Друзья, кто из вас в теме - речь о молекулярной биологии. Для романа нужно правдоподобно (наукообразно) описать прекрасно оборудованную лабораторию / исследовательский центр. Его цель - выявить несколько генов среди прочих, которые отвечают за абсолютно определённые способности. В идеале научиться их произвольно включать / выключать. Если финансирование не ограничено, что необходимо / достаточно для ведения подобных исследований? Количество персонала и его специальности, какие-то специфические аппараты / агрегаты / оборудование? Все подробности, пожалуй, не нужны - - главное, чтобы материала хватило для некой правдоподобности и не казалось, что автор вообще ничего не смыслит в этом деле

НФ идея заключается в том, что в этой лаборатории ищут по заказу крупного концерна несколько генов, которые затем надо научиться (или попытаться научиться) контролировать. Кстати, какие методы (безуспешно) могут в лаборатории пробовать (и отбрасывать) для контроля над этими генами? По сюжету нужны исследования, которые никак не могут увенчаться успехом: гены хотя и нашли, вычислили, но перебор разных способов включения не срабатывает, все способы безуспешны. Зато случайно нашли способ, как выключить, если ген уже включен.

Могу спросить у специалиста.

[quote name='Сергей Матвеев' date='5.8.2019, 23:10' post='653772']
Друзья, кто из вас в теме - речь о молекулярной биологии. Для романа нужно правдоподобно (наукообразно) описать прекрасно оборудованную лабораторию / исследовательский центр. Его цель - выявить несколько генов среди прочих, которые отвечают за абсолютно определённые способности. В идеале научиться их произвольно включать / выключать. Если финансирование не ограничено, что необходимо / достаточно для ведения подобных исследований? Количество персонала и его специальности, какие-то специфические аппараты / агрегаты / оборудование? Все подробности, пожалуй, не нужны - - главное, чтобы материала хватило для некой правдоподобности и не казалось, что автор вообще ничего не смыслит в этом деле

Часть 1 - В общем о биохим лаборатории (генетические исследования будут во второй части).


лаборатория (какого-нибудь) геномного анализа или биотехнологии ферментов

на самом деле, подобными методами владеет множество научных групп разной направленности - это и медицинские фундаментальные и прикладные исследования (лаба может называться вроде "генной терапии" или "иммунологии и гематологии"), так и производство кормовых добавок для сельского хозяйства - как раз в такой я была "биотехнологии ферментов"
у них всех теоретически можно заказать такую работу

Институт биохимии им. Крутого Биохимика Прошлого, половина этажа: 4-6 рабочих комнат, холодная комната (+4С, герметичная дверь, тревожная кнопка, розетки, вода - можно проводить там опыты, требующие долгого охлаждения и не влезающие в обычный холодильник, объект шуточек молодежи и идеальное место для неприятностей, если речь идет о каком-то экшене), виварий (мышки-крыски, кролики и морские свинки - "меньшие научные сотрудники"). Комната для засевания культур - там имеют дело со спорами грибов и бактерий. Герметично, хорошо моется, есть УФ-лампа для дезинфекции.
Люди: один профессор, который занимается менеджментом, встречается с инвесторами и читает отчеты, в лабе почти не бывает. Остальные работают в лабе, некоторые постоянно днюют и ночуют в лабе, но готовы в принципе при необходимости все. Многие молодые работают без выходных. Иногда работа заставляет остаться на ночь. Это, конечно, крайне не приветствуется отделом охраны труда.
Итак: 2 локальных начальников: по генетике и по химии белка, но деление условное, и у них в подчинении 6-8 молодых ученых, аспирантов, студентов на практике (точно будут, если это не суперзакрытая ведомственная лаба - а если такая, то у них не заказы, а приказы).
По образованию это химики (органическая химия, биохимия, физхимия, крайне маловероятно: аналитика и неорганика) и биологи (генетики, биотехнологи, биофизики). Кем точно являются биохимики и биофизики - биологами или химиками и физиками, вопрос спорный и бюрократический.

Оборудование, типичное для биохим лаб, независимо от профиля: холодильники обычные бытовые (у них 4 штуки, стоят в коридоре, забитые под завязку - нет порядка и времени на уборку)
дистиллятор или деионизатор воды - делает из водопроводной воды гораздо более чистую, такой водой споласкивают хим. посуду после мытья и разводят не самые ответственные растворы
для растворов и мытья поответственнее используют бидистиллят - перегоняют еще раз дистиллят/деионизат, или в простой перегонной установке с колбами, прямым холодильником и тд, или в специальном аппарате.

Центрифуги. много и разные, по числу оборотов (или по величине g - "же", порядок - тысячи оборотов в минуту или g - "же"), числу и объему пробирок, которые можно поместить.
отделяют осадок от раствора, который сам не осядет или будет долго оседать. Часто с встроенным охлаждением. На них центрифугируют - "фугуют". (фугануть, отфуговать).

