Мальчик, который не переставал расти… и другие истории про гены и людей

Сегодня то, что осталось от малютки-бактерии, совершившей вторжение, называется митохондрией (оккупанты второй волны, сделавшие растения растениями, — это хлоропласты). Митохондрии значительно изменились с тех пор, как впервые поселились в наших клетках, но в некоторых отношениях они все еще отдельные существа — с собственной ДНК, собственным, несколько иным метаболизмом и собственным циклом размножения. Мы полностью зависим от своих митохондрий — они необходимы для нашего выживания и благополучия. Когда с ними что-то не так, то и с нами что-то не так — и часто это настоящая беда.

В этом соглашении есть нечто глубоко странное. Представьте себе, что вы отправились искупаться и какой-то мелкий, но необычайно агрессивный угорь присосался к вашему животу, ухитрился прогрызть его и… поселиться у вас внутри. Причем в итоге угорь не погубил вас, а стал одним из ваших важнейших органов. В этой воображаемой ситуации, с точки зрения угря, сделка выглядит чрезвычайно выгодной. Да, кстати, я не забыл сказать, что угорь — это беременная самка, которой теперь есть где выводить потомство? Но все отлично, ведь вы тоже довольны ситуацией.

Не знаю, как вы, а я никогда не смогу свыкнуться с этой идеей.

Между прочим, не следует представлять себе это как однократное событие, удачное стечение обстоятельств, которое идеально сложилось с первого и единственного раза. Бесчисленные живые пузырьки поедали еще более бесчисленное множество более мелких живых пузырьков на протяжении сотен миллионов лет. За это время, несомненно, много раз бывало так, что союз почти складывался, когда, может быть, на несколько поколений клеток устанавливалось нечто вроде стабильности, но в итоге большому пузырьку не хватало терпения и он поедал маленький, либо маленький быстро вырастал и выедал хозяина изнутри. И все же в конце концов партнерство сложилось и принесло оглушительный успех. Оглянитесь вокруг: все, что не камни, песок или вода, — результат этого партнерства. Каждый куст, каждое дерево, каждый коралловый риф, каждый дом, мост, корабль и пластиковый пакет — все они существуют только благодаря этому союзу между вашими древними предками, крохотными искорками жизни, которые лишь чуть-чуть успешнее работали вместе, чем поодиночке.

За миллионы лет наши митохондрии остепенились, по-настоящему обустроились и почувствовали себя как дома. Постепенно они передали некоторые ключевые задачи клеточному ядру и давным-давно потеряли способность существовать как самостоятельные организмы. От их независимого прошлого у них на память осталось одно — их собственный небольшой геном. У людей он крошечный, всего 16 569 нуклеотидов, и в нем лишь 37 генов. Возьмем для сравнения геномы современных бактерий: свободноживущим бактериям, по-видимому, требуется не менее 1500 генов, закодированных в 1,5 млн азотистых оснований ДНК, а у некоторых геномы в пять раз больше. Есть бактерии с меньшими геномами, но они не могут существовать без других организмов. Например, Mycoplasma genitalium[68], у которой всего около 470 генов. Она не может расщеплять питательные вещества на компоненты, которые способна усваивать, поэтому существует только в качестве паразита внутри чужих клеток. Таких паразитов довольно много — возможно, они представляют собой эволюционные недолеты, тот сценарий, при котором схема «один организм живет внутри другого» оказалась полезнее для одного из партнеров (паразита), чем для другого (хозяина).

Итак, митохондриальный геном — призрак когда-то существовавшего организма. Из его 37 генов только 13 кодируют белки — остальные производят оборудование, необходимое для синтеза этих белков, используя для этого слегка иные биохимические реакции, чем ядерный геном. Возможно, когда-нибудь все эти 13 генов перейдут в ядерный геном и митохондриальный геном станет нефункциональным[69]. Пока что митохондрии по своему поведению все еще немного напоминают отдельный организм. В каждой клетке содержится от сотен до тысяч митохондрий. Каждая митохондрия несет множество копий собственного генома[70] в форме кольцевой ДНК, похожей на геномы бактерий и совсем непохожей на хромосомы ядра. Митохондрии ведут собственную маленькую жизнь^{33}, частично независимую от остальной клетки. Как бактерии, они размножаются делением; они растут, стареют и умирают в собственном темпе. Когда клетка делится, дочерние клетки распределяют между собой митохондрии материнской. Чтобы делящиеся митохондрии могли получить свои копии митохондриального генома, его тоже нужно скопировать, и для этого существуют специальные клеточные механизмы. Как при всяком копировании ДНК, могут происходить ошибки, а значит, случаются митохондриальные мутации. У них есть свои особенности, о чем пойдет речь дальше.