Лечение бактерии
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Когда клетка не производит какой-нибудь белок, виновата ДНК. Значит, ген, ответственный за синтез этого белка, не работает. Дефект может быть результатом мутации, а может быть получен от материнской клетки в наследство. В последнем случае возникает наследственное заболевание. Например, галактоземия — неспособность организма усваивать молочный сахар — галактозу.
Возникает галактоземия оттого, что в ДНК зародыша поврежден участок, ответственный за синтез фермента, расщепляющего галактозу. Ясно, что, чем лишать младенца материнского молока, лучше заменить этот участок на новый или просто ввести ген, синтезирующий нужный фермент. Однако легко сказать «вставить ген»!
Сначала у исследователей был вирус, называемый фагом. Фаг нес в себе галактозный оперон — комбинацию генов, ответственных за синтез фермента, расщепляющего галактозу.
Ученые расщепили ДНК фага на несколько частей. Затем нужный оперон был перенесен в больную бактерию. Это делают с помощью плазмиды — молекулы ДНК, находящейся вне хромосомы, в плазме. Плазмиды могут перемещаться из клетки в клетку и доставлять новую информацию. Самые изученные из плазмид те, что несут гены устойчивости к антибиотикам. И в нашем случае использовали плазмиду, содержащую ген устойчивости к антибиотику кольцину.
В нормальном состоянии плазмида представляет собой замкнутое кольцо. Его, подействовав на плазмиду той же рестриктазой, разрезают в одном месте. Рождается линейная молекула с «липкими концами», комплементарными «липким концам» оперона. Подействовав на смесь ферментом лигазой, их опять сшивают в кольцо, которое содержит оперон и исходную плазмиду. Получена новая, до сих пор не существовавшая плазмида. В бактерию, «больную» галактоземией, направляют такую плазмиду, и та передает ей недостающий оперон — вот и весь «курс лечения». Но есть еще одна немаловажная деталь. Дело в том, что в цепях ДНК, кроме генов, находятся промоторы — последовательности нуклеотидов, регулирующие действие генов.
В нашей плазмиде два таких промотора — один из них просто заставляет ген синтезировать фермент, расщепляющий галактозу. Другой осуществляет более тонкую регуляцию. В обычной, здоровой бактерии действие первого промотора подавлено и работает в основном второй. Он действует как регулятор с обратной связью — как только количество поедаемой клеткой галактозы превысит ее потребности, промотор приостанавливает синтез фермента.
В плазмиде доминирует первый промотор. К тому же одна клетка обычно содержит несколько плазмид, которые работают самостоятельно. В таком состоянии она напоминает пресловутого «кадавра желудочно неудовлетворенного». Представьте себе, что человека снабдили десятью ртами, каждый из которых потребляет пищи столько, сколько у нормального человека один. Но потребности организма остались те же, и если такого «кадавра» снабдить к тому же неограниченным количеством еды, то он скоро погибнет от обжорства. В таком же положении находится и клетка.
Нужно ликвидировать первый промотор. И ученым удалось этого достичь. В результате клетка потребляет столько галактозы, сколько ей нужно для нормального существования. Первый шаг в лечении наследственных заболеваний новым методом сделан. Что же нужно, чтобы перейти к человеку? Очень много. Но, возможно, от бактерии до человека окажется ближе, чем от молекулы до бактерии…
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.