Термин "нулевой цикл" пришел к нам от строителей, именно такони называют все, что связано с сооружением фундамента. Дело это, как известно,дорогое и сложное, но проходит время, завершают ся работы нулевого цикла,и на прочном фундаменте вырастает большой красивый дом. Жильцы его радуютсяпросторным комнатам, приятной отделке стен и похваливают строителей, нони о каком нулевом цикле они, конечно, не вспоминают, а, скорее всего,просто не знают о нем. Ситуация вполне, между прочим, объяснимая, оченьнапоминает то, как мы с вами оцениваем успехи медицины. Подобно обитателямнового дома, мы видим в основном то, что видим: высокое мастерство врачей,все более мощное их электронное вооружение, все более широкий ассортиментсильных лекарственных средств. И не очень известно широкой публике, чтосегодня в огромных масштабах и с миллиардными вложениями капитала ведутсяработы нулевого цикла, сооружается мощнейший научный фундамент, на которомуже начинает воздвигаться здание медицины третьего тысячелетия.
О том, что происходит на этом участке фундаментальной биологическойнауки рассказывает профессор Бостонского университета (США), один из директоровуниверситетского Биотехнологического исследовательского центра Максим Франк-Каменецкий. Вопросы задает специальный корреспондент журнала "самый интересный журнал Наука и жизнь " Р. Сворень. - Лет десять назад, а может быть, даже больше наблюдался огромныйвсплеск газетных публикаций о генной инженерии. О том, что она учится целенаправленноменять определенные участки в молекуле наследственности - в ДНК и на этомпути может очень много сделать для сельского хозяйства и медицины. Черезкакое-то время интерес газетчиков к этой теме несколько затих, а недавновновь вспыхнул, но речь уже почему-то идет не о генной инженерии, а о биотехнологии.В чем здесь дело? В чем разница? - Очень часто разница не более чем в терминах: просто одну и ту же областьназывают разными словами. Но в действительности эти разные названия и говорято разном. Генная инженерия - это, по сути дела, набор технических приемов,позволяющих производить в молекуле ДНК определенные изменения. А вот биотехнологиейназывают всю огромную научную, а теперь уже и индустриальную область, котораязанимается и детальным изучением самой ДНК, и ее работой в организме человекаи животных или в растениях, и техникой осуществления нужных изменений вэтой главной молекуле всего живого, и, наконец, практическим использованиемэтих изменений: освоением новых методов диагностики и лечения, производствомновых лекарственных препаратов, улучшением видов сельскохозяйственных животныхи растений. Сегодня биотехнология - это наука, промышленность и многомиллиардныйбизнес, в том числе и в медицинской сфере. - Вы упомянули технические приемы реконструкции ДНК. Позвольте воспользоватьсяслучаем и спросить о том, что для меня всегда было непонятным: на какойтехнике основана вся эта молекуляр ная хирургия? Как удается вырезать измолекулы ДНК совершенно определенную ее часть и вшить на ее место новую?Как можно точно собрать эту задуманную вами новую часть молекулы из отдельныхатомов? И как контролировать эти процессы, чтобы не допустить трагическойошибки? Ведь это все-таки молекула наследственности... - Объяснить непросто, но давайте попробуем. Для начала напомню, чтов описании процессов и объектов химики широко пользуются сокращениями,аббревиатурами: иначе просто утонешь в бесконечно длинных названиях. Так,загадочное ДНК, как вам известно, это просто сокращение длинного чистохимического названия "дезоксирибонуклеиновая кислота", точно так же всемизвестную углекислоту можно было бы называть УК или лимонную - ЛК. Четверкунебольших атомных блоков - аденин, гуанин, тимин и цитозин, - из которыхсобрана ДНК, также принято называть сокращенно - А, Г, Т, Ц. Не хочетсявводить в нашу беседу еще один термин, но придется. Все эти четыре типаблоков называются нуклеотидами.