Журнал «Компьютерра» № 23 от 20 июня 2006 года - Компьютерра (книги полностью .TXT) 📗
Наука: Пара-мутациями не ограничимся!
Автор: Дмитрий Шабанов
Французские ученые опубликовали результаты исследования, вызвавшего разговоры об очередной трещине в фундаменте гордого здания современной генетики. На самом деле, очередной раз захрустели лишь школярские упрощения, широко распространившиеся в науке о наследственности и за ее пределами.
Вспомните школьный курс биологии. Вам авторитетно доказывали, что признаки организмов определяют гены – участки ДНК. Изменения в этих участках возникают-де лишь как непредсказуемые поломки, отражающиеся на клетках и организмах – контейнерах генетической информации. Верные РНК помогают переносить информацию с величавой ДНК к исполнительным роботам-рибосомам. Естественному отбору предписано подхватывать и копировать последствия случайных ошибок в ДНК, в результате чего сами собой якобы могут появляться полезные признаки. Их накопление и породило нас с вами и весь тот живой мир, в котором нам выпало жить.
С приведенными рассуждениями согласится не только добросовестный школьный учитель, но и бо,льшая часть биологов-профессионалов, которые занимаются другими проблемами. Но от действительного состояния науки (обсуждаемого, перепроверяемого, подвижного совместного знания) эта картина чрезвычайно далека.
Большинство важных для выживания признаков (свойств) организма не заданы в ДНК, а возникают в результате индивидуального развития организма как целого. Указать конкретную причину и ее следствие в путанице проявляющихся в развитии взаимосвязей обычно невозможно. Это удается или в случаях какой-то поломки (поломался ген – исчез фермент – бактерия не может использовать питательную среду), или в тех ситуациях, когда есть два устойчивых возможных пути развития и хорошо отлаженный генетический переключатель между ними (растения гороха с желтыми/зелеными и гладкими/морщинистыми семенами в опытах Грегора Менделя). А вот на те признаки, которые определяют жизненный успех или неудачу соответствующего норме организма, влияет весь генотип и еще много факторов сверх того. Даже зная все начальные условия, мы не сможем точно предсказать, по какой именно траектории пойдет развитие организма. К сожалению, стройной классификации признаков по уровню их предопределения в ходе развития до сих пор нет. В результате выводы, полученные при исследовании простейших биохимических признаков, переносятся на всю совокупность свойств организмов.
ДНК и другие носители наследственной информации – не причины бытия клеток и организмов, не их «истинная суть» («КТ» #567), а их инструменты, которые, кстати, при необходимости могут целенаправленно перестраиваться. Некоторые изменения ДНК вероятнее остальных и чаще происходят именно тогда, когда в них возникает потребность («КТ» #585).
Система считывания информации с ДНК кроит и видоизменяет текст, с которым взаимодействует. РНК, образованная в результате этого взаимодействия, претерпевает разнообразные перестройки, механизм которых изучен лишь частично. Свойства белков, синтезирующихся на рибосомах, зависят и от их аминокислотной последовательности, восходящей, с учетом всех перипетий, к последовательности ДНК, и от взаимодействия с другими молекулами.
Вопреки желанию любителей простоты, которым хочется в каждом случае узнать об однозначном соответствии между элементарной причиной и конкретным следствием, сложные системы обладают целостными свойствами и нередко способны передавать (наследовать) свои свойства во времени. Приведем один пример. Что и как делается в том или ином месте клетки, определяет цитоскелет – совокупность белковых тяжей, пронизывающих всю клетку. Это они транспортируют и сортируют разнообразные клеточные детали. А у инфузорий цитоскелет отвечает еще и за слаженную работу бесчисленных ресничек, находящихся на поверхности тела. Если с помощью микрохирургии вырезать участок поверхности инфузории, повернуть на 180° и вставить обратно, реснички на нем будут загребать в сторону, противоположную общему движению. И вот что удивительно: такой участок может сохраниться и в нескольких поколениях потомков оперированной инфузории! Архитектура цитоскелета столь сложна и целостна, что может передавать свои свойства при делении клеток.
