"Чего не знал Дарвин!" - читать интересную книгу автора (Лалаянц Игорь)

ПАРК ДИНОЗАВРОВ

Но если динозавры погибли в результате вселенской катастрофы или от миграционных болезней, то, значит, они не проиграли конкуренции млекопитающим, и их геном не был разрушен губительными для здоровья мутациями!

Отсюда можно сделать вывод, что их гены, если бы мы имели сейчас возможность каким-то образом заполучить их, были бы вполне жизнеспособными.

За те годы, которые в поте лица трудились Альварес и Бэккер, молекулярная биология гена тоже достигла необычайного прогресса. Исследователи научились манипулировать генами по своему усмотрению, выделяя их и сшивая с другими, внося по желанию те или иные изменения, а также делать многое другое, о чем необходимо хотя бы вкратце рассказать, чтобы было понятно дальнейшее.

В самом начале 70-х годов ученые стали «вставлять» гены в так называемые плазмиды. Плазмиды — это «колечки» ДНК в протоплазме кишечной палочки, откуда и их название. Особенностью плазмид является то, что они размножаются в клетках микроорганизма относительно независимо. Поэтому вы в довольно скором времени получаете в свое распоряжение множество копий «вставленного» гена, который можете секвенировать или использовать для синтеза белка.

Секвенированием называется «прочтение» гена, то есть определение последовательности — секвенции — букв генетического кода А, Г, т и ц.

Прочтение это вполне сходно с чтением последовательности букв в этих строчках, с помощью чего от автора к читателю передается смысл информации или повествования.

Массу полученных таким образом генов используют для синтеза нужных человеку белков. Например, белкового гормона роста или инсулина, с помощью которого лечат диабетиков.

Совокупность методов прямого манипулирования генами и их белковыми продуктами, а попросту говоря молекулами белков, получила в последние годы название «биотехнология». А раньше — в самом начале — биотехнологию называли генетической инженерией или даже хирургией, потому что она тоже занималась вырезанием генов и их сшиванием в нужном порядке.

Для этого используются ферменты лигаза и рестриктаза. Название «лигаза» происходит от латинского корня «лига», то есть связь, соединение, сшивание.

Таким образом, название фермента «лигаза» можно перевести как «сшиваза» (названия всех ферментов согласно химической номенклатуре имеют окончание — аза). Ферменты представляют собой большие молекулы белков, которые обладают способностями ферментума, что означает по латыни «закваска».

Иногда еще ферменты называют на греческий манер «энзимы», что переводится тоже как закваска, дрожжи.

Мы уже сказали, что для генетической хирургии требуются еще рестриктазы. А что это такое? В основе названия этого сорта ферментов лежит древнейший корень «стри»-, который имеется в нашем слове «стричь». Рестриктазы — это «стригущие» белки, которые, подобно острым ножницам или бритве, перерезают нить нуклеиновой кислоты. Рестриктаз много, они способны резать нить ДНК между разными «наборами» ее букв генетического кода.

Чтобы представить себе, что это такое, вообразите некий палиндром, который необходимо расчленить на отдельные слова.

Вы не знаете, что такое «палиндром»? Автор тоже не знал, пока не познакомился с проблемой чтения и перевода древних рукописей, в частности библейских текстов или «Слова о полку Игореве». Дело в том, что греки в старину писали без разделения строки на слова. Занесли такой способ писания они и к нам вместе со своими книгами, писцами-скрибами и письменной техникой. Причем сохранился этот довольно утомительный для современного читателя способ вплоть до Ивана Грозного.

«Лицевой свод», составленный по его приказу в середине XVI века, написан палиндромом.

Само слово «палиндром», как уже догадался читатель, греческого происхождения.

Греческое слово «дромос» означало повозку или место для езды, гонок и т. д. Теперь попытаемся разобраться, что такое «палин». Это слово в греческом языке переводилось как «снова», опять, повторение, круговерчение. Оно восходит этимологически к корню со значением «крутить-вертеть», то есть близко к значению эволюция. Вот мы снова и пришли на круги своя.

Палиндромом же греки называли букво- или словосочетание, которое раз за разом можно прочитать по-разному.

