Ученые давно предполагали, что в прогрессивных эволюционных преобразованиях порой бывают важны не столько изменения самих генов, сколько изменения их активности. Даже небольшое изменение нуклеотидной последовательности одного-единственного гена-регулятора может привести к драматическим изменениям активности многих других генов, а это, в свою очередь, может вызвать радикальные перемены в строении организма.
Чтобы проверить эти предположения, группа молекулярных биологов из США и Австралии сравнила уровень активности (экспрессии) генов у человека, шимпанзе, орангутанга и макака-резуса. Активность генов измерялась в клетках печени пяти взрослых самцов каждого вида.
Экспрессию генов измеряют при помощи микрочипов — пластинок с нанесенными на них кусочками ДНК — фрагментами изучаемых генов. Из клеток выделяют РНК и наносят на микрочип. Чем активнее работает ген, тем больше синтезируется в клетке молекул РНК с характерной для данного гена последовательностью нуклеотидов (они синтезируются в ходе первичного «прочтения» генов — транскрипции). Если на чипе имеются кусочки ДНК с такой же последовательностью нуклеотидов, молекулы РНК «прилипают» к ним. По количеству таких «прилипших» молекул РНК и судят об уровне активности гена.
Прежде всего ученые выявили гены, уровень активности которых одинаков у всех четырех видов, и к тому же мало варьирует у разных особей в пределах вида. Как и следовало ожидать, среди них оказалось много генов, регулирующих базовые физиологические процессы, происходящие в клетке — изменение их активности обычно вредит организму.
Ученые выявили также 110 генов, активность которых достоверно различается у человека и шимпанзе. Было выявлено 49 генов, активность которых изменилась именно в человеческой линии (30 генов увеличили свою активность, 19 — понизили). Среди 30 генов с повышенной активностью оказалось целых 9 транскрипционных факторов (30%), тогда как в целом в изучавшейся выборке из 907 генов транскрипционные факторы составляют лишь 10%. Среди генов с пониженной активностью транскрипционных факторов вообще не оказалось.
Среди генов, активность которых изменилась в эволюционной линии шимпанзе после её отделения от человеческой, транскрипционных факторов оказалось всего 9%, причем у половины из них активность повысилась, а у половины — понизилась. Поэтому был сделан вывод, что усиленная экспрессия многих регуляторных генов — специфическая особенность эволюции именно человеческой линии.
Таким образом, транскрипционная функция генов реализуется на первом этапе экспрессии гена — программируемого геномом процесса биосинтеза белков и (или) РНК.
Заключение
В процессе исследования мы пришли к следующим выводам.
Во-первых, взгляды на природу и структуру генов на протяжении 150 лет эволюционировали. Развитие науки и техники позволило в настоящее время уточнить определение: под генами понимают локализованный участок молекулы ДНК, обладающий определенными биохимическими функциями и оказывающий специфическое влияние на особь.
Во-вторых, механизм транскрипции понимается как первый этап реализации генетического кода, при котором происходит биосинтез РНК на матрице ДНК. Данный процесс имеет ряд этапов, в процессе которых транскрибируются отдельные гены или группы генов.
В-третьих, в процессе транскрипции принимают активное участие гены. Ранее в науке считалось, что основной функцией генов является матричная, однако в настоящее время определено, что центральную роль в транскрипции играют гены, кодирующие транскрипционные факторы — белки, способные распознавать определенные участки ДНК, прикрепляться к ним и либо активизировать, либо, наоборот, препятствовать транскрипции близлежащих генов.
В конце 2006 г. в США были опубликованы результаты исследования сравнения уровня активности 907 генов у людей, шимпанзе, орангутанов и макаков-резусов. Было выявлено 30 генов, активность которых у человека резко повышена по сравнению с другими приматами, и 19 генов с пониженной активностью. В первой группе оказалось много транскрипционных факторов, то есть генов, функция которых состоит в регуляции активности других генов. Среди генов, активность которых повышена у шимпанзе, транскрипционных факторов гораздо меньше. Поэтому ученые сделали вывод, что изменение активности генов-регуляторов сыграло большую роль в эволюции именно человеческой линии.
Список литературы
1. Биология: В 2 кн: Учеб. для медиц. спец. Вузов / В. Н. Ярыгин, В. И. Васильева, И. Н. Волков, В. В. Синельщикова; Под ред. В. Н. Ярыгина. — 5-е изд., испр. и доп. — Кн.
1. — М.: Высш. шк., 2003. — 432 с.
2. Зуссман, М. Биология развития / Пер. с англ. — М.: Мир, 1977. — 302 с.
3. Инге-Вечмотов, С. Г. Трансляция как способ существования живых систем, или в чем смысл «бессмысленных» кодонов // Соросовский Образовательный Журнал. — 1996. — № 12(13). — С. 2−10.
4. Ленинджер, А. Основы биохимии: в 3 т. / Пер. с англ. — М.: Мир, 1985.
— Т. 3. — 320 с.
5. Льюис, Б. Гены / Пер. с англ. — М.: Мир, 1987. — 544 с.
6. Чадов, Б. Ф. Квазицикл «ген — проген» — имманентное свойство живого // Философия науки. — 2007. — № 1(32). — С. 129−156.
7. Чадов, Б. Ф. Новый этап в развитии генетики и термин «эпигенетика» // Генетика. — 2006. — Т. 42. — № 9. — С. 1261−1275.
8. Gilad, Y., Oshlack, A., Smyth, G.K., Speed, T.P., White, K.P. Expression profiling in primates reveals a rapid evolution of human transcription factors // Nature. — 2006. — V. 440. — P. 242−245.
Зуссман М. Биология развития / Пер. с англ. — М.: Мир, 1977. — С. 23.
Льюис Б. Гены / Пер. с англ. — М.: Мир, 1987. — С. 22.
Зуссман М. Указ. раб. — С. 27.
Инге-Вечмотов С. Г. Трансляция как способ существования живых систем, или в чем смысл «бессмысленных» кодонов // Соросовский Образовательный Журнал. — 1996. — № 12(13). — С. 5.
Чадов Б. Ф. Квазицикл «ген — проген» — имманентное свойство живого // Философия науки. — 2007. — № 1(32). — С. 134
Чадов Б. Ф. Указ. раб. — С. 135.
Ленинджер А. Основы биохимии: в 3 т. / Пер. с англ. — М.: Мир, 1985. — Т.
3. — С. 169.
Биология: В 2 кн: Учеб. для медиц. спец. вузов / В. Н. Ярыгин, В. И. Васильева, И. Н. Волков, В. В. Синельщикова; Под ред. В. Н. Ярыгина. -
5-е изд., испр. и доп. — Кн. 1.
— М.: Высш. шк., 2003.
— С. 103.
Льюис Б. Указ. раб. — С. 133.
Ленинджер А. Указ. раб. — С. 171.
Gilad, Y., Oshlack, A., Smyth, G.K., Speed, T.P., White, K.P. Expression profiling in primates reveals a rapid evolution of human transcription factors // Nature. — 2006. — V. 440. — P. 242−245.
