Последние новости биологии
 
Функции генов - прямая и обратная генетика (по материалам журнала "Nature" 1999 год).

Молекулярную генетику называют наукой будущего. И это не только слова. Еще не прошло и 50 лет с открытия структуры ДНК, положившего начало развитию молекулярной биологии, а о ее успехах говорят уже не только ученые, но и люди других профессий и занятий. Мы подошли вплотную к решению проблемы старения, показана принципиальная возможность клонирования высокоорганизованных животных, наработка бактериями человеческих белков давно стала производственной технологией. Все ближе подходим мы и к решению главной проблемы молекулярной биологии - объяснению функций всех генов организма, описанию всех связей между белками, ДНК, РНК и другими компонентами клеток организма, другими словами, получению "полной документации организма". 

Изучение функции генов - одна из наиболее интересных областей современной молекулярной генетики. Часть генов уже описаны как с точки зрения их функций, так и на молекулярном уровне, т.е. известны их полные нуклеотидные последовательности, известно, какой белок они кодируют, как этот белок взаимодействует с другими белками. Традиционно работы по изучению функций генов проводились так. Искусственно в лабораторных экспериментах или естественно в природных популяциях находили мутантные организмы, т.е. организмы, в которых какая-то функция была нарушена, например, мух с нарушениями пигментации глаз, и с помощью классических генетических экспериментов пытались определить, какой ген "отвечает" за данную функцию. Такой подход называют прямой генетикой.

Сегодня известны уже полные нуклеотидные последовательности всех генов для многих организмов. Прочитанные геномы предоставляют большое количество информации о нуклеотидных последовательностях различных генов, функции которых неизвестны, что дает импульс развитию нового направления молекулярной генетики, так называемой обратной генетики, т.е. попытки выявить функцию гена, исходя из известной нуклеотидной последовательности. Например, известно, что аминокислотные последовательности белков, выполняющих сходные функции, похожи, или гомологичны, т.е. если какой-то ген с неизвестной функцией гомологичен уже известному гену другого организма, то можно сказать, что функции этих генов сходны. Так, например, белки разных организмов, взаимодействующие с ДНК, имеют высококонсервативные гомологичные участки, наличие которых в белке с неизвестной функцией позволяет с высокой степенью вероятности говорить о том, что этот белок связывается с ДНК.

Но что же делать, если сравнение последовательности изучаемого гена не выявляет гомологии с уже известными генами. Один из возможных способов решения этой проблемы предоставляет так называемая РНК интерференция. Этот феномен был открыт всего несколько лет назад и показан уже для растений и некоторых животных. Оказывается, что введение искусственно синтезированной двуцепочечной РНК, гомологичной изучаемому гену, вызывает "выключение" его работы, организмы становятся мутантными по данному гену. Например, введение в нематоду Caenorhabditis elegans двуцепочечной РНК, гомологичной гену rol, заставляет червяков сворачиваться в кольца, так как у них нарушается синтез специальных мышечных белков - актинов. Оказывается, что совсем необязательно вводить уже готовую РНК, можно просто кормить животных бактериями, в которых нарабатывается эта РНК, а уж получение таких трансформированных бактерий биологи хорошо освоили. Этот эффект передается и потомству "накормленных" червяков, однако, через несколько поколений утрачивается полностью. 

Так что теперь биологи всего мира пытаются, применяя этот подход, выяснить функции генов организмов, для которых известны нуклеотидные последовательности. Особенно много подобных работ делается на классическом объекте генетики, Drosophila melanogaster, и на нематоде Caenorhabditis elegans. Казалось бы, чего проще, синтезируешь двуцепочечную РНК, вводишь ее в здоровое животное и смотришь, что "сломалось", какая функция нарушена.  Но на самом деле не все гены подвержены РНК интерференции, а кроме того, уже получены мутантные организмы, в которых все это вообще не работает, т.е. оказывается, в самом организме есть какие-то белки, ответственные за этот процесс. В норме в организме животных двуцепочечная РНК вообще не образуется и до сих пор неизвестны ферменты, которые могли бы с ней взаимодействовать, так что совсем непонятно, для чего нужен этот механизм, ведь вряд ли природа решила сделать "приятный сюрприз" генетикам и упростить им задачу. Одно из возможных объяснений роли РНК интерференции - защита организмов от РНК-содержащих вирусов и мобильных элементов, перемещающихся посредством РНК, однако, объяснение особенностей РНК интерференции и ее природной роли - дело будущего.

 

[ Предыдущее сообщение     Оглавление     Последующее сообщение
 

 
vlad@ssl.nsu.ru