Тимо Зибер - Дикие гены

Возможно, сегодня мы не нашли бы ни одного папоротника в густом лесу, если бы не одно благоприятное обстоятельство. Одна из спор папоротника угодила во влажный тенистый уголок и, пробиваясь в темноте сквозь лесную почву, заметила по соседству другую спору, которая, по всей видимости, была вполне довольна имеющимися условиями. Она принадлежала одному из видов мха семейства антоцерото-видных. Мхи и папоротники были знакомы уже с незапамятных времен. Мхи относились к простейшим растениям, которые долгое время находились в тени величественных папоротников. И вот теперь бывшие повелители лесов оказались вместе с ними в глухом темном углу.

Спора мха ободрительно улыбнулась и рассказала, что окружающая местность не так уж плоха. Главное – иметь нужные гены… И пока они беседовали, спора папоротника улучила момент, когда за ней никто не наблюдал, и «позаимствовала» нужные гены из генома мха. Раскрыть эту карманную кражу спустя миллионы лет было совсем не просто. Для этого потребовались специальные криминалистические методы, но мы полагаем, что все именно так и было. Возможно, ген перебрался в наследственный материал папоротника на спине транспозона.

Добычей споры папоротника стал неохром. Если это слово вызывает ассоциации с шикарным спортивным автомобилем, то вы не так уж далеки от истины, потому что приобретение неохрома стало для генома папоротника чем-то вроде тюнинга. Неохром представляет собой световой рецептор, но не совсем обычный. Как правило, в мире растений используются разные светочувствительные рецепторы для красного и синего цветов. Они помогают растениям оптимально использовать свет. Рецепторы подсказывают направление роста и разворота листьев. Однако в полутьме они функционируют не лучшим образом. И мхи в один прекрасный момент совершили весьма полезное открытие. Какой-то ретротранспозон ошибочно перенес мРНК рецептора синего цвета в ДНК, где она и закрепилась без всяких интронов. Впоследствии этот ген слился с геном рецептора красного цвета. В результате получился неохром – суперрецептор совершенно нового вида, позволяющий идеально использовать всю имеющуюся в распоряжении энергию света.

С этого момента для неприметного доселе вида папоротника начался период расцвета. История с неохромом оказалась настолько удачной, что приглянулась и некоторым его родственникам. Они тоже позаимствовали для себя копии неохрома (кстати, можно ли считать воровством случай, когда вещь украдена у вора?). Началось широкое распространение видов папоротника, живущих в тени, а те, кто по-прежнему предпочитал яркий свет, вынуждены были отойти на задний план.

Случай с папоротниками далеко не единственный. В наследственном материале растений и животных повсеместно обнаруживаются гены, ранее принадлежавшие другим живым организмам. И хотя подобные эпизоды происходят значительно реже, чем у бактерий, горизонтальный перенос генов служит одним из инструментов эволюции. Откуда конкретно берутся эти гены, особого значения не имеет. Важно то, что для этого используется любая благоприятная возможность.

В эволюции человека тоже не раз возникали ситуации, когда он присваивал чужое. В 2015 году ученые из Кембриджа установили, что 145 наших генов прежде принадлежали бактериям, протистам (одноклеточным организмам, обладающим ядром), археям, растениям и грибам. Мы приобрели их уже давно, и сегодня они являются неотъемлемой составной частью нашего генома. Это еще один аргумент для всех сомневающихся в том, что интеграция может быть успешной. Многие из данных генов играют важную роль в организме, в частности в механизме усвоения жирных кислот и в иммунной системе.

Все эти гены оказались в нашем наследственном материале более или менее случайно. Но среди них есть и те, что были внедрены целенаправленно. Это гены вирусов. Вирусы живут исключительно тем, что проникают в геномы наших клеток и нередко даже в ДНК. Обычно они размножаются там и разрушают пораженные клетки, но иногда события разворачиваются не по плану и наследственный материал вируса задерживается в клетке, не убивая ее. Если это происходит в половой клетке (например, в яйцеклетке), то вполне может случиться так, что вирус окажется частью генома данного вида организмов. Такие древние нуклеотидные последовательности вирусов (их насчитывается около 10 тысяч) составляют восемь процентов нашего генома. Большинство вирусных генов являются дефектными. То, что они были отключены в результате случайных мутаций, само по себе является преимуществом для организма-хозяина, но некоторые из них сумели проявить и какие-то полезные качества.

В настоящее время похожее вирусное вторжение наблюдается уже не среди людей, а среди коал. Эти животные, населяющие эвкалиптовые рощи Северной Австралии, почти поголовно заражены одним из видов ретровирусов, который поселился в их половых клетках и таким образом передается от одного поколения другому. Однако, в отличие от многих древних вирусов, хранящихся в нашем геноме, этот вирус абсолютно свеж, жизнеспособен и производит многочисленное потомство, которое можно обнаружить повсюду в организме животных. Таким образом, вирус распространяется как через заражение здоровых животных, так и через размножение уже зараженных. Лучшей ситуации для вируса и придумать невозможно.

То, что события развиваются для него наилучшим образом, заметно хотя бы по тому, что инфекция постепенно смещается с севера Австралии на юг и с большой долей вероятности охватит через некоторое время всю популяцию коал. Для них это совсем не радостное известие, так как предполагается, что поселившийся в них вирус несет ответственность за их подверженность лейкемии и другим раковым заболеваниям, а также ослабление иммунной системы.

Началась эта история совсем недавно. Первая встреча коал с вирусами состоялась 150 лет назад. Первоначально этим вирусом заражались только мыши и летучие мыши, но затем он преодолел видовые границы и перекинулся на пожирателей эвкалиптов.

Мы, люди, обязаны вирусам, в частности, тем, что не несем сегодня яйца. На первый взгляд это высказывание кажется абсурдным, но за ней стоит вполне серьезное научное обоснование, так как с биологической точки зрения беременность представляет собой очень непростую проблему. Наша иммунная система запрограммирована таким образом, что, подобно бешеному доберману, нападает на все, что не имеет отношения к нашему собственному телу (а при аутоиммунных заболеваниях не останавливается и перед своими клетками). А развивающийся внутри тела эмбрион обладает генами как матери, так и отца, но отцовских генов материнская иммунная система не знает!