Проповеди об эволюции: как приручить вирус, найти симбионта и поменяться генами
«Я знаю, что ничего не знаю» - таков должен быть девиз всякого честного биолога.
Потому что жизнь - очень сложная штука, которая не терпит догматизма :-)))
Собственно, продолжаем разговор о том, что ещё полвека назад казалось чем-то фантастическим.
А задумывались ли вы когда-нибудь, уважаемые читатели, о том, откуда взялись вирусы? Лично мне нравится гипотеза, согласно которой вирусы - это потомки клеточных форм жизни. Конечно, не целая клетка упростилась до вируса - скорее всего, оттуда вылезли какие-нибудь такие кусочки генома. РНК, во всяком случае, и сейчас умеет вместе с экзосомами (везикулами, или пузырьками) выходить из клетки. Кстати, эта гипотеза (и ещё некоторые другие, которые связывают происхождение вирусов с эволюцией клеток) хорошо намекают на то, что этих мелких паразитов всё-таки стоит считать живыми, хоть они вне клетки ничего и не умеют делать.
А если вирусы и МГЭ друг в дружку много раз превращались... картина несколько усложняется! Считать ли живыми тогда МГЭ, которые могут быть потомками вирусов?..
Бывает и так в науке. Это не означает, что надо верить вообще всему, что предлагают всякие «непризнанные гении», но открытыми в некотором смысле быть надо. Об этом хорошо в своё время Карл Саган писал.
Нет чтобы подумать о том, какие именно механизмы лежат в основе этой красоты (вот хорошая краткая схема)... нет, у меня сразу мысль другая: отличаются ли цветные зёрна на вкус от обычных жёлтых? :-))) Вот не молекулярщик я, не молекулярщик...
Коллеги-преподаватели! Когда будете в очередной раз распекать своих студентов за копипасту, вспомните о том, что это совершенно естественный (и, по-видимому, очень древний) процесс!
Есть, правда, нюансы. ДНК-транспозоны обычно пользуются механизмом «вырезать-вставить», а истинной копипастой («копировать-вставить») обычно орудуют ретротранспозоны (РНК-транспозоны). «Ретро-», напомню, от обратной транскрипции идёт.
ДНК-транспозон - не самая сложная на свете вещь. Он даже не кодирует ничего более, чем белок, который его вырезает и вставляет в другое место.
Вся соль в том, куда именно транспозон встанет... ведь именно от этого зависит, как изменится экспрессия какого-нибудь гена!
Ретротранспозоны чуть сложнее... и чуть коварнее. Ретровирусы - это не только знаменитый ВИЧ, но и такие вирусы, которые ассоциированы с тяжёлыми нейродегенеративными заболеваниями.
Забавно, наверное, быть опоссумом: пол-генома - не ваши, по сути! :-))) (И ещё больше не ваши - если речь идёт о митохондриях: там тоже МГЭ хватает!)
А вот у птиц всякого такого, что «радостно в геномах прыгает, плодится» - гораздо меньше. Почему? Потому, потому что мы пилоты, ответит вам любая птица. Всё связано просто с отбором на уменьшение массы. Для полёта лишняя масса ни к чему! Казалось бы, что там добавит ДНК? Добавляет - и сама она не без массы, но главное - белки, которые её обслуживают (вроде гистонов), весят довольно-таки порядочно. И энергии на всё это дело надо тоже немало - так и на полёт ничего не останется! Потому и сами геномы у птиц поменьше, и МГЭ не в таких объёмах водятся, как у млекопитающих (которым не так важен лишний вес, поскольку они, цитирую, «ползают брюхом по земле и сидят в норах» :-)))
Кстати, поинтересовалась: и у бескилевых птиц, которые не летают, геном тоже небольшой, и доля МГЭ - тоже. У летающих зверей, рукокрылых, примерно те же тенденции (хотя, говорят, у них меньший размер генома связан скорее с малым размером самих зверьков).
Ваш покорный слуга-летописец, по совместительству - аквариумист с 14-летним стажем - конечно же, обратил внимание и на единственную упомянутую тут рыбу. Род Tetraodon мне знаком пусть и не лично, а теоретически (а их держат в аквариумах), но всё же меня смутило, что фугу отнесены именно к нему. Погуглила - да, фугу всё-таки не тетрадоны. Они... таки фугу (Takifugu) :-))) А вот почему у них так мало МГЭ - не совсем понятно, тем более что у других рыб их бывает порядочно в геноме: у того же данио-рерио (знакомого мне уже лично :-))) больше 50 %, да и у пятнистой пецилии, также завсегдатая моей 180-литровой банки, где-то процентов 17.
