Изменчивость генов

Хромосомы – отнюдь не инертные стабильные структуры, сохраняющие генетическую информацию целые эпохи. Они постоянно претерпевают различные изменения. Некоторые из них легко поддаются исправлению.

Ферменты способны исправлять ошибки репликации и разные повреждения ДНК, вызываемые неблагоприятными внешними условиями. Они разрезают ДНК в нужном месте, заменяют неправильное основание и «зашивают» молекулу обратно. Неисправленные с помощью механизма репарации повреждения приводят к наследственным мутациям, которые могут быть летальными, неполностью подавляющими жизненную функцию, «молчащими» или даже благоприятными. К наиболее распространённым мутациям относятся встраивание в ДНК неправильного основания и потеря или приобретение одного или нескольких нуклеотидов.

Мутации обычно возникают беспорядочно, однако их количество сильно возрастает под действием мутагенов, к которым, в частности, относятся все канцерогенные вещества.

1

Раковые клетки (8000-кратное увеличение)

2

Рак лёгких (530-кратное увеличение)

Вероятность того, что в течение жизни одной клетки человека произойдет мутация, составляет примерно 10^–5. К настоящему времени у человека найдены мутации в тысячах генов; многие из них вызывают тяжёлые болезни. Особенно велика вероятность появления мутаций на вредных предприятиях, увеличивается и опасность появления злокачестенных опухолей из-за веществ, с которыми человек постоянно сталкивается в быту. Тестами Эймса были проверены на канцерогенность многие вещества: промышленные химикаты, консерванты, пестициды, косметические средства и т. д.; многие из них оказались канцерогенами.

3

Образование раковой опухоли

Гены и группы генов могут перемещаться из одного места хромосомы в другое, а также между различными хромосомами. Новые комбинации получаются как естественным путем (например, при вырабатывании белков-антител в крови), так и искусственно. Биологи изолируют участки ДНК, соединяют в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удаётся осуществить такие изменения генома, которые естественным путём вряд ли могут возникнуть.

4

Эти помидоры, выращенные при помощи генной инженерии, устойчивы к гниению

«Конструированием» новой жизни занимается генная инженерия. С помощью бактерий, в геномы которых введены соответствующие гены, можно получать медицинские препараты – инсулин, интерфероны и различные вакцины. В сельском хозяйстве генные инженеры выводят новые сорта растений, устойчивые к засухе, болезням, вредителям. Возможно, при помощи генной терапии удастся создать специальные ферменты, эффективные против рака. Гены вводятся в организмы при помощи инъекций или вирусов.

Несмотря на явные успехи генетики и пользу от генетических экспериментов, общественное мнение относится к ним настороженно. Так, многие опасаются, что гены, вызывающие рак или СПИД, будут введены в ДНК какой-нибудь бактерии, которая передаётся от человека к человеку воздушно-капельным путем. Такого рода опасность, безусловно, существует, однако генетические исследования ведутся методами, делающими опасность случайного распространения болезнетворных микробов минимальной.

Создание трансгенных животных сложно и дорого, однако уже сейчас осуществлены первые удачные опыты по прямому созданию копий животных – клонированию. При помощи клонирования можно будет воспроизводить ценные с той или иной точки зрения особи – чемпионов пород крупного рогатого скота, скаковых лошадей и т. п. Все успешные эксперименты этого рода были осуществлены следующим образом: клетки эмбрионов, пока они не начали дифференцироваться, разделяют и вводят в неоплодотворённые яйцеклетки. После электрохимической обработки из этих клеток получаются идентичные зародыши, которые можно поместить (имплантировать) в матку «приёмных матерей» – готовых к зачатию самок того же вида. Таким способом удалось клонировать лягушек, мышей, овец, обезьян.

Данный способ, однако, является неэффективным. Гораздо более подходящим для практических целей было бы клонирование из взрослых, уже специализированных, клеток животных. Подобное «перепрограммирование» дифференцированных клеток ранее считалось неразрешимой задачей, однако в 1997 Ян Уилмат сообщил об успешном клонировании ягнёнка из клетки молочной железы овцы. Культивируя эти клетки в специальной питательной среде, не дававшей им выполнять свои «взрослые функции», Уилмат добился дедифференциации этих клеток до эмбрионального состояния. После этого клетка была соединена с лишённой ядра яйцеклеткой другой овцы и имплантирована в матку третьей самки. В результате клетка молочной железы самостоятельно повторила весь путь развития и превратилась в миллиарды специализированных клеток взрослого млекопитающего.