Молекула жизни

В мифах Древней Греции химера — это чудовище с головой льва, туловищем козы и хвостом в виде змеи. Ученым идея понравилась, и они решили создать химерные (рекомбинантные) ДНК, состоящие из фрагментов нуклеиновых кислот разных организмов [1], [2]. Зачем? Чтобы передать одному организму признак другого. Например, встраиваем ген морозоустойчивости камбалы в клубнику — и она больше не боится заморозков. Здорово?

1972 год, Стэнфордский университет, США. В лаборатории биохимика Пола Берга получили первую рекомбинантную ДНК [3]. Это стало революцией, положившей начало эре генной инженерии. Эре помидоров с геном скорпиона и рыбок с генами медузы. Эре, где дерзкий человек станет творцом живых организмов. Станет богом?

Но это все впереди. А пока Бергу удалось получить крошечную молекулу, состоявшую из «кусочков» ДНК разных организмов, словно лоскутное одеяло. Как же ему это удалось?

Отец генной инженерии

Берг взял «лабораторную мышку» микробиологов — кишечную палочку (Escherichia coli), поражающий ее бактериофаг λ и полиомавирус SV40, вызывающий опухоли у мышей. Затем с помощью фермента рестриктазы разрезал ДНК этих организмов. В результате на концах фрагментов ДНК он получил «липкие концы» (выступающие концы, которые являются комплементарными, то есть могут соединяться друг с другом). Такие «липкие концы» (рис. 1) притягиваются друг к другу, словно липучки на сандалике, и соединяются водородными связями. В этом им помогает другой фермент — ДНК-лигаза. С помощью этих ферментов (лигазы и рестриктазы) Бергу удалось получить первую в мире гибридную ДНК. Она состояла из фрагмента ДНК бактериофага λ, группы генов кишечной палочки (E. coli), ответственных за сбраживание сахара галактозы, и полной ДНК вируса SV40. Эта рекомбинантная ДНК теоретически могла бы проникать и в бактерию, и в животное, и обладать при этом функциональной активностью в их клетках (ДНК бактериофага обеспечивает ее способность самокопироваться в клетках кишечной палочки, а ДНК SV40 — в клетках обезьяны). Однако именно это экспериментально Пол Берг не проверил. Но и создания рекомбинантной ДНК было достаточно, чтобы его назвали «отцом генной инженерии». Внешне рекомбинантная ДНК ничем не отличается от нерекомбинантной, и только ее создатель знает, что это гибрид, да еще такой, какого не смогла сотворить даже неистощимая на выдумки природа [3].

Рисунок 1. Применение эндонуклеазы (EcoRI) для создания рекомбинантной ДНК.

«Физическое картирование ДНК по участкам узнавания эндонуклеаз рестрикции»

Опыт Берга показал возможность использования бактериальных плазмид (небольших кольцевых молекул ДНК, способных автономно размножаться) как векторов («такси») для введения в микроорганизмы чужих генов. Достаточно с помощью ферментов встроить нужный нам ген в плазмиду, а дальше она уже все сделает самостоятельно — внедрится в бактерию и начнет размножаться. В природе существует большое количество бактериальных плазмид, поэтому у биотехнологов богатый выбор. Также в качестве вектора используют бактериофаги (вирусы бактерий) .

О богатом разнообразии бактериальных мобильных генетических элементов рассказывает статья «Мобильные генетические элементы прокариот: стратификация „общества“ бродяжек и домоседов» [23]. — Ред.

Прошло 8 лет — и был выдан первый патент на генетически модифицированный штамм микроорганизмов, способный разлагать нефть [4]. А далее — бактерии, синтезирующие инсулин, каучук, шелк, повышающие плодородие почвы или поглощающие углекислый газ из атмосферы и т.д. Но человеку, словно старику из сказки о золотой рыбке, этого было мало. Трансгенные бактерии — замечательно. А если встроить «чужой» ген в растения?