Что такое спящий ген. База непонятных данных: Библиотека. Благословение или проклятие

Ученые заявили, что более 90 процентов ДНК человека - это эволюционный "мусор", не имеющий никакого смысла. Означает ли это, что изучение генома можно значительно сузить, сэкономив колоссальные средства?

Елена Кудрявцева

Сто миллионов лет назад будущий человек не особо отличался от мыши, утконоса и лошади, по крайней мере, с точки зрения генетики.

Этот милый парадокс - вывод, к которому пришли ученые из Оксфордского университета, когда решили сравнить, как на протяжении эволюции менялись геномы разных млекопитающих. С этой целью исследователи для начала попробовали выделить какие-то общие части геномов у разных видов. А в итоге пришли к тому, что все животные имеют огромную часть древних спящих генов и лишь незначительную долю работающих. У человека, к примеру, эта доля составляет всего 8,2 процента.

Мы, как правило, ожидаем, что все части нашей ДНК должны что-то делать,- говорит один из авторов работы, доктор Крис Рэндс из лаборатории функциональной геномики Оксфордского университета,- но это далеко не так. В действительности функционирует лишь небольшая часть.

Все же остальное, уточняют его соавторы по нашумевшей публикации об этом исследовании в авторитетном журнале PLoS Genetics, по всей вероятности, бесполезно и является эволюционным "мусором". Вообще, работа британских ученых возродила давнюю войну между сторонниками теории "мусорной ДНК" и теми, кто считает геном человека полностью функциональным. Подобный поворот в принципиальном научном диспуте примечателен уже потому, что несколько лет назад сторонники теории "полностью функционального генома", потратив на доказательство своей правоты почти 10 лет и 200 млн долларов в рамках проекта ENCODE, праздновали окончательную победу. Другое дело, что их оппоненты уже тогда намекали, что за такие огромные деньги они, в принципе, не могли не найти того, что искали...

Очень темная материя

"Мусорная ДНК" - это, по сути, гигантский эволюционный шлейф, который тянется за человеком миллионы лет и бережно хранится в кладовых его клеток. Долгое время считалось, что этого шлейфа нет только у вирусов и бактерий, которые столь малы, что еле умещают в себе необходимые для жизни гены, не то, что какие-то "скелеты" из прошлого. Огромный объем этого "мусора" по сравнению с полезной частью давно ставит ученых в тупик, и они даже сравнивают эту непонятную область нашего генома с темной материей во Вселенной, которая составляет ее гигантскую часть, но до сих пор скрыта от человека.

Впрочем, уже есть технологии, которые позволяют эту самую "мусорную ДНК" пощупать. Оказалось, что она состоит из весьма не похожих друг на друга частей. Например, из древних ретровирусов, которые когда-то свирепствовали на Земле, а потом по неизвестной причине перестали размножаться и застыли в нашем геноме, как след от каблука в бетоне. Еще есть не работающие лишние копии генов, которые отвечали за что-то тысячи лет назад. Еще есть спящие гены, которые отвечают, к примеру, за способность отбрасывать хвост, и так далее.

Все знают, что ДНК является носителем генетической информации человека и других организмов,- говорит Дмитрий Штокало из Института систем информатики им. А.П. Ершова СО РАН, который занимается изучением "мусорной" части ДНК.- Код последовательности ДНК определяет, что человек является человеком, мышь - мышью, а муха - мухой. Но как все это работает, ученым до сих пор неясно: сегодня известен механизм работы примерно 3-8 процентов генома, а функция остальных покрыта мраком, так что часть ученых относит ее к бесполезному "мусору". Правда, оппоненты этой теории говорят, что если сравнивать мышь и человека, то окажется, что те самые функциональные 3-8 процентов у нас почти одинаковы. Напрашивается вывод, что именно "мусорная ДНК" на самом деле несет в себе какую-то функцию, которая, собственно, и делает человека человеком.