Автоклавы. Хватит и 1. Типа большой скороварки. Давление порядка 3 атм, обработка перегретым водяным паром. Дезинфекция, если работаешь с грибами и бактериями - необходимо, споры убивать. Стерилизация посуды и обезвреживание отходов (последним часто пренебрегают).

Нагреватели для пробирок. Нагрев до заданной температуры заданное время, гнезда для пробирок http://www.simas.ru/netcat_files/File/11_5061.jpg

мешалка для интенсивного встряхивания пробирки https://biosan.lv/media/products/main/v_1_p...100x600_q85.png

печки или специальные бани, колбонагреватели

весы. технические для примерного взвешивания (1.00 г) и аналитические (1.0000 г) для точного. если лаба богатая, то электронные. может быть оборудована отдельная весовая комната. без пыли, без всякого хлама, хотя у всех, кроме аналитиков, беспорядка может быть больше, весы грязные и тд. но может и не быть.
аналитические весы стоят на специальном столе, гасящем вибрации, тяжелом.

шейкеры для культивирования. шкаф, поддерживающий температуру и влажность, там стоит десяток-другой колб или пробирок и несильно встряхивается. несколько дней, пока растет культура.

качающиеся платформы - несильное качание колб или лотков с тем, что нужно перемешивать какое-то время.

магнитные мешалки, бывают с подогревом. похоже на небольшую закрытую электроплитку, в растворе крутится якорь мешалки - ферромагнитный стержень в интертной оболочке (тефлон) http://analytprom.ru/magnitnaya-meshalka-ms-3000/

термостат жидкостный - 5-10 литровый пластиковый теплоизолированный ящик, дист. вода, нагреватель + термометр (температура контролируется прибором). можно подвесить колбы и пробирки на штативе, можно качать воду через что-то с термостатируемой рубашкой

термостат воздушный - просто шкаф, который держит опр температуру, туда ставят колбы на полки, как в холодильник.

Вытяжные шкафы. Могут быть старые, если норм, могут новые. Где-то на чердаке здания установлены мощные насосы, которые тянут воздух из такого шкафа. Включают вытяжку и работают с вонючками.

Спектрофотометр. Меряет оптическую плотность - окрашенность раствора при опр длине волны или при всех длинах видимого диапазона, рисует спектр. Метод количественного, иногда качественного анализа. Бывают с термостатированием и мешалкой - в кювете такого прибора можно непосредственно проводить реакцию.

Роторный испаритель - быстро и мягко, при вакуумировании, кручении колбы для перемешивания и небольшом нагреве отгоняет растворитель от раствора, концентрируя его.
Лиофильная сушилка - вакуумирование, охлаждение до -80С, вымораживание растворителя и сушка. Способ сушить нестабильные биомолекулы.

Мытье посуды и посуда вообще. В современной биохим лабе мытья минимум. Большинство посуды одноразовое, пластиковое. Это микроцентрифужные пробирки 1-2 мл и меньше (крышка защелкивается), центрифужные пробирки 15 и 50 мл. Пипетки автоматические, одноразовые пластиковые наконечники, выкрутил на шкале необх объем, отобрал, выплеснул куда надо. http://pharmaspb.com/system/product_photo/...%20Research.jpg
Пластиковые кюветы к спектрофотометру одноразовые.
Расходники типа шлангов, фильтров, фильтровальной бумаги и кальки для взвешивания, диализных мембран, пленки, парафиновая лента для герметизации.

Стекло дороже, многоразовое. Моют водопр водой, щелочным раствором (стиральная сода или NaOH), стиральным порошком, хромовой смесью, азоткой с перекисью, просто азоткой, опять водой, дист. бидист водой, спиртом, ацетоном, сушат в сушильном шкафу (закрытый шкаф с подгревом). Порядок мытья, моющие средства зависят от загрязнений и задачи. Помытую посуду хранят в чистом месте, закрыв от пыли. Это может быть эксикатор - стеклянный сосуд с притертой крышкой. Можно посуду постерилизовать в автоклаве.

В очень богатых лабах будут лаборанты, которые будут мыть посуду, готовить рабочие растворы (но не каждый экспериментатор доверит и может для верности подготовить себе все сам). Они же следят за животными в виварии. Еще будут люди, которые занимаются бумажками: оформление грантов, разрешений на клинические испытания, отправка отчетов, охрана труда, закупка оборудования. Частично этим заняты ученые, но лучше их разгрузить.

Реактивы. Бывают разных степеней чистоты. https://www.dia-m.ru/page.php?pageid=51268
Кислоты: серная, соляная, азотная, уксусная, лимонная...
Растворители: этанол, ацетон, гексан, петролейный эфир, диэтиловый эфир...
Соли для буферных растворов: NaCl, (NH4)2SO4, ТРИС, цитрат натрия, фосфаты натрия, карбонаты натрия...
NaOH
Красители
Питательные среды и их компоненты

Реактивы поспецифичнее под конкретную задачу.

