ПРЕМУДРОСТИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА

10 ноября, 1995, 00:00 Распечатать Выпуск № 45, 10 ноября-17 ноября 1995г.
Автор
Статьи авторов Все статьи автора Все авторы
Отправить
Отправить

Впервые ученым удалось получить непрерывную генетическую последовательность автономно существующего живого существа...

Автор
Статьи авторов Все статьи автора Все авторы

Впервые ученым удалось получить непрерывную генетическую последовательность автономно существующего живого существа. Расшифровка генома близится к завершению.

Если не считать фальш-старта, вызванного временным забвением открытий Менделя, генетика с самых первых дней своего существования пошла вперед семимильными шагами. От выяснения закономерностей передачи наследственных признаков до разработки хромосомной теории наследственности, открытия и расшифровки структуры ДНК - вот этапы того огромного пути, проделанные с начала века генетиками, за поражающими воображение успехами которых с неослабевающим интересом следят не только специалисты. Их ожидания не будут обмануты, и доказательство тому - последние сообщения прессы об успехах в изучении генетического кода различных живых существ.

Началось все с вирусов. В 1977 году Фред Сэнджер и его коллеги из лаборатории Британского медико-исследовательского совета в Кэмбридже опубликовали последовательность из 5 386 букв. Каждая буква соответствовала отдельному химическому соединению, которое называется основанием. Цепочка букв показывала последовательность, в которой эти основания объединены в ДНК крошечного вируса, известного под именем phi-x. Эта последовательность из 5 386 оснований несет в себе закодированную информацию, которая заставляет бактерию, ставшую жертвой этого вируса, синтезировать девять протеинов, необходимых для воспроизведения жизненного цикла вируса. Вся сокровенная информация, содержащаяся в живом существе, при публикации в журнале вместилась на нескольких его страницах.

Теперь вирусы считаются уже пройденным этапом. Этим летом Крег Вентер и его коллеги из Института генетических исследований в Мэриленде поднялись на следующую ступеньку в изучении таких последовательностей, опубликовав полный генетический код бактерии. В отличие от вируса, который зависит от хозяина при осуществлении своих жизненно важных функций, эта бактерия - Hemophilus influenzae - полностью самостоятельна. Каждая крупная молекула в ней либо описана этой последовательностью, либо является производной молекул, описанных в этой последовательности. Ее 1 830 137 оснований содержат описания 1 743 вторичных молекул; слишком громоздкая для публикации, эта последовательность содержится в памяти компьютера и может быть легко получена по Интернету.

Д-р Вентер и его коллеги близки к расшифровке генетического кода другой бактерии. К концу этого года или несколько позже в результате совместных усилий нескольких исследовательских лабораторий будет полностью расшифрован геном дрожжевого грибка - 13 млн. оснований ДНК, содержащиеся в 16 отдельных хромосомах. К 1998 году ожидается расшифровка 100 млн. оснований, содержащихся в каждой клетке простого червя-нематоды. А через 10 лет ученые, работающие по этой программе, надеются получить последовательность из 3 млрд. букв, которая будет соответствовать структуре ДНК человека.

Как же происходит расшифровка генетического кода? Для решения этой задачи созданы автоматизированные комплексы, вооруженные новейшими лабораторными методиками молекулярной биологии. Они собирают всю необходимую информацию о структуре исследуемых фрагментов молекул и вводят эту информацию в компьютер для последующей обработки. Причем совершенствование этого процесса происходит с потрясающей быстротой. Для расшифровки генома вируса phi-x потребовалось время жизни целого поколения, а сейчас для того, чтобы собрать все необходимые данные, достаточно одной недели (одного дня - собственно для расшифровки и еще одной недели для окончательного отлаживания). На данный момент группа, занимающаяся расшифровкой кода нематод, за год обрабатывает 8 млн. оснований. Такой прогресс стал возможен в первую очередь благодаря осуществлению Проекта изучения человеческого генома. После многолетних подготовительных работ, увенчавшихся несомненным успехом, вот-вот должны начаться исследования, посвященные непосредственно расшифровке человеческого генома.

Параллельно с установлением последовательности оснований всего генома живого существа ведется также широкомасштабное исследование генов. Гены - это части последовательностей ДНК, содержащие описание протеинов. Такое описание сделано при помощи генетического способа кодирования информации: каждая группа из трех оснований соответствует одному специфическому компоненту протеина, то есть ген представляет собой молекулярную матрицу для синтеза белка, молекул, которые ответственны за физические и химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность всего живого.

Существуют различные способы, позволяющие убедиться в том, что конкретные участки ДНК являются генами. Один из них заключается в перехвате информационных молекул, передающих информацию, которая хранится в ДНК, к местам синтеза белка. Этот метод впервые был осуществлен д-ром Вентером. Сопоставляя эти фрагменты с большими обрывками ДНК, ученые могут определить, в какой именно хромосоме содержится данный ген и где конкретно он расположен.

