Короче говоря, не зря ученые в течение четырнадцати лет совместными усилиями расшифровывали геном человека и продолжают уточнять полученную информацию до сих пор. Мало какое знание о человеческом организме может сравниться по своей значимости с расшифрованным геномом.
Продолжительность расшифровки генома может удивить непосвященных. Четырнадцать лет? Да еще и в лабораториях разных стран? Это при современных-то возможностях науки? Чем они там на самом деле занимались? Бюджеты попиливали втихаря?
Не попиливали, не волнуйтесь. Работали не покладая рук. В разных лабораториях, в разных странах. И то, что уложились с расшифровкой в четырнадцать лет – это просто подвиг. Даже при современных возможностях науки?
Дело в том, что микроскоп, даже самый наисовременнейший, является плохим помощником в деле расшифровки генома. Кое-какую информацию современные электронные микроскопы ученым дали, но объем и значимость этой информации можно сравнить с картой, созданной древнегреческим ученым Клавдием Птолемеем во втором веке до нашей эры.
Раскройте современный атлас и сравните то, что увидите, с картой Птолемея. Вроде бы контуры похожи, но далеко не совсем. И мелких деталей на карте Птолемея не разглядеть…
Электронная микроскопия – всего лишь один из методов картирования генов, причем не самый главный. Впрочем, самого главного метода в картировании и не существует.
Методы картирования делятся на три группы. К физическим методам, помимо электронной микроскопии, относится электрофорез – направленное движение заряженных коллоидных частиц или ионов под действием внешнего электрического поля. Электрофорез позволяет разделять нуклеиновые кислоты и белки на фракции, поскольку молекулы с различным весом под воздействием тока движутся с различной скоростью. Метод электрофореза весьма чувствителен и подходит не только для разделения смесей, но и для определения длин молекул и их фрагментов с точностью до одного нуклеотида. Длина рассчитывается по скорости движения отрицательно заряженной молекулы ДНК (или ее фрагмента) к положительному полюсу в специальной гелевой среде.
Генетические методы, анализирующие проявление различных признаков при скрещивании, позволяют оценить сцепление генов, то есть нахождение их на одной хромосоме, а также оценить частоту рекомбинаций сцепленных генов и сделать вывод о их удаленности друг от друга. Чем дальше друг от друга находятся гены в хромосоме, тем выше частота рекомбинации. Расстояние между генами на карте хромосомы измеряется в условных единицах, которые называются единицами карты. Одна единица карты между двумя генами равна одному проценту рекомбинаций между ними.
У человека вместо экспериментального скрещивания анализ проводится на основании семейного генетического анамнеза – сведений о проявлении признаков у предков и потомков.
Мутантный ген можно использовать в роли маркера, помогающего определить местоположение данного гена (по-научному месторасположение гена называется локусом) и выявлять сцепленные с ним гены.
Генетические методы – это скрупулезный анализ огромного материала. Быстро такие дела не делаются.
Большинство цитогенетических методов картирования основано на уже знакомом вам из пятой главы явлении гибридизации нуклеиновых кислот. К исследуемому материалу – одинарным нуклеиновым цепочкам с неизвестной (или предполагаемой) последовательностью нуклеотидов – добавляют так называемый ДНК-зонд – нуклеиновую цепочку с известной последовательностью (фрагмент ДНК или РНК). Затем смотрят, произошла ли гибридизация цепочек. Если произошла, значит исследуемая цепочка комплементарна зонду.
Молекулы ДНК очень длинные. Сначала нужно выделить из молекулы фрагмент для изучения. (Материал для исследований также получают цитогенетическими методами, вспомните хотя бы про метод гибридизации соматических клеток.) Затем надо последовательно добавлять к полученному фрагменту различные зонды и смотреть, с каким именно произойдет гибридизация… Представьте, сколько придется провозиться со всеми хромосомами. А ведь полученные результаты надо обязательно перепроверить в месте их получения, а затем, для достоверности, подтвердить в другой лаборатории. То есть фактически объем работы удваивается.
Вот вам и четырнадцать лет расшифровки.
ПОСТСКРИПТУМ. Существует такой цитогенетический метод картирования генов, как рестрикционное[28] картирование. Суть его заключается в использовании рестрикционных ферментов (рестриктаз), которые разрезают молекулы ДНК на различные фрагменты. На первый взгляд может показаться, что рестриктазы просто нарезают длинные молекулы на более удобные для изучения фрагменты, но на самом деле все гораздо сложнее.
Рестриктазы – «умные» ферменты. Они способны распознавать определенные последовательности нуклеотидов (определенный участок ДНК), расщеплять нуклеотидную цепь внутри участка узнавания или же рядом с ним.