Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Если представить, что мне нужно срочно навести порядок в подвале дома, я все равно предпочту не выбрасывать все подряд, поскольку расходы на хранение этих вещей не слишком велики. Я знаю, что весь этот «хлам» может когда-нибудь понадобиться. Во время войны, когда ничего невозможно было достать, платья шили из занавесок. Вероятно, избыточные ДНК могут оказаться полезными в период дефицита и использоваться как резервные копии. Очистка была бы намного более трудоемкой.

Какую функцию в геноме человека призваны выполнять чрезвычайно крупные гены, если не хранение информации, кодирующей белок? А ответ такой: хранение регуляторной информации, управление, организация и комбинации генных участков для образования новых генов!

Большие гены полны интронов, чередующихся с экзонами, которые являются промежутками между экзонами. Выше мы использовали в качестве модели интронов и экзонов забор, состоящий из столбов и пустых промежутков между ними. Интроны экспрессируют регуляторную некодирующую, или нкРНК, которая предназначена не для кодирования белков, а для их регуляции. Гены человека состоят в среднем из семи экзонов/интронов, при этом интроны могут быть очень длинными, в сотни раз длиннее экзонов, что очень напоминает забор с большими пустыми промежутками между столбами (или открытые ворота).

А теперь мы подошли к важному моменту: экзоны могут комбинироваться путем сплайсинга, обусловливая сложную организацию, особенно из-за того, что наши гены самые крупные. Это делает человека более высокоорганизованным живым существом по сравнению со всеми другими.

Когда открыли ДНК, представлялось, что один ген кодирует один белок, и это воспринималось как само собой разумеющееся. Такое утверждение некорректно для нас, людей, чего нельзя сказать о вирусах, поскольку у вирусов нет интронов. Несмотря на это, они тоже способны к сплайсингу, но только за счет нового комбинирования участков экзонов – это опять-таки является одним из минималистичных и экономичных свойств вирусов. И все же вирусам тоже необходима регуляция генной экспрессии. С помощью электронной микроскопии был открыт сплайсинг в вирусах, при котором визуально определялось образование петлеобразных структур из участков вирусного генома. Благодаря сплайсингу становится возможным использование различных «рамок считывания» – принципа, действующего на всех уровнях от вирусов до нас.

У вирусов число некодирующих нкРНК минимально, почти равно нулю. У бактерий этот показатель составляет примерно 10% (в некоторых отчетах можно найти и 0%), у дрожжей – 30%, у 70%, у мух – 85%, а у мышей и человека – 98%. Можно выразить это иначе: у вирусов белок-кодирующая информация составляет практически 100%, а у человека – только 2%. Поэтому можно сказать, что наш геном регулируется другими 98%, соответствующими исполнительной и законодательной власти в политической системе. Совершенно верно, а определение «исполнительный» () похоже на понятие «экзон» (). Означает ли это, что нами управляет очень рассудительная законодательная власть? Нет, все как в политике. В Швейцарии семь человек представляют исполнительную власть и 200 человек – законодательную власть / регуляторные органы. Похоже, наша генная регуляция осуществляется в пропорциях, сопоставимых с соотношением ветвей власти в самой демократичной стране мира, по крайней мере с точки зрения швейцарцев!

Законодательная власть – интроны, они определяют программы, осуществляют временну́ю и пространственную координацию, разработку, дифференциацию, специализацию, программы роста и гибели клеток (апоптоза), равно как и адаптацию, иммунный ответ, инновации и максимальную эффективность функционирования организма человека. И в заключение отмечу: комбинаторное соединение генетических участков, осуществляемое путем сплайсинга, обусловливает специфичность человека как вида. И в этом наша сила!

Проект ENCODE, направленный на формирование представления о «мусорной ДНК»