В пластидах постоянно идет работа, а ДНК, которая всегда рядом, обеспечивает создание веществ, участвующих в фотосинтезе.
У генетического материала пластид есть даже свое собственное название – пластом. А еще ДНК в пластидах замкнута в кольцо, как плазмида в бактериях. Чаще всего растения-дети наследуют пластом от растения-мамы.
Разные формы ДНК в клетке связаны и работают сообща. Так, ядерная ДНК следит за ДНК пластид и митохондрий и регулирует их работу. ДНК пластид отвечает в первую очередь за фотосинтез, а ДНК митохондрий – за энергетический обмен в клетке.
Знаешь ли ты, что геном банана более чем наполовину совпадает с геномом человека? Выходит, все мы полубананы? Не совсем так. У живых организмов есть гены, которые называют генами «домашнего хозяйства». Они необходимы для функционирования клеток и организма в целом. И вот половина этих генов у человека похожа на такие же гены у банана.
НИКОЛАЙ ИВАНОВИЧ ВАВИЛОВ
Хлеб, макароны, манная крупа – все эти продукты делаются из разных сортов культурных растений. Культурные они потому, что их вывели из растений, которые когда-то были дикими. У любого сорта пшеницы или, например, ржи есть далекий прародитель или даже несколько. Но где же такие прародители росли, долгое время никто не мог узнать. В начале XX века на этот вопрос ответил ботаник и генетик Николай Иванович Вавилов. Он объездил весь мир и собрал огромную коллекцию семян, благодаря которой ученые и в наши дни выводят новые сорта и изучают их признаки. Вавилов выделил несколько центров, с которых началось «окультуривание» тех или иных растений. Вот они:
Грибы бывают совершенно разными. Ты наверняка хорошо представляешь себе те, что растут в лесу, – с ножками и шляпками: сыроежки, опята, мухоморы и лисички. Но есть и другие. Их ты тоже знаешь. Просто тебе, возможно, не приходило в голову, что это грибы. Например, трутовики, которые растут на деревьях. Или домовые грибы: они появляются на сырых стенах зданий и похожи на губку. Или плесень, а точнее плесневые грибы. Их можно увидеть на испортившихся фруктах и овощах. Есть и те, что не видимы глазу, но могут вызывать болезни. Среди них, например, Candida albicans.
Грибы – эукариоты, в их клетках ДНК находится в ядре. Еще у них есть митохондрии, а вот пластид нет. Поэтому фотосинтезировать они не могут.
Грибы могут быть и огромными, и крошечными, как Candida albicans, – без микроскопа не разглядеть. И геномы у них тоже разного размера, но все равно меньше, чем у животных, и считаются самыми маленькими среди эукариот. Геномы грибов небольшие еще и потому, что в них мало повторяющихся последовательностей.
Многие очень любят грибы: варят их, жарят, маринуют и сушат. Собирать их – тоже большое удовольствие. Но порой надо обойти пол-леса из-за того, что грибы попадаются червивые или потемневшие. В пищу такие непригодны. Ученые-генетики (и заодно гурманы, наверное) придумали, как справиться с потемнением у белого гриба. Они изменили его геном. Если точнее – удалили копии гена, который кодировал фермент, вызывающий изменение цвета.
Другие ученые создали светящиеся растения: взяли четыре гена гриба Neonothopanus gardneri и встроили их в геном табака. Гены не случайные, а связанные с белком люциферином. Он отвечает за красивое зеленоватое свечение у этих грибов. До этого пробовали брать гены биолюминесцентных бактерий, но получалось хуже. А вот с грибными генами листья табака светились гораздо ярче! Ученые предлагают разводить и другие «сияющие» растения, чтобы использовать их для украшения.
Есть такой гриб – щелелистник обыкновенный. Он растет на деревьях и похож на мелкий трутовик. Грибникам он неинтересен, зато для ученых очень даже ценен. Все дело в его высоком генетическом полиморфизме. Что это значит? У человека половинки генома, полученные от мамы и папы, отличаются меньше чем на 1 %. Зато у щелелистника – на целых 25 %, то есть на четверть. Так что исследователям есть чем заняться!
А еще у грибов тоже бывают плазмиды. Мы говорили о них, когда обсуждали геном бактерий. Плазмиды помогают передавать генетическую информацию (а если точнее – полезные для выживания гены) от одного организма к другому. Предполагают, что среди всех эукариот такая суперспособность есть только у грибов.
Грибы относятся к особому, отдельному царству живых организмов. И это неслучайно. Животными их не назовешь. Но и растениями тоже: грибы не могут фотосинтезировать и получать энергию из солнечных лучей. И, кстати, в их геноме куда больше общего с нами, чем с травами и деревьями.
