Диалоги (декабрь 2003 г.) - Гордон Александр (читать книги онлайн бесплатно регистрация txt) 📗
Если же говорить о генах вообще, то мы можем увидеть, как в целом в течение эволюции они как бы учатся интерпретировать сигналы. Если из современных организмов в порядке их сложности построить ряд, соответствующий общим эволюционным представлениям, и сравнить нуклеотидные последовательности в ДНК, составляющие их разные гены и целые геномы, то видно, как возрастают следующие показатели. (1). Общие величины геномов.
Так, у кишечной палочки – около 3.6 млн. нуклеотидов, в них – чуть более 3.2 тыс. генов, у нас – 3.2 млрд. нуклеотидов и примерно 40 тыс. генов. Промежуточные по сложности организмы – дрожжи, круглые черви, дрозофилы – по этим показателям занимают соответствующие промежуточные положения. (2) Разнообразие ДНК-текстов. (3). Среднее количество нуклеотидов на ген, то есть избыточность текста и длины регуляторных участков, которые интерпретируют сигналы, управляющие работой генов. Средняя длина гена у всех организмов – примерно 1000 нуклеотидов. В то же время, если поделить величину генома на количество генов, у бактерий на ген приходится чуть более тысячи нуклеотидов, а у человека – более 32 тысяч. Прочие названные геномы тоже занимают соответствующие места на этой шкале. Иными словами, чем сложнее организм, тем у него больше среднее количество знаков ДНК-текста, обусловливающих «ответ» – работу – одного гена. (5). В связи с этим возрастает как бы усреднённая рецептивность генов: чем сложнее организм, тем у его гена в среднем больше и длина его регуляторных зон, и их разнообразие, и количество факторов, которые они могут связать, включая, выключая или варьируя работу гена. Иными словами, возрастает количество интерпретируемых сигналов и их взаимодействий. (6). Поэтому многие из этих «входов» всё более можно рассматривать как знаки в семиотическом понимании: один и тот же «входной» регуляторный фактор разные гены интерпретируют по-разному, в зависимости и от других факторов – производя свои специфические генные продукты и признаки клетки и организма. (7). Всё это образует всё более сложные сети процессов – всё более интерпретирующих знаки и являющихся ими, а не просто являющихся сигналами и их сочетаниями или однозначно отвечающими на них. (8). Появляется всё больше разнообразных мобильных генетических элементов; у бактерий их мало, и они – одиночные, а у человека разнообразные участки, сходные с ними, составляют около 30% генома. (9) Для самых «продвинутых» генов высших организмов – многие из этих генов особенно сильно работают в клетках мозга и некоторых других важных органов – характерен так называемый альтернативный спласинг: с одного и того же гена клетка и организм строят несколько разных белков с разными функциями – по-разному нарезая его мРНК-копии. Регуляторные системы разных клеток, в разных контекстах, по-разному интерпретируют, как знак, один и тот же ген, одну и ту же его мРНК. (10). На мРНК сложных организмов есть свои сигналы – определяющие, сколько времени, сколько раз эту мРНК можно «прокручивать» на рибосомах, синтезируя с неё белок, и вообще как её использовать. Эти сигналы и знаки транспорта и работы самой мРНК сейчас интенсивно изучают. В общем, чем сложнее организм, тем на единицу функции (а ген – это элементарная наследуемая единица биологической функции) приходится гораздо больше информационных и знаковых входов – образно говоря, даже каждый ген больше понимает и умеет.
На слова Левонтина, цитированные Хоффмайером – «Genes do nothing» («Гены ничего не делают»), можно возразить следующее. Точно так же и мы в отрыве от всей взрастившей нас культуры (включая литературу), от всего того, что мы приняли с родителями, с книгами, с образованием, с друзьями, коллегами, от жизненных ценностей и целей, мы тоже «ничего не делаем» – «We do nothing». Значит, ген в контексте всё более сложной клетки может всё больше, а в контексте всё более сложного многоклеточного организма – тем более. И в связи с этим – (11): Повышается тотальная надежность генома, его помехоустойчивость как целого. Так, в геноме кишечной палочки могут мутировать безвредно для неё лишь 50% генов, а 50% – это потенциально летальные гены. У дрожжей – уже 80% устойчивых генов, у нематоды – 90%, а у нас – ещё больше. А дальше – «превыше генов» – возрастают количество и разнообразие: кодируемых генами белков, структурных уровней в организме и элементов в рамках каждого из них, типов регуляции, адаптаций, взаимодействий с другими организмами, экологических ниш, эволюционных стратегий… И всё это базируется на всё более интенсивных и многообразных интерпретациях знаков.
