ЧАСТЬ II. ГЕНЕТИКА.
Глава 3. Геном.
Кто, как и где отдает приказы на начало и порядок дифференцировки не ясно, а вот сами механизмы, превращающие эмбриональные клетки в узкоспециализированные изучены в той или иной степени достоверности и детализации.
Однако мы ничего не поймем, если не прикоснемся и не вспомним еще одну «скучную» тему общей биологии школьной программы. Скучную, потому как невообразимо сложную, наполненную какими-то труднопроизносимыми терминами, а часто просто аббревиатурами, и идеями, понять которые сходу не представляется возможным.
Не волнуйтесь, мои дорогие читатели, я не собираюсь тут пересказывать популярный учебник науки, которую в СССР обозвали «продажной девкой империализма».
Но кое-что нам придется «вспомнить».
Кто никогда не слышал, что вся информация о будущем человеке хранится в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты, а проще ДНК?
ДНК – полимер и очень длинная молекула. И тем не менее у человека она разбита на 46 кусочков, составляющих 23 пары хромосом. Если все 46 кусочков ДНК, содержащихся в ядре практически каждой клетки человека, вытянуть в одну линию, ее длина окажется около двух метров. Два метра закрученных в такие тугие узелки, которые нельзя увидеть не только невооруженным глазом, но и в обычный оптический микроскоп без специальных приспособлений.
Почему у человека 46 хромосом? Ответа, думаю, не знает никто. Ни сложность строения организма, ни продолжительность жизни, ни какие-либо иные показатели никак не влияют на величину ДНК и количество хромосом. Например, у знаменитой крошечной плодовой мушки дрозофилы хромосом всего 8. Оно и понятно, она такая маленькая и так простенько устроена. А вот у глупой курицы – 78 хромосом. А у краба вообще 254. Тут мой читатель может решить, что, мол, потому много у краба, что ДНК его раздроблено на более мелкие кусочки, чем у человека.
Однако это не совсем так. Двойной полимер (состоящий из двух параллельных цепочек) ДНК состоит из мономеров – нуклеотидных оснований, находящихся в молекуле ДНК в виде пар (чуть далее я расскажу о них). Таких пар оснований – и естественно от их количества и зависит длина молекулы ДНК – у человека порядка 3,2 миллиардов. Много это или мало?
У растения вороний глаз (Paris japonica), обитающего на японских островах ДНК содержит 150 миллиардов пар оснований, т.е. молекула ДНК этого ничем особенно непримечательного растения примерно в 50 раз длиннее человеческой. И выходит так, что человек должен быть устроен в 50 раз проще какого-то цветка.
Участок ДНК, который несет информацию о структуре одного белка принято называть гЕном (1). Это очень упрощенное определение гена, но пока нам подобного представления вполне достаточно.
Сколько у человека генов? Однажды некто из биологов решил, что генов у человека никак не менее 100000. Почему именно столько? С одной стороны красивая круглая цифра, с другой единственному разумному существу на планете никак не престало иметь меньшее количество генов. И вот развитие науки, наконец-то, создало возможность точно подсчитать все гены человека.
В 1990 году с большой помпой стартовал Проект человеческий генОм (The Human Genome Project, HGP) (2). Руководителем проекта избрали американского биолога Джеймса Дьюи Уотсона (James Dewey Watson), того самого, что в 1962 году совместно с Френсисом Криком (Francis Harry Compton Crick) и Морисом Уилкинсом (Maurice Hugh Frederick Wilkins) получил Нобелевскую премию за расшифровку структуры ДНК и тот, кто в 2007 году заявил на весь мир: «Я, вообще-то, вижу мрачные перспективы для Африки, потому что вся наша социальная политика строится на допущении факта, что у них уровень интеллекта такой же, как у нас – тогда как все исследования говорят, что это не так».
Целью проекта было полностью расшифровать ДНК человека, молекулярную последовательность в каждой цепочке каждой хромосомы, выделить каждый ген, с весьма благородными целями: определить генетические причины многих ужасных заболеваний, узнать механизмы старения и попробовать продлить жизнь.
Не без сопротивления со стороны противников деньги на проект получили. Эмблемку придумали (см.рис.). И работа завертелась. Обещали проделать всю работу качественно и в кратчайшие сроки. А денег получили ни много ни мало 3 миллиарда. Естественно, не рублей. Ряд стран скинулись, кто сколько смог, в том числе и Россия.