Вот у насекомых, говорят, мало МГЭ потому, что популяции большие, и потому отбор эффективнее вычищает слабовредные мутации (а мутация, которая позволит разгуливать по геному МГЭ, всё-таки малость вредна :-))) Хотя у тех же рыб популяции тоже немаленькие - но у них, вон, и пол-генома может быть МГЭ занято. Словом, [НСДВС]На Самом Деле Всё Сложнее.
Напоследок приложу ссылку на хорошую работу, где сразу по многим видам из разных таксонов есть данные про размер генома и долю МГЭ.
Как уже, думаю, понятно всякому уважаемому читателю, транспозоны - это такие, в общем-то, паразиты, которые прыгают по геному безо всякой цели и пользы.
Всё как в любом уважающем себя обществе живых организмов: добротой пользуются...
...впрочем, если от паразита окажется какой-то толк, хозяин на него быстро ошейник с поводком нацепит. Одомашнивание - это естественно!
Мораль (а точнее, очередное напоминание от старого друга Капитана Очевидность): мусор - не всегда мусор.
Кажется, где-то это уже было, не так ли?
Верно! Этот эукариотический способ борьбы с чрезмерно разгулявшимися МГЭ похож на систему CRISPR у прокариот! Особенно активно это всё работает во время сперматогенеза - что вполне логично: именно тогда, когда вовсю делятся клетки и происходит кроссинговер, цитирую, «МГЭ под шумок пытаются делишки свои оттяпать» :-)))
Какая ирония: победить какую-то сопливую вирусятину, из-за которой прошлую лекцию пришлось смотреть в трансляции, мне помог в некотором роде вирус - потомок ДНК-транспозона!
На всякий случай дам ссылку на прошлый обзор, чтобы было понятнее, о чём речь.
Всякий из нас прошёл в жизни неэстетичную стадию паразита. Да, с точки зрения материнского организма каждый из нас - это Чужой со своим собственным геномом, который через плаценту высасывает из него соки. Борьба идёт нешуточная (упоминается в этом хорошем материале). Не поучаствовать в этом деле МГЭ просто не могут, поскольку они лезут всюду, куда их не просят. В случае плацентарных это оказалось на руку: говорят даже, что «заражение» плацентой создало предпосылки для поумнения этих зверей.
TFBS - сайты связывания транскрипционных факторов. По ним, получается, можно в некотором смысле заглянуть во времена динозавров (нептичьих :-))) 200 млн лет - это неожиданно много, если честно!
Есть у эукариот такая проблема, что хромосомы - линейные, а не кольцевые, как у прокариот. И кончики - теломеры - линейных хромосом не умеют реплицироваться, приходится их каждый раз восстанавливать. И кто тут поможет? Правильно! МГЭ! Эукариоты, цитирую, «ничего приличнее не нашли, кроме как у каких-то вирусов взять важную для всех вещь». И даже не однажды, если обратить внимание на то, что дрозофилы теломеразу... теряли. Ретротранспозоны снова тут как тут!
Подумалось на секундочку, что бы было, если бы у эукариот были кольцевые хромосомы. Минутка отсебятины - наверное, эволюционных перспектив было бы гораздо меньше: кольцо есть кольцо, не очень, думаю, удобно работать с отдельными его участками. Да и упихивать в ядро легче всё-таки линейные хромосомы, подозреваю.
Звучит заголовок, конечно, устрашающе. Но на самом деле фраза «вирусы контролируют наш мозг» смущать нас не должна, ибо...
...регуляторам всё равно, что и где регулировать. Отсюда мораль ещё одна интересность...
...эмбрионы животных больше всего похожи друг на друга не в самом начале и не в самом конце развития, а примерно посерединке, на стадии фарингулы. Тогда у эмбриона уже размечены отделы, но развивается он практически как единое целое.
Геккель-то, как известно, слегка приврал на рисунках, когда иллюстрировал так называемый «биогенетический закон» - онтогенез повторяет филогенез :-))) На самом деле не только в самом конце, но и в самом начале эмбрионального развития птицы, рыбы, звери, пресмыкающиеся и земноводные особенно друг на дружку не похожи (если речь идёт о позвоночных; филотипическая стадия, кстати, не только у них есть).
Дарвиновское дерево жизни явственно страдает «застенчивостью кроны» - ветки расходятся, чтобы никогда не встретиться вновь. Новое дерево - это уж и не дерево, а корзинка какая-то из сплетённых веточек!
