сцепленным с полом.
Генетическая карта дрозофилы, созданная Томасом Морганом
На четвертом этапе производится так называемое картирование гена – строится генетическая карта, на которой отображается взаимное расположение генов в хромосоме. Первым организмом, для которого была получена генетическая карта, стала плодовая муха из рода дрозофил – чернобрюхая дрозофила (Drosophila melanogaster), которая наиболее часто используется в генетических экспериментах. Такую «привилегию» дрозофила получила из-за быстрых темпов своего размножения – от откладки самкой яйца до выхода взрослой мухи из куколки проходит в среднем, десять дней.
В 2003 году была получена целостная картина человеческого генома. Со временем наука дойдет до создания генетических карт каждого человека еще на стадии его внутриутробного развития. Такая индивидуальная генетическая карта будет очень полезной с медицинской точки зрения, ведь корни всех заболеваний – в генах. И не только с медицинской, поскольку гены определяют все развитие организма в целом.
Скрещивание – дело долгое, можно сказать – нудное. Скрестили – ждите потомства. Оценили результат – скрестили снова и снова ждите потомства… Генеалогический метод генетического анализа дает результат гораздо быстрее. В сравнении со скрещиванием – практически мгновенно. Но замечательный метод может применяться лишь в том случае, когда известны прямые родственники обладателя наследственного признака – как предки, так и потомки по материнской и отцовской линиям (причем – в нескольких поколениях).
Именно при помощи генеалогического метода было доказано, что при родственных браках значительно возрастает (по сравнению с неродственными) вероятность появления в потомстве различных уродств и болезней. Причины этого явления мы рассмотрим в одиннадцатой главе, а пока в качестве примера неблагоприятности родственных браков для потомства рассмотрим наследование гемофилии в царских домах Европы. Источником гена, вызывающего развитие этого заболевания у мужчин, стала английская королева Виктория.
Наследственная предрасположенность человека к ряду заболеваний (сахарному диабету, шизофрении, эпилепсии и др.) была выявлена благодаря близнецовому методу генетического анализа, суть которого заключается в сопоставлении особенностей членов близнецовой пары, позволяющем определить степень влияния наследственных факторов и среды на формирование признаков организма.
Не очень понятно?
Тогда скажем проще: наблюдая за однояйцевыми близнецами, имеющими очень схожие (но не абсолютно одинаковые!) генотипы [13], ученые делали выводы о том, что` в большей степени влияет на развитие данного конкретного признака – наследственный фактор или факторы внешней среды.
Например, один близнец всю жизнь прожил в Лондоне, работая страховым агентом, – типичный горожанин-клерк, живущий в умеренном климате. Другой близнец в шестнадцатилетнем возрасте поступил матросом на торговое судно, а после осел в Южной Африке, в Йоханнесбурге, где зарабатывал на жизнь переноской грузов – типичный человек физического труда, живущий в субтропическом климате.
Помимо климата, между средой Лондона и средой Йоханнесбурга существует еще множество различий. А еще добавьте к этому разные профессии и, как следствие, разные образы жизни, разные привычки и т. д. Сами посудите – много ли будет общего между лондонским клерком и йоханнесбургским грузчиком? Но, несмотря на это, у обоих братьев в зрелом возрасте был диагностирован сахарный диабет. Собрав и проанализировав энное количество подобных случаев, ученые пришли к выводу о том, что предрасположенность к сахарному диабету имеет наследственный характер.
Цитогенетический метод представляет собой изучение хромосом при помощи микроскопа. Здесь, как говорится, комментарии излишни, потому что и без них все ясно. Приготовил препарат на стеклышке – и «сиди изучай, премии получай», как говорят бывалые лаборанты.
Биохимический метод генетического анализа позволяет выявить наследственно обусловленные нарушения обмена веществ. Если вдуматься, то любой «сбой» в генах в той или иной степени нарушает обмен веществ в организме. Поэтому перспективы у биохимического метода просто невероятные и безграничные.
Весьма интересен не так давно внедренный метод гибридизации нуклеиновых кислот, суть которого заключается в сборке молекул ДНК из двух отдельных цепочек, или соединение одной цепочки ДНК с молекулой РНК вне живого организма (то есть в пробирке).
Для того чтобы две состоящие из нуклеотидов цепочки соединились в одну молекулу ДНК или же для соединения одной цепочки ДНК с молекулой РНК, необходима комплементарность соединяемых элементов.
Комплементарностью называется взаимное соответствие молекул или их фрагментов, обеспечивающее образование связей между ними. В частности, в двух цепочках, составляющих молекулу ДНК, напротив азотистого основания тимина (Т) в другой цепочке должен обязательно находиться аденин (А), а напротив гуанина (Г) – цитозин (Ц). При синтезе матричных РНК на матрице цепочки ДНК вместо тимина, которого в молекулах РНК не бывает, аденин будет непременно «соседствовать» с урацилом (У).
Между членами пар «А – Т», «А – У» и «Г – Ц» образуются особые связи, называемые водородными, которые удерживают две цепочки вместе [14]. Водородные связи могут разрушаться и образовываться вновь, а структура цепочек при этом не изменяется. Так, например, во время репликации двойная спираль молекулы ДНК расплетается на отдельные «нити», которые затем снова сплетаются вместе без какого-либо ущерба для себя и всей молекулы ДНК в целом.
«А – Т» или «А – У» плюс «Г – Ц» – таков секретный код нуклеиновых кислот. Нарушить его невозможно, это все равно что пытаться открыть замок при помощи чужого ключа.
Гибридизация проходит следующим образом.
Молекулы ДНК номер один и молекулы ДНК номер два по отдельности подвергают нагреванию в специальном растворе. При нагревании водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями разрушаются, двойные цепочки распадаются на одинарные. Такая «распавшаяся» молекула ДНК называется денатурированной.
Препараты двух денатурированных ДНК смешивают друг с другом и медленно охлаждают до исходной температуры. При этом одинарные цепочки ДНК соединяются друг с другом благодаря образованию водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. Процесс соединения двух одинарных цепочек по-научному называется гибридизацией.
Вместо молекулы ДНК номер два в исследовании может участоввать молекула информационной РНК, которую предварительно денатурировать не требуется, поскольку она изначально «одноцепочечная».
Во время гибридизации соединяются в двухцепочечные структуры не только цепочки одинаковых молекул ДНК, но и разных. По скорости соединения цепочек ДНК номер один и номер два (или цепочек ДНК с молекулой РНК), а также по степени их соединения можно судить о сходствах и различиях двух нуклеиновых кислот.
Гибрид ДНК – ДНК далек от совершенства. Наряду со «спирализованными» (полностью совпавшими), в нем присутствуют и «неспирализованные» (несовпадающие) участки. Следовательно, ДНК номер один и ДНК номер два