Практически все оборудование и реактивы выпускаются монополистами, действительно очень дороги и неподьемны для обычного человека с обычной зарплатой. Поэтому лабы без хорошего финансирования, грантов и проч. обречены прозябать в плане оборудования, мыть все одноразовое, скидываться на дешевое с зарплат, пытаться заменить дорогостоящее по дендрофекальной технологии и ходить побираться.

Ух ты.

Спасибо огромное!

И как там гены выживают?

не мне спасибо, а anlashok_ximik

я ему сейчас развёрнутое спасибо готовлю И некоторые вопросы -уточнения

anlashok_ximik

Спасибо Вам огромное за потрясающе подробное описание! На мне теперь большая ответственность: грамотно воспользоваться Вашей помощью!
Представляется лаборатория, сотрудники, оборудование, даже то, как выглядит обычный день (и часто ночь) в лаборатории!

По сюжету лаборатория имеет практически неограниченное финансирование, так как является приоритетным направлением исследования крупного международного концерна. По первому требованию будет доставлено всё самое передовое и необходимое. Персонал можно набрать не только в России, но и за рубежом, если надо. Можно выделить самый мощный из имеющихся суперкомпьютеров.

По сюжету есть несколько последовательных задач:

1. Методом сравнения генома обычного, нейтрального человека с теми, у которых появилось новое физиологическое свойство выяснить / выявить гены, ответственные за эту разницу

2. Путём перебора различных методов (которые должна придумывать / генерировать группа аналитиков) постараться вызвать "включение" этих генов у добровольцев, у которых они ещё не включены.

Далее по сюжету перебор способов затягивается, но так ничего и не даёт. То есть не даёт положительного результата. Зато неожиданно даёт отрицательный результат - "выключение" этих генов у тех, у кого они уже были включены. С прекращением той новой, дополнительной функции, которой они обладали.

Надо напридумывать какие-нибудь примеры испробованных способов, пусть даже фантастических Хотя, может, и так смогу это в главе пояснить...

