Правдивая сказка о трансгенной репке

Зачем всё это?

Стоит задавать этот вопрос перед началом любого более-менее осмысленного дела. А если дело — выведение генетически уникального организма, то и подавно. Хотите вывести розы, что сражают ядами — блокаторами дыхательной цепи каждого, кто укололся об их шипы, — да будет так. Подумываете вывести репу, без рыб рыбий жир производящую, — мы только поддержим. Поскольку редакция наша за мир во всём мире, остановимся на варианте с репкой.
 

Чьи гены пересаживать будем?

Чтобы репка наша рыбий жир производила, можно попробовать пересадить ей ген лосося, что кодирует белок, что омега-3 жирные кислоты производит. Но, вполне возможно, у лососей производство полезного жира зависит от целого каскада белков и пересаживать придётся сразу десяток генов. А возможно, и белки лосося несовершенно будут работать — слишком уж разная биохимия. Для поиска идеального донора генов придётся прошерстить мириады страниц научных статей. И, как часто бывает, кто ищет, тот находит. Известны науке растения такие, что омега-3 жирные кислоты производят. Есть об этом статья, а в ней пишут, что у некоторых примул (широко известных под именем первоцвет) в цветках встречаются два белка, ответственных за производство омега-3 жирных кислот. Известны и гены, что кодируют в примулах эти белки. И встречаются эти гены ещё у грибов рода нейроспора. Но примула репке более близкая родня, оттого и донором первостепенным её выбрать стоит.

Экспедиция за генами

Донор генов для репки, что веганов мира всего рыбьим жиром нерыбьего происхождения снабдит, обитает в предгорьях Кордильер. Придётся отправиться за генами в путешествие. Только не спешите паковать чемоданы — сначала посадите репку, чтобы было куда гены потом пересаживать. Посадили? Отлично, можно лететь за примулой-донором. Не забудьте вооружиться канцелярским дыроколом, маленькими стерильными пробирками-эппендорфами и 70%-ным раствором спирта. Этот набор можно назвать «starter pack юного генного инженера». Глобальная база биоразнообразия GBIF расскажет нам, где донор генов прячется, где и когда его в последний раз заметили, — начните поиски с этой локации. И, о чудо — удача с первой попытки! Перед вами заветный первоцвет. Не теряйте самообладания: твёрдой рукой берите дырокол и хладнокровно дырявьте им лист. В листе осталась дырка, а в дыроколе — кружочек. Этот кружочек нужно положить в ту маленькую пробирку, что с собой захватили, да залить всё спиртом.

Три волшебные буквы

Отобранный кружочек содержит несколько тысяч клеток. В каждой клетке — по копии заветного гена. Только как его оттуда извлечь? Для этого генетический материал отправляют на три нашумевших буквы — ПЦР. Реакция эта позволяет сделать мириады копий любого фрагмента ДНК, нужно лишь правильно ингредиенты подобрать. Кидаем в котёл правильно подобранные праймеры, фермент-полимеразу да нуклеотидов запас. Последний штрих — тщательно измельчаем кружочек из дырокола и отправляем в ПЦР-котёл. Там происходит магия: праймер ищет в геноме донора комплементарный участок и связывается с ним, образуя этакую взлётно-посадочную полосу для ДНК-полимеразы. Полимераза видит праймер, садится на него и начинает клепать копию вожделенного гена. На разных стадиях процесса вы то нагреваете, то охлаждаете пробирку, в которой творится эта молекулярная алхимия.

ПЦР

Полимеразно-цепная реакция. Изобретение 1980-х, которое принесло своему автору Нобелевскую премию по химии. Эта реакция — один из самых быстрых и эффективных способов получить неограниченно большое количество копий нужного гена. Схема реакции достаточно проста. Сначала необходимо подобрать участок ДНК, начиная с которого необходимо «копировать» фрагмент ДНК и синтезировать праймер — короткий одноцепочечный фрагмент ДНК, комплементарный (помните школьную мантру А—Т, Г—Ц?) этому участку-мишени. С помощью праймера фермент ДНК-полимераза, отвечающий за копирование ДНК, «понимает», какой именно ген в длинной цепочке служит её целью. Для наглядности можно представить, что ДНК — большая книга, ген — небольшой параграф, праймер — закладка, а ДНК-полимераза — копировальный аппарат. Не хватает только чернил (если угодно, бумаги), которые и составят копию. Ими служат нуклеотиды — структурные единицы (те самые А, Т, Г и Ц), буквы той самой ДНК-книги, копию фрагмента которой нужно сделать с помощью ПЦР.

