Дикие гены - Хельга Хофман-Зибер

А что же интроны группы II? Они по-прежнему встречаются в бактериях, хотя и весьма редко (вряд ли это может кого-то удивить, если иметь в виду вызываемые ими последствия, да еще в условиях отсутствия у бактерий ядра). Для эукариотов характерны другие, очень редкие виды интронов, которые также способны вырезать себя из мРНК, но они уже не играют особой роли.

Вся эта история напоминает рассказ о катастрофе, которой чудом удалось избежать. Но тот факт, что сегодня наши гены под завязку забиты измененными до неузнаваемости интронами, опять-таки открывает перед нами новые возможности. Разложив кодирующие участки генов на экзоны, интроны снабдили нас «кирпичиками», из которых довольно легко можно составить новые белки.

Так, например, вместо того чтобы последовательно соединять экзоны 1, 2, 3 и 4, клетка может поэкспериментировать и выяснить, не получится ли что-нибудь полезное, если использовать только экзоны 1, 2 и 4; взять вместо экзона 2 экзон 2а или позаимствовать экзон 7 из соседнего гена… Количество вариантов безгранично. Экзоны и сплайсинг стали для эволюции гигантским конструктором.

«Геномный квартет» А, Г, Ц и Т

анализирует произведение

«Мой чудесный геном»

Ц: Последнее издание книги «Мой чудесный геном» изобилует опечатками. Глаз постоянно натыкается на ошибки и фрагменты, не имеющие отношения к содержанию. Это, конечно, плохо, но давайте не будем обольщаться. Несмотря на обещание матери-природы «при случае все еще раз перепроверить и основательно подкорректировать, выбросив все ненужное», мы вряд ли дождемся этого в скором времени. Ведь она обещает это уже почти четыре миллиарда лет!

Вы знаете, что такое уксусноамиловый эфир? А 4-метокси-2-метил-2-бутантиол и 2-фенилэтанол? Никогда не слышали и не видели? Вполне возможно. И все же эти вещества вам знакомы, потому что вы не раз их нюхали. Просто никогда не думали: «Хм-м-м, как же вкусно пахнут эти уксусноамиловый эфир и 4-метокси-2-метил-2-бутантиол». Вам доставлял удовольствие аромат бананов и черносмородинового ликера «Кассис». Покупая возлюбленной духи, вы выбираете запах не 2-фенилэтанола, а розы (если только она не помешалась на химии и из всех ухажеров отдает предпочтение отъявленным «ботаникам»).

Но как наш нос улавливает все эти непроизносимые вещи? Внутри его скрывается отлично оборудованная химико-аналитическая лаборатория. Испускаемые розой молекулы, попадая вместе с воздухом в нос, проходят длинный путь по слизистой оболочке, снабженной различными рецепторами запахов. Каждый такой рецептор «ощупывает» молекулу со всех сторон в поисках определенных химических структур. Обнаружив знакомую структуру, он посылает в мозг сигнал: «Я поймал ее!» Мозг собирает все сигналы воедино и на этой основе довольно уверенно идентифицирует аромат розы.

В носу человека примерно 400 видов обонятельных рецепторов, с помощью которых мозг способен распознать более миллиарда различных запахов. Эффективная, но не очень экономная система, поскольку для каждого рецептора требуется особый ген. Откуда же взялись эти 400 генов?

Если внимательно присмотреться, можно заметить, что все они подозрительно похожи друг на друга, как будто речь идет о плохих копиях одного и того же гена. Именно это и произошло на самом деле. В ходе эволюции нередко происходит удвоение фрагментов генома, например когда деление клетки происходит с ошибками или возникают проблемы с ремонтом ДНК.

Бывает, что и ретротранспозоны, скачущие по геному, выходят из-под контроля, самовольно изготавливают копию ДНК на основе мРНК и где-то откладывают ее. Такие копии отличаются от оригинала тем, что не содержат последовательностей интронов и хранятся зачастую далеко от подконтрольных им генов.

В случае такого удвоения в организме внезапно появляется лишняя копия какого-то гена. Это может оказаться и преимуществом, но чаще влечет за собой неприятности. В такой ситуации эволюция умывает руки, откидывается на спинку кресла, запасается попкорном и просто наблюдает, что будет дальше. Со временем в геноме накапливаются мутации. Рано или поздно они затрагивают одну из двух копий гена. До этого момента они были идентичны, но теперь в них появляются различия. Если одна из копий изменяется настолько, что осваивает какую-то новую и полезную функцию (например, распознает новую составную часть запаха), то появляется шанс, что в будущем обе копии получат право на жизнь.

Но если одна из копий в результате мутации разрушается, то остаются только руины прежнего гена – псевдоген. Он хранится в наследственном материале до тех пор, пока природа не вытрет пыль мокрой тряпкой и не уничтожит его ДНК (что происходит не так уж часто). Эти ископаемые останки генетической борьбы за выживание встречаются в нашем геноме на каждом шагу. Всего там можно обнаружить около 20 тысяч псевдогенов, то есть примерно столько же, сколько и действующих генов. Представляете себе эту неразбериху? Таким образом, наряду с активными копиями генов обонятельных рецепторов можно отыскать еще, как минимум, столько же псевдогенов.

Вообще-то оснащенность человека рецепторами запахов можно охарактеризовать как весьма скудную. Имея 400 генов, мы играем в одной из низших лиг. Крысы, мыши и опоссумы представляют высшую лигу: у них соответствующих активных генов втрое больше, чем у нас, а дефектных, наоборот, меньше.

Причина заключается в том, что у людей обоняние играет уже не такую важную роль, как у других животных. Мы значительно больше полагаемся на зрение и слух. Многих запахов, воспринимаемых мышью, мы просто не чувствуем. Например, мыши различают запах углекислого газа. Это очень полезное качество, потому что углекислый газ «без цвета и без запаха» (с точки зрения людей) скапливается как раз у поверхности земли и в различных полостях, где обитают мыши, и при достижении большой концентрации вызывает смерть от удушья.

Но не только мыши и люди отличаются друг от друга своим восприятием. Если взять вас и вашего соседа, то вы тоже живете с ним как бы в разных мирах. Один и тот же запах может казаться ему тошнотворным, а вам – вполне обычным, поскольку гены обонятельных рецепторов уникальны. К примеру, каждый десятый человек не чувствует запаха синильной кислоты, который имеет легкий оттенок миндаля. Каждый тысячный не воспринимает убийственной вони бутантиола, содержащегося в секрете желез скунса.

Невольно возникает вопрос: зачем мы таскаем с собой столько дефектных генов? Он не случайно служит темой острых дискуссий в среде ученых. Действительно ли все псевдогены мертвы или они взяли на себя другие обязанности, о которых мы еще не знаем? В последнее время мы уже вскрыли несколько функций псевдогенов. Некоторые из них, например, занимаются регулированием функций генов. Даже если они сами не производят нужных белков, то могут изготавливать до 20 процентов необходимых для данной цели мРНК. И в этом есть смысл. Мы уже знаем, что наши клетки целенаправленно создают короткие кусочки РНК, соединяющиеся затем с мРНК, в которых кодируются белки, и тем самым управляющие эффективностью производства белков. Если же наряду с мРНК имеется еще и подходящий вариант псевдогена, отвлекающий на себя часть регуляторов, то это дает возможность еще точнее управлять производством белков, что также является преимуществом!