[МУЗЫКА] [МУЗЫКА]
[ЗВУК] Мутагенная цепная реакция.
По аналогии с полимеразной цепной реакцией.
Полимеразная цепная реакция — это очень популярный в молекулярной биологии метод,
в том числе и в медицине, и очень широко используется.
Советую почитать о нем в Интернете.
Переходим к мутагенной цепной реакции.
Однако для начала давайте чуть-чуть вспомним генетику.
Например, на примере цвета драконов.
Предположим, что есть аллель B, доминантный аллель гена blue.
Аллель B определяет красный цвет тела.
Рецессивный аллель этого гена b определяет синий цвет тела, blue — синий.
Предположим, что ген blue находится на X-хромосоме.
И пусть у драконов, как и у людей, XX-хромосомы определяют женский пол,
а X-хромосома и Y-хромосома — это мужской пол.
Вопрос: какого цвета будут потомки от скрещивания
красной драконихи с синим драконом?
Если хотите, сделайте паузу в видео и подумайте над вопросом.
Ну, всё очень просто.
При скрещивании красной драконихи от нее могут
пойти две гаметы: содержащая аллель B или B.
От самца будет только гамета b, потому что второй
гаметы в данном случае нет, это Y-хромосома, которая ген blue не несет.
Таким образом, все потомки и мужского, и женского пола будут красными.
Символ, обозначающий самку, произошел от зеркала Венеры, символ,
обозначающий самца, — от щита и копья Марса.
То есть всё просто.
На самом деле не совсем.
Красная самка могла иметь два аллеля — B и b, и при этом быть красной.
Если хотите, остановите видео и решите
задачу: какой будет цвет потомков в этом случае?
Ну а мы продолжим.
При чем здесь драконы, при чем здесь аллели?
Вообще, есть такая проблема: проблема получения гомозиготных трансгенных
животных.
Допустим мы ввели трансген и ввели только одну копию трансгена.
А хотелось бы, чтобы у нас организм был гомозиготный, чтобы изучать уже
конкретно мутацию или свойство трансгена, который мы ввели.
Но для того чтобы сделать, например, это на мышах,
когда нам удалось успешно модифицировать только одну хромосому,
необходимо в дальнейшем проводить много скрещиваний, и это очень долго.
А можно ли как-то сделать это попроще?
Оказывается, да.
Можно за один шаг получить гомозиготу.
Как?
Предположим, что мы вносим в клетку
конструкцию — плазмиду ДНК, ДНК-плазмиду, в которой есть участок,
кодирующий белок Cas9 и химерную направляющую РНК,
который направляет Cas9, для того чтобы он порезал конкретное место в геноме.
Но кроме того, с двух краев этой плазмиды мы добавим участки,
например, по одной килобазе, гомологичные тому участку ДНК, который разрезает Cas9.
Что произойдет?
Белок Cas9 разрезает участок ДНК, при этом репарация может
пойти по гомологичному пути, потому что в клетке есть матрица,
для того чтобы отрепарировать по этой матрице, плазмида.
И таким образом мы встраиваем в конкретное место генома,
которое только что разрезал белок Cas9 и химерную направляющую РНК,
точнее, участок ДНК, который кодирует химерную направляющую РНК.
Что дальше?
Белок Cas9 продолжает экспрессироваться, химерная направляющая РНК продолжает
экспрессироваться, и у нас есть еще одна копия на второй хромосоме,
которая не затронута мутацией.
Белок Cas9 разрезает ее, в клетке есть матрица — это хромосома,
на которой уже есть Cas9 и химерная направляющая РНК.
И по этой матрице достраивается вторая цепь ДНК.
То есть за один шаг мы получили мутацию двух аллелей.
Мало того, это не просто разовое событие.
При скрещивании этого животного с другими такая
мутация будет — гомозиготная мутация — воспроизводиться в каждом поколении.
То есть в каждом поколении мы будем иметь сразу не гетерозиготу, а гомозиготу.
Таким образом,
мы получаем такой вечный двигатель — саморазмножающую систему мутагенеза.
Мы ввели одну копию, и эта копия сама прыгнула на второй аллель.
Замечательно.
Для чего это нужно?
Ну давайте вспомним опять драконов, законы по Менделю.
Ну не совсем драконов, а плодовую мушку дрозофилу.
Как происходит скрещивание, например,
мутантного по гену yellow самца с самкой, несущей нормальные немутантные аллели?
Ген yellow обеспечивает нормальный цвет плодовой мушке.
Если в нем есть мутация, если оба аллеля выключены,
или в случае самца на одной-единственной X-хромосоме, то мухи,
соответственно, будут иметь неправильный цвет.
Итак, скрещиваем мутантного самца с
имеющей нормальные аллели гена yellow самкой.
Все потомки будут нормального цвета.
То есть мутации по гену yellow не будет,
потому что одной копии мутированной недостаточно.
А что будет если мы вставим такую кассету, в которой есть Cas9,
химерная направляющая РНК, разрезающая ген yellow?
У самца нарушена окраска,
у нормальной самки по аллелям нормальная окраска.
При скрещивании самцы будут иметь нормальную окраску, потому что им не
досталась та самая кассета, от самца им досталась Y-хромосома.
Однако у самок, у которых X-хромосома одна от самки, а другая от самца,
будет мутация по окраске.
Вы можете видеть этих двух мух, два варианта окраски, на картинке.
Если вы работали с дрозофилами, вы можете увидеть ошибку.
Ну, увидите — не увидите, посмотрим.
Зачем нужна такая мутагенная цепная реакция?
Во-первых, мутагенная цепная реакция позволяет эффективно получать
гомозиготы по интересующим нас локусам.
Это могут быть белок-кодирующие локусы,
какие-то регуляторные локусы и вообще любые локусы в геноме.
Во-вторых, такая система позволяет эффективно получать делеции.
Кроме того, можно придумать ей какое-то применение, например, победить малярию.
Вы спросите, как?
Очень просто.
Малярия переносится комарами рода анофелес, несколькими видами.
Что если мы внесем в популяцию анофелес такую кассету,
которая будет как-то портить жизнь комару?
Например, одна из возможностей: можно вызвать
формирование 95 % самцов и 5 % самок,
то есть сдвинуть вот этот вот процесс деления на пол.
Таким образом постепенно, количество самок будет все меньше и меньше,
и комар исчезнет, а вместе с ним исчезнет малярия.
Человек — это такой «царь природы»,
самопровозглашенный, и к чему привело такое царствование?
Оно привело к тому, что нас очень много, больше семи миллиардов.
Но много — это ладно, а мы очень эффективно уничтожаем
на земле различные виды животных, насекомых, растений.
Всё, что угодно.
По оценкам из-за деятельности человека мы
увеличили скорость исчезновения видов примерно в тысячу раз.
Понятно, что виды могут возникать заново, понятно,
что виды могут по какой-то причине исчезать,
но из-за человека скорость исчезновения увеличилась просто на три порядка.
В реальности специально мы уничтожили, наверное,
только два вида: это оспа и чума крупного рогатого скота.
И это такой большой вопрос: а надо ли нам уничтожать несколько видов комаров?
Даже ради такой «благой цели».
А на следующей лекции мы поговорим про трансгенез у растений.
Алексей Мензоровкандидат биологических наук, старший преподаватель
Нариман Баттулинкандидат биологических наук, старший преподаватель
Вениамин Фишманкандидат биологических наук, преподаватель
