Современные крошечные ДНК-чипы, заменяющие целые генетические лаборатории, способны «угадать мелодию», то есть определить ген, всего по нескольким нотам-молекулам. Для того, чтобы это стало возможным, учёным пришлось скрестить полупроводниковые технологии с биохимией.
Молодая калифорнийская компания Affymetrix (начавшая свою работу в 1993 году) — один из лидеров рынка приборов для генетических исследований.
Фирма известна своим революционным соединением технологий полупроводниковой, так сказать, «микросхемной», промышленности и биохимических экспериментов.
ДНК-чипы от Affymetrix широко используются в разных лабораториях, занятых генетическим анализом и генной инженерией.
Но обычным людям куда интереснее другой продукт компании. Это прибор, похожий на микросхему, позволяющий идентифицировать десятки ДНК от различных животных в образце человеческой пищи.
bioMerieux FoodExpert-ID фактически — разновидность так называемого GeneChip.
Прибор может идентифицировать биологические следы в пище от 12 разновидностей млекопитающих, 5 видов домашней птицы и 16 разновидностей рыбы.
Таким образом, он позволяет узнать, действительно ли гусиный паштет, вызывающий у покупателя подозрения, содержит гусиную печень, а не что-то ещё.
А, к примеру, мусульмане могут проверить — не положили ли недобросовестные изготовители свинину в «говяжьи» котлеты.
Всё это, правда, работает, лишь с привлечением дополнительных лабораторных возможностей, так что использовать чип в «голом» виде, на коленке, простому потребителю не удастся.
Чтобы понять, как работает FoodExpert-ID, нужно вспомнить самую малость из генетики: двойные спирали ДНК, составляющие их молекулы-основания — аденин, гуанин, тимин и цитозин, а также то, что они могут соединяться только попарно, словно ключи и замки.
ДНК-чип содержит мириады и мириады «располовиненных» фрагментов ДНК-кода.
Поверхность чипа размером с ноготь разделена на 97 тысяч квадратиков, названных «особенностями».
Каждая «особенность» поперечником приблизительно 26 микронов содержит лишь один ДНК-код. Точнее много-много одинаковых молекул.
И все они однозначно относятся к одному из 33 животных.
Длина каждого фрагмента — 17 оснований. Этого достаточно для надёжной идентификации, как достаточно 17 взятых подряд в любом месте нот, чтобы определить какую-нибудь мелодию из имеющейся базы данных.
Целую россыпь разбитых кусочков ДНК экспериментаторы выделяют из образца пищи. Чего там только нет. А чего?
Добавим к молекулам, составляющим генетический код, молекулы флуоресцирующего вещества. Нанесём эту смесь на поверхность FoodExpert-ID. Осталось сделать немного.
Все совпадающие фрагменты кода соединятся со своими «родными» последовательностями в той или иной «особенности».
Теперь чип можно промыть водой — всё лишнее уйдёт. Чип помещают под луч лазера, и квадратики, содержащие отловленный материал будут ярко светиться. Осталось лишь свериться с картой чипа, чтобы узнать — какие ДНК определены.
А по интенсивности свечения можно сделать косвенный вывод и о пропорциях свинины и говядины в нашей гипотетической котлете.
Как видим, использование чипа сравнительно несложно, и позволяет заниматься генетическим анализом лабораториям, имеющим весьма простой набор оборудования.
Но насколько же хитроумно производство чипа. Чтобы создавать такие биохимические шедевры автоматизировано и в массовом порядке, Affymetrix соединила принципы фотолитографии и комбинаторной химии.
Исходный продукт — кварцевая пластина — покрывается специальным реактивом, силаном, который прочно соединяется с кварцем и формирует строго периодичную молекулярную матрицу (с равномерной поверхностной плотностью), готовую принять нуклеотиды.
В цепочках будущего кода основания идут вертикально вверх, а наносят их одновременно на всю поверхность, слой за слоем.
Разумеется, каждый раз на чип подают определённое вещество, и чтобы оно закрепилось только в определённых «особенностях», тех самых микронных квадратиках, используют маски, аналогичные тем, что нужны для производства микросхем.
С основой чипа каждый раз сцепляются лишь те основания, что освещаются через отверстия в маске ультрафиолетом.
В этом процессе последовательного синтеза главное — каждый раз накладывать новую маску с микронной точностью, иначе все генетические коды на пластине перемешаются.
Так, шаг за шагом (в пищевом чипе их 17, в других моделях фирмы — до 24) формируются вертикальные столбики нуклеотидных цепей, которые и создают ключи-анализаторы генов.
Эта технология служит, конечно, не только для таких забавных (на первый, возможно, взгляд) областей применения, как выявление мяса поросёнка в гусином паштете, но и для вполне серьёзных научных исследований.
Ведь на поверхность чипа, теоретически, можно нанести фрагменты каких угодно генетических кодов.
Работа Affymetrix — лишнее доказательство, что самые интересные и перспективные открытия происходят на стыках наук и дисциплин.
Похоже на биологическое разнообразие в природе, получаемое смешением генов. Не так ли?
