По страницам газеты "Природа Алтая". В поисках ДНК, или Зачем молекулам электрофорез?

В прошлом выпуске мы рассказывали о работе специалистов отдела мониторинга состояния лесных генетических ресурсов при филиале ФБУ «Россий­ский центр защиты леса» – «Центр защиты леса Алтайского края». В этом году исполняется семь лет с момента создания этого отдела. Корреспондент «Природы Алтая» побывала в его генетической лаборатории, где и проводятся исследования ДНК наших лесных насаждений, а исполняющая обязанности начальника отдела Татьяна Сулименко и сотрудник лаборатории Артём Бородинцев показали, как проводятся исследования. «Вызов врача на дом» Татьяна Ивановна сравнивает генетическую лабораторию своего отдела с лабораторией «человеческой» поликлиники, где у людей берут на анализ кровь, и уже по её показателям ставят больному диагноз и назначают лечение. – С деревьями всё приблизительно так же. Только если в поликлинику люди приходят сами, то нам приходится выезжать к нашим «пациентам», – поясняет она. – Получается, как вызов врача на дом. Мы выезжаем для фитосанитарной диагностики в лесопитомники и на лесные участки, по определённым методикам отбираем образцы и исследуем их в своей генетической лаборатории, выделяя из клеток растений ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – макромолекула (одна из трёх основных), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. – Прим. авт.) или, если это необходимо, почвы. Мы можем выделить ДНК из любой части дерева или кустарника. Причём достаточно совсем небольших образцов – даже нескольких хвоинок или листиков, нескольких граммов древесины, взятых с помощью специального бура из прикорневой части растения. Для этого не надо срубать дерево, от такого щадящего отбора «анализов» растение ничуть не пострадает. ДНК растений в условиях нашей лаборатории при температуре минус двадцать градусов Цельсия может храниться год, не теряя своих свойств. Так что мы можем брать пробы образцов «впрок», а потом работать с ними в течение всего года. Татьяна Сулименко подчёркивает, что генетические исследования проводятся не только для установления диагноза для больных насаждений, но и для изучения состояния популяций. Попросту говоря, чем популяция той же сосны обыкновенной в генетическом плане более разнообразна и изменчива, тем она устойчивее, лучше сопротивляется неблагоприятным условиям среды, менее подвержена различным заболеваниям. Такие популяции хорошо развиваются, деревья не выпадают и меньше болеют. Генетически однообразные популяции гораздо более уязвимы и слабы. Для лесоводов информация о генетическом состоянии популяций древесных насаждений очень важна. Святая святых Мы проходим в ПЦР-лабораторию. На дверях табличка: «Вход посторонним строго запрещён! (Вход разрешён только сотрудникам лаборатории в сменном халате и обуви)». Поясним сразу значение загадочной аббревиатуры «ПЦР». Расшифровывается она как «полимеразная цепная реакция» и обозначает экспериментальный метод молекулярной биологии, позволяющий добиться значительного увеличения малых концентраций определённых фрагментов дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в биологическом материале. – Это святая святых нашего отдела, самая чистая лаборатория, – говорит инженер второй категории Артём Бородинцев. – Здесь находятся специальные приборы – амплификаторы, с помощью которых мы можем многократно (до миллионов раз) клонировать определённый участок исследуемой ДНК. Зачем это нужно? Представьте себе, что есть определённый участок в геноме, с которым нам необходимо поработать. Так вот, с помощью этого прибора мы можем этот самый участок многократно размножить, ведь даже при классическом выделении какого-либо фрагмента ДНК в череде её компонентов что-либо теряется или разрушается в результате неоднократных отмывок. А так мы ДНК необходимых нам образцов размножили и можем уже спокойно заниматься своей работой, не боясь испортить материал, ведь в запасе его много! Производятся такие манипуляции в условиях полной стерильности. Для этого в боксе со стеклянными стенами