Страница 16 из 17
У плодовой мушки-дрозофилы, еще одного излюбленного объекта исследований, насчитывается 15 тысяч генов. Иными словами, будучи гораздо более сложным организмом, плодовая мушка содержит на 9 тысяч генов меньше, чем примитивный Caenorhabditis. А если говорить о мышах и людях, то нам стоило бы лучше думать о грызуне – или же смирить свою гордыню: осуществлявшиеся параллельно проекты по определению геномов человека и мыши обнаружили, что у обоих количество генов приблизительно одинаково!
Кое-что из азов клеточной биологии
Вообще-то ученые и раньше должны были бы заметить, что гены не могут управлять нашей жизнью. По определению, управляющий физиологией и поведением организма орган – это его мозг. Так что же, ядро с его ДНК – это мозг клетки? Если такое предположение верно, то удаление клеточного ядра (эта процедура называется энуклеацией) должно привести к мгновенной смерти клетки.
Итак, для ключевого эксперимента… маэстро, барабанную дробь…
Исследователь берет нашу упрямую клетку и укладывает ее на микроскопический операционный стол. При помощи микроманипулятора он заносит над клеткой похожую на иголку микропипетку и ловким движением вводит ее в заполненное цитоплазмой нутро. Ядро клетки аккуратно всасывается в пипетку, после чего выводится наружу. «Мозг» нашей несчастной жертвы извлечен.
Но постойте! Что же это такое, в самом деле… клетка по-прежнему жива!
«Рана» в клеточной стенке затянулась, и клетка, словно пациент после операции, понемногу приходит в движение. Вот она уже снова на ногах… ну хорошо, хорошо – на псевдоподиях… и бодро покидает поле зрения микроскопа, полная надежды никогда больше не встречаться с этими вивисекторами.
Подвергнутые энуклеации, многие клетки способны прожить еще до двух и более месяцев без всяких генов. Причем они вовсе не напоминают беспомощные комки цитоплазмы – нет, они активно поглощают и переваривают пищу, поддерживают согласованное функционирование своих физиологических систем (дыхательной, пищеварительной, выделительной, двигательной и т. д.), сохраняют способность общаться с другими клетками и должным образом реагировать на внешние раздражения.
Конечно, энуклеация не остается совсем уж без последствий. Лишенные генов, такие клетки не могут ни делиться, ни воспроизводить какие-либо белковые составляющие, которых они лишаются вследствие обычного старения и износа цитоплазмы. Неспособность заменить дефектные цитоплазматические белки порождает механические дисфункции, из-за которых клетка, в конце концов, погибает.
Наш эксперимент был задуман лишь для проверки идеи, что ядро – это «мозг» клетки. Если бы после энуклеации клетка мгновенно умирала, то можно было бы сказать, что наблюдения свидетельствуют в пользу этой идеи. Но результаты эксперимента однозначны: лишенные ядра клетки продолжают демонстрировать сложное, скоординированное поведение, характерное для живого организма. Это означает, что «мозг» клетки остался в целости и сохранности.
Тот факт, что энуклеированные клетки сохраняют свои биологические функции в отсутствие генов, известен давно. Еще более ста лет назад в классической эмбриологии проводили рутинные опыты по извлечению ядер из делящихся яйцеклеток, которые показали, что изолированная яйцеклетка без ядра способна достичь даже уровня бластулы – стадии развития, на которой зародыш состоит из сорока и более клеток. Сегодня энуклеированные клетки используются в промышленных целях в качестве «питающего» слоя в клеточных культурах, выращиваемых для наработки противовирусных вакцин.