Ну например:

Этот палиндром можно расчленить и как «Наполеон косил траву», и как «На поле он косил траву». Нечто подобное такому повторяющемуся членению последовательности букв мы видим и при действии различных рестриктаз, которые разрезают нить ДНК.

Представим себе, что первая рестриктаза «режет» нить ДНК между сочетаниями «он» и «ко», а вторая на границе ил-тр. Тогда мы получим сочетание слов, в котором говорится, что французский император занялся крестьянским трудом по обеспечению зимующего скота сочными кормами.

Если набор рестриктаз у нас обширнее, то мы можем воспользоваться ферментом, разрезающим в местах, соответствующих границе на-по и ле-ко.

И тогда все встанет на свои места: на поле он косил траву.

С набором ферментов мы сможем разрезать любой ген и вставить его куда надо. Останется только подействовать лигазой, и ген-конструкт готов, можем его теперь размножать сколько душе угодно.

Когда биологи научились манипулировать с генами, то встал вопрос о том, как их вводить не в клетки кишечной палочки, которая является одноклеточным организмом, а в такие сложные организмы как, например, организм мыши. Прошло целых десять лет после успеха с первыми генами и кишечной палочкой, прежде чем удалось преодолеть и этот барьер.

Первой в 1986 году запатентовали «онкомышь», то есть мышку, в клетки которой был введен онкоген. Онкогенами называют клеточные гены, которые в результате мутации становятся раковыми, откуда и их название. Введение онкогена в мышь позволило более подробно и детально исследовать раковые процессы в сложном организме млекопитающего, а значит, более целенаправленно искать пути лечения этого заболевания.

А потом число самых разных трансгенных мышей стало увеличиваться не по дням, а по часам. Трансгенными их называют потому, что у таких организмов осуществлена «трансгения», или трансплантация гена, причем чужеродного для данного организма. В настоящее время, к примеру, получены мыши с человеческим геном, используемые при изучении СПИДа и вирусной атаки на клетки белой крови, защищающие нас от всяких заболеваний и рака в частности.

Как же получают трансгенные организмы (помимо мышей, гены человека сегодня введены овцам, козам и коровам)? Для этого берут оплодотворенную яйцеклетку, удерживают с помощью микротрубочки, из которой слегка откачан воздух. Затем с помощью микрокапилляра сквозь оболочку яйцеклетки ДНК гена — 300–500 копий — вводится непосредственно в ядро. Примерно в одной из ста прооперированных таким образом яйцеклеток нужный вам ген трансплантируется в соответствующее место хромосомы и начнет со временем работать, или экспрессироваться. Что значит «со временем»?

Это означает, что гены включаются, или экспрессируются, не тогда, когда им захочется, а в строго установленном порядке. В норме у маленьких детей не растет борода, женщинам не приходится, как мужчинам, бриться, а у мужчин никогда не вырастают грудные железы.

Недаром в народе говорят: «Как с быка молока». Подчеркивая тем самым, что невозможно от организма мужского пола дождаться экспрессии генов пола женского.

Так что же, получается, что у мужчин нет «женских» генов и наоборот? Вовсе это «не получается». У каждого организма есть гены противоположного пола, однако они в норме не экспрессируются (иногда и у мужчин — крайне редко — бывает рак молочной железы). Каждая клетка организма несет в своем ядре полный набор генов человека как вида. Но в организме мужского пола не проявляются гены женского, как уже говорилось. Все это очень строго регулируется на молекулярном уровне.

Единственным исключением у млекопитающих являются клетки красной крови эритроциты, у которых ядер нет.

Поэтому ДНК можно получить только из клеток белой крови: лейкоцитов, лимфоцитов и макрофагов. И в принципе из одной такой клетки можно получить полноценного человека. Но все же лучше это получается из оплодотворенной яйцеклетки в матке женщины.

Все это хорошо, скажет читатель. Но как же получают сами гены? Ведь ДНК, как уже говорилось, биополимер, который необходимо полимеризовать из отдельных мономеров, которые называются нуклеотидами. Необходимо выстроить в строго заданном порядке миллионы, ну сотни тысяч нуклеотидов, чтобы получить полинуклеотидную цепь ДНК.

Химически это сделать сегодня невозможно, но самое главное, не нужно.

