Дарвин

* * *

Наши тела — руки, ноги, бороды — состоят из клеток, а клетки построены в основном из белков. Но белки — просто «кирпичи» (это не так, но для удобства «лирика» пока скажем, что так), а кирпичи сами не могут строиться. Кто строит из них клетки?

Клетка состоит из оболочки, жидкой цитоплазмы и ядра, как яйцо: скорлупа, белок, желток. В «желтке», то бишь ядре, как Кощеева игла, спрятаны нитки бус — хромосомы с генами. По своей физико-химической природе хромосомы — это особым образом упакованные и скрученные молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты [28] ). ДНК — это написанная химическим шифром инструкция, что и как строить, то есть какие вещества и в каком порядке соединять в молекулы белков. Она может копироваться (реплицироваться, как говорят биологи), поэтому из одной клетки зародыша, содержащей ДНК, строятся миллионы клеток с той же ДНК. Молекула эта длинная (чуть не два метра, если развернуть содержимое одной клетки) и неоднородная. Ее отдельные отрезки — гены, на которые мы до сих пор смотрели как на разномастные бусины, — представляют собой абзацы инструкции. Каждый из них (редко в одиночку, чаще совместно с другими) определяет (кодирует) свойство или группу свойств живого существа: цвет глаз, группу крови. Отрезки ДНК, не являющиеся генами, называют «мусором», но они важны: «включают» и «выключают» гены.

28

Водятся такие молекулы еще в митохондриях — маленьких образованиях, плавающих в цитоплазме, но этим «лирику» лучше не забивать голову.

Тело — обширная, сложная страна; ДНК в ней диктатор, и власть его наследственна. Он командует, сколько строить заводов, пароходов и школ, и как их строить, и как им работать. Но начальник сам ничего не строит: нужны кирпичи и масса народа, который связывает начальника и кирпичи. (Выражаясь корректно, ДНК копируется только в присутствии белков — катализаторов, и еще требуется связующее звено между ними.) Эти посредники — курьеры, прорабы, доктора и шоферы — разнообразные молекулы РНК (рибонуклеиновой кислоты); они получают у ДНК инструкции и выполняют их.

Например, матричная РНК — инженер — снимает с ДНК копию, рибосомы — рабочие — строят белки, транспортные РНК подтаскивают им стройматериал — аминокислоты. РНК от ДНК отличает дополнительная гидроксильная группа, грубо говоря, «лишний» атом кислорода; за счет этого «атома свободы» она беспокойна: менее стабильна и более активна.

Центральная Догма гласит: граждане не могут указывать властителю. Информация движется в одном направлении: от ДНК — начальника к РНК — исполнителям. Что записано изначально в вашей ДНК, тому и передаваться вашим детям. Вы можете отрезать себе волосы или пальцы, кирпичики — белки, из которых они состоят, — ничего не могут сказать прорабам, а те — начальнику (он их и слушать не станет); что бы ни происходило с вами, ДНК на это наплевать.

Но в конце XX века открыли, что подданные могут воздействовать на правителя: РНК с помощью специального вещества (фермента обратной транскриптазы) могут записать информацию в ДНК. Это значит, что теоретически пангенезис возможен; что организм, в течение жизни получивший информацию, способен довести ее до потомка; что бесправные, всеми осмеянные геммулы, быть может, существуют. И сразу нашлись кандидаты на их роль. Каким требованиям должен отвечать кандидат? Во-первых, находиться внутри нашего организма; во-вторых, реагировать на то, что с нами происходит; в-третьих, уметь продиктовать ДНК свои соображения по поводу происходящего и, в-четвертых, заставить ДНК записать эту информацию и передать ее нашим детям.

В «Изменениях» Дарвин сделал гениальную догадку: «геммулы в неразвитом состоянии способны размножаться делением, наподобие независимых организмов». В 1869 году он писал, что геммулы «едва ли очень отличаются по природе от простейших организмов». Когда итальянский ботаник Дельпино критиковал пангенезис («невозможно допустить размножение телец делением, подобно семенам или почкам»), Дарвин ответил, что тельца в нашем организме весьма успешно размножаются — это «инфекционные атомы», а геммулы им подобны. То есть он предположил, что единицы наследственности, частицы, заставляющие нас хворать, и простейшие независимые организмы — одно и то же.

«Инфекционный атом» — это вирус. А вирус — и независимое существо, и частица, несущая болезнь, и ближайший родич единицы наследственности (его даже называют «диким геном»). Это недоразвитая клетка, она может жить самостоятельно, но размножается, лишь забравшись в клетку живого организма. Вирусы, состоящие из ДНК, мутируют редко, и к ним вырабатывается стойкий иммунитет: оспа, герпес. РНК-вирусы (грипп) изменчивы, и иммунитет к ним кратковременный. Есть разновидность РНК-вирусов — ретровирусы: они влезают в наши клетки и вписывают свои инструкции в ДНК, а та сходит с ума и диктует телу нелепые законы; именно ретровирусы — причина лейкемии и иммунодефицита. По наследству они не передаются, ибо половые клетки от разбойных ретровирусов защищены барьером. Умер больной — умерли и бандиты.

Но некоторые ретровирусы пробивают и барьер. Правда, пробив его и обосновавшись в половых клетках, они успокаиваются, как бунтарь, занявший пост в правительстве, которое хотел свергнуть: им выгоднее тихо жить и размножаться, чем напакостить больному и умереть. Такие ретровирусы, встроившиеся когда-то в половые клетки и домутировавшиеся до того, что потеряли инфекционные свойства, называют эндогенными ретровирусами (ЭРВ). В геномах млекопитающих, в том числе и в наших, их полно; их перечень — летопись болезней, от каких страдали наши предки. Ретровирус — первый кандидат на роль геммулы: приобретенную при жизни болезнь он вписал в ДНК, и если бы, допустим, существовал ретровирус, который вызывает ампутацию ноги, то у пораженного им мог родиться безногий ребенок в соответствии с байками, что рассказывали Дарвину современники.

