Точечные мутации – это в некотором роде неудачные попытки клетки справиться с поломками в ДНК. Все начинается с того, что в каком-то месте "текста", на одной из цепей, одна "буква" по какой-то причине ломается или превращается в другую. При этом рушится основной принцип, по которому построена ДНК: две нити, состоящие из нуклеотидов, должны быть комплементарны друг другу. Это значит, что напротив любого аденинового нуклеотида (А) на другой цепи должен находиться тиминовый (Т), а напротив гуанинового (Г) – цитозиновый (Ц). Пары А – Т и Г – Ц одинакового размера, поэтому вся спираль получается одинаковой толщины.
Как только друг напротив друга оказываются некомплементарные нуклеотиды, на цепи возникает выпячивание. Его распознает система репарации – группа белков, которые отвечают за ремонт ДНК. Они отрезают участок поврежденной нити и достраивают его заново, чтобы он подходил (был комплементарен) к нетронутой цепи. Однако не во всех случаях система репарации верно определяет, какая из цепей "неправильная". Белки то и дело промахиваются – и тогда в ДНК закрепляется ошибка, то есть мутация.
Кроме того, белки репарации могут остановить деление клетки, если повреждений накопилось слишком много. Это служит защитой от опухолевой трансформации – ведь если сразу несколько генов в клетке оказались изменены, то она может начать неконтролируемо размножаться. Поэтому мутации в конечном счете приводят к тому, что клетка теряет способность делиться или – если система репарации не успела забить тревогу – становится раковой.
Вот приблизительный список тех, кто вносит смуту в нашу ДНК и ответственен за первичные поломки:
1. Ультрафиолетовые лучи. Они рвут одну из связей внутри тиминовых нуклеотидов, а новая образуется уже между двумя соседями (получается тиминовый димер). Чем больше в клетке таких димеров, тем выше шанс, что система репарации один из них пропустит. Это происходит, например, в коже больных ксеродермой – я приводила это заболевание в качестве примера ускоренного старения, – из-за врожденного дефекта системы репарации клетки не справляются с количеством мутаций и перестают делиться. А те, кто все-таки смог размножиться невзирая на поломки, дают начало опухолям.
2. Канцерогены. Это вещества, которые похожи по структуре и форме на нуклеотид и поэтому способны вклиниться между соседними элементами спирали. При этом сами по себе "буквы" в тексте ДНК остаются целыми, но изменяется форма спирали – что привлекает белки репарации.
Так действует на клетку, например, курение: при сгорании смолы образуются канцерогенные полициклические углеводороды. Примерно то же самое происходит
[145] при жарке красного мяса: при нагревании в нем появляются полициклические углеводороды, а также два других типа опасных веществ: гетероциклические амины (они же придают жареному мясу золотистый цвет) и производные гема (составной части гемоглобина, которого особенно много в красном мясе). Все они напоминают нуклеотиды по химической структуре – в их основе лежит кольцо, которое и помогает им встроиться между звеньями цепи ДНК.
Именно поэтому в любых рекомендациях по здоровому образу жизни можно встретить отказ от курения. А в последнее время появились и призывы отказаться от красного мяса: Международный фонд исследований рака, например, рекомендует
[146] есть его не более килограмма в неделю. И если вред курения ни у кого не вызывает вопросов, то споры о вреде красного мяса продолжаются. До сих пор неизвестно, какая именно доза красного мяса допустима и не вызывает критического количества мутаций. Некоторые исследователи считают, что абсолютно безопасной дозы мяса вообще не существует
[147]: наблюдения за жителями полуофициальной "голубой зоны" – общины церкви адвентистов седьмого дня – показывают, что даже одна сосиска в день увеличивает риск смерти от всех причин на 6 %.
3. Радиация. Это поток частиц, энергия которых достаточно высока, чтобы разрушить обычно стабильные связи в крупных молекулах, например белках и липидах. В результате их распада образуются свободные радикалы – молекулы, которым до стабильного состояния не хватает одного электрона. Радикалы пытаются "отобрать" недостающий электрон у окружающих клеточных молекул. Под горячую руку может попасть и ДНК – тогда в нуклеотидах тоже рушатся связи, они меняют свою структуру и деформируют цепь.
Большинство людей с серьезными дозами радиации обычно не встречается – за исключением, конечно, шахтеров на урановых рудниках и жертв ядерных катастроф, – но она может стать одним из главных препятствий
[148] для полетов к далеким планетам и звездам: в космосе она гораздо сильнее.
4. Кислород. Это куда более опасный источник свободных радикалов, чем радиация, – хотя бы потому, что мы постоянно с ним контактируем. Время от времени его молекулы превращаются в активные формы кислорода, самая известная из которых – перекись водорода. Подобно прочим свободным радикалам, активные формы кислорода разрывают связи в крупных молекулах – белках, липидах и ДНК. Молекулы-жертвы теряют электрон и сами превращаются в радикалы – происходит цепная реакция.
Этот процесс называют окислительным стрессом, потому что активные формы кислорода работают как химический окислитель, отбирая электроны у других молекул. О последствиях окислительного стресса мы еще будем говорить в следующих главах, но, забегая вперед, скажу, что он для клетки куда важнее и страшнее, чем любые другие виды стресса.
Сильнее всего достается митохондриям – органеллам, которые отвечают за клеточное дыхание и производство энергии. Именно они поглощают кислород и становятся рассадником свободных радикалов и очагом внутриклеточного бунта. Митохондрии – бывшие бактерии, которые когда-то давно поселились внутри клетки, которая стала нашим общим предком. На память о самостоятельной жизни они сохранили небольшое число собственных генов – митохондриальную ДНК. Она страдает от окислительного стресса гораздо сильнее
[149], чем ДНК в клеточном ядре. Активные формы кислорода образуются прямо у нее под боком, а она от них ничем не отгорожена – у нее нет ни собственной оболочки, ни защитных белков, которые могли бы принять на себя удар.
