Геном

Ридли Мэтт

Представления о генах, вступающих в конфликты друг с другом, и о геноме как о поле битвы между генами детства и генами отцовства или между мужскими и женскими гена­ми — это новая концепция, о которой пока мало известно широкой публике. Но эта концепция уже успела пошатнуть философские основы биологии.

Хромосома 8 Эгоизм

Вас не раздражают инструкции по эксплуатации быто­вых приборов? По-моему, это что-то ужасное. Кажется, что в них всегда недостает именной той информации, которая нужна. Многочисленные ссылки гоняют вас по инструкции от первой страницы до последней и назад. В конце концов вы убеждаетесь, что во время перевода с китайского пара страниц была пропущена. Но по крайней мере издатели не вставили в середину текста пару глав из Шиллера, или инструкцию по управлению лошадью под седлом, или де­тальное описание

машинки, годящейся только для копиро­вания собственного описания. Ну а если главы инструкции к прибору будут перепутаны, а на большинстве страниц вместо текста будут кляксы и каракули, ваши нервы не вы­держат, и вы пошлете гневную жалобу в общество защиты прав потребителей. Какие вы нервные. Клетки вашего ор­ганизма заняты чтением таких инструкций денно и нощно. Например, ген ретинобластомы разбит на 27 небольших частей, разделенных 26 длиннющими бессмысленными локусами ДНК.

Мать Природа несколько перемудрила со строением ге­нов, сделав их сложнее, чем они могли бы быть. Каждый ген разбит на несколько или множество «абзацев», называ­емых экзонами, между которыми простираются длинные куски бессмысленной ДНК, называемые интронами, — бес­конечные повторы какой-нибудь «фразы», которая никог­да не становится белком. Впрочем, некоторые интроны со­держат в себе настоящие гены, но эти гены никак не связа­ны с тем геном, внутри которого они находятся, и вообще не связаны с целями и потребностями данного организма.

Причиной такого безобразия было то, что геном — это книга, которая пишет сама себя в течение миллиардов лет, как писатель работает над черновиком, добавляя и удаляя фрагменты ранее написанного текста. Но у этой живой книги есть еще свои уникальные особенности. В частности, геном — это излюбленное место проживания генетических паразитов. Аналогия может показаться неестественной, но представьте себе писателя, который каждое утро садится за свой компьютер, чтобы продолжить текст инструкции, и видит на экране кричащие и взывающие к нему абзацы с просьбой скопировать их. Те, которые более настойчивы, добиваются своего. И вот в тексте появляется еще пять ко­пий фрагментов, не имеющих к этой теме вообще никакого отношения. Текст инструкции при этом никуда не девается, но распухает от настырных и нахальных паразитических абзацев, процветающих на почве уступчивости писателя.

С возникновением Интернет и электронной почты поя­вились еще более точные аналоги паразитических генов — компьютерные вирусы в широком смысле. Например, если я пошлю сообщение по электронной почте: «Будьте осторожны. В Интернет появился новый опасный вирус, передающийся по почте с прикрепленным файлом marma­lade. Если вы щелкнете на этом файле, то вся информация с жесткого диска будет удалена. Перешлите это письмо по почте своим друзьям, чтобы предупредить их». В действи­тельности никакого вируса под именем marmalade не су­ществует. Но мое тревожное письмо заставит получателя скопировать его и переслать друзьям. Таким образом, мое письмо — это и есть самокопирующийся вирус (пример взят из статьи Susan Blackmore. 1997. The power of the raeme meme. Skeptic 5, № 2, p. 45).

До сих пор в этой книге мы рассматривали гены, у ко­торых в геноме было определенное назначение. Напомню, ген — это последовательность ДНК, в которой записан ре­цепт одного белка. Но 97% ДНК нашего генома не содер­жит никаких генов вообще. Все это огромное пространство населяют «существа», называемые псевдогенами, ретро- псевдогенами, сателлитами, минисателлитами, транспо- зонами и ретротранспозонами, одним словом, «бесполез­ная ДНК», или еще более точный термин — «эгоистичная ДНК». Некоторые представители этой братии действи­тельно являются генами, но в большинстве своем эти ло- кусы ДНК никогда не транслируются в какие-либо белки. Поскольку эгоизм тематически связан с половым антаго­низмом, который мы рассмотрели в предыдущей главе, эту главу посвятим эгоистичным генам.

По правде говоря, я зарезервировал эту тему для хромо­сомы 8 только лишь потому, что не нашел на ней ничего примечательного для этой книги. Я не хочу сказать, что на хромосоме 8 собрались особенно скучные гены или что их мало. Просто до сих пор гены данной хромосомы очень мало изучены и роль многих из них не ясна. По крайней мере, мне не попалась на глаза ни одна яркая публикация, которая привлекла бы мое внимание. (Возможно, из-за того что это не самая длинная и не самая короткая хромосома, исследо­ватели мало обращали на нее внимания.) Бессмысленная ДНК составляет большую часть не только этой, но и всех остальных хромосом. Несмотря на то что мы называем эту ДНК бессмысленной, именно для нее впервые нашлось практическое применение в криминалистике

для установ­ления личности с помощью генетического анализа.

Гены содержат в себе прописи белков, но не все белки, прописи которых есть в геноме, нужны и желанны в ор­ганизме. Чаще всего в нашем геноме встречается ген, ко­дирующий белок обратную транскриптазу. В организме человека для этого белка нет никакой работы. Если бы из генома отдельно взятого человека извлекли и удалили все копии гена обратной транскриптазы, здоровье, долголе­тие и благополучие человека от этого совершенно не по­страдали бы, скорее наоборот. Обратная транскриптаза нужна только одной группе паразитов — ретровирусам. Это необходимый элемент жизненного цикла вируса СПИДа, без которого он не смог бы заражать и убивать людей. Для клеток человека этот белок бесполезен, он несет только дополнительную угрозу. Тем не менее это самый обычный ген в нашем геноме. Насчитывается несколько сотен, а мо­жет быть, даже тысяч копий данного гена по всему геному человека. Открытие, которое должно насторожить нас не меньше чем факт, что половина продаваемых лекарств в ап­теках — подделки. Почему так получилось?

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).