Знание-сила, 2002 № 08 (902)

Устойчивость двойной спирали ДНК в составе хромосомы оказалась вовсе не подобна устойчивости атома. Стабильность ДНК постоянно регулируется целой системой ферментов, за которые отвечают особые гены «домашнего хозяйства» и гены метаболизма ДНК. Продукты этих генов образуют белковые комплексы, которые зорко следят за устойчивостью каждого звена ДНК и непрерывно исправляют повреждения в них. Они же обеспечивают относительную надежность и точность воспроизведения молекул ДНК. Степень активности этих комплексов весьма чувствительна к физиологическому состоянию клетки. Устойчивость ДНК и темп ее мутаций могут в случае клеточного стресса (голодание, действие агентов, останавливающих деление) меняться в десятки раз. При этом активируются открытые американской исследовательницей Мак'Клинток семейства мобильных элементов, и клетка переходит в режим поиска, удачно названный «природная генетическая инженерия».

Геном содержит парный набор хромосом, и гены-гомологи, вопреки одному из основных менделевских постулатов, способны вести диалог, изменяясь сами или наследственно меняя партнера. Хромосомы и их элементы способны хранить память о том, побывали они в составе женского или мужского организма. Отдельные сегменты способны увеличиваться в числе, покидать лоно хромосомы, функционировать и воспроизводиться самостоятельно. Регуляция состояний генетических блоков, передаваемая в ряду поколений, образует мало исследованную сферу динамической или надгенной (эпигенетической) наследственности. Во многих случаях нельзя сказать, связан определенный наследственный признак (фенотип) с изменениями в тексте ДНК или с изменениями состояния данного участка хромосомы. Эти и другие открытия в молекулярной генетике привели к ревизии многих положений классической генетики. И, говоря юридически, «дело», стоящее в заголовке, принято к пересмотру по вновь открывшимся обстоятельствам.

Мобильность генома: единство целого при свободе частей.

Геном эунариот не является закрытой системой. Носители чужеродных ДНИ и РНК способны проникать в цитоплазму (а), затем происходит либо их исключение из состава генома, либо адаптация (6), когда они стабильно сосуществуют в цитоплазме генома-хозяина, переходя в разряд факультативных элементов. Геном эукариот устроен по принципу «единство целого при свободе частей». Р.В. Хесин впервые пришел к выводу, что благодаря мобильным элементам генофонды всех организмов потенциально объединены в один общий генофонд всего живого мира.

Молекулярные жирафы в духе Ламарка

Наследственная система – лишь часть организации клетки. В ней за последние два-три десятилетия открыта непредвиденная сфера сложности и координации, совместимая с компьютерной технологией и целеполаганием. Клетка непрерывно собирает и анализирует информацию о своем внутреннем состоянии и внешней среде, принимая решения о росте, движении, дифференцировке.

Клетки способны ответить на вызов среды активным генетическим поиском, а не пассивно ждать случайного возникновения мутации, которая будет угодна «всемогущему» отбору. Клеточный поиск может включать и создание новых текстов, и перемены в количественном составе и расположении генетических элементов, и запуск программ, координирующих одномоментно работу десятков генов, и создание новых устойчивых систем генной регуляции. Рассмотрим примеры.

Скажем, устойчивость клеток (организмов) к яду в некоторых случаях может повышаться в сотни раз, чего нельзя достигнуть никакой мутацией. Оказалось, что сегменты хромосом с геном устойчивости способны отрываться от своего лона, увеличиваться в числе (амплификация), воспроизводиться в цитоплазме в большом количестве, принимая разные внешние воплощения, вплоть до так называемых мини-хромосом. Чем больше доза яда, тем больше возникает защитных копий. В модельных опытах по химическому блокированию деления одноклеточного паразита лейшмании устойчивость этого простейшего организма к яду могла возрастать в 1000 раз! При этом доля размноженных сегментов с геном устойчивости достигала 10 процентов генома! Когда действие яда прекращалось, пропорционально уменьшалось число свободных копий. Но некоторая часть их оставалась в цитоплазме и после полного исчезновения яда. Это своего рода материализованная память о бывшем испытании. Когда возобновляли действие яда, оставшиеся защитные копии гена быстро преумножались (амплифицировались) по уже накатанному сценарию.

Позвольте, да это ж явная модель известной жирафы Ламарка!

По дарвиновской теории эволюции приспособительные преобразования создаются шаг за шагом путем отбора тех, у которых случайно возникли «нужные» наследственные изменения. Но это оказалось упрощением, совершенно неверным представлением о степени сложности клетки и ее способности к целесообразному поведен ию.