CHITAT-KNIGI.COM
Читать бесплатно хорошую книгу!
  • Главная
  • Жанры
  • Авторы
  • ТОП книг
  • ТОП авторов
  • Контакты

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Часть 56 из 73 Информация о книге

Еще с главы 1 мы наблюдаем, что у ДНК и остальных материалов живого организма биологическая функция неотделима от физической формы. Описывая восхитительные инструменты для чтения ДНК, я отметил, что их не удалось бы изобрести, если бы к ДНК не подошли как к физическому объекту, ведь они обязаны разрезать, наращивать, перемещать и отслеживать ДНК, учитывая ее вещественные характеристики и общие принципы самосборки и случайности. Это же относится и к редактированию генов – мы ведь вносим изменения в саму нить ДНК. Здесь, однако, мы работаем с этой молекулой внутри живых клеток, а не в спецаппарате, и потому используем другие подходы. В этой главе мы узнаем, как редактировать ДНК с помощью революционной технологии XXI века, называемой CRISPR/Cas9. Чтобы прочувствовать поразительные уникальность и мощь этого инструмента, имеет смысл рассмотреть вначале методы, предшествовавшие ему и примечательные сами по себе.

Заимствуем у бактерий

Герои этой саги о геномном редактировании – бактерии, способности которых уже не раз поражали нас в предыдущих главах. Многие виды бактерий, как и непритязательную рабочую лошадку E. coli, легко выращивать в огромных количествах в условиях лаборатории. В ведре с теплым питательным бульоном могут плавать триллионы E. coli, которые растут, делятся и производят уйму белков. Эти белки, закодированные в бактериальном геноме, расщепляют сахара, помогают клеткам перемещаться в жидкости, формируют мембраны и так далее. Что, если подарить E. coli человеческий ген, на основе которого она могла бы производить человеческий белок, например инсулин? Бактерия превратилась бы в миниатюрный фармацевтический завод – живой и способный к практически бесконечному самовоспроизводству.

Я не случайно привел в пример инсулин. У людей, страдающих сахарным диабетом I типа, не вырабатывается гормон инсулин, а значит, не регулируется уровень сахара в крови, что приводит к тяжелым нарушениям, порой даже фатальным. С 1920-х годов диабет компенсировали инсулином свиней и коров, который нужно было сложно и дорого очищать1. Технологии совершенствовались, но даже в 1970-е для получения каких-то 450 граммов гормона требовалось переработать поджелудочные железы более чем 20 тысяч животных. Кроме того, из-за животного происхождения препарата у больных часто случались аллергические реакции. Подобно белкам Sonic hedgehog, с которыми мы встречались в главе 7, последовательности аминокислот в инсулинах человека и других животных очень похожи – похожи достаточно, чтобы выполнять свою функцию, – но все же они не идентичны, и эти незначительные различия вкупе со следовыми количествами примесей в животных экстрактах могут провоцировать мощный иммунный ответ. По всем этим причинам идея о массовом производстве человеческого инсулина казалась очень заманчивой. Однако на всем протяжении истории нашего вида до 1970-х люди оставались единственным крупным источником человеческих белков. Ситуация изменилась, когда мы научились перемещать гены от вида к виду, начав с трансформации бактерий.

Я немного задержусь на самом процессе превращения бактерий в машины, служащие нашим нуждам, поскольку лежащая в его основе философия сильно отличается от нашего подхода к небиологической инженерии. В комиксе «Кальвин и Хоббс» [61] шестилетний Кальвин спрашивает у отца: «Папа, как узнают, какую нагрузку выдержит мост?» Отец отвечает: «По нему пускают все более и более тяжелые грузовики, пока он не развалится. Затем последний грузовик взвешивают и восстанавливают мост». Кальвин поражен, а нам смешно, потому что это нелепо. Точно так же никому и в голову бы не пришло собирать автомобиль, случайным образом соединяя друг с другом детали – двигатель, оси, колеса и прочее – в поисках одной из миллиона комбинаций, способной стать рабочим транспортным средством. Зато в сфере биоинженерии такой подход вполне логичен благодаря способности биологических материалов к самосборке и их устройству из повторяющихся модулей.

