Сегодняшнюю публикацию я хочу посвятить не новостям науки и техники, а, скорее, тому, что широко известно и широко используется. Я имею в виду ПЦР.
«Анализы заняли вдвое меньше времени, чем предполагала Катриона. А вскоре их пригласила в уютный кабинет врач. <…>
- Генсканирование Никки показало, что дистрофия Форзонна у него в самой классической форме, - сообщила комаррианка <…>
Она иллюстрировала свой рассказ изображением на головиде, показывая повреждённые хромосомы и компьютерную модель того, как ретровирус доставляет необходимые компоненты, восстанавливающие нормальное действие хромосомы. <…>
- Думаю, наши генетики вырастят ретровирусы специально для Никки где-то через неделю, - подвела итог врач»
(Л. М. Буджолд. Комарра. 1998 г.)
Я уже говорила, что ценю Л.М. Буджолд за научную точность? Говорю ещё раз. И, кстати, хороший образчик художественной популяризации науки. Потому что смысл происходящего описан абсолютно прозрачно, но автор сосредоточился именно на смысле, а не на том, чтобы применить максимально точные научные термины. В конце концов, слова «хромосома» и «ретровирус» несут для читателя-небиолога больше информации, чем «ген» и «вектор». А «генсканирование» однозначно понятнее, чем «секвенирование генома».
А между тем, я часто сталкиваюсь с двумя крайностями: с полным незнанием того, что может современная наука, и с тем, что авторы пытаются сделать «домашнее задание», но, из страха что-то передать неточно, старательно нашпиговывают тексты терминами, которые, вообще-то, читателю непонятны без дополнительных пояснений. И – о-па! – мы уже забыли про сюжет и продираемся, продираемся…
И тут даже не скажешь, что человек «плохо учился в школе». Нормально он учился. Просто биология сейчас развивается так быстро, что учебники за ней не успевают.
Говорят, авторы одного из учебников попытались как-то раз сократить разрыв. «В учебнике должны быть только такие научные данные, которые проверены временем», - сказал им некий чиновник от образования. А на вопрос, сколько требуется времени на «проверку временем», подумав, изрёк: «Лет пятьдесят!»
Бедный чиновник! Каждый божий день, на каждом шагу он полагается на открытия, не прошедшие проверки временем! Такие, которые нельзя пока изложить в учебнике!
Вот, скажем, заболел он – приходит врач. Обычный участковый терапевт. Достаёт белую плашечку в дешевеньком пластиковом корпусе, достаёт ватную палочку и пробирку с капелькой жидкости. Берет мазок из носа, размешивает в пробирке, наносит каплю на плашечку и выдаёт заключение: «У вас, уважаемый, ковид. Придётся две недельки посидеть на карантине. А через две недели на портале Мос.Ру сможете получить сертификат о перенесённом заболевании».
Магия!
А ведь и генная терапия (пример которой описан в «Комарре»), и меддиагностика широко используют один и тот же метод. Я имею в виду ПЦР - полимеразную цепную реакцию. Первая публикация об этом методе появилась в 1985 году. Изобретатель метода, американский учёный Кэри Муллис, получил за него Нобелевскую премию в 1993.
Ну, то есть, методу – всего лишь тридцать восемь лет. Беда-беда.
«Современная молекулярная диагностика все это умеет: и выделить ДНК плода из крови матери (теперь даже биопсия не нужна!), и прочитать ее определенный участок. Но в 1983 г. это казалось абсолютной утопией. Не так просто было даже получить нужный фрагмент ДНК – то есть были способы, но Кэри Муллис хотел придумать что-то побыстрее и подешевле»
(Е. Клещенко. ДНК и её человек)
В чём смысл метода?
1. Задача: у нас есть микроколичества ДНК, а надо, чтобы в образце ДНК стало много.
2. Но про ДНК мы знаем, что в клетках она реплицируется (то есть, копируется) при каждом клеточном делении. Процесс этот непростой, но хорошо изученный.
3. Вообще-то, молекулы ДНК очень длинные (так, средняя длина одной молекулы ДНК клетки человека – около 4 см!) Многократное копирование молекулы ДНК целиком – процесс небыстрый.
4. Но ведь чаще всего нам и не нужна вся ДНК! Её можно нарезать на кусочки, и уже среди них найти нужный.