Еще одно напоминание - блоки А, Г, Т, Ц, в разных комбинациях соединяясьдруг с другом, образуют длинную полимерную нить. Две такие идущие рядомнити, скрепленные одна с другой перемычками и свившиеся в двойную спираль,- это и есть молекула ДНК. Обе нити по длине совершенно одинаковы, в каждойв зависимости от вида ДНК могут быть сотни тысяч и даже миллионы блоков-нуклео-тидов.Блоки соединяют ся в нить в полном, казалось бы, беспорядке, скажем, АЦЦТАГАЦАТТТАГГЦТи так далее. Но на самом деле порядок в цепочке абсолютный, как в тщательнопроверенных строчках книги. Именно он, порядок чередования нуклеотидов,и определяет ту наследственную информацию, которая записана в ДНК и вместес ней передается из поколения в поколение.По информации, записанной в ДНК, в частности в клетке, будут подбиратьсяи соединяться в сложнейшую конструкцию блоки белковых молекул. И так поудивительному молекулярному "чертежу", именуемому двойной спиралью ДНК,строится весь организм. - Можно ли как-то количественно оценить этот "чертеж"? Насколькоон подробный, детальный? - В двойной спирали записано так много информации, что если взять 23молекулы ДНК, образующие полный наследственный "чертеж" человека, и есликаждый нуклеотид в этом наборе представить просто одной буквой его условногообозначения, то получится миллион страниц текста, то есть несколько тысячдостаточно толстых книжек. Заметьте - то, что в этом сравнении представленоодной буквой, то есть нуклеотид, в действительности есть довольно сложныйхимический блок из нескольких десятков атомов. Удивительно вот что: накодирование белков, то есть на описание всего, из чего сделан организм,приходится лишь 5 процентов всей информации, записанной в ДНК. - О чем же тогда рассказывают остальные 95 процентов "чертежа"? - Пока это большая загадка, предполагают, что там просто скопился "мусор",остававшийся в процессе долгой эволюции, начиная чуть ли не с бактерий.Пользуясь моментом, напомню еще два термина: участок ДНК, в котором записаноустройство одного из многочисленных белков организма, - это ген, а всегены какого-либо организма - это его геном.А сейчас, после вынужденного предисловия, попытаюсь ответить на вашвопрос о технических приемах.Если отвлечься от подробностей, которые, кстати, тоже очень важны иинтересны, то можно сказать, что вся, как вы ее назвали, "молекулярнаяхирургия" основана на трех замечательных научных изобретениях. Они всебыли сделаны в последние десятилетия и все отмечены Нобелевскими премиями.Изобретение первое. Примерно 35 лет назад Гар Гобинд Корана, работая,кстати, в Бостоне, в Массачусетском технологическом институте, научилсясинтезировать куски ДНК с желаемой последовательнос тью блоков-нуклеотидов.Проще говоря, он научился записывать в куске молекулярной нити необходимуюнаследственную информацию - конструировать искусственный ген. - Каким же микроинструментом он вставлял в свою искусственную нитьи сшивал нужные ему атомные блоки - нужные нуклеотиды? Ведь это же работадля Левши - соединять нуклеотиды поштучно... - Никто, конечно, атомы пинцетом не берет и в цепочку их не вклеивает,наращивание полимерной цепи происходит в пробирке, причем сразу с большимколичеством полимерных цепочек. В упрощенном виде все выглядит так. В пробиркузаливают раствор химического соединения с, так сказать, открытым первымнуклеотидом нужной вам цепочки, с Т, например. Затем в пробирку добавляетсяраствор следующего нуклеотида, допустим, Ц, он соединяется с первым нуклеотидомТ, и получается двухзвенный участок нити - ТЦ. После этого все оставшиесясвободные нуклеотиды из раствора отмываются, в него добавляет ся третийнуклеотид, предположим, А, и получается уже трехзвенный участок - ТЦА.Опять отмывка остатков, добавление нового нужного нуклеотида, и так дотех пор, пока не будет собрана вся задуманная цепочка. - Как все гениальное ошеломляюще просто. Но сам процесс, видимо,сложный и очень долгий... - Ситуация типичная для нашего времени: великое изобретение стало рядовойтехнологией. Сегодня в исследовательских лабораториях уже никто сам несинтезирует для себя нужные куски ДНК. Их заказывают в специализированныхфирмах, которые используют полностью автоматизированные промышленные синтезаторы.