Лишайники – это симбиоз гриба и водоросли. Понятие «симбиоз» означает, что они живут вместе и помогают друг другу. Так им легче и лучше, чем по отдельности. Благодаря фотосинтезу растение получает питательные вещества и делится ими с грибом. Тот не остается в долгу и дает растению защиту – словно дом, в котором можно спрятаться.
Уложить нас на неделю в постель с кашлем и высокой температурой – вирусам это ничего не стоит. Один из них – коронавирус – вызвал пандемию COVID-19. Он связал нас по рукам и ногам: все сидели дома в изоляции, учились онлайн, а на улицу выходили в маске, стараясь лишний раз ни с кем не столкнуться. Многие попали в больницу с тяжелыми осложнениями. Ученым удалось разработать вакцины, которые помогают усилить иммунитет против этого вируса. Только тогда мы смогли вернуться к прежней жизни.
Почему человек не мог одолеть коронавирус? И снова дело в геноме. Вирусы быстро размножаются, постоянно меняясь. Их геном мутирует в каждом поколении, и появляются новые штаммы (версии вируса). Поэтому многое из того, что придумывали врачи для борьбы с инфекцией, действовало недолго или вообще не срабатывало.
Это недавний пример, но такие события происходили регулярно на протяжении всей истории человечества. Немногим более ста лет назад разразилась пандемия, причиной которой стал вирус гриппа. Его прозвали «испанкой».
Эффективным средством для борьбы с вирусами стали вакцины. В одном из самых распространенных вариантов они состоят из частиц вируса. Это не сам «живой» вирус, а только его фрагмент. И все же его достаточно, чтобы наша иммунная система познакомилась с опасностью и была готова ей противостоять. Во время пандемии между учеными из разных стран развернулась настоящая гонка: кто быстрее создаст эффективную вакцину и поможет всем? В России ее представили сразу три организации, но массово стали использовать «Спутник V». Эту вакцину даже отправляли в другие государства и на другие континенты.
ДМИТРИЙ ИОСИФОВИЧ ИВАНОВСКИЙ –
физиолог растений, микробиолог и основоположник вирусологии. Он изучал болезнь, которая губила урожай табака. Сперва Ивановский предположил, что виновата какая-то бактерия. Однако с помощью светового микроскопа он разглядел не бактерии, а скопления вирусов. Позже их стали называть «кристаллами Ивановского». Отдельную частицу вируса – вирион – удалось увидеть только в 1939 году с появлением электронного микроскопа.
Исторически сложилось так, что у вирусов плохая репутация. Однако большинство из них никак не влияют на наше здоровье, а то и помогают человечеству. Например, некоторые вирусы – бактериофаги – защищают нас от вредных бактерий. Впрочем, они созданы не для того, чтобы оберегать человека. Просто они поражают бактерии, а ученые увидели в этом способ защиты от патогенов. Существуют онколитические вирусы – они опасны только для раковых клеток.
Вирусы могут проникать в клетки всех живых организмов на планете. Есть те, что нападают только на растения, – например, вирус табачной мозаики. Его обнаружили одним из первых. А есть те, что поражают один или несколько видов животных.
Ученые выяснили, что внутри генома человека спрятаны фрагменты вирусных геномов, которые больше не активны. По этим «следам» можно узнать, с какими болезнями сталкивались приматы.
Сперва вирус цепляется своим белком к рецептору на поверхности клетки. Для этого они должны друг другу подходить – даже по форме и молекулам в них. Через рецептор ДНК или РНК вируса проникает внутрь клетки. После этого он использует органеллы клетки, а иногда и ее геном, чтобы синтезировать новые вирионы – вирусные частицы. Белковая оболочка для вируса также синтезируется внутри клетки-хозяина.
Внутри у вируса может быть спиральная «лесенка» ДНК, а может быть только «ленточка» – это РНК. Она точно так же несет в себе всю генетическую информацию.
Как устроена ДНК и где она живет
Возможно, ты думаешь, что мы уже рассказали о ДНК всё. Ведь она столько раз упоминалась в книге. А вот и нет! Мы пока только чуть-чуть затронули эту тему – а она, поверь, необъятная. Достойна отдельной толстенной книги. Но некоторые подробности – самые важные и интересные – мы все-таки постараемся обсудить.
Структура ДНК – это ее устройство: то, как внутри нее располагаются отдельные молекулы. Именно благодаря своей уникальной структуре ДНК стала хранилищем знания о жизни. Как тебе уже известно, именно в ней закодирована информации о том, каким должен быть организм. Мы уже немного говорили об этом, а теперь давай обсудим подробнее.
ДНК, дезоксирибонуклеиновая кислота, – это полимер, то есть большая молекула, которая составлена из одинаковых маленьких. К полимерам относятся все белки, некоторые углеводы и жиры. Все они сложены из деталек-мономеров – прямо как конструктор. У ДНК такие детальки называются нуклеотидами. Каждый из них состоит из азотистого основания, сахара (углевода) и фосфорной кислоты.