Горизонтальный перенос генов

25 лет миновало с тех пор, как первое в мире социалистическое государство потерпело крах. Канули в лету времена, когда научные прорывы обсуждались на достойном уровне, с участием специалистов различного профиля: открытия популяризировались в молодёжных журналах, писались занимательные книжки издательства «Эврика» и др., снимались телепередачи, школьники выступали во дворцах пионеров с докладами, фантасты обыгрывали этические коллизии будущего… Для граждан бывшего СССР фундаментальные сдвиги в биологии, в основном, прошли незамеченными. Большинство из них слышали лишь о том, что началось производство каких-то ГМО-продуктов, которые якобы вызывают подозрения, суеверные реплики на рынках; всё это также может служить материалом для манипуляций со стороны телевизионных демагогов. Оно и понятно: то, что стало объектом бизнеса, стало также объектом торговых и связанных с ними информационных войн, самое главное же: величайший взлёт в истории человечества, новая картина мира, мечты о будущем — осталось за кадром. Вот откуда у меня возникло желание постараться рассказать о том, что произошло, на языке советского человека.

СССР
Была такая цивилизация…

Генная инженерия, генная терапия, трансгенные организмы: размышления об этом следует начинать не с подхваченных из буржуазных СМИ высказываний о вреде или пользе тех, или иных продуктов, но с той новой картины мира, которая открылась учёным во второй половине XX века. Этим я и попытаюсь заняться.

Научная картина мира — целостная система представлений об общих свойствах и закономерностях природы, возникающая в результате обобщения и синтеза основных естественнонаучных понятий и принципов.
Философский энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Гл. редакция: Л. Ф. Ильичёв, П. Н. Федосеев, С. М. Ковалёв, В. Г. Панов. 1983 г.

Геоцентрическая система
Геоцентрическая система

Представления человечества о мире не раз менялись на протяжении исторического процесса. Все мы помним о том как менялось астрономическое мировоззрение. Согласно картине мира Аристотеля-Птолемея каждая из 7 планет закреплена на прозрачной твёрдой сфере, обращающейся вокруг Земли; за ними — сфера неподвижных звёзд, и за пределами всех сфер — перводвигатель, приводящий всё это в движение. Долгое время такая точка зрения господствовала среди учёных людей; в такой парадигме немыслимо было вообразить, например, цивилизации иных звёздных систем; люди смотрели на небо и представляли себе всё это… А потом пришли Николай Коперник, сожжённый за идеи на костре Джордано Бруно.


Родовая община
Родовая община

Если астрономическая картина мира описывает, грубо говоря, пространство, в котором мы живём, то биологическая картина мира отражает наши представления о самом живом. Первые сведения о живом человечество начало копить ещё во времена первобытно-общинного строя. Какое растение — съедобное, а какое — ядовитое? Какие повадки у того, или иного зверя, на которого предстоит охота? Как врачевать раны? Так зарождалась биология. Наблюдали люди и то, что называется вертикальным переносом генов, хотя и не могли понимать механизма. Это к разговорам: «глазки — от папы, а носик — от мамы».


Мул
Мул — гибрид кобылы и осла

Представления о предках и потомках были закреплены в понятиях родовой общины. Древнегреческое «γένος» — «род» стало впоследствии корнем слова «генетика». До середины XX века помыслить о существовании чего-либо, помимо вертикального переноса генетической информации было также немыслимо, как для древнего человека представить Землю круглой и вращающейся вокруг Солнца (ведь органы чувств свидетельствуют об обратном). Хорошо помню, как в детстве закрывал глаза, вытягивал по сторонам руки и пытался осмыслить, что Земля — круглая. В древней Месопотамии, ещё 2000 лет до н.э., конечно, разводили мулов — бесплодных гибридов осла и кобылицы, но это был такой же продукт вертикального переноса генов.

Существовало земледелие и существовало скотоводство. Земледелие занималось растениями, а скотоводство — животными. О том, что ген медузы может быть перенесён в геном свиньи — возможно ли было такое помыслить за пределами мифа?


Персей и Медуза Горгона
Персей и Медуза Горгона

Джошуа Ледерберг
Джошуа Ледерберг

Не вдаваясь подробно в историю открытий, замечу, что открытие, в частности, трансдукции (от лат. transductio — перемещение — процесс переноса бактериальной ДНК из одной клетки в другую вирусом-бактериофагом) связано с именем американского учёного Джошуа Ледерберга, который в 1952 году совместно с Нортоном Циндером обнаружил общую трансдукцию.


