Эта история началась три года назад, не закончилась до сих пор и будет продолжаться еще некоторое время. Она началась с сообщения о полной расшифровке последовательности ДНК на 22-й хромосоме человека, продолжилась сообщением о расшифровке 21-й хромосомы в мае 2000 года. Недавно в этой книге прочитана еще одна глава – вслед за 22-й и 21-й полностью расшифрована еще одна, 20-я хромосома человека.
При изучении 20-й хромосомы был применен новый метод, помогающий расшифровке. Фрагменты ее ДНК были сравнены с аналогичными фрагментами ДНК других живых существ, далеких от человека по эволюционной лестнице – например, с ДНК мышей, рыб и т.д. Такое сравнение показало, какие участки ДНК (то есть гены) у этих существ одинаковы и не изменились за миллионы лет, отделяющие появление всех этих видов в ходе эволюции. Неизменность тех или иных генов говорит о их крайней важности для всех живых сушеств независимо от того, рыба это или человек, и поэтому можно думать, что эти гены являются какими-то важными регуляторами работы всех прочих генов.
Дополнив этот метод другими, более традиционными, ученые шаг за шагом прошли по всей 20-й хромосоме и расшифровали ее генный состав на 99,5 процента, оставив (по недостатку возможностей) нерасшифрованными лишь 4 небольших участка, содержащих в общей сложности 320 тысяч звеньев. А надо сказать, что 20-я хромосома, самая длинная из трех уже расшифрованных, в целом содержит почти 60 миллионов звеньев!
К счастью, гены, то есть белковообразующие участки ДНК, занимают не всю ее длину, а лишь небольшую часть. Собственно генов (самой разной дчины) на 20-й хромосоме оказалось 727. Любопытно, что в ряде мест результаты полной расшифровки были существенно иными, нежели результаты предварительной расшифровки. Это было связано в основном с тем, что, как выяснилось, в этой хромосоме много копий одних и тех же генов. Видимо, в ходе эволюции многие гены случайно дублируются, а природа затем хранит эти копии – для того, как полагают авторы исследования, чтобы с помощью последующих мутаций создать из копий новые гены.
Выяснение точного состава генов на 20-й хромосоме было необычайно важной задачей, потому что с каждой хромосомой связаны гены, мутации в которых вызывают те или иные болезни. Список болезней, гены которых находятся на 20-й хромосоме, особенно велик: болезнь Кройцфсльдта – Джэйкоба (человеческий вариант «коровьего бешенства»), тяжелая иммунонедостаточность (опасное аутоиммунное заболевание), диабет-2, болезненное ожирение, катаракта и экзема. Точное местоположение генов для первых двух болезней известно вот уже несколько лет; а точное местоположение других теперь будет легче определить, поскольку в руках исследователей отныне имеется полная карта всех генов этой хромосомы.
Хотя расшифровка хромосом напоминает выход на экран все новых серий единого фильма, в случае генома есть существенное отличие: здесь выпуск очередных «серий расшифровки» непрерывно ускоряется. Сегодня ожидается, что полная расшифровка всех хромосом человека будет завершена к весне 2003 года. Это будет означать неслыханное ускорение медицинских исследований генетически обусловленных болезней и поиск средств их лечения. Со временем, когда «книга жизни» окажется прочитанной до конца, она станет также и «руководством по спасению» этой жизни.
Эта работа так потрясает воображение своей филигранностью, что подмывает воскликнуть: «А не воспеть ли нам славу, братцы…» итак далее, вослед первоисточнику. Но не меньше она потрясает и тем, какие тончайшие секреты матушки-природы вскрыли ученые. Короче, речь идет о механизме, с помощью которого вирус проникает в поражаемую им клетку.
Первая из этих структур – шприцеподобная «насадка», позволяющая вирусу впрыснуть свою ДНК внутрь заражаемой клетки. Исследователи из университета Пурдье изучили вирус бактериофага Т4, который поражает только бактерии кишечной палочки E.coli и по форме напоминает луноход: его продолговатое тельце сидит на шестигранном хвосте-«подставке», от которой сбоку отходят шесть «ножек», именуемых длинными и короткими хвостовыми волокнами.
Изучив атом за атомом строение подставки, ученые установили, что она играет роль своеобразного «нервного центра» вируса, передающего сигналы от него и к нему («своеобразного», а не настоящего, потому что в действительности у вируса, конечно, нет нервной системы, и он вообше живой лишь постольку поскольку может размножаться, но может это делать лишь с помощью посторонней клетки).
Сигналы эти передаются в определенные моменты процесса проникновения вируса в клетку. Первый этап состоит в том, что вирус, увлекаемый межклеточной жидкостью, проплывает мимо клетки и его длинные волокна волокутся за ним. по пути «щупая» торчащие на поверхности клетки белки-рецепторы. Если они находят среди них такой рецептор, который подходит для прицепления вируса, они зацепляются за него, тем самым давая механический сигнал подставке, и та «командует» коротким волокнам осуществить прицепление, или «посадку» всего вируса на поверхность клетки – в точности так, как луноход, расставив свои короткие опоры, опускается на поверхность Луны.
Теперь короткие волокна, в свою очередь, передают подставке механический сигнал о благополучной посадке, и та преобразует свою структуру – из шестигранника превращается в звезду. Одновременно за счет распластывания подставки из ее центра выдвигается доселе скрывавшаяся там небольшая твердая шприцеподобная трубочка. Подставка стягивается в размерах, все более выдвигая трубочку, пока та не войдет в контакт с клеточной мембраной и, двигаясь дальше, не проткнет ее.
Теперь подставка подает последний сигнал, по которому молекула ДНК, находящаяся в тельце вируса, начинает проползать по этой трубочке внутрь бактериальной клетки. Войдя в нее, она затем инструктирует бактерию производить тс белки, которые нужны для построения сотен и тысяч новых вирусных частиц той же формы. с той же ДНК и тем механизмом прицепления и впрыскивания. Это – фаза размножения вируса.
Всю эту сложнейшую и тончайшую вирусную машинерию ученые выявили с помошью изучения расположения всех атомов вируса на всех последовательных стадиях процесса его прикрепления к клетке. Больше всего исследователей заинтересовал вирусный «шприц» для ДНК. По мнению руководителя работы профессора Майкла Россмана, такой шприц может оказаться полезным в качестве «пробника» в современных так называемых атомных микроскопах.
Геннадий Бронфельд
Даешь российского робота!
Сейчас все же XXI век. И я думаю, мы удивительно близки к решению многих старых гроблем. Я прочитал ряд статей в журналах «Знание – сила» (А. Семенов, А. Волков) и «Наука и жизнь» (Д. Усенков). Мне кажется, они представляют собой единую дискуссию. Главный ее вопрос: «Каким будет завтрашний день техники?».
Если в первой половине XX века были созданы автомобилестроение, авиация, телевидение, появились первые компьютеры и атомная бомба, то вторая половина века была менее богата фундаментальными техническими достижениям, хотя темпы накопления информации лишь ускорялись. Были в этот период и громкие провалы, например, японский проект создания ЭВМ пятого поколения.