Мусорная ДНК. Путешествие в темную материю генома

Представьте себе напечатанный на бумаге сценарий пьесы, фильма, телевизионного шоу. Любой может прочесть его, как книгу. В этом нет ничего сложного. Но сценарий делается гораздо мощнее, когда на его основе что-то создают. Перед нами уже не просто вереница слов на листке, когда эти слова произносят вслух, а уж тем более — когда их исполняют профессиональные актеры.

Вот и с ДНК, по сути, такая же история. Это, в общем, тоже сценарий, но совершенно необычный. При помощи весьма скудного алфавита, состоящего всего из 4 букв, ДНК ухитряется нести в себе код для самых разных организмов, от бактерий до слонов, от пивных дрожжей до синих китов. Хотя ДНК в пробирке — штука довольно скучная. Ничего она там не делает. ДНК становится куда интереснее, когда клетка или организм использует ее, чтобы, так сказать, поставить пьесу. ДНК обеспечивает код для создания белков, а белки жизненно необходимы для процессов дыхания, питания, избавления от продуктов жизнедеятельности, размножения — и всех прочих функций, характерных для живых существ.

Белки — настолько важная вещь, что в XX веке ученые именно через них давали определение гену. Ген описывали как участок ДНК, кодирующий тот или иной белок.

Возьмем самого знаменитого драматурга всех времен и народов — Шекспира. На волну его текстов не всем легко настроиться, потому что с шекспировских времен английский язык успел довольно сильно измениться. Но все равно мы всегда твердо уверены: Бард писал лишь те слова, которые хотел вложить в уста актеров.

Иными словами, Шекспир не писал чего-то такого:

Нет. В своих знаменитых строках он написал лишь подчеркнутые здесь слова:

To есть «А rose by any other name would smell as sweet»[1].

Но наш ДНК-сценарий не покажется нам таким же благоразумно-компактным, как шекспировская строка. Каждый участок, кодирующий белок, представляет собой, в сущности, целое море бессмысленной чепухи, где плавает одно-единственное осмысленное слово.

Много лет ученые никак не могли объяснить, почему такое количество нашей ДНК не кодирует никаких белков. Эти некодирующие участки пренебрежительно назвали термином «мусорная ДНК». Однако со временем ученые стали приглядываться к мусорной ДНК все внимательнее, причем по целому ряду причин.

Пожалуй, наиболее фундаментальная из них — огромная доля мусорной ДНК в наших клетках. В 2001 году специалисты наконец завершили расшифровку человеческого генома (так называемое секвенирование). Какое же открытие стало для них едва ли не самым сильным потрясением? То, что более 98% ДНК в человеческой клетке относится именно к категории мусорной. Иными словами, эти 98% не кодируют никаких белков! Аналогия с шекспировскими произведениями, которую мы привели выше, на самом-то деле получилась даже упрощенная. По генетическим меркам отношение объема «чепухи» к объему осмысленного текста в человеческом геноме примерно в 4 раза выше, чем в нашем примере: больше 50 букв всякого сора на одну букву осмысленных слов.

Можно предложить и другие сравнения. Представьте, что мы с вами посещаем автомобильный завод, где выпускают, скажем, что-нибудь ужасно сложное вроде «феррари». Мы очень удивимся, если увидим, что на каждых 2 рабочих, которые честно собирают сверкающий красный спорткар, приходится 98 бездельников, которые сидят сложа руки. Это было бы нелепо и смешно. Почему же так происходит в нашем геноме? Разумно ли такое положение вещей? Ну да, именно несовершенства живых существ зачастую служат самыми убедительными доказательствами того, что эти самые существа произошли от какого-то общего предка (пример такого «несовершенства» — аппендикс, который человеку вроде бы не очень-то и нужен). Но не заходим ли мы слишком далеко в наших рассуждениях о подобных «лишних» компонентах организма?

Вот куда более правдоподобный сценарий. На каждых 2 рабочих, собирающих автомобили, приходится 98 сотрудников, делающих все остальное. Благодаря этому идет работа и развивается бизнес. На заводе ведь занимаются не только сборкой машин как таковой. Кто-то должен изыскивать финансирование, вести бухгалтерию, рекламировать товар, следить за выплатой пенсий бывшим сотрудникам, чистить туалеты, продавать произведенные машины и тому подобное. Вероятно, это более удачная модель, описывающая роль «мусора» в нашем геноме. Можно относиться к белкам как к своего рода конечным продуктам, необходимым нам для жизни, но без «мусора» их никогда бы не произвели как полагается. Без «мусора» само их производство не удалось бы как следует скоординировать. Два человека могут соорудить машину, но они не сумеют поддерживать на плаву целую компанию, которая такими машинами торгует, и уж тем более — превратить ее в успешную, процветающую фирму. С другой стороны, нет никакого смысла держать 98 сотрудников для подметания полов и дежурства в салонах продаж, если продавать нечего. Вся организация работает лишь тогда, когда все ее компоненты находятся на своем месте и занимаются своим делом. Точно так же и с нашим геномом.