Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - Нил Шубин

Однако внутри генома идет и другая, гораздо более масштабная война, и об этом опять же рассказывает механизм беременности.

В плаценте, на границе между плодом и матерью, действует один весьма специфический белок – синцитии. Он локализуется в этой области и играет роль регулировщика движения в обмене питательными веществами и отходами жизнедеятельности между матерью и плодом. Многочисленные наблюдения показывают, что этот белок жизненно важен для здоровья эмбриона. Когда исследователи повреждали у мышей ген синцитина, животные росли и жили нормально, но не могли воспроизводиться. После оплодотворения плацента не формировалась, и эмбрион не выживал. Без синцитина мать не может создать функциональную плаценту, и плод не имеет возможности получать питательные вещества. Дефекты синцитина вызывают целый ряд нарушений в процессе беременности и у человека. У женщин с преэклампсией ген синцитина поврежден: белок производится, но не может правильно выполнять свою работу. В результате в плаценте запускается серия реакций, приводящих к патологическому повышению кровяного давления.

Исследователи из французской биохимической лаборатории начали изучать структуру белка, анализируя последовательность его гена. Как мы обсуждали выше в связи с работой Линча, если известна последовательность гена, ее можно проанализировать с помощью компьютерных методов и сравнить с последовательностями других генов, содержащихся в базах данных. Программа распознавания последовательностей проверяет целые гены и их отдельные короткие фрагменты на наличие какого-либо сходства с другими генами, которые уже были секвенированы. За несколько последних десятилетий в базы данных поступила информация о миллионах последовательностей белков и генов самых разных живых существ от микробов до слонов. Сравнительный анализ показал, что многие гены являются представителями семейств генов, возникших в результате удвоения, о чем мы говорили в главе 5. В случае синцитина исследователи также пытались найти сходство с другими белками, чтобы понять, что этот белок делает в процессе беременности.

Поиски выявили загадочное обстоятельство. Анализ баз данных показал, что синцитии не похож на белки каких-либо других животных. Не имеет он сходства и с молекулами из растений или бактерий. Найденные компьютером совпадения оказались неожиданными и непонятными: последовательность синцитина очень похожа на вирусную и местами идентична последовательности вируса иммунодефицита человека (ВИЧ), который вызывает СПИД. Почему у вируса такого рода обнаруживается сходство с белком млекопитающих, причем столь важным для поддержания беременности?

Прежде чем заняться синцитином, исследователям пришлось стать экспертами по вирусам. Вирусы – это кочевые молекулярные паразиты. В их геномах нет ничего, кроме генов, необходимых для инфицирования и репродукции. Они внедряются в клетки, проникают в ядро и в сам геном. Встроившись в ДНК, они начинают контролировать процесс и заставляют хозяйский геном производить копии вируса и вирусные белки вместо белков хозяина. Каждая инфицированная клетка хозяйского организма превращается в фабрику, производящую миллионы вирусных частиц. Чтобы вирус, подобный ВИЧ, мог перебираться из одной клетки в другую, ему нужно синтезировать белок, вызывающий слипание хозяйских клеток. Такой белок заставляет клетки сближаться и создает пути для переноса вирусов из одной клетки в другую. Он локализуется на границе между клетками и контролирует обмен между ними. Вам это ничего не напоминает? Наверное, напоминает, поскольку именно так действует синцитии в человеческой плаценте. Синцитии сближает между собой клетки плаценты и контролирует обмен молекулами между клетками матери и плода.

Чем больше исследователи узнавали, тем больше убеждались в том, что синцитии – истинный вирусный белок, потерявший способность инфицировать другие клетки. Это сходство между белками млекопитающих и вирусов привело к появлению новой идеи. В какой-то момент в отдаленном прошлом вирус внедрился в геном нашего предка. Этот вирус содержал версию синцитина. Но вирус не заставил геном нашего предка производить бесчисленные копии вирусных частиц, а был нейтрализован, потерял инфицирующую способность и был направлен новым хозяином на другую работу. Наш геном находится в беспрерывной войне с вирусами. В данном случае благодаря пока неизвестным нам механизмам инфекционная часть вируса отключилась, и вирус стал использоваться для производства синцитина в плаценте. Вирус принес в организм хозяина белок, а его собственный геном был вскрыт и использован для хозяйских нужд.

Далее исследователи проанализировали структуру синцитина у разных млекопитающих и обнаружили, что мышиная версия отличается от версии приматов. Сравнение баз данных показало, что появление синцитинов у разных млекопитающих произошло в результате разных вирусных инфекций. Версия приматов появилась тогда, когда вирус поразил общего предка всех ныне живущих приматов. Синцитины грызунов и других млекопитающих возникли в результате другого события, и у них свои версии этих белков. Поэтому приматы, грызуны и другие млекопитающие имеют разные версии синцитинов, произошедшие от разных захватчиков.

Наша ДНК – не только наследство наших предков. Вирусы встраивались в нашу ДНК и были пристроены к работе: борьба наших предков с ними была одним из многих источников изобретений.

В детстве, пока Джейсон Шеферд жил в Новой Зеландии и в Южной Африке, он все время приставал к матери с разными вопросами, и однажды она заявила ему, что он должен стать ученым и ответить на все свои вопросы самостоятельно. К окончанию средней школы он уже знал, что хочет заниматься медициной. Он начал интенсивный курс обучения, чтобы за несколько лет получить как предварительное, так и полное медицинское образование. В первый год обучения он прочел известную книгу Оливера Сакса “Человек, который принял жену за шляпу”. И эта книга изменила его жизнь. Вдохновленный Саксом, Шеферд перестал заниматься по медицинской программе и ринулся изучать молекулы и клетки, заставляющие работать наш мозг. Как он сам рассказывает, он искал ответ на вопрос, что делает нас людьми. Полем научной деятельности Шеферда стала память и ее потеря. Наша способность вспоминать прошлое в значительной степени определяет нашу способность учиться, наши отношения с другими людьми и функционирование в мире. Это вовсе не отвлеченная тема. Одна из самых серьезных задач нашего общества – борьба с нейродегенеративными заболеваниями. С увеличением продолжительности жизни старение мозга становится еще более серьезной проблемой. Потеря памяти и когнитивной функции сопряжены с чрезвычайно тяжелой эмоциональной, социальной и финансовой нагрузкой.

В последний год обучения в университете, подбирая тему дипломной работы по нейробиологии, Шеферд наткнулся на статью о гене Аге, вероятно участвующем в механизме формирования памяти. Когда мыши обучаются, у них этот ген включен. Более того, он проявляет активность в головном мозге в пространстве между нервными клетками. Возможно, ген Аге относится к числу генов, играющих важную роль в механизме памяти.

Через несколько лет после поступления Шеферда в университет развитие технологии достигло такого уровня, что ученые смогли создать мышей без гена Аге. Животные выживали, но имели целый ряд дефектов. Когда их запускали в лабиринт с сыром в середине, они могли добраться до сыра, но на следующий день не помнили устройство лабиринта. Мыши с нормальной памятью обычно его запоминают. В серии последовательных экспериментов выяснялось, что у мышей имеется специфический дефект формирования памяти. Известно, что у людей мутации гена Аге связаны с целым рядом неврологических нарушений, от болезни Альцгеймера до шизофрении.