Наука Плоского Мира III: Часы Дарвина (ЛП) - Стюарт Йен (серии книг читать онлайн бесплатно полностью TXT) 📗
Многие геномы (даже большинство, если не все их них) таким способом могут включать в себя различные части вирусов. Так же поступает и геном человека. Передача ДНК посредством вирусов кажется является важной особенностью эволюции.
В 2004 группа учёных во главе с Эриком Эспагне исследовала последовательность ДНК поли-ДНК-вирусов и обнаружили нечто совершенно отличное от того, что можно было ожидать. Геномы типичных вирусов значительно отличатся от геномов организмов-«эукариотов» (организмов, чьи клетки имеют ядро), которыми являются большинство многоклеточных организмов и многие одноклеточные, но не бактерии.
Последовательность ДНК большинства эукариотов состоит из «экзонов» — коротких последовательностей, которые сообща кодируют белки — разделённых короткими последовательностями под названием интроны, которые пропускаются, когда код превращается в соответствующий белок. Гены вирусов относительно просты и обычно не содержат интронов. Они состоят из связанных последовательностей колов, которые определяют белки. А данный геном поли-ДНК-вируса в самом деле содержал достаточное количество интронов. Это геном имеет сложную структуру и больше похож на геном эукариота, чем на геном вируса.
Авторы сделали вывод о том, что поли-ДНК-вирусы «являются биологическим оружием осы против своих жертв». Так что они больше похожи на вражеский геном, чем на простой вирус.
Многочисленные примеры, как старые так и новые, опровергают каждый аспект популярной взгляда на ДНК и процесс эволюции. В конце мы решили привести один особо важный и обнаруженный совсем недавно пример, значимость которого для биологического сообщества становится совершенно очевидной. Возможно это самое сильное потрясение, которое могла испытать клеточная биология с момента открытия ДНК и самой важной догмы: ДНК определяет информационное-РНК, которое в свою очередь определяет белки. Открытие не было сделано через большую и широко разрекламированную исследовательскую программу вроде проекта «геном человека». Его сделал некто, кого очень интересовало то, почему его петунии бывают полосатыми. Когда весь мир пытается расшифровать Геном Человека, не так-то легко получить грант на исследование полосатых петуний. Но то, что открыли петунии для медицины оказалось куда более важным чем весь проект «геном человека».
Поскольку белки являются основой структуры всех живых существ, и поскольку ферменты контролируют процесс жизни, очевидно что жизнь контролирует ДНК, и мы можем расшифровать ДНК-код всех жизненно важных функций. Мы можем определить функцию каждого белка, поэтому можем предположить, что ДНК, в котором содержится код для этого белка в конечном счёте отвечает за соответствующую функцию. Одна из ранних книг Ричарда Докинза укрепила идею одного гена, одного белка и одной функции (хотя он осторожно предупреждал своих читателей, что не хотел оставлять именно такого впечатления) и это вдохновило прессу на такие преувеличения как называть геном человека «книгой жизни». И картина представленная в «эгоистичном гене» сделала абсолютно вероятным то, что огромные участки генома существовали только по эгоистичным причинам, то есть были никак не связаны с интересами организма.
Биологи в основном заняты в биотехнологической промышленности, которая обслуживает сельское хозяйство, фармакологию, медицину и даже некоторые инженерные проекты (мы имеем в виду не «генную инженерию», а всего лишь производство улучшенных моторных масел), и все они разделяют центральную догму, несколько незначительных изменений и исключений. Все они прекрасно осведомлены о том, что практически большая часть генома человека это «мусор», который не кодирует никакие белки. И хотя некоторые из них могут иметь важное значение для процессов развития или контроля некоторых «настоящих» генов, особо волноваться о них не нужно.
Правда, довольно большая часть ненужного ДНК легко транскрибируется в РНК, но это всего лишь короткие отрезки, которые находятся в жидкостях клетки, и которых не нужно принимать в расчёт, если вы занимаетесь важными делами по созданию белков с настоящими генами. Напомним, что последовательность ДНК настоящих генов состоит из мозаики экзонов, которые кодируют белки, разделённых другими последовательностями под названием интроны. Интроны должны быть вырезаны из РНК-копий чтобы получить «подлинную» последовательность, кодирующую белок, называемую информационную-РНК, которая проходит в рибосомы подобно магнитной ленте в магнитофон. Информационое-ДНК определяют какие именно белки будут созданы и на их концах есть последовательности, которые определяют будет ли создано множество копий этого белка или только пара молекул.
