Дикие гены - Хельга Хофман-Зибер

Случай с папоротниками далеко не единственный. В наследственном материале растений и животных повсеместно обнаруживаются гены, ранее принадлежавшие другим живым организмам. И хотя подобные эпизоды происходят значительно реже, чем у бактерий, горизонтальный перенос генов служит одним из инструментов эволюции. Откуда конкретно берутся эти гены, особого значения не имеет. Важно то, что для этого используется любая благоприятная возможность.

В эволюции человека тоже не раз возникали ситуации, когда он присваивал чужое. В 2015 году ученые из Кембриджа установили, что 145 наших генов прежде принадлежали бактериям, протистам (одноклеточным организмам, обладающим ядром), археям, растениям и грибам. Мы приобрели их уже давно, и сегодня они являются неотъемлемой составной частью нашего генома. Это еще один аргумент для всех сомневающихся в том, что интеграция может быть успешной. Многие из данных генов играют важную роль в организме, в частности в механизме усвоения жирных кислот и в иммунной системе.

Все эти гены оказались в нашем наследственном материале более или менее случайно. Но среди них есть и те, что были внедрены целенаправленно. Это гены вирусов. Вирусы живут исключительно тем, что проникают в геномы наших клеток и нередко даже в ДНК. Обычно они размножаются там и разрушают пораженные клетки, но иногда события разворачиваются не по плану и наследственный материал вируса задерживается в клетке, не убивая ее. Если это происходит в половой клетке (например, в яйцеклетке), то вполне может случиться так, что вирус окажется частью генома данного вида организмов. Такие древние нуклеотидные последовательности вирусов (их насчитывается около 10 тысяч) составляют восемь процентов нашего генома. Большинство вирусных генов являются дефектными. То, что они были отключены в результате случайных мутаций, само по себе является преимуществом для организма-хозяина, но некоторые из них сумели проявить и какие-то полезные качества.

В настоящее время похожее вирусное вторжение наблюдается уже не среди людей, а среди коал. Эти животные, населяющие эвкалиптовые рощи Северной Австралии, почти поголовно заражены одним из видов ретровирусов, который поселился в их половых клетках и таким образом передается от одного поколения другому. Однако, в отличие от многих древних вирусов, хранящихся в нашем геноме, этот вирус абсолютно свеж, жизнеспособен и производит многочисленное потомство, которое можно обнаружить повсюду в организме животных. Таким образом, вирус распространяется как через заражение здоровых животных, так и через размножение уже зараженных. Лучшей ситуации для вируса и придумать невозможно.

То, что события развиваются для него наилучшим образом, заметно хотя бы по тому, что инфекция постепенно смещается с севера Австралии на юг и с большой долей вероятности охватит через некоторое время всю популяцию коал. Для них это совсем не радостное известие, так как предполагается, что поселившийся в них вирус несет ответственность за их подверженность лейкемии и другим раковым заболеваниям, а также ослабление иммунной системы.

Началась эта история совсем недавно. Первая встреча коал с вирусами состоялась 150 лет назад. Первоначально этим вирусом заражались только мыши и летучие мыши, но затем он преодолел видовые границы и перекинулся на пожирателей эвкалиптов.

Мы, люди, обязаны вирусам, в частности, тем, что не несем сегодня яйца. На первый взгляд это высказывание кажется абсурдным, но за ней стоит вполне серьезное научное обоснование, так как с биологической точки зрения беременность представляет собой очень непростую проблему. Наша иммунная система запрограммирована таким образом, что, подобно бешеному доберману, нападает на все, что не имеет отношения к нашему собственному телу (а при аутоиммунных заболеваниях не останавливается и перед своими клетками). А развивающийся внутри тела эмбрион обладает генами как матери, так и отца, но отцовских генов материнская иммунная система не знает!

