Інформація, нуклеотиди

Молекула ДНК і молчащие гени

Весь живий світ складається з клітин. Тварини, риби, птахи, рослини, гриби, мікроби, самі люди все складається з клеток.Вне клітини немає життя. Клітини всіх живих організмів подібні за будовою, хімічним складом, обміну речовин, всі клітини розмножуються поділом. Це дуже складні структури, практично цілі комбінати, де за 1 секунду проходять десятки тисяч реакцій. На жаль, ми не можемо контролювати особисте життя наших особистих клітин. Тут вони володіють недоторканністю, яку ми ще тільки починаємо долати. Людина у своєму житті керується розумом, а клітини, з яких він складається, живуть за своїми правилами, які не завжди збігаються з нашими бажаннями. Але дуже можливо, що в найближчому майбутньому ми зможемо знайти з ними спільну мову і домовитися про дещо важливому і для нас і для них.

У центрі клітини розташоване ядро, усередині якого знаходяться закручені в подвійну спіраль Уотсона-Крика унікальні за будовою і функції молекули ДНК. Вся молекула ДНК розділена на невеликі ділянки, звані генами. Це елементарні одиниці успадкованих ознак, які визначають наш зовнішній вигляд, стать, інтелектуальний потенціал, тривалість життя і, на додачу до всього, дарують нам широкий спектр генетично обумовлених патологій, у тому числі онкологічного характеру.

Молекули ДНК щільно упаковані в білкові оболонки і утворюють конгломерати, які називаються хромосомами. У соматичних клітинах людини, тобто в клітинах його тіла, знаходиться диплоїдний або подвійний набір хромосом. Їх 46 штук або 23 пари. Кожна пара містить абсолютно ідентичний набір інформації. При розподілі клітини пари хромосом розходяться, і кожна клітина отримує повний набір інформації. Згодом диплоїдний набір хромосом відновлюється. У статевих клітинах людини міститься 23 хромосоми, але при заплідненні, коли сперматозоїд і яйцеклітина зливаються, подвійний набір хромосом відновлюється. При цьому відбувається деяке змішання чоловічої та жіночої інформацією, в результаті чого плід отримує ознаки і тата й мами.

Сукупність усіх генів, що містяться в наборі хромосом статевих клітин, називається геномом людини. Повний геном людини містить близько 80 000 генів. Молекула ДНК влаштована, бути може, не настільки складно, як оригінально. Вона представлена двома довгими нитками. Нитки складаються з нуклеотидів. Нуклеотиди - це хімічні сполуки, що складаються з трьох речовин: азотистого підстави, вуглеводу дезоксирибози і фосфорної кислоти. Не вдаючись у деталі, можна сказати, що ДНК всього органічного світу утворені всього лише чотирма видами нуклеотидів. Це чотири літери, чотири символи алфавіту життя: Аденін (А), Тимін (Т), Гуанін (Г) і Цитозин (Ц). Вони з'єднуються між собою в полімерну ланцюг завдовжки сотні тисяч нанометрів, більше 3х метрів. Така довжина нитки дозволяє розмістити на ній більше 3 млрд. Нуклеотидів, у послідовності яких, і закодована вся генетична інформація. Ці дві нитки з'єднуються між собою за допомогою водневих зв'язків і спірально закручуються один навколо іншого, утворюючи щільну структуру в якій зберігається так багато таємниць. Перед вченими постала проблема розкрити ці таємниці, розшифрувати геном людини, тобто виділити всі гени і визначити їх значення. Завдання представлялося неминучою і невідкладною, і в 1990 році почалося здійснення проекту «Геном людини».

По ходу основної роботи було розшифровано більше 800 геномів рослин і тварин, у тому числі збудників багатьох небезпечних бактерій: туберкульозу, висипного тифу, виразки шлунка та інших. Це має величезне значення для фармакології. Були розроблені відповідні вакцини проти збудників цих захворювань, створена ціла група нових ліків для боротьби зі спадковими захворюваннями. Ці препарати більш ефективні в порівнянні з раніше існували, оскільки мають вибірковістю і спрямованістю дії на генні і білкові мішені. Потужний позитивний імпульс отримала молекулярна медицина у сфері генної діагностики захворювань та їх терапії, а в генної інженерії ми стали очевидцями виняткових подій, найзначнішим з яких, мабуть, є клонування. Клонування дозволить зберегти і розмножити геніальні знахідки природи, а в майбутньому і людини.

Неймовірні перспективи відкрилися перед селекціонерами. Створені на основі генетики трансгенні рослини дозволили різко збільшити врожайність сільськогосподарських культур, повністю ліквідувати втрати від бур'янів і шкідників, а трансгенні тварини вражають нашу уяву своєю продуктивністю, стійкістю до захворювань, плодовитістю.

Криміналісти також отримали в своє розпорядження технологію, що гарантує абсолютну достовірність в питаннях ідентифікації особи за вкрай малим кількостям досліджуваного матеріалу: краплі слини, частинці волоса, лупи і т. Д. Тисячі невинних людей у світі були виправдані, а справжні злочинці отримали заслужене покарання на підставі генного аналізу. З'явився надійний механізм визначення батьківства, материнства та ступеня споріднення для вирішення питань спадкування майна, що виникають у юридичній практиці.

