Страница 2 из 7
Последние 6 лет, которые я с переменным успехом занимаюсь популяризацией науки, в многочисленных разговорах с читателями блога LabMouse вырисовалась совсем нерадостная картина: многим из них повезло не больше. Я точно знаю, что в мире есть совершенно потрясающие школьные учителя биологии (и мне очень повезло быть лично знакомой с несколькими из них), которые любят свой предмет, постоянно обновляют собственные знания, могут заинтересовать ученика и даже помочь ему найти любимую профессию. Но если вдруг по этой или иной причине вам кажется, что перед чтением этой книги вам стоило бы освежить свои знания генетики, то первая глава книги написана специально с этой целью. Если же знания биологии постоянно находятся в вашей активной памяти, то главу 1 вы можете бегло пролистать. Однако не пропускайте ее совсем уж полностью. Среди привычно знакомой вам информации я постаралась встроить немного интересных данных, полученных учеными за последние годы.
Попробуйте провести эксперимент: задайте произвольному человеку вопрос «что такое ГМО?». Я готова поспорить, что большинство из вас получит ответ, который можно сформулировать как-то так: ученые пошли против природы и специально изменили гены таких организмов. Это убеждение невероятно популярно. И в следующих нескольких главах мы поговорим о том, сколько же в нем правды.
Глава 1, в которой мы вспоминаем, как все устроено
Вот ведь что странно. Когда физик пишет популярную книгу об элементарных частицах, от него никто не требует начинать с объяснения того, что такое молекула, атом, атомное ядро. Считается, что все это и так знают. Но любая попытка писать о современных проблемах генетики, не объяснив сначала, что такое гены и хромосомы, решительно пресекается редактором и рецензентами.
Нет, – говорят они, – так непонятно.
Но как же, ведь и устройство ДНК, и законы Менделя учат в школе!
Это ничего не значит. Мало ли чему учат в школе. Вот я, например, – говорит редактор, – понятия не имею о том, что такое гетерозигота и чем она отличается от гомозиготы.
Но ведь чтобы это все объяснить, – начинаю оправдываться я, – нужно написать отдельную большую книгу вовсе не о том, о чем хочу написать я.
А вы коротенько, в первой главе объясните все фундаментальные понятия, а потом уж пишите, что хотите про ваших кошек.
Честно говоря, с редактором Павла Михайловича я скорее согласна. Уж лучше в самом начале договориться, что вы планируете говорить об одном и том же, чем очень долго спорить каждый о своем. Эта мысль возникла у меня впервые пару лет назад, после многочасовых споров о том, почему традиционная селекция ничем не безопаснее[5] генной модификации. И только пару километров сообщений спустя случайно выяснилось, что под той самой традиционной селекцией мы с собеседником понимаем совсем разные вещи. Но об этом я предлагаю поговорить в отдельной главе. Пока же последуем мудрому совету и… будем говорить о пицце.
1.1. Говорить о пицце
Вы умеете готовить пиццу? Я – нет. Но я попробую пофантазировать, что все-таки умею. По традиции тесто следует готовить самостоятельно. Смешать муку из твердых сортов пшеницы с водой, дрожжами, солью и свежевыжатым оливковым маслом, а затем по всем правилам завести. Собрать на собственном огороде за домом самые спелые и ароматные томаты и приготовить томатный соус. За сыром нужно отправиться в… хлев – будущий сыр надо сначала добыть из упрямой козы.
Сколько же деталей! Хорошо бы подробно записать их все для будущих поколений. Создать настоящую энциклопедию о пицце с тысячами рецептов мировых кухонь и новомодных экспериментов от шеф-поваров известных ресторанов. Вот это вышла бы книга!
А ведь подобной кулинарной книгой запаслась каждая клетка нашего тела. Да и не только нашего – все живые существа, от помидора до бактерии, живущей на его спелом боку, таскают с собой такую энциклопедию. Правда, готовить по ней нужно не пиццу, а много куда более интересных вещей.
Мы зовем эту книгу геномом. Геном живого существа – это кулинарная книга, генеральный строительный план, по которому будет изготовлена каждая деталь и собран сложный механизм – живое существо. Но что представляет собой этот план?
