Биоконструктор для ученых: как используются методы "обратной" генетики
Ученые-генетики ХХI века, благодаря прорывным открытиям в своей науке, все больше напоминают "лабораторных богов", которые владеют технологиями сборки "трехмерного генетического пазла" - биологического организма.
О последовательностях генов накоплено огромное количество информации - и теперь можно экспериментировать с их перемещением, составлять в цепочки, включать или выключать. Получается, что владеющий современными технологиями генетик вполне может "придумать" свой организм и вырастить его из эмбриона, наблюдая за развитием на всех этапах роста.
Для этого используют методы "обратной" генетики: от генотипа к фенотипу. Мы привыкли идти от общего к частному: от фенотипа (внешности) к генотипу - записи нашей внешности и других наследственных факторов в геноме. Фенотип можно определить как "вынос" генетической информации навстречу факторам среды. "Обратная" генетика идет в противоположную сторону, составляя из генов конструкции и предсказывая, как они будут проявлены в фенотипе.
Популярными объектами обратной генетики являются модельные организмы: вирусы, дрожжи, дрозофила, червь нематода C. Elegans, рыбка Данио и, конечно же, домовая мышь. В разных лабораториях мира ученые экспериментируют с изученными цепочками генов, проявляя их значение для всего организма. Самым крупным проектом обратной генетики является создание нокаутных мышей.
Боксерский термин в данном случае применяется для обозначения выключенного гена - то есть это не "мышь в нокауте", а "ген в нокауте". Часть работающего гена или просто удаляется, или заменяется на неработающий, или внедряется вставка (технология "генных ловушек"). Создание нокаутных мышей - это многоходовка, в результате которой рождаются существа с новыми свойствами. Если эти технологии будут усовершенствованы, то человек получит возможность создавать абсолютно новых биологических существ. Пока же идет работа по изучению генов путем их нокаутирования на стадии эмбриона. Как же это происходит?
Сначала у мыши-донора генетически чистой линии берут эмбрионы (пусть это будет черная мышь). Туда вводят фрагмент ДНК, который содержит мутантный, то есть поврежденный ген (этот ген обозначен у нас желтым цветом). Потом этот фрагмент встраивается в хромосомы - обычно только в одну из двух гомологичных (то есть сопоставимых) хромосом клетки.
Дальше полученные стволовые клетки с мутантным геном вводят в зародыши мышей другой линии - пусть они будут белыми. И ждут, чтобы они немного подросли.
Теперь зародыши подсаживают в суррогатную мать третьей линии - у нас на рисунке эта мышь рыжего цвета.
Приходит время (беременность у мыши длится от 17 до 24 дней) и мышата рождаются. Их называют химерными - это значит, что эти организмы состоят из генетически разнородных клеток. Часть из них - те, что родились из клеток с нокаутными генами, - будут рожать только черных мышей.
Дальше, скрестив двух химерных мышей, согласно менделевскому расщеплению, можно получить четверть потомства, которую можно причислить к абсолютно чистой линии нокаутных мышей.
Сейчас таких линий уже больше тысячи - на них можно изучать разные человеческие болезни. Некоторые из линий выведены в российских институтах. Например, линия ФНО/ЛТ панель получена в лаборатории молекулярной иммунологии Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН, которым руководит академик РАН Сергей Недоспасов. Панель содержит десятки мышей с разными тонкими отличиями. Например, есть мыши с модифицированным геном фактора некроза опухолей - на них можно тестировать разные методы лечения рака, а также изучать врожденный и приобретенный иммунодефицит.
Поясняет академик РАН, заведующий лабораторией молекулярных механизмов иммунитета Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта РАН, заведующий отделом молекулярной иммунологии Института физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского, заведующий кафедрой иммунологии биологического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова Сергей Недоспасов: "В России выведено всего несколько линий нокаутных мышей - эта технология пока не стала рутинной. У нас на выведение уходило года два, на понимание того, что получилось, - еще несколько лет. А в некоторых своих проектах мы изучаем мышей, которых "сделали" десять лет назад. И эти исследования еще не закончены."
