Центральная догма удручающе несовершенна в описании молекулярной биологии эукариот. Белки участвуют в экспрессии генов эукариот, однако при этом действует скрытая параллельная система регуляции, состоящая из РНК и прямо воздействующая на ДНК, РНК и белки. Эта невыявленная сигнальная сеть РНК, возможно, позволила людям, например, достичь структурной сложности, благодаря которой мы ушли далеко вперед от одноклеточных организмов.
Все прояснилось благодаря петуниям. В 1990 году Ричард Йоргенсен со своими коллегами пытались вывести их новые разновидности, которые обладали бы более интересными и яркими цветами. Очевидным способом это сделать представлялось внедрение в геном петунии дополнительных копий гена, кодирующего фермент, который отвечал за выработку пигмента. Больше фермента – больше пигмента, правильно?
Да, неправильно.
Меньше фермента?
Нет, не совсем. Лепестки с равномерным окрасом стали полосатыми. На некоторых участках пигмент вырабатывался, в других – нет. Этот эффект оказался таким неожиданным, что ботаники захотели выяснить, почему так происходит. И обнаружили «РНК-интерференцию». Определенные последовательности РНК могут выключать ген, не позволяя ему синтезировать белок. Это характерно для многих организмов. И вообще, чрезвычайно распространенное явление. И оно подразумевает кое-что исключительно важное.
В этой области существует серьезный вопрос, который многократно задавался и столь же часто оставался без внимания. И звучит он так: если интроны (на которые приходится 95 % обычного гена, кодирующего белок) не выполняют биологических функций, почему они там присутствуют? Ими легко пренебречь, назвав пережитками туманного эволюционного прошлого, оказавшихся теперь бесполезными, но оставшихся по той причине, что естественный отбор не избавляется от них, считая безвредными. Даже в этом случае мы можем предположить, что они сохранились благодаря тому, что выполняют какую-то полезную функцию, о которой мы пока не знаем. И это начинает казаться наиболее вероятным объяснением.
Начнем с того, что интроны не такие уж древние. Сейчас выдвигается предположение, что они были включены в геном человека сравнительно недавно. И, вероятно, имеют отношение к подвижным генетическим элементам, известным как интроны II группы – «паразитической» форме ДНК, способной захватывать геномы хозяина и удаляться, когда ДНК преобразуется в РНК. Более того, теперь считается, что они играют роль «сигналов» в управлении генетическими процессами. Интрон может быть короче длинных белковых последовательностей, возникающих при исключении интронов, но короткий сигнал имеет свои преимущества и обладает большими возможностями. По сути, эти интроны могут даже оказаться генетическими «эсэмэсками» в мобильном телефоне жизни. Короткие, дешевые и очень действенные. «Код» на основе РНК, параллельный двойной спирали ДНК, способен прямым образом влиять на деятельность клетки. Последовательность РНК может вести себя как весьма определенный, хорошо различимый сигнал, направляющий молекулы РНК к их целям в РНК или ДНК.
Свидетельства существования такой сигнальной системы вполне вразумительны, но пока не бесспорны. Если такая система существует, то она явно обладает потенциалом для решения многих тайн биологии. Большая загадка человеческого генома состоит в том, как 34 000 генов могут заключать в себе коды для 100 000 белков. Принцип «один ген – один белок» здесь явно неприменим. Скрытая сигнальная система РНК могла бы добиться того, чтобы один ген синтезировал несколько белков в зависимости от содержания сопровождающего сигнала РНК. Другая загадка – это сложность эукариот, особенно после кембрийского взрыва 525 миллионов лет назад, когда многообразие животных внезапно возросло до небывалого уровня и, похоже, было даже больше нынешнего. Вероятно, гипотетическая сигнальная система РНК заработала именно тогда. Как всем известно, геномы человека и шимпанзе удивительно схожи (хотя степень сходства, судя по всему, все-таки менее 98 %, как несколько лет назад сообщалось во множестве источников). Если наши сигналы РНК имеют существенные различия, это может быть одним из способов объяснить, почему люди не так уж сильно похожи на шимпанзе.
Как бы то ни было, очень вероятно, что «мусор» ДНК в человеческом геноме на самом деле таковым вовсе не является. Он может, наоборот, оказаться определяющей частью того, что делает нас людьми.
Этот урок возвращает нас к деловым партнерам ос-наездников – симбиотическим поли-ДНК-вирусам, скрытых внутри осиного ДНК. В них тоже заключено послание, касающееся эволюции человека, и оно весьма странно.
