Знание-сила, 2004 № 03 (921)

Но в самые последние годы обнаружилось, что дело обстоит намного сложнее. И вот одно из многочисленных тому доказательств. Недавно группа исследователей из американского Института генома провела сравнение геномов человека, коровы, собаки, свиньи и нескольких других видов на предмет выявления сходных участков. Таких участков, отличающихся лишь небольшими изменениями в порядке следования нуклеотидов, они обнаружили около 1200. Поскольку эволюция сохраняет их почти неизменными, можно думать, что эти участки имеют важное значение для всех перечисленных видов. Так вот лишь около 250 из сходных (то есть "общих" для разных видов) участков пришлись на собственно генную часть ДНК. Около 800, то есть две трети, оказались сосредоточенными в так называемых интронах — это относительно короткие куски джанка, разбросанные внутри самих генов.

До сих пор интроны считались абсолютно бесполезными для организма. Такое убеждение подкреплялось тем давно обнаруженным фактом, что при передаче генетической информации от гена к белку информация, соответствующая интронам, просто выбрасывается. И ют теперь оказывается, что эти "бесполезные" интроны чем-то так важны, что эволюция, переходя от вида к виду и все более усложняя их. сохраняет целые участки этих интронов почти без изменений. Более того, одновременно оказалось, что оставшиеся полтораста сегментов, "общих" для разных видов, вообще располагаются в джанке.

Все это говорит о том, что, вопреки прежним представлениям, у джанка, видимо, есть какие-то функции и эти функции, по всей видимости, очень важны для организмов самых разных видов. Невольно вспоминается анекдот о человеке, обидевшемся, когда ему сказали о "сером веществе" его мозга: "Не такое уж оно у меня серое!" Не такой уж он "мусор", этот джанк.

Вообще говоря, это не такая уж новость. Многие факты в сумме позволяют думать, что кроме генов, хорошо изученных в прежние десятилетия и составляющих те самые 2 процента хитины ДНК, есть еще множество каких-то иных генов (или действующих как гены участков), скрытых во "внегенной", джанковой части этих молекул.

Тут, однако, необходимо на минуту остановиться, потому что мы невольно сами создали путаницу. В самом деле, как это понять: "Гены, скрытые во внегенной части ДНК"? "Внегенные гены"? Нет ли туг противоречия?

Есть, конечно. И, как это обычно бывает, противоречие возникло из-за недоговоренности в самом определении. Что это, собственно, такое — ген?

Генетика как наука началась с определения гена как мельчайшей ("неделимой", наподобие атома) единицы наследственности. Затем, по мере выяснения молекулярной структуры генов, стало ясно, что это определенный участок молекулы ДНК (точнее, на одной ее цепи, ибо молекула ДНК состоит из двух свернутых спиралью цепей). В ходе жизнедеятельности клетки две эти свернутые друг вокруг друга цепи ДНК время от времени развертываются в нужных местах, обнажая какой-либо ген, то есть участок одной цепи, состоящий из определенной последовательности нуклеотидов. К этим нуклеотидам по определенному правилу тотчас прикрепляются дополнительные к ним нуклеотиды, образуя одноцепочечную молекулу РНК. (Кроме одноцепочечности, молекулы РНК отличаются от молекул ДНК еще двумя особенностями: их "позвоночник" составлен из химических ipynn сахара рибоза, а не дезоксирибоза, как в ДНК, и нуклеотид тимин у них заменяется нуклеотидом урацил.)

Галочками на схеме обозначены те участки "мусорной ДНИ" (то есть как бы ненужной), где. как показывают последние исследования, спрятаны важные элементы, регулирующие многие стороны деяятельности ДНИ. Подробнее об этом - на с. 68

Этот процесс переписывания информации с гена на РНК называется "транскрипцией". При такой транскрипции на разных генах в зависимости от их типа могут образоваться несколько разных видов молекул РНК. Долгое время генетикам были известны только три: информационная, транспортная и рибосомная.

Информационная РНК (инф- РНК) несет в себе всю информацию гена, кроме интронной (эта "вырезается" на промежуточном этапе) и передает ее на рибосомную (риб-РНК), которая образует в клетке круглые тельца-рибосомы. Транспортная (т-РНК) подтаскивает к рибосоме составные части белков (аминокислоты), соответствующие тем требованиям, которые содержатся в инф-РНК. И так на рибосоме строится цепь аминокислот, или, как ес еще называют, полипептидная цепь, а уже затем из полипептидных цепей (одной или нескольких) образуются молекулы белков, которые осуществляют все важнейшие процессы жизнедеятельности в организме.

Таким образом, ген можно определить по его функции. Функционально ген — это та часть молекулы ДНК, которая "кодирует" полипептадную цепь, то есть выдает информацию, необходимую для построения такой цепи. Возникла даже догма: каждому гену соответствует одна определенная полипептидная цепь или, проще (но не совсем точно), "один ген — один белок". Молекулы РНК, занятые в процессе такого построения, считались промежуточным продуктом: они выполняли свою задачу, и все. Самостоятельного значения они как бы не имели.

И вот теперь мы можем охарактеризовать ту — не побоимся этого слона — революцию, которая произошла в последние годы, с открытием того, что мы чуть выше назвали "внегенными генами", "генами джанка".

Выяснилось, что эти гены, в общем-то тоже производящие молекулы РНК, производят, однако, .молекулы РНК других, ранее не привлекавших внимание или вообще не известных науке типов, причем типов этих существует изрядное множество. Не известно даже, все ли они уже открыты, известно лишь, что все они — маленького размера сравнительно с тремя ранее известными и выше названными инф-РНК, риб-РНК и т-РНК и что все они не переносят информацию от генов к белкам и в этом смысле не являются "белок-кодирующими" молекулами.

Все эти новооткрытые РНК-молекулы занимаются совершенно иными делами. Если попытаться сказать в самом общем виде, то они занимаются ретупировкой работы самих генов. Они их высвобождают для работы, запускают в работу, диктуют им темп производства белков, выключают из работы, когда это нужно, и так далее. Мало того, некоторые из них вмешиваются в сам процесс транскрипции обычных генов, в процесс развертывания двух цепей ДНК, необходимый для такой транскрипции, и даже в строение и химический характер хромосом, этих свернутых и окутанных белками молекул ДНК, таким образом управляя свойствами этих молекул как целого, "сверху". Американская исследовательница Гизела Шторц в недавней статье "Расширяющаяся вселенная некодирующих РНК" насчитала около десятка функций "управления", выполняемых этими "малыми" (впрочем, иногда и не столь уж малыми) молекулами РНК. Как оказалось, они участвуют также в загадочном явлении "импритинга" генов (выключении отцовских или материнских генов в нашем организме), в процессах так называемой эпигенетики (всевозможных видах воздействия на ДНК, не меняющих ее нуклеотидную последовательность), в защите клетки от некоторых вирусов и т.д., и т.п.