Человек редактированный, или Биомедицина будущего - Сергей Львович Киселев
Таким образом, даже вопросы долговременной памяти связаны с генетикой, потому что ДНК — это главный долгожитель среди всех существующих в организме молекул. Время жизни РНК исчисляется несколькими часами: все время требуются новые молекулы, чтобы делать новые белки. Сами белки после выполнения своей работы тоже перерабатываются на новые белко-молекулы; среднее время их жизни — около суток. А руководит этим бесперебойным производством ДНК, именно эта молекула вместе со всей содержащейся ней информацией сохраняется на протяжении жизни организма.
Тут необходимо упомянуть затронувшую многих пандемию СОVID-19 и наличие антител после болезни или вакцинации. Память о столкновении организма с вирусом в результате инфицирования или прививки выражается в форме наличия в крови антител, доступных для тестирования. Но даже антитела, хотя это долгоживущие белковые молекулы, имеют период полураспада от двух до двадцати дней. Спрашивается, где же может сохраняться информация об антителе — специфическом белке против вируса, чтобы иммунитет к этому вирусу оставался у человека через месяцы и даже годы? Правильно, только в молекуле ДНК. Поэтому самым важным для защиты от инфекции является наличие клеточной памяти, то есть присутствие в организме лимфоцитов, в ДНК которых закодирована последовательность, позволяющая синтезировать соответствующие антитела в виде белка. О том, как это работает, мы поговорим чуть позже.
Бомба замедленного действия
Фрагменты генетического текста вирусов распределены по всему геному. Если вирусный фрагмент встроился в какой-то ген, работа последнего может принципиальным образом измениться. Выживет при этом данная особь или нет, зависит от того, насколько сильно нарушилась работа гена. Конечно, вероятность попадания вируса в полтора процента генома, то есть в те участки генетического текста, которые кодируют белки, во много раз меньше, чем в остальной генетический текст, но именно это событие может придать негативное значение слову «мутация». Соответствующий ген, скорее всего, не будет кодировать нужный белок — ведь его структура нарушена.
Но вирусные кусочки текста могут оказаться и в тех десяти процентах генома, которые сами не являются генами (то есть не кодируют никаких белков), а управляют их работой — осуществляют тонкую настройку, определяя, в какой момент синтез какого белкового «кирпичика» необходим для строительства клетки. Попадание вируса в эту часть генома может привести к совершенно разным последствиям — как положительным, так и отрицательным или, до поры до времени, ни к каким. Тогда вирусный фрагмент может оказаться некой бомбой замедленного действия, которая сработает в определенных условиях.
Что это за условия? Самые разные. Например, существуют патологии, которые проявляются с возрастом. В молодости повышенная или пониженная работа гена, вызванная случайным вирусным фрагментом в области регулирования его работы, не будет заметно сказываться, потому что происходит активный метаболизм, ненужные белки быстро утилизируются или разрушаются и выводятся из организма, а недостаток одного из белков компенсируется каким-то другим. Однако с годами клеточный мусор будет накапливаться, скорость синтеза белков падает, и это может привести к развитию определенной патологии.
Спокойно! Вы модифицированы!
Сегодня мы знаем достаточно много вирусов, которые живут во всех нас. Это и вирус герпеса, и еще целый вирусов на основе ДНК, которыми наши клетки могут быть инфицированы. Вирус герпеса известен всем чаще всего он проявляется язвочкой, которая вскакивает у больного на губах или в носу. «Ой, заразился», — думает бедняга. Но на самом деле этот человек также стал генетически модифицированным из-за вируса герпеса, который поселился в его организме теперь навсегда.
К счастью, потомству этот вирус не передается. Он имеет определенную локализацию; попал, например, в геном клеток слизистой вокруг рта и спокойно живет там в латентном состоянии, пока у человека не ослабнет иммунитет — в этом случае вирус немедленно начинает размножаться и проявляется в виде язвочки на губах.
Но что происходит с вирусом, который сначала заразил один организм, а потом попал от него к другому? Несет ли он на себе какой-то отпечаток своего пребывания в организме первого? Да, за счет неточного вырезания из генома вирус может прихватить фрагмент генома хозяина...
Можно сказать, что такой вирус приобретает нечто человечье, но и человек приобретает нечто вирусное. Отсюда с абсолютной точностью следует очевидный вывод:
Мы все немножко генетически модифицированы!
Обмен фрагментами генома происходит не только между человеком и вирусами, но и внутри человека между его клетками регулярно происходит обмен генетической информацией. Эти события происходят в результате описанной Джошуа Ледербергом генетической рекомбинации. Суть в том, что один генетический фрагмент обменивается кусками генетического текста с другим генетическим фрагментом. Это нормальный, естественный процесс, который имеет место во всех живых организмах, в том числе и у млекопитающих. Во время мейоза[5] происходит обмен генетическим материалом (фрагментами ДНК) между гомологичными (подобными) хромосомами, это явление носит название кроссинговер. Например, имеются восемнадцатая хромосома, доставшаяся от отца, и восемнадцатая хромосома, доставшаяся от матери, и они поменялись между собой какими-то частями. По сути, хромосомы остались теми же самыми, и гены в них те же и в той же самой линейной последовательности.
Но помните, мы уже говорили, что папин геном отличается от маминого на два миллиона букв, то есть вроде бы одинаковые хромосомы отличаются на сорок тысяч букв. А в результате рекомбинации, то есть обмена кусочками генетического текста, у нас уже нет ни чисто папиной, ни чисто маминой хромосомы, а возникает новое генетическое сочетание, которое обеспечивает еще большее разнообразие будущим внукам, чем различие в два миллиона букв. Стремление к наибольшему генетическому разнообразию — это закон природы.
Рис. 3. Кроссинговер происходит с частотой один миллион букв на клетку во время деления
Генно-инженерные технологии
С момента открытия Джошуа Ледербергом процесса генетической рекомбинации прошло более семидесяти лет,
