О проекте | Редакция | Контакты | Авторам | Правила | RSS |  

 

 

 

Проповеди об эволюции: как приручить вирус, найти симбионта и поменяться генами

 


«Я знаю, что ничего не знаю» — таков должен быть девиз всякого честного биолога.

Потому что жизнь — очень сложная штука, которая не терпит догматизма :-)))

Собственно, продолжаем разговор о том, что ещё полвека назад казалось чем-то фантастическим.

А задумывались ли вы когда-нибудь, уважаемые читатели, о том, откуда взялись вирусы? Лично мне нравится гипотеза, согласно которой вирусы — это потомки клеточных форм жизни. Конечно, не целая клетка упростилась до вируса — скорее всего, оттуда вылезли какие-нибудь такие кусочки генома. РНК, во всяком случае, и сейчас умеет вместе с экзосомами (везикулами, или пузырьками) выходить из клетки. Кстати, эта гипотеза (и ещё некоторые другие, которые связывают происхождение вирусов с эволюцией клеток) хорошо намекают на то, что этих мелких паразитов всё-таки стоит считать живыми, хоть они вне клетки ничего и не умеют делать.

А если вирусы и МГЭ друг в дружку много раз превращались... картина несколько усложняется! Считать ли живыми тогда МГЭ, которые могут быть потомками вирусов?.. 

Бывает и так в науке. Это не означает, что надо верить вообще всему, что предлагают всякие «непризнанные гении», но открытыми в некотором смысле быть надо. Об этом хорошо в своё время Карл Саган писал.

Нет чтобы подумать о том, какие именно механизмы лежат в основе этой красоты (вот хорошая краткая схема)... нет, у меня сразу мысль другая: отличаются ли цветные зёрна на вкус от обычных жёлтых? :-))) Вот не молекулярщик я, не молекулярщик...

Коллеги-преподаватели! Когда будете в очередной раз распекать своих студентов за копипасту, вспомните о том, что это совершенно естественный (и, по-видимому, очень древний) процесс!

Есть, правда, нюансы. ДНК-транспозоны обычно пользуются механизмом «вырезать-вставить», а истинной копипастой («копировать-вставить») обычно орудуют ретротранспозоны (РНК-транспозоны). «Ретро-», напомню, от обратной транскрипции идёт.

ДНК-транспозон — не самая сложная на свете вещь.  Он даже не кодирует ничего более, чем белок, который его вырезает и вставляет в другое место. 

Вся соль в том, куда именно транспозон встанет... ведь именно от этого зависит, как изменится экспрессия какого-нибудь гена!

Ретротранспозоны чуть сложнее... и чуть коварнее. Ретровирусы — это не только знаменитый ВИЧ, но и такие вирусы, которые ассоциированы с тяжёлыми нейродегенеративными заболеваниями.

Забавно, наверное, быть опоссумом: пол-генома — не ваши, по сути! :-))) (И ещё больше не ваши — если речь идёт о митохондриях: там тоже МГЭ хватает!)

А вот у птиц всякого такого, что «радостно в геномах прыгает, плодится» — гораздо меньше. Почему? Потому, потому что мы пилоты, ответит вам любая птица. Всё связано просто с отбором на уменьшение массы. Для полёта лишняя масса ни к чему! Казалось бы, что там добавит ДНК? Добавляет — и сама она не без массы, но главное — белки, которые её обслуживают (вроде гистонов), весят довольно-таки порядочно. И энергии на всё это дело надо тоже немало — так и на полёт ничего не останется! Потому и сами геномы у птиц поменьше, и МГЭ не в таких объёмах водятся, как у млекопитающих (которым не так важен лишний вес, поскольку они, цитирую, «ползают брюхом по земле и сидят в норах» :-)))   

Кстати, поинтересовалась: и у бескилевых птиц, которые не летают, геном тоже небольшой, и доля МГЭ — тоже. У летающих зверей, рукокрылых, примерно те же тенденции (хотя, говорят, у них меньший размер генома связан скорее с малым размером самих зверьков).

Ваш покорный слуга-летописец, по совместительству — аквариумист с 14-летним стажем — конечно же, обратил внимание и на единственную упомянутую тут рыбу. Род Tetraodon мне знаком пусть и не лично, а теоретически (а их держат в аквариумах), но всё же меня смутило, что фугу отнесены именно к нему. Погуглила — да, фугу всё-таки не тетрадоны. Они... таки фугу (Takifugu) :-))) А вот почему у них так мало МГЭ — не совсем понятно, тем более что у других рыб их бывает порядочно в геноме:  у того же данио-рерио (знакомого мне уже лично :-))) больше 50 %, да и у пятнистой пецилии, также завсегдатая моей 180-литровой банки, где-то процентов 17. 