Природа вот уже миллиарды лет прекрасно справляется с этой сложной задачей с помощью фермента ДНК-полимеразы. Молекула этого белка скользит, подобно замку молнии, по одной цепи ДНК, достраивая из нуклеотидов, имеющихся в растворе, вторую комплементарную цепь. При этом «зубчик» одного азотистого основания входит в «ямку» другого из противоположной цепи.

А откуда же берут ДНК-полимеразу?

Поначалу ее выделяли с большим трудом из клеток все той же кишечной палочки. Ей вполне можно было бы поставить памятник, как собаке Павлова или дрозофиле Моргана. С помощью бактериальной ДНК-полимеразы были достигнуты первые успехи биотехнологии и «вытащены» гены давно умерших существ. А это еще как? — воскликнет пораженный читатель.

Не бойся, читатель! Речь не пойдет о спиритических сеансах или тени отца Гамлета. Но так уж получилось в истории человечества, что оно очень любит тени забытых предков и всякие раритеты. Речь идет о мумиях, в частности египетских, и шкурах животных, которыми удачливые охотники украшают свои дома, чтобы было чем похвалиться перед друзьями и знакомыми да вспомнить на старости лет о зеленых холмах Африки.

В 1985 году шведский ученый Сванте Паабо сообщил в международном журнале «Нейчур» о том, что ему с помощью ученых тогдашней ГДР удалось выделить кусочек ДНК длиной в 300 букв генетического кода из клеток кожи древнеегипетской мумии, хранившейся в Египетском музее Берлина. Не думай, читатель, что редчайшему экспонату человеческой истории был нанесен непоправимый ущерб. Ученые взяли лишь несколько чешуек кожи, из клеток которой и была выделена «нить жизни».

Интересно, что в судьбе Паабо отразился путь современной науки к молекулярному уровню. В свое время микробиолог О. Эйвери доказал, что именно ДНК является веществом генов.

Затем орнитолог Уотсон и физик Крик установили пространственную структуру ДНК. А теперь вот археолог по образованию Паабо стал молекулярным биологом, чтобы попытаться увидеть древнейший генетический материал.

Практически одновременно с данными по древнеегипетской мумии были опубликованы результаты работы Р. Хигучи из Калифорнии, который сумел «вытащить» ДНК из шкуры вымершей африканской квагги 140-летней давности (квагга считается гибридом между зеброй и лошадью). Это были огромные достижения, которые можно было сравнить только с изобретением ДНК-отпечатков для определения родства между людьми или идентификации преступника. Что это такое?

Представьте себе две книги, скажем, «Войну и мир» и «Повести Белкина». А теперь вообразите, что их варварски порвали постранично и даже порезали по строчкам. Как бы вы ни перемешивали страницы обеих книг и их строчки, достаточно одного взгляда, чтобы понять, где Толстой, а где Пушкин. Стиль писателя, его словарь, построение фразы и многие другие признаки позволяют даже не слишком опытным читателям отличить прозу Толстого от прозы Пушкина, а их обоих от Достоевского или Томаса Харди.

Нечто подобное предложил проводить на молекулярном уровне Алек Джефрис из университета английского города Лестера. Он нашел в геноме человека маркеры, которые стабильны у прямых потомков родительской пары. С помощью так называемого электрофореза — переноса образцов ДНК в электрическом поле — маркеры «разгоняются» в виде полосок, последовательность которых легко анализировать. Эти картинки еще сравнивают с полосчатыми компьютерными шифрами, которые мы видим на иностранных упаковках (компьютер тоже сравнивает'- идентифицирует — шифры товаров, указывая кассовому аппарату, какую цену пробивать).

С помощью ДНК-отпечатков стало возможно устанавливать родство людей, степень этого родства — чем оно дальше, тем большее несовпадение полосок будет наблюдаться, а также личность преступника. Но все это хорошо, когда в вашем распоряжении достаточное количество ДНК, а как быть, если ДНК очень мало? Над этой проблемой долгое время бился Кэри Муллис из калифорнийской биотехнологической фирмы «Сетус» в городке Эмеривилл.

