Thread by @OlgaVPettersson

Последний лонгрид в выходные.
Начало:

https://twitter.com/OlgaVPettersson/status/1228663101878423552

Итак, в 50-60x структура ДНК определена. Отклонимся от темы, и постараемся понять как ученые додумались до того, что ДНК является носителем генетической инфы. Для этого, расскажу о хромосомах подробнее. 1/Х

2. В прошлом треде мы о них говорили: это красивые штуки, в которых белки-пистоны обматывались ДНК, плотно упаковывая километровые молекулы так, чтобы они поместились в микроскопические ядрышки клеток.

3. Не шучу, ученые подсчитали что молекула ДНК из одной клетки имеет длину аж в 2 метра! А если сложить все клетки человека и размотать их ДНК, то этими молекулами, конец к концу, можно опоясать аж солнечную систему.

4. Хромосомы бывают разные, синие, белые крас… Не, на самом деле их масса типов. Но самые большие жирные хромосомы можно увидеть и в простой школьный микроскоп. Эти супер-дупер гиганты есть в клетках слюнных желез мух, их в первый раз и заметили и решили поизучать.

5. Смотрели ученые на эти хромосомы, и думали: а зачем? Среди этих ученых был дедушка Мендель, и другие ученые мужи. Доэкспериментировались они до того, что поняли что хромосомы передаются от родителя потомкам, и именно в них лежит генетическая информация. Так родилась Генетика.

6. Если кто-то пропустил фильмы “Белые одежды” и “Академик Вавилов”, посмотрите обязательно! История развития генетики в СССР, до слез.

7. Закончим лирическое отступление, и вернемся в 60е годы. Структура ДНК расшифрована, все знают что она важна для наследственности. А что делать дальше? Надо узнавать КАК вся эта инфа записана в молекуле.

7. Знаем, что есть Г, Ц, А и Т - азотистые основания с сахарком и фосфором и сидят они в двойной спирали. А дальше? И задумались ученые мужи, если в ДНК зашифрована вся инфа о нашей жизни, как эту инфу расшифровать?

8. И зашли в неслабый тупик. Расшифровывать белки и раскладывать их на составляющие кирпичики, в 60х уже умели. И РНК открыли.

9. РНК тоже нуклеиновая кислота, однако у нее и сахарок другой, и Урацил вместо Тимина, и цепочка всего одна. Работать с ней было проще: молекулы коротенькие и никаких двойных спиралей.

10. Вот с нее и начали. Нашли как считывать ее структуру, одну букву за раз. Делали это хитро, разными типами очистки и раздербанивания.

А ДНК возились доооооолго, почти 20 лет. И хроматография шла в ход, и фракционирование, и электрофорез.

11. Но как понять сам шифр, если мы не можем разглядеть буквы? Группа Фрэда Сангера решила кровь из носу, но эту сову нам надо разъяснить. Додумались они до следующего.

12. Чтоб не работать с километровыми ниточками ДНК за раз, их надоть покоцать чисто для удобства. Вот они чисто механически, рвали длинные молекулы на маленькие кусочки. Ну, не так чтобы молотком или ножницами, а дробили ультразвуком, до кусочков из 100-500 буквочек.

13. Сначала, сослуживцы Сангера, Максам и Гилберт, подливали к ДНК химикаты, которые начинали молекулу разрушать на разных буквах. В конце концов, в растворе получался равномерный супчик, где плавают молекулы ДНК разной длины.

14. Если разложить все эти молекулы рядышком по длине, то у нас получится целая линейка: 300, 299, 298, 297 …

15. Ну и что это дает для расшифровки? Фигня! Нее, Коулсон был далеко не дурак. Химикаты у него были хитрые - в одной пробирке разрушали Г и А, в другой Т и Ц, в третьей Ц, четвертой Г. Теперь осталось эти кусочки покрасить чтоб было видно...

16. ... содержимое каждой пробирки выложить по линейке, и начать читать шифровку.Красили радиоактивными изотопами, серой или фосфором, потом фотографировали и по засвечиванию пленки видели молекулы. А как разложить в линейку?

17. Перепробовали много методов, и хроматография, и фракционирование, и электрофорез. Вот форез оказался самым перспективным.

18. В чем фишка: ДНК у нас кислота, так? Вспоминаем школьную химию: если кислота, то она вся из себя такая негативная, т.е. негативно заряженая.

19. Вот если мы эту злюку разведем подсоленной водичке, и через водичку пропустим ток, то поплывет наша негативненькая прямой наводкой от - к +. Причем, поплывет быстро.

20. В простой водичке купаться просто. А если усложнить ситуацию? Ученые подкозлили ДНК и заставили ее проплывать через хитрый гель. В геле этом масса изогнутых лабиринтов, и бедняжке негативнице приходится пробираться через густые дебри.

21. Зато в процессе она расправляется, растягивается, и плыть получается кошмарно медленно. Вот так и выстраивается ДНК по линейке размеров: коротенькие кусочки в геле под током плывут быстренько, а те что подлиннее ползут медленно.

22. Вот теперь содержимое каждой пробирки с разными супчиками заряжают в гель, по отдельности. В результате видим картинку внизу.

23. Гель читаем сверху вниз. Самый коротенький фрагмент разрушился в пробирке с Г и А. А из чистого супчика с Г нету ничегошеньки! Значит, там не Г, а А. Следующий, по тому же принципу, из пробирки с Т. Потом два подряд из Г. Потом Ц есть подтверждение из двух пробирок, ТЦ и Ц).

24. Это было красиво! Но МУТОРНО неприведигосподь. Сангер решил все делать по-своему. К тому времени Уже знали как размножить ДНК и какие биохимические реакции этим заправляют.

25. Вкратце, сливаем в пробирку саму ДНК, затравку, А, Г, Т и Ц, и хитрый белок, который складывает ДНК (ДНК полимераза), ну и чуток магния (чтоб поднять полимеразе настроения).

26. Только вместо хороших А, Г, Т и Ц, Сангер и коллеги подмешали немного буковок дефектных. Если у сахарка, который сидит на буковках, отчекрыжить парочку атомов, то полимераза обидится и дальше складывать ДНК на будет.

27. Опять, имеем 4 пробирки. В одной примешан бракованный А, в другой Г, и.т.д.. В результате опять получаем супчик, где полимераза останавливалась там, где ей попадалась дефектная буква. И опять делаем гель и электрофорез, читаем по тому же принципу, что на картинке выше.

28. Только тут чисто одна буква на полоску геля. Возни теперь меньше, читать проще! Сангеру (непонятно почему его обычно произносят по-русски как Сенгер), Гилберту и их коллеге Бергу, за все это дали Нобелевскую в 1980.

29. И огромное ему за это спасибо, т.к. благодаря ему у меня есть классная любимая работа.

О том как все это развивалось дальше, будет в следующей серии.