Вот у насекомых, говорят, мало МГЭ потому, что популяции большие, и потому отбор эффективнее вычищает слабовредные мутации (а мутация, которая позволит разгуливать по геному МГЭ, всё-таки малость вредна :-))) Хотя у тех же рыб популяции тоже немаленькие — но у них, вон, и пол-генома может быть МГЭ занято. Словом, На Самом Деле Всё Сложнее.

Напоследок приложу ссылку на хорошую работу, где сразу по многим видам из разных таксонов есть данные про размер генома и долю МГЭ.

Как уже, думаю, понятно всякому уважаемому читателю, транспозоны — это такие, в общем-то, паразиты, которые прыгают по геному безо всякой цели и пользы. 

Всё как в любом уважающем себя обществе живых организмов: добротой пользуются...

...впрочем, если от паразита окажется какой-то толк, хозяин на него быстро ошейник с поводком нацепит. Одомашнивание — это естественно!

Мораль (а точнее, очередное напоминание от старого друга Капитана Очевидность): мусор — не всегда мусор.

Кажется, где-то это уже было, не так ли?

Верно! Этот эукариотический способ борьбы с чрезмерно разгулявшимися МГЭ похож на систему CRISPR у прокариот! Особенно активно это всё работает во время сперматогенеза — что вполне логично: именно тогда, когда вовсю делятся клетки и происходит кроссинговер, цитирую, «МГЭ под шумок пытаются делишки свои оттяпать» :-)))

Какая ирония: победить какую-то сопливую вирусятину, из-за которой прошлую лекцию пришлось смотреть в трансляции, мне помог в некотором роде вирус — потомок ДНК-транспозона!

На всякий случай дам ссылку на прошлый обзор, чтобы было понятнее, о чём речь.

Всякий из нас прошёл в жизни неэстетичную стадию паразита. Да, с точки зрения материнского организма каждый из нас — это Чужой со своим собственным геномом, который через плаценту высасывает из него соки. Борьба идёт нешуточная (упоминается в этом хорошем материале). Не поучаствовать в этом деле МГЭ просто не могут, поскольку они лезут всюду, куда их не просят. В случае плацентарных это оказалось на руку: говорят даже, что «заражение» плацентой создало предпосылки для поумнения этих зверей.

TFBS — сайты связывания транскрипционных факторов. По ним, получается, можно в некотором смысле заглянуть во времена динозавров (нептичьих :-))) 200 млн лет — это неожиданно много, если честно!

Есть у эукариот такая проблема, что хромосомы — линейные, а не кольцевые, как у прокариот. И кончики — теломеры — линейных хромосом не умеют реплицироваться, приходится их каждый раз восстанавливать. И кто тут поможет? Правильно! МГЭ!  Эукариоты, цитирую, «ничего приличнее не нашли, кроме как у каких-то вирусов взять важную для всех вещь». И даже не однажды, если обратить внимание на то, что дрозофилы теломеразу... теряли. Ретротранспозоны снова тут как тут!

Подумалось на секундочку, что бы было, если бы у эукариот были кольцевые хромосомы. Минутка отсебятины — наверное, эволюционных перспектив было бы гораздо меньше: кольцо есть кольцо, не очень, думаю, удобно работать с отдельными его участками. Да и упихивать в ядро легче всё-таки линейные хромосомы, подозреваю.

Звучит заголовок, конечно, устрашающе. Но на самом деле фраза «вирусы контролируют наш мозг» смущать нас не должна, ибо...

...регуляторам всё равно, что и где регулировать. Отсюда мораль ещё одна интересность...

...эмбрионы животных больше всего похожи друг на друга не в самом начале и не в самом конце развития, а примерно посерединке, на стадии фарингулы. Тогда у эмбриона уже размечены отделы, но развивается он практически как единое целое. 

Геккель-то, как известно, слегка приврал на рисунках, когда иллюстрировал так называемый «биогенетический закон» — онтогенез повторяет филогенез :-))) На самом деле не только в самом конце, но и в самом начале эмбрионального развития птицы, рыбы, звери, пресмыкающиеся и земноводные особенно друг на дружку не похожи (если речь идёт о позвоночных; филотипическая стадия, кстати, не только у них есть).

Дарвиновское дерево жизни явственно страдает «застенчивостью кроны» — ветки расходятся, чтобы никогда не встретиться вновь. Новое дерево — это уж и не дерево, а корзинка какая-то из сплетённых веточек!