Изучая проявления наследственности, мы стоим перед таким клубком взаимосвязей, полное распутывание которого – сверхчеловеческая задача. Цепочка ДНК-РНК-белок-признак – лишь один из множества путей. Естественно, что когда удалось описать столь простой информационный канал, возникла иллюзия, что с его помощью можно объяснить все свойства организмов. Но теперь один за одним становятся известны фрагменты альтернативных путей, например, передачи информации от белка к белку, от РНК к ДНК и т. д. Каждое подобное открытие сопровождается разговорами, что «традиционная генетика опровергнута». Один из последних примеров – обнаружение у резуховидки Таля (Arabidopsis Thaliana, хорошо изученного экспериментального растения) способности исправлять мутантные гены в своем генотипе («КТ» #585). Предполагалось, что ключевую роль в этом играли молекулы РНК, которые «помнили» естественное состояние гена и возвращали мутантов к норме.
Так что же удалось обнаружить на сей раз?
Мино Рассользадеган (Minoo Rassoul-zadegan) и его коллеги из института INSERM во Франции работали с генетически измененными бурыми хомячками (Scotinomys)[Это уже не травка-резуховидка, а хомяк-скотиномис, млекопитающее, с генетической точки зрения – почти человек], близкими родственниками мышей. Они использовали линию хомячков с искусственно вызванной мутацией гена Kit. Как вы помните, продвинутые организмы обычно обладают двумя версиями большинства генов, расположенными в одинаковых местах материнской и отцовской хромосом. Хомячки с двумя мутантными версиями гена Kit гибнут, носители мутантной и нормальной версий несут характерные белые отметины на шерсти, а носители двух нормальных генов имеют (должны иметь!) нормальный внешний вид. Однако выяснилось, что внешние признаки мутации сохранялись и у тех генетически нормальных хомячков, отцом, матерью или более отдаленным предком которых были хомячки с мутантными генами. Этот феномен называется парамутацией.
Генетически нормальные, но внешне измененные особи передают проявления аномалии в потомстве в течение нескольких поколений (хотя и с постепенным ослабеванием). Что же переносит информацию от предков к потомкам, если не гены?
Выясняется, что синтезированная на мутантных генах РНК разбивается на фрагменты, но сохраняется в клетке (вероятно, связываясь с какими-то переносчиками). Особенно много таких фрагментов оказывается в половых клетках. В клетках генетически нормальных потомков эти РНК вмешиваются в работу нормальных генов и каким-то чудом воспроизводят аналогичные себе молекулы. Вероятно, в их присутствии синтезируемая по нормальному гену РНК оказывается аномальной. Тут есть какая-то аналогия с «работой» прионов – молекул белка с измененной пространственной укладкой. «Нормальные» белки, которые клетка синтезирует в присутствии прионов, сами становятся прионами. «Нормальная» РНК, которую синтезирует клетка в присутствии мутантной, становится такой же.
А что касается повышенного содержания РНК в половых клетках… Чарльз Дарвин на склоне лет сформулировал гипотезу пангенезиса. Согласно ей, клетки всего тела отряжают в половые клетки особых «гонцов». Благодаря этому в половых клетках собирается-де информация о текущем положении дел в организме. И как же смеялись над автором этой гипотезы![Мир, в котором мы живем, устроен так хитро, что придумать нечто совсем не отвечающее действительности почти невозможно]
Особенность описываемых экспериментов состоит в том, что к нетрадиционному воспроизводству оказалась способна информация мутантного гена, созданного искусственным путем. Мы имеем дело не с исключительным свойством данного гена, а с некой «боковой дверью», которой, наверное, могут воспользоваться и иные информационные потоки. И на основании этого обстоятельства можно сделать серьезные выводы.
