Пять фактов о ДНК, которых вы еще не знали

День ДНК один из самых молодых праздников в мире. Впервые день ДНК отпраздновали в США в 2003 году в честь 50-летия открытия двойной спирали ДНК – 25 апреля 1953 года Джеймс Уотсон, Фрэнсис Крик, Морис Уилкинс, Розалинд Франклин опубликовали свои работы об открытии ДНК в журнале Nature. Кроме того, в конце апреля 2003 года ученые почти полностью расшифровали генетический код человека в рамках международного проекта «Человеческий » (The Human Genome Project).

Сегодня понимание принципов работы маленькой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты дает нам практически неограниченные возможности – от разведения кроликов, шерсть которых светится в темноте, до лечения рака методом направленного редактирования генома.

«Из двадцати аминокислотных букв Природа построила язык «в чистом виде», на котором выражаются – при ничтожной перестановке нуклеотидных слогов – фаги, вирусы, бактерии, а также тираннозавры, термиты, колибри, леса и народы, если только в распоряжении имеется достаточно времени. Этот язык, столь атеоретичный, предвосхищает не только условия на дне океанов и на горных высотах, но и квантовую природу света, термодинамику, электрохимию, эхолокацию, гидростатику и бог весть что еще, чего мы пока не знаем! Он делает все это лишь «практически», поскольку, все создавая, ничего не понимает. Но насколько его неразумность производительней нашей мудрости! Он делает это ненадежно, он – расточительный владетель синтетических утверждений о свойствах мира, так как знает его статистическую природу и действует в соответствии с ней. Он не обращает внимания на единичные утверждения – для него имеет вес лишь совокупность высказываний, сделанных за миллиарды лет. Действительно, стоит научиться такому языку – языку, который создает философов, в то время как наш язык – только философию», – писал польский философ Станислав Лем.

Мы собрали несколько фактов о ДНК и генной инженерии, о которых вы могли не знать.

1 – ГМО и лосось

Одним из самых распространенных заблуждений касательно ДНК в целом и генной инженерии в частности, является миф о том, что ГМО вредны, поскольку в них содержатся гены. Более того, в кукурузу присаживают гены лосося, и после употребления ее в пищу, человек начинает буквально обрастать жабрами. Или «заражается» раком.

Так говорят или люди, не учившиеся в средней школе, или люди, которые пытаются убедить вас, что вы не учились в средней школе. Разумеется, стоит начать с того, что не только в ГМО содержатся гены, но и в любой органической пище. Поскольку на одних неорганических добавках, вроде хлорида натрия, долго не протянуть – гены придется употреблять в пищу так или иначе.

Что касается генов лосося… Да, в природе существует так называемый «горизонтальный» перенос генов, когда генетический код передается не от родителя к потомку, а от одного организма к другому, например, ретровирусы способны встраивать свой геном в клетки растений, грибов и животных. Но здесь речь идет о «заражении» генами или раком от ГМО. Это практически как утверждать, будто съев жареную картошку Вы сами поджаритесь до хрустящей корочки. Разумеется, это чепуха. Зато ГМО помогает жить и быть здоровыми многим людям.

К примеру, из-за нехватки бета-каротина, который мы привыкли получать из моркови, ежегодно слепнет более 250 тыс детей. Казалось бы – пусть выращивают морковь, да только вот морковь у них не растет. Спасти положение мог бы генномодифицированный «золотой рис» (на самом деле оранжевый, из-за бета-каротина), богатый витамином А. Только вот в 2013 году на Филиппинах вытоптали почти все поля с экспериментальным рисом. Причем, это сделали не фермеры, опасавшиеся конкуренции, а простые доверчивые люди, наслушавшиеся сказок о «жабрах» и ставшие противниками ГМО.

2 – Люди Икс

Многие подростки мечтали получить суперспособность, как у Циклопа из комиксов про людей Икс или стать зеленым Халком, чтобы отомстить хулиганам. Даже некоторые взрослые мечтают отрастить крылья и улететь из душного офиса, чтобы порезвиться в потоках свежего весеннего ветерка.

Насколько реальны ? Начнем с того, что являются неотъемлемой частью нашего существования.

ДНК человека, да и вообще любого существа, все время меняется. Мутации в ДНК неизбежны хотя бы из-за того, что при копировании столько большого объема информации как генетический код, неизбежны ошибки. При каждом копировании генома – которое, кстати, не прекращается ни на секунду, ведь клетки делятся непрерывно – происходят тысячи ошибок, большая часть которых ликвидируется специальными механизмами, но какая-то доля остается и продолжает жить. Так и обеспечивается видовое и индивидуальное многообразие.