Секвенирование генома, может, и переоценено как ответ на все человеческие болезни, но является прекрасной областью фундаментальной науки. Благодаря секвенаторам стало известно, что осы – не единственные организмы, в геномах которых содержатся фрагменты ДНК-вирусов. На самом деле, они есть у большинства живых существ, включая людей. Геном человека содержит один полный вирусный геном, и называется он ЭРВ-3 (эндогенный ретровирус). Может показаться, что это просто одна из причуд эволюции, но кусок «мусора ДНК», который действительно является мусором… На самом деле без него не было бы и нас. Он играет поистине ключевую роль в предотвращении отторжения плода материнским организмом. Иммунная система матери «должна» распознавать ткани развивающегося ребенка как «чужеродные» и запускать процессы, чтобы от них избавиться. Мы говорим «должна», подразумевая, что это то, что иммунная система обычно делает с чужими тканями.
По-видимому, белок ЭРВ-3 очень напоминает другой – p15E, который приходится частью распространенной защитной системы, используемой вирусами, чтобы не дать хозяину себя убить. Белок p15E не позволяет лимфоцитам, главным клеткам иммунной системы, реагировать на антигены – молекулы, разоблачающие чужеродную природу вируса. На определенном этапе своей эволюции млекопитающие переняли эту защитную систему у вирусов и стали использовать ее, чтобы женская плацента не откликалась на антигены, проявляющие чужеродную природу отца зародыша. Вероятно, исходя из принципа, что его одинаково повесят как за овцу, так и за ягненка, человеческий геном решил украсть целую свинью[70], то есть весь ретровирусный геном.
Однако когда эволюция вынесла ворованное, она не просто свалила этот геном в первозданном виде в цепочку ДНК человека. Она вставила в него пару интронов, разделив ЭРВ-3 на несколько частей, и тот получился полным, но не связанным воедино. Впрочем, не важно: ферменты легко убирают интроны, когда тот фрагмент ДНК преобразуется в белок. Но никто не знает, зачем эти интроны там нужны. Может быть, они включаются случайно. Или – следуя идее РНК-инференции, – имеют более существенные на то причины. Интроны могут являться важной частью регуляторной генетической системы, «текстовыми сообщениями», позволяющими плаценте применять ЭРВ-3 без риска потерять контроль над вирусом.
Какое бы предназначение ни имели эти интроны, эволюция млекопитающих нашла применение не только теплокровности, но и другим уловкам. Она позволила себе провернуть кражу вирусного генома, чтобы материнская иммунная система не выталкивала ребенка из-за того, что он «пах» отцом. Отсюда мы узнаем, что ДНК не эгоистична. ЭРВ-3 содержится в геноме человека, но не потому, что это скопированный мусор, оставшийся лишь благодаря своей безвредности. Он содержится по той причине, что без него люди – в прямом смысле – не способны выжить и даже не способны воспроизводить себе подобных.
Глава 21Нуговый Сюрприз
Активность в Главном зале потихоньку спадала. Узлы вдоль красочных линий времени были закрыты. Или затянуты, или распутаны, думалось Ринсвинду. В общем, с ними произошло то, что обычно происходит с узлами. Когда последний светящийся магический символ погас, наступило некоторое оживление, а снаружи донесся крик, когда в фонтан свалилось трое волшебников с кучей щупалец. Ринсвинда это сначала удивило, а потом встревожило. Раз уж ему не досталось это задание, значит, Чудакулли придумал кое-что похуже.
– Похоже, я здесь не нужен, – на всякий случай произнес он с надеждой в голосе.
– Ха-ха, какой вы забавный, профессор, что правда, то правда! – заметил омар, стоявший рядом. – Аркканцлер ясно выразился, приказав держать вас тут, что бы вы ни говорили.
– Но я же не убегал!
– Нет, вы лишь осматривали стену с расшатанными кирпичами, – продолжил омар[71]. – Мы вас понимаем. Хорошо, что мы поймали вас до того, как вы успели заскочить в переулок, да? А то бы еще поранились.
Ринсвинд вздохнул. Сбежать от омаров всегда было непросто. Они охотились группами и, казалось, обладали коллективным разумом. А благодаря долгим годам измывательств над нерадивыми студентами приобрели злобную уличную ловкость, которая граничила со сверхъестественным.
В зал ворвалось несколько старших волшебников… Чудакулли и декан о чем-то спорили.
– Не понимаю, почему мне нельзя это делать.
– Потому что ты слишком увлекаешься, когда дерешься, декан. Бегаешь кругами и издаешь глупые звуки, – ответил Чудакулли. – Помнишь, из-за чего нам пришлось отменить игры с шарами с краской? Потому что ты не мог понять, что такое «игроки на твоей стороне».
– Да, но это…
– Нам понадобилась неделя, чтобы хоть наполовину привести главного философа в приличный вид… А, Ринсвинд. Вижу, ты все еще с нами. Молодец! Ладно, мистер Тупс, докладывайте!
Думминг кашлянул.
– Гекс подтверждает, сэр, что наши недавние действия могли образовать туннели между нашим и Круглым мирами, сэр. Иначе говоря, остаточные соединения могут преднамеренно или нечаянно использоваться с той стороны. Это, так сказать, волшебные двери в свободном плавании. Они исчезнут в течение нескольких дней. Мм…