Хочу заранее предупредить, будет много текста, пишу потому, что сам работал в биохимической лаборатории.
Итак, нам по сюжету надо найти гены, которые гипотетически дают какие-то способности человеку при их модификации. И построить диалоги, грамотно заполненные профессиональными терминами. Все их с своём ответе я буду выделять БОЛЬШИМИ БУКВАМИ, иногда уточняя, как мы называли их в своих лабораторных разговорах. Под "нами" я буду иметь в виду нас, биохимиков и молекулярных биологов, а "наша группа" - собственно, главные герои, которым нужна лаборатория.
Начну с общего. Каждый ген отвечает за кодирование определённого белка. В гене (это участок молекулы ДНК, как помним) информация записана буквами А, Г, Т, Ц (вообще это молекулы-звенья, из которых состоит ДНК - НУКЛЕОТИДЫ). Если этот белок катализирует какую-то реакцию, он фермент, если определяет какую-то реакцию организма или чем-то в организме управляет - его чаще всего называют ФАКТОРОМ (тот же фактор некроза опухоли). Названия у всех белков - чаще всего английские аббревиатуры (TNF - Tumor Necrosis Factor из прошлого предложения). У ферментов есть номера КФ (по-английски EC, например, 1.1.1.1 - алкогольдегидрогеназа, она отвечает за переработку этилового спирта, ну и реакция человека на алкоголь как раз зависит от этого фермента). Разумеется, всё многообразие белков этим не описывается, но не буду перегружать...
Начнём с поиска генов. Рабочая гипотеза - УРОВЕНЬ ЭКСПРЕССИИ определённых генов может быть повышен у лиц (ну или экземпляров, как вариант), проявляющих какие-то особые способности, которые нашим исследователям нужно развить. Примерная постановка исследования.
1. Нашей группе нужно,собственно, найти наши гены, найти их ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ (или СИКВЕНСЫ). Искать их наша исследовательская группа будет на сайте GenBank, но, как правило, эти сервисы (GenBank один из них) объединяются в один общий сервис NCBI (Национальный центр биотехнологической информации США) - там собрана вся биологическая информация на сегодняшний день. Все значимые статьи, сиквенсы генов, информация по белкам... Найдя последовательность одного гена, мы "вставляем" её в программу BLAST (тоже есть на NCBI) - и этот BLAST выдаёт нам все гены, похожие на тот, что мы ищем.
2. Наша исследовательская группа, зная СИКВЕНСЫ исследуемых генов, приступает к экспериментам. Прежде всего надо вырастить культуры тканей или клеток, в которых этот ген работает. Для культивирования человеческих тканей нужны очень сложные питательные среды, в которых обязательным компонентом являются ФАКТОРЫ РОСТА. Сразу скажу - этот метод технически сложный, можно сказать, что это высший пилотаж по части выращиваний. Не бактерии какие-нибудь.
3. Вырастив культуру наша группа должна будет выделить ДНК. Чтобы не утруждать себя и сделать всё быстро, это можно сделать при помощи НАБОРОВ - это набор готовых реактивов с инструкциями типа "то влей сюда, а это вот туда".
4. Тут начинается интересная вещь. Если главные герои хотят найти новые гены, которые ещё никто не прочитывал, они должны заняться СЕКВЕНИРОВАНИЕМ ДНК. Это делается на СЕКВЕНАТОРЕ.
5. Если наша группа уже знаем наш ген, и им надо только посмотреть, работает ли он (ЭКСПРЕССИРУЕТСЯ ли), то надо выделить РНК (молекулы, при помощи которых организм считывает с гена информацию), ДНК уже можно не выделять. Выделение РНК - сложная процедура из-за нестабильности этой РНК, надо, чтобы в лаборатории всё было идеально чисто. Может помочь ингибитор РНКаз (ферментов, которые разрушают РНК), но малейшая ошибка, малейшее загрязнение пробы (взялся за пластиковую пробирку-"эппендорф" голыми руками, без протёртых спиртом перчаток) - и РНК разрушилась, "деградировала".
6. После выделения ДНК или РНК нужно сделать так, чтобы одна молекула-копия целевого гена превратилась в миллион копий - так работать легче. И это позволяет сделать метод ПЦР - полимеразной цепной реакции. Он осуществляется на ПЦР-АМПЛИФИКАТОРЕ - это прибор позволяет поддерживать в пластиковых пробирках с реакционной смесью температуры с точностью до 0,1 градуса, меняя их за секунды - это критично. А для того, чтобы в пробирке с ДНК появлялись именно копии нужного гена, наша исследовательская группа должна подобрать ПРАЙМЕРЫ - молекулы-ключики ДНК, микроскопические по сравнению с геном (если ген может содержать сотни-тысячи "оснований", т.е. тех самых букв А, Т, Г, Ц, то в праймере их от силы двадцать). Праймер связывается с определённым участком ДНК - тогда он СПЕЦИФИЧЕСКИЙ. Эти праймеры можно либо заказать у компаний, которые этим занимаются (у нас чаще всего "Хеликон"), либо приобрести ДНК-СИНТЕЗАТОР и синтезировать самим. Ещё для ПЦР нужна ДНК-ПОЛИМЕРАЗА, за её сроками хранения надо следить - если наша группа не уследит, фермент инактивируется.
7. Проверить результаты работы с ДНК можно при помощи, как я оцениваю по опыту, самой лёгкой процедуры в лаборатории - электрофореза в агарозном геле. Главное напряжение правильно "выставить". С РНК такое не делается - она всегда превращается в ДНК в ходе ОБРАТНОЙ ТРАНСКРИПЦИИ ("обратка"). Для этого нужен фермент РЕВЕРТАЗА.
8. Скорость работы исследуемого гена (УРОВЕНЬ ЭКСПРЕССИИ) можно определить при помощи ПЦР В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ ("реал-тайм-пцр"). Нашей группе нужно подобрать МАРКЕРНЫЕ гены - относительно них будет определяться уровень экспрессии исследуемого гена, и подобрать к ним праймеры. Маркерный ген должен работать с постоянной скоростью, которая определяет уровень обмена веществ в целом. Чаще это HOUSE-KEEPING-гены, определяющие ключевые процессы в клетке. Пусть главные герои возьмут ген 18S-рибосомной РНК - тогда не ошибутся.
9. Чтобы убедиться в наличии в тканях белка, который, возможно, вызывает изучаемую способность организма, исследователи могут заказать к этому белку МОНОКЛОНАЛЬНЫЕ АНТИТЕЛА (которые реагируют на него и только на него) и провести ИММУНОЦИТОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. Это можно сделать при помощи флуоресцентной микроскопии - тогда во тьме поля зрения клетки с функционирующим белком будут светиться красным (или зелёным, это от красителя зависит) цветом на радость исследователю. Сразу - я это не делал.
10. Чтобы как-то изменять гены, надо использовать методы генной инженерии. Тут я не спец, но могу посоветовать исследовательской группе подумать над МОБИЛЬНЫМИ ГЕНЕТИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ (или ТРАНСПОЗОНАМИ) - это такие маленькие мини-гены, которые ничего не кодируют, а просто перепрыгивают из одного участка ДНК в другой, попутно прихватив с собой кусочек какого-нибудь гена. Вообще структуры, при помощи которых исследователи вводят ДНК в клетку, называются ВЕКТОРАМИ.
Ну а там... там как пойдёт.
P.S. Извиняюсь за техническую ошибку, приведшую к дублированию части этого сообщения.