Журнал «Тайм» назвал Муллиса в августе 1991 году последним лудильщиком, вкладывая в это слово тот смысл, что он «паяет» швы между самыми разными науками. Он консультирует биотехнологические фирмы и постоянно говорит о том, что одного вируса СПИДа явно было бы недостаточно, чтобы вызвать глобальную эпидемию этого заболевания. Свое необычное открытие Муллис сделал апрельской ночью в машине, когда они с женой ехали по горной дороге в секвойных лесах Северной Калифорнии.

Муллис поступил в «Сетус» — название фирмы переводится как «Кит» — в 1979 году. Его как химика взяли в исследовательский отдел для синтеза олигонуклеотидов, то есть коротких цепочек ДНК. Однако к 1983 году эту задачу взяли на себя автоматические синтезаторы электронной эры.

«У меня появилось время подумать», — говорит Муллис.

Он хотел найти метод — простой и надежный — идентификации буквы генетического кода, или нуклеотида в известном положении цепи ДНК. Задача сходна с той, которую мы каждый раз решаем, проверяя себя, какую букву писать, например, после «т» и после «л» в слове «интеллигенция».

Подобная проверка легко осуществима, поскольку у нас всегда под рукой словари и справочники по этимологии и орфографии слов. А как быть с ДНК, когда мы заведомо не знаем, какая буква генетического кода должна стоять на том или ином месте? Вот над этой-то проблемой и бился мозг Муллиса, когда он крутил руль своей машины.

В своих размышлениях Муллис отталкивался от двух известных открытий.

В 1955 году А. Корнберг из Станфордского университета неподалеку от Сан-Франциско выделил ДНК-полимеразу, которая начинает синтез ДНК, имея в своем распоряжении «затравку», которая по-английски называется праймер (праймерами в Англии и Америке называют также буквари и начальные строчки широко известных произведений, например «Я помню чудное мгновенье…»).

Второе открытие было связано с именем дважды Нобелевского лауреата англичанина Ф. Сэнджера, который первую награду получил за прочтение последовательности аминокислот в инсулине, а вторую — за создание метода расшифровки последовательности нуклеотидов ДНК. Как он это делал?

Он «подсовывал» ДНК-полимеразе измененный нуклеотид, который она не может «переварить», в результате чего синтез ДНК останавливался. Зная, какой нуклеотид он дал ферменту, Сэнджер таким образом узнавал противоположный комплементарный. Например, если он давал измененный А, то напротив, в другой цепи ДНК, которая служила матрицей для синтеза, стоял тимин «т», если «ц» — то Г и т. д.

Разработка не из легких, но именно так были прочитаны первые гены, а с этого и началась биотехнология наших дней.

Потом это все автоматизировали, и сегодня электронные автоматы сами читают по 10 тысяч букв в сутки. Кстати, измененными нуклеотидами теперь довольно успешно сдерживают развитие СПИДа у инфицированных людей.

И вот со всем этим багажом в голове Муллис едет в свой загородный дом в округе Мендосино, что на берегу Тихого океана. «Руки заняты, а голова свободна», — вспоминал он потом.

Тем не менее и голова его была занята напряженнейшей работой. Вблизи Кловердейла ему в голову пришла мысль, от которой он чуть не свалился с машиной в пропасть: а что если останавливать процесс нагреванием!

Ведь матрица и вновь синтезированная цепь разойдутся, полимеризация при этом прекратится, но после остывания процесс начнется вновь. Таким образом, после второго цикла у него будет уже 4 цепи, после третьего 8, после десятого чуть больше 1000 копий, а двадцати циклов хватит, чтобы получить миллион! Это ведь самая настоящая цепная реакция, проводимая с помощью ДНК-полимеразы. Так родилась полимеразная цепная реакция (ПЦР).

Утром, когда он проснулся уже у себя в загородном доме, ему пришла трезвая мысль: а почему же никому это раньше не приходило в голову? Он не мог дождаться понедельника. Придя в «Скетус», Муллис тут же бросился в библиотеку, потребовав всю наличную литературу по ДНК-полимеразе. Нигде и намека не было на ПЦР! Он был первым, оставалось только осуществить идею в пробирке, что он довольно быстро и сделал. Оказалось, что для начала ПЦР вполне достаточно праймеров из 11 или 13 нуклеотидов.

Сегодня на счету ПЦР уже много самых разных достижений.

