Sinkabout Наводим на мысли

Простыми словами о сложном: разбираем генетику

На полках магазинов на товарах часто написано жирными буквами «Без ГМО». Однако мало кто представляет, что такое геномодифицированные продукты. Этим и многим другим занимается генетика. О том, почему в СССР отрицали наследственность, как можно предсказать алкоголизм и каким образом генетика связана с историей – читайте в материале Sinkabout.

Основы генетики – науки о наследственности и изменчивости организмов – люди понимали ещё в Древнем мире. Скотоводы и земледельцы руководствовались здравым смыслом и для размножения выбирали те особи, которые обладали лучшими качествами. Так со временем фрукты и овощи стали крупнее и сочнее, птица стала регулярно нестись, а корова – давать молоко.

Первые теории наследственности принадлежали ещё древнегреческим учёным. Античный врач Гиппократ считал, что характерные признаки потомства зависят от родительских факторов и собираются из всего их тела. Философ Аристотель же полагал, что новая жизнь возникала, когда отцовское актуальное начало (форма) влияло на материнское потенциальное начало (материя). Кстати, по Аристотелю, пол определялся балансом тепла и холода в зародыше: больше тепла – мальчик, больше холода – девочка.

Схема показывает комбинации свойств, которые возникают при скрещивании родителей с разными генотипами. Источник: bigenc.ru

Революционным стало открытие Грегора Менделя. Австрийский аббат и ботаник в 1865 году опубликовал доклад «Опыты над растительными гибридами», где заявил, что наследование простых моногенных признаков подчиняется простой статистике. Эти законы легли в основу всей классической генетики, и сейчас их изучают в старших классах. Существуют даже задачи на вероятность появления того или иного потомства. Авторы учебников, похоже, соревнуются в оригинальности: если оценить условия задачи не с позиции генетики, а с точки зрения здравого смысла, получится картинка из фильма ужасов.

У чебурашек уши бывают лопоухие (доминантный признак) и куцые (рецессивный признак). Причем куцеухие чебурашки умирают в раннем детстве от стыда, а у лопоухих гомозигот в пятилетнем возрасте уши начинают ветвиться. Крокодил Гена купил на Птичьем рынке двухлетнего чебурашку и хочет поскорее узнать, будут ли к пяти годам уши у его питомца ветвиться. Что ему можно посоветовать?

Вскоре после доклада Менделя была открыта ДНК. Но так как она состояла только из 4 мономеров (нуклеотидов аденина, тимина, гуанина и цитозина), учёные всерьёз считали, что ДНК слишком проста для кодирования наследственной информации. Вместо этого полагалось, что при её помощи организм запасает фосфор.

Тем временем исследования Менделя плавно перетекли в классическую генетику. Название этой науки происходит от греческого слова γενητως — «порождающий, происходящий от кого-то». Впервые этот термин появился в частном письме Уильяма Бэтсона. Немного позже появилось слово «ген», правда, у него не было никакого определения.

Биолог Вильгельм Иогансен говорил, что «этот термин совершенно не связан ни с какими гипотезами и имеет преимущество вследствие своей краткости и легкости, с которой его можно комбинировать с другими обозначениями».

Полагалось, что именно в генах содержится информация о наследственности, а они, свою очередь, линейно и в определённой последовательности содержатся в хромосомах – парных структурах внутри ядра клетки. За это открытие американский генетик Томас Морган получил Нобелевскую премию.

Современное определение гена устоялось только во второй половине ХХ века, когда выяснили, что именно ДНК ответственна за хранение информации о наследственности. В таком понимании ген – это участок ДНК, который содержит полную информацию о строении какой-то молекулы белка или РНК внутри организма. Эти участки последовательно соединяются как звенья цепи, и получается одна, но очень длинная молекула ДНК. И чтобы эту огромную и очень тонкую молекулу не разорвать, клетка накручивает её на специальные белки, получившуюся гирлянду – на другие белки и так далее. В конце концов, получается хромосома – комок ДНК и белков, который только с первого взгляда кажется хаотичным и имеет очень упорядоченную структуру.

Так из цепочки ДНК получается хромосома. Источник: ru.wikipedia.org

Однако эти идеи не всегда поддерживались учёными. В Советском Союзе всегда сторонились западной науки и считали, что сами знают, как надо. В пику «реакционной буржуазной лженауке-генетике» в середине ХХ века в СССР появилась мичуринская агробиология, которую активно продвигал академик и директор Института генетики Трофим Лысенко. Удобная для ленинско-марксистской идеологии, новая (и в последствии неоднократно опровергнутая) концепция утверждала, что нет никакого эволюционного способа хранить информацию в клетке. Это давало право полагать, что организм может унаследовать приобретённые признаки родителя и вполне возможно превратить один вид в другой исключительно при помощи «воспитания» – надлежащих внешних условий. На короткое время мичуринская агробиология овладела умами советских учёных, однако к 1970-м от «лысенковщины» избавились.

У современной генетики есть три основные задачи. Первая из них – теоретическая. В этом смысле исследования направлены на понимание механизмов сохранения, изменения и передачи наследственной информации у различных организмов, что расширяет наши представления о том, как устроена природа.