По персоналу.
1. Руководитель такой лаборатории должен обладать в том числе навыками биоинформатики. С ним будет работать какой-то аспирант (ну или специалист сопоставимого возраста и опыта), конкретно занимающийся работой с BLAST, поиском публикаций и т.д. Вместе они будут сидеть и всё анализировать, обсуждая, что есть в GenBank'е, насколько специфическими являются праймеры...
2. В теории за ПЦР и электрофорез должны отвечать разные люди, и у них должны быть разные лабораторные помещения. Где-то по два-три человека в каждой группе для среднеинтенсивных исследований будет достаточно.
3. Выделение РНК - это работа для человека, способного работать или в одиночку, или в паре с кем-то несколько часов в медицинской маске, почти не разговаривая - при разговоре в воздух теоретически попадут РНКазы, РНК деградирует. Лаборатория для этих целей имеет "грязную зону"- раздевалку, грубо говоря, и "чистую зону" - за отдельной дверью, вход в перчатках, халатах, масках, в момент проведения эксперимента не входить.
4. Культура тканей, генная инженерия - тут, к сожалению, ничего не могу подсказать по составу персонала, так как этим не занимался сам. Но думаю, много людей не понадобиться. Подготовка реактивов, кого-то назначить ответственным за посевы и пересевы (у этого человека должны быть твёрдые, не дрожащие руки и отточенность каждого движения), ну и организация - вот и всё.
5. За каждый высокотехнологичный прибор типа секвенатора, амплификатора должен отвечать свой человек, так будет надёжнее и проще.
Как по мне, таким персоналом можно ограничиться, а то ещё чего доброго информация конкурентам утечёт, если слишком многие знать будут

Я себя тупым чувствую.

Что можно почитать химику неорганику, чтобы понимать в биохимии?
Основы органики понимаю. Даже цикл Кребса знаю. Но вот синквесиирование, мптоды копиррвания днк, и еще чего вы написали, взрыв мозга. Чувствую себя ну очень тупым.

Скажем так... я попытался изложить то, что осваивается "опытным путём", на рабочем месте. Есть отличная книга "Молекулярная биотехнология: принципы и применение" Б. Глик, Дж. Пастернак. У меня было издание 2003 года, может, ещё издали. Я эту книгу понял будучи восьмиклассником (путь и олимпиадником). Читал как детектив .

Владимир, спасибо Вам огромное, низкий поклон за такие подробные описания и советы! Чувствую себя так, как будто побывал там! Материала теперь точно должно хватить для описания лаборатории и характерых деталей процессов и персонала! Вы так хорошо описываете, что могли бы и сами быть писателем (а, возможно, уже писатель)! У Вас были бы потрясающе интересные произведения!

Очень познавательно. Спасибо.
Тема не моя, но хотел бы задать один вопрос: Как там насчёт самовольных перемещений ДНК?
Цепочки, разумеется. Может ли она встраиваться в геном человека?

Мобильные генетические элементы у человека есть, они сосредоточены в некодирующих областях генома. И эти цепочки ДНК периодически перепрыгивают с одного места на другое. По механизму - есть специальный фермент, который эти цепочки находит, "отщипывает" их из того участка ДНК где они находятся, а ещё один фермент их вставляет на какое-нибудь случайное место в геноме. Насчёт вопроса, какое это влияние на нас оказывает - по подсчётам, каждую минуту у нас образуется предраковая клетка, но срабатывают естественные механизмы защиты. Кстати, у вирусов такие вещи тоже есть.

Рад, что смог помочь Вам! А о писательском деле задумываюсь серьёзно, поэтому и на этот форум захожу.

Спасибо. Нельзя ли чуть подробнее об этом?

Скажем так, это было очень неожиданное открытие. У нас на гены, кодирующие белки (по идее, основная функция ДНК), приходится где-то 1% всей ДНК. Остальное - принят термин "мусорная ДНК", придумали тогда, когда не знали, что это такое. Не всё ясно и сейчас. Но уже найдены элементы ДНК, контролирующие работу генов, способные включать их или выключать. Найдены те самые мобильные генетические элементы. Найдены повторяющиеся области, по которым, кстати, определяется отцовство. Выявлены так называемые псевдогены - они похожи на нормальные гены, но из-за мутаций больше не работают. И нельзя забывать про теломеры - концевые участки хромосом, которые уменьшаются с каждым делением клеток, достоверно доказана их связь с преждевременным старением. Сейчас учёные предполагают, что одна из функций некодирующей ДНК - защита генов от мутаций. Но уже обнаружены и другие...

Насчет почитать.
Обсуждение о закупке оборудования для ПЦР

Перечень оборудования одной генетической лаборатории
Пишут, зачем нужен тот или иной прибор и есть их изображения.

Я только начала вникать в тему и мне для начала посоветовали "Генетическая инженерия" Щелкунов Н.С. Электронная версия вполне доступна.