установлен рециркулятор воздуха с мощной ультрафиолетовой лампой внутри. Этот аппарат очищает воздух внутри бокса до стерильного состояния и ионизирует его. Что зависит от этих данных? Третья комната – самая «грязная», поэтому и правила здесь действуют более мягкие – рабочего халата вполне достаточно. – Здесь мы делаем для молекул ДНК электрофорез, – поясняет Татьяна Сулименко. – Это слово знакомо многим. Лекарственный электрофорез – это воздействие на организм постоянным электрическим током в сочетании с введением через кожу или слизистые оболочки разнообразных лекарственных веществ. Мы используем этот метод, естественно, для других целей. Чтобы «увидеть» ДНК, нужно «разогнать» её в электрическом поле. Благодаря специальным приборам под влиянием тока в постоянно создаваемом электрическом поле они «растягиваются». Более тяжёлые молекулы остаются наверху, более лёгкие – «уползают вниз», и мы наблюдаем растягивание молекулы ДНК. И можем изучать не всю цепочку ДНК, а отдельные её участки. Полученные данные обрабатываются с помощью специальных программ, производятся различные расчёты, и сотрудники лаборатории узнают, насколько генетически разнообразна исследуемая ими популяция лесных растений, насколько высок уровень их генетического сходства или разнообразия. Почему это важно и зачем на такие исследования тратится так много времени и средств? Оказывается, что именно от этих данных зависит комплекс лесовосстановительных мероприятий, а также лесного семеноводства, ведь заготавливать семенной материал для новых посадок лучше всего в генетически разнообразных популяциях. По большому счёту от исследований, проводимых в генетической лаборатории, зависит здоровье будущих лесов. В генетической лаборатории Для неспециалиста все манипуляции сотрудников лаборатории могут показаться чем-то запредельным и малопонятным. Тем более что объект исследований с загадочным названием ДНК глазом не увидеть и руками не потрогать. Чтобы показать, как происходят такие исследования, Тать­яна Ивановна приглашает побывать в генетической лаборатории. – Сейчас мы находимся в так называемой получистой-полугрязной лаборатории, – поясняет она, показывая небольшую комнату со стерильно белыми столами и массой предметов, необходимых для работы. – Именно сюда мы привозим отобранные образцы и занимаемся подготовкой проб, их высушиванием и выделением ДНК. Поскольку лаборатория «получистая», заходить в неё можно только в специальном халате, а работать – в масках и перчатках. Выделение ДНК, как пояснила Татьяна Сулименко, проводится в специальных боксах в условиях строгой стерильности. Этот бокс чем-то похож по своей конструкции на большой металлический короб со стеклянной стенкой. В него помещаются только руки специалиста лаборатории. Разумеется, в стерильных перчатках. Тогда как самого человека отделяет от проб стекло. – Здесь важно всегда быть внимательным и не перепутать образцы, чтобы исследования не дали ложноположительных результатов, – рассказывает Татьяна Ивановна. – Ничто чуждое не должно проникнуть внутрь бокса, даже в микроскопических масштабах. А на незащищённой коже рук туда можно занести всё что угодно: грибки, плесень… В этом боксе с помощью специальных наборов химикатов мы выделяем ДНК из разных частей растений – древесины, хвои, листьев, прикорневой части растений, почвы. Закончив работу, сотрудник лаборатории, согласно методике, должен включить в боксе жёсткий ультрафиолет. То же самое полагается сделать и перед работой. Предварительно туда помещают всю используемую «посуду» и расходные материалы – для полного обеззараживания. А вот исследуемые образцы нужно обязательно извлечь, иначе структура ДНК под воздействием ультрафиолета будет разрушена. Татьяна Сулименко говорит, что всё стандартное биологическое оборудование в лаборатории имеется в достаточном количестве. Недостатка в химикатах специалисты лаборатории также не испытывают. Справка Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Молекула ДНК хранит биологическую информацию в виде генетического кода. Елена Панфило Фото автора 28 Апреля 2020