В ходе эволюции бактерии обзавелись мощными инструментами для работы с ДНК, включая ферменты, называемые рестриктазами, которые разрезают двойную спираль. Разрезы вносятся не беспорядочно: каждая рестриктаза распознает специфическую последовательность нуклеотидов: как правило, ферменты «дрессируются» нападать на тот или иной участок, исходя из истории заражений бактериального вида вирусами, то есть геномами с характерными последовательностями ДНК. Иными словами, рестриктазы участвуют в защите от вирусного вторжения в ходе стародавней войны, к которой мы вернемся чуть позже. Большинство рестриктаз оставляют концы разрезанной ДНК не «тупыми», а «липкими» – это реальные научные термины, – чтобы им было проще удерживаться вместе с другими такими же концами. Липкость обеспечивается не каким-то клейким веществом, а контуром среза: с каждой из сторон разреза одна из цепей двухцепочечной ДНК выступает на несколько нуклеотидов относительно другой (см. рисунок). Выступающие концы разных фрагментов, полученных разрезанием одной и той же рестриктазой, могут связываться друг с другом по принципу комплементарности, то есть напротив A одного из них встает T другого, а напротив Ц – Г.

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_113.jpg

Другая особенность бактерий состоит в их склонности поглощать ДНК из окружающей среды, что позволяет им перенимать полезные черты у почивших соседей. Особенно часто и ловко бактериальные клетки обмениваются маленькими внехромосомными молекулами ДНК. Эти, как правило, кольцевые и способные к автономной репликации геномы, называемые плазмидами, есть у многих бактерий.

Позаимствовав описанный набор инструментов, мы сможем внедрить человеческий ген в бактерию. Сначала нужно добыть фрагмент ДНК, соответствующий интересующему нас гену, – например, гену человеческого инсулина. Можно либо воспользоваться природным вариантом из чьего-то генома, либо создать ген с нуля – такие небольшие цепочки нуклеотидов умели химически синтезировать даже в 1970-х. Как вы помните, благодаря ПЦР – еще одной технологии микробного происхождения (см. главу 1) – даже ничтожное количество ДНК можно размножить до миллионов идентичных копий. После размножения фрагмента ДНК с целевым геном внутри необходимо вырезать этот ген выбранной рестриктазой: она внесет нужные нам разрезы по обе стороны от него. Так образуется множество одинаковых копий гена с липкими концами. Параллельно нужно выделить из выращенных в огромном количестве бактерий плазмиды и расщепить их в одном-единственном месте той же рестриктазой. Если содержимое двух пробирок смешать, фрагменты целевого гена и «открытые» колечки плазмид будут перемещаться в водной среде, случайно сталкиваясь друг с другом в броуновском танце. Некоторые из них комплементарно свяжутся друг с другом и замкнутся в новые, более крупные колечки, состоящие из плазмидной ДНК и целевого гена (отмечен на рисунке изогнутыми отрезками) [62].

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир - i_114.jpg

Некоторые колечки закрываются и без целевого гена, но вскоре мы увидим, что такие пустышки не играют роли. Главное, что нужная нам последовательность оказывается хотя бы в нескольких плазмидах. (Если приглядеться к рисунку, в остове ДНК можно заметить зазоры в точках соединения липких концов; они исчезают, когда бактериальный фермент ДНК-лигаза сшивает стыкующиеся нуклеотиды вставки и плазмиды.)