Эстер Ледерберг
Эстер Ледерберг

Жена Джошуа, Эстер Ледерберг, была первой учёной, кому удалось выделить фаг λ, ДНК-вирус (бактериофаг), из кишечной палочки Escherichia coli K-12 в 1950 году.


Бактериофаг
Вирус-бактериофаг
кишечная палочка
Кишечная палочка Escherichia coli

Считается, что освоение техники введения генов в бактерии стало возможным после того, как Фредерик Гриффит в 1928 году открыл явление бактериальной трансформации:

трансформация
Трансформация
Фредерик Гриффит
Фредерик Гриффит

При контакте с лизатом из погибших вирулентных (способных к заражению) бактерий, невирулентные бактерии обретали свойство вирулентности. Позже выяснились, что вещество в лизате, трансформирующее бактерии в соответствии с убивающим мышей свойством вирулентности, есть ДНК.

Что это всё значит? Гены могут передаваться от одного организма к другому горизонтально. Представления о вертикальном переносе генов формируются школьным курсом биологии. Соматические клетки (др. греч. σῶμα — тело) — клетки, составляющие тело многоклеточных организмов и не принимающие участия в половом размножении, содержат двойной (диплоидный) набор хромосом. Половые клетки содержат одинарный (гаплоидный) набор хромосом. В случае человека сперматозоид отца сливается с яйцеклеткой матери, образуя зиготу с восстановленным двойным набором хромосом, половина из которых — от отца, а половина — от матери; из зиготы формируется зародыш. Это вертикальный перенос генов, от предков к потомкам, наблюдаемый человечеством с древнейших времён.

Оплодотворение
Гаметогенез и оплодотворение

Механизм горизонтального переноса генов — иной. Гены одного организма переносятся в другой организм, не являющийся его потомком, посредством, например, вирусной частицы, бактериальной плазмиды, или напрямую. Горизонтальный перенос генов впервые был описан в Японии в 1959 году.


Морской слизень Elysia chlorotica ворует гены у водорослей, которыми питается — и гены эти помогают слизню, подобно растению, осуществлять фотосинтез.
плесневой грибок
Учёным удалось доказать, что крупный кластер из 23 генов «перепрыгнул» из ДНК грибов рода Aspergillus (плесень, растущая на богатых крахмалом субстратах) в ДНК грибов из рода Podospora (обитают в навозе травоядных животных и способны расщеплять растительные ткани для извлечения энергии)

КонъюгацияВ природе, среди прокариот, т. е. одноклеточных организмов, не имеющих клеточного ядра (бактерий) горизонтальный перенос генов — обычное явление. Существует ряд доказательств наличия в природе горизонтального переноса между многоклеточными эукариотами, и это могут быть таксономически далеко отстоящие друг от друга группы. Так, в 2010 году группой учёных под руководством Седрика Фешотта (Cédric Feschotte) в результате анализа геномов млекопитающих (опоссумов и обезьян саймири), покусанных южноамериканским кровососущим клопом Rhodnius prolixus, был обнаружен горизонтальный перенос фрагмента ДНК — транспозона.

Обезьяна саймири
Обезьяна саймири (Saimiri sciureus)
Клоп
Клоп Rhodnius prolixus
Седрик Фешотт
Седрик Фешотт

Идентичность этого фрагмента ДНК в млекопитающих и насекомых достигает 98 %. Т. е., вероятно, фрагмент ДНК был передан от насекомого — млекопитающему, в природных условиях. В плаценте человека и других приматов работают гены ENVV1 и ENVV2, которые ранее не являлись человеческими, но были частью ретровируса (РНК-содержащего вируса), но оказались полезными и закрепились в результате естественного отбора в геноме. Что же касается искусственного горизонтального переноса генов между, например, животными и растениями, эти методы в настоящее время полным ходом внедряются в практику.

Вторая половина XIX и первая половина XX века характеризуются развитием естественнонаучной парадигмы, описывающей органический мир как единое целое. Биосфера Вернадского — сюда же.

