Неидеальный человек: Почему эволюция оставила нам болезни, ошибки ДНК и уязвимости - Лоуренс Херст

информация (те самые А, C, Т и G) превращается в совершенно другую последовательность — цепочку аминокислот. Именно поэтому процесс перехода от одной системы кодирования к другой называется трансляцией, то есть переводом. А саму РНК, которая служит посредником между ДНК и будущим белком, называют матричной РНК (или сокращенно мРНК). Правила такого перевода сегодня хорошо известны. Информация в РНК считывается группами по три буквы (такой триплет называется кодоном), причем группы не перекрываются. Каждый кодон соответствует либо определенной аминокислоте, либо команде «стоп». Поскольку на каждую аминокислоту приходится по три спаренных основания РНК, длина белка получается в три раза короче кодирующего его участка мРНК. Эта система правил, благодаря которым кодоны переводятся в аминокислоты, называется генетическим кодом. Он работает примерно как азбука Морзе, где, например, три точки (…) означают букву S, а три тире (--- — букву O. Так и в генетическом коде: скажем, кодон АТG переводится как аминокислота метионин, а GGG — как глицин.

А теперь давайте разберемся, как это происходит на молекулярном уровне. В процессе участвует особая молекула-переводчик — транспортная РНК (или сокращенно тРНК). Она умеет делать две вещи одновременно: узнавать определенный кодон в матричной РНК и доставлять к нему соответствующую аминокислоту. Рибосома считывает кодоны один за другим, а тРНК подносит нужные аминокислоты, которые тут же «пришиваются» друг к другу, образуя длинную цепочку. Например, если ген начинается с последовательности АТG GGG, то в начале белковой цепочки окажутся сначала метионин (его кодирует АТG), а за ним глицин (его кодирует GGG). Вот так линейная последовательность нуклеотидов превращается в линейную последовательность аминокислот.

Всего в нашем распоряжении 20 разных аминокислот, которые определяют все многообразие свойств белков. А теперь давайте посчитаем: если у нас есть четыре разных нуклеотида и каждый кодон состоит из трех нуклеотидов, то всего возможно 64 разных кодона (4 × 4 × 4). Три из них — TGA, TAA и TAG — это стоп-сигналы, означающие конец белковой цепочки. Остается 61 кодон для кодирования всего 20 аминокислот. Отсюда следует, что некоторые аминокислоты могут кодироваться сразу несколькими разными кодонами. Например, глицин может быть закодирован как GGC, GGT или GGA. А вот метионин особенный — для него существует только один кодон: ATG.

Существует ли закономерность в том, как кодоны соответствуют аминокислотам? Когда-то я изучал этот вопрос, и оказалось, что система вовсе не так хаотична, как может показаться на первый взгляд. Но это уже совсем другая история. А сейчас нам важно вот что: если мы знаем генетический код вида (а большинство организмов, кстати, используют один и тот же «универсальный» код), расшифровали его ДНК и научились определять последовательности мРНК, то с помощью компьютера мы можем найти в этой ДНК гены, кодирующие белки, и понять, какие именно белки они производят. Это возможно благодаря тому, что последовательности ДНК и мРНК комплементарны друг другу — как ключ и замок.

Когда у нас есть текстовый файл с последовательностью нуклеотидов ДНК, мы можем добавить к нему своеобразную «аннотацию», которая показывает расположение всех генов в геноме. Именно такая информация помогла разобраться с нарушением обмена веществ у того младенца, чей геном расшифровали за рекордно короткое время. Врачи обнаружили в одном из генов измененный участок ДНК — не такой, как у большинства людей. Этот дефект, вероятнее всего, привел к неправильной работе белка и, как следствие, к болезни. Если вам любопытно, этот ген называется SLC19A3, а кодируемый им белок встроен в мембрану, окружающую наши клетки, и отвечает за транспорт тиамина (витамина B1) внутрь клетки.

Раз уж мы заговорили о генетическом коде, позвольте мне поделиться тем, что давно меня беспокоит. В прессе то и дело мелькают заголовки вроде «Ученые расшифровали генетический код такого-то вида». Каждый раз, когда я вижу подобное, у меня буквально кровь закипает. Почти наверняка это неправда. «Генетический код» — то есть набор правил соответствия между кодонами и аминокислотами — практически одинаков у всех живых существ. А то, что на самом деле имеется в виду, — это расшифровка полной последовательности ДНКгенома нового вида. Теперь вы знаете, в чем разница.

Новые данные, новые проблемы

Лавина новых данных неизбежно порождает новые головоломки. Одна из них касается, казалось бы, самого простого вопроса: сколько же у нас генов? Когда запускали проект «Геном человека», его целью было найти и описать примерно 100 000 генов — такое количество тогда считалось бесспорным фактом. В 1990 году планку немного снизили: от 50 000 до 100 000 генов. А незадолго до завершения расшифровки генома случилось забавное событие: был объявлен конкурс GeneSweep — «Угадай количество генов». Все началось с неформального разговора на ежегодной конференции генетиков, где ученые, попивая коктейли, делали ставки в надежде выиграть приз в 3000 долларов. Конкурс собрал больше тысячи участников, и их предположения разошлись кардинально: от 26 000 до более чем 312 000 генов. Среднее значение составило около 40 000.

До сих пор мы не можем назвать точное число генов. Более того, возможно, единого правильного ответа просто не существует — ведь мутации могут как добавлять, так и удалять участки ДНК, поэтому каждый из нас может родиться с несколько иным набором генов, чем у родителей. Первые две «полные» версии генома указывали на 31 000 и 26 588 белок-кодирующих генов. Затем эту цифру пересмотрели до 22 287. Современные оценки еще скромнее: от 19 901 до 21 306. Сейчас считается, что у человека около 20 000 белок-кодирующих генов — это не просто меньше любого предположения в том конкурсе, это вдвое меньше среднего прогноза! Впрочем, не стоит делать из этого сенсацию, и вот почему. Во-первых, задолго до конкурса GeneSweep уже появлялись оценки в диапазоне 20 000–30 000 генов. Поэтому утверждать, как это делают многие, что результат оказался совершенно неожиданным, не совсем корректно (специалисты из нашей области действительно нередко отличаются короткой памятью). Правильнее сказать, что число генов оказалось у нижней границы предполагаемого диапазона. Во-вторых, мы до сих пор не очень хорошо умеем определять, является ли короткий участок ДНК настоящим геном или нет. Вполне возможно, что существует множество небольших белков, которые мы пока не обнаружили.

Давайте посмотрим, сколько генов ученые нашли у других организмов. У одноклеточных дрожжей, без которых не обходится ни пивоварение, ни хлебопечение, около 6000 генов. У классического объекта генетических исследований — плодовой мушки Drosophila — примерно 14 000. У крошечного, миллиметрового червя Caenorhabditis elegans, который устроен предельно просто, около 18 000 генов. А вот у