Биология для тех, кто ищет ответы в природе - Андрей Левонович Шляхов

По самым нескромным оценкам транспозоны составляют около половины человеческой ДНК, а по скромным – примерно треть. Транспозоны обладают способностью менять свою локализацию, то есть они способны перепрыгивать с одного места в молекуле ДНК на другое.

Эти «попрыгунчики» делятся на два типа в зависимости от механизма прыжка. Одни транспозоны вырезаются из одного места и врезаются в другое («вырезать и вставить»), а другие создают РНК-матрицу для самокопирования («копировать и вставить»). Пока транспозоны «скачут» по тем участкам молекул ДНК, которые не кодируют синтез белка, они не вызывают мутаций. Но вставка транспозона в ген вызовет мутацию.

Зачем нужны прыгающие гены, ученые еще не установили. Гипотез существует множество, одна другой интереснее. Есть мнение, что транспозоны помогают клетке отрабатывать механизмы для борьбы с вирусами, которые ведут себя схожим образом – встраивают свою нуклеиновую кислоту в молекулу клеточной ДНК. Клетки вырабатывают особые небольшие молекулы РНК28, которые подавляют активность транспозонов и таким образом «тренируются» для борьбы с вирусами.

Согласно другой гипотезе, прыгающие гены нужны для уничтожения РНК-матриц, доставшихся эмбриону от матери. На ранних этапах развития эмбриона, когда его собственные гены еще не включились в работу, белки синтезируются на РНК-матрицах, считанных заранее с генов матери. Но в определенный момент, когда эмбрион начинает производить свои матрицы, материнские матрицы должны быть уничтожены, иначе начнется крайне нежелательная путаница в синтезе белков.

Некоторые ученые «зрят в корень» – считают, что прыгающие гены нужны для создания мутаций. Ведь чем больше мутаций, тем выше вероятность получения полезных приспособительных признаков.

Не стоит думать, что мутации происходят только под действием мутагенных факторов. Ошибки в репликации ДНК происходят и «сами по себе», без действия каких-то внешних факторов и без участия прыгающих генов. Разумеется, при действии мутагенов частота возникновения подобных ошибок возрастает, но не стоит думать, что в отсутствие мутагенов мутаций не будет совсем.

Не так давно ученым удалось выяснить, что большинство мутагенов взаимодействует со строго определенными фрагментами молекулы ДНК. Более того, в ряде случаев удалось установить конкретное азотистое основание, на которое действует конкретный мутаген – аденин, тимин, гуанин или цитозин. Недалек тот день, когда генетики смогут вызывать строго направленные, «прицельные» мутации – вносить заранее спланированное изменение в конкретный фрагмент ДНК.

«Не нужны нам эти прицельные мутации! – строго скажут сейчас убежденные противники продуктов питания, полученных из генетически модифицированных организмов. – Жили тысячи лет без них – и еще проживем!»

Да – жили, как жили без электричества и без автомобилей.

Но давайте вникнем в суть вопроса.

Начнем с того, для чего в сельском хозяйстве изменяют генотип растений и животных?

Для того чтобы получить быстрый рост, лучший вкус и высокую устойчивость к неблагоприятным факторам внешней среды, например – к холодам или к вредителям. Пересаживают кукурузе ген, взятый у лосося (условно), и кукуруза начинает расти в два раза быстрее. Или пересаживают капусте ген от подснежника, и капусте становятся нипочем майские заморозки. Что в этом плохого? То, что продукты питания в результате таких «манипуляций» будут стоить дешевле?

В общественном сознании употребление генетически модифицированных продуктов настолько же опасно, как и действие ионизирующего излучения, которое вызывает мутации. Но на самом деле употребление в пищу генетически модифицированных организмов совершенно безопасно и никаких проблем вызвать не может. Мы постоянно занимаемся тем, что поглощаем чужую ДНК. Если можно съесть кусок лосося, к которому в качестве гарнира прилагается вареная кукуруза, то что плохого в кукурузе, которой пересадили лососиный ген? Разве этот ген сможет «встроиться» в вашу ДНК? Нет, не сможет! Вся проглоченная ДНК в нашем пищеварительном тракте переваривается, расщепляется на мельчайшие составные части.

Под действием содержащейся в желудочном соке соляной кислоты разрушаются хромосомы, представляющие собой соединение ДНК с белками. Затем за высвобожденную ДНК, а также за РНК принимаются ферменты, содержащиеся в секрете поджелудочной железы. Завершают процесс ферменты, вырабатываемые клетками слизистой оболочки кишечника. В кровь могут всасываться только нуклеозиды, состоящие из азотистого основания, связанного с сахаром, или же продукты расщепления этих нуклеозидов. Помните, мы говорили о том, что молекулы ДНК и РНК состоят из повторяющихся блоков, которые называются нуклеотидами? Так вот – нуклеозид еще меньше, чем нуклеотид, это нуклеотид, от которого отщепили фосфатный остаток. Если сравнить нуклеотиды с кирпичиками, из которых выстраиваются молекулы ДНК и РНК, то нуклеозиды – это половинки кирпичиков. И еще надо учесть, что все многообразие ДНК и РНК на нашей планете составлено пятью разновидностями нуклеотидов и таким же количеством нуклеозидов29. Нуклеиновые кислоты любого продукта питания, вне зависимости от того, оказывалось воздействие на его геном или нет, при переваривании дадут набор из пяти мономерных остатков. Нашему организму совершенно безразлично, какие нуклеиновые кислоты переваривать.

Генетически модифицированные продукты более конкурентоспособны на рынке за счет низкой цены и хорошего качества. Да-да, и качества тоже, ведь одной из целей генетического модифицирования является повышение потребительских свойств продукта. Но генетическая модификация – дело дорогое, и оплачивать услуги генных инженеров могут только крупные производители. Да и окупаются эти затраты только на больших объемах. Мелкие хозяйства не могут конкурировать с крупными структурами напрямую, снижая цены и повышая качество продукции. Но зато они могут постоянно говорить о мнимом вреде генетически модифицированных продуктов и противопоставлять недорогой генетически модифицированной продукции свою, более дорогую, но зато якобы «полезную». «Полезная продукция от мелкого фермерского хозяйства» нынче в тренде.

Но в конечном итоге из любых съеденных нуклеиновых кислот получается набор из пяти разновидностей мономеров. Только так, и никак иначе.

Глава четырнадцатая

Генетика пола и сцепленное с полом наследование

С научной точки зрения полом называется совокупность признаков и свойств организма, обеспечивающая его участие в воспроизводстве потомства и передаче наследственной информации за счет образования половых клеток. В животном мире, к которому мы с вами имеем честь принадлежать, преобладает раздельнополость особей – существуют самцы и самки, два типа организмов, четко различающихся в половом отношении. Причем эти различия касаются не только половых органов, но и всего организма в целом. Самцы и самки различаются по конституции (внешнему виду), по обмену веществ, по поведению и т. п.

В растительном мире, напротив, преобладает гермафродитизм – одновременное или последовательное наличие у организма мужских и женских половых признаков, а также мужских и женских репродуктивных органов. Среди животных гермафродитизм в норме встречается редко, например – у некоторых видов червей, моллюсков, ракообразных.

В природе существует три основных механизма определения пола у потомков (да, представьте, целых три!).

Первый вариант – определение пола до оплодотворения,