Раньше считалось, что каждый эволюционирует сам по себе. На самом деле всё - правильно, сложнее. Чувствуете, как повеяло какой-то вселенской гармонией при словах «единая эволюционная лаборатория»? Все друг с другом связаны, кругом симбиоз...
И тут же спуститесь с небес на землю! Вот и обещанное упоминание Бога - не мог Дарвин смириться с мыслью, что всеблагий Творец может соорудить такой садизм. После лекции, кстати, кто-то высказался, что всё как бы сходится - ведь наездники таким жутким способом уничтожают вредителей, и это вроде как хорошо получается. Нудно замечу, что «вредителей» в природе нет - их придумали люди, которые привыкли всё живое делить на «полезное», «вредное» и «бесполезное».
Вообще, если подумать, биология - это на 40 % разврат, на 40 % - жестокость и только на 20 % - что-то более-менее приличное. Пуританам в нашей науке делать нечего :-)))
(Вместо слова «разврат» хотела сначала написать «извращения», но буквально сегодня обнаружила иное значение именно этого слова. Так что оставляю «разврат»!)
Так вот, жестокость. Помимо яиц с прожорливыми личинками, садисты-наездники вводят в тело гусеницы ещё и вирус, который в своё время, цитирую, «влился со всеми потрохами в геном наездника». И этот вирус подавляет иммунитет жертвы.
Кстати, стало интересно, что же с иммунитетом у беспозвоночных, как он у них работает (антител, напомню, у них нет: это фишка позвоночных). В общем и целом... похоже, но вроде как попроще всё устроено. А ещё много чего в этой области неизвестно, так что изучайте, господа!
И вот какая хитрость: начинка от наездника, а вот управляют этими странными вирусами именно вирусные белки. Фантастика!
Вообще, там, оказывается, такие ещё завороты бывают, что не на одну лекцию хватило бы :-)))
Жертвы тоже не лыком шиты. Тройной набор: ладно бы просто тля спасалась от наездников с помощью бактерии. Так эту бактерию ещё должен заразить вирус!
И у жертв наездников тоже бывают очень сложные отношения с «ручными» вирусами!
Вообще-то, неудивительно, что именно у тлей водятся целые стада симбиотических бактерий: в соке растений, коим тли кормятся, питательных веществ мало. Приходится обращаться за помощью к микроорганизмам.
И для друзей у тли есть специальные клетки: бактериоциты. И ещё одна любопытная деталь: всё это дело передаётся из поколения в поколение.
Симбиогенез - самая естественная на свете вещь. Даже странно, что когда-то не так давно он считался каким-то нестандартным путём эволюции. И это притом, что мы сами - эукариоты - в чистом виде гибриды!
Есть даже такой любопытный взгляд: может, вообще все живые организмы уже считать голобионтами - этакими экологическими единицами из множества симбионтов? Минутка отсебятины: с одной стороны, что-то в этой идее есть (вспомнить хотя бы лишайники - хотя и их компоненты, оказывается, могут существовать практически самостоятельно), с другой - не у всех симбиоз настолько тесен, что друг без друга они даже кушать не могут.
Кстати, о «кушать друг без друга». Вестиментиферы, например, буквально всю гастрономическую часть своего существования переложили на бактерий. Да и растительноядные животные, если подумать, не сами зелень перерабатывают - это за них делают микроорганизмы. Что, минутка отсебятины, как бы намекает на то, что растительноядность у животных - приобретение сравнительно позднее?
Ну и добавлю уже шутливую деталь: себя, летописца, я вполне серьёзно считаю состоявшимся комменсалом (а я за определение «симбиоза» в широком смысле) при нашем замечательном лекторе - хочется надеяться, что на грани мутуализма :-)))
Особенно затейливо заплетена «корзинка» у прокариот, если присмотреться.
И вот как найти чужих среди своего.
Болезнетворные бактерии - как правило, экологические специалисты, и потому перенос генов практикуют не так охотно, как свободноживущие.
Вспомнилась мне тут к слову такая интересность, что среди архей нет патогенов. Почему они такие добрые - ума не приложу, даже отсебятину лепить не стану :-)))
Вполне логично, что принести что-то чужое в самые важные системы - это означает наверняка их испортить, а вот во что-нибудь периферическое - необязательно!
Хитрые, оказывается, штуки - профаги: встроившись тихонько в бактериальный геном, они не только избегают обнаружения, но и передаются новым поколениям бактерий дальше.
