Техника - молодёжи 1999-06, страница 37
ГЕОГРАФИЯ ГЕНОМА (Окончание. Начало на с. 22) Набор упорядоченных коротких фрагментов, покрывающих определенный участок хромосомы, — это и есть контига. А где сама она расположена на хромосоме, можно установить методом FISH (см. выше). Правда, карту контиг трудно расширить до крупных районов хромосомы, поскольку нельзя размножать большие фрагменты ДНК — ни клонированием, ни ПЦР. Хотя в последние годы достигнут серьезный успех: удалось создать гигантскую молекулу-вектор, в которую можно встроить участок человеческой ДНК размером до мегабазы. Этот вектор называется YAC — the yeast artificial chromosome, искусственная дрожжевая хромосома. До внедрения YAC в качестве векторов применялись в основном бактериальные плазмиды — крошечные колечки ДНК, несшие вставки чужеродного материала максимум в 20 — 40 кб. Смысл применения YAC — значительное уменьшение числа клонов, которые нужно упорядочивать. ПРОГУЛКА ПО ХРОМОСОМЕ Все описанные выше методы позволяют создавать либо приблизительные карты обширных регионов генома, либо подробные «топографические планы» мелких его участков. Как совместить то и другое — за-картировать большой район, но детально? Современная стратегия заполнения про белов — прогулка по хромосоме. Ее начинают с какого-нибудь короткого участка, чья нуклеотидная последовательность уже расшифрована. По ней синтезируют праймер, гибридизуют его с первым попавшимся клоном из неупорядоченной геномной библиотеки, а затем «подключают к делу» полиме-разу — она делает цепь, комплементарную данному клону. Затем эту цепь секвенируют, а ее хвостик используют в качестве прайме-ра для следующего шага по хромосоме. Вот и прозвучало слово «секвенирова-ние». Так называется новейший, прославленный, подробнейший, точнейший... и, с позволения сказать, тягомотнейший метод картирования генома. Его сущность — полная расшифровка последовательности нук-леотидов. Чтобы в деталях объяснить, как она осуществляется, потребовалась бы двухчасовая лекция по молекулярной биологии. Посему в двух словах: из библиотеки клонов извлекают фрагмент ДНК, вновь клонируют, а получившиеся копии химически преобразуют в набор отрезков ДНК, различающихся по длине лишь на один нуклеотид (вот именно эту стадию практически невозможно описать общедоступным языком — настолько она сложна даже для генетика-профессионала). Затем упомянутые отрезки разделяются на гелевой пластинке в пульсирующем электромагнитном поле (пульс-фо-рез). Последовательность нуклеотидов читают по фореграмме: каждый отрезок «уезжает» по гелевой пластинке настолько далеко, сколь велика его длина, и занимает место в одном из четырех столбцов — в зависимости от того, на какой нуклеотид (а их всего четыре типа) он длиннее соседнего. Хотя современные усовершенствования позволяют изучать одновременно до 40 клонов на одном геле, затраты времени и средств все равно огромны Даже опытная рабочая группа на лучшем оборудовании секвенирует не более 100000 п.н. в год. Если принять стоимость анализа каждой пары оснований за доллар — весь геном человека может быть секвенирован за 3000 лет, и обойдется его изучение в 3 миллиарда долларов. Сумма по нынешним временам вполне приемлемая хотя бы на слух, но вот время... Сейчас, правда, развиваются технологии секвенирования второго поколения — высоковольтный капиллярный электрофорез, ионизационная резонансная спектроскопия. Они ускоряют процесс на порядок — стало быть, хватит трех веков (за те же деньги). Обнадеживает, но не слишком. По всей видимости, программа «Геном человека» будет успешно выполнена лишь по технологиям третьего поколения, ныне существующих в зачаточном состоянии. К ним, в частности, относится прямое чтение последовательности нуклеотидов с помощью сканирующей туннельной или атомной микроскопии. Сегодняшняя наука делает ставку именно на такие методы — иначе прогулка по человеческим хромосомам грозит затянуться на тысячелетия. • Вячеслав ЖВИРБЛИС (См. также с, 17) ГАРМОНИЯ Слово «гармония», означающее «соразмерность», стали впервые использовать древние греки, знавшие в соразмерности толк. Еще Пифагор сделал такой простой опыт: сравнил между собой звучание струны и ее половины. Оказалось, что при уменьшении длины струны вдвое, ее тон повышается, образуя музыкальный интервал, называемый октавой. Каждый, кто хоть немного учился музыке, знает, что перенос мелодии на октаву (так называемое транспонирование) не изменяет звучания, и мелодию можно без всякой фальши исполнять сразу в разных октавах, в унисон. Уменьшение длины струны вдвое приводит к тому, что вдвое возрастает частота ее колебаний; частота fo, соответствующая звучанию целой струны, называется основным тоном, а частоты fn = fox 2П (где n = 1, 2, 3 и т.д.) — его гармониками. Все же прочие частоты суть так называемые обертоны, придающие звуку окраску, тембр; среди них особое значение имеют частоты, образующие с частотой основного тона целочисленные дроби и воспринимаемые нами как благозвучные музыкальные интервалы. Все музыкальные произведения представляют собой разновидности так называемого мерцающего, или фликкер-шума (по-английски flicker значит «мерцание»), который принципиально отличается от шума, называемого «белым». «Белый» шум слагается из гармоник одинаковой интенсивности с частотами, составляющими непрерывный ряд от нуля до бесконечности. В чистом виде такой шум в природе, конечно, не встречается, потому что не может быть колебаний с нулевой или бесконечно большой частотой. На «белый» НЕБЕСНЫХ СФЕР шум очень похож только шум воды, льющейся из крана; таким шумом в свое время глушили зарубежные «радиоголоса». Любое колебание можно охарактеризовать мощностью S, прямо пропорциональной квадрату его амплитуды; зависимость мощности колебаний S от их частоты f называется спектром. Спектр «белого» шума описывается простой математической формулой S = 1/f°, а графически изображается прямой, параллельной оси f, потому что любая величина в нулевой степени всегда равна единице. А вот фликкер-шум описывается формулой S = 1/f, где у ~ 1, и графически изображается гиперболой (или наклонной прямой в полулогарифмической шкале). Замечательно то, что в природе фликкер-шум встречается гораздо чаще, нежели подобие «белого» шума: по закону S = 1/f не только мерцает свеча, но и колеблются многие процессы в различных химических, физико-химических (в том числе, биологических) и физических системах и даже практически все процессы космофи-зического характера (например, колеба ния солнечной активности, частоты которых хорошо согласуются с периодами обращения планет). При этом важно, что фликкер-шум наблюдается лишь в системах, далеких от равновесия, и поэтому его иногда называют неравновесным Естественно, свеча мерцает только потому, что горит, что в ней происходят процессы преобразования энергии из одной формы в другую; то же самое происходит и в других системах, в которых наблюдается фликкер-шум. А как обстоит дело в Солнечной системе как едином космическом «организме»? Периоды обращения планет хорошо известны; в справочниках можно найти и сведения о средних радиусах планетных орбит. В данном случае частоты колебаний f обратно пропорциональны периодам, а их мощность прямо пропорциональна квадратам радиусов орбит R Построив по этим данным спектр мощности колебаний Солнечной системы в полулогарифмической шкале (что удобно, потому что иначе ось частот окажется очень длинной) и не привлекая никаких соображений о роли «золотого сечения», мы получим удивительный результат: окажется, что вся Солнечная система в целом функционирует в режиме неравновесного фликкер-шума (см. рисунок), причем планеты действительно образуют некие группы, а между Марсом и Юпитером, в поясе астероидов, наблюдается явный пробел. Так может быть действительно существует некая «музыка сфер», о которой размышлял Иоганн Кеплер? • ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 6 9 9 |