Волшебная палочка

Теперь настало время достать волшебную палочку. Не бузинную, а палочковидную бактерию Agrobacterium tumefaciens — главного союзника генного инженера. Строго говоря, эта бактерия тоже генный инженер. Она умеет встраивать в геном растений гены из своей плазмиды, что вызывает образование опухолей, клетки которых производят питательные для этих бактерий вещества. Учёные научились подсовывать агробактериям в плазмиду гены, которые сами хотят встроить в растения. С помощью набора ферментов перекраиваем плазмиду: вставляем туда наработанный из примулы ген, подшиваем пару генов, обеспечивающих устойчивость к антибиотикам у бактерий, и ещё один — устойчивость к третьему антибиотику у растений. После молекулярной кройки делаем множество копий нашей плазмиды с помощью кишечной палочки E. coli (они это делают почти сами и весьма охотно). Затем подсовываем плазмиды тем клеткам Agrobacterium tumefaciens, что не успели обзавестись собственными плазмидами. Убиваем антибиотиками, резистентность к которым зашивали в плазмиду, бактерий, коих не удалось модифицировать. В результате выживут только устойчивые — те, которым пересадили ген рыбьего жира. Дальше можно пересаживать его в репку.
 

Пересадка генов

У нас был донор гена — ХХХ. Вектором-посредником мы выбрали агробактерий. Теперь настала пора подготовить реципиента — репку. За время путешествий и молекулярных манипуляций она успела вырасти. Но нельзя просто так взять и пересадить ген в репку. Нужно выделить из неё каллус. Так называются стволовые клетки растений. Для этого берём стерильный скальпель и надрезаем стебель. Вскоре на нём появится зеленоватая вязкая жидкость — это и есть каллус. Его надо пересадить на питательную среду. А затем подсадить к культуре каллуса ещё и агробактерий. И сделать это 20 раз подряд: высадить 20 чашек каллуса, да чтобы погуще, и подсадить бактерий во все. В засеянных чашках Петри рождается страсть, которой лучше не мешать.

Выждали. Если работали не слишком стерильно, то в некоторых чашках заведётся плесень или ещё чего странное — на утилизацию. Оставшиеся, с виду не заросшие чашки Петри обрабатываем всеми тремя антибиотиками. В нескольких чашках Петри всё опять погибает — на утилизацию. Но в паре чашек жизнь продолжает теплиться — там-то, видимо, генная модификация прошла успешно. Пересаживаем трансгенные стволовые клетки на новые и новые чашки Петри, заставляем их делиться, а после трансформироваться в полноценное растение. Для этого им в чашку нужно подмешать немного гормонов — ауксинов и цитокининов.

Вот потихоньку из бесформенной клеточной массы начинает вытягиваться трансгенной репы росток. Будет он большой да сильный, и рыбьего жира в нём станет и на дедку, чтобы сердечно-сосудистыми не болел, и на бабку, чтобы нервная система была в порядке, и болявой внучке для иммунитета. А жучка ГМ-репу вряд ли оценит, ибо хищница.

Сказки сказками, но в магазинах западных уже продают наборы для домашней генной инженерии. В них, как правило, включают и компактные центрифуги, вращающиеся с частотой 10 тысяч оборотов в минуту, и приборы для ПЦР с контролем температуры, и автоматические пипетки с набором разовых наконечников, и чашки для выращивания клеток, и культуры бактерий-векторов… И это лишь первые несколько позиций из огромного перечня оборудования, что включают эти наборы. Ценник, кстати, не слишком сказочный. Собрать домашнюю лабораторию обойдётся в тысячу-другую долларов.
 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №3 (44) за декабрь 2020 г.