Практическая генетика направлена на манипуляции с генами для достижения определённого результата. Генная инженерия позволяет вмешаться в геном организма и каким-то образом улучшить его.

Делается это, когда будущая кукуруза или хлопчатник находится на стадии зиготы – единственной оплодотворённой клетки. Если пользоваться этим механизмом очень внимательно (ведь неизвестно, как модифицированный организм может повлиять на естественную экосистему, если случайно попадёт туда), можно добиться серьёзных результатов.

В расчёт не берутся бредовые идеи, например, сделать светящиеся огурцы. Однако вмешательства в геном могут снизить количество инсектицидов, улучшить урожайность или вовсе придать организму новые, более полезные свойства. Например, в 2008 году учёные из Великобритании в обыкновенный помидор поместили ген львиного зева. В результате получились ярко-фиолетовые, почти чёрные плоды. Всё благодаря антоцианам – природным красителям и антиоксидантам. По недавним исследованиям, они помогают справиться с болезнями кожи, сердца и сосудов, даже рака. Да и вообще, согласно заверениям Всемирной организации здравоохранения, ГМО не опасны.

Перспективное направление молекулярной генетики – это анализ генотипа человека. Из «клеточной флешки» можно узнать не только какие-то характеристики будущего ребёнка, но и даже узнать о наследственных заболеваниях.

Александр Андреев, лаборант-исследователь НИИ акушерства, гинекологии и репродуктологии им. Д. О. Отта:

При анализе генотипа человека можно найти особые уязвимые гены-маркеры. На их основе составляется карта предрасположенностей к заболеваниям. Пусть и не «ген ожирения» или «ген депрессии», о которых часто слышно – всё-таки подобные заболевания развиваются из-за условий среды. Однако такие заболевания, как рак, найти вполне реально. По таким картам врач может дать конкретные рекомендации для пациента. Это очень важно для профилактики, ведь если предпринять меры, некоторые болезни могут не возникнуть вообще. Такие исследования сейчас активно развиваются, в том числе и в коммерческом направлении. А так как генетическая информация передаётся потомству, можно рассчитать приблизительную вероятность того же рака у будущего ребёнка.

В то же время генетическую предрасположенность имеют и другие болезни, которые в обществе рассматриваются как проявление слабости – например, алкоголизм.

Ангелина Чиринскайте, магистр кафедры генетики и биотехнологии СПбГУ

Некоторые варианты различных генов, кодирующих ферменты, которые участвуют в обмене веществ, могут определять реакцию человека на внешние условия. Реакцию на алкоголь предсказывают на основе анализа генов, кодирующих ферменты алкогольдегидрогеназу и альдегиддегидрогеназу. Алкоголь в организме перерабатывается в две стадии: этиловый спирт превращается в высокотоксичный для организма ацетальдегид, а ацетальдегид превращается в ацетат, который безвреден для организма. От скоростей этих реакций зависит самочувствие человека, принявшего алкоголь: если ферменты работают медленнее на втором этапе, то человек испытывает значительную интоксикацию ацетальдегидом, то есть, тяжелое похмелье. Если происходит наоборот, то человек пьянеет, но похмелья не испытывает или испытывает легкое. У людей есть несколько комбинаций генов «противоспиртовых» ферментов, где активны оба или только один из них. Если плохо работает альдегиддегидрогеназа, человек будет плохо переносить алкоголь. Если же в геноме присутствует аллель, обусловливающая низкую активность алкогольдегидрогеназы, из-за отсутствия похмелья может повыситься риск развития алкогольной зависимости.

В прикладной генетике анализ генома используют для решения задач в других научных сферах. Например, в систематике. Когда учёные в прошлом находили новый вид, они тщательно осматривали и описывали его и классификация происходила только на основе внешних данных и особенностей поведения. Сейчас всё активнее применяют анализ генома, когда наследственный материал нового организма выделяют и сравнивают с уже известными по базам данных. Примерно как различать два очень разных автомобиля по детальной схеме. А в криминалистике используют анализ генотипа, чтобы доказать или опровергнуть отцовство ребёнка.

Иногда генетика приходит на помощь наукам, вообще далёким от биологии. Недавнее исследование в Кембриджском университете дало сегодняшним исследователям информацию о торговле средневековых викингов. В Европе в те времена высоко ценилась слоновая кость и её более доступный заменитель – моржовый бивень. Однако происхождение поделок из бивня вызывало вопросы, потому что добывать его могли во множестве мест, в том числе и в Северной Руси. Авторы исследования проанализировали ДНК 37 образцов бивня и выяснили, что почти все они принадлежат популяции Гренландии. Это значит, что викинги, которые в Средние века населяли Зелёный остров, были монополистами в поставках этого дорогостоящего товара.

Так выглядят современные поделки из бивня моржа. Источник: meshok.net

Генетика будет только развиваться и развиваться. Довольно большая часть генома человека – это «мусорная ДНК», которая не кодирует ничего. Оценки «мусорной ДНК» в геноме разнятся: от 20% до 1,5%! К ним относятся элементы, которые управляют экспрессией, то есть декодированием генов, мобильные элементы, повторы, дефектные копии уже существующих генов и многое другое. Полную их роль в нормальной жизнедеятельности человека генетике ещё предстоит выяснить.

750
Написать свой комментарий...