А вот и мир нейропептидов – как раз картинка появилась на эту тему. «Нейрон с нейроном говорит…». Раньше думали, что это – просто сигналы; что, грубо говоря, синапс – место контакта нейронов – работает как диод, однонаправленная передача тока с некоторой задержкой. А сейчас мы знаем, что здесь, в этих пузырьках, – сложнейший язык из молекул, там может быть до тысячи нейропептидов (один из них, белок Р – вещество боли), а также малые молекулы: связанные с творчеством и изменёнными состояниями сознания – норадреналин и дофамин, с эмоциями – серотонин, с памятью – глицин и глутамат.
С.Ч. После синаптической мембраны, то есть после прохождения синапса, нейромедиаторы воспринимаются примерно по такому же типу, как и идёт взаимодействие кодона и антикодона в генетических системах. То есть принцип организации процесса оказывается тот же – за счет того, что части молекул взаимодействуют по определенным правилам функционирования, а не в силу их физической сущности здесь тоже имеем трансцендентность плана содержания – то есть биологического назначения – и плана выражения как физического субстрата.
По такому же типу организованы механизмы ещё нескольких процессов. На предыдущей картинке, где у нас были спермии, проникающие в яйцеклетку, показан кортикальный слой яйцеклетки. Этот кортикальный слой обладает такими же «семиотическими» свойствами, как т-РНК или синаптическая мембрана – он должен найти такое же семиотическое соответствие со спермием. Далее будет следующая картинка, связанная с иммунным взаимодействием. Вот это как раз антитела на вирус атипичной пневмонии. Антитела взаимодействуют с частицами возбудителя по такому же типу, как РНК, нейромедиаторы и синаптические мембраны, спермии и кортикальный слой яйцеклетки, то есть это тоже чисто семиотическое взаимодействие.
А.С. Раз уж мы затронули патологии, то поговорим о самых страшных – о семиотике рака. Вот картинка из работы крупнейших американских исследователей генно-клеточных основ рака – Д. Ханахана и Р. Вейнберга. Роберт Вейнберг – Нобелевский лауреат; весной этого года он читал цикл лекций у нас в МГУ. Вот кибернетическая блок-схема раковых событий в клетке, изображающая сеть ключевых управляющих генов, белков и процессов. Здесь видно, насколько уже удалось понять, где, что, как и почему происходит на уровне клеток.
Внизу – картинка тех же авторов, отображающая их представления о раковых ситуациях. Над левым рисунком написано «Редукционистское видение», а над правым – «Гетеротипическая клеточная биология», по Ханахану и Вейнбергу. В их понимании, опухоль – это совокупность по-разному дифференцированных клеток, порождающих рак сообща (на языке семиотики – интерпретируя сигналы друг друга). На следующем рисунке отображено 6 типов событий, характерных для раковых клеток: самостимуляция в ответ на белковые факторы роста; нечувствительность к сигналам подавления роста; прорастание и метастазирование в другие ткани; неограниченная способность к репикации ДНК и к размножению; формирование нужных опухолям кровеносных сосудов; способность противостоять сигналам, заставляющих другие дефектные клетки совершать самоубийство – апоптоз. Каждый вид рака характеризуется своим специфическим набором вариантов «сценариев» – последовательностей событий.
Пять вариантов таких «сценариев» показано на следующем рисунке этих авторов.
Известно около сотни нозологических форм рака, т.е. видов раковых заболеваний. К их возникновению, к осуществлению раковых «сценариев», приводит накопление от 3 до 7 (у некоторых форм рака – 12) определённых мутаций в определённых генах. Одни из таких мутаций – это транспозиции (перестановки) таких генов под сильные промоторы, другие – это изменения в последовательностях нуклеотидов в тех областях самих генов, где закодированы белки. Таких генов – около 150; это – очень маленькая доля генов человеческого генома, но именно они-то чрезвычайно важны для нормальной жизни клеток.