Можно «доставать» ДНК из самых различных биологических объектов. Ну например: один террорист лизнул марку, которую наклеил на пакет со взрывчаткой. Тех нескольких клеток слизистой ротовой полости, которые остались на клейкой стороне марки, оказалось вполне достаточно, чтобы извлечь из них ДНК и определить преступника. Еще пример. В калифорнийском городе Сан-Матео по подозрению в изнасиловании был задержан человек. Анализ его ДНК позволил установить невинность. Только через год полиция арестовала истинного насильника. При обыске у него был обнаружен и браслет той давней жертвы.

Работы продолжались. Э. Голенберг из Калифорнийского университета в Риверсайде «вытащил» цепочку ДНК длиной 790 нуклеотидов из листьев магнолии, которая росла 17–20 миллионов лет назад. Статью об этом он опубликовал в журнале «Нейчур». Исследователям, считает Голенберг, повезло, поскольку листья падали в озеро и тут же опускались на дно, в результате чего ДНК в течение всего этого долгого времени не подвергалась атакам кислорода.

А в 1989 году сотрудница госпиталя Дж. Редклифа в Оксфорде Эрика Хагелберг решила применить ПЦР в анализе ДНК, извлеченной из 750-летних костей двух жертв английской гражданской войны. Специалисты Флоридского университета в Гэйнсвилле, что на севере штата, попытались извлечь ДНК из 90 прекрасно сохранившихся мозгов людей, которых 6-8 тыс. лет тому назад хоронили в болоте у нынешнего местечка Виндовер.

Но самое удивительное доказательство мощи ПЦР пришло из Англии 1 августа 1991 году, когда «Нейчур» опубликовал статью Хагелберг и Джефриса об идентификации костей 15-летней жертвы убийства из Кардифа.

Началась эта история в июле 1981 года, когда Карен Прайс пошла вечером к подруге, а домой не вернулась. Только в декабре 1989 года в заброшенном саду богатого дома в обгорелом ковре рабочие нашли скелет девушки.

Полицейский эксперт по черепу восстановил внешний облик девушки. Она очень походила на Карен. И действительно, сначала ее бывшая воспитательница, а затем и родители подтвердили сходство. Но надо было доказать более веско, что это именно дочь Прайсов. У них взяли анализ крови и получили «профиль» ДНК. Затем с помощью ПЦР «достали» и «размножили» для анализа ДНК из бедренной кости девушки.

Чтобы было понятно, о какой точности анализа идет речь, скажем, что «вытащить» удалось всего 5 микрограмм ДНК!

Сравнение полосок этой ДНК с профилем родителей однозначно говорило о том, что это скелет Карен. В феврале 1991 года были задержаны и осуждены двое убийц. Это был первый случай в истории британского суда, когда в качестве вещественного доказательства был принят анализ ДНК!

Хорошо, скажет читатель, вы меня убедили в неограниченных возможностях современной молекулярной биологии и биотехнологии. Но какое же это имеет отношение к проблеме динозавров и тому, что они вымерли не в результате исторического проигрыша на генетическом уровне?

А такое, что если это так, то динозавров можно оживить, поскольку их геном был весьма жизнеспособным.

Логично, ответит читатель, но где вы собираетесь взять этот самый геном?

Ведь сегодня динозавры не пасутся на равнинах Рязанщины или Айовщины.

Не пасутся, ответим мы, но источник их генома есть! Причем сохранившийся в идеальных бескислородных условиях.

Речь идет, конечно же, об янтаре, вернее, не самом янтаре, а о тех мушках и комарах, которые туда попали десятки миллионов лет назад. Одним из самых известных месторождений янтаря на нашей планете является карьер Приморское рядом с поселком Янтарный, бывший немецкий Пальмикен на берегу Балтийского моря неподалеку от Калининграда (Кенигсберга).

Янтарь во множестве попадается в голубой земле, залегающей на глубине всего лишь десяти метров. А в районе поселка Филино янтарь встречается даже в основании береговых обрывов.

Слой голубой янтароносной земли имеет толщину от 6 до 14 метров.

