В Японии открыли единственный в мире лазарет для рыб, черепах и морских млекопитающих. В лазарете есть хирургическое отделение, работает окулист. Как оказалось, рыбы, разводимые в аквариумах, часто страдают глазными болезнями- В лазарете исследуют также возможность акклиматизации морских рыб в пресной воде. Выяснилось, что некоторые рыбы могут полностью приспособиться к новым условиям жизни.
Тема Номера
Космос жизни
Живая клетка – структура невероятной, необозримой сложности. Художник сравнил ее с городом, наложив – на этом рисунке – план средневековой Москвы на фото растительной клетки. На самом деле, сложность клетки в тысячи раз выше, чем можно (удить по фотографии.
Успехи сегодняшней биологии можно назвать даже не шагом вперед. а открытием нового космоса. Возможность расшифровать структуру генов и белков словно распахнула дверь в недоступную ранее библиотеку – остается только прочесть находящиеся там книги.
А после этого мы сможем управлять работой живой клетки, научившись влиять на генетическую программу. Заманчивая перспектива: бороться с болезнями и пороками уже на уровне яйцеклетки… Но так ли это? Действительно ли постижение структуры генов позволит нам запросто дирижировать живой материей? Одна из позиций, детерминизм, утверждает: «да» – все заложено в генах, которые руководят организмом, усиливая либо ослабляя действие друг друга. Но есть и другая точка зрения: организм – это не просто продукт работы генов, а целостная система, активно управляющая собственным развитием. Так что же главнее? Гены или организм? И то, и другое. Оказывается, «власть» имеют оба уровня. Мы уделяем много внимания гену, но не следует забывать и про организм. Ибо, как пишет автор темы этого номера Михаил Голубовский, сегодня то, что происходит в оплодотворенной яйцеклетке, известно хуже, чем обратная сторона Луны.
Но если так, то, расшифровав геном человека, мы лишь вступили на порог «космоса жизни» – главные открытия и неожиданности нас ждут впереди.
Знание структуры генов еще не гарантирует понимания их функций.
В этом плане гораздо удобнее иметь дело с более высокими уровнями – клеткой и организмом.
И практика это доказывает. Сегодня в медицине соседствуют два направления лечения генетических заболеваний. Первое старается устранить дефекты самого генома. Второе – заменять не гены, а клетки: взяв зародышевую клетку, выращивать новую ткань, лишенную дефектов. Оказывается, этот путь (используемый клеточной медициной) более удобен. В работе с клеткой меньше затрат и непредсказуемых результатов, чем с геном.
Приведем пример. Есть такое заболевание – дистрофия Дюшена, когда мышечные клетки разрушаются при сокращении, поскольку отсутствует особый мембранный белок – дистрофии. С позиций генной терапии следует ввести ген дистрофина в зародышевую клетку. С позиции клеточной медицины надо подсадить нормальные зародышевые клетки. При формировании мышечных волокон клетки сливаются – и волокно получит ядра нормальных клеток, содержащие ген дистрофина. Технически второй способ проще и намного плодотворнее.
Статьи, отобранные для темы номера, как раз и «вращаются» вокруг этой проблемы. Так ли всесильна генетика? Как ведут себя клетки организма и только ли в генах дело? Наконец, что мы можем сделать для лечения заболеваний?
П. Филонов. Формула Петроградского пролетариата»
Михаил Голубовский
«Золотой ключик» генетики – соблазны и опасности
Генетика оформилась как наука в начале XX века после переоткрытия законов Менделя. Бурный вековой период ее развития ознаменован в последние годы расшифровкой нуклеотидного состава «молекулы жизни» ДНК у десятков видов вирусов, бактерий, грибов и многоклеточных организмов. Полным ходом идет секвенирование (установление порядка чередования нуклеотидов) ДНК хромосом важных культурных растений – риса, кукурузы, пшеницы. В начале 2001 года было торжественно возвещено о принципиальной расшифровке у человека всего генома – ДНК, входящей в состав всех 23 пар хромосом клеточного ядра. Эти биотехнологические достижения сравнивают с выходом в космос.
