ДНК. История генетической революции

Методологическая находка Ботстейна и Дэвиса, ныне именуемая как «анализ сцепления», позволяет определить положение неизвестного генаотносительно известных генов-ориентиров. Принцип прост. Например, было бы непросто найти на карте США незнакомый для вас Спрингфилд, штат Масачусетс, если бы вы больше ничего не знали об этом городе, кроме названия. Если же я вам подскажу, что город Спрингфилд находится на половине пути между Нью-Йорком и Бостоном (двумя городами-ориентирами, обозначенными на карте), задача значительно упростится. Анализ сцепления позволяет проделать с генами то же самое: он выявляет связи между известными генетическими маркерами и неизвестными генами. Этот метод успешно зарекомендовал себя при работе с плодовыми мушками, использование его у человека представляло определенные трудности, поскольку у человека было известно очень мало генетических маркеров. Но Ботстейн и Дэвис осознали, что проблему возможно решить, используя достижения молекулярной биологии.

Маркерами в ДНК, на которые они обратили внимание, были те самые полиморфизмы длин рестрикционных фрагментов. ПДРФ, Restriction fragment length polymorphism, RFLP – способ исследования геномной ДНК путем разрезания ДНК с помощью эндонуклеаз рестрикции и дальнейшего анализа размеров образующихся фрагментов (рестриктов) путем гель-электрофореза (электрофореза ДНК). Напомню, что большинство ферментов-рестриктаз режут ДНК только в том месте, где встречают конкретную палиндромную последовательность. Если генетическая «буква» в этом месте изменится, то фермент больше не сможет разрезать ДНК в прежнем месте. Чаще всего эти повторы, которых в нашем геноме миллионы, встречаются в мусорной ДНК и потому в практическом отношении не имеют функционального эффекта.

После семинара в Альте Ботстейн, Дэвис и Школьник вместе с Рэем Уайтом, тогда работавшим в Университете штата Массачусетс, стали исследовать феномен полиморфизма длин рестрикционных фрагментов. В 1980 году на основе материала, полученного в процессе их сотрудничества, была написана эпохальная статья, открывшая новую страницу в молекулярной генетике человека. В статье был предложен четкий план того, как при помощи ПДРФ-маркеров можно построить карту маячков-маркеров в каждой человеческой хромосоме. Дэвид Ботстейн с коллегами вычислили, что 150 ПДРФ, равномерно распределенных по всему геному, вполне хватит, чтобы выявить мутантные гены, вызывающие болезнь. Собирая образцы ДНК в семьях, состоящих из нескольких поколений, в которых болезнь поражает предков и потомков, можно поочередно отследить закономерности наследования ПДРФ, отыскивая именно те гены, из-за которых болезнь сохраняется в семьях и которые показывают расположение мутантного гена.

В 1983 году Хелен Донис-Келлер (в ту пору жена Дэвида Ботстейна) основала Отдел генетики человека в бостонской компании Collaborative Research, Inc. Она стремилась построить карту сцепления ПДРФ в масштабах всего человеческого генома. Через четыре года после описываемых событий она опубликовала результаты своей работы в статье, метко названной «Карта генетических сцеплений в геноме человека». На этой карте было 403 маркера (гораздо больше, чем по исходной оценке Дэвида Ботстейна), охватывавших добрых 95 % генома. Та первая карта не была совершенной; например, некоторые хромосомы имели четко установленное место, расположение других подвергалось сомнению. Тем не менее возможность составления такой карты показала, что картирование всего генома осуществимо, что было важным достижением тех лет.

Генетическое картирование гена, отвечающего за болезнь. Для удобства показаны всего два поколения и лишь несколько индивидов. Чтобы анализ обладал статистической мощностью, в нем необходимо учесть большое число родственных индивидов