Мэтт Ридли - Геном

Объяснение заключается в функции белка обратной транскриптазы. Данный фермент прикрепляется к РНК, копирует ее обратно в ДНК и встраивает полученный фраг­мент ДНК в геном. Это обратный билет для генов, поки­нувших геном. С помощью обратной транскриптазы вирус СПИДа встраивает свой геном в хромосому человека — луч­ший способ спрятаться и копироваться вместе с хромосо­мой, не затрачивая на это никакого труда. Множество ге­нов обратной транскриптазы — это тела вирусов, выстро­ившихся когда-то давно или недавно в геном человека и оставшихся здесь на века, а может, на время. Несколько тысяч таких инертных вирусных частиц насчитывается во всех хромосомах человека. В общей сложности человече­ские эндогенные ретровирусы (human endogenous retrovi­ruses, Hervs) составляют 1,3% длины всего генома. Может показаться, что это не так много, но следует вспомнить, что все родные гены человека составляют всего 3% длины генома. Если идея о том, что вы произошли от обезьяны, ранит ваше достоинство, то задумайтесь над тем, что с еще большей уверенностью можно сказать, что мы все прои­зошли от вирусов.

Но что делают все эти вирусы в нашем геноме? В действи­тельности большинство из них уже нельзя назвать вируса­ми. Они потеряли многие свои гены, в некоторых случаях осталась одна обратная транскриптаза. На каком-то этапе активный паразит прекратил свой небезопасный бизнес заражения окружающих людей с помощью слюны или во время полового акта, а вместо этого устроился бесплатным пассажиром в хромосоме и передается уже не от человека к человеку, а из поколения в поколение. Генетический пара­зит в чистом виде. При этом некоторые бывшие вирусы, на­зываемые ретротранспозонами, продолжают копировать себя, плодясь внутри генома в невероятных количествах.

Наиболее известным из них является самокопируемая последовательность ДНК, называемая LINE-i. Это «абзац» ДНК длиной от 1 ООО до 6 ООО «букв», ближе к середине которого находится пропись обратной транскриптазы. Последовательность LINE-i не только часто встречается в геноме — насчитывается более 100 ООО копий, — но еще и склонна к образованию колоний. В некоторых местах на хромосомах этот «абзац» текста повторяется множество раз, образуя длинную цепь. LINE-i занимает своими копи­ями 14,6% генома, т.е. эта последовательность встречает­ся примерно в 5 раз чаще, чем нормальные гены человека. При этом пандемия LINE-i продолжается. Вся последова­тельность LINE-i может транскрибироваться с хромосомы, синтезировать свой собственный белок обратную транс- криптазу, которая опять превращает РНК LINE-i в ДНК и встраивает новую копию в любом месте генома. Вот почему в геноме так много копий LINE-i. Возмутительно, не правда ли? Наш геном полон генов, которые хороши лишь тем, что могут успешно копировать себя. «У блохи есть меньшая блоха, которая живет на ней, а ту кусает еще меньшая бло­ха, и так до бесконечности». Последовательность LINE-i в этом плане не исключение. На ней успешно паразитирует другой, более мелкий, но еще более успешный паразит — ретротранспозон Alu. Этот ретротранспозон давно забро­сил куда-то свою обратную транскриптазу (а зачем она ему, когда вокруг так много LINE-i), сократив свое тельце всего до 180-280 «букв». Несмотря на то что в тексте Alu не за­писана структура никаких белков, он успешно транскриби­руется и использует чужие обратные транскриптазы для возвращения своих копий в геном. Всего в геноме человека более 2 млн копий Alu, которыми заполнено 10% генома человека (Kazazian Н. Н., MoranJ. V. 1998. The impact of retrotransposones on the human genome. Nature Genetics 19: 19-24).

Последовательность нуклеотидов в Alu очень сильно на­поминает один настоящий ген — ген белка, который входит в состав рибосомы, — органеллы, выполняющей синтез бел­ков в соответствии с кодом, записанным в РНК. Насколько случайно такое сходство, пока неизвестно. Характерной особенностью этого гена является наличие так называемо­го внутреннего промотора — особой последовательности ДНК, которая для белков, выполняющих считывание ге­нов с хромосом, служит призывной надписью: «ПРОЧТИ МЕНЯ». Обычно промоторы находятся перед началом гена, но в данном случае команда на чтение гена объеди­нена с самим геном, что объясняет столь высокую часто­ту его копирования. Alu, скорее всего, является псевдоге­ном. Псевдогены в большинстве своем — это остатки генов, которые в результате мутаций утратили свои функции, но благодаря свойству самокопирования зависли на грани су­ществования и исчезновения. Они остаются балластом в ге­номе и продолжают накапливать мутации. В конце концов, они совсем перестают напоминать гены, от которых про­изошли. Например, один псевдоген повторяется в хромо­соме 14 раз на 11 хромосомах. Когда-то это были 14 копий одного, вероятно, важного гена, который утратил свое зна­чение в ходе эволюции. Мутации в «молчащих» генах стали стремительно накапливаться, поскольку не вели ни к каким положительным или отрицательным последствиям для ор­ганизма. В результате в геноме появилось 14 призраков, от­даленно напоминающих гены. Это не единственный при­мер, но что интересно, именно эти 14 генов обнаружены также в геномах обезьян. По крайней мере три копии этого гена уже не функционировали, когда приматы разделились на обезьян Старого и Нового Света. Это свидетельствует о том, затаив дыхание, говорят ученые, что эти гены утра­тили свои функции и остаются балластом на протяжении вот уже почти 35 млн лет (Casane D. et al. 1997. Mutation pat­tern variation among regions of the primate genome.Journal of Molecular Evolution 45: 216-226).