Так что любые нужные цепочки нуклеотидов синтезируются сейчас без участиялюдей - автоматами, роботами. Заказы выполняются быстро, и стоит все этонедорого. - Любопытно, сколько же? Хотя бы порядок величины... - Примерно 30 центов за нуклеотид, то есть несколько долларов за участокгена, чаще всего нужный в лаборатории - за так называемый праймер длинойв несколько десятков нуклеотидов. - Так и бриллианты скоро начнут продавать по доллару за килограмм... - Второе изобретение сделал английский химик Фредерик Сенгер, кстати,единственный, кто получил две Нобелевские премии по химии: в 1958 году- за секвенирование белков и через двадцать с лишним лет - за секвенированиеДНК. За этим термином - "секвенирование" - стоит чрезвычайно важная процедура:точное определение места конкретных "типовых" блоков в полимерной нитибелка или нуклеиновой кислоты. Иными словами, секвенирование позволяетсоставить своего рода карту большой молекулы - точно определить последовательностьее основных блоков, в частности последовательность нуклеотидов в нити ДНК.Сам термин "секвенирование" происходит от латинского sequor - следовать. - А как проводится секвенирование? - Операция непростая, многоступенчатая, но в двух словах выглядит онатак. В пробирке идет нормальный синтез полимерных нитей ДНК и в какой-томомент его останавливают, причем так, что известен тип нуклеотида, оказавшийсяна конце, - А, Г, Т или Ц. Затем получившиеся отрезки нити давно известнымспособом собирают в группы, в которые входят полимеры одной и той же длины,и, наконец, с помощью точных лазерных приборов измеряют эту длину. Воти все - теперь вы знаете концевой нуклеотид в отрезках разной длины и знаете,на каком расстоянии от начала полимерной нити этот нуклеотид находится.Иными словами, вы знаете последовательность нуклеотидов. Это, конечно,недопустимо упрощенное описание, имеющее целью не более чем пояснить сутьдела... - Неужели все эти тонкие операции тоже автоматизированы? - Именно так. Я вам сейчас прямо у нас в лаборатории покажу автомат,выполняющий секвенирование, - он не больше телевизора.И, наконец, третье великое изобретение, оно сокращенно называется ПЦР,и сделал его американец Кари Мулис сравнительно недавно, лет пятнадцатьназад. Он буквально совершил переворот как в самой биотехнологии, так ив некоторых областях от нее, казалось бы, далеких. - Например... - Например, в криминалистике. Аббревиатура ПЦР расшифровывается, какполимеразная цепная реакция. Суть процесса в том, что, начав с одного-единственногофрагмента ДНК, вы копируете его и увеличиваете количество копий именнов режиме цепной реакции: после первого цикла у вас уже есть 2 фрагмента,после второго цикла - 4, после третьего - 8, после четвертого - 16, затем32, 64, 128, 256... С каждым циклом происходит удвоение числа копий, ипосле двадцати циклов счет уже идет на миллионы, а после тридцати - намиллиарды. Цикл длится считанные минуты и сводится к определенному изменениютемпературного режима в очень небольшом химическом реакторе. Здесь в растворев достаточном количестве находятся все нужные компоненты синтеза, преждевсего, нуклеотиды А, Г, Т и Ц, а также проведены тонкие подготовительныехимические операции для того, чтобы с каждого готового отрезка ДНК тутже снималась точная копия, затем с этой копии - снова копия, в этом и состоитразветвленная цепная реакция. - И как это связано с криминалистикой? - Самым непосредственным образом. Даже единичные фрагменты одной-единственноймолекулы ДНК, оставшиеся на месте преступления, с помощью ПЦР удается размножитьи получить количество, пригодное для анализа. И тогда обнаруженную ДНКможно сравнить с ДНК предполагаемого преступника - одной молекулы для этогобыло совершенно недостаточно. Кстати, уже немало людей выпущено из тюрьмыпосле того, как ПЦР помогла провести генетическую экспертизу и доказатьих невиновность. С помощью ПЦР удалось сделать достаточно уверенное заключениеоб истинности останков царской семьи. Наконец, на ПЦР опирается ряд экзотических проектов, таких, скажем, как воссоздание живого мамонта либо динозавраили даже (страшно подумать!) неандертальца по их ископаемым останкам, вкоторых есть фрагменты ДНК.