«Все организмы являются генетически модифицированными относительно своих предков. Это утверждение справедливо и для человека. Как уже упоминалось, между мной, вами и любым другим представителем вида Homo sapiens, за исключением однояйцовых близнецов, найдется около трех миллионов генетических отличий. Именно столько отличий было обнаружено, когда в 2007 году прочитали один из первых полных геномов отдельного человека, ученого Крейга Вентера, и сравнили , которые он унаследовал от мамы и папы. Три миллиона – это только число точечных одиночных отличий лишь в один нуклеотид, не считая различных хромосомных перестроек, вставок и делеций участков ДНК. Учитывая, что на Земле живут миллиарды людей, будет сложно указать такой участок генома, который не претерпел бы изменений хотя бы у одного живого человека (если не считать участков, мутации в которых несовместимы с жизнью). Упомянутые миллионы отличий появились не сразу, а накапливались на протяжении длительного времени. У человека в каждом поколении возникают десятки новых мутаций. Ребенок не только получает некую уникальную комбинацию генетических вариантов от родителей, но еще около пятидесяти совершенно новых генетических вариантов, которых ни у кого из родителей не было», – рассказывает известный популяризатор науки, кандидат биологических наук Александр Панчин.

Таким образом – вся наша жизнь является одной большой генетической рулеткой, где на кон поставлено все: от цвета волос до предрасположенности к наукам.

Но как же лазеры из глаз и крылья на спине? Пока что искусственная эволюция не достигла таких высот, чтобы прирастить человеку полнофункциональные крылья. Но при помощи генной инженерии уже можно изменять геном взрослой особи – в этом поможет система CRISPR-Cas, перспективная разработка в сфере генной инженерии, дающая возможность направленного редактирования генома.

Систем CRISPR-Cas довольно много и про каждую коротко не расскажешь. Технология основана на иммунной системе бактерий, представляющую собой особые участки бактериальной ДНК, короткие палиндромные кластерные повторы, или CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats). Между идентичными повторами располагаются отличающиеся друг от друга фрагменты ДНК — спейсеры, многие из которых соответствуют участкам геномов вирусов, паразитирующих на данной бактерии. При попадании вируса в бактериальную клетку он обнаруживается с помощью специализированных Cas-белков (CRISPR-associated sequence — последовательность, ассоциированная с CRISPR), связанных с CRISPR . Если фрагмент вируса «записан» в спейсере CRISPR , Cas-белки разрезают вирусную ДНК и уничтожают ее, защищая клетку от инфекции.

В 2013 году ученые открыли, что система CRISPR-Cas может работать и в клетках высших организмов, исправляя неправильные последовательности генов. Зачем это нужно? CRISPR-Cas может вылечить или даже рак. Кроме того, с ее помощью можно добавить в геном человека что-то полезное – «вырезать» не самые хорошие гены и «вклеить» те, что получше. Таким образом можно получить, к примеру, суперсилу, стопроцентное зрение и абсолютный слух.

3 – Черепашки-мутанты-ниндзя

С людьми Икс мы разобрались. А могут ли в реальности существовать Бибоп и Рокстеди или четверка черепах-мутантов, владеющих ниндзюцу?

В природе существует такое явление как химера – это организм, состоящий из генетически разнородных клеток, результат естественного или искусственного сращивания тканей, принадлежащих разным организмам. Название произошло от древнегреческой мифической твари – огнедышащего чудовища с телом козла, головой льва и хвостом змеи. Первую впервые термин применил немецкий ботаник Ганс Винклер в 1907 году, когда успешно скрестил паслен и томат.

С тех пор, помимо естественных химер, вроде химер-мышей с двойным окрасом и разными глазами, стали появляться искусственные. В 1980-х ученые создали межвидовую химеру овцы и козы.

Эмбрионы были хирургическим путем извлечены из коз и овец на шестой и седьмой день, соответственно, после первого дня течки. После ферментативного удаления zona pellucida – блестящей оболочки, окружающей яйцеклетку – внутренняя клеточная масса козы была отделена от бластоцисты хирургическим путем с применением специфических иммунных сывороток.

Внутреннюю клеточную массу ввели в бластоцисты овец с помощью микроманипулятора. Двадцать две обработанные бластоцисты ввели 12 овцам для дальнейшего вынашивания. Девять овец родили в общей сложности 13 ягнят (выжило 59 % эмбрионов). Девять из них были обычными ягнятами, один оказался козленком, и два — межвидовыми химерами.

У полученного организма наблюдался разный тип шерсти на участках кожи, содержащих клетки овцы и клетки козы.

