Каждую человеческую клетку можно сравнить с огромной
фабрикой, на которой более двадцати тысяч рабочих-генов вместе делают
одно общее дело. Продукты труда генов – белки – используются и на
строительстве самого завода (такие белки называют структурными), и в
качестве орудий труда – как, например, разнообразные ферменты,
участвующие в мириадах химических реакций в клетках. Кстати,
ремесленников, делающих орудия труда, куда больше, чем кирпичников,
бетонщиков и даже строителей.
На заводе есть отдельные
структурные элементы, белки-начальники и белки-бригадиры, запускающие
разнообразные процессы, многочисленные системы, поддерживающие жизнь
завода и позволяющие ему функционировать так, как предписано
генетическим кодом. Если продолжать аналогию, то весь организм можно
представить огромным государством с многоотраслевой промышленностью,
регулирующими органами и институтами и даже многочисленной армией
чиновников.
Правда, ни одно государство мира и близко не может сравниться по сложности своего устройства с какой-нибудь «примитивной» рыбёшкой из Юрского периода.
Далеко не все рабочие рождаются идеальными: при размножении в генах
неизбежно появляются мутации. У кого-то из рабочих нет руки, у кого-то
бельмо на правом глазу, кто-то родился горбатым. Все эти дефекты
неизбежно отражаются на качестве производимого ими продукта – в отличие
от людей, гены не могут по своей воле переключиться на производство
чего-то такого, чему их ограниченные способности не вредят.
Наследственные заболевания и генные болезни
группа заболеваний, возникающих в результате повреждения ДНК на уровне
гена. Термин генные болезни применяется для заболеваний, связанных с
единственным геном.
Однако зачастую заводы и целые
организмы могут продолжать работу и будучи построенными из, говоря
условно, треугольных кирпичей – не говоря уж о потере какой-нибудь
сигнальной функции в клетке. В этих случаях говорят о врождённых
заболеваниях. На сегодня каталогизированы около полутора тысяч генов,
определённые мутации которых приводят к разнообразным фенотипическим
изменениям в организме, но всё-таки позволяют человеку родиться.
Томислав
Домазет-Лошо и Дитард Таутц из Института эволюционной биологии
германского Общества имени Макса Планка задались вопросом о том, какие
гены в человеческих ДНК наиболее подвержены таким изменениям. Где, в
каких цехах наших клеточных заводов трудятся рабочие, которые
производят больше всего брака?
И самое интересное – какие этапы биологической эволюции дали нам больше всего бракоделов?
Чтобы разобраться с этим вопросом, учёные применили разработанную ими
методику «филостратиграфии». За последние годы были расшифрованы геномы
организмов, находящихся на разнообразных ветвях эволюционного древа, и
по наличию сходных генов на разных ветвях стало возможным отследить, на
каком уровне появился тот или иной ген. Современные данные позволяют
Домазет-Лошо и Таутцу проследить 19 таких страт – начиная от бактерий,
к многоклеточным, млекопитающим и приматам, вплоть до самого человека. Результаты
такого анализа приняты к публикации в Molecular Biology and Evolution;
отличий между болезнями, вызванными повреждениями одного гена и
полигенными причинами, учёные не делали.
Разные гены нашего
организма возникли на разных этапах эволюции, причём большинство
присутствовало ещё у самых-самых далёких предков «венца творения».
Трудно поверить, но более половины наших генов в том или ином виде
присутствовали ещё у одноклеточных организмов, причём большая часть
этой половины возникла даже до появления у клеток ядер. А вот всё
развитие млекопитающих добавило лишь около 10% от общего числа генов в
нашем организме.
Простая логика подсказывает, что от самых
древних организмов человеку достались гены, ответственные за самые
базовые клеточные процессы. Потому мутации в них должны приводить к
дефектам, несовместимым с жизнью, и в категорию «врождённых»,
предполагающую это самое рождение, попасть не могут. Кроме того, эти
гены миллиарды лет находились под влиянием процесса селекции и могли бы
уж как-то «устаканиться» в виде, для которого мутации не так важны.
В
то же время гены, отделяющие человека от обезьян – не бог весть какое
отличие в глобальной эволюционной картине, не так важны. Ну, что мешает
человеку родиться покрытым шкурой или неспособным к математическому
анализу? Да и что такое миллион лет по сравнению с миллиардами? Потому
учёные полагали, что среди генов-новичков будет больше доля таких, что
приводят к врождённым болезням.
Оказалось, что всё совсем наоборот – генетические болезни чаще связаны именно с древними генами.
Как показывает анализ почти двух тысяч генов, вызывающих различные
врождённые заболевания, болеем мы до сих пор из-за генов, доставшихся
от наших самых далёких предков. А те новшества, которые природа впервые
реализовала в млекопитающих, практически никогда не приводят к генным
болезням.
При
этом речь не об абсолютных значениях – древних генов просто больше, а
об относительных. Если из 8 тысяч генов самого древнего
филостратиграфического уровня с генетическими болезнями связаны чуть
меньше тысячи, то среди двух тысяч генов, появившихся за 100 миллионов
лет развития плацентарных млекопитающих, таких «болезнетворных» генов –
меньше десятка. Больше всего доля таких генов среди тех реликтов, что
достались нам от доклеточных организмов и последних предшественников
многоклеточных организмов, расцветших в ходе знаменитого «Кембрийского
взрыва».
Количество
генов на разных уровнях филостратиграфии, расположенных по горизонтали.
Синим показаны все гены человеческого организма, красным и зелёным -
гены, связанные с генными болезнями. Уровни, соответствующие отдельным
пикам, подписаны. // Domazet-Loo & Tautz / Molecular Biology and
Evolution
Однако у работы есть и необычное практическое звучание. Сейчас «золотым стандартом» при исследованиях генных болезней считаются эксперименты на мышах. Но если большинство из них можно моделировать на нематодах и дрозофилах, зачем тратить время, деньги и усилия, работая с млекопитающими? По мнению авторов, если речь идёт не о биологической функции, а о чисто теоретических вопросах вроде причин возникновения генных болезней, лучше работать с теми модельными организмами, у которых эти болезни и возникли.
Источник: http://www.gazeta.ru