Лікування бактерії
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Коли клітина не виробляє який-небудь білок, винна ДНК. Значить, ген, відповідальний за синтез цього білка, не працює. Дефект може бути результатом мутації, а може бути отриманий від материнської клітини в спадок. В останньому випадку виникає спадкове захворювання. Наприклад, галактоземія – нездатність організму засвоювати молочний цукор – галактозу.
Виникає галактоземія тому, що в ДНК зародка пошкоджена ділянка, відповідальна за синтез ферменту, що розщеплює галактозу. Ясно, що, ніж позбавляти немовля материнського молока, краще замінити цю ділянку на нову або просто ввести ген, що синтезує потрібний фермент. Однак легко сказати «ввести ген»!
Спочатку у дослідників був вірус, званий фагом. Фаг ніс в собі галактозний оперон – комбінацію генів, відповідальних за синтез ферменту, що розщеплює галактозу.
Вчені розщепили ДНК фага на кілька частин. Потім потрібний оперон був перенесений в хвору бактерію. Це роблять за допомогою плазміди – молекули ДНК, що знаходиться поза хромосоми, в плазмі. Плазміди можуть переміщатися з клітини в клітину і доставляти нову інформацію. Самі вивчені з плазмід ті, що несуть гени стійкості до антибіотиків. І в нашому випадку використовували плазміду, що містить ген стійкості до антибіотика кольціну.
У нормальному стані плазміда є замкнутим кільцем. Його, подіяв на плазміду тією ж рестриктазою, розрізають в одному місці. Народжується лінійна молекула з «липкими кінцями», комплементарними «липкими кінцями» оперона. Подіяв на суміш ферментом лігази, їх знову зшивають в кільце, яке містить оперон і вихідну плазміду. Отримана нова, досі не існуюча плазміда. У бактерію, «хвору» галактоземією, направляють таку плазміду, і та передає їй недостатній оперон – ось і весь «курс лікування». Але є ще одна важлива деталь. Справа в тому, що в ланцюгах ДНК, крім генів, знаходяться промотори – послідовності нуклеотидів, що регулюють дію генів.
В нашій плазміді два таких промотора – один з них просто змушує ген синтезувати фермент, який розщеплює галактозу. Інший здійснює більш тонку регуляцію. У звичайній, здоровій бактерії дія першого промотора придушена і працює в основному другий. Він діє як регулятор зі зворотним зв’язком – як тільки кількість галактози, що поїдається клітиною перевищить її потреби, промотор призупиняє синтез ферменту.
У плазміді домінує перший промотор. До того ж одна клітина зазвичай містить кілька плазмід, які працюють самостійно. У такому стані вона нагадує горезвісного «кадавра шлункового незадоволеного». Уявіть собі, що людину забезпечили десятьма ротами, кожен з яких споживає їжі стільки, скільки у нормальної людини один. Але потреби організму залишилися ті ж, і якщо такого «кадавра» забезпечити до того ж необмеженою кількістю їжі, то він скоро загине від обжерливості. У такому ж становищі знаходиться і клітина.
Потрібно ліквідувати перший промотор. І вченим вдалося цього досягти. В результаті клітина споживає стільки галактози, скільки їй потрібно для нормального існування. Перший крок в лікуванні спадкових захворювань новим методом зроблений. Що ж потрібно, щоб перейти до людини? Дуже багато. Але, можливо, від бактерії до людини виявиться ближче, ніж від молекули до бактерії…
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.