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

11-й хромосоме человеческого генома[97]. По полученной с него мРНК несложно построить белок – с задачей справятся даже бактерии. Для более сложных белков бактерии уже не подходят. Но об этом мы поговорим в другой главе (глава 3. «Эй, бактерия, посторонись!»).

Существует несколько различных методов изготовления инсулина. За прошедшие годы технология была неоднократно улучшена, сменялись различные подходы. И даже внутри одного подхода шаги могут отличаться друг от друга в деталях. Рассмотрим один из вариантов.

Сначала в лаборатории получают ДНК-последовательность самого гена. Для этого ген можно выделить из клеток или синтезировать его искусственно буква за буквой in vitro (в пробирке)[98]. Итак, у нас есть ген и мы хотим, чтобы бактерии произвели по его инструкции человеческий инсулин. Но одного только гена мало, нам придется еще записать для бактерии команду его читать. Для этого перед нужным геном необходимо добавить еще один хитрый ДНК-фрагмент. Он называется промотор.

Отступим на минутку и поговорим, что такое «промотор». Промоторы – это специальные фрагменты ДНК, благодаря которым в нужное время и в нужном месте начинается транскрипция самого гена. Чтобы понять их смысл, проще всего представить сборник инструкций вроде «Энциклопедия для девочек» из моего детства. У каждой главы в этой книге есть свой заголовок. Например, «Как приготовить манную кашу». Если с этим сборником в руках вы застряли в лифте, сомневаюсь, что эта глава вам пригодится. Зато будет смысл прочесть текст под названием «Что делать, если вы застряли в лифте».

Получается, что мы можем сравнить промоторы со своего рода заголовками, соответствующими определенным генам. Читатель (в случае книги это мы, в случае гена – это молекулярные механизмы) всегда начинает прочтение с такого заголовка. Если читатель видит, что заголовок не соответствует ситуации, то дальше он не читает сам текст.

Одни промоторы работают только в определенных органах или при определенных условиях. Другие работают везде и всегда. Например, зубная эмаль нам нужна только на зубах, значит, и читать гены компонентов эмали стоит только там и больше нигде. Напротив, новые рибосомы необходимы каждой клетке организма. Значит, гены, кодирующие все нужные компоненты рибосомы, будут стоять под управлением таких промоторов, которые позволят читать эти гены любой клетке и в любых условиях.

Как это применяется в биотехнологии: допустим, мы встроим чужой ген под управление промотора, который работает только в печени животных. Тогда, несмотря на то что новый ген будет присутствовать во всех клетках тела, работать он станет только в печени. А его продукт потенциально не «убежит» в клетки других органов.

Итак, здесь ученым нужно выбрать такой ген, который обычно хорошо работает внутри бактерии, узнать, какой промотор управляет этим геном, и использовать эту же промоторную последовательность для своей задачи.

Теперь хорошо бы добавить еще одну штуку: маркерные гены. Используем в этом качестве гены устойчивости к некоему антибиотику, как обсуждали ранее. Ведь нам необходимо просто и быстро понять, какие бактерии модифицировались, а какие нет[99]. И последнее, что пригодится в нашем конструкте, – терминатор. То есть фрагмент ДНК, в котором записана команда для молекулярных машинок на прекращение чтения. Чтобы все это заработало (то есть стало реплицироваться в бактерии), понадобится также бактериальный ori-сайт. Теперь, кажется, мы описали все нужные для работы по производству ГМ-инсулина компоненты.

Что ж, приступим к модификации. Сначала возьмем готовые плазмидные векторы и поместим в эти векторы получившуюся на предыдущем шаге конструкцию. Копий вектора нам нужно много, но каждый раз проделывать процедуру вставки конструкции в вектор будет сложно и затратно. Проще выполнить эту процедуру только один раз с небольшим количеством плазмид, а затем положить все в «копировальный аппарат» – то есть бактерии. Поместим эти бактерии на питательную среду, содержащую тот самый антибиотик, и позволим вдоволь размножаться – и копировать при этом наши модифицированные плазмиды. Будем ожидать, что выживут только те колонии, родоначальницами которых стали модифицированные нужным вектором бактерии.

Процесс «приготовления» белка инсулина по тексту кодирующего его гена различается внутри клетки животного и модифицированной бактерии. Если клетка выполняет всю работу самостоятельно, то бактериям нужны помощники – биотехнологи с их хитрыми технологиями. Посмотрим, как это делает клетка животного. С текста гена молекулярные механизмы внутри клетки считывают мРНК. По матрице мРНК строится цепочка препроинсулина – пре-предшественника инсулина. Препроинсулин – это довольно длинная аминокислотная цепочка (110 аминокислот), состоящая из четырех отдельных «подцепей». Такая цепочка называется полипептидом, а ее составные блоки называются пептидами. Пептиды в препроинсулине выстраиваются так: L-пептид, B-пептид, C-пептид и A-пептид. Хотя в конечный белок инсулин войдут только А- и B-пептиды, остальные блоки – это вовсе не бессмысленный мусор. L- и C-пептиды обычно нужны молекулярным механизмам клетки для выполнения разной подготовительной работы. Первым от полипептида, выполнив свою работу, отцепляется L-пептид. Так препроинсулин превращается в новый полипептид – проинсулин, состоящий уже из B, C и A-пептидов. Проинсулин теперь должен переместиться в специальный отдел клетки, где произойдет его созревание. За это время специальные ферменты вырежут пептид C, после чего пептиды A и B окажутся разделены, став двумя отдельными цепочками. Теперь эти цепочки соединяют друг с другом только дисульфидные мостики – химические связи на основе молекул серы[100]. Ну вот и все, наш инсулин готов! Останется самая малость – молекула инсулина не ходит поодиночке, а предпочитает сбиваться в «банду» по шесть инсулинов. Напарникам помогают держаться вместе молекулы цинка. А получившаяся в итоге функциональная молекула, на мой взгляд, очаровательно красива.

В организме животных вся описанная выше работа выполняется в клетках поджелудочной железы[101]. При биотехнологическом производстве одни этапы выполняются внутри бактериальной клетки, другие же при помощи биотехнологов и генных инженеров. Бактерии умеют производить только предшественник инсулина, его выделяют и уже биохимически получают инсулин, который затем в несколько этапов очищают[102].

Первый ГМ-инсулин был получен еще в 1979 году, и с тех пор технология постоянно развивалась. Новые работы в этой сфере выходят постоянно, появляются решения, помогающие уменьшить стоимость производства препарата за счет улучшения технологии и сделать препарат инсулина доступнее для все большего количества людей[103]. И все это действительно очень здорово. Благодаря генетической модификации человечество решило еще одну важную задачу[104].

Если однажды кто-то из ваших знакомых спросит, «неужели без этих ГМО нельзя обойтись?» – просто расскажите ему историю о том, как вот уже более 40 лет ГМО спасают человеческие жизни. И пусть он сам поставит правильную запятую: «казнить нельзя помиловать».