Сколько бы тянулись эти сроки неизвестно, но вдруг на сцене появляется некий Джон Крейг Вентер (John Craig Venter). Вентер – американский ученый-генетик, но главное, предприниматель. Ну, просто Илон Маск, но только в биологии. Он организует частную компанию Celera Genomics, привлекает инвесторов и обещает, что деньги их окупятся сторицей, но главное обещает, что проделает туже работу, что и HGP, но только за три года и в 10 раз дешевле, т.е. всего за 300 млн. Вентер деньги нашел и стартовал в путь в 1998 году.
«Международный экипаж» был в откровенном шоке. Пришлось поторопиться. И после необъявленной войны и примирения не без волевого участия Била Клинтона обе стороны на совместной конференции объявили о завершении работ 26 июня 2000 года. А затем еще раз и уже окончательно в 2003 году. И если мой читатель решит, что всё о*кей и хэппи энд, спешу разочаровать. На сегодняшний день так и неизвестно, сколько же всего генов у человека. Так на что потратили такие деньги?
Нельзя сказать, что потрачены они были просто впустую. Достижения, конечно, грандиозные. Геном человека в целом был расшифрован почти. Но дело это не простое. И естественно, присутствуют разные погрешности. Которые в дальнейшем устранялись, корректировались, а полученные данные уточнялись.
Когда приступали к работе, большинство было уверено, что генов у человека должно быть, как я уже говорил, никак не менее 100000. А что же получилось? В 2000 году полагали, что генов порядка 30 – 40 тысяч. Но уже к 2003 стало ясно, что их не может быть более 24000. На сегодняшний день принято, что генов у человека примерно (так как геном так полностью и не расшифрован) 20500, почти столько же сколько у маленького червячка Caenorhabditis elegans длинной около 1 мм (!).
Процессу определения нуклеотидной последовательности ДНК придумали изящное название секвенирование. Первым человеком кому «полностью» секвенировали его ДНК и был как раз Джеймс Уотсон. Ему вручили диск, на котором была записана его ДНК. Изготовление подобного диска имеет вполне определенную цену, что-то порядка 1 миллиона долларов. Но в недалеком будущем, как обещают, подобную процедуру с секвенированием своего генома сможет позволить себе каждый желающий всего за 1000 долларов. Очень здорово! Но я так и не понял. Вот заплачу я эту тыщу, получу диск, а дальше что?
Так как некоторая часть генома человека осталась, что называется за семью печатями, решили зайти с другой стороны. А что, если определить и пересчитать все белки в организме человека. Ну, а каждому белку, по определению, соответствует свой определенный ген.
Проект по аналогии назвали «протеОм человека» – Human Proteome Project (HPP). Создали специальную Организацию по изучению протеома человека (Human proteome organization, HUPO), которая и будет заниматься этим вопросом. И в 2010 году работа завертелась.
Прошло десять лет, а победных фанфар не слышно. Может ли подобная работа быть завершена, мне неизвестно. Тут есть несколько причин. Протеом человека значительно сложнее генома, хотя бы потому, что белков в организме человека порядка пары миллионов. Но как такое может быть? Генов-то около 20000. Это связано с тем, что готовый белок подвергается непрерывным изменениям (модификациям) образуя разнообразные протеоформы. Выходит так, что ген, кодирующий белок, на самом деле кодируют целое семейство белков, образованных различными посттрансляционными модификациями. А к возникновению подобных модификаций ген отношения не имеет. Таким образом, протеом человека в отличие от генома штука непостоянная, но непрерывно меняющаяся во времени.
И еще есть, так называемые «потерянные белки». Существование их экспериментально не доказано, но данные о том, что они кодируются геномом, существуют. По оценкам таких белков не менее 18% всех кодируемых белков.
А кроме того, существуют и чисто технические трудности, рассмотрение которых не имеет значения для нашего повествования.
А теперь нам необходимо вернуться к более земным и прозаичным вещам. И познакомиться с тем, как оно все там устроено.
(1) Ген любой участок хромосомной ДНК, который транскрибируется в функциональную молекулу РНК или сначала транскрибируется в РНК, а затем транслируется в функциональный белок (Стивен Зальцберг Steven L. Salzberg).
(2) Геном – это наследственный аппарат клетки, содержащий весь объем информации, необходимой для развития организма, его существования в определенных условиях среды, эволюции и передачи всех наследственных свойств в ряду поколений. Наука, изучающая молекулярную структуру и функции геномов живых организмов, получила название «геномика».
Продолжение http://proza.ru/2021/04/27/497