две книги, скажем, «Войну и мир» и «Повести Белкина». А теперь вообразите, что их варварски порвали постранично и даже порезали по строчкам. Как бы вы ни перемешивали страницы обеих книг и их строчки, достаточно одного взгляда, чтобы понять, где Толстой, а где Пушкин. Стиль писателя, его словарь, построение фразы и многие другие признаки позволяют даже не слишком опытным читателям отличить прозу Толстого от прозы Пушкина, а их обоих от Достоевского или Томаса Харди.
Нечто подобное предложил проводить на молекулярном уровне Алек Джефрис из университета английского города Лестера. Он нашел в геноме человека маркеры, которые стабильны у прямых потомков родительской пары. С помощью так называемого электрофореза — переноса образцов ДНК в электрическом поле — маркеры «разгоняются» в виде полосок, последовательность которых легко анализировать. Эти картинки еще сравнивают с полосчатыми компьютерными шифрами, которые мы видим на иностранных упаковках (компьютер тоже сравнивает'- идентифицирует — шифры товаров, указывая кассовому аппарату, какую цену пробивать).
С помощью ДНК-отпечатков стало возможно устанавливать родство людей, степень этого родства — чем оно дальше, тем большее несовпадение полосок будет наблюдаться, а также личность преступника. Но все это хорошо, когда в вашем распоряжении достаточное количество ДНК, а как быть, если ДНК очень мало? Над этой проблемой долгое время бился Кэри Муллис из калифорнийской биотехнологической фирмы «Сетус» в городке Эмеривилл.
Журнал «Тайм» назвал Муллиса в августе 1991 году последним лудильщиком, вкладывая в это слово тот смысл, что он «паяет» швы между самыми разными науками. Он консультирует биотехнологические фирмы и постоянно говорит о том, что одного вируса СПИДа явно было бы недостаточно, чтобы вызвать глобальную эпидемию этого заболевания. Свое необычное открытие Муллис сделал апрельской ночью в машине, когда они с женой ехали по горной дороге в секвойных лесах Северной Калифорнии.
Муллис поступил в «Сетус» — название фирмы переводится как «Кит» — в 1979 году. Его как химика взяли в исследовательский отдел для синтеза олигонуклеотидов, то есть коротких цепочек ДНК. Однако к 1983 году эту задачу взяли на себя автоматические синтезаторы электронной эры.
«У меня появилось время подумать», — говорит Муллис.
Он хотел найти метод — простой и надежный — идентификации буквы генетического кода, или нуклеотида в известном положении цепи ДНК. Задача сходна с той, которую мы каждый раз решаем, проверяя себя, какую букву писать, например, после «т» и после «л» в слове «интеллигенция».
Подобная проверка легко осуществима, поскольку у нас всегда под рукой словари и справочники по этимологии и орфографии слов. А как быть с ДНК, когда мы заведомо не знаем, какая буква генетического кода должна стоять на том или ином месте? Вот над этой-то проблемой и бился мозг Муллиса, когда он крутил руль своей машины.
В своих размышлениях Муллис отталкивался от двух известных открытий.
В 1955 году А. Корнберг из Станфордского университета неподалеку от Сан-Франциско выделил ДНК-полимеразу, которая начинает синтез ДНК, имея в своем распоряжении «затравку», которая по-английски называется праймер (праймерами в Англии и Америке называют также буквари и начальные строчки широко известных произведений, например «Я помню чудное мгновенье…»).
Второе открытие было связано с именем дважды Нобелевского лауреата англичанина Ф. Сэнджера, который первую награду получил за прочтение последовательности аминокислот в инсулине, а вторую — за создание метода расшифровки последовательности нуклеотидов ДНК. Как он это делал?
Он «подсовывал» ДНК-полимеразе измененный нуклеотид, который она не может «переварить», в результате чего синтез ДНК останавливался. Зная, какой нуклеотид он дал ферменту, Сэнджер таким образом узнавал противоположный комплементарный. Например, если он давал измененный А, то напротив, в другой цепи ДНК, которая служила матрицей для синтеза, стоял тимин «т», если «ц» — то Г и т. д.
Разработка не из легких, но именно так были прочитаны первые гены, а с этого и началась биотехнология наших дней.
Потом это все автоматизировали, и сегодня электронные автоматы сами читают по 10 тысяч букв в сутки. Кстати, измененными нуклеотидами теперь довольно успешно сдерживают развитие СПИДа у инфицированных людей.
И вот со всем этим багажом в голове Муллис едет в свой загородный дом в округе Мендосино, что на берегу Тихого океана. «Руки заняты, а голова свободна», — вспоминал он потом.
Тем не менее и голова его была занята напряженнейшей работой. Вблизи Кловердейла ему в голову пришла мысль, от которой он чуть не свалился с машиной в пропасть: а что если останавливать процесс нагреванием!
