Генетика на пальцах

Но не только возможностью пересадки всего повсюду славится генная инженерия. Другим ее преимуществом, не менее важным, чем неограниченная широта возможностей, является скорость. Селекционеры могут годами, а то и десятилетиями решать поставленную задачу, и не факт еще, что им удастся ее решить… А генные инженеры добиваются своего практически сразу. Сроки исполнения задач в генной инженерии исчисляются днями, а иногда и часами. И результат неизменно соответствует ожиданиям, без поправок на неожиданности, часто встречающиеся у селекционеров.

Искусственно созданный ген может быть не только материалом для работы, но и инструментом. Ген можно не только пересаживать с места на место, но и использовать в качестве зонда. В переводе с голландского слово «зонд» означает «посланец». Зондами в различных отраслях науки называют инструменты или устройства, служащие в качестве датчиков или проводников. Метеорологический зонд запускают в атмосферу для сбора данных, помогающих создать прогноз погоды. Врачи пользуются зондами – тонкими стержнями или полыми трубочками для проведения диагностических или лечебных процедур в различных полостях и каналах тела пациента. В генной инженерии зондирующий ген служит для распознавания фрагментов молекул ДНК.

«Растиражированные» гены-зонды обрабатывают радиоактивными атомами или флуоресцентным (светящимся) химическим веществом, чтобы они были хорошо видны, а затем разделяют молекулы обработанных зондов на одинарные цепочки и смешивают их с растворами различных нуклеиновых кислот, молекулы которых предварительно также разделяют на одинарные цепочки. Хорошо видимые «светящиеся» зонды связываются с комплементарными фрагментами нуклеиновых кислот. Зонд словно бы указывает инженеру – вот он, нужный вам фрагмент, я на нем сижу! Нужный участок вырезается при помощи рекстриктаз, или отмечается на генетической карте, или же просто учитывается. Гены-зонды нередко используют для оценки количества матричной РНК, полученной в результате транскрипции конкретного гена (количество матричной РНК служит показателем экспрессии гена).

Внедрение нужного гена или же нужной молекулы ДНК в клетку должно быть произведено таким образом, чтобы не нарушить жизнедеятельность клетки. Внедряемый ген может быть как «диверсантом», которому нужно функционировать в течение определенного срока, так и «резидентом», засылаемым в клетку навсегда. Экспрессия гена в течение определенного срока часто используется в лечебных целях. Излечили заболевание, ген больше не нужен. Кстати говоря, гены можно вводить в клетку, но не вставлять в клеточные молекулы ДНК. Достаточно снабдить каждый пересаженный ген своим промотором – фрагментом, с которого РНК-полимераза будет начинать транскрипцию матричной РНК, и можно считать, что дело сделано, информация с этого гена будет считываться клеткой.

Для внедрения гена в клетку, как уже было сказано выше, можно использовать вирусы-векторы. При создании определенных условий ДНК может проникать внутрь клетки пассивным образом, без помощи каких-либо переносчиков. Транспорт генов в клетку может осуществляться при помощи электрической стимуляции клеточных мембран. С одной стороны, воздействие слабого электрического тока изменяет проницаемость мембраны, а с другой – под действием внешнего электрического поля возможно направленное перемещение частиц (вспомните из курса физики про электрофорез).

У бактерий, помимо одной-единственной «основной» молекулы ДНК, существуют и маленькие, рассеянные по цитоплазме. Такие мини-ДНК (или мини-хромосомы) называются плазмидами.

Клетка бактерии

Если прикрепить к плазмиде ген, то плазмида может выступать в роли переносчика, поскольку бактериальные клетки охотно поглощают чужие плазмиды. Поскольку молекулы плазмидной ДНК невелики[63], с ними удобно работать. Правда, плазмиды могут выступать в качестве переносчика только при внедрении генов в бактериальные клетки и ни в какие другие.

Существуют устройства, называемые «генными пушками», или «ДНК-пушками». Эти «пушки» обстреливают клетку «снарядами», содержащими трансгены, связанные с частицей металла, например золота или серебра[64]. Разница с обычным снарядом состоит в том, что у обычного снаряда «начинка» находится внутри, под оболочкой, а в генном «снаряде» гены облепляют частицу металла снаружи.

Схема действия ДНК-пушки

Из генных пушек обстреливают культуры клеток, находящиеся в стандартной микробиологической посуде – круглой чашке Петри. Клетки, находящиеся в центре чаши, обычно гибнут вследствие разрушения их мембран и прочих структур частицами металла, но часть клеток на периферии остается цела. Обстрел клеток из пушек «прямой наводкой» – процедура суровая, и не каждая клетка способна ее выдержать. Чаще всего генные пушки используют для обстрела растительных клеток, которые гораздо прочнее животных клеток.