Милли (iiii.i копий Alu накопились в нашем геноме от­носительно недавно. Эта последовательность известна только у приматов. Различают пять подтипов Alu, причем один подтип появился уже после того, когда наши предки отделились от предков шимпанзе, т.е. в течение последних 5 млн лет. У других животных есть свои внутренние гене­тические паразиты. Так, в геноме мышей было обнаружено много копий другой последовательности, названной Bi.

Последовательности LINE-i и Alu были открыты и под­считаны недавно, что привело ученых в шок. Оказывается, наш геном — это большая помойка. Он напоминает компью­тер, зараженный разнообразными вирусами, способными только к копированию самих себя и заполонившими весь жесткий диск. Примерно 35% генома представлено эгои­стичными псевдогенами. Каждый раз, когда клетка копи­рует хромосомы перед делением, она тратит 35% энергии впустую. В нашем геноме давно пора навести порядок.

Никто не ожидал таких результатов. Когда ученые толь­ко приближались к геному как к святыне, никто не мог себе представить, что основными его жильцами будут неконтро­лируемые и эгоистичные псевдогены. Хотя нам следовало это предвидеть, поскольку все предшествующие уровни жизни также кишели паразитами: черви в кишечнике, бак­терии в крови и вирусы в клетках. Почему бы в геноме не развестись ретротранспозонам? Кроме того, с середины 70-х годов прошлого столетия среди биологов-эволюциони­стов появилось и крепнет представление о том, что в основе естественного отбора лежит не столько состязание между видами, или подвидами, или отдельными особями, сколько состязание между генами, использующими организмы или их сообщества в качестве временных «боевых слонов» для борьбы с другими генами. Именно поэтому, вместо того чтобы с наслаждением и комфортом провести собственную жизнь, все живые организмы расходуют всю свою энергию и рискуют жизнью ради того, чтобы родить и вырастить свое потомство. И все живые организмы устроены так, что очень быстро стареют и умирают после прохождения ре­продуктивного периода жизни, а в случае с тихоокеанским лососем — умирают одновременно с появлением своего по­томства. В этом нет никакого здравого смысла, если посмо­треть на жизнь глазами эгоиста, но в этом есть огромный смысл для эгоистичных генов, управляющих нами изнутри как своими гоночными машинами, чтобы победить в сорев­новании и оставить как можно больше копий самих себя. Генам не важна продолжительность жизни отдельной осо­би. Им важно, чтобы эта особь оставила после себя как мож­но больше потомков в следующем поколении. Если гены «эгоистичны», а наши тела — это лишь их «машины» (спор­ная терминология, позаимствованная у Ричарда Докинза (Richard Dawkins)), то стоит ли удивляться, что некоторые гены нашли способ размножаться, даже не связывая себя никакими обязательствами перед организмом. Нет также ничего удивительного в том, что геном, как и организмы, оказался сам полем боя и эволюционного соревнования между генами. С 70-х годов прошлого столетия эволюцион­ная биология стала наукой не о животных, а о генах. 

В 1980 году двое ученых впервые попытались объяснить наличие в геноме огромных локусов ДНК, не кодирующих белки, тем, что эти локусы заполнены эгоистичными ге­нетическими элементами, занятыми лишь копированием самих себя. «Поиск других объяснений, — пишут они, — мо­жет быть полезной тренировкой ума, но бесполезен в пла­не результатов». За такое дерзкое предсказание они были высмеяны научным миром. В среде генетиков того време­ни все еще царило убеждение, что если в геноме человека что-то есть, то это должно быть наполнено определенным значением для человека, а не для самого себя. Гены пред­ставлялись всего лишь прописями белков. Смешно было думать, что они преследуют какие-то собственные далеко идущие планы. Но предположение об эгоистичной при­роде генов вскоре было блестяще доказано. Хотя гены не могут мыслить и строить планы, те из них, которые отлича­ются эгоистичным нравом, просто копируют и продлевают себя, в то время как все остальные быстро сходят со сцены (Doolittle W. Е, Sapienza С. 1980. Selfish genes, the phenotype paradigm and genome evolution. Nature 284: 601-603; Orgel 1. E„ Crick E H. C. 1980. Selfish DNA: the ultimate parasite. Nature 284: 604-607).