Слежка за генами

Одно дело - понять в принципе, каким образом ДНК передает генетическую информацию, и совсем другое - сфотографировать сам процесс передачи. На этой электронной микрофотографии впервые удалось увидеть гены в действии: центральные нити ДНК сплетают тонкие волокна РНК в изящное кружево. Этот конкретный ген, взятый из клетки пятнистого тритона, отвечает за производство рибосом, которые в свою очередь синтезируют белки из аминокислот.

Генетический код управляет транскрипцией ДНК в РНК и последующим синтезом белков на матрице РНК. В эукариотической клетке (клетке с явно выраженным ядром), например такой, как женская половая клетка (ооцит) обычного пятнистого тритона, транскрипция происходит внутри ядра, а синтез - вне его. Существует три типа РНК: информационная РНК (иРНК), транспортная РНК (тРНК) и рибосомная РНК (рРНК); последнюю и можно видеть на фотографии. Если рассматривать клетку как своего рода фабрику по производству белковых молекул, то можно сказать, что ДНК содержит инструкции по изготовлению инструментов - молекул РНК, которые далее используются рибосомами для формирования белковых молекул из аминокислот. Возможностью заглянуть в эту белковую фабрику и впервые увидеть гены в работе мы обязаны Оскару Миллеру и Барбаре Битти, сотрудникам Национальной лаборатории в Ок-Ридже.

Успех Миллера и Битти был в значительной мере обусловлен усовершенствованием экспериментальной методики. Ооцит - это крупная (до 2 мм) клетка, и ее ядро легко извлечь с помощью ювелирных щипчиков. При погружении ядра в дистиллированную воду его внешние гранулированные слои быстро рассасываются и внутренние волокна начинают распрямляться. Распрямленные нити фиксируются в формалине и центрифугируются на карбоновую пленку на сетке электронного микроскопа. Основная проблема состоит в том, чтобы равномерно распределить нити на подложке, не повредив их нежную структуру. После долгих экспериментов Миллер и Битти разработали следующий метод: с помощью электрического разряда карбоновая поверхность делалась гидрофильной (т. е. хорошо смачиваемой водой), в раствор добавлялось несколько капель состава для промывки фотопленок "Кодак", который уменьшал поверхностное натяжение, предотвращая тем самым коробление препарата при высыхании, и препарат окрашивался электролитическим способом в растворе фосфорно-вольфрамовой кислоты.

11 марта 1969 г. Окриджская национальная лаборатория, шт. Теннесси, США О. Миллер-младший и Б. Битти Электронный микроскоп 'Сименс элми- скоп' (60 кВ). 'Кодак проджекшн слайд' (стеклянные пластинки). О. Миллер-младший, университет шт. Виргиния. [190, 191, 192, 193]

Таким способом и была получена представленная здесь впечатляющая микрофотография (которая в свое время фигурировала на обложках журналов Science и New Scientist). Последующий анализ подтвердил, что центральный "стебель" этих напоминающих папоротники структур состоит из ДНК и белка, а боковые отростки - из РНК и белка. Ген как таковой не имеет формы - это просто последовательность аминокислот в ДНК. Внимательно присмотревшись к снимку, можно видеть, что центральный "стебель" не сплошной, а состоит из отдельных зерен. Это молекулы РНК-полимеразы - фермента, который катализирует транскрипцию ДНК. Последовательные стадии синтеза РНК можно проследить, двигаясь от узкого конца "папоротника" к широкому основанию, - чем длиннее отросток, тем дальше он продвинулся по пути к рибосомной РНК. Диаметр центрального "стебля" не превосходит 300 А, а его средняя длина равна 2,4 мкм. (Приведенная микрофотография захватывает по ширине примерно 8 мкм.)

Позднее Миллер писал: "Многие из наших снимков удивительно похожи на те схемы транскрипции и переноса, которые публиковались в течение ряда лет". Удачным оказался выбор ооцита в качестве объекта исследования: эта клетка имеет крупные размеры и содержит множество ядрышек, в которых происходит синтез рибосомной РНК; к тому же рост этих клеток сопровождается чрезвычайно интенсивным синтезом РНК. Каждый ген несет, по-видимому, около сотни молекул РНК-полимеразы, одновременно участвующих в транскрипции молекул - предшественниц рибосомной РНК. О микрофотографиях Миллера Роберт Перри остроумно заметил, что на них гены изображены in flagrante transcripto^*.

^* (На месте транскрипции (лат.); перекличка с юридическим термином in flagrante delicto, что значит "на месте преступления". - Прим. перев. )