Чем больше мы начинаем разбираться в прыгающих генах, тем больше они становятся похожи на своего рода приспособления матушки-природы для генетической инженерии на скорую руку. Чем больше мы о них узнаем, тем больше открывается для нас завеса тайны над тем, как наша иммунная система защищает человека от болезней и как наш генофонд реагирует на внешний стресс со стороны окружающей среды. Подобные знания могут открыть для ученых совершенно новые способы иммунизации людей против болезней, восстановления нарушенной иммунной системы и даже избавления от опасных мутаций на генетическом уровне.
* * *
Помните про мусорную ДНК, о которой шла речь выше? Теперь ее называют некодирующей ДНК, потому что в ней не содержится генетический код для создания какой бы то ни было клетки напрямую. Если вы недоумеваете, почему в ходе эволюции нам досталось столько бесполезного багажа, то вы не одиноки. Не зря же изначально эту часть ДНК называли мусорной. Вместе с тем сейчас ученые начали разгадывать тайну, кроющуюся за этими некодирующими генами, и первую подсказку они получили от прыгающих генов.
Когда научное сообщество признало, что прыгающие гены реальны – и играют важную роль, – исследователи принялись за их поиск в геномах различных растений и животных, в том числе – в геноме человека. К своему удивлению, они обнаружили, что приличную часть некодирующей ДНК составляют прыгающие гены – вплоть до ее половины [124]. Однако это был еще не самый большой сюрприз – оказалось, что эти прыгающие гены очень похожи на особый тип вирусов. Вы не ослышались – чуть ли не половина человеческой ДНК находится в родственной связи с вирусами.
Может быть, вы и думаете о вирусах каждый день – по крайней мере о том, как их избежать, будь то вирусы компьютерные или биологические, – однако вы наверняка давненько не читали о них в книгах по биологии, поэтому сейчас мы быстренько освежим ваши познания о них.
Вирусы представляют собой фрагменты генетического кода, неспособные к самостоятельному размножению. Единственный способ размножения вирусов – это заражение другого организма с целью использования его клеточных механизмов в своих целях.
Вирусы могут успеть размножиться многие тысячи раз внутри одной клетки, прежде чем прорвут ее стенки и перейдут к захвату следующей клетки. Большинство ученых не считает вирусы «живыми» из-за отсутствия у них обмена веществ и способности к самостоятельному размножению.
Ретровирусы представляют собой довольно особую разновидность вирусов. Чтобы понять, что в этих вирусах такого важного, следует сначала уяснить, как именно используется генетическая информация для построения клеток и в конечном счете целых организмов. Если в общих чертах, то строительство организма происходит по следующему пути: от ДНК к РНК и от РНК к белкам. Представьте себе, что ДНК – это библиотека, содержащая чертежи целого города, а клетки нашего тела – различные здания этого города: школы, муниципальные здания, жилые дома, гостиницы и т. д. Когда у организма возникает потребность построить новое здание, он использует для этих целей вспомогательный фермент под названием «РНК-полимераза», чтобы скопировать чертежи этого здания на матричную РНК – мРНК. мРНК относит эти чертежи на стройплощадку и руководит постройкой заказанного здания, или белка.
На протяжении долгого времени ученые были уверены, что генетическая информация способна перемещаться только в этом направлении: от ДНК к РНК и от РНК к белку. Открытие ретровирусов – таких как ВИЧ – доказало, что они были не правы. Ретровирусы состоят из РНК. С помощью фермента под названием «обратная транскриптаза» ретровирусы синтезируют ДНК на матрице своей РНК – происходит изменение направления информационного потока. Если следовать нашей аналогии с городом, то это равносильно изменению оригинальных чертежей, вместо того чтобы просто копировать их и переносить полученные копии. У этого процесса существуют серьезнейшие последствия – ретровирусы способны буквально изменять ДНК человека, так как могут встраиваться в его геном.
Открытие РНК, способных трансформироваться в ДНК, привело к открытию новых лекарств, ставших основой современной комбинированной антиретровирусной терапии, применяемой для лечения ВИЧ-инфекции.
Подобно противооткатному упору (в простонародье известного как «башмак»), который водители подкладывают под колеса своих грузовиков, чтобы те не сдвинулись с места, некоторые из этих лекарств останавливают фермент обратной транскриптазы, в результате чего ВИЧ оказывается запертым в пределах своей внутриклеточной стоянки: он пытается забраться в ДНК клетки, но не может его достичь.
Теперь представьте себе, что происходит, когда ретровирус или вирус записывает свой генетический код в ДНК зародышевой клетки организма. Потомки этого организма рождаются с вирусом, навечно запечатанным в их ДНК.
Любопытно. Ученые считают, что ВИЧ не способен преодолевать барьер Вейсмана и вклиниваться в ДНК сперматозоидов или яйцеклеток. Они убеждены, что зараженная ВИЧ мать передает этот вирус ребенку во время родов, когда ее кровь беспрепятственно смешивается с кровью ребенка.
Разумеется, чаще всего, как это происходит со всеми мутациями, при рождении потомков с измененной ретровирусом в зародышевых клетках одного из родителей ДНК, внесенное изменение оказывается вредоносным, и оно не задерживается в генофонде. Но если вирус не приносит никакого вреда, а то и вовсе повышает шансы потомков выжить и размножиться, то он может в конечном счете навсегда прописаться в генофонде.
Если генетический код, изначально принадлежавший вирусу, становится частью генома организма, то они, по сути, становятся единым целым.
На сегодняшний день нам достоверно известно, что геном человека по меньшей мере на восемь процентов состоит из ретровирусов [125] и родственных им элементов, навсегда обосновавшихся в нашей ДНК – их называют эндогенными ретровирусами человека, или HERV. Ученые только начинают постигать роль HERV в здоровье людей, однако они уже обнаружили весьма любопытные закономерности. Так, проведенное исследование показало, что один вид HERV может играть важную роль в образовании здоровой плаценты, а другое продемонстрировало наличие связи между эндогенными ретровирусами и заболеванием кожи под названием «псориаз».
Шустрые прыгающие гены тоже могут быть потомками вирусов. Выделяют два основных типа прыгающих генов – гены первого типа под названием «ДНК-транспозоны» прыгают, используя механизм «вырезать и вставить», в то время как второй тип, ретротранспозоны, используют для своих прыжков механизм «копировать и вставить». Оказывается, что прыгающие гены второго типа – ретротранспозоны – чертовски похожи на ретровирусы. В этом есть свой смысл, потому что используемый ими механизм «копировать и вставить» очень похож на механизм, применяемый ретровирусами. Сначала ретротранспозоны копируют себя в РНК, как это делают любые нормальные гены, затем, когда РНК доходит до того места в геноме, в котором эти прыгуны хотят приземлиться, ретротранспозоны с помощью обратной транскрипции вставляют себя в ДНК, изменяя привычное направление информационного потока, точно так же, как это делают и ретровирусы.
