Наука Плоского мира. Книга 3. Часы Дарвина - Джек Коэн

Многочисленные примеры – и старые, и новые – полностью опровергают народное представление об эволюции и ДНК. Мы завершим главу еще одним весьма важным примером. Он был открыт совсем недавно, и его значимость только сейчас начинает осознаваться всем биологическим сообществом. Пожалуй, этот случай стал самым серьезным потрясением, который клеточная биология испытывала со времен открытия ДНК и поразительной «центральной догмы», согласно которой ДНК определяет матричную РНК, а та, в свою очередь, – структуру белков. Открытие не было сделано в ходе какой-то крупной, широко освещаемой исследовательской программы наподобие проекта «Геном человека». Его совершил человек, которому стало интересно, почему у его петуний появились полоски. Когда весь мир был увлечен расшифровкой генома человека, получить грант на изучение полосатых петуний было задачей не из легких. Но то, что обнаружилось в петуниях, пожалуй, оказалось куда более важным для медицины, чем все, что мог принести проект «Геном человека», вместе взятое.

Поскольку белки являются структурой живых созданий и поскольку жизненные процессы контролируются ферментами, становится вполне очевидным, что ДНК контролирует саму жизнь, а мы можем «составить схемы» кодов ДНК, соответствующих всем жизненно важным функциям. Мы можем определить, что делает каждый белок, а значит, и предположить, что ДНК, кодирующая белок, отвечает и за его функцию. Ранние книги Докинза укрепили идею одного гена, одного белка, одной функции (хотя он осторожно предупредил читателей, что не хотел создать такого впечатления), побудив массмедиа придумывать различные преувеличения – например называть геном человека Книгой Жизни. А его образ «эгоистичного гена» сумел убедить в том, что огромные фрагменты генома существовали лишь по сугубо эгоистичным причинам – то есть никоим образом не были связаны с самим организмом.

Все биологи, занятые в биотехнологической промышленности – а сегодня таких очень много, – обслуживающей сельское хозяйство, фармацевтику, медицину и некоторые инженерные проекты (мы говорим не только о «генной инженерии», но и об улучшении качеств моторного масла), солидарны с центральной догмой – имея лишь мелкие дополнения и исключения. Им всем известно, что вся ДНК в геноме человека – это «мусор», не имеющий отношения к белкам, и что даже при том, что какая-либо его часть может иметь значение для процессов развития или управления «настоящими» генами, на самом деле они не стоят внимания.

Однако следует признать, что значительная часть мусора в ДНК все же транскрибируется в РНК, но это лишь короткие фрагменты, которые недолго содержатся в клеточной жидкости и не требуют учета при действиях с важными процессами синтеза белков с настоящими генами. Вспомните, цепочки ДНК настоящих генов состоят из мозаик «экзонов», кодирующих белки и разделенных другими последовательностями – интронами. Последние должны быть исключены из копий РНК – тогда получаются «настоящие» цепочки, кодирующие белки, называемые матричными РНК, которые вплетаются в рибосомы подобно ленте в кассетном проигрывателе. Матричные РНК определяют тип синтезируемых белков, а на ее концах находятся последовательности, помечающие их для создания множества копий белка или же его уничтожения после образования пары белковых молекул.

Никто особо не беспокоился о тех исключенных интронах, которые казались фрагментами РНК, бесцельно слоняющимися внутри клетки, пока их не разрушают ферменты. Но сейчас вдруг забеспокоились. Джон Мэттик в номере журнала «Наука Америки» за октябрь 2004 года сообщил, что

Центральная догма удручающе несовершенна в описании молекулярной биологии эукариот. Белки участвуют в экспрессии генов эукариот, однако при этом действует скрытая параллельная система регуляции, состоящая из РНК и прямо воздействующая на ДНК, РНК и белки. Эта невыявленная сигнальная сеть РНК, возможно, позволила людям, например, достичь структурной сложности, благодаря которой мы ушли далеко вперед от одноклеточных организмов.

Все прояснилось благодаря петуниям. В 1990 году Ричард Йоргенсен со своими коллегами пытались вывести их новые разновидности, которые обладали бы более интересными и яркими цветами. Очевидным способом это сделать представлялось внедрение в геном петунии дополнительных копий гена, кодирующего фермент, который отвечал за выработку пигмента. Больше фермента – больше пигмента, правильно?

Да, неправильно.

Меньше фермента?

Нет, не совсем. Лепестки с равномерным окрасом стали полосатыми. На некоторых участках пигмент вырабатывался, в других – нет. Этот эффект оказался таким неожиданным, что ботаники захотели выяснить, почему так происходит. И обнаружили «РНК-интерференцию». Определенные последовательности РНК могут выключать ген, не позволяя ему синтезировать белок. Это характерно для многих организмов. И вообще, чрезвычайно распространенное явление. И оно подразумевает кое-что исключительно важное.

В этой области существует серьезный вопрос, который многократно задавался и столь же часто оставался без внимания. И звучит он так: если интроны (на которые приходится 95 % обычного гена, кодирующего белок) не выполняют биологических функций, почему они там присутствуют? Ими легко пренебречь, назвав пережитками туманного эволюционного прошлого, оказавшихся теперь бесполезными, но оставшихся по той причине, что естественный отбор не избавляется от них, считая безвредными. Даже в этом случае мы можем предположить, что они сохранились благодаря тому, что выполняют какую-то полезную функцию, о которой мы пока не знаем. И это начинает казаться наиболее вероятным объяснением.

Начнем с того, что интроны не такие уж древние. Сейчас выдвигается предположение, что они были включены в геном человека сравнительно недавно. И, вероятно, имеют отношение к подвижным генетическим элементам, известным как интроны II группы – «паразитической» форме ДНК, способной захватывать геномы хозяина и удаляться, когда ДНК преобразуется в РНК. Более того, теперь считается, что они играют роль «сигналов» в управлении генетическими процессами. Интрон может быть короче длинных белковых последовательностей, возникающих при исключении интронов, но короткий сигнал имеет свои преимущества и обладает большими возможностями. По сути, эти интроны могут даже оказаться генетическими «эсэмэсками» в мобильном телефоне жизни. Короткие, дешевые и очень действенные. «Код» на основе РНК, параллельный двойной спирали ДНК, способен прямым образом влиять на деятельность клетки. Последовательность РНК может вести себя как весьма определенный, хорошо различимый сигнал, направляющий молекулы РНК к их целям в РНК или ДНК.

Свидетельства существования такой сигнальной системы вполне вразумительны, но пока не бесспорны. Если такая система существует, то она явно обладает потенциалом для решения многих тайн биологии. Большая загадка человеческого генома состоит в том, как 34 000 генов могут заключать в себе коды для 100 000 белков. Принцип «один ген – один белок» здесь явно неприменим. Скрытая сигнальная система РНК могла бы добиться того, чтобы один ген синтезировал несколько белков в зависимости от содержания сопровождающего сигнала РНК. Другая загадка – это сложность эукариот, особенно после кембрийского взрыва 525 миллионов лет назад, когда многообразие животных внезапно возросло до небывалого уровня и, похоже, было даже больше нынешнего. Вероятно, гипотетическая сигнальная система РНК заработала именно тогда. Как всем известно, геномы человека и шимпанзе удивительно схожи (хотя степень сходства, судя по всему, все-таки менее 98 %, как несколько лет назад сообщалось во множестве источников). Если наши сигналы РНК имеют существенные различия, это может быть одним из способов объяснить, почему люди не так уж сильно похожи на шимпанзе.