Эволюция для всех, или Путь кентавра - Александр Гангнус

На уровне полового размножения генофонд популяции, и, в конечном счете, вида, почти во всех случаях отгорожен от генофондов других видов и родов животных. Получается нечто похожее на то, что было на уровне неполового размножения: вид с видом может взаимодействовать только «экологически» — либо борясь за существование, либо еще проще — поедая один другой. Виды-братья при половом размножении генетически так же глубоко, трагически разобщены, как особи при неполовом. Общее у видов, а тем более родов, классов и т. д. — только в прошлом, ни в настоящем, ни в будущем им — так думали еще недавно — не обогатить друг друга полезными генными приобретениями…

И вот новый этап на пути развития как экспериментальной, так и теоретической биологии — рождение уже не генетической, а генной инженерии, когда направленное, точное вмешательство переносится вглубь, на более первичный уровень организации живого вещества. Генная инженерия занимается операциями по пересадке небольших групп генов и даже отдельных конкретных генов. Цель генной инженерии — создание совершенно новых организмов с заранее заданными свойствами!

В 1973 году группа американских ученых обратилась в Национальную академию наук США по поводу потенциальной биологической опасности опытов по сшиванию новых молекул ДНК. Отдельными участками нитей этого биополимера — дезоксирибонуклеиновой кислоты — и являются гены.

Специальная комиссия академии во главе с одним из ведущих «генных инженеров» П. Бергом в июле 1974 года обратилась к ученым всех стран с призывом наложить добровольный мораторий (временный запрет) на целый ряд экспериментов, чреватых страшной опасностью для человечества.

24-27 февраля 1975 года международная конференция ученых в Асиломаре (США) сняла мораторий, но разработала целый ряд правил в области генной инженерии.

В январе 1977 года, на подобной же конференции в Майами генные инженеры углубили и дополнили строгие правила своих экспериментов.

С 1996 года в России действует закон «О государственном регулировании в области генно-инженерной деятельности»

Генная инженерия действительно может быть опасной в беспечных или преступных руках. Она в принципе может создать новых болезнетворных микробов, с которыми организм человека бороться не умеет и на которых не действуют никакие лекарства. С другой стороны, генная инженерия — это поистине «горячая точка» современной науки. Благодаря ей, как писал академик А. А. Баев, «экспериментальная биология вступила в новую фазу своего развития, которую можно было бы назвать творческой, так как человек здесь скорее выступает в роли созидателя, чем робкого наблюдателя природы».

Первый этап работы генного инженера обычно состоит в том, чтобы подобрать хорошего переносчика генетической информации. Переносчиком, иначе, вектором, могут быть фаг, вирус и еще плазмида — крошечное тельце, состоящее из ДНК. Дело в том, что в природе именно фаги, вирусы и плазмиды часто переходят из клетки в клетку, то встраиваясь в генный набор хозяина, то отсоединяясь от него снова. И если вирус и фаг, в основном, это враги и паразиты клеток, то роль плазмиды изначально другая. Она добавляет в клетку ту генетическую информацию, которой там не хватает, например, у бактерий некоторые плазмиды вызывают что-то похожее на половое размножение, рекомбинацию, обмен генами между бактериями.

Второй этап работы генного инженера состоит в том, чтобы подобрать, выделить (или синтезировать) тот — донорный — ген, который нужно перенести с помощью «вектора».

Потом этот ген (или фрагмент ДНК, включающий нужный ген) нужно соединить, сшить с вектором и отправить этот гибрид в клетку-реципиент. Там, в клетке, вектор присоединится к хромосоме хозяина, встроится в наследственность клетки. Клетка, делясь, уже передает по наследству новую генную запись, и она и ее потомки обладают свойством, определяемым встроенным геном…

Так и сделали, еще двадцать лет назад, например, Л. Тихомирова, А. Солонин и Л. Петровская вместе со своим руководителем Н. Матвиенко. Сделали дважды. Сначала разрезали пополам ДНК фага «лямбда», вшили туда плазмиду и этот гибрид ввели в бактерию — кишечную палочку. Потом они поступили «наоборот». Вектором-переносчиком стала плазмида. Ее кольцевую молекулу ДНК разрезали в одном месте. В разрез «вставили» один из фрагментов фага «лямбда».

Плазмида, или фаг, вооруженные несвойственным и ненужным им самим геном, впускаются в культуру кишечных палочек. В обоих случаях часть кишечных палочек приобретает новые гены, а значит, и новые свойства. Чистую культуру бактерии с новой наследственностью получают, используя принцип отбора. Чашечку с бактериями подвергают испытаниям, которые могут выдержать только те бактерии, которые усвоили новые гены… И вот перед исследователем чистая культура кишечной палочки с новым, невиданным в природе сочетанием наследуемых свойств. Эти свойства можно проверить, выявить на любом этапе эстафеты поколений быстро размножающейся бактерии. Новый организм, сконструированный методами генной инженерии!

Но такая, бегло рассказанная суть работы генных инженеров не отражает, конечно, и доли истинного содержания всех этих понятий: «взял» (как взять-то молекулу, что за пинцет такой?), «разрезал», «сшил». На каждой из этих операций — масса мучений, кропотливой работы, неудач.

Фаг лямбда… Один из простейших «атомов жизни», носителей собственной наследственности, предмет изучения целого поколения «лямбдологов» (термин, может быть, и не официальный, но уже вполне не шутливый).

Как и многие другие вирусы и фаги, «лямбда» может встроиться в генный набор клетки хозяина, не причиняя ей вреда. Потом отделиться, снова стать фагом. И оказывается, не всегда это повторное отделение происходит по месту первоначальной сшивки. Иногда фаг «забывает» часть своих генов в чужом геноме, иногда прихватывает чужие гены и переносит их в другую клетку. Этими природными свойствами фагов (а также вирусов и плазмид), как переносчиков генов, и воспользовались генные инженеры.

Но не нужно думать, что клетки бактерий или более высокоорганизованных существ безразлично относятся к вторжению чужеродной генной информации. На пути чужих нуклеиновых кислот встают вырабатываемые клеткой молекулы ферментов рестриктаз.

Рестриктазы — это скальпели на молекулярно-биологическом уровне. Они кромсают чужую ДНК, превращая ее в кучу обрезков. Но взоры генных инженеров остановились именно на рестриктазах, скальпель — это как раз то, что нужно на первом этапе генно-инженерного конструирования.

ДНК фага «лямбда» режется рестриктазой в пяти точках. Причем, режется очень своеобразно. Каждый отрезок ДНК (а ДНК, как известно, состоит из двух взаимно комплементарных, а значит, «липких» по отношению друг к другу нитей) режется «со сдвигом». Одна нить режется не точно против другой, а несколько сбоку. На концах отрезков оказываются небольшие куски «липкой» однонитевой ДНК. Представь себе, читатель, склеенные между собой на всю длину две липкие изоляционные ленты. Такая двойная лента с клейкими слоями, направленными внутрь, снаружи не липкая. Но если одна из этих лент короче другой, то у нелипкой двойной ленты будет липкий кончик… Такие отрезки ДНК, с «липкими кончиками», интересны генному инженеру одним: они потенциально готовы к новой склейке.