5. А вот теперь главное: что для этого нужно?
Во-первых, сам образец ДНК.
Во-вторых, фермент ДНК-полимераза. Сейчас используют ферменты, взятые от термофильных бактерий и от архей (это, как и бактерии, тоже доядерные организмы). Почему именно их? Потому что ДНК – двойная спираль; чтобы её скопировать, две цепи ДНК надо разделить, а это делают нагреванием. Обычные (наши) ферменты при нагревании денатурируют («сворачиваются» и приходят в негодность); чтобы после каждого цикла репликации не приходилось добавлять новую порцию ферментов, нужны такие, которым нагревание нипочём.
Это очень сильно ускоряет и удешевляет процесс.
В-третьих, нужен праймер. Это такая молекула-затравка. Дело в том, что ДНК-полимераза не может начать копирование «с нуля», с пустого места. В наших клетках есть отдельный фермент праймаза, который выстраивает затравку и даёт возможность ДНК-полимеразе начать работать. Затравка представляет собой короткую молекулу РНК, которая комплементарна (совпадает пространственно) тому участку ДНК, с которого и начнётся копирование.
А если мы приготовим праймер искусственно? Пусть он соответствует тому участку, с которого мы хотим начать копирование. Тому, который мы ищем. Теперь именно праймер будет сам «искать» нужный участок и «слипаться» с ним. Ну и ещё нужен второй праймер, который будет маркировать место окончания синтеза.
Всё?
А, нет, не всё. Добавим в пробирку нуклеотиды – материал для синтеза. И буферный раствор для поддержания условий среды.
«Кэри остановил машину, нашел в бардачке ручку и бумагу и начал считать. Если, скажем, раз 30 повторить этот цикл – “добавить к образцу полимеразу, нуклеотиды и праймеры – провести реакцию – расплавить ДНК – провести реакцию” – то образец будет содержать множество копий интересующего нас фрагмента ДНК, а все остальное, ненужное и путающее, станет на его фоне малозначащей примесью.
Дженнифер проснулась и спросила, почему они не едут. Кэри снова тронулся в путь и примерно через милю сообразил, что праймеры необязательно должны быть разделены всего одним нуклеотидом. Черт с ними, с точечными мутациями – таким способом можно получить в достаточном количестве любой фрагмент ДНК!»
(Е. Клещенко. ДНК и её человек)
Ужасно просто, да? Нет, это не метод простой, это принцип простой. А так-то – в современном виде метод сложился не сразу. И наилучшие варианты ферментов пришлось искать, и многое другое.
Ну что, можно это в учебник вставлять? Не слишком сложно для деток? Думаю, не слишком.
А как этот метод можно использовать?
Выше я уже приводила два примера использования. В диагностике – микроколичества вирусной ДНК можно размножить и, уже размножив, обнаружить. Причём точно подобранные праймеры не позволят перепутать один вирус с другим. Реплицироваться будет только такая ДНК, которой будет соответствовать праймер. Ну, конечно, если она там вообще есть.
Диагностика генных заболеваний и генная терапия. У Никки в «Комарре» сперва выявили мутацию. Потом приготовили специальный «вирус» - вектор для встраивания «нормального» участка ДНК в геном. И в процессе этих манипуляций метод ПЦР наверняка использовали неоднократно.
А что ещё можно делать благодаря этому методу (ну или – при участии этого метода)?
Сравнивать ДНК подозреваемого с биоматериалом, оставленным на месте преступления.
Устанавливать отцовство.
Устанавливать причины индивидуальной непереносимости лекарств и подбирать лекарства.
Получать генно-модифицированные организмы.
И в секвенировании (расшифровке, чтении) ДНК этот метод тоже приходится применять, без него никак.
О других современных методах я надеюсь рассказать в следующих публикациях.
©Татьяна Виноградова для Синего Сайта
Не пропустите новые публикации, подписывайтесь на наш канал, оставляйте отзывы, ставьте палец вверх – вместе интереснее! Приносите своё творчество на Синий Сайт! Самые интересные работы познают Дзен!
#синий сайт #полезно для авторов #литература #биология
Не пропустите новые публикации, подписывайтесь на наш канал, оставляйте отзывы, ставьте палец вверх – вместе интереснее! Приносите своё творчество на Синий Сайт! Самые интересные работы познают Дзен!