О пользе мусора

Разговоры о том, что гигантский багаж, который человечество тащит за собой в собственных генах, не такое уж пассивное наследие, начались после расшифровки генома в 2003-м. По одной из версий, "мусорная ДНК" вообще двигатель эволюции: ученые посчитали, что если бы эволюция шла постепенно за счет мутаций в функциональной части ДНК, человек так бы и не возник до сих пор - не хватило бы времени. Но, на наше счастье, эволюция шла рывками, которые выводили виды на новые витки развития. Возможно, происходило это именно благодаря "мусорной ДНК", вернее, ее особой части, которую окрестили "прыгучим геномом". Так называют небольшие кусочки генома, которые ведут себя по типу вирусов - могут вырезать себя из одного места хромосомы и переставлять в другое.

В прошлом году биологи из Йельского университета (США) установили, что именно так, к примеру, 100 млн лет назад будущий человек потерял сумку на животе и стал вынашивать детей в утробе: кусок "мусорной ДНК" вытеснил из генома часть, соответствующую сумчатым. Если бы этого не произошло, мы бы, как кенгуру, носили детей в кармашках. По мнению биолога Александра Маркова из Палеонтологического института РАН, вполне может оказаться, что собственно эволюция человека, то есть увеличение мозга, членораздельная речь и вообще "превращение обезьяны в человека", тоже шло под контролем этих подвижных кусочков генома.

Великое раскодирование

Самой крупной попыткой разобраться в генетическом эволюционном "мусоре" стал проект ENCODE, стартовавший в 2003-м с подачи Национального института по изучению генома человека США. В нем приняли участие более 400 ученых из 32 лабораторий США, Великобритании, Японии, Испании и Сингапура. Цель проекта - понять, как работает геном, особенно те его части, которые не производят белок. Прорыв в работе столь солидной группы ученых произошел примерно 5 лет назад, когда появились технологии ускоренного прочтения генома: если в первый раз его читали 14 лет, то теперь ту же работу научились делать за две недели. Участники проекта изучили огромный массив информации и выяснили: так называемая мусорная ДНК содержит некие переключатели, которые сами не работают, но каким-то образом регулируют работу других генов и от них в том числе зависит вероятность возникновения той или иной болезни - от диабета и рака до сердечно-сосудистых или психических расстройств.

Россия в ENCODE не участвовала, но работала в схожих группах, например в "Проекте по исследованию некодирующей РНК" вместе с французами и американцами.

Мы взяли самые современные технологии прочтения генома человека и поискали те участки, которые, с нашей точки зрения, могли бы исполнять какие-то функции,- рассказывает Дмитрий Штокало.- Чтобы проверить догадку, коллеги на Западе заблокировали эти участки в геноме раковых клеток и у тех включился механизм запрограммированной смерти. А рак, как известно, зачастую возникает именно из-за того, что клетки начинают бесконтрольно делиться и теряют способность к самоуничтожению. Так что в перспективе эти данные можно использовать для создания нового поколения лекарств и диагностики онкологических заболеваний.

Правда, сторонники "мусорной теории", включая оксфордских ученых, уверены: пока не изучен механизм действия этих загадочных участков генома, делать выводы преждевременно. Что мы получим на выходе - суперэффективные генетические лекарства или пустышку,- пока тоже не ясно. Как известно всем, кто изучает древности, шансы обнаружить мусор и шансы набрести на сокровища - примерно равны.

Огонек http://www.kommersant.ru/doc/2538727

Исследователи обнаружили лекарство, позволяющее включить спящую отцовскую копию гена взамен сломавшейся материнской.