Владимир Иванович Вернадский
Владимир Иванович Вернадский

Но это единство долгое время представлялось, в основном, как трофическое, т.е. основанное на представлениях о пищевых цепях в живой природе. И вот, перед нами раскрывается картина не только трофического, но и генетического единства органического мира, причём речь идёт о взаимосвязи не только по вертикали, от единого ствола, как дерево (с учётом универсальности генетического кода), но и по горизонтали. Выясняется, что вирусы могут иметь значение не только инфекционных агентов, но и переносчиков генетической информации. Переворачиваются, таким образом, наши представления о значении самого инфекционного процесса в природе. В случаях с многоклеточной жизнью речь уже не идёт исключительно о паразитизме более низкоорганизованного организма на более высокоорганизованном. Представления об инфекционном процессе теряют однозначно негативную оценку: вероятно, вирусы являются элементом, без которого невозможна макроэволюция. Традиционные представления об эволюции, основанные на дарвиновском принципе дивергенции (расхождения), уже недостаточны для понимания генеалогии видов.

Дивергенция

А что, если адаптации, возникнув в одной таксономической группе, со скоростью инфекционного процесса, минуя медленный поступательный дарвиновский процесс в каждой отдельной ветке органического мира, распространялись по разным группам живых организмов?  Не здесь ли разгадка механизма сопряжённого появления и вымирания саблезубых животных среди различных отрядов и даже инфраклассов млекопитающих?

Скелет саблезубого тигра
Скелет саблезубого тигра

Дарвиновская картина случайной и стихийной эволюции органического мира постепенно уступает место представлениям об эволюции на основе закономерностей, пропагандировавшимися такими учёными и мыслителями как Лев Семёнович Берг, Иван Антонович Ефремов.

Берг
Лев Семёнович Берг
Ефремов
Иван Антонович Ефремов

Всё это — не затрагивая перспектив победы над старением и любыми ныне неизлечимыми болезнями, полного разумного контроля над биологической формой, грядущих морально-этических столкновений и социальных переворотов, необходимости скорейшего освоения космоса, а также, увы, страшных новых форм биологического оружия избирательного действия, способных поражать целые этносы.

Искусственный горизонтальный перенос генов применяется в генной инженерии.

данио трансгенные светящиеся
Флюоресцирующие трансгенные рыбки Danio rerio
ГМО
Так можно получить ГМО-растения

Когда-то человек ещё ничего не знал о естественном отборе, но успешно занимался селекцией, искусственным отбором. Ныне нам не известен до конца размах значения горизонтального переноса генов в природе, но мы применяем искусственный горизонтальный перенос генов, при помощи векторной частицы, на основе, например, вирусов, в сельском хозяйстве, в производстве химических соединений, в медицине.

генотерапия
Генотерапия

Давайте спокойно и отстранённо окинем взглядом новую научную картину мира в области биологии, полюбуемся на прорыв человеческого разума. Всё ещё может быть только впереди: и самое прекрасное, и самое ужасное. Хотелось бы, чтобы первого было побольше, а второго — избежать вовсе… Реальность, известная нам со времён родовой общины оказалась, образно выражаясь, не плоской, а шарообразной. Мир оказался много более един, более закономерен, чем нам представлялось прежде. И если прав Иван Антонович Ефремов, там, среди звёзд, нас ожидают не случайно сформированные разумные осьминоги, но красивые люди… Именно с обзора этой величественной перспективы, а не с базарных сплетен про «ГМО-помидоры» следует начинать советскому человеку погружение в новую биологическую реальность. По сути, мы вскрыли принципиальную возможность наличия подвижной, а не зафиксированной в далёком прошлом ключевой взаимосвязи, между 4-мя царствами клеточной живой природы, через неклеточную форму жизни — вирусы, и не только через неё. Это фантастически громадное эмпирическое обобщение, никак не освещённое в советских учебниках биологии — мы тогда просто не мыслили значение тех, или иных научных публикаций в иностранных журналах для практики, для экономики! Но, к сожалению, всякое научное открытие может быть обращено не только во благо, но и против гуманизма, поэтому, как и прежде, нам остаётся надеяться на одно:

«Прекрасное далёко, не будь ко мне жестоко,
не будь ко мне жестоко, жестоко не будь…
От чистого истока — в прекрасное далёко,
в прекрасное далёко я начинаю путь…»

Алиса Селезнёва

Пока ещё новые научные открытия не привели к использованию новых технологий как орудия зла, но нужно быть наивным человеком, чтобы не предположить, что соответствующие разработки уже вовсю ведутся по заказу спецслужб капиталистических государств.

