На третьем этапе к смеси ДНК и праймеров добавляют фермент ДНК-полимеразу и свободные нуклеотиды, после чего устанавливают температуру 37 °C, необходимую для оптимальной работы ДНК-полимеразы. Фермент начинает действовать, и спустя некоторое время количество ДНК в пробирке удваивается. Цикл удвоения можно повторять столько раз, сколько требуется.
Мутации могут происходить в любых клетках – и в соматических, и в половых. Коренное отличие мутации в соматической клетке многоклеточного организма от мутации в половой клетке заключается в том, что соматическая мутация не способна передаваться по наследству. Соматическая мутация может привести к гибели клетки или же запустить неконтролируемое деление, приводящее к появлению опухолей, но потомству она не передастся. Вы с этим согласны?
Вот вам вопрос на сообразительность: в каких случаях мутации, возникшие в соматических клетках, все же передаются по наследству?
Подсказка номер один: «такое в принципе невозможно» будет неправильным вариантом ответа.
Подсказка номер два – начинайте с растений.
Ответ вы, как обычно, найдете в конце этой главы.
По результатам мутации подразделяют на полезные, нейтральные и вредные, которые в свою очередь делятся на стерильные, полулетальные и летальные.
Нейтральными называются мутации, которые никак не влияют на жизнеспособность организма. Например, в результате мутации котенок родился с глазами разных цветов, один глаз зеленый, а другой – голубой. Осложнит такой признак жизнь своему обладателю? Нет, разве что к участию в выставках его могут не допустить как «бракованного», но это уже хозяйские проблемы, а не кошачьи.
Полулетальными называются вредные мутации, значительно снижающие жизнеспособность организма, но, в отличие от летальных, не приводящие к его гибели. Например, детеныш шимпанзе в результате мутации не может усваивать мясо (шимпанзе, если кто не знал, не являются вегетарианцами). Признак, исключающий из рациона животную пищу, понизит жизнеспособность шимпанзе, но не убьет его.
Летальные мутации вызывают такие изменения в развитии, которые несовместимы с жизнедеятельностью. Примером может служить отсутствие перегородки между правым и левым желудочками сердца, в результате чего сердце не может выполнять свою насосную функцию.
Стерильные мутации не влияют на жизнеспособность организма, но резко снижают его способность к размножению. Обратите внимание: не лишают способности, а резко снижают ее. С точки зрения существования биологического вида стерильные мутации равнозначны летальным, поскольку биологической целью существования любого организма является производство потомства.
Одна и та же мутация может оказаться полезной или вредной при разных условиях окружающей среды. Так, например, мутация, вызывающая альбинизм
[29], окажется полезной для животного, обитающего там, где круглый год или бо́льшую часть года лежит снежный покров. В таких условиях альбинизм является маскирующим признаком, увеличивающим шансы особи на выживание. А вот в степи заяц-альбинос будет хорошо заметен, здесь этот признак окажется вредным, демаскирующим. Все живое, которому нужно маскироваться, имеет соответствующую окраску тела и набор необходимых привычек благодаря естественному отбору.
А теперь давайте вспомним то, что было сказано выше о «воспитании» пшеницы холодом. Высаживаем пшеницу в северных условиях и дальше работаем с выжившими всходами – продолжаем высаживать их в прежних условиях и делаем так несколько раз. В результате такого вот закаливающего «воспитания» должен получиться новый холодоустойчивый сорт пшеницы. Для далеких от генетики эта ахинея может звучать логично и убедительно: если человек может закаляться, то почему не может закалиться пшеница? Но на самом деле ни высаживанием в холодных условиях, ни высаживанием в жарком климате нового сорта пшеницы получить нельзя.
Новый сорт – это новый генотип!
Новый генотип можно создать с помощью мутаций. «Воспитатели», желавшие создать новый сорт пшеницы, должны были вызывать в зернах пшеницы мутации с помощью факторов, которые их вызывают. Эти факторы называют мутагенными факторами, или мутагенами. Мутагены воздействуют на молекулы ДНК, изменяя их структуру, а также могут повреждать некоторые белки, участвующие в процессе репликации молекул ДНК или в процессе клеточного деления.
Обработали зерна мутагенами, высеяли в холодных условиях и смотрим, как они будут расти. Если всходы быстро погибли, обрабатываем новую порцию зерен и высаживаем ее… Долго? Да, такой процесс может растянуться на годы, ведь он осуществляется буквально вслепую, но с помощью мутагенов можно создавать новые сорта, а посредством «закаливающего воспитания» этого не добиться. В наше время возможности генной инженерии существенно расширились, но в середине прошлого века, когда «воспитание» растений было широко распространено, других вариантов реального получения новых сортов, кроме «слепого» использования мутагенов, не существовало.
Подведем итог сказанному: мутаген – это некий агрессивный фактор, способный вызывать изменения в молекулах ДНК, РНК и белков, а также блокировать белки.
Каким образом мутагены изменяют молекулы? Посредством разрушения связей между атомами. Одни связи удерживают атомы в молекуле, другие – придают молекуле определенную конфигурацию, третьи могут объединять несколько молекул в группу… Мутаген можно сравнить с ножом, разрезающим химическую связь. Но среди мутагенов есть не только «ножи». Встречаются и блокаторы, которые связываются с белками, участвующими в делении клетки, блокируя тем самым их функции. Чуть позже мы познакомимся с одним таким блокатором.
По своей природе мутагены подразделяются на физические, химические и биологические.
Самыми известными физическими мутагенами являются различные виды ионизирующего излучения: ультрафиолетовое, нейтронное, рентгеновское, гамма-излучение и др. Эти излучения называются ионизирующими благодаря своей способности образовывать ионы
[30] из нейтральных атомов или молекул в тех веществах, через которые они проходят. Этот процесс называется ионизацией. Чем сильнее ионизация, тем больше разрывов в молекулах ДНК. Чем больше разрывов, тем больше ошибок при их ликвидации, тем больше мутаций.
Важно понимать, что сам по себе мутаген не создает мутацию. Он создает условия для возникновения мутаций – разрывает молекулы ДНК, которые могут быть сшиты с ошибками, а также повреждает молекулы РНК и белков, нарушая тем самым их функционирование.
Кстати говоря, не стоит чрезмерно пугаться ультрафиолетового излучения и передвигаться на открытых пространствах только под зонтом. Значительная часть ультрафиолетового излучения поглощается тканями организма, и потому у многоклеточных организмов, к которым мы с вами относимся, оно способно вызывать мутации только в поверхностно расположенных клетках, которые мы защищаем при помощи одежды и головных уборов. (Ответьте сами на вопрос: полезен ли загар?)