По биохимии я бы советовала Ленинджера. Выбрать интересующие главы. Но речь идет скорее о молекулярной биологии, и для нее наверное биохимию лучше уже знать.

Прошу прощения за долгое молчание. Могу в двух словах без терминов (термины уже прекрасно расписал Vladimir_L, а я их просто не знаю) рассказать о работе лаборатории биотехнологии ферментов.
Есть задача получить определенные ферменты - добавлять в корма для скота для лучшего усвоения целлюлозы, например. Но грибы или другие организмы, которые производят таковые в природе, недостаточно эффективны или их неудобно выращивать.

Тогда выбирают один из микроскопических грибов, который хорошо растет в лабораторных условиях и производит много белка в культуральную жидкость (высокая продуктивность). Внедряют в его геном необходимую последовательность нуклеотидов: матрица для синтеза белка, регуляторные участки. Эту последовательность или покупают, или выделяют, или синтезируют.

В гриб внедряют последовательность. С помощью вектора или как-то еще.
(вектор - частица, которая способна переходить из клетки в клетку и переносить фрагменты ДНК (трансмиссия). Векторы бывают плазмидные, космидные и т.д...
Вектор входит в клетки, которые надо модифицировать и часть их встраивается в геном клеток.
Иногда внедряемая ДНК вносится методом микроинъекции или электропорации (обработка импульсным током высокого напряжения, в результате которой в клеточной мембране образуются поры).

Размножают гриб. Подбирают питательную среду, в которой выживают только те клетки, которые генномодифицировались.

Дальше можно выделить и изучить их ДНК, убедившись, что нужный ген там появился, а можно исследовать белки, которые он синтезирует.

Для этого отделяют сами грибы фильтрованием, осаждают белки сульфатом аммония (75% насыщения осаждает обычно все белки, можно осаждать частично избирательно, постепенно наращивая его концентрацию и отделяя белки), отделяют центрифугированием. Отделенные белки нужно обессолить (диализом или хроматографией на колонке с сефадексом (G-10 или G-25 или с другим гелем с небольшим размером пор)), разделять дальше: ионообменной хроматографией, гидрофобной хроматографией, аффинной (офень эффективное выделение одного конкретного белка, для которого есть аффинный - то есть, точно соответствующий носитель).
Число стадий зависит от состава биообъекта, требуемой чистоты результата, доступных методов. Больше стадий - выше чистота, меньше выход.

На каждой стадии можно отобрать немного каждой пробы и проверить активность интересующих нас ферментов (определяется по скорости превращения специфического для этого фермента субстрата при добавлении небольшого известного объема исследуемой пробы).
Можно разделить пробы на электрофорезе белков - по сути похож на электрофорез ДНК, но делается на чуть других приборах и слегка иначе.
Идея та же - капля пробы в электрическом поле двигается по тонкому слою геля, чем белок крупнее, тем меньше он пройдет. На геле 10-15 лунок для проб, из них 1-2 - маркер, смесь белков с известной мол. массой, нужны в качестве линейки. Готовый эл. форез красят кумасси бриллиантовым синим и сканируют обычным сканером. Делают вывод о составе исследуемых проб белка, мол массе белков и чистоте.
Кусочек геля с интересующим белком можно вырезать и отдать на масс-спектроскопию (отправить в тот научный центр, где есть такой прибор - за деньги). В результате вам могут сообщить точную последовательность аминокислот в белке по спектру или по сравнению с известными в базах.

А еще чистый белок можно выделить в большом количестве, вырастить из него кристалл (это сложно и получается не для всех белков) и сделать рентгеноструктурный анализ. Позволяет установить пространственную структуру.

Та лаборатория биотехнологии ферментов, когда установила, что полученный ГМО-микрогриб синтезирует то, что надо, оптимизирует условия выращивания гриба и выделения ферментов, изучает безопасность ферментов для скота, масштабирует процесс и отдает методичку на завод. Патентует и продает.

Но весь путь исследования белков, которые синтезируются на интересующем нас гене, можно проделать и для любых других белков. В том числе, и определяющих необычные свойства ваших персонажей. Если это белки в нашем организме, какие-нибудь мембранные рецепторы или что-то другое крутое, они могут быть недоступны в большом количестве. И их можно исследовать специфическими методами.

в целом то механизмы простые, нужно лишь в голове держать название и примерную структуру тех или иных функциональных групп белков.

Ген – единица наследственности. Не один нуклеотид, не один триплет. Достаточно длинный фрагмент ДНК, соответствующий одному белку. Сама матрица для белка + регуляторные области.
Свойства генетического кода: 1) генетический код триплетный (каждая аминокислота кодируется тремя нуклеотидами); 2) неперекрывающийся (соседние триплеты не имеют общих нуклеотидов); 3) вырожденный (за исключением метионина и триптофана все аминокислоты имеют более одного кодона); 4) универсальный (в основном одинаков для всех живых организмов); 5) имеет линейный порядок считывания.

