Генетика

Одним из наиболее удивительных открытий в биологии XX века стала расшифровка генетического кода, причём особенно трудно было понять, что такой код существует. Пожалуй, самым поразительным свойством этого «языка» является его универсальность — за исключением некоторых «диалектов», он одинаков для всех доменов жизни на Земле. В начале XXI века учёные сумели «перепрошить» генетический код, добавляя к стандартным аминокислотам неприродное звено, кодируемое стоп-кодоном в матричной РНК и считываемое при участии «ортогональных» тРНК. (Правда, при этом в белкé может быть только одно нестандартное звено.) Теперь дело поворачивается в сторону полностью «настраиваемых» белков: английским исследователям удалось создать рибосому, считывающую за раз не три, а четыре нуклеотида, что потенциально позволяет использовать для дизайна биополимеров более 250 неприродных аминокислот.

Систематика живых организмов — не просто прихоть учёных «разложить все по полочкам», но также принципиальный вопрос эволюции жизни на Земле. Исторически систематика основывалась в основном на морфологии и эмбриологии организмов, но в последние десятилетия всё больший упор делается на молекулярные признаки, потенциально способные обеспечить высочайшую точность и беспристрастность. Одной из самых многочисленных и важных в экологическом смысле групп животных являются членистоногие, споры о «родственных связях» которых не утихают уже очень давно. Новое филогенетическое исследование, основанное на анализе 62 кодирующих белóк ядерных генов 75 представителей типа Arthropoda, наводит порядок в этой запутанной истории, подтверждая некоторые устоявшиеся концепции, опровергая недавно появившиеся и упорядочивая ранее плохо систематизированное.

Заявить в ХХI веке, что молекулярная биология зашла в тупик, — для этого надо иметь не только смелость, но и недюжинный ум. Чтобы опубликовать статью на эту тему в одном из ведущих молекулярных журналов, требуется быть исключительно эрудированным и авторитетным учёным. Мы представляем адаптированный перевод одной из наиболее ярких научных статей прошлого года, написанной двумя выдающимися учёными — Карлом Вёзе и Нигелем Голденфельдом. В работе говорится об опасностях и неудачах современной молекулярной биологии.

Алкоголизм — явление, характерное не только для людей, но и для многих животных, — имеет разветвлённые генетические, культурные, социальные и психологические корни. Учитывая опасность, которую он представляет не только для конкретного индивида, но и для общества, это пристрастие изучают с применением серьёзных научных подходов, включая моделирование пограничных состояний на животных (что позволяет сосредоточиться на генетике и физиологии, отбросив человеческий фактор). Учёные из США исследовали эффект привыкания к алкоголю на плодовых мушках, со всей строгостью продемонстрировав, что насекомых привлекает не только сенсорный опыт или калории, которыми «богат» этанол, — оказывается, у мух развивается алкогольная зависимость, во многих отношениях очень напоминающая алкоголизм у человека.

В классических учебниках молекулярной биологии структура мРНК эукариот охарактеризована весьма чётко — метилированный гуанин, связанный через трифосфатную группу с 5′-концом РНК (5′-кэп), 5′-нетранслируеамая область (НТО) с сайтом «посадки» рибосомы, кодирующая белóк последовательность, 3′-НТО и поли(А)-хвост. Наличие последнего считается критическим фактором — отщепление поли(А)-хвоста, или деаденилирование, вызывает деградацию мРНК. Однако последние работы показали, что поли(А) является не единственно возможной 3′-терминальной последовательностью — к этому «хвосту» может быть дополнительно присоединён поли(У)-«хвостик» различной длины.

Почти половина генома человека состоит из мобильных элементов. На сегодняшний день существует множество результатов, демонстрирующих важность мобильной ДНК в эволюции человека и других видов, а также в поддержании жизнеспособности клеток. Однако известно очень мало о том, как эти элементы передвигаются и размножаются в геноме. Нам удалось пролить свет на этот вопрос, выяснив структурную организацию ретротранспозона LINE-1 — самого распространённого мобильного элемента в геноме человека.

История употребления алкогольных напитков и табака насчитывает многие сотни лет, — так же как и связанные с этим проблемы физического и психического здоровья. Давно отмечено, что сила вырабатывающихся пагубных привычек к алкоголю и табаку неодинакова у разных людей, и, по-видимому, частично определяется наследственностью. Генетические исследования физиологических эффектов этанола и никотина уже проливают немного света на механизмы возникновения и наследования пристрастий — в частности, речь пойдёт о дозовом эффекте этанола и ноотропном действии никотина.

Несмотря на стахановские темпы расшифровки геномов множества организмов, пока что совершенно непонятно, что же именно определяет индивидуальность, особенно если учесть, что у человека и, например, морского ежа чуть ли не 30% генов — общие. Очевидно, что ответ (по крайней мере, часть его) надо искать в различающихся генах, но тут возникает другая проблема — функция большей их части совершенно неизвестна, за что их иногда называют «бесхозными» (orphan). В исследовании, проведённом на гидрах, показано, что один из таких «бесхозных» генов отвечает за развитие видоспецифичного морфологического признака — формы и порядка роста щупалец.