Расплетая радугу. Наука, заблуждения и потребность изумляться

Радиоактивные зонды — это рабочий инструмент, который необходимо иметь под рукой, когда вы приступаете к ДНК-дактилоскопии по Джеффрису. Другим важнейшим инструментом служит рестриктаза. Рестриктазы, или ферменты рестрикции, — это химические ножницы, предназначенные для разрезания ДНК, причем в строго определенных местах. Например, одна рестриктаза может двигаться вдоль хромосомы до тех пор, пока не наткнется на последовательность GAATTC (G, C, T и A — это те самые четыре буквы алфавита ДНК; все гены всех живущих на Земле видов отличаются друг от друга только очередностью составляющих их букв). Другая рестриктаза расщепляет ДНК везде, где встречает последовательность GCGGCCGC. В арсенале молекулярного биолога имеется довольно много различных рестриктаз. Впервые они были обнаружены у бактерий, которые используют их в целях самозащиты. Каждая рестриктаза осуществляет свой собственный, уникальный «поиск по фрагменту текста», куда она затем нацеливается и производит разрез.

Теперь дело за малым: надо подобрать такую рестриктазу, чья последовательность узнавания не встречается в интересующем нас тандемном повторе. Тогда всю имеющуюся ДНК можно будет порубить на короткие отрезки, с обеих сторон ограниченные этой специфической последовательностью. Разумеется, не во всех этих фрагментах будут содержаться нужные нам тандемные повторы. Нашими молекулярными ножницами будут вырезаны самые разнообразные участки ДНК, по чистой случайности оказавшиеся между двух облюбованных рестриктазой последовательностей. Однако некоторые из полученных фрагментов будут содержать тандемные повторы, и длина каждого такого вырезанного участка будет определяться преимущественно количеством этих самых повторов. Если у вас содержится всего 83 копии какого-то бессмысленного кусочка ДНК там, где у меня их 147, то соответствующие отрезанные кусочки моей ДНК будут длиннее ваших.

Мы можем измерить длину этих фрагментов, используя методику, уже давно ставшую в молекулярной биологии рутинной. Она довольно сильно смахивает на расщепление света призмой, как в опытах Ньютона. В случае ДНК такой стандартной «призмой» служит колонка для гель-электрофореза, то есть длинная трубочка, заполненная своеобразным студнем, через который пропускается электрический ток. На один конец этой трубочки наносится раствор, содержащий порезанную рестриктазами ДНК, все кусочки вперемешку. Фрагменты ДНК притягиваются к положительному полюсу колонки, то есть к ее противоположному концу, и потому неуклонно движутся сквозь гель. Но они перемещаются не с одинаковой скоростью. Короткие фрагменты бегут быстрее длинных, подобно тому как низкочастотные световые волны быстрее проходят сквозь стекло. В результате, после того как через некоторое время вы выключите ток, отрезки ДНК окажутся распределенными вдоль всей колонки, точно так же как ньютоновские цвета разделяются призмой потому, что стекло замедляет свет с синего края спектра сильнее, чем с красного.

Но пока что мы не можем видеть этих отрезков. Наша студенистая колонка выглядит одинаково по всей своей длине. Ничто не говорит нам ни о том, что фрагменты ДНК потихоньку сгруппировались по размеру в отдельные полоски, ни о том, какие тандемные повторы в каких полосках содержатся. Как же сделать их видимыми? Тут-то нам и пригодятся радиоактивные зонды.

Для визуализации тандемных повторов мы можем использовать еще одну хитроумную методику — саузерн-блот, или гибридизацию по Саузерну, названную так по имени своего изобретателя Эдвина Саузерна. (Что может несколько сбивать с толку, так как есть другие методы — нозерн-блот и вестерн-блот, но ни мистера Нозерна, ни мистера Вестерна не было[38].) Для этого наш желеобразный столбик извлекается из трубочки и размещается на специальной фильтровальной бумаге. Вся жидкость из геля вместе с находящимися в ней фрагментами ДНК впитывается в эту промокашку, которая предварительно была обработана значительным количеством радиоактивного ДНК-зонда к интересующему нас тандемному повтору. В силу обычных законов строения ДНК, молекулы зонда, распределенные по бумаге, соединяются с точно соответствующими им последовательностями тандемных повторов. Излишки зонда мы смываем. Теперь на бумаге остаются только те молекулы радиоактивного зонда, которые связаны со своими напарниками, просочившимися из геля. Затем мы помещаем нашу промокашку на кусок рентгеновской пленки, оставляя на нем следы радиоактивности. Проявив эту пленку, мы видим набор темных полосок — еще один штрихкод. Конкретное расположение полосок штрихкода, получившегося при саузерн-гибридизации, является уникальным «отпечатком пальца» человека, примерно так же как фраунгоферовы линии — «отпечатком пальца» звезды, а форманты — «отпечатком пальца» гласного звука. «Штрихкод крови» и правда очень напоминает как фраунгоферовы линии, так и узор формант.