2 курс / Биохимия / Книжки и сборники / Biokhimia_dlya_chaynikov

Божий промысел: рекомбинация ДНК

Технология рекомбинации ДНК позволяет синтезировать нити ДНК, в ко- торые включается больше одного изначально отсутствующего гена. Добав-

ление новых генов позволяет организму производить новые биохимические материалы. Например, Е. coli была реконструирована так, чтобы производить

человеческий инсулин. Кроме того технология рекомбинантной ДНК позволя-

ет биохимикам добавлять гены, призванные компенсировать существующие дефекты.

Рестриктазы способны удалять интересуемые фрагменты ДНК. Чтобы про-

изошла репликация, один из таких фрагментов должен соединиться (или вос-

соединиться) с другой нитью ДНК. ДНК, к которой прикрепляется фрагмент, называется вектором. Обычно в качестве вектора используют плазмиды — обособленные круговые ДНК естественного происхождения. Первым шагом

по добавлению фрагмента является создание ступенчатого разрыва в ДНК век-

тора. Более длинный конец ступенчатого разрыва называется липким или коге- зивным концом, поскольку к нему может прикрепляться любой фрагмент ДНК

с комплементарной последовательностью. Для получения комплементарного-

липкого^конца интересующий фрагмент подвергается воздействию рестрик тазами. ДНК-лигаза завершает соединение фрагмента с вектором (рис. 15.11).

Рестржтаза

ТТАА

ААТТ

Плазмида Липкие концы

Рис 15.11. Открывание плазмиды с помощью рестриктазы кишечной палочки

ДНК-линкер связывается с молекулой ДНК, чтобы сделать ее восприим- чивой к определенной рестриктазе. Этот метод позволяет добавить когезив- ные окончания, характерные для любой рестриктазы, к почти любой молекуле ДНК. Репликации подвергаются ДНК с завершенной структурой.

Плазмиды в некоторой степени являются добавочными хромосомами. Они могут реплицироваться независимо от хозяйских хромосом. Таким образом, клетка может иметь несколько копий определенной плазмиды. Как правило, такая репликация делает плазмиды более полезными в качестве векторов, чем хозяйские хромосомы. До настоящего момента значимость плазмид была по-

казана только для бактерий.

302 ЧАСТЬ 5 Генетика: почему мы такие, какие есть

Добавление “ новых” генов приводит к появлению трансгенного организма,

который может рассматриваться как новый вид. Такие организмы могут инфи-

цировать человека и привести к возникновению новой болезни, у которой нет

эффективного лечения. Чтобы свести к минимуму потенциальные риски, свя-

занные с распространением таких организмов, исследователи работают либо

с ослабленными, либо безопасными для человека формами.

Определение последовательности ДНК

Рестриктазы являются главным инструментом определения последователь-

ностей оснований в структуре ДНК. Отщепленные фрагменты ДНК значи-

тельно меньше по размеру, чем материнская ДНК, что существенно облегчает дальнейший анализ и работу с ними. Для отделения фрагментов после рас-

щепления часто применяется электрофорез в геле, еще больше упрощающий дальнейший анализ.

Электрофорез в геле

Электрофорез в геле — это биохимическая техника, применяемая для от- деления и очищения белков и нуклеиновых кислот, различающихся по заряду,

размеру или структуре (рис. 15.12). Образец помещается в лунку внутри геля,

который представляет собой полимер, специально разработанный для этого

Анод +

Большой слабоположительный заряд

Серповидно-клеточная анемия

Серповидно-клеточная анемия — это наследственное врожденная патоло-

гия компонента эритроцитов. Серповидно-клеточная анемия является резуль- татом изменения одной из аминокислот в белковой последовательности ге-

моглобина, заключающегося в замещении валина (неполярного) глютаминовой

кислотой (полярной). Заболевание возникает у миллионов людей во всем мире; особенно часто оно регистрируется у выходцев из Африки, Южной Америки,

Кубы, Саудовской Аравии и некоторых других стран. В Соединенных Штатах

от него страдают около 72 000 человек. Серповидная клетка встречается при- мерно у одного афроамериканца из 500 и одного латиноамериканца из 1200.

Гемоглобин отвечает за перенос кислорода из легких в клетки. У человека, страдающего серповидно-клеточной анемией, дефектные молекулы гемоглоби- на сливаются воедино, в результате чего эритроциты принимают серповидную форму, откуда и название болезни. Такие аномальные клетки с трудом проти- скиваются сквозь узкие кровеносные сосуды, вызывая кислородное голодание

органов и конечностей, а также острые болевые ощущения. Срок жизни серпо-

видных структур намного короче, чем у обычных эритроцитов, что приводит

к появлению хронической анемии. Тестирование новорожденных на признаки серповидно-клеточной анемию проводят во многих странах.

Гемохроматоз

Гемохроматоз — это одно из наиболее распространенных генетических

расстройств в США. Является наследственным заболеванием, при котором

организм всасывает и запасает слишком много железа. Избыток железа нака- пливается в печени, поджелудочной железе и коже (да, кожа тоже считается органом!). Гемохроматоз вызывается мутацией гена HFE, регулирующего ус- ваивание железа из пищи. У человека гемохроматоз развивается в случае на- следования дефектного гена сразу от обоих родителей. Если мутировавший ген наследуется только от одного родителя, то человек будет только носителем болезни, но сама она не будет проявляться. Примерно у 5 кавказцев из 1000 присутствуют оба мутировавших гена, а каждый десятый выступает носите- лем. Генетическое тестирование позволяет выявить гемохроматоз примерно в

90% случаев.

Муковисцидоз

Муковисцидоз — это хроническое и обычно смертельное генетическое забо-

левание, при котором нарушается работа слизистых желез. При муковисцидозе

поражается пищеварительная и дыхательная системы. Около 55 тыс. человек по всему миру страдают от муковисцидоза. Большинство из них — выходцы с

310 ЧАСТЬ 5 Генетика: почему мы такие, какие есть