Гены (генотип) определяют признаки (фенотип) организма посредством белков. В нуклеотидной последовательности ДНК закодированы только матрицы для синтеза белков. Белки управляют всем. Белки разнообразны и универсальны. Это изрядная часть структуры клеток, и практически все управление – ферменты, транспортные белки в клеточных стенках и много где, рецепторы, белки иммунитета, некоторые гормоны.
В нуклеотидной последовательности записаны только сами белки. А вот то, почему именно эти гены активны сейчас, почему они реализуются, считываются и обеспечивают синтез белка – большой хороший вопрос не на одно десятилетие работы. Эпигенетика.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. Сахарно-фосфатный остов (фосфорная кислота и дезоксирибоза – пятиатомный сахар, пентоза, пятиугольники вот эти, у остова есть 5’ (штрих) и 3’ концы), на который вешаются азотистые основания: тимин, цитозин, аденин, гуанин. Азотистое основание + сахар + фосфат = нуклеотид (например, аденозинтрифосфат, АТФ. Аденин и тимин могут образовать по две водородные связи, гуанин и цитозин по три.
ДНК обычно двухцепочечная. То есть, две вот такие цепи лепятся к друг другу водородными связями между нуклеотидами. В двухцепочечной ДНК (если ее прогидролизовать на отдельные нуклеотиды) выполняется правило Чаргаффа: А = Т, Г = Ц. Просто потому, что они попарно слеплены.

кусочек двухцепочечной ДНК

И вот это уже собирается в ту самую двойную спираль.

Нуклеотиды одной цепочки по три подряд образуют триплет. Один триплет – 1 кодируемая аминокислота будущего белка.

РНК – рибонуклеиновая кислота – похожа, но сахар там чуть другой (рибоза) и вместо тимина (метилурацила) урацил. И она как правило одноцепочечная и покороче. Значительно покороче. РНК бывают: мРНК (иРНК) – матричная или информационная. Собственно переносчик инфы о белке, соответствует первичной последовательности белка + немного регуляторных участков. Если ДНК в ядре – сервер библиотеки, то мРНК – флешка с одной книжкой + информация о том, с какой стороны ее читать.
рРНК – рибосомная. Информации как будто не несет, составляет бОльшую часть субъединиц рибосомы, на которой идет синтез белка. Принтер.
тРНК – транспортная (картридж) Переносит к рибосоме аминокислоты (чернила). Для каждой аминокислоты - своя тРНК.

Наглядное видео о биосинтезе белка

Центральная догма молекулярной биологии (да, именно так называется): Как правило, наследственная информация передается по пути: ДНК-(транскрипция)-РНК-(трансляция)-белок.
Кроме того, ДНК и РНК могут копировать сами себя. ДНК для этого, а также для синтеза РНК на ней, нужно отделить вторую половину.
При размножении эукариотических клеток, то есть, ядерных, у которых ДНК хранится в ядре, упакованная-уплотненная в хромосомы, хромосомы расплетаются, ДНК делится пополам между двумя будущими клетками. Бывают прокариоты, не имеющие ядра. Наследственная информация хранится просто в цитоплазме в виде кольцевой ДНК. С ними генетику работать проще.

А еще один смысл двухцепочечности ДНК - защита от мутаций. Если одну из цепочек повредило, скажем, свободным радикалом, образовавшимся при радиационном облучении (или из множества других источников), то специальные ферменты осуществят репарацию - ремонт повреждения по примеру второй, целой половинки.

Насколько мне известно, люди на данный момент умеют модифицировать геном отдельных клеток, и то, клеток должно быть достаточно много и из них выбирают удавшиеся. Модифицируют на уровне добавить/убрать один-несколько генов. Делать что угодно целенаправленное с геномами взрослых людей пока не умеют. Учатся лечить некоторые генетические болезни. Например, не хватает какого-то белка в лимфоцитах. Берут у человека немного лимфоцитов, внедряют в них правильный ген этого белка, размножают и вводят человеку. Будет частичное излечение при условии регулярных введений.
Или модифицируют клетки костного мозга, трансплантируют и человек, по крайней мере частично, будет обеспечен правильными лимфоцитами, которые будут производиться его костным мозгом.
А еще можно сделать лейкоциты, "натасканные" на определенный вид раковых клеток - и это будет индивидуальная эффективная терапия рака.

Как говорит википедия, в генотерапии на сегодня можно модифицировать либо
- зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введённый материал попадёт во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению);
- либо соматические клетки, в которые вводят генетический материали он не передаётся половым клеткам. Представьте себе, сколько у нас таких клеток.

Наверное, я многое упустила, но вникать можно годами.

если нужно модифицировать всего человека, все его клетки, и речь идет о фантастике, попробуйте заразить его специально созданным нелетальным вирусом, неберущимся иммунной системой и хорошо проникающим во все клетки человека (или большинство, или по какому-то признаку). Его задача - внести нужный ген в нужное место и все.

