Каким образом ядовитые вещества вызывают изменение цвета? Ответ на этот вопрос дали исследования в новой области, которые представляют собой многоступенчатый процесс: токсины приводят к образованию малой регуляторной РНК, метилятора (РНК-зависимой ДНКметилтрансферазы), которая затем метилирует ДНК и регулирует гены цвета.
Макклинток показала, что «прыгающие» гены (или РНК) могут индуцировать эпигенетические изменения и обусловливать формирование разноцветных кукурузных зерен. Она не знала, что у мышей может меняться окрас. Ее бы, вероятно, удивило такое сходство между кукурузой и мышами. И все же существует общий принцип: эпигенетические изменения контроля генов регулируют появление нового цвета. Во время прогулки можно увидеть собак и кошек с белыми метками на кончиках ушей, с белым пятнышком на задней лапе или в белых «носочках». Белые участки кожи также наблюдаются у лошадей и карпов. Это довольно распространенное явление – в этой книге приведено немало таких примеров!
Вы будете удивлены, когда в конце книги узнаете, что некоторые такие явления являются результатом «парагенетики».
Интересно, что одна РНК-молекула может нейтрализовать эффект другой, поэтому два питательных вещества или даже два яда могут нейтрализовать друг друга. И какое отношение это имеет к вирусам? «Прыгающие» гены, транспозоны или ретротранспозоны родственны вирусам и влияют на контролирующие гены, промоторы и, таким образом, на цвет. Транспозоны напоминают «запертые» вирусы, которые не могут покинуть клетку, и оказываются в заточении внутри клетки, поскольку у них нет оболочки, в которой они могли бы перемещаться.
Вся прелесть заключается в том, что белые отметины на ушах или ногах животных указывают на сложные эпигенетические механизмы, средовые изменения генов. Мне не известно, будут ли такие же отметины на ушах у потомства вашей собаки или лошади – если да, то, возможно, транзиентные (временные) эпигенетические изменения превратились в постоянные мутации благодаря усилиям некоторых амбициозных заводчиков!
Спящая красавица, древняя рыба, утконос и карп кои
Ниже приведено несколько примеров того, как действуют транспозоны в организме различных видов животных. При этом был отмечен случай «воскрешения» одного транспозона из генома лосося с весьма подходящим названием «моряк», которого «оживили» из неактивного древнего транспозона, названного «Спящая красавица» (СК) по имени героини сказки братьев Гримм. Для его реактивации использовали метод, аналогичный описанному выше, когда речь шла о вирусе «Феникс» – реактивированном ретровирусе, который восстановил свою инфицирующую способность после 35 млн лет «спячки». А вирус «Спящая красавица» «дремал» более 10 млн лет. А потом исследователи его «разбудили». В этом случае в лабораторных условиях заменили стоп-кодоны и восстановили транспозон, который вновь приобрел способность к «прыжкам». В 2009 г. в США Международное общество молекулярной и клеточной биологии избрало лососевый СК-транспозон молекулой года, что сделало этот транспозон еще более известным. Сейчас все ждут, что этот транспозон окажется эффективным в генной терапии и будет лишен побочных явлений (или с меньшим количеством?), поскольку, в отличие от ретровирусов, он не интегрируется. И действительно, в 2016 г. был достигнут некоторый прогресс – транспозон использовали для создания зеленой коровы и, что более удивительно, зеленой коровы со светящимися красными глазами. Теперь люди должны получить трансгены или терапевтические гены (не гены цвета) для лечения глазных заболеваний. Поживем – увидим.
Есть такое экзотическое животное, просто набитое «прыгающими» генами, – рыба целакант (African coelacanth) размером примерно с обеденный стол. Ее довольно долго считали вымершей, пока однажды в Южной Африке директор некого музея не увидел ее в рыбацкой сети. С тех пор было замечено еще с десяток особей этого вида. В 2013 г. фотографию рыбы напечатали на обложке Nature. Целакантам около 40 млн лет, и они считаются самыми древними из ныне живущих рыб – живыми ископаемыми. Эта рыба растет очень медленно, почти незаметно около 20 лет, а живет более 100 лет. Возраст рыбы можно определить по органам, обеспечивающим равновесие, – практически так же, как и по годовым кольцам деревьев. Длина генома целаканта составляет 2,9 млрд пар оснований – неожиданно крупный геном, полный повторяющихся последовательностей, которые амплифицируются (до 60%) при отсутствии выраженной диверсификации. Аксель Майер из Констанца, специалист по рыбам cichlids, обитающим в восточноафриканском озере Виктория, является одним из соавторов геномного анализа целаканта. Но даже он не знает, почему геном данной рыбы отличается таким постоянством. У нее не было естественных врагов? Эта рыба особенно интересна тем, что может плавать и бегать, и эта способность должна прослеживаться в ее генах. Я бы пополнила ею свою коллекцию диковинных вещей, кунсткамеру странностей.
Еще одно экзотическое животное – утконос, необычно выглядящее вымирающее австралийское животное. Его геном полностью секвенировали мои коллеги из Института молекулярной генетики Общества Макса Планка (Берлин) и установили, что геном утконоса на 50% состоит из транспозируемых элементов, и некоторые из них очень часто повторяются; кроме того, налицо чрезвычайно много SINE, количество которых, должно быть, многократно увеличилось. Ни у одного другого организма нет такого количества SINE. Причины этого неизвестны. Утконос – животное, находящееся в середине эволюционного пути от птиц к млекопитающим, с утиным клювом, густой шерстью и большим хвостом, в котором может скапливаться жир; он откладывает яйца и вырабатывает молоко. Самец может распылять «яд улитки». Утконосу примерно 100 млн лет. Звучит странно, как научная фантастика. Его геном представляет собой смесь генов различных видов животных.
Еще есть рыба – карп кои, которая внезапно может погибнуть в садке. Этих японских декоративных рыб из семейства карповых поставляют по всему миру для украшения открытых прудов, и они имеют символическое значение – своего рода японская версия священных коров в Индии. Разведение этих особенных ярких рыбок имеет долгую историю. Возможно, внимательный читатель уже готов спросить, не вызвана ли их красочность действием «прыгающих» генов, как в случае с окраской зерен кукурузы? Это именно то, что я предполагала, поскольку у заводчиков возникают проблемы из-за постоянного изменения цвета рыбок из поколения в поколение, который не наследуется должным образом. Обусловлен ли этот явный знак – подозрительная схожесть с эффектом, наблюдаемым у кукурузы и мышей агути, а также у полосатых тюльпанов (см. главу 8), – тоже эпигенетическими изменениями?
Почему же карпы кои неожиданно погибают? Они погибают из-за герпесвируса кои. Может быть, у них слишком высокая плотность популяции? Могла ли какая-нибудь новая рыба быть носителем вируса и заразить всех остальных? Нет, все дело в том, что человек изменил их среду обитания: выпрямил границы озера, убрал ступенчатые рыбоходы, чтобы рыба не могла плыть вверх по течению и откладывать икру. А это стресс для карпов кои! Он влияет на их иммунную систему и приводит к активации герпесвирусов. В Германии ступенчатые рыбоходы для лосося стали обязательными, чтобы рыба могла выпрыгивать из воды, поднимаясь вверх по течению. У наших карпов такие же привычки и такие же проблемы. Известно, что под действием стресса у нас на губах активизируется герпесвирус и появляется герпесная лихорадка – то же самое происходит и с рыбами. Стрессовый фактор внешней среды действует на реальные вирусы и эпигенетические свойства.
