Книга: Биологически активные

Из генетики

Из генетики

Почему-то в представлении людей, незнакомых поближе с генетической инженерией, хоть и интенсивно восторгающихся ее достижениями, этот «генетический инженер» является в образе лесковского Левши – умельца, выполняющего хитроумнейшие операции в клетке чуть ли не с помощью сверхминиатюрнейшего скальпеля, тончайших крючочков и иголочек и, конечно, «мелкоскопа».

Ничуть не бывало. Даже у самого выдающегося «генетического инженера» могут быть, как говорит мой знакомый экспериментатор, «обе руки левые». И работает он в основном головой, техническое оснащение его лаборатории – довольно несложное, а основной его инструмент – различные ферменты очень специального назначения. Именно открытие и выделение этих ферментов сделали возможной целенаправленную перестройку генетического материала.

Как известно, в клеточном ядре этот материал организован в виде хромосом, причем у высших организмов он как бы сдублирован – представлен парами хромосом, несущими информацию об одних и тех же функциональных элементах (диплоидный набор хромосом). Исключение составляют половые клетки – гаметы, в которых каждый тип хромосомы представлен лишь одиножды (гаплоидный набор); при слиянии родительских гамет вновь образуется клетка с диплоидным набором.

Знаменитые законы Менделя вытекают из такого механизма размножения. В самом деле, если родители различаются по некоторому признаку – окраска цветка, форма плода, цвет глаз и т.п., – у их потомства окажутся оба типа хромосом, определяющих соответствующий признак, – отцовская и материнская; говорят, что данный индивидуум гетерозиготен по этому признаку.

К каким последствиям это приводит? Скажем, котята, родившиеся от белой кошки и черного кота, могут быть целиком черными (или белыми – не имеет значения, пример условный) – это случай раздельной наследственности.

Если они равномерно серой масти – имеет место слитная наследственность; наконец, если они удались пятнистыми, черно-белыми, – говорят о смешанной наследственности. (По поводу последнего типа наследственности вспоминается юмористический рисунок: Ной загружает свой ковчег парами различных животных; на очереди – две крутогривые лошадки, черная и белая. Ной кричит с досадой: «Послушай, Сим, неужели ты не мог выбрать пару зебр одной масти!»)

Чем проще рассматриваемый признак, тем вероятнее, что его проявление в потомстве осуществится именно по типу раздельной наследственности. Под «простотой» здесь следует понимать величину объёма генетической информации, необходимой для его определения. Лучше всего, если речь идет об аминокислотной последовательности единственного белка. Хотя в случае раздельной наследственности у гетерозиготного индивидуума проявляется признак лишь одного из родителей – доминантный (скажем, черная масть у обсуждавшихся котят), однако каждая его клетка содержит хромосомы обоих типов.

Скрытый, как бы не проявившийся признак другого родителя называется рецессивным. У потомства же гетерозиготных родителей возможны четыре – вообще говоря, равновероятные – комбинации типов хромосом: – отцовская с доминантным геном, материнская с рецессивным; – материнская с доминантным, отцовская с рецессивным; – обе с доминантными генами; – обе с рецессивными генами.

В трех первых случаях проявится доминантный признак, в четвертом – рецессивный; вот вам и менделевское 3:1.

Далее, было отмечено, что некоторые признаки передаются только совместно: если у потомства один из них – материнский, то и второй непременно тоже. Естественно предположить, что они определяются одной и той же хромосомой.

Так появилось понятие сцепления генов; оказалось, однако, что время от времени сцепленные признаки все же разделяются. Пара гомологичных (то есть несущих набор функционально эквивалентных генов) хромосом разрывается – точно в одном и том же положении! – после чего «хвост» одной хромосомы присоединяется к «голове» другой, и наоборот. Это явление называется кроссинговером. Показано, что вероятность кроссинговера в любой точке хромосомы одинакова. Благодаря этому, наблюдая за частотами кроссинговера между генами, определяющими различные признаки, можно установить последовательность их локализации в хромосоме. Вероятность кроссинговера между парой генов пропорциональна длине разделяющего их участка хромосомы, и если наблюдаемая на опыте частота соответствующих кроссинговеров больше, чем частоты кроссинговеров каждого из этих генов с некоторым третьим, то этот третий ген, по-видимому, расположен в хромосоме между ними. Причем приблизительно выполняется правило, согласно которому сумма меньших частот равна большей.

В природе кроссинговер осуществляется в оплодотворенной яйцеклетке, в процессе сближения (конъюгации) гомологичных хромосом; следовательно, перекрестный обмен генетической информацией возможен лишь внутри вида или между близкими, скрещиваемыми видами. Основное достижение генетической инженерии заключается в том, что оказался возможным «искусственный кроссинговер» между фрагментами наследственного материала, принадлежащего каким угодно видам или даже с участием синтетических фрагментов последовательностей ДНК.