Биологически активные

Различия в строении молекул ДНК и рибонуклеиновых кислот (РНК) — минимальное: вместо остатка дезоксирибозы в сахарофосфатном остове — остаток рибозы; вместо пиримидинового основания тимина — урацил, отличающийся от него лишь отсутствием одной метильной группы. Это отличие не мешает образованию такой же пары водородных связей с аденином — партнером тимина по двойной спирали, благодаря чему оказывается возможным синтез копий молекул РНК, комплементарных содержащимся в клетке молекулам ДНК (транскрипция) — по механизму, совершенно аналогичному механизму репликации.

Более того, выяснилось, что существуют специальные ферменты, с помощью которых возможен и обратный процесс — синтез молекул ДНК, комплементарных РНК. Заметим, что это явление, встречающееся сравнительно редко, оказалось чрезвычайно важным элементом арсенала средств генетической инженерии.

Основное же назначение РНК — быть матрицей для синтеза белковых молекул. Формально соответствие между последовательностью нуклеотидов в молекуле РНК и аминокислотной последовательностью синтезируемой с ее помощью молекулы белка может быть выражено через таблицу знаменитого генетического кода, сопоставляющую каждой тройке нуклеотидов (триплетам) определенную аминокислоту; так, например, УУУ ЦЦА ГАА АГУ (это обычная форма записи нуклеотидных последовательностей — с помощью первых букв названий соответствующих оснований) соответствует аминокислотной последовательности Phe—Pro—Glu—Ser (фенилаланин — пролин — глутаминовая кислота — серин). В клетке такая перекодировка — синтез молекул белка — осуществляется с помощью сложных и очень интересных механизмов, от описания которых здесь, однако, лучше воздержаться. Отметим еще, что, помимо триплетов, соответствующих той или иной аминокислоте, имеются еще и триплеты, определяющие начало и конец белковой молекулы.

Такова в общих чертах схема образования белков, повторяю — нас интересует именно схема, а не лежащие в ее основе механизмы. Ибо ровно столько нам необходимо знать для продолжения разговора о генетической инженерии.

Из генетики

Почему-то в представлении людей, незнакомых поближе с генетической инженерией, хоть и интенсивно восторгающихся ее достижениями, этот «генетический инженер» является в образе лесковского Левши — умельца, выполняющего хитроумнейшие операции в клетке чуть ли не с помощью сверхминиатюрнейшего скальпеля, тончайших крючочков и иголочек и, конечно, «мелкоскопа».

Ничуть не бывало. Даже у самого выдающегося «генетического инженера» могут быть, как говорит мой знакомый экспериментатор, «обе руки левые». И работает он в основном головой, техническое оснащение его лаборатории — довольно несложное, а основной его инструмент — различные ферменты очень специального назначения. Именно открытие и выделение этих ферментов сделали возможной целенаправленную перестройку генетического материала.

Как известно, в клеточном ядре этот материал организован в виде хромосом, причем у высших организмов он как бы сдублирован — представлен парами хромосом, несущими информацию об одних и тех же функциональных элементах (диплоидный набор хромосом). Исключение составляют половые клетки — гаметы, в которых каждый тип хромосомы представлен лишь одиножды (гаплоидный набор); при слиянии родительских гамет вновь образуется клетка с диплоидным набором.

Знаменитые законы Менделя вытекают из такого механизма размножения. В самом деле, если родители различаются по некоторому признаку — окраска цветка, форма плода, цвет глаз и т. п., — у их потомства окажутся оба типа хромосом, определяющих соответствующий признак, — отцовская и материнская; говорят, что данный индивидуум гетерозиготен по этому признаку.

К каким последствиям это приводит? Скажем, котята, родившиеся от белой кошки и черного кота, могут быть целиком черными (или белыми — не имеет значения, пример условный) — это случай раздельной наследственности.

Если они равномерно серой масти — имеет место слитная наследственность; наконец, если они удались пятнистыми, черно-белыми, — говорят о смешанной наследственности. (По поводу последнего типа наследственности вспоминается юмористический рисунок: Ной загружает свой ковчег парами различных животных; на очереди — две крутогривые лошадки, черная и белая. Ной кричит с досадой:

— Послушай, Сим, неужели ты не мог выбрать пару зебр одной масти!)

Чем проще рассматриваемый признак, тем вероятнее, что его проявление в потомстве осуществится именно по типу раздельной наследственности. Под «простотой» здесь следует понимать величину объема генетической информации, необходимой для его определения. Лучше всего, если речь идет об аминокислотной последовательности единственного белка. Хотя в случае раздельной наследственности у гетерозиготного индивидуума проявляется признак лишь одного из родителей — доминантный (скажем, черная масть у обсуждавшихся котят), однако каждая его клетка содержит хромосомы обоих типов.