одной хромосомы. Чаще всего наблюдается увеличение на одну хромосому (трисомия) или уменьшение (моносомия).
Согласно принятой в наше время номенклатуре хромосомы нумеруются от 1 до 23 по мере убывания их длины. 23-я пара – это половые хромосомы. Изменение числа крупных хромосом приводит к гибели организма, а количественные изменения малых хромосом (начиная с 16-й пары) и половых X– и Y-хромосом совместимы с жизнью, но сопровождаются различными дефектами развития.
Разбирая репликацию ДНК, мы не рассмотрели амплификацию – процесс образования дополнительных копий участков хромосомной ДНК. Как правило, амплификация происходит на участках, содержащих гены, а не на «мусорных» участках. Возможно и другое, что на амплификации «мусорных» участков обращается меньше внимания, поскольку они никак себя не проявляют.
Почему мы взялись за амплификацию именно сейчас? Да потому, что говорить о ней нужно при наличии определенного багажа знаний и после близкого знакомства с мутациями. По существу, амплификация представляет собой разновидность хромосомной мутации. Амплификация – явление, как вы сами понимаете, нежелательное. Лишний ген организму во вред. В генетике не принято говорить «много – не мало» или «запас карман не тянет». Тянет, еще как тянет… Амплификация может стать причиной развития онкологических заболеваний.
Но «в пробирке», то есть вне живого организма, амплификация представляет собой крайне полезный процесс.
Представьте, что вы криминалист-генетик, специалист …надцатого дана. Вам принесли на экспертизу пиджак, на рукаве которого есть микроскопическое пятнышко крови. Пятнышко давнее, да к тому же от него усиленно пытались избавиться – терли-замывали и какими-то химикатами обрабатывали. Но вы – гений и герой. Вам удалось выделить ДНК обладателя крови, но совсем чуть-чуть, буквально – считаные молекулы. А вам предстоит масштабный поиск, в ходе которого придется сравнивать полученный образец с ДНК других людей, счет которым может идти на сотни…
Знаете, это только в сериалах криминалисты разных специализаций бесконечно пьют кофе и решают личные проблемы. В реальной жизни они пашут, как рабы на галерах и даже немножко больше того. Это так, к сведению.
Или, допустим, вы – генный инженер. Вам повезло – удалось получить ценный материал, какую-то уникальную ДНК, которую вы должны «пересадить» в клетки пшенице, и тогда эта самая пшеница вымахает в высоту, что та пальма, и будет давать невероятное количество урожая. Только вот у вас этой уникальной ДНК – буквально кот наплакал, а для пересадки нужно как минимум в тысячу раз больше. Неужели человечество останется без «пальмового» сорта пшеницы?..
А возможно, вы – крупный ученый, генетик с мировым именем и лауреат всех мыслимых и немыслимых премий, кроме Нобелевской. И для получения этой премии вам необходимо произвести серию экспериментов с ДНК, обнаруженной в гробнице фараона Хеопса. ДНК у вас чуть-чуть (ясное дело – столько тысячелетий прошло), а экспериментов нужно произвести больше, чем камней в пирамиде этого самого Хеопса. Что вы станете делать? Неужели откажетесь о Нобелевской премии и всех тех «плюшек», которые к ней прилагаются?
Да ни за что в жизни! Особенно если вы генетик с мировым именем, опытный генный инженер или криминалист-генетик …надцатого дана. Вы просто возьмете прибор, называемый амплификатором и с его помощью наштампуете себе сколько угодно копий вашей драгоценной ДНК. Даже с запасом. Это в организме запасы генного материала идут во вред. Вне организма они в самом деле кармана не тянут.
Принцип работы амплификатора заключается в обеспечении периодического охлаждения и нагревания пробирок с точностью до 0,1 °C. Изменение температуры нужно для управления полимеразной цепной реакцией – образованием копий ДНК с участием фермента ДНК-полимеразы.
Амплификатор – это не 3D-принтер, с ним все сложнее.
В пробирку закладываются копируемая ДНК, свободные нуклеотиды, ДНК-полимераза и так называемые праймеры – инициаторы синтеза ДНК. Праймер представляет собой короткий фрагмент нуклеиновой кислоты, состоящий из нескольких нуклеотидов. Он должен быть комплементарным по отношению к «тиражируемой» ДНК, то есть, по сути дела, представлять собой концевой обрывок синтезируемой ДНК.
Обратите внимание – концевой обрывок синтезируемой ДНК, а не той ДНК, с которой снимается копия. Возможно, что вам нужно копировать не всю молекулу ДНК, а какой-то ее фрагмент. Так что праймеры выбираются по размеру. Их бывает два – начальный и конечный. Праймеры прикрепляются к молекуле ДНК (они же комплементарные, верно?), ограничивая участок работы ДНК-полимеразы.
Именно к праймеру ДНК-полимераза начинает присоединять аминокислоты, создавая молекулу ДНК. Полимеразе нужен фрагмент, который она станет дополнять. Сама по себе она начать синтез молекулы ДНК не может. Образно говоря, праймеры выполняют роль «закваски», запускающей процесс копирования ДНК. А заодно они и останавливают этот процесс в нужный момент.
Процесс амплификации «в пробирке» проходит в несколько этапов.
На первом этапе исходную двунитевую молекулу ДНК нагревают для того, чтобы она распалась на две отдельные нити вследствие разрушения водородных связей.
На втором этапе к «раздвоенным» молекулам добавляют праймеры и охлаждают смесь ДНК и праймеров для того, чтобы праймеры осели комплементарных участках ДНК. Это происходит благодаря водородным связям, которые возникают при обычных температурах. При высоких температурах они разрушаются, так как становятся энергетически невыгодными.
На третьем этапе к смеси ДНК и праймеров добавляют фермент ДНК-полимеразу и свободные нуклеотиды, после чего устанавливают температуру 37 °C, необходимую для оптимальной работы ДНК-полимеразы. Фермент начинает работу, и спустя некоторое время количество ДНК в пробирке удваивается. Цикл можно повторять столько, сколько требуется. Количество ДНК каждый раз будет удваиваться.
А теперь вопрос на сообразительность. Мутации могут происходить в любых клетках – и в соматических, и в половых. Коренное отличие мутации в соматической клетке многоклеточного организма от мутации в половой клетке заключается в том, такая мутация может привести к гибели клетки или же вызвать развитие доброкачественной или злокачественной опухоли, но потомству она не передастся. Скажите, пожалуйста, в каких случаях мутации в соматической клетке все же передаются по наследству? Или такое, в принципе, невозможно?
* * *
Возможно! При размножении почкованием, при вегетативном размножении и прочих видах бесполого размножения «соматические» мутации могут передаваться дочернему организму. Так что правильная формулировка будет звучать так: у организмов, размножающихся половым путем, мутации, возникшие в соматических клетках, по наследству не передаются.
Мутации служат материалом для естественного отбора, эволюционного процесса, в результате действия которого в популяции увеличивается количество особей, обладающих максимальной приспособленностью к условиям внешней среды, а количество слабоприспособленных особей уменьшается. Без мутаций не было бы никакого естественного отбора,