Далее необходимо доставить плазмиды в бактериальные клетки. Поглощение ДНК из среды – трансформация – само по себе происходит редко, но его можно стимулировать тепловыми или электрическими импульсами, которые открывают в бактериальной оболочке врéменные поры. И все же лишь у небольшой доли бактерий внутри окажутся исходные либо рекомбинантные (со встроенным геном) кольца ДНК. Можно, однако, провести отбор в пользу именно этих микробов, уничтожающий всех остальных. Ученые выбирают или создают плазмиды, содержащие полезные для работы гены, в том числе и те, что обеспечивают устойчивость хозяйской клетки к антибиотикам. Если бактерии после этапа трансформации поместить в среду с антибиотиком, в живых останутся лишь клетки с плазмидами. Если таких клеток мало, не беда: в питательном бульоне они превратятся в миллиарды. Разумеется, в части выживших бактерий окажутся плазмиды без вставки, но нехитрые техники определения размера или последовательности плазмидной ДНК позволят выявить и отбраковать такие варианты. В итоге мы будем размножать только правильные бактериальные клоны2.

Перейти к странице:
Предыдущая страница
Следующая страница
Жанры
  • Военное дело 2
    • Спецслужбы 2
  • Деловая литература 81
    • Деловая литература 1
    • Корпоративная культура 4
    • Личные финансы 9
    • Малый бизнес 1
    • Маркетинг, PR, реклама 15
    • О бизнесе популярно 46
    • Управление, подбор персонала 6
    • Экономика 8
  • Детективы и триллеры 1352
    • Боевики 167
    • Дамский детективный роман 12
    • Детективы 414
    • Иронические детективы 101
    • Исторические детективы 240
    • Классические детективы 99
    • Криминальные детективы 93
    • Крутой детектив 64
    • Маньяки 9
    • Политические детективы 28
    • Полицейские детективы 149
    • Прочие Детективы 390
    • Техно триллер 2
    • Триллеры 643
    • Шпионские детективы 46
  • Детские 194
    • Детская образовательная литература 5
    • Детская проза 70
    • Детские остросюжетные 28
    • Детские приключения 97
    • Детские стихи 4
    • Прочая детская литература 34
  • Детские книги 299
    • Детская фантастика 114
    • Детские детективы 3
    • Книги для подростков 23
    • Сказки 106
  • Документальная литература 403
    • Биографии и мемуары 254
    • Военная документалистика 2
    • Искусство и Дизайн 7
    • Критика 6
    • Научпоп 6
    • Прочая документальная литература 32
    • Публицистика 136
  • Дом и Семья 99
    • Домашние животные 6
    • Здоровье и красота 18
    • Кулинария 14
    • Прочее домоводство 4
    • Развлечения 3
    • Сад и Огород 3
    • Спорт 3
    • Хобби и ремесла 4
    • Эротика и секс 50
  • Драматургия 39
    • Драма 38
    • Киносценарии 1
    • Мистерия 1
    • Трагедия 1
  • Жанр не определен 1
    • Разное 1
  • Компьютеры и Интернет 4
    • Базы данных 1
    • Интернет 1
    • Программное обеспечение 1
    • Прочая компьютерная литература 1
  • Любовные романы 15032
    • Исторические любовные романы 495
    • Короткие любовные романы 1294
    • Любовно-фантастические романы 6693
    • Остросюжетные любовные романы 382
    • Порно 46
    • Прочие любовные романы 33
    • Слеш 271
    • Современные любовные романы 6283
    • Фемслеш 27
    • Эротика 3337
  • Научно-образовательная 186
    • Альтернативная медицина 1
    • Астрономия и Космос 3
    • Биология 15
    • Биофизика 2
    • Биохимия 2
    • Ботаника 2
    • Военная история 2
    • Геология и география 3
    • Государство и право 1
    • Детская психология 4
    • Зоология 2