Генная терапия наследственных болезней, перенос генов из одних видов в другие (трансгенозис), молекулярная палеогенетика-другие впечатляющие реалии науки в конце ее 100- летней истории. Генетическая инженерия и биотехнология, поддержанные эффективной публичной пропагандой, трансформировали облик генетики. Вот совсем недавний эпизод.
После 1998 года началась беспрецедентная гонка между 1100 учеными мирового сообщества проекта «Геном человека» и частной акционерной фирмой «Celera Genomics» – кто первым установит весь геном человека. Фирма, сконцентрировав мощную компьютерную базу и робототехнику, вырвалась вперед. Однако ее явные намерения извлекать выгоду от патентования состава фрагментов ДНК человека были пока благоразумно приостановлены вердиктом: «Что создано Природой и Богом, не может патентоваться человеком».
Мог ли представить такую фантасмагорическую картину гонки основатель генетики Грегор Мендель, неспешно проводя год за годом в тиши монастырского садика свои опыты по выяснению законов наследования признаков? Финансирование гонки и участие в ней тысяч специалистов основаны прежде всего на вере, что в генетике и биологии сейчас нет ничего более настоятельного, нежели тотальная расшифровка нуклеотидного состава ДНК, что это напрямую может решить главные загадки и проблемы генетики и биологии. Как золотой ключик от потайной кладовой в сказке о Бу рати но.
Но упования на золотой ключик столкнулись с непредвиденной реальностью и парадоксами. Оказалось, что лишь 3-5 процента генома человека кодируют белки и, возможно, еще около 15-20 процентов участвуют в регуляции действия генов в ходе развития. Какова же функция и есть ли она у остальных фракций ДНК генома, остается совершенно не ясным. 1ены в геноме сравнивают с небольшими островками в море неактивных неинформационных последовател ьностей.
В составе хромосомной ДНК оказалось множество семейств факультативных элементов, которые повторены многие сотни и тысячи раз и заведомо ничего не кодируют.
К примеру, около 10 процентов всего генома человека составляет семейство так называемого Alu мобильного элемента. Невесть откуда этот Alu длиной в 300 нуклеотидных пар появился в ходе эволюции у приматов (и только у них). Попав к человеку, Alu чудовищно размножился до полумиллиона копий и причудливо расселился по разным хромосомам. Видимо, нет двух людей с одинаковым числом или положением повторов. Не исключено, что самоорганизующаяся целостная наследственная система может найти применение Alu, скажем, в регуляции действия генов. Однако, похоже, в эволюции геномной ДНК действует «принцип слоненка Киплинга» (условное название). Хобот у слоненка возник из-за его любопытства, желания узнать, что ест крокодил на обед. Слоненок вначале огорчился носу-хоботу, но потом нашел ему разные полезные применения. Так и многократные повторы возникают и меняются по своим внутренним молекулярно-генетическим законам, но их вариациям потом может найтись полезная функция в геноме.
Возникает вопрос, не привели ли во многом колоссальные условия по тотальному секвенированию геномов к сказочной ситуации – принести то, не знаю чего. Физикохимик и философ науки М. Полани в своей замечательной книге «Личностное знание» приводит поучительный пример из истории физики. В 1914 году Нобелевская премия по химии была присуждена Теодору Ричардсу за скрупулезно точное определение атомных весов, и с тех пор его результаты никогда не оспаривались. Однако после открытия изотопов, входящих в состав разных природных элементов в разных отношениях, ценность подобных расчетов резко изменилась. И в 1932 году известный атомный физик Фредерик Содди писал, что подобные измерения «представляют интерес и значение не больше, чем если определить средний вес коллекции бутылок, из которых одни полные, а другие в той или иной мере опорожнены».