Грибки могут существовать очень долго – до 2400 лет (возможно, внутри египетских пирамид?). Они образуют споры, что делает их самыми долгоживущими видами организмов на планете и, вероятно, вообще везде. У них наблюдается устойчивость к радиации, высокому давлению, невесомости, высоким и низким температурам. Возможно, они существуют на планете последние 1,5 млрд лет. Споры были «запаяны» в янтаре 30 млн лет, и недавно некоторые из них оживили, если это утверждение соответствует правде. Некоторые скептики этому просто не верят и подозревают, что это могло быть результатом контаминации в лаборатории. На борт космического корабля «Аполлон-12», отправленного на Луну, случайно попали споры, оказавшиеся в коробке из пенополистирола. Они вернулись в целости и сохранности, несмотря на воздействие на них невесомости и космических лучей, которые, как известно, оказывают мутагенное действие на генетический материал.
Еще в 1966 г. для секвенирования выбрали пекарские дрожжи, поскольку в их небольшом геноме содержится всего 13 млн нуклеотидов. Публикация об этом называлась «Жизнь с 6000 генов» (у нас 20 000 генов). Эти 6000 генов распределены по 16 хромосомам. Пекарские дрожжи и человек имели общего предка, но разошлись в развитии примерно 1 млрд лет назад, однако и сейчас у нас несколько тысяч схожих генов. Около 25% генов пекарских дрожжей родственны генам человека. Поэтому дрожжи использовали в качестве модели эукариотов. Онкоген Ras, известный по ретровирусам, имеет родственника в геноме дрожжей; его охарактеризовали и выявили некоторые различия. В настоящее время гены дрожжей один за другим заменили почти на 500 генов человека в новой области исследований, называемой синтетической биологией. Несмотря на существенное различие последовательностей, было установлено, что они выполняют аналогичные (ортологические) функции в цепочках метаболических путей. Это удивительно. Дрожжи будут использоваться в качестве «микролаборатории» для производства продуктов питания, препаратов (в частности, таксола, показанного для лечения рака молочной железы, или артемизина от малярии) или ароматических веществ, таких как ванилин. В будущем можно будет «гуманизировать» дрожжи путем замены всех метаболических путей для получения соединений, анализа и скрининга потенциальных лекарств и использовать их, а не на мышей или людей! Это было бы просто и быстро. У дрожжей есть ряд преимуществ по сравнению с бактериями; кроме того, это более безопасно, их компоненты легче выделить, и возможен выход на промышленные масштабы.
Вирусы грибков Mycoviruses довольно неактивны и никогда не покидают хозяина, у них нет белковой оболочки, и они с трудом реплицируются, полагаясь скорее на деление клетки-хозяина. Свободные вирусные частицы вне клеток встречаются редко или не существуют вообще. Внеклеточное существование для них нехарактерно, и они постоянно находятся внутри клеток. Грибки могут переносить вирусы без репликации. Одноклеточные пекарские дрожжи инфицируются Narnaviruses, содержащими, как следует из их названия, РНК. Это небольшие вирусы, по размеру в два раза меньше полиовирусов и пикорнавирусов, которые содержат 2900 нуклеотидов (нарнавирус состоит из одноцепочечной РНК со стабилизирующей шпилькообразной петлевой структурой, защищенной на каждом конце структурой типа «лист клевера»; у него нет оболочки, он кодирует только мультифункциональный белок, который отвечает за репликацию, упаковку и защиту РНК; это на удивление минималистичный мультифункциональный вариант вируса. Грибки производят несколько сот тысяч копий вирусной РНК, которые остаются внутри клетки).
У клеток грибков все это есть: последовательности генов от предыдущих инфекций, индуцированных ретровирусами, транспозонами, Ty-элементами (в аббревиатуре «y» обозначает грибок – yeast). Элементы Ty1–Ty5 – ретротранспозоны, при этом Ty3 очень похожи на ретровирусы (у них есть LTR-последовательности, gag, обратная транскриптаза, нуклеаза и интеграза, но нет оболочки), аналогично транспозонам у насекомых, в частности gypsy у мух и растений. Возможно, элемент Ty3, содержащийся в дрожжах, попал в клетки предшественников их нынешних хозяев, насекомых и растений, путем горизонтального переноса генов. Ту5 – модель для исследования архитектуры теломер, при этом у них на концах хромосом есть структуры, родственные обратной транскриптазе, и соответствующий механизм интеграции (см. главу 3). В соответствии с одной из трактовок транспозируемые элементы в дрожжах являются предшественниками ретровирусов – такое предположение было выдвинуто в 1980-х гг. одним из открывателей обратной транскриптазы Хоуардом Темином. А может быть, наоборот, дегенеративными ретровирусами?
