Как подружить гены в клетках. Коктейль молодости, светящиеся котики, напечатанные органы и другие прелести науки

Еще одним направлением в генетике является изучение изменений у разных видов в ходе эволюции. Ученые Стэнфордского университета придумали алгоритм самособирающегося многообразия (SAM), который может самостоятельно анализировать разные типы клеток и наблюдать их эволюционные связи [6]. Например, при анализе двух видов червей новый алгоритм выявил существенные различия между ними. Отредактировав алгоритм, ученые научили программу находить не только структурные различия, но и функциональные и узнавать их место на эволюционном древе. Сравнение клеток разных видов может помочь биологам понять, как менялись эти структуры на протяжении эволюции и как они адаптировались к функциональным потребностям различных форм жизни.

Вернемся к проблемам насущным. При делении сперматозоидов основная задача – поддерживать большое количество клеток при сохранении качества генетического материала. Также очень важно противостоять неблагоприятным факторам окружающей среды. Требуется четкая регуляция процесса. За это ответственны специфические гены, которые развились в процессе эволюции. Интересно, что активность именно этих генов свойственна некоторым злокачественным опухолям. Белки, вырабатывающиеся под влиянием этих генов, вызывают иммунный ответ у людей, страдающих онкологическими заболеваниями. Их назвали раково-тестикулярными агентами.

Клементина фон Тейсер вместе с коллегами взялась исследовать семейство генов MEGA [7]. Их рассматривают в качестве онкомаркеров при диагностике раковых заболеваний. Для этого исследования ученые взяли культуры клеток и тканей человека и мышей и следили за специфическими периодами их активации. У обоих видов в половых клетках активными становились гены семейства MEGA. При исследовании в пробирке интересной оказалась подгруппа генов MEGA А. Частичное выключение этих генов приводило к нарушению деления клеток. Чтобы уточнить влияние этих генов, биологи вывели мышей с выключенным генами MEGA А6 и MEGA А8. Через восемь дней функции яичек заметно снизились, ухудшился сперматогенез и увеличилось количество патологических мутаций. Также отдельно изучили влияние гена MEGA А6 в условиях стресса. Испытуемую группу мышей подвергли голоданию, контрольная получала питание как обычно, но обе группы были с выключенными генами. Изменения в сперматогенезе и делении в яичках больше затронули группу, подверженную голоданию. Это означает, что влияние этих генов на деление сперматозоидов происходит при воздействии неблагоприятного фактора.

В раковых клетках гены семейства MEGA А нарушают системы клетки АМФК (фермент, который отслеживает и регулирует энергетический статус клетки) и ФБФ (фермент, ограничивающий скорость образования глюкозы), которые распознают энергетический голод, клетка погибает, распадаются белковые структуры. По-видимому, гены исследуемого семейства контролируют работу АМФК, так как она подавляет синтез нуклеиновых кислот, белка и других необходимых молекул для создания новых клеток. И то же самое с ФБФ: подавление его работы вызывает распад глюкозы и увеличение синтеза молекул АТФ. Напрашивается аналогия между сперматозоидами и опухолевыми клетками: обоим нужны мощные энергетические ресурсы. Только гаметы используют этот ген «правильно», активируя его в периоды стресса и голода, а раковая – для распространения опухоли.

Для изучения работы генетических механизмов частой исследовательской моделью становятся генно-модифицированные организмы и бактерии. В числе таких одноклеточные структуры под названием JCVI-syn3.0. Как следует из названия, это третья версия, сделанная на основе предыдущих. Первую версию искусственных клеток получили в 2010 году. Для этого взяли клетки микоплазмы (бактерии без клеточной стенки), убрали из ее ядра всю ДНК и заменили на новую, полностью искусственную. Имя им дали CVI-synl.O – в честь института Дж. Крейга Бентера (J. Craig Venter Institute), где создали клетки. Геном имел длину около миллиона пар оснований и 901 ген, для сравнения, геном человека состоит из более 3 млрд пар оснований. После исследователи уменьшали геном до такого набора, чтобы клетка могла нормально жить, так сказать, получали базовый набор. Количество генов снизили до 473, но делиться клетки не хотели. Для того чтобы определить, какого именно сегмента не хватает, биологи стали сравнивать все варианты между первой и третьей версиями [8]. В итоге нашли участок, удаление которого вызывало нарушение деления у обоих вариантов. В этом сегменте было 76 генов, которые последовательно проверяли, а затем смотрели на результаты. В итоге определили семь генов, необходимых для правильного деления, и добавили в клетки версии 3.0. Новый штамм назвали JCVI-syn3.0+126 – по номерам групп, к которым принадлежали гены. Создание искусственных штаммов с высокой точностью помогает изучать клеточные взаимодействия и генные механизмы в лабораторных условиях.

Еще раз о старении