Получение генов

Синтез первого гена алониновой транспортной РНК носил драматический характер. Корана удалось с помощью ферментов последовательно присоединить в цепочку 85 нужных пар нуклеотидов, соответствующих гену аланиновой т-РНК. Затем в колбу были добавлены нужные для «работы» гена ферменты и строительный материал — предшественники нуклеотидов РНК. Но ген не функционировал, т-РНК не вырабатывалась.

Выяснилось, что в естественных условиях в клетке синтезируется более длинная молекула т-РНК, которая потом укорачивается специальным ферментом. Была определена недостающая часть последовательностей нуклеотидов и синтезирован геи, состоящий из 126 пар. Но и он оказался биологически инертным. К нему добавили регуляторные участки, способные управлять работой гена, и весь ген включили в бактериальную ДНК. И опять безрезультатно. После этого ген «подшили» к ДНК бактериофага и заразили им бактерию. Наконец-то искусственный ген заработал! В зараженной бактерии появилась биологически активная аланиновая т-РНК, вырабатываемая искусственным геном.

Подобным образом были синтезированы и другие гены. В нашей стране под руководством Ю. А. Овчинникова и М. Н. Колесова с помощью ферментов были химически синтезированы гены гормонов человека и животных — энкефалина и брадикинина.

Метод химико-ферментативного синтеза генов можно применить для создания простейших генов, кодирующих небольшие полипептиды. Для более сложных генов этот способ сложен, требует очень кропотливой работы. Корана потратил несколько лет на синтез первого гена. Хотя метод и усовершенствован, он довольно трудоемок.

Более перспективным оказался матричный синтез генов. В 1970 г. американский вирусолог Г. Темин обнаружил фермент, который дает возможность «переписывать» наследственную информацию с матрицы и-РНК на молекулы ДНК. Была изменена главная догма молекулярной биологии о том, будто наследственная информация поступает с молекулы ДНК на РНК. Оказывается, она может передаваться и в обратном направлении. Такой синтез осуществляется ферментом обратной транскриптазы или ревертазы. С помощью ревертазы в принципе может быть получен любой ген у всех организмов.

В 1972 г. в США и в 1973 г. в нашей стране, применив обратную транскриптазу и глобиновую и-РНК, ученые   создали    копию  глобинового гена. Затем в результате сложного многоступенчатого ферментативного синтеза были получены   отдельные  гены человека, кролика, мыши, голубя, утки.

Недавно разработан генетический способ выделения генов использованием фагов. Одна культура бактериальных клеток заражалась фагом лямбда, другая — фагом Ф80. Каждый из них внедрялся в хромосому рядом с лактозным геном и захватывал его с разных концов. Оба фага размножали, двойные нити их ДНК разделяли на одиночные и смешивали. При восстановлении двойной нити ДНК комплементарными участками в обеих нитях была только область лакгена. ДНК фага находилась в однонитевом состоянии, ее удаляли специальным ферментом. В итоге оставалась двунитевая ДНК лактозного гена. Способ имеет свои ограничения: выбранные фаги должны иметь строгие места локализации — возле гена.

Найдены бактериофаги и другие генетические структуры, которые не имеют определенного места локализации и могут внедряться во многие места хромосомы и, захватив близлежащие участки ДНК, вновь высвобождаться из нее. Эти структуры назвали транспозопами — прыгающими генами. Они дают возможность выделить любой ген. Характерное свойство транспозонов — способность переносить гены из одного участка хромосомы в другой и даже между различными хромосомами, изменяя при этом генетическую информацию клетки.