На этом наука не остановилась. В 2017 году ученые из калифорнийского института Солка (Salk Institute) создали химеру-эмбрион – свинья с клетками человека. Если предыдущий опыт создал химеру из двух особей семейства жвачных парнокопытных, то у человека и свинья общий только класс – млекопитающие.

Ученые вживляли человеческие стволовые клетки в эмбрионы свиньи. В результате получалась смесь из человеческих и свиных клеток, которую на месяц подсаживали самке свиньи. Из 2075 эмбрионов 186 смогли развиться до срока 28 дней, после чего были удалены. По данным ученых, человеческие клетки в эмбрионах успешно функционировали. Руководитель исследования Хуан Карлос Бельмонте рассказал, что конечной целью исследования является выращивание функционирующих тканей и органов для трансплантации.

4 – Тест на материнство? Серьезно?

Человеческие химеры тоже существуют и порой приводят к курьезным ситуациям.

Лидия Фэйрчайлд из штата Вашингтон США после развода со своим мужем Джейми Таусендом обратилась к государству за социальным пособием. Для его получения, Лидии и Джейми пришлось подтвердить и материнство при помощи ДНК-теста. Здесь и начинается история – тест показал, что Джейми действительно отец детей, а вот Лидия не является матерью ни одного из них. Более того – в это время Фэйрчайлд была беременна четвертым ребенком и тест ДНК сделанный прямо после его рождения показал тот же результат – женщина, только что родившая малыша, не является его матерью. Полиция арестовала Фэйрчайлд и выдвинула обвинение в мошенничестве. К счастью, адвокат Лидии обнаружил статью в журнале New England Journal of Medicine, где был описан похожий случай. После множественных анализов выяснилось, что Лидия Фэйрчайлд является химерой и принадлежат ей. Просто гены матки и гены волосяного покрова были абсолютно разными, вот ДНК-тест и показывал, что Лидия не имеет отношения к своим детям.

5 – Парк Юрского периода

Один из вопросов, волнующих научное сообщество – можно ли, в конце концов, клонировать динозавра?

На вопрос может ответить палеонтолог университета Северной Каролины Мэри Швейцер, обнаружившая в окаменелостях динозавров мягкие ткани. Ответ на вопрос «можно ли извлечь из кости динозавра подлинную ДНК?» прост – да, можно. А вот есть ли она уже сейчас, не совсем ясно. Ученые полагают, что молекула ДНК вряд ли может храниться дольше, чем миллион лет. При самых оптимистичных прогнозах и идеальных условиях – не более 5-6 миллионов. Динозавры же вымерли 65 миллионов лет назад.

Однако, попытки прекращать не стоит, ведь даже если образец будет принадлежать не динозавру – об этом можно будет узнать по нескольким признакам:

1 – Ученым известно более 300 признаков, связывающих динозавров с птицами, они убедительно доказывают, что птицы произошло от динозавров-теропод. Поэтому последовательность ДНК, полученная из кости динозавра, должна совпадать с ДНК птиц по рядку признаков. Более того, она должна быть больше похожа именно на птичий геном, а не на, допустим, крокодилий.

2 – Если ДНК динозавра, пролежавшая в земле 65 миллионов лет, вдруг окажется состоящей из длинных цепочек, относительно легко поддающихся расшифровке, то скорее всего это лже-динозавровая ДНК и попала она туда случайно. Ведь настоящие молекулы ДНК динозавров будут сильной фрагментированными, и с трудом поддадутся современным методам секвенции, разработанными для здоровой ДНК современных организмов.

3 – Если белки и ДНК успешно сохранились с мезозойских времен, их связь с динозаврами должна подтверждаться не только секвенированием, но и другими методами научного исследования. Например, связывание белков со специфическими антителами докажет, что это действительно белки из мягких тканей, а не загрязнение из внешних горных пород. Во время исследований Мари Швейцер с коллегами смогли успешно локализовать вещество, химически подобное ДНК, внутри клеток кости тираннозавра Рекса, используя как методы, специфические для ДНК, так и антитела к белкам, ассоциированным с ДНК позвоночных.

Сейчас полноценно клонировать динозавра, как это было с пресловутой овечкой Долли, не представляется возможным. Но кропотливая работа позволит выделить и восстановить полную цепочку генетической информации какого-нибудь древнего ящера. Дальше дело зависит только от того, насколько упорно будут трудиться ученые, и как много мы готовы пожертвовать средств и ресурсов на парк Юрского периода, населенный динозаврами всех форм и размеров.

Cергей Ошаров

Источник http://1line.info


ПОХОЖИЕ ПУБЛИКАЦИИ:


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Введите правильный ответ: *