Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) представляют собой универсальный источник информации по всем генетическим признакам любого вида.
Впервые воссоздать модель двухцепочечной ДНК и обосновать ее удалось ученым Френсису Крику и Дж. Уотсону в 1953 году. Пространственная структура ДНК, представляющая собой две спирали, состоит из единиц – нуклеотидов, она является индивидуальным признаком каждого вида.
В современном мире представляется возможным выделение ДНК из абсолютно любого доступного биологического материала, состоящего из клеток, имеющих, кроме прочего, в своем строении оформленное ядро. Это так называемые клетки-эукариоты. К ним относятся клетки животных, растений, вирусов или микроорганизмов. При выделении ДНК человека, как правило, используется кровь, а именно лейкоциты. Также представляется возможным экстрагировать ДНК из мышечной ткани, фекалий, спермы, ногтей, волос и других образцов. Кроме того, для анализа на ДНК подходят окурки, почтовые марки, жвачки – одним словом все то, где могла остаться слюна человека, у которого берут анализ.
Поступенчатое описание процесса выделения ДНК, возможные методы, используемые при этом.
Весь процесс экстракции ДНК состоит из цепочки последовательных, связанных друг с другом этапов:
1. Быстрое разрушение клеток (лизис).
2. Освобождение рабочего материала от клеточного содержимого (органелл) и мембран.
3. Денатурация белков, их экстрагирование с помощью ферментов.
4. Извлечение искомых нитей ДНК, взаимодействие их с этиловым спиртом с целью выделения осадка.
5. Растворение полученной твердой фазы в буферной жидкости.
Методов выделения ДНК существует множество. Вот некоторые из них:
* Экстракция под действием органических растворителей;
* Экстракция с помощью гель-фильтрации;
* Экстракция с помощью магнитных частиц;
* Экстракция на бумажных фильтрах;
* Ионообменные смолы.
Это далеко не полный перечень доступных сегодня методов выделения ДНК. Выбор способа экстракции зависит от вида и степени очистки исследуемого образца, от поставленной задачи и времени, планируемого для ее выполнения.
Выбор метода выделения ДНК, требования к материалам и условиям его хранения.
Процесс выбора наиболее подходящей методики выделения ДНК сопряжен с оценкой нескольких критериев:
* Вид первичного материала (ткани, листья, семена растений, образцы животного происхождения, продукты переработки и прочее).
* Вид источника нуклеиновых кислот.
* Характеристики ожидаемого результата (время, затраченное на анализ, степень очистки, ее продолжительность, выход исследуемого образца).
* Будут ли нуклеиновые кислоты исследуемого материала использоваться далее (для клонирования, ПЦР, синтеза кДНК).
Существую также особые правила для хранения и транспортировки исследуемых образцов материала:
* Если для анализа берут кровь, то она должна быть охлаждена. При этом важно избегать замораживания.
* Анализ образцов проводится в течение 2-х суток. Если провести экстракцию в этом временном диапазоне не представляется возможным, то исследуемые материалы подвергают криозаморозке при температуре от -20⁰С до -80⁰С.
* Важно не допускать повторные заморозки и оттаивания образца по причине того, что эти процессы негативно сказываются на структуре самой ДНК, может нарушаться ее целостность. Итогом это может стать затруднение и затягивание анализа, либо его полная невозможность.
* Недопустим процесс загрязнения исследуемых образцов.
Значение экстракции ДНК для современной жизни
Выделение ДНК с развитием прогресса, в том числе с точки зрения генно-молекулярной инженерии, перед человеком открываются новые горизонты для исследований и возможности для внедрения результата этих опытов в повседневную жизнь.
Так, например, вместе с умением выделять ДНК практически из всех биологических жидкостей и тканей организма человека, пришла способность устанавливать, научно доказывать наличие или отсутствие близкородственных связей между людьми. Особенно широко это применяется в судебной практике для установления отцовства.
Также ДНК-идентификация личности нашла свое применение в криминалистике, являясь подчас единственным доказательством причастности или же непричастности подозреваемого к преступлению.
В области диагностики различных заболеваний также широко применяются ДНК-технологии. Они позволяют вовремя выявить, а также по возможности скорректировать различные отклонения от нормы при развитии некоторых патологий (например, серповидная анемия, муковисцидоз). Огромное значение это имеет в гинекологии при планировании беременности и на стадии вынашивания плода, особенно, если ранее, за несколько поколений, в роду имели место какие-либо генетические и соматические отклонения.
Посредством ДНК-технологий разрабатываются некоторые лекарственные препараты (например, вакцина против вирусного гепатита В, гормон роста, инсулины). С помощью генной терапии появилась возможность внедрения в организм больного полноценных здоровых генов взамен мутировавших, таким образом, восстанавливая полноценную работу органов и устраняя соматические нарушения. В педиатрии такое лечение используется при терапии врожденных иммунодефицитов.
ДНК-технологии обширно применяются в сельском хозяйстве, например, для селекции растений. Эти методы призваны создавать такие сорта сельхозугодий, которые будут максимально идеальными по пищевой ценности, внешним характеристикам, способности противостоять воздействиям окружающей среды, неприхотливости к условиям хранения и транспортировки.
В современном мире развитие новейших технологий идет быстрыми темпами. Осваиваются все новые направления для использования генной инженерии и ДНК-методов в повседневной жизни. «Клонирование», «Генная селекция», «Генно-модифицированные продукты» — эти слова далеко не новые в лексиконе современного человека.