Функции ДНК различаются для каждого типа клеток, потому что одни гены в них активны, другие «отключены» – деактивированы. На вопрос о том, почему конкретные гены включены или выключены, нельзя ответить с помощью изучения одной только структуры ДНК. Функции ДНК с ее различными сочетаниями оснований А, G, Т и С иногда сравнивают с клавиатурой пианино, на которой несколько октав состоят из семи белых и пяти черных клавиш, тонов и полутонов, и каждая последующая октава подобна предыдущей. Вместе с тем каждый композитор и музыкант способен создать неповторимую музыку, пользуясь ограниченной палитрой тонов и ритмов. Основа всех известных мелодий и произведений – те же самые несколько октав. Точно так же, как музыкальный инструмент (структура) не равен исполняемой музыке (функция), структура ДНК – не то же самое, что функция ДНК. Для игры на музыкальном инструменте нужен музыкант, а как же функционирует ДНК? Все, что происходит в человеческом организме, берет начало в буквально безграничных возможностях, обусловленных единственной уникальной молекулой ДНК. Как может всего одна человеческая клетка диаметром меньше одной тысячной сантиметра содержать столько инструкций в своей ДНК, что хватило бы для заполнения тысячи шестисотстраничных книг, если бы понадобилось записать их все? Чем больше мы узнаем о нашем организме, тем больше осознаем, насколько интеллектуальна эта система и как мало мы на самом деле знаем о ней.
Примерно 5 % ДНК кодируют протеин и называются экзон. Все протеины в нашем организме – маленькие копии ДНК. Для производства клеточного протеина экзонная часть ДНК постоянно взаимодействует с матричной РНК (мРНК), транспортной РНК (тРНК) и рибосомной РНК (рРНК). Интерференционная РНК (РНКи), которая считается блокирующей и, возможно, также высвобождающей отдельные гены и группы генов, в последнее время пользуется пристальным вниманием. Но в этой главе мы не будем останавливаться на новых результатах исследования возможных функций разных видов РНК.
Функции оставшихся 95 % нашей ДНК пока неизвестны, поэтому они называются избыточной ДНК, некодирующей ДНК или интроном [2]. Этот участок ДНК иногда называют величайшим сюрпризом или неожиданностью человеческого генома. Чем сложнее организм и выше его развитие, тем выше процент интронов. Человеческий геном (ДНК человека) отличается от ДНК мыши всего на 300 генов (1 %), но реальное отличие заключается в том, что у мышей на 10 % меньше пар оснований и намного меньше избыточной ДНК. Поскольку разница между ДНК человека и шимпанзе – 2 %, казалось бы, у людей больше сходства с мышами, чем с человекообразными обезьянами, но это, разумеется, абсурд. У некоторых одноклеточных организмов (амеб) ДНК примерно в 30 раз превосходит человеческую, но в ней буквально отсутствует избыточная ДНК, в то время как у большинства растений ДНК гораздо больше (50 тысяч генов), чем у млекопитающих (25 тысяч генов) [3]. Не количество генов определяет сложность организма, а количество совместных паттернов среди генов, обуславливающих функции ДНК организма. Разумеется, остается еще вопрос о механизме, определяющем эти совместные паттерны среди генов.
Эпигенетика
Теперь мне следует упомянуть о недавнем развитии эпигенетики, которая стремится объяснить функциональные различия между генами и особенно – почему одни гены активны, в то время как другие – нет. По мнению молекулярного биолога Джошуа Ледерберга, нобелевского лауреата, функциональные различия безусловно являются не только результатом наследственной структуры ДНК, но обусловлены и факторами внешней среды, окружающей ДНК. Эпигенетика – изучение обратимых изменений в функциях генов, появившихся без изменения последовательности ДНК в ядре клетки. Это означает, что функции ДНК меняются, а ее строение – нет. Исследования показали, что, хотя однояйцевые близнецы имеют одинаковую ДНК, их эпигенетический материал может различаться. Этот факт подкрепляет мнение, что функции ДНК определяются информацией вне самой ДНК и что обмен нелокальной информацией посредством резонанса может играть в этом процессе существенную роль. Недавние исследования подтверждают возможность удаленного обмена информацией: фрагменты неповрежденной ДНК могут узнавать совпадающие цепочки ДНК на расстоянии, без прямого физического контакта и без присутствия протеинов. Каким-то образом эти фрагменты ДНК способны распознавать друг друга на расстоянии, и крохотным частицам генетического материала свойственно соединяться со схожей ДНК без помощи каких-либо других молекул или химических сигналов. С нынешних теоретических позиций такая задача должна быть невозможной в химическом отношении, поскольку у классической науки нет объяснения для процесса удаленного распознавания. Распознавание совпадающих последовательностей ДНК – основа рекомбинации, процесса, играющего важную роль в эволюции организма и в восстановлении поврежденной ДНК [4].