Страница 5 из 7
ТАЦАЦАЦГААТААААГАТААЦАААГАТГАГТАААГГАГААГААЦТТТТЦАЦТГГАГТТГТЦЦЦААТТЦТ[22]
«Алфавит» РНК очень похож на ДНК-овый, но вместо молекулы тимина в РНК всегда будет стоять урацил. То есть вместо буквы Т мы встретим У. В виде РНК приведенная выше фраза превратится в:
УАЦАЦАЦГААУААААГАУААЦАААГАУГАГУАААГГАГААГААЦУУУУЦАЦУГГАГУУГУЦЦЦААУУЦУ
Если бы я попросила вас прочесть вслух не одно слово, а несколько предложений, то, готова спорить, с первого раза у вас не вышло бы это сделать без единой ошибки. Тут неверное ударение получилось, там окончание в спешке потерялось или на длинном слове пришлось споткнуться. У молекулярных механизмов внутри клеток те же проблемы! Иногда при копировании одной молекулы по шаблону другой они совершают ошибки. Если специальные молекулярные «надзиратели» ошибку замечают, то высылают «ремонтные бригады», которые ломают проблемный участок цепи и позволяют отстроить его заново. Этот процесс называется репарация.
Но бывает и так, что ошибка остается незамеченной. И молекула передаст эту ошибку другим своим копиям, а те своим. И так далее. Что не всегда плохо, но и не всегда хорошо.
Передачу звуков на письме лингвисты называют транскрипцией. В генетике похожий процесс называется так же: создание молекулы РНК на базе молекулы ДНК – то есть процесс переноса с языка ДНК на язык РНК – тоже называется транскрипцией. Сама считанная при этом последовательность РНК – новая РНК-молекула – получила название «транскрипт».
Возьмем еще буквально пару нужных в будущем терминов и побежим дальше. Итак, трансляция – это перевод с языка ДНК/РНК на язык аминокислот, из которых состоят белки. И репликация – удвоение молекулы ДНК или РНК. Запоминать не обязательно, не беспокойтесь об этом.
1.5. Что бывает, когда неудачно обращаются со словами
Первые подозрения о том, что истоки страхов перед ГМО лежат где-то вне темы самих ГМО, возникли у меня довольно давно. Со временем впечатление, что репутацию всей генетике как науке портят какие-то неучтенные факторы «за кадром», становилось все крепче. Может быть, дело в ассоциации с евгеникой, успешно маскировавашейся под науку десятки лет, но не имевшей никакого отношения ни к генетике, ни к науке вообще? Многочисленные разговоры с читателями блога и слушателями лекций показали, что в этом предположении достаточно много правды. Но не вся она. Свою роль здесь сыграло, например, слово «мутация», превращенное популярной культурой в нечто опасное и грозящее эволюционированием в зеленого монстра. Или вот еще хорошее название – «вырожденность генетического кода». Когда-то давно я устраивала в блоге опрос, что видят в этой фразе читатели. И в ответ многие люди описывали жутковатые образы и истории про кровосмесительные браки с рождением очень нездоровых детей.
Бороться с дурной репутацией чего бы то ни было очень тяжело. Медицинские генетики стремятся избегать использования слова «мутация» в практике и в литературе из-за его негативной коннотации. Теперь чаще можно встретить слова «вариант», «перестройка», «полиморфизм» (однобуквенная замена) и многие другие, соответствующие конкретному виду мутации, но не само дискредитированное слово. А вот слово «вырожденность» в ходу до сих пор. Кстати, по-английски этот термин звучит еще более жутко – degeneracy (дегенерация). Уф! Ну точно ничего хорошего за таким словом стоять не может!
К счастью, это вовсе не так. И за жутковатым термином стоит очень простой процесс, благодаря которому обеспечивается устойчивость организма к множеству случайно возникающих при репликации и транскрипции мута… вариантов.
Итак, любой геном (и каждый отдельный его кусочек – ген, и все межгенные интервалы) для биоинформатика выглядит как текст. Текст этот написан только буквами А, Т, Г и Ц (а в РНК вместо Т «пишут» У).
Каждый организм, будь то бактерия, гриб или человек, построен из белков самого разного рода, как любой дом построен из кирпичей и цемента. Белок – это аккуратно определенным образом уложенная длинная молекула, состоящая из отдельных элементов – аминокислот. Представьте себе бусы, уложенные в пространстве в красивой и сложной форме. Тогда все бусы – это белок, а отдельная бусина – аминокислотный остаток.
