Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Ассоциация государственных научных центров "НАУКА"
Одним из самых главных успехов мировой науки второй половины XX века стало открытие генетического кода – "словаря" всех живых организмов, переводящего наследственную информацию в молекуле ДНК на "язык" аминокислот — "строительных кирпичиков" белковых молекул.
Открытие такой очень элегантной вещи, как генетический код, оказалось вдохновляющим для биологов. С тех пор они частенько стали называть очередным кодом что-то, что, по их мнению, связывает структуру одних молекул с "устройством" других. Во многом такой подход оправдан, и, по мнению многих ученых, не исключено, что жизнь – это набор хитроумных, чрезвычайно сложных и потому пока еще не известных "шифровальных систем". Поэтому во многом молекулярная биология нынешнего века будет посвящена их поиску.
Например, таким новым кодом несколько лет назад был объявлен алгоритм, с помощью которого клетки высших организмов "выбирают", какие белки им синтезировать. Давно было известно, что у этих организмов гены представляют собой набор "лоскутов" – несущие генетическую информацию участки молекулы ДНК (экзоны) разделены незначащими фрагментами (интронами). Когда в клетке с гена снимается "копия" в виде молекулы матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК), нужные экзоны вырезаются и "сшиваются" друг с другом, и далее по этой генетической "инструкции" производится тот или иной белок.
Особенность этого механизма, называемого альтернативным сплайсингом, в том, что в разных тканях организма и даже в зависимости от его возраста вырезаются-сшиваются разные экзоны, и, следовательно, с одного и того же гена могут синтезироваться разные белки. Именно поэтому у высших организмов синтезируется белков гораздо больше, чем есть у них генов. Но вот как клетка выбирает, что ей в своих мРНК "кроить" и "штопать", было непонятно. А знать это очень желательно хотя бы потому, что нарушения сплайсинга связаны с развитием разных болезней, и прежде всего рака.
В 2010 году специалисты по биоинформатике, работающие в канадском Университете Торонто, проанализировавшие огромный массив данных о молекулах мРНК из разных клеток и тканей тех или иных биологических видов, нашли "алгоритм", с помощью которого клетки делают свой выбор. Авторы работы назвали этот алгоритм "код сплайсинга".
Большой неожиданностью, впрочем, стало даже не обнаружение "кода сплайсинга" – было бы удивительным, если бы его не существовало. Сюрприз в том, что новый код оказался индивидуальным для того или иного вида высших организмов, в то время как классический генетический код почти универсален для всего живого на Земле.
Разумеется, не обходится без вопросов — а можно ли менять "коды жизни", чтобы направленно управлять свойствами живых организмов?
С классическим кодом это уже произошло: недавно американские ученые впервые "отредактировали" его у бактерий, "научив" микробы производить несуществующие в природе белки. Ученые из нескольких научных центров США с помощью ухищрений изменили работу "дешифровальной машины" бактерии кишечной палочки, не трогая сам "текст" ДНК. Благодаря этому стало возможным встраивать в синтезируемые бактерией молекулы белков несуществующую в природе аминокислоту
Можно ли будет когда-либо делать подобное в клетках человека – очень большой вопрос. Но зато люди могут влиять на другой код, "работающий" в нас – так называемый эпигенетический код, управляющий особой клеточной "памятью". Речь идет о молекулярных механизмах, управляющих работой генов, но не затрагивающих "текст" в молекуле ДНК. Их изучение стало одной из "горячих тем" науки о живом в последние годы.
Благодаря полученным результатам удалось понять, каким именно образом давно известные вещи — образ жизни человека, диета, привычки и даже эмоции влияют на "включение" или "выключение" самых разных генов. Более того, информация о том, какие гены и как будут "работать", может даже передаваться потомству.
Оказалось, что "дирижирование" нашими генами очень чутко связано с самыми разными факторами окружающей среды. И теперь, благодаря лавинообразно накапливающимся данным, вместо общего понимания пользы здорового образа жизни становится ясно, как конкретные вещи – физические нагрузки, ограничение калорий в рационе, отказ от курения – регулируют работу конкретных генов, связанных, например, с продолжительностью жизни. И, возможно, в обозримом будущем врачи смогут "прописывать" пациентам эпигенетическую профилактику болезней. Конечно, все это не значит, что речь идет о грядущей нашей власти над своими генами – рассчитывать на это было бы наивно. Но уж по крайней мере постараться благодаря эпигенетике встретить старость физически активными и с не очень пухлой историей болезни в наших силах.