Яблони на Марсе

Барьер казался неодолимым. Наступление века генной инженерии отодвигалось на неопределенный срок. И вот в момент уныния на помощь ученым поспешила сама природа. Она предложила и «скальпели» (ферменты рестриктазы) и «иглы с суровой ниткой» (лигазы). Ведь мало было кромсать молекулу ДНК, хотя бы и с точностью часового мастера, нужно было еще научиться скреплять генные фрагменты, чтобы получать любые варианты генных гирлянд.

Геиноинженерная операция начинается с выделения из клеток, точнее из их ядер, молекул ДНК. Такую работу наблюдать очень поучительно.

Сначала к суспензии клеток добавляют ПАВы — поверхностно-активные вещества. Они разрушают, ломают мембраны — стенки клеток и ядер. Картина при этом получается любопытная. На ваших глазах мутноватая жидкость, налитая в стакан или колбу, превращается в прозрачный вязкий клей, почти студень. Это длиннейшие нитевидные молекулы ДНК выходят в раствор из лопнувших ядер. Осажденные затем спиртом ДНК выпадают рыхлыми беловатыми волокнами, которые можно вынуть из стакана, наматывая их на стеклянную палочку.

Достаточное для работы количество ДНК получено. Но в каком они виде! Это каша обломков, обрубков. Как же выловить из этого хаоса, из случайно перемешанных обрезков нужный нам ген? Вполне определенную осмысленную последовательность букв ДНК?

Вот как описывает трудность подобной задачи доктор биологических наук Борис Михайлович Медников: «Представьте, — пишет он, — полное академическое собрание сочинений Пушкина, изданное тиражом в сотни миллионов экземпляров. (С таким количеством исходных клеток в колбе обычно имеют дело молекулярные биологи.) Весь тираж при этом напечатан в одну строчку на телеграфной ленте и перемешан в огромный ворох, который непрерывно перелопачивают (имитация теплового движения молекул в растворе), а стая жизнерадостных обезьян (это аналог ферментов нуклеаз, полностью избавиться от них при выделении молекул ДНК из клеток невозможно) рвет ленту, где им это понравится. Теперь представьте, что, не прикасаясь руками и не видя текста, с расстояния пятидесяти метров надо из этой кучи выбрать все ленты, на которых отпечатан, например, „Анчар“ или первая глава „Евгения Онегина“».

Примерно такого рода задача стояла перед учеными. И удивления достойно, что они с ней справились. Все тонкости этого дела мы пересказать, понятно, не в состоянии. Важен итог, то, что теперь исследователи умеют выделить любой нужный им ген.

Escherichia coli — «рабочая лошадка»

С помощью рестриктаз и лигаз первые химерические молекулы ДНК, их еще называют рекомбинантными, были получены. Но что с ними делать? Ведь проявить свои необычные свойства такие молекулы наследственности могут, только находясь в каком-то живом организме. Начался поиск существ, способных приютить, приголубить рекомбинантные ДНК и дающих им возможность нормально удваивать свое число. Конечно, кров для химерических молекул следовало выбирать попроще. А что может быть проще бактерий, одноклеточных созданий, управлять которыми наиболее легко?

Бактерии. Один из наиболее древних эшелонов жизни. Миллиарды лет были единственными обитателями биосферы. Ни человека, ни животных, ни высших растений не было на Земле, а бактерии уже праздновали не одну весну. Да они и сейчас настоящие хозяева планеты. И мы живем среди них, как экзотические цветы жизни, как редкостные образования в тьмамиллиардной массе трудяг-невидимок. Бактерии истинные космополиты: они населяют толщи почв и все водные бассейны, они поселились и в нас самих, эти малютки буквально вездесущи. Это бактерии создавали и создают месторождения полезных ископаемых, они же превращают останки живых существ в материал для новой жизни, помогают нам переваривать пищу и готовить ее, увы, еще они способны и убить нас, вызвав болезни.

Для молекулярных биологов бактерии — заманчивый объект исследований. Подкупает простота их устройства. Это всего одна клетка (обычно палочковидной формы, по-гречески bakterion и значит «палочка»).

У них нет ядра, всего одна хромосома (у человека их 23), с одной ниточкой ДНК.

Однако мир бактерий очень велик — кого выбрать, предпочесть? Кто тут наиболее пригоден для манипуляций с генами?

Так получилось, что выбор молекулярных биологов пал на кишечную палочку, научное название Escherichia coli, микроорганизм, обнаруженный австрийским врачом Теодором Эшерихом (отсюда и название «ешерихиа коли») еще в 1885 году. Бактерия, обитающая в кишечнике человека как один из основных компонентов нормальной кишечной флоры.

В тех исследованиях, о которых идет сейчас речь, кишечная палочка стала основной «рабочей лошадкой». Ее достоинства? Простота культивирования: неприхотлива, питается сахаром, особенно любит глюкозу. Кроме того, эта бактерия очень хорошо изучена, имеется ее полная генетическая карта, известны основные пути обмена веществ, быстро размножается. Ее жизненный цикл — до деления — длится всего 40 минут.