Но даже без этой экзотики ПЦР уже внесла решающий вклад в реализациюряда фантастических проектов. - Что вы имеете в виду? - Это изобретение, в частности, позволило взяться за грандиозную и ещенедавно совершенно нереальную работу - расшифровать полный геном человека.Уже одна нитка ДНК расшифрована полностью, всего, как уже говорилось, их23 в полном наборе хромосом, но работа идет очень быстро, в этом году она,скорее всего, будет закончена. И тогда мы точно узнаем все, что записанов нашем главном "чертеже", а, значит, биологи, биохимики, медики получатвозможность изучать его в деталях, открывая неизвестные механизмы заболеванийи новые возможности их лечения. Такая работа, кстати, уже ведется, и естьрезультаты. - Хотелось бы узнать хоть что-нибудь об этих результатах. Например,о конкретных новых возможностях врачевания, связанных с расшифровкой ДНКчеловека... - Примеров немало, особенно в сфере наследственных болезней или предрасположенностик тем либо иным заболеваниям. Так, скажем, у некоторых людей существуетнесколько пониженная сопротивляемость возникновению опухолей кишечника,что явно отражено в определенном участке генома. Поэтому изучается возможностьдостаточно простыми методами детально исследовать соответствующий участокДНК у определенных групп пациентов и при необходимости принимать предупредительныемеры.Наряду с такими поисковыми исследованиями союз биотехнологии и медициныдал уже немало реальных практических результатов, причем не только одобренныхвсеми контрольными ведомствами, но и получивших широкое распространениев медицинской практике. - Расскажите, пожалуйста, об этом подробнее. Очень может быть, чтомногие из нас уже пользуются достижениями биотехнологии, даже не подозреваяоб этом и напоминая тем самым известного мольеровского героя, который незнал, что всю жизнь говорит прозой. - Первое, что приходит на ум, - это искусственный белок инсулин, неотличимотакой же, какой вырабатыва ется в нашем организме. Думаю, что слово "искусственный"применяется в данном случае весьма условно, оно отражает лишь способ получения.Этот способ уже давно стал классикой биотехнологии: с ДНК человека снимаютслепок гена, который содержит описание инсулина, затем полученный такимобразом участок ДНК размножают и "вшивают" в молекулу наследственностиопределенных микроорганизмов. Они, подобно микроскопичес ким химическимкомбинатам, и вырабатывают нужный нам белок, в данном случае - искусственныйчеловеческий инсулин. Им сейчас пользуются миллионы диабетиков, у которыхдругие виды инсулина вызывают аллергию.Нельзя не вспомнить получаемый биотехнологическими методами искусственныйгормон роста человека. Из-за того, что этот гормон не вырабатывается ворганизме, человек не растет, появляются карлики, лилипуты. Сейчас этойпроблемы практически нет, ее решил вводимый в организм искусственный гормон.Нужно подчеркнуть - речь идет именно об искусственном человеческом гормонероста. Никакие естественные его заменители, например гормоны роста каких-либоживотных, вместо данного человеческого гормона не работают. В отличие,скажем, от свиного инсулина - его успешно принимают миллионы диабетиков,если у них при этом не возникает аллергии.Очень интересен получаемый методами биотехнологии известный белок интерферон.Его организм использует для борьбы с некоторыми вирусными инфекциями, преждевсего, с гриппом. Интерферон - это особое вещество, не во всем еще понятное,оно как бы дополняет основное защитное средство организма - иммунитет.Применяя искусственный интерферон, удалось выявить еще одну его удивительную"профессию": он каким-то образом приостанавливает развитие рассеянногосклероза, болезни, против которой еще недавно не было реально действующихсредств.