Как же не допустить атаки иммунной системы на наших наследников? У рыб, амфибий, пресмыкающихся и птиц решение заключается в том, чтобы строжайше отделить друг от друга потомство и иммунную систему. Самка откладывает яйца, которые обеспечивают такое разделение. У млекопитающих же все устроено иначе. Наше потомство питается через плаценту. А это означает, что кровеносные системы матери и плода находятся в теснейшем контакте. Чтобы избежать осложнений, надо держать иммунную систему как можно дальше от места контакта. Добиться этого можно только с помощью хитрого трюка, и помощь в этом оказывают белки вирусов. Уж чего-чего, а умения обводить вокруг пальца иммунную систему вирусам не занимать.

В данном случае речь идет о ретровирусах, родственных ВИЧ, которые проникли в организм наших предков более 35 миллионов лет назад. Хотя подавляющее большинство их генов за это время приобрело дефекты, в плаценте до сих пор вырабатываются два вида вирусных белков: синцитии-1 и синцитин-2. В составе вирусов они отвечали за то, чтобы при проникновении в клетку мембраны вируса и клетки сливались. В плаценте же они из множества отдельных клеток, через которые иммунная система могла бы пробиться, создают гигантские слившиеся воедино клетки, представляющие собой прочный барьер, защищающий эмбрион. Кроме того, предполагается, что они даже способны снижать активность иммунной системы.

Секундочку! Тридцать пять миллионов лет назад? Но ведь млекопитающие появились намного раньше. А как же обстояли дела до этого? Похоже, что заражение половой системы вирусами происходит настолько часто, что в распоряжении организма всегда есть новые копии этих генов. Прежде чем млекопитающие начали пользоваться генами, производящими синцитии, у них, по всей вероятности, были другие гены, которые выполняли схожие функции и которые в настоящее время не работают. Млекопитающие брали эти гены поочередно из разных вирусов. Похоже, природа всякий раз изобретает колесо заново.

Подведем итог. Гены составляют лишь незначительную часть нашего наследственного материала. Все остальное – это транспозоны, дефектные гены, мертвые древние вирусы и прочий хлам. Что касается большинства подобных остатков, то мы даже не предполагаем, для чего они могут быть нужны. Но самое интересное заключается в том, что, даже напоминая дом Плюшкина, наш геном все равно функционирует, причем, как правило, безупречно.

О вирусах, холере на завтрак и рецепте желе с Явы, который произвел революцию в научном сознании.

Сколько можно терпеть? Пора уже поговорить с Хедвиг о том, когда она намерена вернуться к себе домой. Она живет у нас уже целую вечность, оккупирует нашу гостевую комнату и еще ни разу даже не намекнула на то, что собирается нас покинуть. Я стою у ее двери, делаю глубокий вдох… и стучу. Никакого ответа. Стучу снова. На этот раз после короткой паузы доносится тихое «войдите».

Я открываю дверь и вхожу в комнату. В лучах солнечного света, пробивающегося через полу задернутые гардины, беззвучно кружатся пылинки. Комната выглядит какой-то серой. Хедвиг сидит у маленького столика. Она даже не поворачивает голову в мою сторону, склонившись над разложенным перед ней рекламным проспектом. Хедвиг что-то оттуда вырезает. Купоны на скидки? У меня пересыхает в горле. Я осматриваю комнату. Около умывальника аккуратно сложены всякие гигиенические принадлежности. Рядом висит маленькое светло-розовое полотенце Хедвиг, которое в 1950-е годы, видимо, было последним писком моды. У стены возвышается массивный темно-коричневый дубовый шкаф, который мы в свое время сослали из гостиной, так как моей жене казалось, что он ее «подавляет». В гостевой комнате этот шкаф выглядит еще больше и мрачнее. Даже большая яркая шляпа Хедвиг на полке производит более бледное впечатление, чем обычно. Небольшая кровать аккуратно заправлена. На тумбочке лежит несколько зачитанных до дыр тонких брошюрок: эристическая диалектика Артура Шопенгауэра и новое издание последней книги о Гарри Поттере. Вообще-то, это моя книга, которую я повсюду ищу уже три дня!