Отримано несподівані і унікальні результати, що вимагають серйозного осмислення. Так, наприклад, результати порівняння генома людини з геномом нашого найближчого родича шимпанзе показали майже повну їхню ідентичність по тисячам параметрів. Практично вони лише трохи перевищує відмінності між людьми з різних етнічних груп. Людина виявився значно ближче до тварин, ніж це можливо було припустити. Така висока ступінь споріднення заводить дослідників у глухий кут і вимагає від них нестандартних підходів і рішень. Можливо, будуть внесені певні корективи в теорію еволюції живої матерії.

Генетики, у тому числі керівник проекту lt; Геном людини> Ф. Коллінз, натхнені успіхами, сформулювали кілька грандіозних прогнозів на найближче майбутнє. Так до 2020 року на ринку повинні з'явитися ліки від діабету, гіпертонії, раку і психічних захворювань розроблені на основі генної інженерії, що дозволяє прицільно впливати на пошкоджені клітини. Генотерапія на рівні зародкових клітин дозволить уникнути спадкових захворювань. До 2040 року з'явиться можливість архівізіровать індивідуальний геном людини, і провести каталогізацію генів, що беруть участь в процесі старіння. Це дозволить збільшити середню тривалість життя людини до 120 років, а надалі подарувати йому таке бажане безсмертя. Нарешті людина отримає можливість контролювати власну еволюцію. У цих прогнозах все здається фантастичним, але пройдуть роки, можливо, значно менші, ніж ті, про які говорять вчені, все втілиться в реальність, і ми станемо іншими.

Однак і сьогодні молекула ДНК зберігає ще багато таємниць і загадок. Комп'ютерний аналіз генома тварин дозволив визначити кількісне співвідношення ділянок молекули ДНК, що виконують різні функції. Тут генетики виявили дивовижні факти. Виявилося, що у багатьох видів лише незначна частина загальної послідовності геному кодує білки. Так у людини тільки близько 2% генома кодують білок, 48% генома беруть участь тільки в початковій стадії кодування і в подальшому від синтезу білків відсторонюються, а більше 50% генома складається з не кодують, повторюваних послідовностей ДНК, що включають, до того ж, велике кількість фрагментів реліктових вірусів. При порівнянні цих даних з геномами тварин стоять на різних щаблях еволюційної драбини дослідники зіткнулися з ще одним парадоксальним явищем. Виявилося, що у тварин, що стоять на нижчому щаблі еволюції частка не кодують ДНК дуже маленька. У відсотковому відношенні це виглядає наступним чином. Так у бактерій, майже вся ДНК є робочою, це 90% і лише 10% немовби непотрібною. У дріжджів 68% ДНК є кодує, 32% не кодують. У нематоди вже це співвідношення дорівнює 24% і 76% відповідно. Організм стає складніше, а частка кодують ділянок ДНК зменшується, в той час як частка незрозумілою для нас інформації збільшується. Тут, як здається на перший погляд, слід було б очікувати прямо протилежного результату. Ф.Крік, вважав «зайву» ДНК будівельним «сміттям», витратою еволюції і платою за досконалість решти її частини. Незаперечний авторитет вченого на довгі роки позбавив заслуженого гідності величезну частина унікальної молекули. Однак, останнім часом, ряд вчених, які не визнають авторитети, вирішили поховати ідею «сміттєвої ДНК» Близька можливість розгадки таємниці не кодують ДНК викликала жваву дискусію в середовищі генетиків. Були написані сотні статей на цю тему, запропоновано багато цікавих розробок. Висловлювалася думка про захисну ролі не кодує ДНК, про формування критичної маси необхідної для запуску деяких внутрішньоклітинних процесів, формуванні ліній розрізу і склеювання в альтернативному сплайсинге. А Д. Маттік, наприклад, вважає, що не кодують ДНК все - таки кодує, так звані, допоміжні рибонуклеїнові кислоти, РНК.

Ми підійшли до проблеми німуючою частини ДНК з іншого боку. Було висловлено припущення, що в молекулі ДНК записується і зберігається не тільки спадкова інформація, але і, так звана, критична інформація. Критична інформація пов'язана з подіями, які представляють собою реальну загрозу для існування організму. Технологія вилучення такої інформації має свої особливості, про які буде сказано нижче.

Для дослідження були обрані звичайні пивні дріжджі групи сахароміцетів. Дріжджі є прекрасним модельним об'єктом еукаріотів для самих різних досліджень в області біохімії, імунології, генетики. Генетика дріжджів розвивалася дуже бурхливо, було виконано величезну кількість робіт як теоретичного, так і прикладного характеру. Нарешті, в 1996 році був повністю секвенирован геном дріжджового грибка Saccharomyces cerevisiae, що стало основою для прориву в геносістематікі дріжджів. Це дозволило проводити безпосереднє порівняння послідовності нуклеотидів в їх геномах. Саме тому дріжджі і були обрані в якості об'єкта для наших досліджень.