Еще один пример. Методами биотехнологии удалось выделить соответствующиегены и осуществить синтез белков, которые стимулируют и тормозят рост кровеносныхсосудов. Ясно, что первый из них работает тогда, когда ребенок растет исосуды должны удлиняться и расширяться. И вот оказалось, что у этого белкаможет быть и другая важная функция: способствуя устойчивому расширениюсосудов, он дает положительный эффект при инфарктах. Но это еще не все- профессор Джуда Фоллман из Гарварда показал, что белок, сдерживающийрост сосудов, может быть эффективным противоопухолевым средством. Потомучто с ростом опухоли растут и ее сосуды, а если приостановить их рост -опухоль расти не сможет. В то же время для остальных сосудов белок этотне опасен: у взрослого человека сосуды уже не растут, кроме, конечно, случаязаживления ран. Соответствующие лекарственные средства сейчас проходятиспытания.Одним словом, биотехнология передала медицине достаточно много препаратов,некоторые из них вытесняют традиционные медикаменты, другие еще тольковедут соревнование с ними, третьи их дополняют. Можно вспомнить препарат,который в дополнение к гепарину противодействует агрегации тромбоцитов,препятствует образованию тромбов. Есть препарат, который представляет собойне встречающееся в природе объединение двух белков - рецептора и антитела.Препарат используется вместо не всегда безвредных стероидов при леченииартритов.Биотехнологические фирмы успех того или иного лекарственного препаратаоценивают по объему продаж. Для интерферона этот успех сейчас превышаетмиллиард долларов в год, многие другие препараты уже преодолели порог вполмиллиарда.После короткого перечисления того, что пришло на память, у меня появилосьопасение, как бы читатели не подумали, что вклад биотехнологии в медицину- это всего лишь новые способы разработки и производства лекарств. Новыелекарства - это, разумеется, огромный вклад, но главная сила биотехнологиив другом. Она в принципе меняет подход к лекарственному воздействию наболезнь и на больного: детально изучаются все молекулярные механизмы заболеванияи создаются такие же молекулярные средства, чтобы его остановить или предотвратить. - Например... - Нет лучшего примера, чем вирусные инфекции. Ведь у нас никогда небыло лекарственных препаратов, которые, так сказать, прямым попаданиемразрушают вирус. Или опять-таки прямым воздействием останавливают его быстроеразмножение в организме. - Вы говорите, что нет противовирусных средств, а как же прививки?Например, против оспы? Это ведь тоже вирусное заболевание... - Здесь совсем другое дело, здесь мы просто помогаем организму, готовимего к борьбе с вирусом, нацеливаем на вирус грозную силу иммунитета. Норазрушать вирусы каким-либо лекарством так, как антибиотик разрушает бактерии,мы не умеем. Точнее, не умели, пока биотехнология не начала менять ситуацию.Одной из первых ее мишеней стал вирус СПИДа, против которого, как известно,иммунитет бессилен: этот вирус просто разрушает иммунную систему. Сегодняметодами биотехнологии уже удалось нащупать препараты, которые помогаюти сам вирус СПИДа разрушать, и, что особенно важно, блокировать его "главныйчертеж", то есть приостанавливать размножение. - И есть уже какие-то практические результаты? - Мне кажется, очень убедительные: в основном благодаря новым методамлечения только за последний год в штате Массачузетс на 60 процентов снизиласьсмертность от этой вирусной болезни.Другую возможность, открытую биотехнологией, очень хочется назвать персональноймедициной. Сегодня мы принимаем лекарства, разработанные и испытанные врасчете на среднего человека. Но совсем иной результат может быть, если,изучив определенный участок генома данного конкретного пациента, даватьему препараты, рассчитанные персонально на него. Работа в этой сфере, конечно,предстоит огромная - очень много еще неясного в тонких механизмах нашегонормального, здорового существования и тем более в бессчетных его нарушениях.