Лженаука – генетика. Чума ХХ века.

12.10. Буферность генома

 

 

 

Исходя из такой неожиданно высокой частоты мутаций, становится понятно, зачем клетке и многоклеточному организму нужна такая огромная буферирующая способность генотипа? Дело в том, что при наличии такого огромного числа мутаций, которые постоянно происходят в природе, требуется нивелирование этого эффекта. Поэтому клетки обладают механизмами восстановления (репарации), которые корректируют большинство изменений ДНК, вызываемых мутациями (см. Главу 6).

 

Процесс буферирования наследственной информации продолжается и в настоящее время. В результате полового размножения имеется тенденция к усложнению генома и появлению все новых и новых копий одних и тех же генов. Потом они могут чуть меняться и образуются функционально параллельные гены. Время от времени происходит спонтанное удвоение генов: хромосома в результате ошибки репликации ДНК дает начало хромосоме, в которую входят уже две копии данного гена, расположенные одна за другой. Скорее всего, это результат кроссинговера. При этом одна половая клетка будет не иметь данного гена, а вторая будет иметь две копии.

 

Чем выше стоит организм по эволюционной лестнице, тем сильнее выражена “буферность”. Плацента млекопитающих нивелирует влияния внешней среды. Интересно, что при эволюционном усложнении организмов среднее количество интронов, приходящихся на один ген, возрастает. На основе статистического анализа сделаны выводы, что размер генома коррелирует с общей длиной интронов, содержащихся в гене данного вида; интроны беспозвоночных короче, чем интроны генов человека, а интроны дрожжей короче, чем интроны беспозвоночных. По мере усложнения организмов увеличивается и длина интронов. В общем, в гене суммарная длина интронов может превосходить суммарную длину экзонов в десятки и сотни раз (182). Следовательно, интроны – это не мусорная ДНК, а способ увеличить “буферность” генома.

 

Механизмы защиты организма от высокой частоты мутаций включают:

1. Развитые механизмы починки ДНК.

2. Мультипептидность генома, в том числе изогенная и гомогенная.

3. Изогенность генома.

4. Гомогенность генома.

5. Мультипептидность основных функций клетки.

6. Множественность копий генома в целом или полиплоидизация.

7. Избыточность защитных механизмов.

 

1. О том, что в высших организмах имеются хрошо развитые системы починки мутаций и повреждений, я писал выше.

 

2. Важейшие белки имеют множество копий их генов. Так, многократно повторены в ДНК гены рРНК, тРНК и гистоновые мРНК.

 

3. Совокупность генов, геном, обладает огромными буферными свойствами, сглаживая фенотипические изменения за счет множественности кодирования особо важных аминокислот в генетическом коде (одна и та же аминокислота кодируется 1–6 кодонами, а, например, аргинин кодируется 6 кодонами!!!). Поэтому из–за того, что один и тот же белок может кодироваться тысячами разных генов, организм компенсирует постоянное изменение последовательности нуклеотидов в ДНК.

 

4. Буферирование огромного количества мутаций осуществляется за счет гомологии аминокислот (существования гомологичных аминокислот и т.д., когда функция белка почти не меняется от замены одной аминокислоты на гомологичную). Кроме того, имеются изоформы данного белка. Они могут не повреждаться при одиночной или даже множественной замене нескольких нуклеотидов. Ферменты, организованные в репарационные пути, могут отслеживать и исправлять ошибки в транскрипции, трансляции, и даже в структуре белка. Это обеспечивает всей системе “буферность” и стабильность.

 

5. В сложно организованных организмах, как правило, имеется множество белков с дублирующими друг друга функциями.

 

6. Наконец, буферность генома увеличивается путем умножения генома. Это феномен общебиологический. Он играет важную роль в повышении способности клетки противостоять проявляемости мутаций. Полиплоидные клетки пока не найдены у растений и птиц, но, видимо, плохо искали. Все двуядерные многоядерные клетки полиплоидные по суммарному своему генотипу. Двуядерность особенно характерна для железистой ткани. Следует отметить, что, если не применять особые методы количественного анализа, то на гистологических срезах пропускается от половины до трех четвертей двуядерных клеток (160).

 

Надо различать полиплоидию – удвоение числа хромосом в соматической клетке (4n, 4с) и политению – удвоение (как правило, многократное) числа хроматид в диплоидном наборе хромосом. Если n – гаплоидный набор хромосом, а с – количество ДНК в гаплоидном наборе, х – количество хроматид (нитей хромосом или будущих дочерних хромосом), то диплоидная клетка содержит 2n, 2х, 2с, тогда как клетка перед делением после удвоения числа нитей хромосом обозначается в виде 2n, 4х, 4с. Если митоз пропускается и клетка вновь реплицирует ДНК, в следующем митозе выявляются сдвоенные хромосомы – диплохромосомы, а если нет и этого митоза, то в третьем видны учетверенные квадруплохромосомы. Многократные репликации ДНК без митоза – способ буферирования генома. Если имеется только одна копия гена, то при мутации одного аллельного гена клетка сможет синтезировать только половину нужного количества белка. Если же в клетке имеется удвоенное количество всех генов, то даже, если есть мутации в одном аллеле, наличие двух аллельных пар делает клетку практически нечувствительной к данной мутации, поскольку в “руках” клетки остается два здоровых гена (160).

 

Но при такой организации защиты от высокой частоты мутаций неизбежно возникает побочный эффект в виде возможной гибридизации мРНК. Поэтому природой разработана система проверки в виде эмбриогенеза. Главным фильтром вредных мутаций является эмбриогенез, а не рецессивность. В этом случае важную роль играет и система контроля стабильности генетической информации через проверку иммунных свойств собственных белков. Ещё до того, как появится эффект в фенотипе. Это важно потому, что гибридизация может путем каскадных реакций дать онкогенный эффект (см. Приложение_VII).