Таинственный геном человека

Если бы мы сошли с поезда и посмотрели повнимательнее на участок ДНК, который кодирует бета-гемоглобин, то увидели бы, что где-то ближе к началу первого экзона (помним, что декодирующий механизм движется по молекуле ДНК слева направо) у нас находится секция ДНК, известная как промотор — последовательность, которая обычно присоединяется к началу гена и представляет собой своего рода переключатель, активирующий или подавляющий его. Где-то подальше — может, на вполне значительном расстоянии — есть другие нити ДНК, которые работают как противодействующий регуляторный механизм, офис, полный бюрократов. Бюрократы отдают команду промотору: пора считывать ген. От них зависит, будет ли считан тот или иной ген — а это по-разному происходит в разных клетках, разных тканях и органах человеческого тела. Время экспрессии генов и их количество также зависит от ткани.

Затем промотор отдает команду гену на экспрессию ДНК. Так, в бета-глобине три экзона с разделяющими их интронами превращаются в соответствующую информационную РНК, а после этого (все еще внутри ядра) два интрона удаляются и оставшиеся три экзона соединяются вместе. И только после этого информационная РНК покидает ядро и отправляется к рибосомам в цитоплазме, которые производят белки.

Самый большой известный нам ген человека кодирует необходимый для нормального функционирования мышц белок дистрофин — 79 экзонов, разделенные 78 интронами. Как и в случае анемии, если этот белок затронут мутациями, может возникнуть наследственное заболевание. Например, мышечные дистрофии Беккера и Дюшенна — следствие отсутствия в коде целого экзона, что приводит к повреждению мембраны, окружающей мышечную ткань, и мышцы функционируют неправильно.

Понимание генетических механизмов возникновения таких болезней может помочь ученым-медикам находить лекарства, а в будущем — возможно, недалеком — разработать генетические методы их лечения. То, как работают экзоны и интроны, объясняет, как 20,5 тысячи генов могут кодировать 80–100 тысяч белков.

Ген, в котором, например, есть 14 экзонов и 13 интронов между ними, скорее всего, кодирует более одного белка. Все, что для этого нужно, — регулятивные механизмы, которые решают, какие экзоны слепить воедино, чтобы сделать информационную РНК, выбирая их различные сочетания. Теперь мы знаем, что все работает именно так. Возможность одного гена кодировать разные белки называется альтернативным сплайсингом. Мы также знаем, что эта способность универсальна для эукариотных организмов — всех животных, растений, грибов и простейших, чей геном содержится в ядрах клеток.

Теперь понятно, почему Нобелевский комитет в 1993 году решил отдать премию по физиологии/медицине Робертсу и Шарпу. В 2005 году дорогущая пристройка к химическому факультету Шеффилдского университета, где я когда-то учился, была названа именем Ричарда Дж. Робертса.

* * *

Как мы видим, первая из главных загадок, возникших после расшифровки человеческого генома в 2001 году, уже имела готовую разгадку. Однако еще две из них — обширные сегменты, похожие на вирусный геном, и пустые 50 % — еще только предстоит разгадать. До того как штурмовать новые высоты, нам нужно базовое понимание механизмов, которые могут изменять геномы существующих ныне видов и таким образом создавать новые формы жизни. Это потребует понимания основ эволюционной биологии и многих недавних открытий в этой широкой и очень интересной области науки.

9. Как изменяется наследственность

…Через десяток лет «Происхождение видов» произвели в биологической науке такую же революцию, как «Начала» в астрономии. По словам Гельмгольца, это объясняется тем, что в них содержится «абсолютно новая творческая мысль».

Томас Генри Гексли