    • Иностранные языки 1
    • Культурология 28
    • Литературоведение 15
    • Медицина 23
    • Обществознание 4
    • Педагогика 7
    • Политика 14
    • Прочая научная литература 33
    • Психотерапия и консультирование 19
    • Религиоведение 5
    • Секс и семейная психология 7
    • Технические науки 1
    • Физика 5
    • Философия 13
    • Химия 2
    • Юриспруденция 5
    • Языкознание 7
  • Образование 325
    • Бизнес 45
    • Биография и мемуары 46
    • Здоровье 10
    • История 169
    • Карьера 4
    • Психология 159
  • Поэзия и драматургия 19
    • Басни 1
    • Драматургия 5
    • Лирика 1
    • Поэзия 13
  • Приключения 359
    • Вестерны 2
    • Исторические приключения 202
    • Морские приключения 39
    • Природа и животные 16
    • Прочие приключения 86
    • Путешествия и география 33
  • Проза 1165
    • Антисоветская литература 3
    • Афоризмы 1
    • Военная проза 55
    • Историческая проза 178
    • Классическая проза 74
    • Контркультура 9
    • Магический реализм 46
    • Новелла 5
    • Повесть 16
    • Проза прочее 11
    • Рассказ 45
    • Роман 66
    • Русская классическая проза 33
    • Семейный роман/Семейная сага 2
    • Сентиментальная проза 4
    • Советская классическая проза 38
    • Современная проза 1002
    • Эпопея 1
    • Эссе, очерк, этюд, набросок 2
  • Прочее 701
    • Газеты и журналы 3
    • Изобразительное искусство, фотография 6
    • Кино 3
    • Музыка 3
    • Театр 1
    • Фанфик 686
  • Религия и духовность 133
    • Буддизм 1
    • Православие 1
    • Прочая религиозная литература 1
    • Религия 10
    • Самосовершенствование 39
    • Эзотерика 85
  • Справочная литература 27
    • Прочая справочная литература 2
    • Путеводители 8
    • Руководства 6
    • Справочники 8
    • Энциклопедии 6
  • Старинная литература 65
    • Античная литература 1
    • Древневосточная литература 4
    • Мифы. Легенды. Эпос 20
    • Прочая старинная литература 41
  • Техника 2
    • Автомобили и ПДД 1
    • Архитектура 1
  • Фантастика и фентези 14874
    • Альтернативная история 2088
    • Боевая фантастика 3027
    • Героическая фантастика 794
    • Городское фэнтези 1016
    • Готический роман 4
    • Детективная фантастика 368
    • Ироническая фантастика 77
    • Ироническое фэнтези 61
    • Историческое фэнтези 246
    • Киберпанк 137
    • Космическая фантастика 921
    • Космоопера 18
    • ЛитРПГ 777
    • Любовная фантастика 183
    • Любовное фэнтези 113
    • Мистика 261
    • Научная фантастика 531
    • Попаданцы 4615
    • Постапокалипсис 479
    • Сказочная фантастика 11
    • Социально-философская фантастика 261
    • Стимпанк 73
    • Технофэнтези 41
    • Ужасы 103
    • Ужасы и мистика 407
    • Фантастика 250
    • Фантастика: прочее 137
    • Фэнтези 6978
    • Эпическая фантастика 155
    • Юмористическая фантастика 688
    • Юмористическое фэнтези 633
  • Фольклор 3
    • Народные сказки 3
  • Юмор 94
    • Анекдоты 1
    • Комедии 1
    • Прочий юмор 36
    • Сатира 1
    • Юмористическая проза 52
    • Юмористические стихи 3
CHITAT-KNIGI.COM

Читать онлайн бесплатно книги полностью без регистрации

Контакты
  • chitatknigicom@gmail.com
Информация:
  • Карта сайта
  • Слушать Аудиокниги
  • Руководства по ремонту автомобилей
© chitat-knigi.com, 2021 - 2026. | Вход
Этот сайт использует cookie для хранения данных. Продолжая пользоваться сайтом, вы даете свое согласие на работу с этими данными в соответствии с нашей политикой конфиденциальности.
Я согласен