Биология для тех, кто ищет ответы в природе - Андрей Левонович Шляхов

мутации проявляются уже в первом поколении, потому что у однополых существ, размножающихся делением, нет генных пар. Парам просто неоткуда взяться, ведь в размножении участвует только один родитель. Во-вторых, микроорганизмы очень интенсивно размножаются, что дает возможность быстро находить полезные мутации по нужному гену.

Оценить эффективность «микробной» селекции можно хотя бы на примере грибов, вырабатывающих антибиотик пенициллин. Селекционерам удалось повысить продуктивность грибов более чем в 1000 раз! Животноводам и растениеводам такие увеличения продуктивности-урожайности неведомы.

Наш век – это век генной инженерии.

Как по-вашему – чем генная инженерия отличается от селекции?

Дело в разных способах воздействия на генотип. Селекция воздействует на генотип косвенно и опосредованно, через многочисленные скрещивания. А генная инженерия непосредственно изменяет генетические коды, «переписывая» их так, как нужно.

Возможности генной инженерии несравненно шире возможностей селекции. Можно сказать, что генная инженерия всемогуща. Если ее могущество чем-то и ограничивается, так это уровнем развития науки. А теоретически, комбинируя гены, можно творить с живыми организмами буквально все, что вздумается. Звучит пугающе, но практически любое знание можно обратить как во благо, так и во зло.

Начало генной инженерии было положено в семидесятые годы прошлого века, когда ученые открыли рестриктазы (ферменты, «разрезающие» нуклеиновые кислоты) и поняли, что с их помощью можно нарезать молекулы ДНК на фрагменты и собирать из этих фрагментов новые молекулы. Главное для любого мастера – это хороший, надежный инструмент. Был бы инструмент, а все остальное приложится.

Рестриктазы ценны тем, что каждый конкретный фермент дает свой тип «нарезки» цепочек нуклеиновых кислот на фрагменты. Зная индивидуальные особенности рестриктаз, генетики могут подбирать ферменты так, чтобы получить нужные фрагменты.

Затем фрагменты вставляют в так называемые векторы – относительно небольшие молекулы ДНК вирусов или бактерий – и внедряют векторы в клетки, генотип которых нужно изменить. Проще всего внедрять ДНК в бактерии – если лишить бактерии их собственной ДНК, то они охотно «впитают» чужую, достаточно только поместить бактерии и ДНК в одну пробирку.

К сожалению, сознательность у вирусов пока еще хромает, причем сильно. В клетки они внедряются беспрекословно, но вот дальше ведут себя по-разному. Могут вставить в молекулу ДНК принесенные гены, а могут и не вставить. А еще могут вставить не туда, куда следовало, спутав похожие участки на молекуле ДНК. Поэтому, «натравив» вирусы на клетки, ученые затем «отделяют зерна от плевел» – отбирают для дальнейшей работы те клетки, в которых вирусы сделали все так, как было нужно.

После того как желаемый результат получен, его «тиражируют» – размножают генетически модифицированные организмы. Кстати говоря, распространенное название «генетически модифицированные организмы» является не совсем точным определением для организмов, полученных в результате генной инженерии, потому что организмы, получаемые в результате обычной селекции, тоже являются генетически модифицированными, содержащими измененный генотип. Слово «модификация» означает преобразование или изменение в широком смысле, а вот приставка «транс-» четко указывает на перенос из одного места в другое, так что правильно называть ген, добавленный извне в геном, трансгеном, а организм, полученный в результате такой манипуляции, – трансгенным организмом.

Генные инженеры говорят, что их возможности ограничены только лишь их воображением. Это совсем и нисколько не шутка, а истинная правда. С точки зрения технологии абсолютно не имеет значения, чей ген кому пересаживать. Да хоть от ископаемого мамонта дождевому червю! Важна только практическая целесообразность. Откуда и куда пересаживать, не имеет значения. Важно только одно – зачем?

Другим преимуществом генной инженерии, не менее важным, чем неограниченные возможности, является скорость. Селекционеры могут годами, а то и десятилетиями решать поставленную задачу. И не факт еще, что им удастся ее решить… А генные инженеры добиваются своего практически сразу. Сроки исполнения задач в генной инженерии обычно исчисляются днями или неделями, а дальше уже происходит рост и размножение трансгенного организма, причем результат неизменно соответствует ожиданиям, без поправок на «авось» и «небось», распространенных среди селекционеров.

Для получения организмов с желаемыми свойствами генные инженеры не только пересаживают гены, но и «ампутируют» их, удаляя фрагменты из молекул ДНК. Подобные «ампутации» позволяют, к примеру, повысить устойчивость организмов (преимущественно – растительных) к определенным вирусам.

Каждый вирус запрограммирован природой на внедрение в молекулу клеточной ДНК на определенном участке. Вирус не может прикрепляться «куда угодно» в цепочке нуклеиновой кислоты, у него есть свои «якоря». Если вырезать эти «якоря» из молекул ДНК, то вирус не сможет внедриться в клеточную ДНК и запустить процесс самокопирования. Нет «якорей» – нет и болезни!

От генной инженерии следует отличать инженерию клеточную, представляющую собой набор различных методов гибридизации соматических клеток. Гибридизации, то есть получения гибридных клеток при скрещивании двух разных генетически различающихся организмов, а не целенаправленного изменения генотипа, производимого генными инженерами. Клеточные инженеры работают с клетками, генные – с генами, в том-то и заключается разница.

Послесловие

Все интересное, что есть в биологии, в одну книгу уместить невозможно. Поэтому автор просит прощения у тех читателей, которые не нашли в этой книге чего-то ожидаемого. Задачей автора было дать (или освежить) представление о биологии и некоторых ее разделах. Насколько автор с этой задачей справился, решать вам, дорогие читатели. Ну а если вам захочется углубить свои знания, то вы без проблем найдете нужную вам книгу в океане научно-популярной литературы.

На этом можно ставить точку.

1

О них мы поговорим в следующей главе.

2

Прежде было принято считать, что воды в человеческом теле больше – до 80 %.

3

От латинского слова «гумор» – жидкость.

4

Увеличительные приборы, которые делал Левенгук, позволяли рассматривать объекты в сильно увеличенном виде, поэтому их традиционно называют «микроскопами». Но приборы Левенгука представляли собой одну-единственную линзу, укрепленную на штативе, то есть, по сути, являлись не микроскопами, а лупами (в классическом микроскопе линз должно быть две).

5

Ионом называется электрически заряженная частица вещества, которая образуется из атома или молекулы при потере или присоединении электронов.

1

Больше о ДНК, РНК и всей генетике в целом вы можете узнать из книги Андрея Шляхова «Генетика для начинающих» (издательство АСТ, серия «Наука на пальцах», 2019).

2

Изменение числа хромосом приводит к патологическим состояниям. Клетки человеческого организма содержат 46 хромосом (23 пары). При появлении в 21-й паре дополнительной хромосомы, в результате чего общее число хромосом становится равным 47, развивается синдром Дауна, названный так в