Никто не беспокоился об этих вырезанных интронах, лишь кусочки РНК бесцельно бродят в пределах клетки пока их не разрушать ферменты. Теперь же наоборот. В своей статье в октябрьском номере за 2004 год Джон Маттик сообщает, что «главный принцип совершенно не подходит для описания молекулярной биологии эукариотов.» Белки играют роль в экспрессии генов эукариотов, но скрытая, параллельная система регулирования состоит из РНК, которая непосредственно воздействует на ДНК. РНК и белки снова в деле. Такая скрытая сигнальная система РНК возможно позволила человеку достигнуть структурной сложности за границами одноклеточного мира.
Это объяснили петунии. В 1990 году Ричард Иоргенсен и его коллеги пытались вывести новые виды петуний с более яркой и интересной окраской. Очевидным является подход спроектировать в геноме петунии несколько дополнительных копий гена, который кодирует выработку пигменты. Чем больше ферментов, тем больше пигмента, верно?
Не верно.
Меньше ферментов?
Не совсем так. Там, где раньше был равномерно окрашенный лепесток, появились полоски. На некоторых участках пигмент вырабатывался, а на некоторых — нет. Этот эффект был настолько удивительным, что ботаники хотели узнать точно, почему так происходит. И то что они обнаружили называется «РНК-интерференцией». Определённые последовательности РНК могут выключать ген и не производить белок. Это случается и со многими другими организмами. Фактически, это широко распространённое явление. А это свидетельствует о чём-то крайне важном.
Большим вопросом, который возникал много раз и столько же раз игнорировался, является вопрос о том, что если интроны (которые занимают одну двадцатого обычного генома) не имеют никаких биологических функций, тогда для чего они? Их легко опустить как останки смутного эволюционного прошлого, уже не нужных, но до сих пор присутствующих, поскольку естественный отбор как правило не избавляется от того, что безвредно. Тем не менее, мы всё ещё можем предположить, что у интронов есть какие-либо полезные функции, которые мы ещё не смогли выяснить. И начинает казаться, что так оно и есть.
Для начала, интроны не такие уж и древние. Сейчас кажется, что они были включены в геном человека относительно недавно. Возможно они связаны с подвижными генетическими элементами известными как интроны группы II, которые являются паразитической формой ДНК, которая может заражать геном хозяина, а потом удалиться, когда ДНК выражается как РНК. Более того, они могут играть роль «сигналов» при регуляции генетических процессов. Интрон может быть относительно коротким по сравнению с длинной последовательностью кодирующей белок, которая получается если опустить интроны. Однако короткий сигнал имеет свои преимущества и может сделать довольно много. В сущности, интроны могут представлять собой генетические «смс-ки» в мобильном телефоне жизни. Короткие, дешёвые и очень эффективные.
«Код» на основе РНК, параллельных двойной спирали ДНК, может очень непосредственно влиять на активность клетки. Последовательность РНК может действовать как очень специфический, четко определённый сигнал, направляющий молекулы РНК к их цели в РНК или ДНК.
Доказательства существования такой сигнальной системы являются разумными, но не бесспорными. Если такая система существует, очевидно у неё есть потенциал для решения многих биологических загадок. И большой загадкой генома человека является то, что его 34 000 генам удаётся закодировать свыше 100 000 белков. Понятно, что принцип «один ген — один белок» здесь не работает. Скрытая сигнальная система РНК может позволить одному гену кодировать несколько белков, в зависимости от прилагаемого определения сигнала РНК. Другой загадкой является сложность эукариот, особенно во время Кембрийского взрыва 525 миллионов лет назад, когда диапазон наземных строений тела внезапно дисквалифицировался до неузнаваемости, возможно даже больше чем сейчас. Возможно гипотетическая сигнальная система РНК начала развиваться как раз в это время. Широко известно, что геном человека и шимпанзе поразительно похож (хотя уровень схожести в похоже не составляет 98-ми процентов, как сообщалось несколько лет назад). Если наши РНК-сигналы значительно различаются это будет ещё один способ объяснить почему люди не так уж сильно напоминают обезьян.
