Історія одного відкриття: як розшифровували ДНК

0
2

Творець методу читання ДНК став єдиним вченим, двічі отримав Нобелівську премію з хімії.

У перші два десятиліття після того, як Уотсон і Крик відкрили подвійну спіраль ДНК, людству вдалося дуже багато чого зрозуміти про молекулярну природу життя. Була сформульована знаменита «центральна догма», згідно з якою генетична інформація в клітці передається тільки в одному напрямку: від ДНК до білка.

Було повністю розшифровано генетичний код, який дозволяє клітці перекладати тексти нуклеїнових кислот в тексти білків, тобто послідовність нуклеотидів в ДНК і РНК — в послідовність амінокислотних залишків в білках. Все це були величезні досягнення.

Проблема, однак, полягала в тому, що, хоча молекулярні біологи весь час міркували про ці тексти, самих текстів ніхто не знав. Не було способу розшифрувати гени. Або, іншими словами, не було методу визначення послідовності нуклеотидів в ДНК. Дізнатись більше про тести ДНК можна на сайте лаборатории за посиланням.

На той час це вже вміли робити для білків — метод читання їх послідовності був розроблений на початку 1950-х років, ще до відкриття подвійної спіралі. Крім того, вчені вже трохи вміли читати короткі послідовності РНК. А ось послідовності ДНК не вміли читати взагалі.

Це створювало колосальну пролом в реальному розумінні молекулярних основ життя і стримувало як розвиток біотехнологій, яких, власне кажучи, ще не було, так і медичного застосування цих знань.

Стало навіть здаватися, що це занадто складне завдання і його не вдасться вирішити — всі спроби виявлялися безуспішними.

Але ось в середині 70-х років XX століття стався прорив. Метод визначення послідовності ДНК був розроблений британським вченим-хіміком Фредеріком Сенгером.
Сенгер — велика людина. Він єдиний в історії науки, хто отримав дві Нобелівські премії з хімії. Нобель заборонив давати два рази одному і тому ж людині премію в одній і тій же області. А Сенгер на той час вже отримав премію як раз за розробку методу читання амінокислотних послідовностей в білках.

І коли він розробив метод читання послідовності ДНК, Нобелівський комітет опинився в дуже скрутному становищі: він повинен був або не дати людині премію за видатне відкриття, або порушити заповіт Нобеля. Вирішили все-таки порушити заповіт. І це єдиний випадок в області хімії.

Як тепер читають послідовності ДНК? З тих пір в цьому напрямку був зроблений величезний прогрес, і він заснований на прорив Сенгера. Послідовність ДНК — це колосальної довжини текст, написаний за допомогою всього чотирьох «букв» — чотирьох хімічних сполук: аденіну (А), тиміну (Т), гуаніну (G) і цитозину . У нас в кожній клітині є геном, який складається з трьох мільярдів нуклеотидів, трьох мільярдів таких «букв».

Перш за все, ДНК розрізають на фрагменти за допомогою спеціальних ферментів, які називаються рестріктази. Рестріктази дізнаються короткі послідовності ДНК, що містять приблизно від 6 до 8 нуклеотидів, і тільки в цьому місці певним чином розрізають подвійну спіраль ДНК. Відкриття таких «ножиць» стало ще одним проривом початку 1970-х років.

Після розрізання ДНК завдання зводиться до того, щоб визначити послідовність короткого шматка — він може містити сотню або кілька сотень ланок. І тут використовується метод Сенгера. До отриманого фрагменту молекули додаються з обох кінців спеціальні адаптери, тому що рестриктаза залишає нерівні кінці. Адаптер має певну послідовність, яку вибираємо ми самі, так як він синтетичний. Після додавання адаптера кожен фрагмент отримає певні — відомі нам — послідовності на кінцях. Ці послідовності ми зможемо використовувати для того, щоб додати до фрагменту молекули синтетичні праймери (фрагменти нуклеїнової кислоти), починаючи з яких за наявною послідовності ДНК буде синтезуватися комплементарная ланцюжок.