Как кулинарная книга состоит из отдельных глав – рецептов, так наш геном состоит из генов[6]. Как повар читает рецепт перед началом готовки, так специальные молекулярные «машинки» внутри каждой клетки читают информацию с генов и переводят ее в молекулы РНК. Прочитав кулинарный рецепт, повар начинает готовить блюдо. Например, соус для пиццы. По прочитанному с гена «рецепту» механизмы клетки готовят белок[7]. Тесто, сыр, соус и, наконец, сама пицца – это все уже не буквы на бумаге. Это вещественное и съедобное, результат работы повара. Результат работы «молекулярной кухни» внутри клетки – аминокислотные последовательности и сложенные из них впоследствии белки.
Представьте дальше, что нашу энциклопедию о приготовлении пиццы мы разослали в разные уголки мира. В ресторанчике на Крайнем Севере вряд ли станут готовить пиццу по рецепту с тропическими фруктами. А в ресторане в самом сердце австралийской пустыни повару не по возможностям пицца с ломтиками свежего лосося. Хотя книга рецептов и будет одинакова на каждой кухне, но готовить из нее повара будут по разным рецептам. Так и каждая клетка тела любого живого организма содержит одинаковый[8] геном, но в каждой клетке читается только та часть генов, что нужна именно этой клетке для выполнения ее функций.
Пожалуй, пора перейти от абстрактных сравнений к скучным деталям.
• Геном – это совокупность всех молекул ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) или РНК (рибонуклеиновой кислоты, как, например, у некоторых вирусов), которые расположены в клетке.
• В живых клетках ДНК не «разбросана» просто так, а уложена в аккуратные структуры, в поддержке которых участвуют специальные белки.
• Каждая отдельная молекула ДНК с прикрепленными к ней белками называется хромосомой. К примеру, геном человека состоит из 46 хромосом, расположенных в ядре клетки, и множества небольших молекул ДНК, которые находятся в митохондриях[9].
• В геноме бактерий, как правило, всего одна хромосома и несколько очень маленьких молекул ДНК, которые называются плазмидами.
Запомните это слово. Ведь благодаря механизму обмена плазмидами, о котором мы еще поговорим далее, бактерии умеют становиться настоящими суперзлодеями и приобретать антибиотикорезистентность. Но для нас гораздо интереснее то, что благодаря этому же механизму ученые смогли поставить бактерии на службу во благо человечества. Плазмиды – один из главных инструментов генетической модификации!
Геномы растений и вовсе космос. Без пол-литра крепкого чая с ними разобраться никаких шансов. Одна только простая и привычная пшеница способна свести с ума любого неподготовленного биолога сложностью устройства своего генома[10]. А некоторые растения и вовсе обзавелись в процессе эволюции тысячами хромосом! И это я еще промолчу, что в клетках растений есть хлоропласты со своими собственными геномами. Очень хорошо представляю, как легко запутаться во всем этом с ходу и забросить эту книжку как можно дальше. Поэтому мы начнем по порядку.
1.2. По порядку
В основе всего атомы. Если вернуться к аналогии про приготовление пиццы, то атомы будут отдельными крупинками муки.
5
Такой предмет спора и постановка вопроса сами по себе бессмысленны, но к обсуждению этого мы еще много раз вернемся на страницах этой книги.
6
И не только. Но об этом мы поговорим далее.
7
На самом деле в генах записана информация не только для создания белков, но и для создания разных необходимых для работы клетки молекул РНК. Но в упрощенном случае принято говорить, что ген – это «инструкция» именно по построению белка.
8
Почему это не совсем так, мы поговорим далее в этой же главе. А тут я просто добавлю, что есть еще такие явления, как мозаицизм и химеризм, о которых я не имею возможности рассказать на страницах этой книги, но поглубже самостоятельно закопаться в эту тему читателю очень рекомендую (например, вот тут «Геномная головоломка: открой в себе мозаика». https://biomolecula.ru/articles/genomnaia-golovolomka-otkroi-v-sebe-mozaika). Там просто море всего шокирующего и интересного. А еще есть наши клетки иммунной системы, раковые клетки… Короче говоря, главное правило генетики в том, что на любое правило в ней обязательно найдется исключение. Но в настоящей науке и не бывает простых ответов. Зато бывают невероятно интересные поиски ответов настоящих!
9
Митохондрии – это небольшие внутриклеточные органеллы, которые выполняют в них функции энергетических станций. История появления в ядерных организмах митохондрий в процессе эволюции жизни на Земле сама по себе достойна отдельных книг. И их написано уже немало. К примеру, замечательно рассказана эта история в книге «Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы» А. Маркова
10
Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully a