Александр Гангнус - Эволюция для всех, или Путь кентавра

А широчайший обмен генами между бактериями с помощью вирусов, фагов и плазмид — это реальность. Плазмиды (одна из них — это как раз наша героиня, кольцевая ДНК той же митохондрии) даже, похоже, для того и существуют. Значит, митохондрия, наша «ручная» бактерия, может стать своеобразным посредником, принимая чужие гены в свою ДНК. Но ведь это уже в наших клетках! Путь от митохондриальной ДНК высших животных до ядерной, «тотальной» ДНК недалек…

Лет десять назад ученые нашли еще один «вектор» — переносчик чужой генной информации. Им оказались… мужские половые клетки, сперматозоиды самых разных животных, вплоть до млекопитающих. В определенных условиях сперматозоид способен, оказывается, по пути прихватить, например, тот же фаг лямбда, вместе с его геномом и встроить его гены в оплодотворяемую яйцеклетку! Лет пять назад у нас в стране начались опыты по подсадке чужих генов вьюнку — есть такая небольшая рыбка. Наилучшие результаты получились при ударе искусственной молнии — 1500-вольтовом разряде тока на льду. Молоки-сперматозоиды от разряда не погибли, а прихватили подсунутую им плазмиду и трансплантировали ее гены в яйцеклетку. Эмбрионы вьюнка получили новые гены, это точно установлено, но пока дальше этого дело не пошло. Но в принципе и такой путь, оказывается, возможен. Когда-то в эволюционной истории подобный эксперимент могла ставить и природа…

Мы говорили об этом, когда шла речь о том, с чего, с какой молекулярной структуры могла начаться жизнь на Земле (или в космосе вообще). Так называемая центральная догма молекулярной биологи гласит: в основе жизни лежит двойная спираль ДНК. Только на ней, над каким-то ее участком может образоваться информационная, она же матричная РНК, с которой, в свою очередь, в рибосоме списывается последовательность аминокислот в белке:

ДНК → РНК → белок

Ученые давно заподозрили, что догма могла и не работать в самом начале жизни, а потом и просто открыли обратные процессы. И белок может синтезироваться в ряде случаев без нуклеиновых кислот, и РНК может стать матрицей для синтеза гена, то есть участка ДНК.

Это крупнейшее открытие было сделано американскими учеными Теминым и Балтимором при исследовании свойств ретровирусов, самых опасных и загадочных то ли существ, то ли веществ, носителей таких болезней, как рак и СПИД человека, болезни крови у человека, птиц, грызунов. «Ретро» в названии — именно из-за свойства ретровирусов поворачивать вспять стрелку в «догме»:

РНК → ДНК

Ретровирус предельно прост, в нем нет своего механизма воспроизведения, он не умеет сам размножаться. Зато он может двигаться, проникать. Для своего размножения он использует клетку хозяина, куда проникает, как всякий вирус. Там он с помощью специального фермента обратной транскриптазы реплицирует на нити хозяйской ДНК своих несколько генов. Обманутая ДНК начинает штамповать чуждые ей РНК и белки пришельца, то есть, размножать его (нередко на погибель организму хозяина).

Исследования ретровирусов сейчас идут широким фронтом во всем мире. Стало ясно, почему так трудно найти вакцину против рака и СПИДа. Ретровирусы — это природные «генные инженеры», они проникают в гены, они сами — гены. Более того, оказалось, что во многих случаях встроенные гены (их называют провирусами) остаются в геноме хозяина навсегда. Они наследуются. И иногда готовы через много поколений снова начать «вредительский образ жизни», порождая инфекцию как бы ниоткуда. Возможно, так можно объяснить внезапное появление и стремительное распространение в мире вируса иммунодефицита человека, СПИДа лет двадцать назад.

В геноме человека последовательностей, явно происходящих от вмешательства ретровирусов на тех или иных стадиях развития наших предков, немало, около одного процента и около 70 разновидностей давно уже обладают статусом «своих».

Сначала открытие этих генов (их называют эндоретровирусами) в геномах человека и животных повергло ученых в ужас — шутка ли, в наших генах сидят готовые — по неведомому нам сигналу — наброситься и уничтожить нас полчища врагов, от которых не уйти. Но постепенно все успокоилось — было ясно, что просто так в эволюции ничего не бывает, гены-вирусы исполняют какую-то работу, иначе бы им вряд ли нашлось место в организме. Больше того, вероятно, эта работа исключительно важна, опасные пришлые гены в конечном счете приносили организмам-предкам больше пользы, чем вреда — иначе естественный отбор не оставил бы о них и воспоминания…

Стали разбираться с белками, которые вырабатываются генами ретровирусов. Чем они интересны, чем отличаются?

Про один из них было, например, известно, что именно он подавляет иммунитет клетки-хозяина, обеспечивая беспрепятственное вторжение вируса и его «неопознание». Во встроенном в геном варианте это свойство сохраняется — и используется — но уже совсем с другой целью. Оказывается это средство подавления иммунитета нужно… эмбриону, ну, например, человека во время беременности матери. Когда-то перед живородящими плацентарными млекопитающими встала эта проблема — как выключить иммунную защиту материнского организма, чтобы она не отторгла, не уничтожила зародыш, приняв его, скажем, за возбудителя болезни. Эволюция решила проблему быстро и точно, методом «генной инженерии» — привлекла для этой работы давно на ней специализированный ген пришлого ретровируса, с которым пришлось на этот случай поладить. Другое дело, что постоянное присутствие соответствующего гена в клетках потенциально небезопасно: то, что нужно эмбриону, вовсе не нужно взрослому организму, и в какой-то момент не во время включившийся механизм подавления иммунитета может отправить в небытие до этого вполне здоровое существо.

Можно предположить, например, такую гипотезу, объясняющую внезапное появление СПИДа, неведомого многим поколениям людей до 70-х годов XX века. Возможно, это был опасный ретровирус, отправивший в небытие несколько видов приматов много миллионов лет назад… Или нашего кузена неандертальца 40 тысяч лет назад. Выжили те роды и виды приматов (в том числе наши прямые предки), которые «сумели» сделать добро из зла — встроив в свой организм гены этого вируса в качестве провируса, помогающего улаживать какие-нибудь проблемы, связанные тоже с эмбриональным развитием, с беременностью. Что случилось четверть века назад, мы не знаем, всяких экологических пакостей в наше время стало очень много, но в каком-то из видов современных обезьян природная генная инженерия сделала ход назад, эндогенный, «свой» ретровирус вновь стал экзогенным, «чужим», вырвался на свободу и начал уничтожать род приматов, до этого, видимо, совершенно незнакомый с этой заразой — род человека разумного… Это, кстати, наглядная иллюстрация того, что может случиться с каким-нибудь достижением научной генной инженерии, если оно не будет как следует проверено и проконтролировано…