Танец биохимии: Наука как искусство

  На днях объявлен победитель ежегодного конкурса «Станцуй свою диссертацию» (2010 Dance Your Ph.D.). Небольшую награду и, что намного важнее, всемирный интерес заработала канадская исследовательница Морин МакКиги (Maureen McKeague). Вместе с коллегами она изобразила в танце свое исследование, тема которого звучала так: «Подбор ДНК-аптамеров для гомоцистеина с использованием систематической эволюции на иммобилизованном лиганде» ([Select]ion of a DNA aptamer for homocysteine using systematic evolution of ligands by exponential enrichment). 

Конкурс, проводящийся проектом Gonzo Labs – сайтом для ученых с чувством юмора – предлагает сравнительно небольшие премии. В четырех номинациях (физика, химия, биология и социальные науки) победители получают по 500 долларов, плюс еще такой же суммой награждается тот танец, который будет назван лучшим из лучших. На сей раз сомнений не было: за танец, представленный командой Морин МакКиги (всего в исполнении участвовало чуть больше 10-ти ее коллег), отдано почти 70% из 3812 голосов, оставленных голосовавшими через Интернет зрителями. Всего же на конкурс в нынешнем году было прислано целых 45 танцев. Но давайте разберемся с наводящим оторопь названием танца-лауреата.

Для начала стоит объяснить, что аптамерами называются короткие цепочки нуклеиновых кислот, в том числе и ДНК. Особенность их состоит в том, что аптамеры специфично, т.е. с очень высокой избирательностью, взаимодействуют с не слишком крупными органическими молекулами. В сущности, аптамеры могут связываться с ними так же ювелирно, как крупные белковые рецепторы.

Теперь – гомоциестеин. Это аминокислота, аналог обычного серосодержащего цистеина, но не входящая в состав белков. В нашем организме гомоцистеин играет роль гормона, хотя до конца она еще не выяснена. Показано, что уровень гомоцистеина растет при курении и злоупотреблении кофе, со временем приводя к повреждению артерий и, возможно, к самым разнообразным неприятным последствиям, включая старческое слабоумие и болезнь Альцгеймера.

Итак, с первой половиной работы мы разобрались: она состояла в поиске такой короткой последовательности ДНК, которая бы избирательно связывалась с гомоцистеином. Двинемся дальше – к той части темы, которая описывает использованный для этого метод – в англоязычной литературе он называется просто SELEX. Процедура это довольно сложная и долгая, схематично ее можно описать, как последовательность из трех шагов.

1. Синтезируем короткие цепочки ДНК так, чтобы концевые их участки были одинаковыми, а вот центральная представляла собой случайный набор из 20-30 «звеньев»-нуклеотидов. В теории, можно создать буквально астрономическое количество вариантов, но нам достаточно столько, сколько получится. Практика показала, что в любом случае найдется несколько, более-менее хорошо связывающихся с любым интересующим нас лигандом (в нашем случае это гомоцистеин).

2. Превратим эту ДНК в РНК – это рутинная в современной биохимии процедура транскрипции. Полученную смесь коротких цепочек РНК пропустим сквозь хроматографическую колонку, наполненную гелем, к которому накрепко «пришиты» молекулы лиганда. Большинство из них не свяжется с ним и легко смоется прочь, часть же останется.

3. Эту часть мы смываем более долгим воздействием и «размножаем» с помощью еще одной стандартной процедуры, полимеразной цепной реакции. Затем повторяем всю процедуру, пока у нас не останется аптамер, имеющий максимальное сродство с лигандом.

Ведь правда, в танце все выглядит куда увлекательней?.. Но самое интересное, что метод SELEX представляет собой, фактически, небольшой пример эволюции в пробирке – той, как она могла действовать на химическом уровне, еще до появления настоящих живых организмов.