Сумма биотехнологии. Руководство по борьбе с мифами о генетической модификации растений, животных и людей

В третьем чайнике у нас будет температура 72 градуса, идеальная для работы ДНК-полимеразы термофильных бактерий. Когда мы поместим нашу пробирку туда, полимераза достроит молекулу ДНК до двойной цепочки.

Была одна двухцепочечная молекула, а стало две. После этого мы снова помещаем пробирку в чайник при температуре 95 градусов, и цикл повторяется. Один цикл может занимать всего несколько минут, за час можно повторить все около двадцати раз, то есть увеличить концентрацию исходной молекулы в миллион раз. С обычной полимеразой, работающей при температуре 30–40 градусов, такая процедура не прошла бы по двум причинам. Во-первых, сама полимераза оказалась бы разрушена при высокой температуре, необходимой для разделения цепочек ДНК. Нам бы пришлось каждый раз добавлять полимеразу в реакционную смесь заново. Во-вторых, при низкой температуре праймеры будут прилипать не только к той цепи ДНК, с которой они полностью комплементарны, но и к похожим фрагментам, а значит, мы рискуем умножить не ту последовательность ДНК, которую хотели. Специфичность метода была бы намного ниже.

Высокую чувствительность метода ПЦР наглядно иллюстрирует история, опубликованная в журнале Nature™. Ученые из медицинского центра Маунт-Синай (США) использовали тройки нуклеотидов, чтобы закодировать цифры и буквы секретного послания. Зашифрованное на языке нуклеотидов сообщение поместили между определенными последовательностями ДНК, к которым у принимающей стороны были праймеры. Капельку раствора с содержащей послание ДНК, перемешанную с обычной человеческой ДНК, нанесли на простой бумажный текстовый документ и отправили его по почте. При этом количество ДНК с сообщением было ничтожным – как абсолютное, так и относительно количества «примесей». Представьте, что вам нужно найти одно-единственное предложение, спрятанное в одной из 170 миллионов книг Британской библиотеки. Примерно такую задачу предстояло решить адресату.

Принимающая сторона использовала ПЦР, чтобы обнаружить фрагмент ДНК с посланием и увеличить число копий этих молекул в миллиарды раз. После этого была установлена последовательность нуклеотидов послания, а само сообщение было расшифровано. Оно гласило «6 июня, вторжение, Нормандия». Так было показано, что можно использовать молекулы ДНК в криптографии. За пятьдесят пять лет до этого исследования, в июне 1944 года, случилась высадка в Нормандии – скоординированная операция совместных сил США, Великобритании, Канады и их союзников против сил Германии во время Второй мировой войны. Криптография сыграла важную роль в успехе этой военной операции.

ПЦР позволяет обнаружить вставку только в том случае, если мы знаем с высокой точностью хотя бы два участка анализируемой последовательности, длиной примерно в двадцать нуклеотидов каждый. А значит, если переносимый ген достаточно сильно изменить, таким методом он обнаружен не будет. Чтобы неточный праймер присоединился к цепочке ДНК, необходимо снижать температуру во «втором чайнике», а это может привести к тому, что праймеры свяжутся неспецифично – с каким-то случайным участком ДНК, что, в свою очередь, приведет к ложноположительному результату.

Напомню, что в стандартном генетическом коде три нуклеотида в кодоне и четыре типа нуклеотидов позволяют закодировать 64 аминокислоты. Но генетический код кодирует лишь 20 аминокислот. Некоторые аминокислоты кодируются несколькими кодонами. Используя это свойство, я предложу нуклеотидную последовательность, которая не существует ни в одной базе данных и не существует в природе. Но тоже кодирует белок Cry-токсина, причем идентичный оригинальному. Вот она.

Ниже приведено сравнение исходной и полученной последовательности гена Cry-токсина. Подчеркну, что обе нуклеотидные последовательности кодируют один и тот же белок (хотя описанные изменения могут привести к небольшим изменениям количества производимого белка).

Если вы посмотрите на эти две последовательности, то заметите, что нет ни одного фрагмента ДНК длиной хотя бы в шесть нуклеотидов, который совпадал бы у исходной и новой нуклеотидной последовательности. Это означает, что методом полимеразной цепной реакции будет проблематично обнаружить присутствие такой вставки в геноме организма. Только что мы обманули существенную часть регулирующих инстанций и вывели на рынок ГМО под видом «органического» продукта. Трудно сказать, догадались ли так делать какие-нибудь компании. В принципе не проблема выяснить, какие праймеры используются для рутинных проверок на содержание ГМО (на самом деле часто ищут не сам ген, а другие, связанные с ним конструкции, например регулирующие его работу участки). Достаточно убедиться, что последовательности, подходящие под эти праймеры, в наших вставках отсутствуют.