Журнал Наука и жизнь, 2000 № 05

— Каким же микроинструментом он вставлял в свою искусственную нить и сшивал нужные ему атомные блоки — нужные нуклеотиды? Ведь это же работа для 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 большим количеством полимерных цепочек. В упрощенном виде все выглядит так.

В пробирку заливают раствор химического соединения с, так сказать, открытым первым нуклеотидом нужной вам цепочки, с Т, например. Затем в пробирку добавляется раствор следующего нуклеотида, допустим, Ц, он соединяется с первым нуклеотидом Т, и получается двухзвенный участок нити — ТЦ. После этого все оставшиеся свободные нуклеотиды из раствора отмываются, в него добавляется третий нуклеотид, предположим, А, и получается уже трехзвенный участок — ТЦА. Опять отмывка остатков, добавление нового нужного нуклеотида, и так до тех 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 рядовой технологией. Сегодня в исследовательских лабораториях уже никто сам не синтезирует для себя нужные куски ДНК. Их заказывают в специализированных фирмах, которые используют полностью автоматизированные промышленные синтезаторы. Так что любые нужные цепочки нуклеотидов синтезируются сейчас без участия людей — автоматами, роботами. Заказы выполняются быстро, и стоит все это недорого.

— Любопытно, сколько же? Хотя бы порядок величины…

— Примерно 30 центов за нуклеотид, то есть несколько долларов за участок гена, чаще всего нужный в лаборатории — за так называемый праймер длиной в 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 секвенирование ДНК. За этим термином — «секвенирование» — стоит чрезвычайно важная процедура: точное определение места конкретных «типовых» блоков в полимерной нити белка или нуклеиновой кислоты. Иными словами, секвенирование позволяет составить своего рода карту большой молекулы — точно определить последовательность ее 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 она так. В пробирке идет нормальный синтез полимерных нитей ДНК и в какой-то момент его останавливают, причем так, что известен тип нуклеотида, оказавшийся на конце, — А, Г, Т или Ц. Затем получившиеся отрезки нити давно известным способом собирают в группы, в которые входят полимеры одной и той же длины, и, наконец, с помощью точных лазерных приборов измеряют эту длину. Вот и 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 суть дела…

— 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 пятнадцать назад. Он буквально совершил переворот как в самой биотехнологии, так и в некоторых областях от нее, казалось бы, далеких.

Упрощенная схема ПЦР — полимеразной цепной реакции, позволяющей получать практически неограниченное количество копий любого участка ДНК. В пробирку помещают пробу ДНК ( а) и вместе с ней так называемые праймеры, или затравки, заранее подготовленные синтетические кусочки одной нити ДНК, точно совпадающие по строению с концами того отрезка ДНК (гена), который надо размножить. Кроме того, в раствор добавляют нуклеотиды — строительные блоки ДНК и фермент полимеразу. Раствор нагревают до 95 °C, и нити ДНК расходятся ( б). Смесь охлаждают до 50–65 °C, тогда праймеры прикрепляются к своим участкам ДНК на каждой нити ( в). Температуру поднимают до 72 °C, и полимераза начинает присоединять к праймеру нужные нуклеотиды из раствора, пользуясь нитью ДНК как шаблоном ( г). Получается точная копия участка ДНК от одного праймера до другого, то есть вместо одной двойной нити ДНК две такие 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.