Что же делает лишняя ДНК?

Намек на ответ можно найти в следую¬щей аналогии. Мой коллега Владимир Васильевич Меншуткин, крупнейший наш специалист по моделированию биологиче¬ских процессов, как-то решил смоделиро¬вать на быстродействующей ЭВМ процесс эволюции. В машинную память были вложены описания простейших организмов вроде членистого червя или же ланцетни¬ка и, подчиняясь простейшим закономерно¬стям, вложенным в программу, эволюционировали — вплоть до существ, уже похожих на предка человека — питекантропа, на ху¬дой конец австралопитека. Но машина не приемлет человеческого многословия и опи¬сание вновь полученных форм выдает в ви¬де краткой строчки условных символов с индексами. Ее приходилось расшифровы¬вать, переводить в слова и полученного ма¬шиной зверя рисовать самому..


В. В. Меншуткин решил и этот послед¬ний этап — реконструкцию — возложить на машину: пусть она, например, на экране дисплея сама изобразит то животное, кото¬рое создала. Однако это оказалось неожи¬данно трудным. Когда мы рисуем машин¬ное животное по выданному описанию, то не пририсовываем, например, хвост к голо¬ве и передние ноги изображаем впереди задних, а не наоборот. К информации, вы¬данной машиной, мы неявно прибавляем свою, из собственной головы. Но машина правильного расположения частей тела, увы, не знает. Ее приходится этому учить — закладывать в машинную память инструкцию по расположению и соотноше¬нию частей. Неожиданно получилось, что объем информации, заключенный в этих инструкциях, значительно превышает само¬описание!
А ДНК учить некому, она должна вос¬производить сложный фенотип сама, без помощи более сложных информационных систем. Значит, помимо ДНК, потребной для кодирования белков, должна быть регуляторная, которая еще неизвестными нам пу¬тями «включает» и «выключает» нужные и ненужные данной клетке гены.



Cхема возникновения разнообразия клеток организма. Оплодотворенная яйцеклетка дробится на 2, 4, 8, 16… бластомеров. Уже на стадии 8 бластомеров у высших орга¬низмов появляются различия в наборе бел¬ков клеток, хотя морфологически они еще неразличимы. Лишь впоследствии клетки становятся разнообразными. Часть этого многообразия показана в нижнем ряду.

На рисунке дана схема становления сложного многоклеточного организма. Оп¬лодотворенная клетка дробится на два бластомера, потом на четыре. На этих стади¬ях бластомеры одинаковы. Недаром, слу¬чайно разъединившись, они развиваются са¬мостоятельно и становятся идентичными копиями одного организма — однояйцевыми близнецами. Кстати, идентичными не сов¬сем— из одной половинки часто развивает¬ся правша, из другой — левша.

Но уже после третьего дробления клетки зародыш становится неидентичным по раз¬меру, набору синтезируемых белковых мо¬лекул и будущей судьбе в развивающемся организме. В результате у млекопитающих возникает около сотни различных типов клеток. Из этого многообразия на схеме показана ничтожная часть. И фактически все клетки, столь различные по форме и функциям с генетической точки зрения, от¬личаются только тем, что в них синтезиру¬ются разные белки, то есть транскрипция РНК идет с разных генов. В то время как геномы у них, как правило, остаются оди¬наковыми. Из этого правила есть исключе¬ния. Как уже упоминалось, эритроциты млекопитающих вообще теряют ядра. У ор¬ганизмов со строго фиксированным числом клеток фенотипа часть материала хромосом выбрасывается из ядра — это та ДНК, ко¬торая не нужна для жизнедеятельности специализированным клеткам. Особенно это наглядно у аскариды — ее хромосомы в процессе развития как бы обтрепываются, теряя значительные куски, лишь клетки, из которых развиваются половые, сохраня¬ют геном в целости.

Но это — исключение. А в подавляющем большинстве случаев, как бы ни отличалась клетка от исходной яйцеклетки, набор ге¬нетических инструкций в ней — ее геном стабилен. Поэтому если мы каким-то спо¬собом активируем спящие, заблокирован¬ные гены ядра, мы заставим клетку раз¬виваться по несвойственному ей пути. В этом нас убеждают многочисленные опыты. Вот один из них, теперь широко известный, но, быть может, самый краси¬вый. Английский ученый Дж. Гордон при помощи микроманипулятора — прибора, по¬зволяющего разрезать бактерию на две равные половинки, вынул из клетки ки¬шечного эпителия шпорцевой лягушки ядро и ввел его в яйцеклетку другой лягушки (ядро в этой яйцеклетке было убито уль¬трафиолетовым излучением). Чужое ядро прижилось, яйцеклетка стала дробиться, и получился нормальный головастик. Ля¬гушка, получившаяся из него, обладала все¬ми признаками той особи, из которой взя¬ли ядро.

Кстати, любопытный вопрос: кто мать и кто отец полученной в эксперименте ля¬гушки? Для наглядности ядро извлекалось из клетки бело-розовой лягушки-альбино¬са и пересаживалось в яйцеклетку обыч¬ной, зеленовато-бурой. Все полученные та¬ким способом особи оказались альбиноса¬ми. Ясно, что донор яйцеклетки не может быть матерью. Лягушка, в яйцеклетку ко¬торой было пересажено ядро,— всего лишь своеобразный инкубатор. Отец же и мать этого фантастического лягушонка — родите¬ли той особи, от которой было позаимство¬вано ядро.

Итак, проблема «лишней» ДНК как буд¬то бы разрешается. Это в основной своей части регуляторная ДНК, диктующая клет¬ке, кем ей быть. Дифференцированные клетки, в свою очередь, взаимодействуя друг с другом, как аминокислоты в поли¬пептидной цепочке, образуют новые струк¬туры. Эти новые структуры — ткани орга¬низма. И из этих тканей возникают органы и в результате — весь организм в целом. Матричный синтез и самосборка — вот что определяет, в конечном счете, построение фенотипа.
http://clubelit.ru/archives/112/