Тайны наших генов

Вот вы спрашиваете, зачем нужно работать с такими мельчайшими организмами, какая от них польза. А ведь метод получения мутаций с помощью радиации и химических соединений стал основным в получении высокоэффективных продуктов целого ряда ценнейших лекарственных, пищевых и других веществ. Вспомните, когда был открыт пенициллин, его стоимость в буквальном смысле была выше золота. Теперь, после получения ценных мутантов, резко повысивших выход пенициллина на единицу питательной среды, в которой живут грибки, это лекарство стало доступно каждому.

Или же вот другой пример. Аминокислота лизин - важнейший компонент пищи животных и человека. Сейчас создается крупная микробиологическая промышленность по производству лизина. И это оказалось возможным только после работы генетиков, в экспериментах которых была получена форма клеток бактерий, которая выделяет в среду в пятьсот раз больше лизина по сравнению с обычными, "дикими" бактериями. Громадные перспективы для микробиологического синтеза белков открывает использование простых углеродов нефти и газа. И в этой работе решающую роль также играют методы новой генетической селекции.

Если немного пофантазировать, то можно увидеть совершенно необычный путь для приготовления белков. Сейчас для достижения этой цели в ход идет биомасса всем знакомых дрожжей. Но представьте себе производство будущего, где в промышленных масштабах налажена "сборка" генов, управляющих синтезом белков. Тогда столь ценный продукт не трудно будет получать в любых разновидностях и любых количествах.

Проблема гена, как видите, принимает чисто прикладной характер. Биологи должны научиться своими руками конструировать то, что принято называть единицей наследственности.

"Заготовками" и "деталями" должны стать определенные молекулярные группы, а "сборочным цехом" - клетка и ее ядро.

Именно к решению таких задач стремится новое направление исследований - генетическая инженерия.

- Знаете, слово "инженерия" рядом со словами "ген", "наследственность" для непосвященного человека звучит довольно странно. Как-то даже трудно представить, что бы это могло значить.

- Фактически начало этому новому научному направлению было положено задолго до того, как столь смелое словосочетание вошло в обиход. Методы целенаправленного изменения наследственного аппарата - конечно, еще не на молекулярном уровне - стали известны уже в 1934 - 1936 годах. В то время мне удалось, действуя рентгеновскими лучами на клеточное ядро мухи дрозофилы, изменить в нем число хромосом.

Ядро с четырьмя парами сначала превратилось в ядро с тремя, а затем и с пятью парами хромосом. В этой работе можно увидеть истоки генетической инженерии.

Сегодня исследователи ставят совершенно иные задачи.

В различных лабораториях мира разыскиваются способы выделения, даже "сборки" отдельных генов и переноса их в живые организмы.

Вспомним снова о бактериях. У них есть ген, ответственный за синтез витамина Bi2, которого начисто лишены растения. А между тем известно: добавка этого витамина резко увеличивает степень усвоения растительного корма в организме сельскохозяйственных животных. Так почему бы не попытаться пересадить тот самый бактериальный ген к растению? Каким путем пойдут ученые, покажет время. Но мне кажется, они будут исходить из того, что биохимический путь синтеза хлорофилла и витамина B2 имеет общие начальные стадии. А раз так, то после срабатывания цепочки из четырех-пяти добавочных ферментных реакций растительная клетка сможет вместо хлорофилла синтезировать необходимый животным витамин.

Правда, из отдельной клетки надо еще получить целое растение. Но пути решений такой задачи уже известны. Да что там из клетки. Взрослое растение выращивают даже из протопласта - клеточной структуры, лишенной оболочки. Опубликован научный доклад, в котором говорится, как в результате метаморфоз круглого зеленого протопласта - одевания его оболочкой, деления и дифференцировки - возникает своего рода искусственное "семечко". Оно дает корни и листья, и в результате вырастает цветущий табак.

- Николай Петрович, а какие конкретно задачи стоят сегодня перед генетической инженерией?

- Если детализировать "биолого-инженерные" задачи, то можно определить среди них несколько наиболее существенных: - выделение генов и их структур; - синтез генов химическим или биохимическим путем; - направленная модификация наследственных комплексов под влиянием искусственно созданных условий; - регуляция активности генов; - их копирование; - их перенос в наследственный аппарат других организмов.

Первая из перечисленных мною задач - выделение гена - уже решена сегодня. Можно сказать, что и синтез гена в принципе тоже удался. Успех этот достигнут был в 1970 году, когда индийскому ученому X. Коране удалось "собрать" ген дрожжевой клетки, содержащей всего 77 азотистых оснований.

Такой короткий отрезок ДНК с заданной последовательностью оснований синтезировали химически. Так появился первый ген, созданный человеком.