Терри Пратчетт – Наука Плоского Мира III: Часы Дарвина (страница 58)

Поскольку белки являются основой структуры всех живых существ, и поскольку ферменты контролируют процесс жизни, очевидно что жизнь контролирует ДНК, и мы можем расшифровать ДНК-код всех жизненно важных функций. Мы можем определить функцию каждого белка, поэтому можем предположить, что ДНК, в котором содержится код для этого белка в конечном счёте отвечает за соответствующую функцию. Одна из ранних книг Ричарда Докинза укрепила идею одного гена, одного белка и одной функции (хотя он осторожно предупреждал своих читателей, что не хотел оставлять именно такого впечатления) и это вдохновило прессу на такие преувеличения как называть геном человека «книгой жизни». И картина представленная в «эгоистичном гене» сделала абсолютно вероятным то, что огромные участки генома существовали только по эгоистичным причинам, то есть были никак не связаны с интересами организма.

Биологи в основном заняты в биотехнологической промышленности, которая обслуживает сельское хозяйство, фармакологию, медицину и даже некоторые инженерные проекты (мы имеем в виду не «генную инженерию», а всего лишь производство улучшенных моторных масел), и все они разделяют центральную догму, несколько незначительных изменений и исключений. Все они прекрасно осведомлены о том, что практически большая часть генома человека это «мусор», который не кодирует никакие белки. И хотя некоторые из них могут иметь важное значение для процессов развития или контроля некоторых «настоящих» генов, особо волноваться о них не нужно.

Правда, довольно большая часть ненужного ДНК легко транскрибируется в РНК, но это всего лишь короткие отрезки, которые находятся в жидкостях клетки, и которых не нужно принимать в расчёт, если вы занимаетесь важными делами по созданию белков с настоящими генами. Напомним, что последовательность ДНК настоящих генов состоит из мозаики экзонов, которые кодируют белки, разделённых другими последовательностями под названием интроны. Интроны должны быть вырезаны из РНК-копий чтобы получить «подлинную» последовательность, кодирующую белок, называемую информационную-РНК, которая проходит в рибосомы подобно магнитной ленте в магнитофон. Информационое-ДНК определяют какие именно белки будут созданы и на их концах есть последовательности, которые определяют будет ли создано множество копий этого белка или только пара молекул.

Никто не беспокоился об этих вырезанных интронах, лишь кусочки РНК бесцельно бродят в пределах клетки пока их не разрушать ферменты. Теперь же наоборот. В своей статье в октябрьском номере за 2004 год Джон Маттик сообщает, что «главный принцип совершенно не подходит для описания молекулярной биологии эукариотов.» Белки играют роль в экспрессии генов эукариотов, но скрытая, параллельная система регулирования состоит из РНК, которая непосредственно воздействует на ДНК. РНК и белки снова в деле. Такая скрытая сигнальная система РНК возможно позволила человеку достигнуть структурной сложности за границами одноклеточного мира.

Это объяснили петунии. В 1990 году Ричард Иоргенсен и его коллеги пытались вывести новые виды петуний с более яркой и интересной окраской. Очевидным является подход спроектировать в геноме петунии несколько дополнительных копий гена, который кодирует выработку пигменты. Чем больше ферментов, тем больше пигмента, верно?

Не верно.

Меньше ферментов?

Не совсем так. Там, где раньше был равномерно окрашенный лепесток, появились полоски. На некоторых участках пигмент вырабатывался, а на некоторых — нет. Этот эффект был настолько удивительным, что ботаники хотели узнать точно, почему так происходит. И то что они обнаружили называется «РНК-интерференцией». Определённые последовательности РНК могут выключать ген и не производить белок. Это случается и со многими другими организмами. Фактически, это широко распространённое явление. А это свидетельствует о чём-то крайне важном.

Большим вопросом, который возникал много раз и столько же раз игнорировался, является вопрос о том, что если интроны (которые занимают одну двадцатого обычного генома) не имеют никаких биологических функций, тогда для чего они? Их легко опустить как останки смутного эволюционного прошлого, уже не нужных, но до сих пор присутствующих, поскольку естественный отбор как правило не избавляется от того, что безвредно. Тем не менее, мы всё ещё можем предположить, что у интронов есть какие-либо полезные функции, которые мы ещё не смогли выяснить. И начинает казаться, что так оно и есть.

