Владимир Щербаков - Фантастика 1977
Если немного пофантазировать, то можно увидеть совершенно необычный путь для приготовления белков. Сейчас для достижения этой цели в ход идет биомасса всем знакомых дрожжей. Но представьте себе производство будущего, где в промышленных масштабах налажена «сборка» генов, управляющих синтезом белков. Тогда столь ценный продукт не трудно будет получать в любых разновидностях и любых количествах.
Проблема гена, как видите, принимает чисто прикладной характер. Биологи должны научиться своими руками конструировать то, что принято называть единицей наследственности.
«Заготовками» и «деталями» должны стать определенные молекулярные группы, а «сборочным цехом» — клетка и ее ядро.
Именно к решению таких задач стремится новое направление исследований — генетическая инженерия.
— Знаете, слово «инженерия» рядом со словами «ген», «наследственность» для непосвященного человека звучит довольно странно. Как-то даже трудно представить, что бы это могло значить.
— Фактически начало этому новому научному направлению было положено задолго до того, как столь смелое словосочетание вошло в обиход. Методы целенаправленного изменения наследственного аппарата — конечно, еще не на молекулярном уровне — стали известны уже в 1934–1936 годах. В то время мне удалось, действуя рентгеновскими лучами на клеточное ядро мухи дрозофилы, изменить в нем число хромосом.
Ядро с четырьмя парами сначала превратилось в ядро с тремя, а затем и с пятью парами хромосом. В этой работе можно увидеть истоки генетической инженерии.
Сегодня исследователи ставят совершенно иные задачи.
В различных лабораториях мира разыскиваются способы выделения, даже «сборки» отдельных генов и переноса их в живые организмы.
Вспомним снова о бактериях. У них есть ген, ответственный за синтез витамина Bi2, которого начисто лишены растения. А между тем известно: добавка этого витамина резко увеличивает степень усвоения растительного корма в организме сельскохозяйственных животных. Так почему бы не попытаться пересадить тот самый бактериальный ген к растению? Каким путем пойдут ученые, покажет время. Но мне кажется, они будут исходить из того, что биохимический путь синтеза хлорофилла и витамина B2 имеет общие начальные стадии. А раз так, то после срабатывания цепочки из четырех-пяти добавочных ферментных реакций растительная клетка сможет вместо хлорофилла синтезировать необходимый животным витамин.
Правда, из отдельной клетки надо еще получить целое растение. Но пути решений такой задачи уже известны. Да что там из клетки. Взрослое растение выращивают даже из протопласта — клеточной структуры, лишенной оболочки. Опубликован научный доклад, в котором говорится, как в результате метаморфоз круглого зеленого протопласта — одевания его оболочкой, деления и дифференцировки — возникает своего рода искусственное «семечко». Оно дает корни и листья, и в результате вырастает цветущий табак.
— Николай Петрович, а какие конкретно задачи стоят сегодня перед генетической инженерией?
— Если детализировать «биолого-инженерные» задачи, то можно определить среди них несколько наиболее существенных: — выделение генов и их структур; — синтез генов химическим или биохимическим путем; — направленная модификация наследственных комплексов под влиянием искусственно созданных условий; — регуляция активности генов; — их копирование; — их перенос в наследственный аппарат других организмов.
Первая из перечисленных мною задач — выделение гена — уже решена сегодня. Можно сказать, что и синтез гена в принципе тоже удался. Успех этот достигнут был в 1970 году, когда индийскому ученому X. Коране удалось «собрать» ген дрожжевой клетки, содержащей всего 77 азотистых оснований.
Такой короткий отрезок ДНК с заданной последовательностью оснований синтезировали химически. Так появился первый ген, созданный человеком.
Конечно, это большой успех, предвещающий начало новой, фантастической эры генетики, однако он несколько меркнет перед сложностью строения генов и их комплексов даже у самых простых форм жизни. Ведь даже у простейших вирусов в состав ДНК входит 5500 азотистых оснований, составляющих приблизительно 17 генов. Что же касается синтеза единицы жизни — клетки, — то трудности тут возрастают неимоверно.
Но, как я говорил выше, кроме химического, есть еще и биохимический синтез. Интересные работы в этом направлении проведены группой сотрудников нашего Института общей генетики АН СССР и Института молекулярной биологии и генетики АН СССР. Кратко скажу, как мы решали эту задачу.
Для высших организмов из-за очень сложной организации их наследственного аппарата создание генов пока возможно с помощью только одного вида биохимического синтеза — ферментативного. Ибо сейчас уже открыт и выделен особый фермент — так называемая обратная транскриптаза, синтезирующая ДНК на РНК как на матрице.
Судя по всему, вам это не совсем понятно, поэтому постараюсь пояснить. В клетке присутствует целый набор информационных РНК (и-РНК). Они представляют собой комплементарные копии соответствующих индивидуальных генов. И если одну из таких индивидуальных РНК использовать в качестве матрицы для обратной транскрипции, то ДНК — продукт этой транскрипции — будет соответствующим индивидуальным геном.
Таким образом, решение задачи сводится к выделению из клеток индивидуальной информационной РНК (и-РНК). Для этого обычно берут клетки, в которых синтезируется в основном один какой-либо белок. Например, клетки железы шелкопряда вырабатывают преимущественно фибрин шелка, клетки хрусталика глаза — кристалины, ретикулоциты — гемоглобин и т. д. В частности, глобиновая и-РНК была применена в качестве матрицы для синтеза структурных генов, кодирующих в высших организмах первичную структуру соответствующих белков.
Работы по синтезу структурного глобинового гена кролика ведутся в нашем институте не так давно. За это время удалось выделить индивидуальную глобиновую и-РНК. Принципиальные основы методов нам были известны из научной литературы. Однако эти методы удалось существенно изменить и упростить. Так что теперь мы располагаем чистой глобиновой и-РНК в количествах, достаточных для дальнейших исследований.
На выделенной и-РНК как раз и был синтезирован структурный глобиновый ген кролика. В нашей стране такая работа проделана впервые. Теперь перед нами открываются широкие возможности по изучению наследственного аппарата высших организмов.
— Некоторые ученые иногда заявляют, будто человечество как биологический вид клонится к угасанию. Чем же вызван такой пессимистический прогноз?
