Клетке для шифра требуется всего четыре знака (называемых нуклеотидами) для того, чтобы записать все необходимые инструкции по созданию любого белка. Нуклеотиды — это те единицы, из которых состоит ДНК.
Информация о том, как строится клетка или как она функционирует, заключена в один определенный ген. Ген — это определенный сегмент (участок) ДНК с особыми инструкциями о том, как должен в среднем быть синтезирован один определенный белок. У высших организмов ген входит в состав хромосом. Шифрованная цепочка гена составляет обычно около 1000 нуклеотидов.
В начале каждого гена расположен сегмент ДНК, который содержит контролирующие элементы именно этого гена. Этот сегмент называется промотор. Он выполняет функции сторожа, то есть подает сигнал контролируемому им гену. Возьмем, например, выработку инсулина (который мы производим, чтобы обеспечить сжигание сахара в крови). Когда в клетке появляется информационная молекула с сообщением “больше инсулина”, вырабатывается молекула-посредник, которая связывается с инсулиновым сторожем. После этого сторож открывает путь считыванию инсулинового гена.
В целом регуляция генов зависит от среды, в которой находится клетка, а также от стадии развития организма. Так что, если бы мы захотели, чтобы листья мака выработали красный цвет лепестков, нам бы не удалось достичь этого традиционными методами селекции, несмотря на то, что у листьев есть вся необходимая генная информация. Существует барьер, предотвращающий покраснение листьев. Этот барьер может быть обусловлен двумя причинами:
— “Красный” ген во всех клетках листьев недоступен для сигнальных активирующих молекул.
— Клеткам листьев не нужен красный цвет, они не посылают сигнал для копирования информации, и сигнальная молекула с запросом не причаливает к “красному” сторожу, чтобы активировать ген.
Нетрудно догадаться, что существует способ обманывать растение и заставлять его краснеть, даже против его собственной потребности. Мы можем активировать красный ген, как Троянского коня, спрятанного за сторожевой башней другого гена. Но чтобы достичь этого, нам придется разрезать гены и склеивать их по-иному. Вот здесь и прекращается селекция, и начинается генная инженерия (ГИ).
Она занимается тем, что берет гены и части ДНК одного вида, например, рыбы, и пересаживает их в клетки другого, например, помидора. ГИ располагает набором различных технологий для того, чтобы разрезать ДНК произвольно или в определенных участках гена. Выделив сегмент ДНК, можно его изучать, размножать или склеивать с ДНК иных клеток и организмов. ГИ позволяет преодолеть межвидовые барьеры и перемешивать информацию между абсолютно не связанными между собой видами. Например, можно переселить в клетки помидоров ген, кодирующий белок, препятствующий замерзанию тканей рыбы, или в клетки клубники — ген бактерий, кодирующий смертельный для насекомых токсин; можно гены человека пересадить свинье, чтобы она лучше росла.
Однако тут генетики сталкиваются с проблемой: ген рыбы не будет работать в помидоре, если его не снабдить промотором (сигнальным флажком), который узнали бы сигнальные молекулы и ферменты клеток помидора. И эта контрольная последовательность генов должна быть либо цепочкой помидора, либо очень схожа с ней. Многие ученые и компании не уделяют этому большого внимания и даже не задумываются о необходимости найти нужный томату промотор, так как потребовались бы годы, чтобы понять внутренние связи в клетке и процесс внутриклеточной регуляции.
Чтобы избежать многочисленных экспериментов и корректировок, большую часть ГИ-растений производят с помощью вирусных промоторов. Как известно, вирусы — очень активные элементы. Ничего, или почти ничего, не может остановить их, стоит им найти новую жертву, вернее, хозяина. Они тут же встраивают свою генетическую информацию в ДНК клетки хозяина, размножаются, заражают соседнюю клетку и множатся снова. Это происходит потому, что вирусы выработали очень сильные промоторы, которые заставляют клетку-хозяйку постоянно “читать” эти промоторы и производить белки вируса. Если же взять сигнальный элемент (промотор) вируса растения и поместить его в начало информационного блока гена рыбы, то получится комбинированный ген рыбы и вируса (генно-инженерная конструкция), который будет “работать” в растении. Он приживается и становится “родным” на новом месте.