Вот и немного секса - упоминается в конце :-)))
Насчёт случайного переноса генов почему-то вспомнились забавные работы вообще не о том: а именно - про то, что ДНК можно ловить прямо в воздухе (раз, два, три). Отсюда - шальная мысль (полная отсебятина): не происходит ли какой-то обмен генами прямо сейчас в моей комнате между кенаром, зёрнышками, которые регулярно падают в аквариум, рыбами в аквариуме и, собственно, мной? Надо заметить, у эукариот бывают очень любопытные переносы - с участием, кстати, уже полюбившихся нам МГЭ. Но там участвуют всякие кровососы. Комаров сейчас в комнате нет, так что... вряд ли, но для фантастики идея, думаю, хорошая.
Что-то мне подсказывает, что об этом ещё предстоит более подробный разговор, так что оставлю без комментариев.
Чем-то вся это конструкция напоминает... э-э-э, эукариотические способы обмена генетическим материалом, но здесь всё не так. Одна бактерия передаёт другой плазмиду, которая вообще может быть здесь ни к селу, ни к городу, и взамен ничего не получает. Плазмида - самый настоящий эгоистичный репликатор!
ГМО - вовсе не изобретение злобных сумасшедших учёных, как думают некоторые далёкие от науки люди. Агробактерии уже всё придумали давным-давно: внедряют в растительную клетку специальный кусочек плазмиды, который заставляет клетку производить растительные (не бактериальные!) гормоны, кои вынуждают ткани растения разрастаться (отсюда вот эти опухоли). Изящно и... дерзко (цитирую: «гены агробактерий в клетках растений устраивают безобразие»)!
Несколько отрезвляющей для меня оказалась, неожиданно, правая фотография. Почему-то у меня было странное убеждение, что эукариотические и прокариотические клетки по размерам сопоставимы. Нет, прокариоты всё-таки значительно меньше, как правило. Лучше поздно сообразить, чем никогда :-)))
Цепкие обезьяньи лапы людей, разумеется, ухватились за агробактерию и заставили её работать на себя. И да, теперь в растение можно встроить ген какой-нибудь там морозоустойчивой рыбы или огромного тропического паука... конечно же, у тех, кто боится ГМО, при одном только прикосновении к такому модифицированному растению отрастут плавники и паутинные железы. У тех, кто не боится, ничего не вырастет :-)))
Среди бактерий обычная практика - поглощать кусочки ДНК из трупов. Большая часть идёт в пищу, а немножко может и встроиться в геном.
Впечатляющий обзорище :-)))
Мораль: ГПГ - это хорошо, но есть нюансы... скажем, у эукариот это всё-таки не самый главный источник наследственной изменчивости, а даже не слишком разборчивые прокариоты вряд ли возьмут к себе то, что уже в геноме в том или ином варианте есть (гомолог).
И ещё: как бы ни были «вертикальны» гены, например, рРНК - уж, казалось бы, самой устаканившейся вещи - они тоже переносятся горизонтально. «Нет ничего постоянного в этом мире», с лёгкой печалью в голосе заметил Александр Владимирович на этом месте.
Кто-то в своё время назвал Вентера «пиратом от науки» (не Докинз ли часом? не вспомню). Вот это реально пиратская (в хорошем смысле!) работа, по-другому не назвать. Только представьте: была лошадь, раз - и стала зебра! Вот так, думаю, можно передать крутизну смелого эксперимента :-)))
Налетай, торопись, встраивай в геном живопись гены протеородопсинов!
Свойством, которое обретают поглотившие гены протеородопсинов бактерии - светочувствительностью - очень оригинальным и прямо-таки живописным способом воспользовались итальянские микробиологи: они заставили бактерий «воспроизвести» в микромасштабе «Мону Лизу» и даже превратить портрет Эйнштейна в портрет Дарвина. Остроумно до невозможности!
У прокариот, стало быть, границу между своими и чужими устанавливать ещё сложнее, чем у эукариот...
В этой работе авторы не поленились обозначить дикое количество ниточек, которые связывают прокариот. Просто дикое, правда, убедитесь сами!
И тут-то... как всегда, на самом интересном месте уважаемому лектору пришлось закончить рассказ. «Дальше новая порция сложнятины», - как выразился сам Александр Владимирович :-)))
Посему - ждём следующей лекции! Бегом в «Научку» через четверг!
P.S. С Днём рождения ещё раз, Александр Владимирович! Успела всё-таки обзор дописать!
P.P.S. Передам заявку от трудящихся организаторам: вопросов в трансляции может быть много, но хоть какие-то зачитывайте, пожалуйста!