А чтобы включать/выключать конкретные гены... Эпигенетика. В течение жизни организма у нас постоянно включается/выключается что-то. Эпигенетическая регуляция позволяет приспосабливаться к условиям в течение жизни особи или нескольких поколений.

«Геном и белки функционируют как одна огромная библиотека: ДНК содержит тексты, а эпигенетические структуры выполняют функции библиотекарей, каталогов и указателей, распоряжающихся информацией и упорядочивающих ее».

Гены никуда не деваются. Почему-то перестают экспрессироваться - то есть, не синтезируется соответствующий белок. Сайленсинг - "молчание". Это может быть механизмом защиты от чужеродной ДНК.
На уровне ДНК: не копируется ген на РНК, нет транскрипции.
На уровне РНК: мРНК синтезировалась, но ее разрушают. Нет трансляции.

Нашла текст, который мне нравится, читаю и дергаю сюда то, что имеет отношение к делу.
Подробная популярная статья об эпигенетике

Существуют некие регуляторные элементы, управляющие активностью генов. По современным представлениям, к таким элементам относятся: метилирование ДНК, гистоновые модификации, ацетилирование, фосфорилирование, гликозилирование, разнообразные микроРНК и другие структуры/процессы, «дирижирующие» нашим геномом.
Метилирование ДНК. Это единственная химическая модификация ДНК, задействованная во многих генетических процессах у эукариот. Метилирование — добавление СН3-группы к цитозину ферментами ДНК-метилтрансферазами, что приводит к инактивации целого гена, в состав которого входит этот модифицированный нуклеотид. К метилированному участку присоединяется особый белок, который блокирует синтез соответствующей мРНК. Механически прикрывает.
А если в клетку попала чужеродная ДНК (например, вирусная), клетка может ее выявить и уничтожить рестриктазой. А свои правильные участки ДНК клетка защищает от рестриктазы все тем же метилированием.

А вот как метилтранфераза должна узнать последовательность, которую ей нужно прометилировать?
Почему в реалиях книги будет не включаться один ген, а выключаться другой?
Можно придумать массу ошибок, которые по идее недопустимы, а по факту не исключены. Образцы перепутать - ничего сложного, особенно если исполнителей много, они говорят на разных языках, а штативов для эппендорфов всегда не хватает (да, даже в богатой лабе может чего-то не хватать) - все заняты, нет времени выбросить ненужное, а новые еще не доставлены со склада.
Этапов очистки и выделения, синтеза и определения структуры множество. Везде у нас не одна светящаяся колба, а десяток-другой маленьких одинаковых пластиковых пробирочек в штативе. В них капля прозрачной/мутноватой жидкости. Они подписываются спиртовым маркером, а маркер можно и стереть случайно, особенно если у тебя спирт на каждом шагу (стерилизуют руки, столы по-быстрому). И перепутать.
Навскидку, перепутали на каком-то этапе два гена. Это объяснит, если у всей группы испытуемых одинаковый эффект.

Или надо думать какую-то каверзу со стороны клетки. Все эти системы сложные, много петель прямой и обратной связи, защитных механизмов, чтобы ничего вдруг не слишком.
Экспрессия этого гена приводит к синтезу нужного белка, допустим, это фермент, его продукт оказывает свой эффект, но он активирует какой-то допустим мембранный рецептор, который вызывает каскад клеточных реакций, в результате чего клетка думает, что катастрофа, какие-то давно не актуальные условия среды. С перепугу синтезирует фермент, который тоже через несколько звеньев активирует деметилирование того гена, который в итоге и будет разбужен к удивлению персонажей.
Но это может быть более индивидуально, чем в случае с "пробирки перепутали"?

Если финансирование не ограничено, то у Вас не одна лаборатория, а исследовательский институт, а то и не один. Гуглите их структуру и штатную численность. Фокус вот в чём: численность ограничивают: если ещё один сотрудник будет конкурировать за ресурсы (в том числе, за деньги), если ещё один сотрудник будет мешать уже нанятым коллегам, если ещё один сотрудник будет мешать управленцам и если его просто негде взять. В остальных случаях чем больше народу, тем лучше.

У всех суперкомпьютеров есть владельцы. Текущим лидером владеет Институт физико-химических исследований в Японии. Вы серьёзно хотите, чтоб физики за какие-то там деньги сдали его «левым» биологам свою машину, на которую сами потратили не один миллион? Со всеми собственными данными, сливать которые в архив и потом восстанавливать долго. Это даже если забыть, что если лаборатория действительно такая богатая, как заявлено, то затеявший такой разговор рискует провести остаток жизни в психушке. Потому что вместо поиска сдающих машинное время должен был искать инженеров, которые спроектируют и построят суперкомпьютер специально для лаборатории. Облако на прокат ищут те, кому создание машины на заказ не по карману.