ЖИЗНЬ НАЧИНАЕТСЯ С 365 ГЕНОВ

Home

Сегодня в распоряжении молекулярных биологов есть такая техника, которая позволяет буквально, как книгу, читать генетические коды живых существ

В ЛЮБОЙ области науки существуют три сорта знаний. Одни помогают объяснить неизвестное. Другие - сделать новое. Третьи - и то и другое. Биология в изучении генома использует все три подхода. Чтобы собрать клетку заново из "лабораторных" частей, необходимо прежде всего знать устройство главных деталей, в первую очередь хромосомы - органеллы наследственности. Современная геномика дает возможность определить химическое строение генов и их расположение на хромосомах. Эта информация достаточна для того, чтобы собрать искусственную хромосому и ввести ее в клетку. Для чего? Не только чтобы выяснить, как она работает, а чтобы улучшить клетку.

И вот новое достижение геномики - науки, изучающей структуры и функции геномов человека, животных и млекопитающих. Удалось найти удивительно изящный и эффективный подход к изучению секретов жизни. Инженерный подход к сборке клетки ничем не отличается от сборки телевизора или компьютера. Во-первых, нужно иметь схему материальной "начинки" прибора и схему его работы. Принцип "сделать, чтобы улучшить" обычно работает на достаточно простых устройствах, содержащих минимальное количество деталей. Одной из простейших биологических машин, известной генетикам, остается одноклеточный микроорганизм - микоплазма.

Прародители микоплазмы - знаменитые молочнокислые палочки, которые широко используются для приготовления простокваши, йогуртов. Около миллиона лет назад основатели нового вида бактерий - микоплазмы - утеряли значительную часть хромосомы и претерпели серьезное упрощение в своей организации. Кольцевая хромосома микоплазмы сейчас содержит около 600 генов, а вся хромосома состоит из 680 000 нуклеотидов (звеньев в цепочке ДНК). Микоплазма утеряла клеточную оболочку и превратилась в настоящего паразита, который 99% времени проводит внутри клеток человека.

В работе, проведенной американскими учеными, изучался подвид микоплазмы, который чаще всего паразитирует в эпителиальном покрове мочеполовой системы человека. Микоплазма у многих людей живет в клетках почти анонимно, не давая никаких симптомов заражения. Однако некоторые подвиды бактерий вызывают иммунную реакцию, которая проявляется в виде хронического воспаления мочеполовых путей. Этот микроб относится к группе сексуально переносимых возбудителей. Микоплазма предпочитает размножаться в клетках хозяина, хотя способна выживать и без помощи других клеток.

Современная молекулярная биология оснащена молекулярными "ножницами", "иголками" и "нитками" для сборки ДНК. Инструментарий генной инженерии позволяет очень точно вырезать по одному гену из кольцевой хромосомы, зашивая "стык в стык" концы оставшейся хромосомы. Подобно электромонтеру, вооруженному тестером, генетик проверяет функциональную активность каждого гена, выключая его из линейной цепи. Таким путем сотрудники Института генетических исследований в Роквилле, США, проверяли роль каждого из 500 генов в выживании микоплазмы.

Довольно быстро удалось выяснить, что одиночное избирательное выключение одного из 150 генов не влияло на жизнеспособность бактерий. Оставшиеся 365 генов оказались незаменимыми "игроками", хотя принадлежали к разным группам белков и ферментов клетки. "Машина жизни" не "заводилась", если удаляли или повреждали любой из оставшихся 365 генов.

Определение 365 незаменимых генов бактерии - это огромный прорыв в человеческих знаниях о сущности живого. Фактически определены исходные незаменимые буквы алфавита жизни, и с помощью компьютера предстоит найти правила сборки этих букв в слова и предложения, которые будут соответствовать элементарным функциям клетки. Каждый из генов, кодирующий белковую молекулу, участвует в сборке разных слов и предложений. На языке клеток - это сборка "моторов" для перемещения, "помп" для перекачки полезных питательных веществ в клетку, откачки шлаков и прочего оборудования для поддержания порядка (гомеостаза). Значит, инструкции ДНК прочитываются одними машинами для сборки других машин. Таким осторожным манипулированием ученые начали продвигаться вперед, поскольку имеют дело с объектом, принцип работы которого остается неизвестным.

Теперь химикам предстоит синтезировать все 365 генов и расположить их в естественном порядке на матрице ДНК. Затем такая рукотворная хромосома будет перенесена в тело бактерии, чтобы проверить, как она работает. Предварительно с помощью компьютера будет сделана программа, показывающая наиболее вероятные способы сочетания 350 генов. Разные комбинации активных генов должны обеспечить главные функции клеток: транспорт пищевых веществ, образование биологического "топлива", деление и подвижность, гомеостаз и другие физиологические реакции. На этом пути будет подсчитано, какие комбинации генов обеспечивают надежное устройство машин и приборов клетки. Кроме того, этот же подход позволит понять программу, которая заставляет разрозненные части работать как целое. Инструкции, заложенные в ДНК и генах, должны быть аккуратно прочитаны молекулярными машинами и реализованы в органеллы - ее важнейшие составные части. В результате будет создана программа участия 365 генов в сборке каждой органеллы. Пока остается неясным, какая информация и какие силы заставят собранные детали клеток согласованно и устойчиво работать. Только манипуляции с искусственной хромосомой позволят выяснить участие генов в сборке инструментария и программ живых людей. Возможно, что правильно собранные детали начнут самостоятельно работать без дополнительной информации.