Пятилетняя работа нескольких американских лабораторий привела к впечатляющему результату: отныне биологи могут следить в микроскоп за индивидуальной молекулой белка. Молекулярный процесс, для которого разрабатывалась аппаратура и методика, называется сплайсинг, или, иначе, созревание матричной РНК.

В двух словах — что именно происходит. Клетка синтезирует белок не на гене — участке ДНК, а на молекуле-посреднике — матричной РНК. Сначала с ДНК снимается РНК-копия, матричная РНК, на которой потом и происходит сборка полипептидной — белковой — цепи. Но между синтезом матричной РНК и синтезом белковой молекулы РНК-молекула претерпевает сплайсинг. Дело в том, что информация в геноме упакована чрезвычайно плотно, и ДНК в этом смысле можно уподобить архивным файлам; один и тот же участок молекулы может кодировать несколько разных белков, фрагменты генетического кода которых записаны вразбивку друг с другом.

Эти фрагменты информации о разных белках могут совпадать, могут частично перекрываться, но важно одно: при синтезе РНК все они переписываются на молекулу РНК в том виде, в котором они находятся в ДНК. Когда же дело дойдёт до синтеза белка, молекула матричной РНК должна содержать последовательность только одного белка, без пробелов, швов и кусков чужого кода. Вот сплайсинг как раз и выполняет функцию вырезания «ненужных» кусков из матричной РНК.

Рис. 1. Молекулярный мир клетки в представлении 3D-художника (иллюстрация Medi-Mation).

Для наглядности можно представить, что у нас есть учебник по химии и кулинарная книга, переплетённые между собой так, что страницы двух изданий перемешаны. Так вот, при сплайсинге происходит вырезание ненужных страниц и восстановление текста в единое осмысленное целое, и в результате мы можем прочесть то, что нам нужно, — учебник или сборник рецептов.

Как и всё, что происходит в живой клетке, сплайсинг требует участия огромных белковых комплексов. Белковый комплекс, который выполняет эту процедуру, называется сплайсосомой. Работать он должен с необычайной точностью, поскольку малейшая ошибка в вырезании-сшивании приведёт к синтезу неработающего или неправильно работающего белка. Изучение сплайсосомы важно для прикладных медицинских целей, но изучать её от этого легче не становится: до сих пор неизвестен полный цикл работы этого комплекса. Теперь же, после появления системы слежения за индивидуальной белковой молекулой, задача упрощается в несколько раз. Метод обкатывался на системе сплайсинга дрожжей.

В лаборатории исследовательницы Вирджинии Корниш в Колумбийском университете была создана флуоресцентная краска, которая метила отдельные белки сплайсосомы. В группе Джеффа Джеллена в Университете Брандейса были сконструированы лазер, который возбуждал краситель на белковой молекуле, и оптический микроскоп, с помощью которого можно было наблюдать свечение белковой молекулы с красителем. Можно пометить разными красителями разные компоненты большого белкового комплекса и в реальном времени следить за их поведением: кто, с кем, когда и в каком порядке встречается и на каком участке молекулы РНК это происходит.

Нельзя сказать, что сам идея метода так уж нова. Но в данном случае задача состояла не в том, чтобы предложить общую идею, а в обнаружении конкретного решения: нужно было найти краситель, который не повреждал бы белок и не нарушал его функцию, научиться «красить» белковые молекулы, сконструировать микроскоп… Отчёт о работе американских учёных появится 11 марта в журнале Science.

Эта технология, разумеется, выйдет за пределы узкого (хотя и важного) изучения сплайсинга; разработчики планируют внедрить её во все отрасли молекулярной биологии. Уже сейчас г-н Джеллен с коллегами пробует «увидеть» белки транскрипции — процесса, в результате которого синтезируется РНК. Вряд ли биологи откажутся от такого подарка: у них появился шанс заменить все нарисованные мультики про ДНК, РНК, рибосомы и т. п. настоящим документальным кино.