Раньше считалось, что каждый эволюционирует сам по себе. На самом деле всё — правильно, сложнее. Чувствуете, как повеяло какой-то вселенской гармонией при словах «единая эволюционная лаборатория»? Все друг с другом связаны, кругом симбиоз... 

И тут же спуститесь с небес на землю! Вот и обещанное упоминание Бога — не  мог Дарвин смириться с мыслью, что всеблагий Творец может соорудить такой садизм. После лекции, кстати, кто-то высказался, что всё как бы сходится — ведь наездники таким жутким способом уничтожают вредителей, и это вроде как хорошо получается. Нудно замечу, что «вредителей» в природе нет — их придумали люди, которые привыкли всё живое делить на «полезное», «вредное» и «бесполезное».

Вообще, если подумать, биология — это на 40 % разврат, на 40 % — жестокость и только на 20 % — что-то более-менее приличное. Пуританам в нашей науке делать нечего :-)))

(Вместо слова «разврат» хотела сначала написать «извращения», но буквально сегодня обнаружила иное значение именно этого слова. Так что оставляю «разврат»!)

Так вот, жестокость. Помимо яиц с прожорливыми личинками, садисты-наездники вводят в тело гусеницы ещё и вирус, который в своё время, цитирую, «влился со всеми потрохами в геном наездника». И этот вирус подавляет иммунитет жертвы.

Кстати, стало интересно, что же с иммунитетом у беспозвоночных, как он у них работает (антител, напомню, у них нет: это фишка позвоночных). В общем и целом... похоже, но вроде как попроще всё устроено. А ещё много чего в этой области неизвестно, так что изучайте, господа!

И вот какая хитрость: начинка от наездника, а вот управляют этими странными вирусами именно вирусные белки. Фантастика!

Вообще, там, оказывается, такие ещё завороты бывают, что не на одну лекцию хватило бы :-)))

Жертвы тоже не лыком шиты. Тройной набор: ладно бы просто тля спасалась от наездников с помощью бактерии. Так эту бактерию ещё должен заразить вирус!

И у жертв наездников тоже бывают очень сложные отношения с «ручными» вирусами!

Вообще-то, неудивительно, что именно у тлей водятся целые стада симбиотических бактерий: в соке растений, коим тли кормятся, питательных веществ мало. Приходится обращаться за помощью к микроорганизмам.

 И для друзей у тли есть специальные клетки: бактериоциты. И ещё одна любопытная деталь: всё это дело передаётся из поколения в поколение. 

Симбиогенез — самая естественная на свете вещь. Даже странно, что когда-то не так давно он считался каким-то нестандартным путём эволюции. И это притом, что  мы сами — эукариоты — в чистом виде гибриды!

Есть даже такой любопытный взгляд: может, вообще все живые организмы уже считать голобионтами — этакими экологическими единицами из множества симбионтов? Минутка отсебятины: с одной стороны, что-то в этой идее есть (вспомнить хотя бы лишайники — хотя и их компоненты, оказывается, могут существовать практически самостоятельно), с другой — не у всех симбиоз настолько тесен, что друг без друга они даже кушать не могут.

Кстати, о «кушать друг без друга». Вестиментиферы, например, буквально всю гастрономическую часть своего существования переложили на бактерий. Да и растительноядные животные, если подумать, не сами зелень перерабатывают — это за них делают микроорганизмы. Что, минутка отсебятины, как бы намекает на то, что растительноядность у животных — приобретение сравнительно позднее? 

Ну и добавлю уже шутливую деталь: себя, летописца, я вполне серьёзно считаю состоявшимся комменсалом (а я за определение «симбиоза» в  широком смысле) при нашем замечательном лекторе — хочется надеяться, что на грани мутуализма :-))) 

Особенно затейливо заплетена «корзинка» у прокариот, если присмотреться.

И вот как найти чужих среди своего. 

Болезнетворные бактерии — как правило, экологические специалисты, и потому перенос генов практикуют не так охотно, как свободноживущие.

Вспомнилась мне тут к слову такая интересность, что среди архей нет патогенов. Почему они такие добрые — ума не приложу, даже отсебятину лепить не стану :-)))

Вполне логично, что принести что-то чужое в самые важные системы — это означает наверняка их испортить, а вот во что-нибудь периферическое — необязательно! 

Хитрые, оказывается, штуки — профаги: встроившись тихонько в бактериальный геном, они не только избегают обнаружения, но и передаются новым поколениям бактерий дальше.