У ЭРВ есть близкие родичи, ретротранспозоны, не будем вдаваться в различия между ними, итог их деятельности тот же: приходят извне, вписываются в гены жертвы, приспосабливаются к ней, перестают вредничать, передаются по наследству и начинают приносить пользу: так, предполагают, что ген по кличке Peg 10, необходимый для развития плаценты, некогда подарил млекопитающим ретротранспозон. Вот и еще кандидат на роль геммулы.

Если РНК — существа такие ловкие, нельзя ли их использовать в медицине? Сделать человеку прививку, а иммунитет чтобы передался его детям? (Не так ли возникла устойчивость определенных рас к определенным болезням, о которой писал Дарвин, только первоначальная «прививка» — выработка антител — произошла случайно?) Такой эксперимент провели в конце XX века австралийские иммунологи. Они предположили, что приобретенный при жизни признак (ген нового антитела) может быть передан в половые клетки из клеток-лимфоцитов, специальность которых — распознавать свои и чужие частицы и на вирусный удар отвечать ударом. Лимфоциты образуют внутри себя РНК-вирусы, не вредные, а полезные, и те не только побивают болезнь, но и разносятся с кровью по организму А. Марков: «Самодельные РНК-вирусы, образующиеся в лимфоцитах, по всем признакам и свойствам точно соответствуют "геммулам", существование которых предсказывал великий Дарвин». Иногда геммулами называют сами лимфоциты. М. Швецов: «Теория Дарвина о пангенезе совпадает с идеями о регуляции лимфоцитами роста тканей и передачи с их помощью приобретенных признаков потомкам. Дарвиновские пангены — это и есть лимфоциты в сегодняшнем понимании». Увы, гипотеза австралийцев пока не подтверждена, и неясно, можно ли передать по наследству иммунитет…

Дарвин в «Изменениях» писал, что развитие живого существа и регенерация его органов — один процесс, там и там идет строительство клеток. Рождается ли маленькая ящерица, отращивает ли хвост взрослая, затягивается ли кожей рана на пальце — все это делают геммулы, управляющие и наследственностью, и регенерацией. Сейчас известно, что у развития организма и регенерации действительно один механизм: эмбриональные стволовые клетки «строят» ребенка, превращаясь в клетки кожи, легких, костей; то же они делают, когда надо восстановить поврежденную ткань. В ДНК хранится схема, по которой из стволовых клеток формируется тело ящерки или человечка, схема для вида постоянна, все развиваемся одинаково. Но потом-то все у всех по-разному: один порезал палец и ему нужна новая кожа, другому требуется регенерация кишечника… Как ДНК, неповоротливый бюрократ, может управлять этими процессами? Но ДНК и не управляет, она лишь обеспечивает возможность регенерации, а сам процесс превращения стволовых клеток в нужные регулирует одна из разновидностей микро-РНК: услыхали, что где-то поврежден белок, скомандовали нужным генам включаться… Передастся ли и этот рецепт по наследству? Некоторые хвалятся тем, что на них все заживает «как на собаке»; нередко выясняется, что такими же были их родители. Но пока неясно: то ли эта способность содержалась в их ДНК изначально, то ли малютки РНК вписали туда схему «вкл — выкл».

У грызунов есть любопытное явление: парамутация. У взрослых мышей искусственно вызвали генную мутацию, делающую хвосты белыми, их дети и внуки рождались белохвостыми, но, как выяснилось, «гена белохвостости» они не имели (через несколько поколений это явление сходило на нет). Как может существовать то, что вообще не прописано в ДНК? Видать, и тут без каких-то РНК не обошлось, и ведут они себя точно как геммулы: передают по наследству приобретенный при жизни признак.

Не все кандидаты в геммулы принадлежат к семье РНК. Вот, например, микровезикулы — частички, снующие в плазме крови и прочих «реках» организма. В XX веке их считали мусором, в XXI обнаружили, что они разносят информацию. Если клетки где-то повреждены, они высылают стволовым клеткам микровезикулы с мольбой о помощи, а те отправляют обратно микровезикулы с бригадой врачей (РНК и белков): прибыв, они лечат клетку, включая и выключая гены. Только по наследству все это не передается: ни повреждение, ни лечение. Хотя… Т. Романовская: «Если учесть существование таких гибко управляемых систем многоклеточного организма, как 1) перенос между клетками микровезикул, содержащих РНК-копии различных генов (которые в соматических клетках могут приобретать какие-либо мутации), 2) обратная транскрипция и 3) рекомбинация генетического материала в генеративных клетках, то процесс "осознанного" переноса новых вариантов генов из соматических клеток в генеративные видится не таким уж невероятным событием, как это казалось прежде». Впрочем, микровезикула лишь автомобиль, перевозящий РНК-существа, так что опять все сводится к ним, любимым.

Долго считали, что включением и выключением генов заведуют исключительно белки. Ведь они на самом деле не кирпичи, а сложные механизмы: компьютеры и айфоны, реакторы и коллайдеры; они регулируют жизнь клеток. Белки-ферменты ускоряют химические реакции, белки-антитела обезвреживают заразу. Они управляют генами в зависимости от потребностей клетки: накопилось там чересчур много какого-нибудь вещества — белок дает гену сигнал прекратить его производство. Однако в 2002 году открыли, что представители РНК — рибопереключатели — могут делать это без всяких белков. Да что там, РНК могут целую хромосому выключить…