Взламывая биологию

Трилобиты, многочисленные водные беспозвоночные, подверглись трем массовым вымираниям и наконец исчезли в конце пермского периода, около 251 млн лет назад.

Полимеразная цепная реакция

Этот недорогой и надежный метод используется для восстановления сегментов ДНК. С его помощью генетики диагностируют и наблюдают течение наследственных заболеваний, а также проводят ДНК-типирование.

Полимеразы – это ферменты, которые копируют ДНК при делении клеток. Методом полимеразной цепной реакции (ПЦР), изобретенным Кэри Муллисом в 1983 г., обычно дублируют последовательности из 100–10 000 пар оснований ДНК. Так как часть реакции происходит при высоких температурах, ДНК-полимераза берется у термофильных, то есть теплолюбивых, бактерий. Сначала секция двойной спирали ДНК подогревается до 96 °C, чтобы разделить нити. Затем температуру снижают и размещают так называемые праймеры, отмечающие начало и конец последовательности для копирования. Наконец ДНК-полимераза воспроизводит недостающие основы в этой последовательности. Процесс многократно повторяется, и за четыре часа можно произвести миллиард копий.

Подготовка образцов ДНК для копирования в лаборатории ПЦР. Метод используется для диагностирования заболеваний, идентификации вирусов и бактерий, сопоставления образцов, найденных на месте преступления, и во многих других случаях.

Гомеозисные гены

Гомеобокс – это последовательность ДНК примерно из 180 пар оснований, задействованная в анатомическом развитии животных и растений.

В 1983 г. группы исследователей из Базельского университета в Швейцарии и Индианского университета в США, работавшие независимо, обнаружили, что гомеозисные гены играют важную роль в формировании тела. Гены кодируют белки, которые регулируют другие гены в процессе раннего развития эмбриона. Если в генах присутствуют мутации, части тела могут быть расположены неправильно. Например, у некоторых мутировавших фруктовых мушек есть лишняя пара крыльев, а у некоторых пара ног расположена на голове вместо антенн. Это происходит, если ген инструктирует клетки, формирующие антенны, сформировать вместо этого ноги. Австралийские ученые обнаружили мутацию гомеобокса, вызывающую умственную отсталость у людей. Теперь, желая исправить проблему, они пытаются выяснить, как мутации влияют на развитие.

Как у всех насекомых, у фруктовой мушки дрозофилы восемь гомеозисных генов.

ДНК-типирование

ДНК-типирование – это метод, который используется для идентификации индивида по образцу генетического материала. Он основан на уникальности строения ДНК. Сегодня это важный инструмент судебной медицины.

Британский генетик Алек Джеффрис экспериментировал у себя в лаборатории при Лестерском университете в 1984 г. Он заметил, что рентгеновские снимки образцов ДНК членов одной семьи (это была семья его лаборанта) демонстрируют множество сходств, хотя отмечены и определенными различиями. Он сразу увидел потенциальную пользу этого открытия для расследования преступлений. Хотя 99,9 % последовательностей ДНК у всех людей одинаковы, различий все же достаточно, а потому вполне возможно отличить одного человека от другого, если только они не однояйцевые близнецы. Например, если образец ДНК из крови или других тканей, взятый на месте преступления, сравнить с образцом, взятым из слюны или крови подозреваемого, можно определить, принадлежат ли они одному человеку.

Генетический профиль, или паспорт, показывает секции ДНК, в которых многократно повторяется одно и то же оснвание. Такие тандемные повторы обрабатывают и превращают в уникальный код, который, впрочем, схож с кодом близкого родственника.

Джеффрис и его команда начали разрабатывать метод генетической дактилоскопии, при помощи которого отслеживают чередования секций ДНК, называемые минисателлитами. Выделив несколько минисателлитов, уникальных для человека, генетическая дактилоскопия позволила с легкостью анализировать оцифрованные базы генетических данных. Сегодня используются даже более короткие секции ДНК, микросателлиты, или простые короткие тандемные повторы. В 1987 г. полиция, прибегнув к этому методу, смогла предъявить мужчине обвинение в убийстве двух девушек. Сегодня этот способ анализа ДНК используется во всем мире для установления отцовства и в работе криминалистов.

Биоразнообразие