Установлен факт переноса информации между растительными и человеческими генами
Иван Куликов
С пищей мы потребляем не только питательные вещества, но и информацию о том, что нашему организму с ними делать, установили китайские биологи, обнаружившие факт обмена генетическими кодами между представителями разных доменов — высшими растениями и млекопитающими.
Фенотипическая функция группы генов, известная под названием «человек», немало преуспела в направленном изменении функций других генетических содружеств, начав в незапамятные времена с искусственной селекции организмов (животных, растений, насекомых и даже бактерий и дрожжей), и относительно недавно продолжив генной инженерией, то есть приступив к редактированию генов непосредственно.
Какие формы примет эта деятельность перед лицом глобальных угроз (среди которых и массовое вымирание организмов, притом не обязательно техногенное: уничтожить все живое могут геоклиматические и космические катаклизмы), покажет время. Возможности тут огромные: от почти уже реальной реконструкции исчезнувших существ и генетического архивирования исчезающих до инсталлирования биоценозов в других уголках Вселенной в отдаленном будущем.
Раз человеческие гены способны перепрограммировать чужие, притом независимо от родства, будь то вирусная РНК или хромосома шимпанзе, почему бы не предположить обратное —
нечеловеческие гены, которые обмениваются информацией с человеческими?
Ведь все мы — люди, растения, животные, микробы — скорей не ступени пирамиды, а разные самореплицируемые складки одной молекулярной ткани, оккупировавшей в определенный момент истории Галактики крошечную по площади поверхность гравитационно-скомковавшихся отходов эволюции звезд.
Горизонтальный обмен генами (когда генетическая информация передается организму, не являющемуся его потомком) у прокариотов (одноклеточные живые организмы, не обладающие оформленным клеточным ядром) открыт уже давно — именно благодаря ему бактерии, притом не обязательно одного вида, обмениваются разным «опытом», помогающим, например, сопротивляться антибиотикам.
В случае эволюционно более продвинутых, сложных и генетически более «эгоистичных» эукариотов (особенно многоклеточных, к которым принадлежим и мы с вами) ситуация сложней. Внутри этого царства горизонтальный обмен тоже, как выяснилось в последние несколько лет, происходит, но его роль в эволюции существ, клетки которых содержат ядра, остается, в силу малой изученности, непонятной, хотя и чрезвычайно интригующей. В последнее время по мере накопления сведений, подтверждающих, что такой обмен действительно происходит, все чаще можно услышать мнение, что дальнейшее прояснение его роли может привести к смене научной парадигмы в биологии.
Открытие, сделанное группой цитологов (специалистов, изучающих функционирование клеток) Нанкинского университета (КНР), работающих под руководством профессора Чжан Ченъю, парадигму пока что не меняет, но точно делает еще один шаг в этом направлении. Как было установлено ими в серии экспериментов,
гены растений могут перекодировать гены млекопитающих, в том числе, по всей видимости, и гены человека.
Об установленном факте горизонтального переноса генов между многоклеточными организмами различных царств — высшими растениями и высшими животными — биологи сообщают в статье, опубликованной сегодня в авторитетном журнале Cell Research (импакт-фактор 9,41), принадлежащем той же издательской группе, которая издает Nature.
Открытию предшествовало обнаружение растительных микроРНК внутри человеческих тканей и в сыворотке человеческой крови, немало удивившее биологов, так как смотрятся они здесь действительно ни к селу ни к городу. Что могут делать чужеродные растительные гены, попавшие внутрь с пищей и, по идее, обязанные разрушиться в процессе переваривания, молекулярного разложения и сложных стадий последующего метаболизма, в наших внутренних тканях и жидкостях, где балом правит человеческая ДНК? Как выяснилось через некоторое время —
перепрограммировать определенные человеческие гены, менять их функцию и таким образом регулировать физиологию «хозяина» — того, кто их, собственно говоря, съел.