Автор Дмитрий Тюлин 52 Articles

Зарождающаяся ячейка НКК «Саратов-Энгельс»

10 Комментарии

  1. Очень позновательная статья, сразу видно, автор вложил душу. У меня есть вопрос. Как горизонтальный перенос генов влияет на реконструкцию родственных связей между бактериями?

    • http://mygenome.su/video/?id=41 Смысл в том, что реконструкция родословной всего органического мира (а значит и нашей родословной) затрудняется, так как гены, у основания ствола родословной, бактериями, подчас не родственными совсем, сильно перемешиваются. Тем не менее, возможности расследования сохраняются: история не стирается полностью.

      Спасибо.

    • http://mygenome.su/video/?id=41 Ссылка с вопросами всё та же. Там говорится о том, что биологическая война между бактериями, например, в почве, посредством антибиотиков, существовала с незапамятных времён, а перенос генов устойчивости к веществам, от почвенных бактерий — болезнетворным бактериям, осуществляется просто, достаточно случайного контакта бактерий. Однако, думаю, следует учитывать и мутагенез: возникла случайно полезная для бактерии мутация, закрепилась в результате естественного отбора и распространилась. Эти явления напоминают распространение ссылок в сети.

  2. Если болезни передаются по генам, то со времен, есть шанс, что, человек родится здоровым? Возможно, что человек, который адаптировался например на севере, где очень холодно и если он переед например в жаркий климат и если адаптируется там, то возможно, что по генам будут передаваться адаптация, где человек может жить в жарком климате?

    • Генетически передаются не все болезни и не все предрасположенности к болезням. Генетическая устойчивость к болезням возникнуть может. А гены дефектные могут как отсеиваться в процессе естественного отбора, так и подавляться доминантными генами другого родителя.

      По поводу адаптаций.

      Если речь идёт конкретно о горизонтальном переносе генов, то теоретически такое предположить не запрещается, в т. ч. в виду того, что подобное возможно реализовать искусственно. Практически и в естественных условиях — не знаю: нет данных фактических, нет данных о том, как выглядят открытые и закрытые пути такой формы распространения генов в этом случае.

      Если речь идёт просто об адаптациях, то так когда-то появились человеческие расы: полезные в этом отношении гены возникли и распространились меж людей, посредством браков. В целом такие адаптации должны проявляться спустя поколения, но генная терапия уже существует (искусственно мы можем воздействовать на этом уровне даже непосредственно на организм).

      Если же речь идёт о том, возможно ли воздействие внешней среды на характер экспрессии (проявления) генов, то, в принципе, такие случаи известны. Такие явления называются эпигенетическими изменениями у живых организмов. Эпигенетические изменения это не то, что происходит в случае с модификационной (ненаследственной) изменчивостью, когда растение с одним и тем же генотипом по-разному растёт в условиях, где много и где мало света. Тут изменяется работа генов, хотя структура ДНК при том не затрагивается. Осенью, перед похолоданием, мыши-полёвки рождаются с более длинной и густой шерстью, чем весной, хотя внутриутробное развитие «весенних» и «осенних» мышей происходит на фоне практически одинаковых условий (температуры, длины светового дня, влажности и т. д.). Исследования показали, что сигналом, запускающим эпигенетические изменения, приводящие к увеличению длины шерсти, является изменение градиента концентрации мелатонина в крови (весной он снижается, а осенью — повышается). Таким образом, эпигенетические адаптивные изменения (увеличение длины шерсти) индуцируются ещё до наступления холодов, адаптация к которым выгодна для организма. Существует ли возможность подобных механизмов для человека — не знаю. Но в целом из генотипа проистекают изменения, не из прямого действия внешней среды на фенотип. Хотя мутации могут возникать под воздействием внешних факторов, но это не прямое воздействие. Т. е. если человек получил загар, вряд ли возможно, чтобы это наследовалось, если в процессе эволюции не возник специальный генетический механизм, чтобы реагировать на изменения среды через модификацию работы генов.

      Подводя итог вышенаписанному, отвечу: в теории возможности для генетической адаптации человека как к болезнетворным факторам, так и к климатическим условиям, существуют. Вопрос состоит в том, когда, где и какие возможности реализуются на практике.

Оставить комментарий