Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают - Анна Витальевна Иванова

Знакомьтесь с табачными белокрылками (Bemisia tabaci)[203], которые утащили себе в геном ген малонилтрансферазы у растений, которыми они питаются[204]. То, что это не их собственный, а именно ген из растений, понять несложно. Вероятность того, что два гена – из геномов насекомого и растения – в процессе независимой эволюции оказались настолько похожи – крайне мала. И тут же самое время вспомнить, что у ученых есть и еще инструменты, с помощью которых можно понять, какому организму более вероятно принадлежит генетическая последовательность. Мы говорили об этом в главе 1.6. Чей это у вас тут ген?

Но как насекомым это удалось? Конечно, точного ответа мы знать не можем – присутствовать при этом событии не довелось никому. Но, подобно настоящим криминалистам, ученые могут попытаться восстановить постфактум картину произошедшего и предположить наиболее вероятный механизм[205]. Нам понятно, что процесс этот состоял из нескольких этапов: сначала ген должен был быть вырезан из организма донора – растения, затем попал в организм реципиента – насекомого, потом каким-то образом проник внутрь его клеток, а даже более конкретно – клеточного ядра, пройдя все защитные барьеры. И лишь затем встроился непосредственно в геном. В геном тоже мало просто попасть – встроиться необходимо так, чтобы после ген мог считываться для дальнейшего производства по нему белка. Но и на этом сложности не заканчиваются! Встроиться в «какие-нибудь клетки» недостаточно. Такое действие модифицирует сам организм, но модификация не сможет быть передана потомкам. Попасть нужно обязательно в половые клетки – те самые, из которых после оплодотворения развивается новый организм. Каждый из этих этапов очень сложен, а вероятность успеха на каждом из них крайне мала. Но при очень большом количестве попыток теоретически достичь успеха на каждом из них возможно.

Задолго до этого ученые знали, что с микроорганизмами у насекомых отношения настолько «близкие», что последним вышеописанные фокусы проделывать получается постоянно. Некоторые бактерии даже спокойно проживают прямо в тканях их репродуктивных органов, а оттуда до половых клеток совсем лапкой подать. Некоторые эндосимбионты – бактерии, живущие внутри других организмов и ведущие взаимовыгодное сосуществование – даже способны вмешиваться в репродуктивные процессы своих членистоногих хозяев.

В общем, такое проживание «в коммуналке» делает статистически маловероятный процесс вполне вероятным. Но в нашей-то истории донором оказались не проворные бактерии, а «обеденные» растения, которые к тому же более сложные организмы (тоже ведь эукариоты).

Тут приходит время рассказать еще об одном удивительном механизме, который открыли когда-то как раз на растениях. До этого момента геном представлялся нам чем-то статичным, той самой кулинарной книгой, с которой я сравнила его еще на первых страницах. Однако на самом деле, если уж продолжать эту метафору, такая кулинарная книга могла быть издана только издательством из волшебного мира Гарри Поттера, а на ее страницах вас бы ждали не рецепты лукового супа и макаронов по-флотски, а прыгающих шоколадных лягушек и бобов Берти Боттс. Блюда из этой книги, пока никто не видит, тайком бы обменивались друг с другом ингредиентами, а портреты их авторов навещали бы страницы друг друга и даже заглядывали попить чай и обсудить библиотечные новости с авторами других книг из их шкафа. Выше мы говорили, что наш геном состоит из генов (в меньшей мере) и некодирующих участков, часть из которых несет дополнительную служебную информацию, а часть просто накопилась неким рудиментарным грузом в процессе эволюции. Еще об одном типе компонентов геномов мы до этого не сказали ни слова, но теперь пришло для этого время. Имя им транспозоны. Они же «прыгающие гены».

Транспозоны – это участки ДНК, которые умеют перемещаться внутри генома. А еще они умеют создавать копии себя и эти копии тоже перемещать и встраивать в геном. Просто безумие! Их доля в геномах разных организмов может очень сильно различаться. Так, известно, что геном человека состоит из них почти наполовину[206], а геном растений и того больше![207] Механизмы, при помощи которых транспозонам удается перемещаться внутри одного генома и даже между геномами различных организмов, между которыми есть хоть какой-то тип тесного взаимодействия (например, паразитизм или отношения «хищник – жертва»), бывают разными. Собственно, по способу перемещения транспозоны и делят на разные типы. Вот пример такого механизма – для него требуется особый фермент транспозаза. Инструкция по сборке этого фермента «записана» в «тексте» самого транспозона. Итак, если коротко, происходит следующее: в ДНК некоего организма среди всякой нужной (вроде генов) и ненужной (вроде псевдогенов) информации есть «текст» такого транспозона. Как и в случае с генами, в нужное время и при помощи стандартных механизмов транскрипции, ДНК-запись транспозона превращается в РНК. А РНК затем отправляется в рибосому. В рибосоме, следуя стандартному процессу трансляции, по РНК-тексту будет изготовлен белок – транспозаза. Транспозаза, как хитрый гаджет из фильмов о Джеймсе Бонде, умеет узнавать в ДНК «текст» транспозонов и довольно аккуратно вырезать их из оригинальной ДНК. Если в этот момент поблизости от транспозазы и вырезанного ею «текста» транспозона окажется другая подходящая последовательность ДНК, то произойдет следующий фокус: транспозаза сделает разрез обеих нитей этой цепочки и вставит в этот разрез текст принесенного с собой транспозона. Вуаля – фрагмент текста (транспозон) переместился из одного места в геноме в другое (или даже в геном другого организма, как мы говорили выше).

Конечно, в обычной ситуации не так часто рядом, внутри одного ядра, могут оказаться геномы двух разных организмов. Благодаря ядерным мембранам и прочим внутриклеточным сложностям, ядра разных клеток словно разные планеты, жители которых не могут просто зайти на вечерний чай к братьям по разуму с соседней орбиты. К счастью, между этими планетами курсируют космические шаттлы! В случае микромира такими шаттлами могут «работать», например, вирусы[208]. Сначала вырезанный транспозон, несущий в себе инструкцию по сборке новой транспозазы, попадает в геном вируса. Вирус размножается внутри клетки, многократно копируя и текст транспозона в составе своего генома. Вирусные частицы покидают своего прежнего хозяина привычным для данного вируса путем и устремляются на поиски нового. Попав в клетки нового хозяина, вирус начинает то единственное, что он умеет делать – создавать новые копии себя. Для этого молекулярные механизмы клетки, которые теперь служат коварным целям захватчика, читают все инструкции, что записаны в его геноме. А среди них, как вы уже верно догадались, и тексты транспозонов по сборке транспозазы, которая… В общем, все по