Дикие гены - Хельга Хофман-Зибер

Таким образом, видимо, не все псевдогены мертвы. Часть из них выступает как бы в роли привидений, которые вмешиваются в жизнь оставшихся в живых родственников. Другими словами, в нашем наследственном материале происходят очень странные вещи.

«Геномный квартет» А, Г, Ц и Т

анализирует произведение

«Мой чудесный геном»

Т: В заключение затронем острую тему: плагиат! Боже мой, чего тут только не назаимствовано! Похоже, кто-то попытался украсить посредственный текст вырезанными из журналов подписями к фотографиям, заметками из блогов, цитатами из Шекспира и выдержками с упаковки малинового йогурта. Откуда тут все это? Вы спросите, как я это оцениваю? Великолепно! Потому что все это работает… как ни странно.

Мы, люди, в принципе весьма мелочны, когда начинаем выяснять, что кому принадлежит и кто что изобрел. Бактерии и археи более снисходительны к подобным вещам и свободно обмениваются друг с другом генетическим материалом.

Основной (но не единственный) путь генетического обмена между бактериями пролегает через F-плазмиды, или плазмиды размножения, которые входят в состав генома некоторых бактерий. Плазмиды представляют собой довольно маленькие кольца ДНК с небольшим количеством генов.

В F-плазмиде эти гены активно способствуют сближению бактерий. Бактерия – носитель плазмиды – становится «донором» генов. Белки, гены которых расположены на плазмиде, образуют на поверхности бактерии ворсинки – половые пили (да, именно так они и называются). С помощью этих пилей осуществляется активный поиск других бактерий, не имеющих F-плазмид. При этом не имеет значения, о каких бактериях идет речь – того же или совершенно иного типа. Чувство стыда бактериям неизвестно. Как только половые пили вступают в контакт с другой бактерией, они укорачиваются и подтягивают ее к себе. А когда обе бактерии соприкасаются, между ними возникает связь, в ходе которой F-плазмида изготавливает собственную копию и внедряет ее в другую клетку. При этом зачастую передаются не только гены F-плазмиды, но и другие фрагменты ДНК, которые могут оказаться потенциально полезными, например формировать устойчивость против ядов и антибиотиков. Могут передаваться также гены, делающие доступными для бактерий новые виды питания.

Недавно в Японии выявили загадочный случай переселения генов: у кишечной бактерии нашли два энзима, которые встречаются только у морских бактерий. В этой связи возникает два вопроса:

1. Как эти специфические гены попали в человеческий кишечник?

2. Что им там нужно?

На оба вопроса можно дать простой ответ: суши. Но давайте по порядку. Оба энзима помогают морским бактериям переваривать трудноусвояемые сахариды водорослей (агарозу и порфиран). Речь идет именно о тех водорослях, из которых изготавливают нори – черно-зеленую оболочку для заворачивания риса и рыбы. Вполне возможно, что отдельные морские бактерии попали в организм человека вместе с суши. Там они встретились с местными бактериями и обменялись с ними некоторыми генами. Теперь гены морских бактерий позволяют кишечным бактериям усваивать сахара из водорослей, с которыми они раньше не справлялись. Таким образом, эти гены приносят пользу, по крайней мере японцам, которые регулярно и в достаточно больших количествах потребляют нори и суши.

Как видим, бактерии весьма непринужденно обращаются с чужим генетическим материалом, способствуя таким образом горизонтальному переносу генов. Но они не единственные, кто включает в свой геном украденный наследственный материал. Подобные вещи свойственны даже существам из «высших кругов»!

Знаменитый похититель генов скрывается в лесной полутьме. Это папоротник. Если бы он предстал перед судом за воровство, то поведал бы в свое оправдание трогательную историю… Он рассказал бы, что у него просто не было другого выхода. Его вынудили к этому цветковые растения!

В течение миллионов лет папоротники являлись королями мира растений. Все леса нашей планеты состояли из древовидных папоротников и хвойных деревьев. Но однажды где-то в подлеске раскрылась первая почка. Вообще самая первая. Прекрасно! Но этот факт, воспринятый поначалу папоротниками как курьез, через несколько миллионов лет стал настоящей проблемой, потому что цветковые растения начали сотрудничать с насекомыми, причем очень успешно. Они выросли в размерах и превратились в огромные деревья, украшенные цветами и густой листвой, которая заслоняла папоротникам солнечный свет и изгоняла их во все более дальние и мрачные уголки леса. Для светолюбивых папоротников это стало настоящей катастрофой. Они не могли выжить в такой чащобе.

Возможно, сегодня мы не нашли бы ни одного папоротника в густом лесу, если бы не одно благоприятное обстоятельство. Одна из спор папоротника угодила во влажный тенистый уголок и, пробиваясь в темноте сквозь лесную почву, заметила по соседству другую спору, которая, по всей видимости, была вполне довольна имеющимися условиями. Она принадлежала одному из видов мха семейства антоцерото-видных. Мхи и папоротники были знакомы уже с незапамятных времен. Мхи относились к простейшим растениям, которые долгое время находились в тени величественных папоротников. И вот теперь бывшие повелители лесов оказались вместе с ними в глухом темном углу.

Спора мха ободрительно улыбнулась и рассказала, что окружающая местность не так уж плоха. Главное – иметь нужные гены… И пока они беседовали, спора папоротника улучила момент, когда за ней никто не наблюдал, и «позаимствовала» нужные гены из генома мха. Раскрыть эту карманную кражу спустя миллионы лет было совсем не просто. Для этого потребовались специальные криминалистические методы, но мы полагаем, что все именно так и было. Возможно, ген перебрался в наследственный материал папоротника на спине транспозона.

Добычей споры папоротника стал неохром. Если это слово вызывает ассоциации с шикарным спортивным автомобилем, то вы не так уж далеки от истины, потому что приобретение неохрома стало для генома папоротника чем-то вроде тюнинга. Неохром представляет собой световой рецептор, но не совсем обычный. Как правило, в мире растений используются разные светочувствительные рецепторы для красного и синего цветов. Они помогают растениям оптимально использовать свет. Рецепторы подсказывают направление роста и разворота листьев. Однако в полутьме они функционируют не лучшим образом. И мхи в один прекрасный момент совершили весьма полезное открытие. Какой-то ретротранспозон ошибочно перенес мРНК рецептора синего цвета в ДНК, где она и закрепилась без всяких интронов. Впоследствии этот ген слился с геном рецептора красного цвета. В результате получился неохром – суперрецептор совершенно нового вида, позволяющий идеально использовать всю имеющуюся в распоряжении энергию света.

С этого момента для неприметного доселе вида папоротника начался период расцвета. История с неохромом оказалась настолько удачной, что приглянулась и некоторым его родственникам. Они тоже позаимствовали для себя копии неохрома (кстати, можно ли считать воровством случай, когда вещь украдена у вора?). Началось широкое распространение видов папоротника, живущих в тени, а те, кто по-прежнему предпочитал яркий свет, вынуждены были отойти на задний план.