МикроРНК принадлежат к классу коротких (всего 19–24 нуклеотида) некодирующих (не транслируемых в белки) РНК-молекул. Несмотря на то что некодирующие РНК не содержат информации о структуре белков, в клетке они выполняют очень важные функции. Например, транспортные РНК переносят аминокислоты к месту синтеза белка, рибосомные РНК осуществляют процесс трансляции — считывают данные с большой матричной РНК, отпечатавшей «рецепт» белка, записанный в ДНК, и выстраивают пептидные связи между аминокислотами — базовыми блоками протеинов.
МикроРНК, в свою очередь, умеют «стопорить» этот белковый процессор, то есть регулируют экспрессию генов, подавляя трансляцию и запуская деградацию матричной РНК, то есть заставляя определенный ген «замолчать».
Понятен повышенный интерес к микроРНК биологов и медиков: если команда «стоп» отдается некорректно, организм начинает испытывать или дефицит, или переизбыток определенных белков, поэтому разные микроРНК можно использовать в качестве биомаркера заболеваний, связанных, например, с нарушением обмена.
Исследованием сигнальных функций микроРНК и занималась группа Чжан Ченъю,
вдруг обнаружившая в образцах человеческих тканей и сыворотки крови помимо «родных» человеческих также и растительные микроРНК.
Точнее, MIR168a, микроРНК, обильно присутствующую в рисе и, как выяснилось, в сыворотке крови, взятой для исследований у китайцев. Оставалось ответить на вопрос, что делает (если делает что-то вообще) «растительный ген» в клетках человеческого организма.
Сразу спешим разочаровать сторонников теории заговора, уже представивших себе живописную картину чудовищных экспериментов по скрещиванию с рисом десятков тысяч добровольцев.
Для выяснения человеческих функций растительного гена MIR168a в лабораториях реальных использовался более эффективный инструмент — человеко-мышь.
Точнее, мышь, некоторые гены которой специально заменены на человеческие.
На этой стадии и был установлен факт программирования растением животного, заставляющий взглянуть на сказки про гостеприимных колдунов, превращающих людей в козлов с помощью вкусного обеда, с научной точки зрения.
Выяснилось, что рисовая микроРНК MIR168a может «выключать» матричную РНК, транслирующую информацию о ЛПНП-рецепторе — важнейшем белке, опосредующем процесс захвата клеткой липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), которые являются одним из основных переносчиков холестерина (именно ЛПНП-холестерин называют «плохим» из-за его связи с высоким риском развития атеросклероза).
Перекодируя процесс трансляции, MIR168a подавляет экспрессию в печени гена LDLRAP1, что, в свою очередь, замедляет вывод лишних липопротеинов низкой плотности из крови мыши с человеческим геном LDLRAP1. Таким образом, растительный ген может регулировать экспрессию важного метаболического гена млекопитающего и, как следствие, перепрограммировать обмен веществ в его организме.
Факт, что растительные гены способны перепрограммировать белковый конвейер в клетках животного, таит в себе уйму интересных следствий, возможность которых физиологи тоже обязательно изучат.
Его потенциальное значение, как и других открываемых фактов матричного переноса, огромно.
Скорей всего, в случае конкретно человека, одним MIR168a и ЛПНП-рецептором горизонтальный перенос не ограничивается, заставляя предположить, что разные микроРНК, поступающие в нас с различной пищей, притом не только растительного, но и животного происхождения, могут и по-разному перепрограммировать гены едока.
Другими словами, потребляя еду, мы потребляем не только питательные вещества в виде белков, жиров, углеводов, витаминов и микроэлементов, то также информацию, что нашему организму с этими веществами делать. В этом смысле
формула «ты есть то, что ты ешь» приобретает более глубокий смысл на уровне обмена не только вещества, но также кодов.
Заставит ли горизонтальный перенос информации взглянуть по новому на взаимодействие представителей разных доменов и царств, таких как животные и растения, как на генетически связанную коэволюцию, а также рассмотреть под другим углом отношения хищника и жертвы? Безусловно. Тогда и пищевые цепочки, без которых не представима жизнь, выстроятся уже не в пищевую пирамиду, а скорее, в сеть по обмену данными между разными содружествами генов, где нет ни более слабого, ни более сильного, ни выигравшего, ни проигравшего, ни мертвого, ни живого, и никакая информация, однажды порожденная биосферой, не теряется, даже если ее съел кто-то другой.
