Генетика на пальцах - читать онлайн книгу. Автор: Андрей Шляхов cтр.№ 16

– изохромосомы, образующиеся при поперечном, а не продольном делении центромеры в мейозе; вместо одного из плеч изохромосома обладает удвоенным вторым плечом.

Образование изохромосомы

Изменение числа хромосом правильнее считать не хромосомной, а геномной мутацией, поскольку она носит более глобальный характер, чем изменение одной хромосомы. Чаще всего наблюдается увеличение на одну хромосому (трисомия) или уменьшение на одну (моносомия).

Согласно принятой в наше время номенклатуре хромосомы нумеруются от 1 до 23 по мере убывания их длины. 23-я пара – это половые хромосомы. Изменение числа крупных хромосом приводит к гибели организма, а количественные изменения малых хромосом (начиная с 16-й пары) и половых X– и Y-хромосом совместимы с жизнью, но сопровождаются различными дефектами развития.

Разбирая репликацию молекул ДНК, мы с вами не рассмотрели амплификацию – процесс образования дополнительных копий участков хромосомной ДНК. Как правило, амплификация происходит на участках, содержащих гены, а не на «мусорных» участках. Хотя, возможно, на амплификации «мусорных» участков обращается меньше внимания, поскольку они никак себя не проявляют.

Амплификация – явление нежелательное, вредное. Лишние гены наносят вред организму. В лучшем случае ухудшится «обслуживание» хромосом подобно тому, как ухудшается оно при наличии дополнительной хромосомы. В худшем случае амплификация может привести к развитию онкологических заболеваний. В генетике не принято говорить «много – не мало» или «запас карман не тянет». Наследственной информации должно быть ровно столько, сколько ее должно быть.

Однако «в пробирке», то есть вне живого организма, амплификация используется очень широко. Просто невозможно представить, что бы делали генетики без амплификации.

Допустим, что вы криминалист-генетик, которому принесли на экспертизу пиджак с микроскопическим пятнышком крови на рукаве. Пятнышко давнее, да к тому же от него усердно пытались избавиться – замывали, обрабатывали какими-то химикатами. Вам удалось выделить из крови ДНК, но совсем чуть-чуть, буквально считанные молекулы. А вам предстоит масштабный поиск, в ходе которого придется сравнивать полученный образец с множеством образцов ДНК других людей, счет которым может идти на сотни. Кроме того, вам нужно отправить образец выделенной ДНК в центральную структуру, которая также будет вести поиск, и еще отправить образец в архив ДНК.

Или допустим, что вы генный инженер. Вам повезло, удалось получить ценный материал, какую-то уникальную ДНК, которую вы должны «пересадить» в клетки пшеницы, и тогда эта пшеница будет давать невероятное количество урожая. Только вот у вас этой уникальной ДНК буквально кот наплакал, а для пересадки нужно как минимум в тысячу раз больше.

А возможно, что вы крупный ученый, генетик с мировым именем и лауреат всех мыслимых и немыслимых премий, кроме Нобелевской. И для получения этой премии вам необходимо произвести серию экспериментов с ДНК, обнаруженной в гробнице фараона Хеопса. ДНК у вас чуть-чуть (ясное дело, столько тысячелетий прошло), а экспериментов нужно произвести больше, чем камней в пирамиде этого самого Хеопса. Что вы станете делать?

Вы просто возьмете прибор, называемый амплификатором, и с его помощью «наштампуете» себе сколько угодно копий вашей драгоценной ДНК.

Принцип работы амплификатора заключается в обеспечении периодического охлаждения и нагревания пробирок с точностью до 0,1 °C. Изменение температуры нужно для управления полимеразной цепной реакцией – образования копий ДНК с участием фермента ДНК-полимеразы.

Амплификатор

В пробирку закладываются копируемые молекулы ДНК, свободные нуклеотиды из которых будут собираться в копии, молекулы ДНК-полимеразы и так называемые праймеры – инициаторы синтеза ДНК. Праймер представляет собой короткий фрагмент нуклеиновой кислоты, состоящий из нескольких нуклеотидов. Он должен быть комплементарным по отношению к «тиражируемому» ДНК, то есть, по сути дела, должен представлять собой концевой обрывок синтезируемой ДНК. Обратите внимание: концевой обрывок синтезируемой ДНК, а не той ДНК, с которой снимается копия!

Как понять слова «должен быть комплементарным»?

Комплементарностью называется взаимное соответствие молекул или их фрагментов, обеспечивающее образование связей между ними. В частности, в двух цепочках, составляющих молекулу ДНК, напротив азотистого основания тимина (Т) в другой цепочке должен обязательно находиться аденин (А), а напротив гуанина (Г) – цитозин (Ц). При синтезе матричных РНК на матрице цепочки ДНК вместо тимина, которого в молекулах РНК не бывает, аденин будет непременно соседствовать с урацилом (У).

Между членами пар «А – Т» («А – У») и «Г – Ц» образуются водородные связи, которые удерживают две цепочки вместе. Водородные связи могут разрушаться и образовываться вновь, а структура цепочек при этом не изменяется. Так, например, во время репликации двойная спираль молекулы ДНК расплетается на отдельные «нити», которые затем снова сплетаются вместе без какого-либо ущерба для себя и всей молекулы ДНК в целом.

«А – Т» (или «А – У») плюс «Г – Ц» – таков секретный код нуклеиновых кислот! Нарушить его невозможно – это все равно что пытаться открыть замок при помощи «чужого» ключа.

Вернемся к нашему процессу.

Праймеров нужно два – начальный и конечный. Возможно, что вам нужно копировать не всю молекулу ДНК, а какой-то ее фрагмент. Ничего сложного – нужно только подобрать необходимые праймеры, которые прикрепятся к «матричной» молекуле ДНК, ограничивая участок работы ДНК-полимеразы.

Именно к праймеру ДНК-полимераза начинает присоединять аминокислоты, создавая новую молекулу ДНК. Полимеразе нужен фрагмент, который она станет дополнять. Сама по себе, с нуля, она начать синтез молекулы ДНК не может, ей нужно за что-то «зацепиться». Образно говоря, праймеры выполняют роль закваски, запускающей процесс копирования молекул ДНК. Также они и останавливают этот процесс в нужный момент – дойдя до конечного праймера, ДНК-полимераза прекращает работу и начинает искать другой начальный праймер.

А вы думали, что генные инженеры сидят у электронного микроскопа и собирают вручную копии молекул ДНК из нуклеотидов? Все гораздо проще. Нужно собрать в одном месте образец, материал для создания копий, рабочих, которые будут эти копии создавать, и обеспечить им необходимые условия для работы. Только и всего!

Процесс амплификации в пробирке проходит в несколько этапов.

На первом этапе исходную двунитевую молекулу ДНК нагревают для того, чтобы она распалась на две отдельные нити вследствие разрушения водородных связей между нитями.

На втором этапе к разделенным молекулам добавляют праймеры и охлаждают смесь ДНК с праймерами для того, чтобы праймеры осели на комплементарных участках ДНК. Это происходит благодаря все тем же водородным связям, которые возникают при обычных температурах, а разрушаются при высоких.