Что такое жизнь?
Этот вопрос стал движущей силой развития генетики (от греческого genetikos — «относящийся к рождению, происхождению») — науки о происхождении жизни, в центре внимания которой вот уже более 50 лет находится молекула ДНК.
Открытие, которое перевернуло мир
«Мы только что открыли секрет жизни!» — так 28 февраля 1953 года Френсис Крик и Джеймс Уотсон сообщили о своем открытии структуры ДНК. Что нового привнесло оно в науки о жизни?
До этого было известно, что ДНК — большая молекула, в которой с помощью «четырехбуквенного алфавита» записана информация о строении и свойствах живых существ.
Но оставалось непонятным, как эта информация передается из поколения в поколение и материализуется в эти самые структуры и свойства, а также какова пространственная структура ДНК.
Разгадка структуры ДНК помогла ученым понять механизмы ее копирования и материализации. ДНК состоит из двух цепей, которые комплементарны (дополнительны) друг другу.
Копирование ДНК происходит за счет достраивания на каждой исходной цепи ДНК, как на матрице, дополнительной к ней копии.
Так из одной двойной спирали ДНК получаются две абсолютно идентичные ей двойные спирали, что и необходимо для сохранения генетической информации при делении материнской клетки на две дочерние.
Матричный принцип лежит также в основе поэтапной материализации генетической информации: на одной из цепей ДНК образуется комплементарная ей цепь другой информационной молекулы — РНК, которая, в свою очередь, служит матрицей для синтеза белков, от количества и качества которых зависят структуры и свойства конкретного организма.
Насколько это открытие значимо для постижения тайны жизни?
С одной стороны, знания структуры ДНК явно недостаточно для того, чтобы ответить на вопрос «что такое жизнь?».
Но с другой — именно это открытие сделало «научным» очень древний и очень важный вопрос о взаимосвязи потенциального и проявленного — на примере связи информации о структурах и свойствах организма с самими структурами и свойствами.
И не только поставило этот вопрос, но и дало ключ к ответу на него. Этот ключ — матричный принцип, принцип комплементарности.
Путь от гена до признака
Что означает классическая фраза из учебника: «ДНК — носитель генетической информации»? Как генетическая информация связана со структурой ДНК?
Каким образом информация воплощается в конкретных свойствах организма?
Если за точку отсчета генетической информации принять структуру ДНК и далее следовать структурной модели, то путь от гена до признака будет выглядеть так: в последовательности ДНК зашифрованы все свойства организма;
линейная структура конкретного гена однозначно определяет линейную структуру соответствующего ему белка, которая, в свою очередь, однозначно определяет роль этого белка в формировании того или иного признака.
Другими словами, «ДНК рождает РНК; РНК рождает белок, а белок рождает нас с вами» (Ф. Крик).
Если это верно, то для того, чтобы изменить тот или иной признак (например, вылечить болезнь, имеющую генетические корни), достаточно установить соответствующую ему последовательность участка ДНК и исправить ее.
Но так ли все просто?
Достаточно ли знаний (хотя они бесспорно верны и необходимы!) о структурных соответствиях на пути от гена к признаку, для того чтобы понять и воспроизвести этот путь?
Последние достижения генетики показали, что недостаточны. В 2003 году в рамках проекта «Геном человека» была полностью определена линейная структура ДНК человека (и многих других простых и сложных организмов).
Как сказал один из ученых, «прочитаны все буквы, которыми написана толстая книга, теперь еще понять бы слова и их смысл».
Выяснилось, что собственно генов (участков ДНК, кодирующих белки) у человека около 30 000, и это лишь 1–3% всей ДНК!
Столько же генов у растения Arabidopsis taliana и рыбы фугу.
Более того, 99% генов человека совпадают с генами мыши, то есть человек имеет всего 300 генов, которых нет у мыши. (Трудно представить, что у нас и мышей одинаковы еще и 99% признаков!)
Дальше — больше. Оказалось, что однозначная взаимосвязь между геном и белком существует только у бактерий.
А у человека возможно образование многих белков на основании одного гена (максимально известное сегодня число разных белков, кодируемых одним геном, — 40 000!) и возникновение многих функций у одного белка.
Получается, что путь от потенциального к проявленному, от генетической информации к признаку отнюдь не линейный;
что каждый признак является результатом сложных взаимодействий многих генов и их продуктов-белков;
что само понятие «ген» из-за своей неоднозначности вряд ли может служить «отправным пунктом» этого пути.
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.