Андрей Шляхов - Биология для тех, кто хочет понять и простить самку богомола

Химических мутагенов существует великое множество. Счет им идет на тысячи. У всех химических мутагенов есть одно общее свойство – это активные вещества, охотно вступающие в реакцию с другими веществами. Неактивное вещество не вызовет разрыва молекулы ДНК и ничего от нее не отщепит, то есть – не вызовет необходимости «починки» молекулы, а также не сможет нарушить нормальное течение какого-то клеточного процесса.

Давайте рассмотрим действие колхицина, одного из самых известных химических мутагенов.

Колхицин представляет собой азотсодержащее органическое вещество природного происхождения, обладающее свойствами слабого основания.

Структурная формула колхицина

Колхицин способен связываться с белком тубулином из которого состоят микротрубочки, клеточные органеллы, принимающие активное участие в процессе деления. Вспомните, что во время деления клеток из микротрубочек формируются нити, которые протягиваются от центриолей к ядру. Эти нити растаскивают хромосомы по дочерним клеткам так, чтобы каждая из них получила бы одинаковый набор хромосом.

В больших дозах колхицин полностью блокирует процесс клеточного деления, а в малых – нарушает процесс равномерного распределения хромосом между дочерними клетками в результате чего образуются клетки с удвоенным количеством хромосом. Селекционеры, работающие с некоторыми видами растений (например – с орхидеями), используют колхицин для получения особей с бо́льшим количеством хромосом.

Химические мутагены подразделяются на мутагены прямого действия, у которых достаточно сил (химики называют силу вещества «реакционной способностью») для повреждения молекул ДНК, РНК и клеточных белков, а также на мутагены непрямого действия, которые сами по себе мутагенного действия оказывать не способны, но превращаются в мутагены после поступления в организм.

Как происходит подобное превращение?

Да очень просто – мутагены непрямого действия вступают в химическую реакцию с каким-нибудь веществом, имеющимся в организме, и в результате образуют вещество мутагенными свойствами.

У подавляющего большинства мутагенных факторов мутагенность сочетается с канцерогенностью. Иными словами, почти все, что вызывает мутации, способно вызывать онкологические заболевания. Это закономерно, ведь способность к неукротимому (неконтролируемому) делению, которая лежит в основе всех онкологических процессов, нормальные соматические клетки приобретают в результате мутаций.

А как по-вашему – есть ли разница между мутациями, вызываемыми физическими факторами и мутациями, вызываемыми химическими факторами?

Никакой разницы нет. Мутация есть мутация. Как говорится – что в лоб, что по лбу.

К биологическим мутагенам относят некоторые белки и продукты окисления жиров, а также некоторые вирусы, например – вирусы кори и краснухи. Мутагенным фактором вирусов являются их нуклеиновые кислоты – ДНК или РНК. Именно мутагенное действие обуславливает канцерогенный эффект вирусов (не всех, а только лишь немногих).

Известно ли вам, что существуют прыгающие гены?

Нет, это не шутка – такие гены действительно существуют. По-научному они называются транспозонами. 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 РНК, [85] Так называемые пиРНК. 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, полученные 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?