Цей вид дріжджів представлений звичайними еукариотическими, тобто що мають ядро, клітинами діаметром 3 - 7 мкм. Грибки витримують дуже низькі температури і навіть при заморожуванні не гинуть, а лише завмирають, згортаючи всі свої метаболічні процеси. Найкращим чином вони відчувають себе в теплому середовищі, однак при температурі вище 47 градусів їх життєві процеси припиняються, а при температурі 80 - 100 градусів вони гинуть.

Отже, критичними умовами для грибка є температури близькі до 80 градусам. Впливаючи такими температурами на клітини грибка Saccharomyces cerevisiae, були виявлені зміни в послідовності нуклеотидів в молчащих локусах їх молекул ДНК. Більш агресивні впливи тягнуть за собою зміни в кодує частини ДНК і загрожують життєздатності цього маленького організму.

Таким чином, в молчащих локусах ДНК грибків записується інформація про несприятливі умови загрожують їх життю. Більш того, це такі умови, які принесли йому серйозні руйнування, але при цьому він зумів вижити, зберігши настільки корисний для себе досвід. Потрапивши в подібні умови, грибок вже знає про їх згубні наслідки і вживає всіх заходів, щоб уникнути їх. Те ж саме відбувається і з клітинами людини. Наше тіло також складається з клітин, які володіють певним ступенем свободи і самостійності. Вони також записують критичну інформацію і також намагаються використовувати її в загрозливих їх клітинної життя ситуаціях. Критична інформація в клітинах записується не так як в мозку, вона записується у відчуттях. Кожне відчуття, будь то зорові образи, пов'язані з людьми, будівлями, місцевістю, де відбулися ці, ледь не призвели до трагедії, події, запах смак, внутрішні відчуття, наприклад біль, звук і звичайно мова записуються в молекулах ДНК. Людина вижила, інформація записана і клітини вважають, що коли він опиниться в подібній ситуації саме ця інформація допоможе йому вижити ще раз. Молекули ДНК достатньо стійкі з'єднання і можуть зберігати свою інформацію як завгодно довго. Тому й критичні події, записані в її структурі, можуть бути дуже і дуже давніми.

Для наочності спробуємо навести приклад. Це трапилося в далекій Персії. Персія утворилася в VI столітті до н. е. Це була найбільша імперія від Єгипту до річки Інд. У 332 році до н. е. Олександр Македонський розбив військо царя Дарія і захопив багате місто Персіполь. За відчайдушний опір він віддав місто на 3 дні своїм солдатам на розграбування. Городяни жили в страху. У чудовому палаці, у своїй кімнаті, несамовито молилася молода жінка і просила панове про порятунок. Кругом стояли ікони і горіли свічки. Потужний удар зриває двері з усіх запорів і в кімнату вривається могутній воїн. Коротка сутичка і жінка, збита з ніг, валяється без свідомості на підлозі. Її гвалтують, чується грецька мова, будинок грабують і йдуть. Понівечена жінка вижила і крім усього іншого, на щастя чи нещастя, завагітніла. Всі відчуття цього жахливого дня: ікони, свічки, грецька мова, біль, гуркіт були записані в її молекулах ДНК. Жінка благополучно вирішилася від тягаря і передала всю інформацію своїй дитині. Подорожуючи в низці декількох десятків поколінь ця інформація, зрештою, опинилася в генах молодої людини вже в наш час і, як це не дивно, в Росії.

У якому випадку дана інформація може бути затребувана. Природно, що вона буде затребувана в ситуації схожою на ту, в якій була отримана. У той далекий час організм зумів вижити і, опинившись в подібній ситуації, він механічно буде відтворювати всі відчуття і дії, які записані в його ДНК. Якщо він виявиться в церкві, де стоять ікони і горять свічки, він почне валятися на підлозі і викрикувати погрози. У цьому випадку ми будемо говорити, що в нього вселилися біси. Якщо він раптом заговорить грецькою мовою, то ми будемо говорити, що в минулому житті він жив у Греції. Насправді молодий чоловік ніколи не жив ні в Греції, ні в Персії, у нього немає бісів. У нього в молекулах ДНК записана критична інформація, яка заважає йому спокійно жити і яка за допомогою психоаналізу З Фрейда може бути успішно видалена.

Що ми можемо сказати на закінчення з даного питання? Критична інформація, що загрожує існуванню безпосередньо самих клітин нашого організму записується в молчащих локусах молекули ДНК. У людини ця інформація займає майже весь обсяг молекули ДНК, оскільки за величезний період його існування таких ситуацій була величезна кількість. Ситуації часто були схожими, тому ми спостерігаємо в молчащих локусах велика кількість повторів. Зі временемстарие записи, можливо, стираються, оскільки інформація, записана в молчащих локусах значно молодше, ніж в кодують генах. Таким чином, ще раз підтверджується той факт, що в Природі немає місця випадковостям, і кожне явище в ній має своє призначення. А ми, люди, повинні розуміти, що не завжди наше поведінка диктується розумом і, отже, воно не завжди є адекватним сформованим обставинам.

Іеліков С. Л.