Наш геном складывается из двух копий — отцовского и материнского набора хромосом. Каждый ген имеет своего двойника; оба могут выполнять одну функцию, но делают это по-разному. Очень часто случается, что одна из копий засыпает, а всю работу выполняет другая. Это нормально: например, у нас работает только материнская копия гена UBE3A, расположенного на 15-й хромосоме. Белок, кодируемый этим геном, принимает участие в развитии нервной системы и регулирует деградацию ненужных белков. Если же этот ген по какой-то причине не работает, у человека развивается генетическое неврологическое заболевание, называемое синдромом Ангельмана. Для него характерны и задержка в развитии, и неконтролируемые резкие, хаотические движения, и приступы смеха. Недуг не такой уж редкий, встречается у одного человека из 15 тысяч.

Итак, при синдроме Ангельмана ситуация такова: отцовская копия гена, как ей и полагается, находится в спящем состоянии, а материнская, которая в норме должна работать, сломана. Решение проблемы кажется очевидным: нужно «разбудить» отцовскую копию гена. Но это проще сказать, чем сделать. Исследователи из Университета Северной Каролины (США) перебрали около 2 300 разных соединений в надежде, что какое-нибудь из них сможет включить отцовскую копию UBE3A. В конце концов они попробовали ингибитор топоизомеразы I, известный противораковый препарат. Топоизомераза представляет собой фермент, помогающий клетке удваивать генетический материал; без неё невозможна репликация ДНК и размножение. Ингибиторы топоизомеразы делают так, что фермент остаётся постоянно связанным с ДНК, в итоге раковая клетка не может размножаться. Кроме того, ДНК часто не выдерживает столь тесных «объятий» фермента и начинает рваться.

Оказалось, что ингибитор топоизомеразы обладает ещё и генно-терапевтическими свойствами. В статье, опубликованной в журнале Nature, авторы пишут, что этот медикамент пробуждал от спячки отцовскую копию гена UBE3A. Причём эффект длился целых 12 недель после введения мышам этого ингибитора. Как противораковый препарат активирует ген? Исследователи полагают, что ингибитор топоизомеразы выключает синтез антисмысловой РНК, которая связывается с мРНК, синтезируемой на гене UBE3A, и подавляет синтез белка на ней. Так или иначе, белок Ube3a начинал синтезироваться во всех важнейших участках центральной нервной системы, включая гиппокамп, мозжечок, кору полушарий и спинной мозг.

Необходимо подчеркнуть, что все эти данные относятся к нервным клеткам, и исследователи пока не знают, как подействует ингибитор топоизомеразы на другие типы здоровых клеток. С другой стороны, хотя препарат давно используется в химиотерапии, будет ли он лечить у человека ещё и нервную систему, сказать заранее невозможно.

Сейчас всё лечение больных синдромом Ангельмана сводится лишь к облегчению симптомов, а ингибитор топоизомеразы позволяет надеяться на то, что можно будет устранить саму причину болезни. И, пожалуй, самым главным результатом можно назвать то, что исследователи показали реальность такого способа терапии, когда на замену неработающему гену встаёт его копия из нашего же генома. Таким образом можно лечить самые разные генетические заболевания, не прибегая к редактированию человеческой ДНК.

Подготовлено по материалам Университета Северной Каролины.

Какие генетические болезни считаются самыми распространенными? Можно ли предупредить их развитие? Как это сделать? Рассказывает доктор медицинских наук, руководитель лаборатории молекулярной генетики человека НИИ экспериментальной медицины в Санкт-Петербурге Михаил Михайлович Шавловский.

«Спящий» ген

Всем известно, что человек получает двойной набор генов: один от матери, другой от отца. Работает только один из них. Его можно назвать «сильным». Если мутация произошла в «сильном» гене, то вероятность передачи болезни высока – она составляет как минимум 50%. А чаще всего этот показатель приближается к 75–100%. Если же «поломка» произошла в «спящем» гене, то вероятность болезни у потомства составляет от 0 до 50%.
Такое утверждение справедливо только в том случае, если болезнь определяется одним геном. Здесь можно привести в пример хорошо известное заболевание – муковисцидоз.

