Андрей Шляхов - Генетика на пальцах

Кроссинговер, происходящий в одном участке хромосомы, называют одинарным. Поскольку хромосомы очень длинные, в них одновременно могут происходить несколько перекрестных обменов участками – двойные, тройные и множественные кроссинговеры.

Все живое устроено очень продуманно. У любого полезного (вы уже догадались, почему полезен кроссинговер?) процесса существует свой ограничительный механизм, не позволяющий полезному превратиться во вредное. Существует такое явление, как интерференция. Суть его заключается в том, что кроссинговер, происшедший в одном участке хромосомы, подавляет кроссинговер в близлежащих сегментах.

Зачем нужно подавлять кроссинговер «по соседству»? Зачем ограничивать размеры обмениваемых участков? Ведь обмен-то происходит равноценный…

Во-первых, смысл кроссинговера состоит в повышении разнообразия, в создании новых комбинаций генов. Для этого выгоднее произвести несколько обменов небольшими участками, расположенными в разных местах, а не обменивать один большой участок на другой. Можно привести довольно грубую, но наглядную аналогию с игральными картами, которые нужно тасовать так, чтобы полностью изменить последовательность их расположения. Если просто разделить колоду карт надвое и поменять половинки местами, толку от такой тасовки будет мало.

Во-вторых, во время разрезания и сшивания молекулярных цепочек неизбежны ошибки. Лучше, то есть выгоднее, иметь ошибку, приводящую к относительно небольшим изменениям генетического кода, нежели масштабную.

После открытия кроссинговера было принято считать, что при этом процессе рекомбинация осуществляется между генами, но сам ген кроссинговером никогда не разделяется. Таким образом, ген стал считаться единицей кроссинговера. Генетики представляли хромосому в виде длинной нити с нанизанными на нее «бусинами» – генами. Каждый ген собран в плотный комок, который при кроссинговере разрезаться не может. Нить хромосомы рвется только там, где на ней нет бусин. Вполне логичное предположение, не так ли?

Подобные взгляды сохранялись до середины прошлого века, то есть до начала бурного развития генетики. Кстати говоря, даже сейчас в специализированной литературе иногда можно встретить утверждение: «ген является единицей кроссинговера», несмотря на то что на самом деле кроссинговер может проходить и внутри генов. Правда, «внутригенный» кроссинговер является исключением, а не правилом, поскольку он происходит очень редко, примерно в десять тысяч раз реже обычного. Так что упрощенно можно продолжать считать ген единицей кроссинговера. Мы с вами так и будем делать.

Важно понимать, что гены в результате «внутригенного» кроссинговера не уничтожаются, а всего лишь «обновляются». Как бы ни протекал кроссинговер, на количестве генов в хромосоме он не сказывается. Сколько было до обмена, столько же будет и после него. Кроссинговер «тасует» гены, но не превращает одни гены в другие. Если, к примеру, в темнокожей семье с исключительно темнокожими предками с обеих сторон вдруг рождается белый ребенок, то это явление никак нельзя объяснять кроссинговером. Точно так же, как и рождение темнокожего ребенка в исконно белой семье.

Выше было сказано о том, что кроссинговер наблюдается во время мейоза. Однако обмен участками между гомологичными хромосомами может происходить и в митозе, в периоде интерфазы, когда клетка, готовящаяся к предстоящему делению, удваивает число хромосом. В интерфазе хромосомы не соединяются друг с другом центромерами, но обмену участками это не мешает. Более того – отсутствие центромер позволяет четырем хромосомам сливаться в крестообразную структуру, которая затем разрывается таким образом, что у каждой хромосомы появляется новый фрагмент [23]   Возможно, у вас возник вопрос: что удерживает четыре хромосомы вместе? Их удерживают водородные связи. Вспомните из курса химии, что водородная связь (или «Н-связь») представляет собой взаимодействие между двумя электроотрицательными атомами одной или разных молекул посредством положительно заряженного атома водорода. В отличие от обычных химических связей, водородная связь возникает в подходящих условиях «самостоятельно», а не образуется в результате целенаправленного синтеза веществ. . Такие хромосомные «кресты» называются структурами Холлидея, в честь британского биолога Робина Холлидея, предположившего существование «крестов» в 1964 году.

Структура Холлидея. латинскими буквами обозначены аминокислоты – аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T)

Митотический кроссинговер наблюдали в соматических клетках ряда организмов, в том числе и у человека. В отличие от обычного мейотического кроссинговера, который «по умолчанию» является полезным процессом (вы уже догадались почему или еще нет?), митотический кроссинговер может как приносить пользу, так и причинять вред. Полезный митотический кроссинговер создает благоприятные для клетки комбинации генов. Вредный может приводить к перерождению обычной соматической клетки в злокачественную, склонную к бесконтрольному и ненужному организму размножению. Вообще с точки зрения генетики возникновение злокачественных (раковых) опухолей является следствием накопления «ошибок» в геноме. Другим отличием митотического кроссинговера от мейотического является отсутствие влияния на биологический вид в целом. Митотический кроссинговер имеет значение только для того организма, в клетках которого он происходит, потому что возникшие при нем изменения не могут быть переданы потомству.

Взаимный обмен участками между негомологичными хромосомами (такое тоже бывает) называется не кроссинговером, а реципрокной транслокацией [24]   Реципрокный – это взаимный или возвратный. «Реципрокная транслокация» переводится как «взаимный перенос». (или просто транслокацией). Транслокации возникают вследствие ошибок при ликвидации разрывов обеих нитей в двух расположенных рядом негомологичных молекулах ДНК – фрагмент одной молекулы «пришивается» к фрагменту другой.

Слияние двух хромосом с образованием одной также называется транслокацией, но не реципрокной, а робертсоновской. Помните, что мы говорили о том, как наша вторая хромосома образовалась из двух хромосом наших далеких предков и потому у нас двадцать три пары хромосом, а у всех человекообразных обезьян по двадцать четыре? Это слияние – пример робертсоновской транслокации. Возможно, именно эта транслокация послужила причиной интенсивного роста головного мозга и бурного развития интеллекта у наших предков, ведь человекообразные обезьяны так и не стали разумными.