Известно, что динозавры обитали на Земле тогда, когда на ней были распространены в основном голосеменные растения, к которым относятся хвойные: ель, сосна, секвойя, китайское гингко и т. д. Лишь в меловом периоде появились первые цветковые растения, но им еще долго пришлось сосуществовать с хвойными. Поэтому неудивительно, что где-то 70–80 миллионов лет назад комары и другие кровососущие насекомые попадали, напившись крови динозавров, в янтарного цвета смолу предков нынешних сосен и елей и оставались там навсегда.

Так навсегда с ними в их сосущих хоботках осталась кровь динозавров.

Надо только растворить в ксилоле и толуоле янтарь, чтобы получить доступ к ценнейшему генетическому материалу мезозойских ящеров! Задача для ученых облегчалась тем, что и красные кровяные клетки динозавров несут ядра со всей совокупностью «ящерных» генов.

С помощью ПЦР удалось скопировать во множестве копий всю ДНК двух видов древних ящеров. Как же определили, что это ДНК именно динозавров, а не каких-то других древних животных? Дело в том, что в геномах современных пресмыкающихся сохранились «осколки» ДНК вымерших животных класса рептилий. По этим осколкам и установили реальность воспроизведенного с помощью ПЦР генома ящеров.

После получения многочисленных копий динозаврового генома их с помощью микропипетки ввели в ядро оплодотворенной яйцеклетки крокодилихи, предварительно удалив из него ДНК аллигатора. Яйца крокодила по их стоимости вполне могли тягаться с золотым яичком курочки Рябы. В урочное время новые «старые» существа увидели свет. Об успехе осуществленной операции сообщил солидный американский журнал «Дайнозорс тудей». Хотелось бы верить, что это именно так.

В журнале сообщалось, что динозавры были поселены на одном из необитаемых островков морского заповедника «Экзума киз лэнд энд си парк», который находится в нескольких десятках миль от столицы Багамских островов Нассау.

Питомник динозавров создан для привлечения туристов.

Так уж получилось, что первые два выращенные вида оказались травоядными. Это были майазавры и ородромеусы.

Майазавры во взрослом состоянии достигают десятиметровой высоты. Ородромеусы гораздо скромнее — всего два с половиной метра. Они явные «индивидуалисты»: из яйца вылупляются вполне сформировавшиеся и готовые к поискам зеленой пищи особи. Майазавры же гораздо большие «коллективисты», жмутся друг к дружке, топчут яичную скорлупу, издавая при этом звуки с помощью двух полых трубок, отходящих от задней части их вытянутых голов.

Когда-то кладки яиц динозавров были самыми настоящими «яслями» и малышатниками. Коллективные кладки охраняли две-три мамаши, в то время как остальные могли пастись среди зеленых зарослей. Палеонтологи в Монголии обнаружили такие гигантские кладки, число яиц в которых явно превышало возможности одной особи.

В свое время майазавры и ородромеусы заселяли пространство от Техаса до Китая. Вполне возможно, что со временем их вновь расселят не только по старым территориям, но и по новым.

Ученые проводят интенсивные поиски, чтобы воссоздать хищных тираннозавров, ведь на острове надо поддерживать естественный баланс жертв и хищников.

Думают они и над «подселением» трикератопсов, которые станут хорошим добавлением к травоядным майазаврам и ородромеусам. Уберечь бы их только от браконьеров, которые не прочь подзаработать на контрабанде редчайших животных планеты…

Некогда греческий философ Эмпедокл, живший в городе Акрагас на Сицилии, провозгласил, что все во Вселенной состоит из четырех элементов, управляемых любовью и ненавистью. Под действием любви все эти элементы сливаются воедино, а ненависть разделяет их на концентрические окружности. Согласно Эмпедоклу, поначалу в мире царила любовь, но затем — когда началось творение космоса — в дело вмешалась ненависть. Как при извержении Этны из единого целого вырвался воздух, затем огонь, после чего отделилась земля.

На Земле, согласно Эмпедоклу, сначала были только обоеполые деревья.

Затем, после вмешательства ненависти, возникли разделенные на два пола животные. При этом началось развитие эволюция, в ходе которого выживают наиболее приспособленные…

Динозавры погибли, оказавшись неприспособленными к изменениям на Земле. И вот теперь им дана вторая попытка. Пусть живут.