Для начала, интроны не такие уж и древние. Сейчас кажется, что они были включены в геном человека относительно недавно. Возможно они связаны с подвижными генетическими элементами известными как интроны группы II, которые являются паразитической формой ДНК, которая может заражать геном хозяина, а потом удалиться, когда ДНК выражается как РНК. Более того, они могут играть роль «сигналов» при регуляции генетических процессов. Интрон может быть относительно коротким по сравнению с длинной последовательностью кодирующей белок, которая получается если опустить интроны. Однако короткий сигнал имеет свои преимущества и может сделать довольно много. В сущности, интроны могут представлять собой генетические «смс-ки» в мобильном телефоне жизни. Короткие, дешёвые и очень эффективные.

«Код» на основе РНК, параллельных двойной спирали ДНК, может очень непосредственно влиять на активность клетки. Последовательность РНК может действовать как очень специфический, четко определённый сигнал, направляющий молекулы РНК к их цели в РНК или ДНК.

Доказательства существования такой сигнальной системы являются разумными, но не бесспорными. Если такая система существует, очевидно у неё есть потенциал для решения многих биологических загадок. И большой загадкой генома человека является то, что его 34 000 генам удаётся закодировать свыше 100 000 белков. Понятно, что принцип «один ген — один белок» здесь не работает. Скрытая сигнальная система РНК может позволить одному гену кодировать несколько белков, в зависимости от прилагаемого определения сигнала РНК. Другой загадкой является сложность эукариот, особенно во время Кембрийского взрыва 525 миллионов лет назад, когда диапазон наземных строений тела внезапно дисквалифицировался до неузнаваемости, возможно даже больше чем сейчас. Возможно гипотетическая сигнальная система РНК начала развиваться как раз в это время. Широко известно, что геном человека и шимпанзе поразительно похож (хотя уровень схожести в похоже не составляет 98-ми процентов, как сообщалось несколько лет назад). Если наши РНК-сигналы значительно различаются это будет ещё один способ объяснить почему люди не так уж сильно напоминают обезьян.

Во всяком случае, очень похоже на то, что весь этот «мусор» в вашем ДНК, вовсе не является мусором. Напротив, это может быть важной часть того, что делает вас человеком.

Этот опыт снова возвращает нас к этим деловым партнёрам ос-наездников, симбиотическим поли-ДНК-вирусам, скрытых внутри собственного ДНК ос. Если это и есть сообщение об эволюции человека, то оно очень странное.

Расшифровка генома человека возможно была представлена в качестве на проблему многих человеческих болезней, однако она является хорошим научным основанием. Деятельность исследователей показала, что осы являются не единственными живыми организмами, которые имеют в своём геноме части ДНК вирусов. Фактически их имеют многие животные, включая и человека. Геном человека содержит целый геном вируса и ещё один под названием ERV-3 (эндогенный ретро-вирус). Это может показаться эволюционной причудой, но часть «генетического мусора» на самом деле является мусором… Однако, в действительности, если бы не он, никого из нас бы здесь не было. Он играет ключевую роль в предотвращении отторжения зародыша матерью. Иммунная система матери «должна» признать ткани развивающегося ребёнка как «чужеродные» и предпринять действия по избавлению от них. Под «должна» мы имеем ввиду то, что обычно делает иммунная система по отношению к инородным тканям.

По-видимому, белок ERV-3 близко напоминает другой под названием p15E, который является частью широкомасштабной защитной системы, которую используют вирусы, для того чтобы их не убивал организм хозяина. Белок p15E предотвращает реакцию лимфоцитов (ключевой тип клеток иммунной системы) на антигены — молекулы, которые проявляют чужеродную природу вируса. На определённом этапе эволюции млекопитающих, эта защитная системы была позаимствована у вирусов и начала использоваться для предотвращения реакции плаценты матери на чужеродную природу отца зародыша. Возможно исходя из принципа что нет разницы в том чтобы быть повешенным за овцу или только за ягнёнка, геном человека не остановился на достигнутом и украл целого борова[78] — полный геном ретро-вируса.

Однако, когда эволюция осуществила свою кражу, она не свалила всю не разобранную добычу в последовательность ДНК человека. Она добавила пару интронов, таким образом разделив ERV-3 на несколько отдельных частей. Последовательность полная, но не соединённая. И это не так важно: ферменты могут легко вырезать интроны, когда этот участок ДНК будет превращаться в белок. Однако никому не известно, почему эти интроны находятся здесь. Они могли оказаться случайными помехами. Или если следовать идее ДНК-интерференции они могут оказаться чем-то важным. Эти интроны могут быть важной частью генетической регуляторной системы, «текстовыми сообщениями», которые позволяют плаценте использовать ERV-3 для создания соответствующего вируса с возможностью его контроля.