Вникаем: complementary DNA strand (кейс из медперевода)

— Женя, я предлагаю переводить «a complementary DNA strand» как «нить комплементарной ДНК».
— А почему именно так, а не, например, «комплементарная нить ДНК»? Надо вникнуть.
— Не уверена, но ты прав, надо вникнуть.

-—

Мы с переводчицей, Галиной Куркиной, разбирали глоссарий для руководства по онкологии, и вся фраза звучала так:

The first step of the RT-PCR reaction is to copy the mRNA strand into a complementary DNA strand (cDNA strand).

Поскольку глава относилась к молекулярной биологии опухолей, нужно было копнуть именно эту область.

Первым делом, я попробовал разобраться в том, что такое RT-PCR.
Об этом термине мы поговорим чуть позже, а сначала разберемся с PCR.

PCR

PCR, polymerase chain reaction, полимеразная цепная реакция — весьма широко используется там, где нужно сделать из одного образца (фрагмента) ДНК много таких же.

Примеров применения масса:
— секвенирование ДНК;
— тест на отцовство;
— проверка на наличие вируса (в т. ч. и вездесущего COVID-19);
— клонирование генов;
— выявление генных нарушений.

Вероятно, именно из-за последнего пункта эта реакция и попала в руководство по онкологии.

Описана эта реакция была довольно давно — в 1985 году, а изобретатель — американский химик-синтетик, позднее биохимик, Кари Маллис — через 8 лет, в 1993 году, получил за нее Нобелевскую премию.

Тогда же, в 1985 году, ему идея этой реакции показалась настолько красивой, что он сам себя отговаривал ее развивать: «Не может быть, чтобы такая простая идея не приходила никому в голову. Хотя, может и нет никакой идеи, просто тут где-то ошибка, которую я не вижу?»

Попробуем вникнуть.

Для реакции понадобятся:

Образец ДНК (капелька, щепотка, волосинка и т.д., где есть нужная ДНК или фрагмент ДНК, который надо «размножить»).
Праймер. Если бы нам надо было размножить буквосочетание «след» в слове «наследство», то все слово «наследство» — будет ДНК, а праймерами будут короткие последовательности букв, которые примыкают к нужному слову (т.е. «на» и «ство»). Иногда праймеры называют «затравкой».
ДНК-полимераза — особый фермент, который есть, пожалуй, в каждой живой клетке, и который умеет присоединять к одной букве (точнее дезоксинуклеотиду) ДНК тот, который ему соответствует (благо алфавит в ДНК несложный — A, T, G, C, причем G/гуанин всегда прилипает к C/цитозину, а А/аденин к Т/тимину, и наоборот), и таким образом делать из одиночной ДНК-спирали двойную.
Собственно сами компоненты алфавитного бульона — А (аденин), Т (тимин), G (гуанин), С (цитозин).
Вода + пробирка.

Логика реакции была такая:

Нагреваем ДНК-содержащий материал почти до кипения. Минут через 5 при таком нагревании молекулы ДНК разворачиваются (обычно они свернуты), а составляющие ее нити расходятся.
Затем все это постепенно охлаждаем и добавляем праймеры. Праймеры, как магнитики, прилипают к нужным участкам на нитях ДНК.
Как только праймер «прилип», в дело вступает ДНК-полимераза — она цепляется за кусок двойной нити (как раз то место, куда прилип праймер), и начинает ползти по нитке дальше, попутно восстанавливая недостающие «буквы».
Минут через 5 полимераза уже сделает нужные участки ДНК двухниточными, а значит реакцию можно повторять, т.е. идти к п. 1 (нагревать, разделять и т. д.).

Операция повторялась много раз, концентрация нужного участка ДНК (гена) после каждой операции увеличивалась, т.к. праймеры с каждым разом помогали отрезать от получавшихся нитей все лишнее, в итоге нужный ген многократно, я бы даже сказал, многотысячекратно увеличивался.

Нужно отметить, что поначалу первые ДНК-полимеразы от каждого повторного нагрева разрушались, и при каждом цикле надо было добавлять новые ДНК-полимеразы. Однако, потом ученые научились их извлекать из термофильных бактерий Thermus aquaticus (которые живут в гейзерах) — их ДНК-полимераза названа Taq-полимеразой. Не без гордости отмечу, что свойства этих бактерий были описаны советскими учеными в 1980 году.

Ну так вот — наличие этой полимеразы сильно облегчило жизнь ученым — после каждого кипячения добавлять ДНК-полимеразу уже не требовалось.

Итак, в первом приближении с реакцией ПЦР мы разобрались, но как вы помните, у нас на входе был другой термин — RT-PCR что означает reverse transcription PCR или «ПЦР с обратной транскрипцией». Иногда, кстати, это же сокращение — RT-PCR — используется для другой реакции — real time PCR, «полимеразная цепная реакция в реальном времени» — но там немного другая опера.

RT-PCR

Дело в том, что не всегда есть возможность получить из образцов чистую ДНК, однако есть возможность получить РНК (ДНК живет в ядре клетки, а РНК обычно в цитоплазме).

Эта реакция позволяет получать ДНК из РНК — чтобы потом делать с ДНК уже реакцию PCR (описанную выше). Собственно, она потому и называется reverse — т. к. мы здесь поворачиваем вспять обычную биологическую реакцию — из ДНК в РНК.

Итак, порядок действий такой.

Берем однониточную РНК (если быть точнее, то речь идет об мРНК/mRNA — матричной РНК/messenger RNA).
Добавляем в пробирку праймеры.
Добавляем в пробирку обратные транскриптазы (а не ДНК-полимеразы, как в прошлой реакции), иногда их называют ревертазами. Этот фермент получили американские ученые в 1970 году из ретровирусов (кстати, потому и «ретро-»).
Транскриптазы находят «прилипший» праймер, стартуют с него и воссоздают двойную спираль, причем одна нить в этой спирали РНК, а другая ДНК. Правила соответствия (комплементарности) те же: аденин <—> тимин (в РНК — урацил), гуанин <—> цитозин. И наоборот.
Далее, все как в прошлой реакции — нагреваем, получаем отделившуюся нить ДНК, и с ней уже работаем по плану.

Отмечу, что РНК намного менее стабильный полимер, нежели ДНК, и с ней чаще происходят неточности копирования, отчасти поэтому репликацию делают именно из ДНК, а не РНК.

Так вот, вернемся к нашим баранам, а точнее к предложению, с которого все началось.

The first step of the RT-PCR reaction is to copy the mRNA strand into a complementary DNA strand (cDNA strand).

Здесь уже становится очевидно, что речь идет о комплементарной нити ДНК — т.е. о нити, которая комплементарна образцовой мРНК. Задачка решена.

P.S. Отмечу, что в биохимии я чайник, а потому мой текст кишит неточностями и, что уж греха таить, ошибками — за что прошу специалистов сильно меня сапогами не пинать :).

На иллюстрациях схемы реакций, ну и — для пользы дела и коллег переводчиков — английские термины.