Но зачем же это делать, если уже известна последовательность букв в самих генах? Прежде всего из-за того, что порядок расположения генов может трактоваться по-разному. Гены, чьи функции взаимосвязаны между собой, могут иметь и взаимосвязанные позиции в данной хромосоме. Поэтому для того, чтобы понять, как функционирует данный ген, могут понадобиться знания о том, как функционируют другие, взаимосвязанные с ним гены.

Есть и еще одна причина для проведения подобных исследований. Почему крошечный phi-x использует каждую букву своей последовательности для описания белка, тогда как около 90% человеческого генома не входят в состав каких-либо генов? В промежутках между генами находятся участки ДНК, которые контролируют работу генов, и, возможно, именно так происходит включение (или выключение) последовательностей генов в работу. Ученые обнаружили также бессмысленные, казалось бы, участки ДНК, содержащие бесконечные повторы последовательностей, или же фрагменты, в которых непрерывно повторяется несколько простых мотивов. Ученые называют такие ДНК junk-ДНК (ненужными).

Расшифрованных последовательностей достаточно в том случае, если вас интересуют только гены, но не сам геном. Например, концы хромосом - их теломеры - вообще не содержат белковых матриц. И все же их длинные последовательности с бесконечными повторами несомненно выполняют очень важные функции. Длина теломеров постоянно изменяется в соответствии со структурой ДНК. Эти изменения очень важны для клетки. Возможно, именно изменение длины теломеров служит ей своеобразными часами.

Даже если некоторые junk-участки действительно бессмысленны, большой интерес представляет расшифровка того механизма, который способствовал накоплению таких фрагментов в геноме. Их присутствие означает, что геном - это не просто склад для хранения генов, а что-то гораздо менее статичное. Так что становится понятным повышенный интерес к созданию директория человеческих генов, которым занимается одновременно несколько групп ученых. И здесь возможны приятные неожиданности. Еще не успела просохнуть типографская краска на страницах журнала Economist, обещавшем возможное завершение этой кропотливой работы в ближайшие два-три года, как другой журнал, U.S.News &World Report, сообщил о том, что д-ру Вентеру уже удалось подготовить 379-страничный путеводитель по геному человека.

Практическая ценность полученных знаний о геноме живых существ ни у кого не вызывает сомнений. И все же даже среди специалистов возможна ее недооценка. Результаты последующей обработки этих данных на компьютере, обладающем неутомимой способностью к ассимиляции и анализу, позволили взглянуть на исходный материал с несколько неожиданной стороны. Сравнительный анализ тысяч перекрывающихся фрагментов последовательности, полученных группой д-ра Вентера в ходе экспериментов от самых разных людей, позволил установить, что люди несомненно имеют недавнего общего предка, по всей видимости с африканского континента. Таким же образом может быть выявлен и общий предок всех живых существ. Там, где молекулярные биологи видят геном как средство передачи информации, эволюционисты смогут увидеть кладезь информации обо всех живых существах, когда-либо существовавших в эволюционном ряду.

Исследование генома может также объединить биологию с другими науками, в которых создание и исследование моделей при помощи компьютера имеет решающее значение. Люди, которые занимаются подобными исследованиями - наиболее известна группа ученых из Института Санта Фе, но есть и много других аналогичных, - ищут общие свойства любых сложных систем, способных к адаптации, от иммунных до социальных. И лучше всего среди них исследован пока именно геном живых существ.

Действительно, может, это и есть лучшая модель для подобных исследований? Хромосомы, по всей вероятности, являются наиболее наглядным средством взаимосвязи мира информации с материальным миром. Они содержат огромное количество цифровой информации, не так уж сильно отличающейся от содержащейся на флоппи-дисках. И в то же время это крохотные молекулярные конвейеры, устроенные таким образом, чтобы обеспечивать физическое самовоспроизведение, полное или частичное, позволяющее воспроизвести информацию, закодированную в любой точке своей спирали. Их тонкая структура, вплоть до каждого атома, предопределена той информацией, которая закодирована в них, - и в то же время это активно действующий крохотный физический инструмент. Если вы хотите понять, насколько сокровенны отношения между информацией и физической сущностью, хранящей эту информацию, лучшей отправной точки, чем зарождающаяся геномная наука, не найти.

По материалам журналов Economist и U.S.News&World Report

Оставайтесь в курсе последних событий! Подписывайтесь на наш канал в Telegram
Заметили ошибку?
Пожалуйста, выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter или Отправить ошибку
ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ
Текст содержит недопустимые символы
ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ
Осталось символов: 2000
Отправить комментарий
Последний Первый Популярный Всего комментариев: 0
Показать больше комментариев
Пожалуйста выберите один или несколько пунктов (до 3 шт.) которые по Вашему мнению определяет этот коментарий.
Пожалуйста выберите один или больше пунктов
Нецензурная лексика, ругань Флуд Нарушение действующего законодательства Украины Оскорбление участников дискуссии Реклама Разжигание розни Признаки троллинга и провокации Другая причина Отмена Отправить жалобу ОК