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

возможно, но не со 100 %-ной уверенностью. И уровень этой уверенности будет зависеть от того, каким методом производилось редактирование, насколько различны виды, как давно это произошло и знаем ли мы хотя бы примерно, какой именно ген ищем.

1.7. Про белки в белке и белке

Вся эта хитрая магия, описанная в главах выше, нужна в конечном итоге для того, чтобы произвести белок. Тот самый окончательный продукт молекулярной кухни, из которого преимущественно состоит все живое, от клеща до куриного яйца, от гриба до белки.

Итак, по матрице ДНК будет считана нить РНК. По нити РНК на молекулярном заводе – рибосоме – соберут аминокислотную цепь. От этого шага до того, что является выполняющим свою функцию белком, еще далековато. Выстроенные в единую цепочку аминокислоты – это первичная структура белка. Теперь этой цепочке предстоит пройти череду трансформаций. На первой стадии ее фрагменты свернутся в один из двух основных вариантов укладки: a-спираль или b-слой (еще называют b-лист) – вторичную структуру. Как несложно догадаться, в первом случае цепь закручивается в виде спирали, а во втором – фрагменты цепи зигзагом укладываются друг подле друга, образуя фигуру, напоминающую мне гармошку или самодельный бумажный веер. Такая фигура держится за счет водородных связей. Такие связи устанавливаются между функциональными группами (это те части, которые одинаковы у всех аминокислот)[38]. А дальше начинается самое интересное.

За вторичной структурой следует структура третичная. В пространстве ее также удерживают водородные связи. И вот здесь-то самое время разгуляться многообразию различных радикалов[39]. В зависимости от того, какие радикалы входят в состав аминокислотной цепи, будет формироваться и третичная структура белка. За счет водородных связей между радикалами аминокислот спирали и слои будут укладываться друг на друга, заворачиваться в невероятные узлы, собираться в сферы и принимать формы согласно только им одним известной логике.

Конечно, логику эту ученые уже немного научились предсказывать. И с помощью компьютерных программ, основанных на понимании правил укладки, могут находить третичную структуру по информации о первичной структуре. Но это возможно лишь для некоторых, очень коротких аминокислотных цепей. Все дело в том, что возможных конформаций (форм в пространстве) даже у небольшой молекулы так много, что для выбора подходящего варианта методом простого перебора уже для цепи относительно малой длины потребуется много лет работы на мощных вычислительных ресурсах. А представьте, что предсказать нам было нужно структуры белков коронавируса в самом начале пандемии. От скорости решения этой задачи зависела скорость изобретения вакцин! Здесь нет доступных пары десятилетий.

Поэтому решать такую задачу «в лоб» не имеет смысла. Для ее решения биоинформатики придумали множество различных алгоритмов, основанных на крутой математике[40]. А буквально недавно к арсеналу биоинформатиков добавились нейросети. И по предварительным данным, которые будут проверяться еще много лет на различных настоящих белках, нейросети очень неплохо и достаточно быстро могут делать относительно точные предсказания о третичной структуре даже довольно сложных белков.

Но как же с этой задачей справляется клетка? Загадочным образом она делает это за совсем маленькое время. Это время, по оценкам, намного меньше того, которое понадобилось бы для даже самого невероятно быстрого перебора всех возможных вариантов укладки на самом мощном компьютере.

Что будет, если белок сложится неверно? Такое тоже иногда бывает. В части случаев этот белок просто не будет выполнять той функции, что ему положена, или выполнять ее как-то неправильно[41]. А изредка даже бывает, что неверно сложенный белок становится прионом, или инфекционным белком. Если такой злодей лишь прикоснется к правильно сложенному родственному белку, то тот немедленно также примет неправильную форму. Прионные болезни стали известны науке не так давно. Самым ярким примером является 100 %-но смертельное нейродегенеративное заболевание куру. Когда в 1950-х годах медики занялись его исследованием, оказалось, что болеют им только жители Папуа Новой Гвинеи, да и то только в некоторых регионах. А преимущественно и вовсе только люди, принадлежащие к языковой группе форе или их ближайшие соседи, разделяющие с ними традиции и культуру. Поначалу способ распространения этой лингвистически избирательной болезни поставил ученых в тупик. Как оказалось, всему виной местная традиция уважения усопших. Если кто-то из членов семьи умирал, то тело ритуально поедали его родственники. Съедали они и мозг с его поврежденными болезнью тканями, а вместе с ним и сам патогенный белок. Точнее, белок-то совершенно обычный, но так неудачно свернувшийся, что его неправильная пространственная структура сделала его патогенным. Соответствующие белки здорового человека при контакте с прионным белком приобретают точно такую же неисправную форму. И человек заболевает. Благодаря активной кампании по искоренению этой традиции вспышки заболевания практически прекратились[42]. А вот еще об одной прионной болезни наверняка слышали все – и это коровье бешенство. Тоже нейродегенеративное заболевание, которое необратимо и в конечном итоге летально разрушает мозг, превращая его в подобие пористой губки. Заполучить его можно, съев мясо больного животного. Причем болезнь может очень долго спать в организме, и никакие ее симптомы не будут проявляться. Коровы на фермах тоже, вероятно, заболевали через пищу – в корм для скота добавляют костную муку. Предполагается, что большая эпидемия коровьего бешенства в Европе на рубеже XX–XIX веков случилась из-за того, что в муку попали прионы из больного животного, скорее всего овцы, больной схожим заболеванием под названием «скрейпи»[43]. В XIX веке мы хорошо учимся на своих ошибках, и тот опыт производители и контролирующие организации учли, чтобы больше такого не могло повториться. Ну и вот почему все стада, где было хоть единственный раз обнаружено бешенство, скотоводы вынуждены немедленно полностью уничтожать.

Для некоторых белков на третичной структуре последовательность преобразований, приводящая к полноценно функционирующему белку, заканчивается. Но для других впереди есть еще один важный этап. В таких белках за третичной следует четвертичная структура: несколько правильно уложенных белковых цепей объединяются вместе в едином белковом комплексе. Вот теперь все. Новая прекрасная молекулярная машина полностью готова к труду и обороне.

1.8. Впихнуть невпихуемое

Сделаем шаг назад и снова поговорим о ДНК. О генетике, как и о любой другой науке, сложно говорить линейно: постоянно нужно делать шаги то вправо, то влево.

Итак, цепочка ДНК не просто так валяется в клетке. Клетка – штука маленькая, а ДНК, например, человека, если ее растянуть в длину, будет больше двух метров. И как уместить 2-метровую (пусть и очень тонкую) ниточку в «коробочку» величиной в микроны[44]? Решением этой задачи