Как предупредить?
Если болезнь определяется всего одним геном, то ее проявление не зависит ни от чего – ни от факторов внешней среды, ни от внутреннего состояния организма. Все дело в наследственности. Поэтому предупредить заболевание можно одним способом – пойти в медико-генетическую консультацию и рассчитать вероятность рождения ребенка с муковисцидозом.

Бытовая астма

Если болезнь зависит сразу от нескольких генов, то вероятность ее передачи очень сложно отразить в процентах. Показатель будет сильно варьировать. Это видно на примере бронхиальной астмы. Риск ее передачи исчисляется от 3 до 12%.
Дело в том, что болезни, которые кодируются разными генами, зависят от внешних факторов. Если они благоприятны, то заболевание может «проспать» всю жизнь и никак не проявить себя.

Как предупредить?
Человек, в роду у которого есть астматики, должен жить в определенных бытовых условиях. Для начала надо привыкнуть к ежедневной уборке дома: каждое утро мыть полы и протирать влажной тряпкой все гладкие поверхности. Кроме того, следует убрать все ковры, паласы и напольные покрытия, которые являются настоящими пылесборниками. Занавески на окнах должны быть заменены на жалюзи. Если в доме много книг, то держать их надо только на застекленных полках.
Огромную роль играет и постельное белье. Нужно избавиться от всех шерстяных и пуховых одеял. Подушки не должны быть поролоновыми. Лучше всего купить постельные принадлежности с гипоаллергенным наполнителем, например полиэфирным волокном.
Что касается питания, то из рациона следует исключить все цитрусовые, все орехи, рыбу, морепродукты, красно-оранжевые овощи и фрукты.

Женская мигрень

По данным голландских ученых, риск возникновения мигрени зависит сразу от нескольких факторов. Например, если больна мать, то вероятность появления мигрени у дочери будет колебаться от 5 до 28%, а у сына – от 3 до 7%. Если больны оба родителя, то риск появления мигрени у дочери составит 30–55%, а у сына – всего лишь 12%.
Женские гормоны эстрогены способствуют проявлению множества наследственных заболеваний, в частности мигрени.

Как предупредить?
Если у женщины в роду есть мигрень, то нужно с детства выполнять некоторые правила. Спать нужно полноценно,
ложась в 10–11 часов вечера и просыпаясь около 7 утра. Нельзя устраиваться на суточную работу – там обострения мигрени будут учащаться из-за недосыпа и неправильного режима.
То же самое будет происходить и при слишком активной работе с компьютером. Его мерцание провоцирует приступ мигрени. Поэтому нужно покупать защитные экраны, защитные очки и проводить за монитором не более полутора часов подряд.
Что касается диеты, то при мигрени не рекомендуется есть мороженое, шоколад, плесневые сыры, красную и белую рыбу. Придется отказаться и от алкоголя, особенно от красного вина.

Семейный варикоз

Одним из наследственных заболеваний является синдром слабости соединительной ткани. Нарушается ее структура, и это имеет абсолютно разные проявления. Чаще всего эта патология проявляет себя варикозной болезнью. У мужчин она почти не встречается, страдают в основном женщины. Эстрогены способствуют тому, чтобы «спящая» болезнь перешла в активное состояние.

Как предупредить?
Если у девочки в роду есть варикоз, то о ее здоровье нужно заботиться с самого детства. Для начала надо сводить малышку на прием к ортопеду. Тот порекомендует наиболее подходящую обувь и даст совет по подбору кресла и стола для занятий. Нельзя допускать развития у ребенка плоскостопия или нарушения осанки. И то, и другое изменяет центр тяжести – значит, нагрузка на скелет будет распределена неправильно.
Нужно очень внимательно относиться к тому, что влияет на формирование скелета. Это не только стол, стул и кровать. Это еще и одежда. Например, нельзя покупать девочкам-подросткам тесные брюки или джинсы.