И все же не считайте персональную медицину далекой и тем более несбыточноймечтой: сегодня методы биотехноло гии уже осваиваются в ряде клиник и,более того, уже есть первые обнадеживающие результаты. - Вы хотите сказать, что под влиянием биотехнологии уже сегодня зарождаетсямедицина будущего? - Стопроцентно... - В самом начале вы буквально двумя словами упомянули об успехахбиотехнологии в аграрной сфере. Какие достижения здесь вы считаете наиболеезначительными? - Это сравнительно далекая от меня область, но некоторые ее достиженияобщеизвестны. Реконструируя молекулы наследственности сельскохозяйственныхрастений, биотехнология создала у них новые качества. Например, повысиламорозоустойчивость, сделала нечувствительными к химикатам, которыми воздействуютна сорняки, создала устойчивую защищенность от самых разных болезней, частосводивших на нет весь труд земледельца. Причем все это не какие-то лабораторныеуспехи - сегодня треть всей сельскохозяйственной продукции, а может быть,и больше получают от сортов, сконструированных с помощью биотехнологии.Раздаются даже голоса, призывающие притормозить прогресс в этой областии более тщательно продумать ограничения, которые предотвратят несанкционированнуюпередачу новых наследственных признаков растениям, так сказать, дикой природы. - Когда говорят о будущем биотехнологии, то, как правило, называютименно те экзотические проекты, о которых вы упоминали: мамонт, динозавр,пещерный человек, конвейерное размножение домашних животных. Существуют,видимо, более прозаические, но в то же время не менее важные для человечества"задания на завтра". Какое из них вы лично поставили бы на первое место? - Без каких-либо претензий на раздачу первых мест, хочу назвать однувесьма важную задачу: нужно готовиться к исчезновению антибиотиков. Ужемного лет мы наблюдаем, как каждый новый антибиотик постепенно становитсянеэффективным: бактерии в результате мутаций и отбора приспосабливаютсяк нему, и выглядит это очень просто - в живых остаются только те их штаммы,на которые данный антибиотик не действует. С этим, кстати, связаны отмеченныев некоторых странах вспышки тяжелых заболеваний, прежде всего, туберкулеза.В будущем проблема должна усугубиться: число возможных антибиотиков хотьи велико, но не беспредельно, и может наступить момент, когда медицинаостанется без этого мощнейшего антибактериального оружия. Биотехнология,думается, могла бы найти решение проблемы, но дело это не быстрое и начинатьнужно уже сегодня. Если решение будет найдено раньше критического срока- тем лучше, антибиотикам не помешает неуязвимый союзник, действующий противобщего врага. - Вы связаны с биотехнологией чуть ли не с самого ее становления.Какое из событий в этой области представляется вам особо важным, особоперспективным? - Мне действительно посчастливилось быть современником практически всехвыдающихся научных достижений в нашей области. Но из числа особо важныххотелось бы назвать событие, которое лежит вне научной сферы. Это перелом,которыйпроизошел во взглядах крупных химических, медицинских, сельскохозяйственныхи иных компаний на возможности биотехнологии. В какой-то момент они поняли,что в тихих университетских лаборатори ях на сравнительно небольшие деньгиналогоплательщиков и меценатов сделаны чисто научные открытия, которыемогут дать начало совершенно новым массовым и высокоприбыльным технологиям.Поняв это, крупный бизнес начал вкладывать в биотехнологию огромные деньги,стали создаваться новые фирмы, стали осваивать новую тематику мощнейшиепромышленные ветераны. Судя по всему, сегодня биотехнологию двигает впередэкономический мотор мощностью в несколько триллионов долларов. И самоеглавное - фирмы стали создавать у себя мощнейшие научные центры, и резкоусилилась научная база биотехнологии, ее возможности изучать, исследовать,открывать новое.Уже сегодня рядовой человек, как говорится, человек с улицы, чувствуетрезультаты этого "великого перелома". Завтра они будут еще во много раззначительнее. События разворачиваются настолько быстро, что подчас и упрофессионала просто не хватает воображения, чтобы, думая о возможностяхбиотехнологии, представить себе даже сравнительно близкие ее перспективы.
