Цитаты из книг автора «Александр Панчин»

Краеугольным камнем его аргументации является утверждение, что существуют принципиальные различия в рисках, связанных с использованием генной инженерии и селекции. Но кто сказал, что в природе не происходят те же самые процессы, которые используются при создании ГМО? И кто сказал, что продукты

Хотя некоторые белки могут вырезать из себя кусок без какой-либо дополнительной помощи262, инсулин не из их числа. Бактерии не способны вырезать нужный фрагмент из предшественника инсулина. Поэтому, чтобы производить инсулин в бактериях, его ген разрезают на части. Одним бактериям переносят фрагмент гена, кодирующий 21-ю аминокислотную субъединицу инсулина, другим – фрагмент, кодирующий 30-ю аминокислотную субъединицу. Обе субъединицы выделяют, очищают и смешивают вместе, чтобы они связались друг с другом, и в итоге получается инсулин, идентичный инсулину человека.

До сих пор мы говорили о генах, которые кодируют одиночные белки. У эукариот часто один ген может кодировать сразу несколько белков. Часто молекула РНК выходит из ядра не сразу, а после того, как она подвергнется модификации – сплайсингу. При сплайсинге некоторые участки РНК, которые называются интроны, вырезаются, а другие, экзоны, сшиваются вместе. Иногда вырезаются одни интроны, а иногда другие. Благодаря такому “альтернативному” сплайсингу увеличивается разнообразие синтезируемых клеткой белков.

Теперь, когда мы знаем о некоторых правилах синтаксиса жизни, мы можем наконец поговорить о методах создания трансгенных организмов, не способных к размножению.

В 2015 году в журнале Science был описан новый генетически улучшенный сорт картошки, устойчивой к колорадскому жуку благодаря РНК-интерференции. Новый сорт не синтезирует никакого нового белка, но производит большое количество двухцепочечной РНК, соответствующей одному из жизненно важных генов колорадского жука150. Чтобы двухцепочечная РНК не была разрезана белком Dicer, который должен быть в любой клетке картошки, авторы работы пошли на хитрость. Они внедрили гены, производящие двухцепочечную РНК, не в ядерный геном картошки, а в геном хлоропластов. Хлоропласты, как и митохондрии, имеют свою ДНК и свою мембрану, и внутри хлоропластов механизм РНК-интерференции не работает. А вот личинка колорадского жука, наевшись такой трансгенной картошки с двухцепочечной РНК, по полной получает РНК-интерференцию с блекджеком, Dicer’ом и RISC’ом, и гибнет из-за отключения жизненно важного гена.

Еще один важный механизм регуляции работы генов эукариот – РНК-интерференция. Изначально это явление было открыто у круглых червей Caenorhabditis elegans, но впоследствии оказалось, что оно присутствует повсеместно в клетках всевозможных эукариот. Молекула РНК, в отличие от ДНК, как правило, одноцепочечная. Не потому, что РНК не может образовывать двойную цепочку, а потому, что гены почти всегда читаются только в одну сторону. Поэтому комплементарных друг другу молекул РНК, способных соединиться вместе, почти не образуется. Однако двухцепочечная РНК встречается у некоторых вирусов, поэтому клетки с опаской относятся к таким молекулам и пытаются уничтожать все, что на них похоже. Для этого клетки многих эукариот производят белок, который называется Dicer. Он способен распознавать длинные двухцепочечные молекулы РНК и разрезать их на короткие фрагменты длиной около двадцати нуклеотидов. Эти короткие двухцепочечные молекулы расплетаются, и если одна из цепочек захватывается комплексом, который называется RISC, то он, подобно полицейскому, ищущему преступников по отпечаткам пальцев, рыщет в поисках комплементарных захваченному РНК-фрагменту молекул РНК и разрезает их на части. Система РНК-интерференции стала прекрасным методом для изучения работы генов и генной инженерии, так как она позволяет на время избирательно выключать гены, работающие в клетке. Технология получила название “нокдаун” – в противопоставление технологии нокаут, когда ген выключается навсегда в результате его удаления или повреждения мутациями.

Благодаря различным операторам и репрессорам бактерии могут включать и выключать свои гены в зависимости от условий окружающей среды, от наличия питательных веществ, температуры и так далее. Когда мы говорим о многоклеточных организмах, например о растениях или животных, все становится несколько сложнее. Во всех клетках взрослого растения приблизительно одинаковая ДНК (с небольшими отличиями из-за случайных мутаций), но клетки могут быть совершенно разными. Одни клетки расположены в листьях, и им нужно производить много белков, участвующих в фотосинтезе. Другие расположены в стебле и отвечают за транспорт питательных веществ. Третий тип клеток формирует цветки и должен быть яркоокрашенным, чтобы привлекать опылителей. Возможны десятки и даже сотни разных типов клеток, в которых работают разные гены. И это все должно как-то саморегулироваться. Прежде чем РНК-полимераза сможет начать синтез РНК какого-то гена в эукариотической клетке, с его промотором должно связаться множество белков, которые называются факторами транскрипции. В сущности, бактериальный белок-репрессор, о котором шла речь выше, – это тоже фактор транскрипции, просто у эукариот их много и они работают сообща. Разнообразие факторов транскрипции, способных узнавать разные участки ДНК, у эукариот очень велико. Одни промоторы используют одни факторы транскрипции, а другие – другие. В зависимости от условий, расположения и окружения клетки производят разные факторы транскрипции, поэтому у них работают разные гены, и это очень удобно для генного инженера.

Ген белка репрессора и последовательность оператора были лишь обнаружены человеком, но придуманы они были природой. Кишечная палочка использует описанную выше систему, чтобы регулировать работу некоторых собственных генов. Когда лактозы много, кишечная палочка производит белок, который расщепляет лактозу на глюкозу и галактозу – два других сахара. Когда лактозы нет, экономной бактерии не нужен этот фермент, и белок-репрессор помогает остановить его синтез.

Мы выбрали не простой репрессор. Как у любого героя романа, у него есть слабость – он любит лактозу и изменяет с ней оператору. Когда в клетке есть лактоза, репрессор связывается с этим сахаром. Оператор остается одиноким, и РНК-полимераза спокойно синтезирует РНК. Когда лактозы нет, репрессор возвращается к оператору и блокирует синтез РНК нашего гена. Поэтому клетка будет светиться зеленым, если в среде есть лактоза, но не будет светиться, если лактозы нет. Так мы получили светящийся датчик лактозы в виде генетически измененной бактерии. Остается лишь поместить бактерию под специальный микроскоп.

Давайте теперь усложним задачу. Мы хотим, чтобы флуоресцентные белки медузы появлялись в тех бактериях, которых мы покормили сахаром, а точнее конкретным видом сахара – лактозой. Для этого нам потребуется несколько дополнительных генетических конструкций, которые мы позаимствуем у кишечной палочки. Сначала мы добавляем к гену флуоресцентного белка регуляторную последовательность – оператор. Когда оператор свободен, синтез белка происходит, а когда оператор заблокирован, зеленый белок не появляется. Дополнительно мы встраиваем еще один ген, кодирующий белок-репрессор. Этот белок может связываться с оператором и таким образом останавливать синтез зеленого белка. Механизм действия репрессора такой: он мешает РНК-полимеразе присоединиться к молекуле ДНК, что предотвращает синтез РНК. Нет РНК – нет белка.