Генетический нокаут: Выключатель кода
Собственно гены составляют лишь около 2,5−3% ДНК человеческого генома, и причиной развития генетически обусловленных заболеваний зачастую является не поломки генов, а мутации остальной, некодирующей части ДНК. Часть ее предназначена для регулирования генной активности и упаковки ДНК в хромосомы. По различным данным, действительно бесполезной является от 5% до 50% некодирующей ДНК. Впрочем, вопрос об этой значительной части нашего генома остается открытым: вполне возможно, что и эта «мусорная» ДНК выполняет какие-то важные функции.
Ученые под руководством профессора Марио Капеччи (Mario Capecchi) занимаются разработкой методов прицельного «нокаутирования» генов и некодирующих фрагментов ДНК. Избирательное «отключение» позволяет изучать функции отдельных генов и моделировать различные генетически обусловленные заболевания.
По словам Капеччи, существующая методика «нокаутирования» генов очень хороша, однако существенным ее недостатком является дороговизна. Создание линии мышей с нокаутированным геном стоит около 10 тыс. долларов США. Простой расчет показывает: на то, чтобы по одному нокаутировать все 20 тыс. мышиных генов, придется потратить 200 млн. долларов, а если к ним прибавить еще около 300 тыс. некодирующих последовательностей, изучение мышиного генома обойдется минимум в 3 млрд. долларов.
Авторы же предлагают новый метод, позволяющий значительно ускорить создание трансгенных животных и снизить затраты на создание линии мышей с одним нокаутированным геном или некодирующей последовательностью до 200 (!) долларов.
Для этого авторы предлагают использовать короткие фрагменты ДНК, известные под названием loxP. Эти фрагменты являются метками, указывающими белку Cre место, в котором необходимо разрезать ДНК. Фрагменты loxP можно встроить в хромосому одной мыши и в другое место той же хромосомы другой мыши. Потомки, рождающиеся в результате их скрещивания, будут иметь два фрагмента loxP в одной хромосоме, и фермент Cre будет вырезать участок хромосомы между двумя метками loxP. Мышей с поврежденной таким образом хромосомой скрещивают с нормальными животными, в результате чего с вероятностью 10% появляются особи, в геноме которых желаемая последовательность ДНК удалена или продублирована. Это позволяет оценить последствия такой мутации и выяснить роль, выполняемую изучаемым фрагментом ДНК в организме.
Мышиный геном полностью секвенирован, что позволяет ученым идентифицировать меченые loxP участки ДНК и выбирать животных, подходящих для запланированных исследований. Если loxP встраивается внутрь кодирующего гена, возникает мутация, блокирующая его активность, в результате чего, без больших финансовых затрат, можно получить линию мышей с «нокаутированным» геном.
Читайте о создании трансгенных коров, дающих обогащенное полезными веществами молоко: «Молочная аптека», трансгенных мышей, обладающих человеческим зрением: «Видимость отличная», а также о расшифровке самого маленького бактериального генома: «Геном-чемпион».