На рисунке представлена структура маленького фрагмента длинной двойнойнити молекулы наследственности - ДНК, дезоксирибонуклеиновой кислоты. Вэтой главной молекуле всего живого четыре химических блока - четыре азотистыхоснования: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц). Они чередуютсяв разных комбинациях, и по этому коду, строго узаконенному для всей живойприроды, в клетке подбираются необходимые последовательности других химическихблоков - аминокислот. А из них, из 20 типов аминокислот, собираются тысячии тысячи типов белковых молекул. Именно они определяют сложность и совершенствоживого организма, удивительное многообразие протекающих в нем процессов.Этот рисунок из нынешнего школьного учебника еще каких-то сорок летназад был не более чем гипотезой. Ее экспериментальное подтверждение иразгадка генетического кода стали поворотом как в фундаментальной биологическойнауке, так и в практике наших взаимодействий с живой природой. Человекнаучился читать генетический код, раскрывая при этом, в частности, механизмызаболеваний и прокладывая новые пути борьбы с ними. .
Упрощенная схема ПЦР - полимеразной цепной реакции, позволяющей получатьпрактически неограниченное количество копий любого участка ДНК. В пробиркупомещают пробу ДНК (а) и вместе с ней так называемые праймеры, или затравки,заранее подготовленные синтетические кусочки одной нити ДНК, точно совпадающиепо строению с концами того отрезка ДНК (гена), который надо размножить.Кроме того, в раствор добавляют нуклеотиды - строительные блоки ДНК и ферментполимеразу. Раствор нагревают до 95оС, и нити ДНК расходятся(б). Смесь охлаждают до 50-65оС, тогда праймеры прикрепляютсяк своим участкам ДНК на каждой нити (в). Температуру поднимают до 72оС,и полимераза начинает присоединять к праймеру нужные нуклеотиды из раствора,пользуясь нитью ДНК как шаблоном (г). Получается точная копия участка ДНКот одного праймера до другого, то есть вместо одной двойной нити ДНК дветакие нити (д). Цикл изменения температуры можно повторять сколько угодно(он занимает несколько минут), и каждый раз число нитей ДНК удваивается.Через 30 циклов мы получаем около миллиарда копий нужного гена.
Разделение нити
Упрощенная схема одного из методов секвенирования - определенияпоследовательности нуклеотидов в нити ДНК. Размноженные с помощью ПЦР одинаковыеотрезки ДНК (гены) снова превращают путем нагревания из двойных в одинарные,разливают по четырем пробиркам и в каждую добавляют один из четырех типовферментов, каждый из которых разрезает нить ДНК в том месте, где стоитодин из четырех блоков-нуклеоти дов: А, Г, Т или Ц. В пробирках накапливаютсяотрезки ДНК разной длины, но все оканчивающиеся на тот или иной нуклеотид.Методом электрофоре за содержимое пробирок сортируют по длине и точно измеряютдлину каждой образовав шейся группы. А поскольку в каждой пробирке длинаотрезков самая разная, то фактически измеряется расстояние от начала отрезкадо того или иного нуклеотида. Суммируя эти данные, можно воссоздать последовательностьнуклеотидов в нити ДНК, то есть в гене. Сейчас оба эти процесса выполняют автоматы - и полимеразную цепную реакцию(фото вверху), и секвенирование (фото внизу). В солидных лабораториях этиавтоматы стоят десятками, что сильно ускоряет чтение наследственной информации.
Хромосомный набор человека состоит из 23 пар хромосом. Строение однойиз них - 22-й - уже расшифровано полностью. Ниже на схеме показано расположениегенов на ней.