Знание-сила, 2004 № 06 924)

Чтобы понять все значение этого открытия, следует припомнить, что до тех пор считалось догмой, что способностью катализировать биохимические реакции обладают только белки- энзимы. Эта догма держалась десятки лет, несмотря на то, что порождала неразрешимый вопрос: как в таком случае могли образоваться первые энзимы? Ведь для производства белков нужно, чтобы уже существовала молекула ДНК, а для образования первой молекулы ДНК из разрозненных нуклеотидов необходимо, чтобы уже существовали белки-катализаторы.

Кто же в таком случае был первым — белки или ДНК, если одни не могли образоваться при отсутствии других? А если не могли, то как тогда вообще возникла жизнь? Открытие каталитических способностей РНК (по аналогии с энзимами такие РНК назвали "рибозимами") впервые позволило разорвать этот порочный круг. Ведь вполне возможно, что первыми в истории жизни на Земле были как раз такие рибозимы. Такие спонтанно возникшие молекулы первых РНК могли на первых порах выполнять как роль ДНК (в качестве хранителей наследственной информации), так и роль белков-энзимов (в качестве катализаторов метаболизма), а впоследствии — дать начало тем первым молекулам ДНК, которые породили первые белки.

Согласно этой гипотезе, "РНК- мира" нашей нынешней жизни, основанной на ДНК и белках, мог предшествовать мир каталитических РНК, в котором все главные функции тогдашней примитивной жизни выполняли различные рибозимы. Такая гипотеза позволяет не только решить вопрос, "кто был первым — белки или ДНК", но и объясняет загадку разнообразия нынешних РНК и их функций.

Нынешнее широкое участие различных РНК в процессах "белковой жизни" может быть рудиментом ушедших в прошлое архаических механизмов пражизни, остатком частично сохранившейся машинерии древнейших времен, когда молекулы РНК были единственными "молекулами жизни" и сами занимались всеми жизненными процессами.

Не прошло и десяти лет, как охотники за генами РНК сделали еще более революционное открытие. Неожиданно даже для самих себя они обнаружили целых два новых, доселе совершенно неизвестных и огромных класса удивительных по свойствам и функциям микроскопически малых РНК (см. статью "Охотники за генами", 2004, № 2). Это новое открытие не только подкрепило гипотезу "архаичного РНК-мира", но и привело к глубокому, радикальному пересмотру прежних представлений о самих генах, их работе и способах управления ею в клетке.

История науки — не та часто воображаемая логическая прямая, что якобы кратчайшим образом соединяет открытие А с открытием Б. Пропасти неудач и непризнаний зачастую пересекают путь восхождения к желанной вершине, и порой лишь мостики "серендипити", как выражаются англичане, а по-русски — просто счастливых случайностей, помогают выбраться на верную тропу.

Такой счастливой случайностью было открытие совершенно нового класса РНК, сделанное в 1990 году группой Йоргенсена из калифорнийского Института растительных ДНК (и независимо от него — Молем). Эти работы послужили началом для поиска и исследования целых нескольких новых классов РНК, которые противостоят воздействию на ДНК чужеродных элементов.

Оказалось, что "интерференционная РНК" (так назвали несколько видов РНК со сходными механизмами действия) предназначена для защиты клеточной ДНК. как иммунная система — для защиты организма. Между этими двумя системами защиты есть много сходного. Подобно иммунной системе, механизм интерференционной РНК тоже включается при появлении "чужого" и направлен на ликвидацию последствий такого вторжения.

Все это означает, что интерференционная РНК представляет собой древний, архаичный способ клеточной защиты. Возникшая позже с появлением многоклеточных организмов обычная иммунная система работаете помощью специальных клеток и белков и встречает "врага" на подходе, до вторжения в клетку и в ее геном. Если же вирусу все же удастся вторгнуться туда, эта система попросту уничтожает зараженную клетку. Напротив, механизм интерференционной РНК работает, как некоторые боксеры, "ближе к корпусу" — он борется с врагом уже внутри ДНК.

Что же это за "мишени", работу которых контролируют микро-РНК? Опыты 2001 — 2003 годов выявили важную особенность: почти все эти гены-мишени так или иначе связаны с различными этапами развития клеток и организма в целом с дифференцировкой его органов и тканей. Например, одна контролирует переход личинки червяка С. эдеганс от первой стадии развития ко второй, а другая — переход личинки от четвертой стадии к взрослому состоянию.

Лет 50 назад считалось, что процессы развития и дифференцировки клеток происходят в результате утраты разными клетками тех или иных порций своих генов. Теперь известно, что эти гены не теряются, а выключаются, — клетки различных органов и тканей содержат разные наборы работающих генов. Раньше существовало незыблемое убеждение, что работу выключения генов производят только белки. Теперь оказалось, что существует и другая система управления — с помощью микро-PHК.

Возможно, в глубокой древности, во времена "архаического РНК-мира", когда рибозимы, эти каталитические РНК, решали все задачи сохранения и развития жизни, природа — как всегда, случайно — открыла способ использовать РНК также для защиты своих первых клеток от угрозы чужеродных генных систем, и эта архаическая "клеточная иммунная система" частично сохранилась у высших организмов до наших дней. Впоследствии, по мере того как задачи защиты организма перенимала на себя более совершенная "белковая" иммунная система, те же малые РНК стали создаваться особыми генами самой клетки для управления собственными генами. И действительно, оба механизма в конечном итоге сводятся именно к этому — к подавлению подлежащих дезактивации белок-кодирующих генов. Можно л ишь подивиться экономности природы, которая эту важнейшую работу поручила таким предельно маленьким молекулам — ведь будь они чуть меньше, ничто не помешало бы тепловому движению оторвать их от клетки.

Открытие этой второй (наряду с белковой) системы управления генами (с помощью малых молекул РНК) имело такое фундаментальное значение, что в начале 2003 года журнал "Science" назвал это главным научным достижением последнего десятилетия. В начале нынешнего года журнал снова включил работы в этой области в список десяти важнейших за 2003 год. Но к этому времени уже появилось много новых данных, понуждающих думать, что существует, по всей видимости, еще и третий — "эпигенетический" — механизм управления, еще более изощренный и сложный, чем первые два. И судя по всему, все эти три механизма тесно связаны друг с другом. Тем самым в саге о великой охоте за генами была открыта очередная новая глава.