Врожденный диабет

Сахарный диабет также имеет генетическую предрасположенность. Это заболевание кодируется сразу несколькими генами. Их мутации опять-таки проявляются под воздействием внешних факторов.
Избыток жиров и углеводов «вытаскивает» болезнь наружу. Самым опасным фактором риска здесь становится лишний вес.
В семьях, где болен один из родителей, частота развития сахарного диабета у детей, вне зависимости от пола, составляет 5%. Когда больны оба родителя, то риск появления болезни возрастает до 25%. Эти цифры для нормального веса. Если он становится хотя бы на 10–15% выше нормы, то вероятность развития диабета увеличивается до 35–38%.

Как предупредить?
Все люди, у которых в роду есть сахарный диабет, с молодости должны придерживаться определенных правил питания. Нельзя злоупотреблять сладким и мучным. Нужно ограничить потребление
каш – манной, рисовой и гречневой. Очень аккуратно надо вести себя с картофелем и черным хлебом. И того, и другого можно съедать не более 200 граммов в сутки.
Некоторые же овощи можно есть практически без ограничений – это все виды капусты, томаты, баклажаны, салат, спаржа, морковь, огурцы, кабачки, сладкий перец и репа. Их можно съедать до 800–900 граммов в день. А вот от винограда, ананасов, бананов, киви и хурмы лучше отказаться.

Капуста от рака

В последнее время ученые многое узнали о наследственных формах рака. Классическим примером здесь является ретинобластома – злокачественный процесс, развивающийся в сетчатке глаза. Степень риска его передачи потомству составляет более 80%. У рака молочной железы этот показатель ниже – 20–30%.

Как предупредить?
Помочь может правильное питание. Еще в конце прошлого столетия английские ученые опубликовали список антираковых продуктов, которые в несколько раз снижают риск развития опухолей молочной железы. На первом месте здесь стоит капуста. В ней содержатся специфические вещества, защищающие женщину от злокачественного перерождения клеток. Поэтому всем представительницам прекрасного пола надо включить в свой ежедневный рацион капусту, причем неважно какую – белокочанную, краснокочанную, брюссельскую или цветную. Главное, чтобы она была сырой.

Екатерина ИРИСОВА

С самых древних времен люди мечтали о сверхспособностях. Задумайтесь, во всех языческих верованиях боги человекоподобны. Кроме того, по верованиям древних, среди людей бродили исполины - дети богов и смертных. Да и сами боги хоть Олимпа, хоть Асгарда, хоть Ирия неоднократно странствовали среди людей. В конце концов, даже герои своего времени причислялись к богам за содеянные великие подвиги. Естественно, что люди через богов пытались объяснить что-то непонятное или сверхъестественное. Но почему все боги похожи на людей? Ведь ничего не происходит просто так…

Сказки или история?

На археологических раскопках неоднократно обнаруживались останки человекообразных существ, но в разы больше, чем у современного человека… Таким образом, мы приходим к тому, что исполины не такие уж и мифические существа, а вполне имели место быть.

Герои, это, по-видимому, люди, которые работали над собой по двадцать пять часов в сутки. А вот боги, как их называют в мифах и одах, кто они такие? Задумайтесь, если они неоднократно спускались на землю, странствовали по миру и даже совокуплялись со смертными, были ли они богами, или это еще одна утерянная ниша эволюции человека?

Несбыточные мечты

Так или иначе, сверхспособности человека всегда интересовали человечество. Так в 1938 году появляется супермен - образ того, кем хотел бы стать каждый мальчик, большой или маленький.

Военные до сих пор ломают голову над созданием суперсолдата. Началось это еще до Рождества Христова. Викинги перед боем ели галлюциногенные грибы, мексиканские индейцы до сих пор употребляют одурманивающий кактус пейот, также многие индейцы курили различные травы, ели сырыми сердца животных, а все для открытия в себе новых способностей, новых сил…

Подобные ритуалы проводились всегда, а в сороковых годах прошлого века, наверное, достигли пика. Когда Германия и СССР были более чем заинтересованы в создании суперсолдата, без эмоций и потребностей в еде, воде, сне.

