Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают - Анна Витальевна Иванова

На плазмидах бактерии могут хранить самые разные гены. Например, гены резистентности к различным антибиотикам. Такие плазмиды называются R-плазмидами, или R-фактором. Если у бактерии есть такая плазмида, то антибиотики, защитные гены от которых есть в этой плазмиде, бактерии не страшны. Когда в среде ее обитания окажется один из таких антибиотиков, бактерия будет жить себе припеваючи, не замечая, что среда вообще-то отравлена.

Итак, ученые взялись за разработку методов трансформации для разных бактерий. Дошло дело и до любимой учеными кишечной палочки[78]. Пробежимся галопом по истории.

• Следующим успехом стала трансформация кишечной палочки рекомбинантной плазмидой pSC101[79], благодаря которой та стала устойчивой к антибиотику тетрациклину.

• Затем новый успех – трансформация кишечной палочки уже гибридной плазмидой, дающей устойчивость сразу к двум антибиотикам: тетрациклину и канамицину. Причем гены устойчивости к канамицину располагались на той части плазмиды, что была получена от другой бактерии – стафилококка (Staphylococcus). Так было показано, что генетический материал может передаваться даже между видами организмов!

• И вот, чтобы уж совсем закрепить успех, все тот же союз ученых, состоящий из Стенли Коэна и Герберта Бойэра, разработал еще более удивительную химеру: для все той же кишечной палочки создали плазмиду, в которую встроили ген южноафриканской лягушки (Xenopus laevis)[80] – так показали, что даже разные царства не помеха для переноса генов.

Кстати, свойство антибиотикорезистентности ученые тоже поставили себе на службу: добавляя в редактируемую бактерию дополнительно R-плазмиду, можно определять, произошла ли у бактерий целевая модификация, поместив их в среду с антибиотиком: если бактерии выживут, значит, редактирование в них произошло. Таким образом R-плазмиду можно использовать в качестве маркера трансформации.

Так начинается история технологий рекомбинации генов, подаривших нам те самые ГМО, которым посвящена эта книга. Там, на заре 1970-х, начался отсчет новой эры – эры биотехнологии.

Выходит, что технологии направленной контролируемой генетической модификации недавно исполнилось полвека. Но многие люди все еще по привычке продолжают считать ее молодой (как я считаю маленьким своего младшего брата и все еще делаю ему дурацкие подарки. Нет, ну правда, что вообще дарят 30-летним «маленьким братишкам»?).

2.4. Заверните вон ту плазмиду, с верхней полки справа

В теории резать рестриктазами разные молекулы ДНК и соединять их по соответствующим липким концам мы можем хоть до бесконечности. С каждым разом все больше увеличивая размер и сложность получающейся плазмиды. На практике же все не так просто. Чем сложнее получается плазмида, тем больше с ней проблем. Во-первых, чем больше фрагментов мы пытаемся склеить, тем менее стабильной становится плазмида. Во-вторых, желательно, чтобы в плазмиде были только нужные нам (и ей для ее функционирования) фрагменты. То есть ничего лишнего: простые плазмиды в обращении удобнее, чем слишком сложные и многофункциональные. В-третьих, какими бы четкими ни были протоколы создания плазмид, делать это каждый раз самостоятельно примерно как каждый раз заново разрабатывать и собирать велосипед, вместо того, чтобы купить готовый и блестящий в специальном магазине. Даже самые первые экспериментаторы работали над модификацией существующей «природной» плазмиды, а не конструировали нечто совершенно новое. К хорошей плазмиде существует целый список требований о, так сказать, тактико-технических характеристиках[81]. Ну и наконец, с этого момента мы перестанем называть модифицированную плазмиду плазмидой, а присвоим ей гордое имя «плазмидный вектор». Вектор – потому что такая молекула используется для направленной модификации. Помимо плазмидного вектор может быть также на основе, например, вируса. Но про это мы еще поговорим.

Современные биотехнологи могут воспользоваться огромным количеством интернет-сервисов, где можно выбрать готовый плазмидный вектор из каталога или в удобном онлайн-конструкторе сформировать список требований к будущей покупке. Специальная биотехнологическая компания, специализирующаяся на изготовлении плазмидных векторов и других необходимых в лаборатории готовых наборов компонентов, подготовит и пришлет заказчику ровно то, что ему нужно. С гарантией качества и точными характеристиками. На самом деле, чтобы сделать такой заказ, совсем не обязательно быть ученым и работать в лаборатории. Любой читатель этой книги может проделать это самостоятельно. А потом заняться изготовлением трансгенных бактерий прямо на собственной кухне[82].

Генетическая карта плазмидного вектора pBR322. Гены устойчивости к тетрациклину (Tet) и ампицилину (Amp) содержат уникальные сайты узнавания для HindIII, BamHI и PstI. EcoRI-сайт расположен вне этих генов. Длина вектора – 4361 п. н.

Кстати, плазмидные векторы используются учеными не только для создания трансгенных организмов, но и как… библиотеки! Вот например, создали вы некоторый искусственный ген или разработали нужный для будущей модификации другого организма конструкт[83], но использовать пока не хотите. Тогда свои результаты можно сохранить на будущее в стабильной и удобной для быстрого применения форме – в таком плазмидном векторе. Как говорят, в библиотеке. Там нужная вам последовательность сохранится столько, сколько будет нужно. А когда понадобится достать ее для использования, можно положить ее в копир! Ну то есть в бактерию. Молекулярные механизмы бактерии помогут наработать нужное количество копий вектора (а значит, и вашего фрагмента) с такой точностью, которой нельзя достичь, используя обычный в таких делах метод ПЦР[84].

Обычно готовый плазмидный вектор содержит 1) несколько сайтов узнавания – фрагментов, которые соответствующие рестриктазы опознают и сделают по ним разрез, 2) несколько маркерных генов, которые позволят исследователю быстро понять, получили ли бактерии вектор при трансформации, 3) точку начала репликации – origin[85]. Маркерными генами, например, служат гены устойчивости к определенным антибиотикам или гены, отвечающие за выработку светящихся при разном освещении белков.

Сегодня технологии работы с бактериями стали настолько отработанными, доступными и дешевыми, что создать собственный трансгенный продукт стало возможным и не обладая глубокими специализированными знаниями. Думаю, еще немного, и набор юного биотехнолога появится на полках детских магазинов рядом с наборами юного химика и юного конструктора. Конечно, наступит это светлое (в моем понимании) будущее только в том случае, если мы вместе сможем снизить градус опасений общества перед ГМО.

2.5. Казнить нельзя помиловать

Любите ли вы шоколад? Любите ли вы его так, как люблю его я? Шутки шутками, но любить шоколад и иметь в своей семейной истории больных сахарным диабетом – не очень весело. В этой главе мы продолжим начатый ранее разговор о наших маленьких помощниках – генетически модифицированных бактериях. В ней мы подробно разберем, как они готовят для нас одно из самых нужных человечеству лекарств – человеческий инсулин. Но давайте для