Недавно «мобильные элементы» пекарских дрожжей, размножающихся почкованием, использовали для разработки лекарств от ВИЧ. Как сообщила Сюзанна Сэндмайерс из Ирвайна (Калифорния), было получено 60 новых соединений для препаратов. Взаимодействующие белки, 120 из них, влияют на мобильные элементы и, возможно, на ВИЧ. Это – факторы, находящиеся в клетках-хозяевах человека, которые взаимодействуют с ВИЧ как потенциальные мишени лекарственных препаратов. До чего же близкое родство между пекарскими дрожжами и клетками человека – достаточно близкое для скрининга препаратов против ВИЧ. Когда мы едим выпечку или пьем пиво, об этом, безусловно, нужно помнить!
Специалист по дрожжам Джоан Курчио (Элмхерст, Нью-Йорк) объяснила мне, почему вирусы так редко встречаются в дрожжевых клетках. Дрожжевые клетки (они бывают мужскими и женскими) чрезвычайно часто спариваются, что приводит к появлению нового потомства и формированию нового генетического материала. У многих других организмов задачу обновления генетического пула часто выполняют вирусы. Они являются двигателями эволюции. Но это не относится к дрожжам. Применительно к дрожжам можно сделать следующий вывод: у клеток дрожжей «секс» происходит чаще, и поэтому у них гораздо меньше вирусов. (Или, может быть, все наоборот: меньшее число вирусов создает условия для более активного секса?) У дрожжей нет известных заболеваний, передаваемых половым путем. Еще одна причина наслаждаться пивом.
Практически во всех лабораториях проводится «двугибридный анализ дрожжей» – интересный способ исследовать неизвестные белки в качестве партнеров по взаимодействию с белками-мишенями. Суть метода заключается в том, чтобы взять белок в качестве «приманки» (bait) и выбрать неизвестные связывающие белки в качестве «добычи» (prey). Если связывание достаточно сильное, активируется цветная реакция. Это надежный способ выявить новых партнеров по взаимодействию, если у исследователя не хватает воображения, чтобы найти новые темы исследования. Но как только исследователю удается «выловить» какой-нибудь новый белок, тут-то и начинается тяжелая работа – его нужно охарактеризовать. И вот тогда редакторы и рецензенты статей начинают задавать всевозможные вопросы и хотят получить ответы на все вопросы сразу. Объем данных увеличивается, и параллельно с этим растет число участвующих в исследовании ученых. В итоге у всех пропадает желание работать над проектом, после того как представившие результаты коллеги выстраиваются в очередь, чтобы их включили в список авторов публикации. И тогда возникает необходимость в руководителе, обладающем дипломатическими способностями.
Стволовые клетки – почти опухолевые?
Человечество мечтает о вечной молодости или о возможности ее вернуть, чтобы получить еще один шанс начать все с начала, попробовать прожить жизнь еще раз. На одном средневековом полотне изображено, как очень пожилые люди омолаживаются после омовения в волшебном котле. А в греческом мифе даже описана регенерация органов: Прометей был наказан Зевсом, который хотел вылепить людей из глины. В наказание за гордыню Прометея приковали к скале. Каждый день орел клевал его печень, которая за ночь восстанавливалась. Откуда древние греки несколько тысяч лет назад могли знать, что печень человека обладает способностью к регенерации? Посетителям экспозиции стволовых клеток в цюрихском музее задали вопрос: «Задумывались ли вы когда-нибудь, сколько вам лет?» Единственные клетки, которым столько же лет, сколько следует из вашего свидетельства о рождении, – это клетки хрусталика глаза и клетки некоторых сухожилий – они не снабжаются кровью. Все остальные клетки в организме моложе и постоянно обновляются; клетки кожи обновляются каждые несколько дней (отмершие клетки отшелушиваются за счет действия грамположительных и грамотрицательных бактерий); волосы растут со скоростью 1 см в неделю, а ногти – 4 см в год; лейкоциты живут один день, а эритроциты – 100 дней. Клетки других органов и даже головного мозга тоже обновляются. В связи с этим возникает вопрос: «Действительно ли я постоянно меняюсь? Кто я?» Применительно к загадке Дельфийского оракула, известной как «парадокс Тесея» или «корабль Тесея», возникает точно такой же вопрос: если все части корабля заменены новыми, остался ли корабль прежним? И сколько ему лет? Аналогичным образом деревянные японские храмы по своей структуре очень древние, но на протяжении веков дерево, из которого их строили, неоднократно обновлялось.