В условиях мировой войны в ход были пущены все средства. Но, к сожалению, ни генетические исследования, ни работы химиков и биологов, ни даже эксперименты на людях не дали должного результата.

А меж тем то тут, то там появляются сверхлюди. Одни имеют огромную физическую силу, без всяких там тренировок, другие могут изгибаться как змеи, третьи абсолютно не чувствуют боли… Подобных вариантов огромное количество и это отнюдь не комиксы…

Недоразвитые или… просто другие

Так, например, широко известный факт о сверхспособностях аутистов к точным наукам, заставляет задуматься. Аутизм - генетическая мутация, которая вызывает нарушение головного мозга. Люди, страдающие от этой болезни, чаще всего имеют очень низкие социальные навыки. Они имеют проблемы с вербальной речью, но при этом могут проводить в своей голове такие вычисления, для которых обычному человеку просто необходим мощный компьютер.

Некоторые слепые люди научились использовать эхолокацию, как летучие мыши либо дельфины. Так, американец Бен Андервуд ослеп в возрасте всего трех лет, но природа не бросила его на произвол судьбы и наделила исключительным слухом. Он буквально слышит пространство и может абсолютно самостоятельно передвигаться, даже ничего не видя глазами.

Даниель Смит - «резиновый» человек, уже который год подтверждает свой рекорд для Книги рекордов Гиннеса, как самый гибкий человек в мире. На самом деле он не первый и не последний человек с такими способностями - существуют и другие «гуттаперчевые» люди, они способны гнуть свое тело как угодно, без малейшего вреда для здоровья.

Благословение или проклятие?

Есть и такие, кто абсолютно не чувствуют боли. Казалось бы, великий дар, но боль - это сигнальная система организма, и человек, который не чувствует боли, может просто истечь кровью, даже не заметив этого. Родители Эшлин Бло-кер, девочки с врожденной невосприимчивостью к боли, вынуждены нанимать людей, которые повсюду следуют за ней и следят, чтобы не случилось дурного.

Хотя природа не раз удивляла человека подобными «прелестями». Например, гормоны эндорфины вырабатываются в огромных количествах, когда человек получает травму, а поблизости никого нет. Таким образом, человек может продержаться, не потеряв сознание от боли, пока не подоспеет помощь.

Как же объяснить волшебство?

«Откуда же берутся такие таланты?» - спросите вы. Ученые отвечают - все дело в геноме человека. Геном - это совокупность генетической информации человека, совокупность абсолютно всех генов. Интересен тот факт, что абсолютно все клетки организма имеют весь генетический материал, но используют только определенные гены, которые необходимы конкретно в этой клетке. Остальные же гены «усыпляются» специальными белками - сиртуинами.

Все логично и практично, если бы не одна мелочь - организмом человека используется ничтожно малое количество генов - менее 10% их общего количества. В том числе и два, наверное, самых интересных гена: временной и ген-модификатор.

Первый из них отвечает за пробуждение «спящих» генов, он определяет время и место их активации. К сожалению, принцип работы этого гена ученым пока непонятен. Те или иные элементы ДНК однажды просто «пробуждаются» под его воздействием, и начинают свою работу… Кто знает, сколько еще свойств и возможностей таится в ядре человеческой клетки? И какие силы дремлют в человеке?..

Ген-модификатор, в свою очередь, влияет на все остальные носители наследственности. Он способен в сотни раз увеличивать силу проявления их свойств. Для примера: в семье, где у родителей волосы слегка вьются, может родиться сверхкучерявый ребенок, и всему виной будет ген-модификатор.

Благодаря этим двум генам и объясняется большинство суперсил: один дает новые способности, второй усиливает уже имеющиеся. Такое может произойти абсолютно со всяким свойством любого гена!

Итак, что же произойдет с людьми, если «спящие» гены начнут просыпаться? Станем ли мы бессмертны и могущественны?

Преобразимся ли мы или начнется невообразимый кошмар?..