Шарон Моалем - А что, если они нам не враги? Как болезни спасают людей от вымирания

Кирпичиками, из которых строятся все антитела, являются так называемые В-лимфоциты. Когда у нас появляется необходимость в производстве какого-то конкретного антитела, В-лимфоциты ищут инструкции для производства этого антитела в своей ДНК, хотя отдельные строчки инструкций обычно оказываются перемешаны с инструкциями для других антител. Они вырезают строки с инструкциями для других антител, связывая вместе то, что осталось, тем самым переписывая собственный генетический код и производя в процессе специализированный продукт. Этот процесс носит название V(D)J-рекомбинации.

Этот процесс выглядит похожим на механизм «вырезать и вставить», используемый некоторыми прыгающими генами, но есть одно ключевое отличие – V(D)J-рекомбинация соединяет оставшиеся кусочки инструкций не намертво, она оставляет между ними небольшую петлю. Ученым никогда не удавалось увидеть подобное в прыгающих генах, пока ученые из Университета Джона Хопкинса не обнаружили его у комнатной мухи – поведение ее гена под названием Hermes во многом напоминало V(D)J-рекомбинацию. Нэнси Крэйг, одна из ученых, участвовавших в этом исследовании, прокомментировала это следующими словами: «Поведение Hermes больше напоминает процесс, используемый иммунной системой для распознавания различных белков… чем у любых других прежде изученных прыгающих генов. Это является первым в своем роде настоящим доказательством того, что генетический процесс, лежащий за разнообразием [антител], мог эволюционировать из механизмов прыгающего гена, который, вероятно, был родственным гену Hermes» [121].

После того как организм выработает антитела против того или иного болезнетворного микроорганизма, эти антитела остаются у нас навсегда – что зачастую оказывается серьезным подспорьем в случае повторной атаки этими микроорганизмами. Иногда это способствует приобретению иммунитета к такой инфекции, как, например, бывает у большинства людей в случае с корью. Однако несмотря на то, что мутации в В-лимфоцитах остаются в нашем организме, мы не можем передавать их своим детям, потому что они находятся по соматическую сторону барьера Вейсмана.

Младенцы рождаются с очень небольшим количеством антител, и их иммунной системе приходится работать в ускоренном режиме.

Это одна из причин, по которым грудное молоко так полезно для новорожденных – оно содержит в себе некоторые материнские антитела, выступающие в роли временной пассивной вакцинации против инфекций до тех пор, пока иммунная система малыша еще набирает обороты. Сегодня ученые только начинают понимать, какую роль играют транспозируемые генетические элементы – прыгающие гены в жизни человека и эволюции, и насколько она важна [122]. По данным исследований, целая четверть всех активных – участвующих в процессе кодирования – генов человека несут в себе ДНК прыгающих генов.

Джеф Буке, профессор молекулярной биологии и генетики в Школе медицины Джона Хопкинса, предположил, что прыгающие гены участвовали в изменении генома гораздо активнее, чем считалось ранее [123]. Эти изменения, вероятно, чаще всего оказывались губительными, однако иногда они могли слегка увеличивать генетическое разнообразие, а то и вовсе улучшать выживаемость и способность организма к адаптации. Подобные изменения, вероятно, происходили тысячи раз в процессе эволюции человека.

Нам известно, что в истории человечества были периоды, в которые условия окружающей среды менялись настолько кардинально и стремительно, что сложно представить, как случайные, постепенные изменения могли позволить нам приспособиться к ним в достаточной мере для того, чтобы выжить. Выдающиеся эволюционные биологи Стивен Гулд и Нильс Элдридж разработали теорию прерывистого равновесия, согласно которой длительные периоды относительной эволюционной стабильности прерывались куда более короткими периодами значительных эволюционных преобразований, вызванных серьезными изменениями условий окружающей среды. Возможно ли, что прыгающие гены помогали людям быстро адаптироваться к изменившимся условиям? Что ж, скорее всего, именно так и происходило.

Чем больше мы начинаем разбираться в прыгающих генах, тем больше они становятся похожи на своего рода приспособления матушки-природы для генетической инженерии на скорую руку. Чем больше мы о них узнаем, тем больше открывается для нас завеса тайны над тем, как наша иммунная система защищает человека от болезней и как наш генофонд реагирует на внешний стресс со стороны окружающей среды. Подобные знания могут открыть для ученых совершенно новые способы иммунизации людей против болезней, восстановления нарушенной иммунной системы и даже избавления от опасных мутаций на генетическом уровне.

Помните про мусорную ДНК, о которой шла речь выше? Теперь ее называют некодирующей ДНК, потому что в ней не содержится генетический код для создания какой бы то ни было клетки напрямую. Если вы недоумеваете, почему в ходе эволюции нам досталось столько бесполезного багажа, то вы не одиноки. Не зря же изначально эту часть ДНК называли мусорной. Вместе с тем сейчас ученые начали разгадывать тайну, кроющуюся за этими некодирующими генами, и первую подсказку они получили от прыгающих генов.

Когда научное сообщество признало, что прыгающие гены реальны – и играют важную роль, – исследователи принялись за их поиск в геномах различных растений и животных, в том числе – в геноме человека. К своему удивлению, они обнаружили, что приличную часть некодирующей ДНК составляют прыгающие гены – вплоть до ее половины [124]. Однако это был еще не самый большой сюрприз – оказалось, что эти прыгающие гены очень похожи на особый тип вирусов. Вы не ослышались – чуть ли не половина человеческой ДНК находится в родственной связи с вирусами.

Может быть, вы и думаете о вирусах каждый день – по крайней мере о том, как их избежать, будь то вирусы компьютерные или биологические, – однако вы наверняка давненько не читали о них в книгах по биологии, поэтому сейчас мы быстренько освежим ваши познания о них.

Вирусы представляют собой фрагменты генетического кода, неспособные к самостоятельному размножению. Единственный способ размножения вирусов – это заражение другого организма с целью использования его клеточных механизмов в своих целях.

Вирусы могут успеть размножиться многие тысячи раз внутри одной клетки, прежде чем прорвут ее стенки и перейдут к захвату следующей клетки. Большинство ученых не считает вирусы «живыми» из-за отсутствия у них обмена веществ и способности к самостоятельному размножению.

Ретровирусы представляют собой довольно особую разновидность вирусов. Чтобы понять, что в этих вирусах такого важного, следует сначала уяснить, как именно используется генетическая информация для построения клеток и в конечном счете целых организмов. Если в общих чертах, то строительство организма происходит по следующему пути: от ДНК к РНК и от РНК к белкам. Представьте себе, что ДНК – это библиотека, содержащая чертежи целого города, а клетки нашего тела – различные здания этого города: школы, муниципальные здания, жилые дома, гостиницы и т. д. Когда у организма возникает потребность построить новое здание, он использует для этих целей вспомогательный фермент под названием «РНК-полимераза», чтобы скопировать чертежи этого здания на матричную РНК – мРНК. мРНК относит эти чертежи на стройплощадку и руководит постройкой заказанного здания, или белка.