Но если ядро с его генами не является клеточным мозгом, то в чем же именно состоит вклад ДНК в жизнь клетки? Энуклеированные клетки гибнут не потому, что у них нет мозга, а потому, что лишаются репродуктивных способностей. Не будучи в состоянии воспроизводить собственные компоненты, эти клетки не могут ни заменить дефектные белковые «кирпичики», ни создать собственные копии. Выходит, что ядро – это никакой не мозг клетки, а ее орган размножения! Спутать орган размножения с мозгом… Ну, это вполне понятная ошибка, если принять во внимание традиционно царящий в науке патриархат. Мужчин частенько обвиняют в том, что они думают не головой, а своими репродуктивными органами, – так стоит ли удивляться аналогичной оплошности со стороны науки?
Эпигенетика: новая наука о самоуправлении
Теоретики «генной предопределенности» проигнорировали столетней давности результаты насчет энуклеированных клеток, но у них не выйдет игнорировать данные новейших исследований, которые подрывают их веру в генетический детерминизм. Пока газетные заголовки кричали о проекте «Геном человека», группа ученых положила начало новому, революционному направлению в биологии, получившему название эпигенетики. Наука эпигенетика (буквально это слово означает «над генетикой») кардинальным образом меняет наше понимание об управлении жизнью. Эпигенетические исследования последнего десятилетия показали, что ДНК-программы, передаваемые по наследству с помощью генов, вовсе не «высечены в камне» при рождении. Гены отнюдь не «предопределены»! Внешние воздействия – питание, стресс и эмоции – могут изменять гены, не меняя при этом собственно генетического кода. И как установили эпигенетики, эти модификации могут передаваться по наследству ничуть не хуже тех кодов, которые передаются при помощи двойной спирали ДНК.
Первенство среды. Новая наука приходит к выводу, что управление живой материей начинается с информационных сигналов окружающего мира, которые управляют связыванием регуляторных белков с ДНК. А регуляторные белки управляют активностью генов. Функции ДНК, РНК и белков те же самые, что и в концепции «Первенства ДНК». Обратите внимание: поток информации больше не является однонаправленным. В 1960-х гг. Говард Темин подверг сомнению Центральную Догму, экспериментально установив, что РНК способна переписывать ДНК, тем самым поворачивая информационный поток вспять. Поначалу поднятый на смех и обвиненный в «ереси», Темин затем получил Нобелевскую премию за описание обратной транскрипции – молекулярного механизма, при помощи которого РНК может переписывать генетический код. Обратная транскрипция сегодня на слуху, так как именно таким образом РНК вируса СПИДа влияет на ДНК инфицированной клетки. Сегодня также известно, что изменения в молекуле ДНК, например добавление или удаление так называемых метильных групп, влияют на связывание с ней регуляторных белков. Судя по всему, белки также способны работать в направлении, обратном классическому информационному потоку, поскольку белковые антитела в иммунных клетках изменяют ДНК тех клеток, которые их синтезировали. Размеры стрелок, указывающих на рисунке направление информационного потока, неодинаковы. На обращение этого потока наложены жесткие ограничения – это позволяет не допустить слишком существенных изменений в геноме клетки.
Конечно, открытия в области эпигенетики отстали от достижений генетики. Начиная с конца 1940-х гг. ученые выделяют ДНК из клеточного ядра для изучения генетических механизмов. При этом они извлекают ядро из клетки, проникают сквозь окружающую его мембрану и выделяют содержимое хромосом, состоящее наполовину из ДНК и наполовину из регуляторных белков. В своем стремлении исследовать именно ДНК большинство ученых отбрасывают белки прочь – выплескивая, как мы теперь знаем, с водой и ребенка. А эпигенетики возвращают «ребенка» обратно – они изучают хромосомные белки, которые, как выясняется, играют в механизме наследственности столь же ключевую роль, как и ДНК.
ДНК образует как бы сердцевину хромосомы, белки же обволакивают ее наподобие рукава. Когда гены укрыты, содержащуюся в них информацию «прочитать» невозможно. Представьте себе, что ваша рука – это участок ДНК с геном, кодирующим голубизну глаз. В клеточном ядре такой участок ДНК покрыт связанными с ней регуляторными белками, как рука – рукавом рубашки.