Вот и немного секса — упоминается в конце :-)))

Насчёт случайного переноса генов почему-то вспомнились забавные работы вообще не о том: а именно — про то, что ДНК можно ловить прямо в воздухе (раз, два, три). Отсюда — шальная мысль (полная отсебятина): не происходит ли какой-то обмен генами прямо сейчас в моей комнате между кенаром, зёрнышками, которые регулярно падают в аквариум, рыбами в аквариуме и, собственно, мной? Надо заметить, у эукариот бывают очень любопытные переносы — с участием, кстати, уже полюбившихся нам МГЭ. Но там участвуют всякие кровососы. Комаров сейчас в комнате нет, так что... вряд ли, но для фантастики идея, думаю, хорошая.

Что-то мне подсказывает, что об этом ещё предстоит более подробный разговор, так что оставлю без комментариев.

Чем-то вся это конструкция напоминает... э-э-э, эукариотические способы обмена генетическим материалом, но здесь всё не так. Одна бактерия передаёт другой плазмиду, которая вообще может быть здесь ни к селу, ни к городу, и взамен ничего не получает. Плазмида - самый настоящий эгоистичный репликатор!

ГМО — вовсе не изобретение злобных сумасшедших учёных, как думают некоторые далёкие от науки люди. Агробактерии уже всё придумали давным-давно: внедряют в растительную клетку специальный кусочек плазмиды, который заставляет клетку производить растительные (не бактериальные!) гормоны, кои вынуждают ткани растения разрастаться (отсюда вот эти опухоли). Изящно и... дерзко (цитирую: «гены агробактерий в клетках растений устраивают безобразие»)!

Несколько отрезвляющей для меня оказалась, неожиданно, правая фотография. Почему-то у меня было странное убеждение, что эукариотические и прокариотические клетки по размерам сопоставимы. Нет, прокариоты всё-таки значительно меньше, как правило. Лучше поздно сообразить, чем никогда :-)))

Цепкие обезьяньи лапы людей, разумеется, ухватились за агробактерию и заставили её работать на себя. И да, теперь в растение можно встроить ген какой-нибудь там морозоустойчивой рыбы или огромного тропического паука... конечно же, у тех, кто боится ГМО, при одном только прикосновении к такому модифицированному растению отрастут плавники и паутинные железы. У тех, кто не боится, ничего не вырастет :-)))  

Среди бактерий обычная практика — поглощать кусочки ДНК из трупов. Большая часть идёт в пищу, а немножко может и встроиться в геном. 

Впечатляющий обзорище :-)))

Мораль: ГПГ — это хорошо, но есть нюансы... скажем, у эукариот это всё-таки не самый главный источник наследственной изменчивости, а даже не слишком разборчивые прокариоты вряд ли возьмут к себе то, что уже в геноме в том или ином варианте есть (гомолог).

И ещё: как бы ни были «вертикальны» гены, например, рРНК — уж, казалось бы, самой устаканившейся вещи — они тоже переносятся горизонтально. «Нет ничего постоянного в этом мире», с лёгкой печалью в голосе заметил Александр Владимирович на этом месте.

Кто-то в своё время назвал Вентера «пиратом от науки» (не Докинз ли часом? не вспомню). Вот это реально пиратская (в хорошем смысле!) работа, по-другому не назвать. Только представьте: была лошадь, раз — и стала зебра! Вот так, думаю, можно передать крутизну смелого эксперимента :-)))

Налетай, торопись, встраивай в геном живопись гены протеородопсинов! 

Свойством, которое обретают поглотившие гены протеородопсинов бактерии — светочувствительностью — очень оригинальным и прямо-таки живописным способом воспользовались итальянские микробиологи: они заставили бактерий «воспроизвести» в микромасштабе «Мону Лизу» и даже превратить портрет Эйнштейна в портрет Дарвина. Остроумно до невозможности!

У прокариот, стало быть, границу между своими и чужими устанавливать ещё сложнее, чем у эукариот...

В этой работе авторы не поленились обозначить дикое количество ниточек, которые связывают прокариот. Просто дикое, правда, убедитесь сами!

И тут-то... как всегда, на самом интересном месте уважаемому лектору пришлось закончить рассказ. «Дальше новая порция сложнятины», — как выразился сам Александр Владимирович :-)))

Посему — ждём следующей лекции! Бегом в «Научку» через четверг!

P.S. С Днём рождения ещё раз, Александр Владимирович! Успела всё-таки обзор дописать!

P.P.S. Передам заявку от трудящихся организаторам: вопросов в трансляции может быть много, но хоть какие-то зачитывайте, пожалуйста! 

 
Сегодня в СМИ