В конце XIX века, когда общество в большинстве своем смирилось с учением Дарвина, в разных концах света начали появляться организации с общей идеей «за чистоту» в основе. Чистоту государства, нации или сразу всего человечества, чего уж мелочиться. Одни считали, что право иметь детей должны иметь только определенные категории людей, другие выбрали путь уничтожения всех «не таких». Недостаточно умных, недостаточно здоровых, недостаточно белых. Во главе многих из них стояли люди, часто принимающие государственные решения или имеющие вес в таких вопросах. И если у вас в памяти сейчас всплыл образ фашистской Германии, идеи арийской расы и «всего цивилизованного мира», противостоящего этому злу, то нужно вспомнить – нацистская Германия случилась намного позже. За годы до этого и годы после тот самый «цивилизованный мир» часто следовал тем же идеям. (Iredale R. Eugenics and its relevance to contemporary health care. Nurs Ethics. 2000 May; 7(3):205–14. doi: 10.1177/096973300000700303. PMID: 10986944.) Пусть и в других масштабах. Часто не через убийство, а через принудительную стерилизацию (в конце XIX – начале XX века из-за уровня развития медицины саму операцию по стерилизации переживали не все, так что по факту это часто оборачивалось тем же убийством). Нацистская Германия пала в 1945-м. А принудительная стерилизация и по сей день остается в практике некоторых стран, пускай и неофициально. В разное время и в разных политических интересах принудительной стерилизации подвергали людей, чей балл IQ не дотягивал до установленного порога, людей, совершивших преступление и имевших уже в роду преступников, людей с диагностированными психическими заболеваниями. Многие из этих ужасных вещей делались под «прикрытием» генетики, хотя последняя часто не имела к этому никакого отношения: иногда гены могут сделать вклад в предрасположенность к тому или иному дурному поступку, но само решение мы принимаем на основании нашего воспитания и внутренних моральных норм, в других ситуациях человек может стать жертвой обстоятельств независимо от того, что записано в его геноме. «Фильтрация» по «генетическим» признакам получила собственное название – евгеника. А люди, защищавшие личные, государственные или иные интересы, возвели ее в статус настоящей науки. По иронии судьбы формальным основоположником евгеники стал Фрэнсис Гальтон – кузен Чарльза Дарвина, вдохновленный идеями своего знаменитого родственника.
Аминокислота – это тоже химическое соединение. Молекула. В основе молекулы аминокислоты, как вы уже, наверное, догадались, также лежат наши старые знакомцы – углерод, водород, кислород и азот. У всех аминокислот есть одна одинаковая для всех часть[23] и одна уникальная для каждой. Эта уникальная часть называется радикалом. 20 различных аминокислот могут входить в состав белка[24].
И тут мы переходим к самому интересному: откуда молекулярные машинки внутри клетки знают, какую именно «бусину» из 20 различных надо «нанизать» на растущую белковую цепь в нужный момент времени? И вот эта информация как раз и зашифрована в геноме! Отдельные инструкции для построения отдельного белка передаются при помощи тех самых матричных РНК, о которых мы говорили выше. А процесс перевода инструкции с языка РНК на язык аминокислот носит название «трансляция». Каждое «генетическое слово» – кодон – состоит из трех «букв». И оно всегда однозначно переводится в одну «белковую букву» – аминокислоту, которую стоит добавить к цепи. Этот язык понятен каждой живой клетке на планете, поэтому наш генетический код называют универсальным. Клетка лягушки и клетка кактуса поймут записанные в геноме инструкции одинаково. Что уж говорить о людях: разделенные языками и культурами, объединенные единым языком жизни, записанным в их ДНК.
22
Или, если в буквах латинского алфавита: TACACACGAATAAAAGATAACAAAGATGAGTAAAGGAGAAGAACTTTTCACTGGAGTTGTCCCAATTCT – что на самом деле означает небольшой кусочек записи гена, благодаря которому медуза Aequorea victoria умеет светиться зеленым светом (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/L29345.1 Aequorea victoria green-fluorescent protein (GFP) mRNA, complete cds GenBank: L29345.1).
23
Но цену слова «всех» мы хорошо знаем. В данном случае стройную картину портит аминокислота пролин, имеющая немного другую структуру.
24
Хотя возможных аминокислот в природе существует несколько сотен, всего чуть более 200 из них встречаются в свободном виде, остальные же являются промежуточными продуктами обмена веществ (Wagner I., Musso H. (1983), New Naturally Occurring Amino Acids. Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 22: 816–828. https://doi.org/10.1002/anie.198308161). Но только 20 из них – протеиногенные, они входят в состав белков. Именно к ним инструкции записаны в генетическом коде. Остальные аминокислоты синтезируются уже из них. Относительно недавно в список протеиногенных включили еще две аминокислоты – теперь их 22.