ДНК и её человек. Краткая история ДНК-идентификации

Спрашивается: откуда у чиновников ВОЗ специфические праймеры к абсолютно неизвестному, супертаинственному возбудителю? Настолько специфические, что сразу ясно, с одного красного огонечка: он самый, и мы все умрем? Можно, конечно, использовать праймеры к консервативным участкам, которые встречаются в геномах многих вирусов (пусть будет вирус, а не бактерия). Тогда мы получим сигнал, если в пробе присутствует любой из этих вирусов. Однако неудивительно, что в месте, где постоянно ходят толпы сопливых туристов, есть какие-то вирусы. Да, в воде их немного, но в том и прелесть ПЦР, что она делает различимый сигнал из следовых количеств нуклеиновых кислот. Так что, похоже, обманывали профессора Лэнгдона не только симпатичные девушки и тайные агенты. Всемирная организация здравоохранения сама была в курсе коварного замысла, даже геном возбудителя имела! Или автор чего-то не понял про ПЦР. Зато он много знает об истории искусства, в отличие, например, от меня.

Вот такое у ПЦР граничное условие: знать фланкирующие последовательности, то есть конец и начало интересующего участка. И в конце ХХ в., когда читали геном человека, фрагменты клонировали в векторах (сотрудники Крейга Вентера, которые работали с короткими фрагментами, – даже в обычных бактериальных плазмидах). А к последовательностям в векторе уже можно применять ПЦР: даже если вставку никто еще не читал, последовательность плазмиды, в которую она вставлена, известна.

С другой стороны, по мере того как развивается геномика (так назвали раздел науки, которая изучает уже не только отдельные гены, но целые геномы), нечитанных последовательностей в природе все меньше. Теперь ПЦР нашла применение и в палеогеномике. Если мы знаем, какому зверю (или человеку, брату Homo sapiens) принадлежит ископаемая кость, можно синтезировать праймеры, основываясь на геноме родственного вида.

И даже если мы этого не знаем – все равно можно попробовать. Гены, кодирующие рибосомную РНК, имеются у всего живого, при этом эволюция вносит в них изменения крайне осторожно и деликатно. Рибосомы – те самые штуки, которые синтезируют белки, и слишком смелые инновации в рибосомных генах могут привести к потере этой крайне необходимой для жизни способности. Поэтому можно вытянуть с помощью ПЦР рибосомный ген неизвестного существа и, сравнив его с известными последовательностями других существ, сделать довольно точные выводы о том, на какой веточке эволюционного древа сидел тот, кому принадлежала кость.

Полимеразная цепная реакция позволяет “снимать копии” с крайне малого количества ДНК – сотен, а то и десятков пикограммов, то есть геномов горсточки клеток. Из считанных молекул, содержащихся в образце, можно получить количество, достаточное для анализа. Теперь уликой в уголовном деле может стать и капля крови, и несколько волосков (с волосяными луковицами), а личность убитого можно установить даже по фрагменту кости.

Сегодня существует множество вариантов ПЦР для самых разных надобностей[39]. Можно проводить реакцию с несколькими парами праймеров в одной пробирке, можно амплифицировать фрагменты длиннее 5000 пар нуклеотидов. Хитроумный способ, включающий нарезание исходной ДНК на куски и их закольцовывание, позволяет получить копии последовательности, которая в линейной ДНК была справа и слева от известных праймеров, а не между ними (это нужно, например, чтобы понять, в какое место человеческой ДНК встроил свой геном вирус). Можно запустить полимеразную реакцию внутри целых живых клеток в культуре, а потом с помощью гибридизации показать, где находится искомая нуклеотидная последовательность… Много чего можно. В настоящее время ПЦР – трудолюбивая рабочая лошадка молекулярной биологии, ее гоняют и в хвост и в гриву. Кстати, и большинство методов высокопроизводительного секвенирования с необходимостью включают в себя полимеразную цепную реакцию на этапе подготовки библиотек ДНК-фрагментов. И так будет по крайней мере до тех пор, пока не победят методы, работающие с единичными молекулами, вроде нанопорового секвенирования. То есть еще долго. Нельзя исключать, что на смену классической ПЦР придут другие методы амплификации ДНК – но и они, скорее всего, будут так или иначе использовать принцип, придуманный майской ночью на трассе 128.

Выделить главное

Теперь опять вернемся к человеческой ДНК, Алеку Джеффрису, криминалистике и определению отцовства. Те самые участки с повторяющимися последовательностями, которые Алек Джеффрис в своих первых экспериментах искал среди рестрикционных фрагментов, мы легко можем получить с помощью ПЦР. И на форезе тогда будет не “всеобщая смазь”, какую мы видели в первых опытах, а четкие отдельные полоски.