Кошачьи гены

Втр, 06/17/2014 - 18:03

Карта распределения мраморной окраски в популяциях кошек напоминает картину диффузии...

Кошки с нормальным геном, задающим рисунок окраса...

Люди не так уж и далеко ушли от своих домашних любимцев...

Кошки – чемпионы по частоте генетической рекомбинации...

-

Некоторые ученые всю жизнь занимаются одним-единственным объектом и одной-единственной проблемой. Меня же все время носило из стороны в сторону. Одним из таких «заносов» было увлечение кошками. Не могу сказать, что я их страстный любитель... Но я посвятил этим домашним хищникам изрядную часть своего свободного времени, потому что их генетика оказалась безумно интересной. Да и знакомиться с наукой о наследственности намного увлекательнее на таком обаятельном объекте, чем на классической мушке-дрозофиле.

Все началось много лет назад, еще в бытность мою студентом НГУ. В качестве домашнего задания по английскому языку нужно было приготовить пересказ научной статьи, причем такой, что была бы интересной моим согруппникам. При просмотре журналов мне бросилось в глаза фото на обложке «Journal of Heredity» с изображением фонтана на городской площади. Там, вокруг фонтана и на нем самом сидели, стояли и гуляли 94 кошки! Фотография отсылала к статье под названием «Некоторые коты из Сан-Паулу, Бразилия» – одной из цикла статей, посвященных геногеографии кошек.

Кошки оказались идеальным объектом для подобных исследований благодаря тому, что в их популяциях с высокой частотой встречаются мутанты по разным генам окраски (серые, черные, белые, рыжие, пятнистые и т. д.). Еще в конце 1940-х гг. на это явление обратил внимание великий английский генетик Дж. Б. С. Холдейн, и по его инициативе по всему миру генетики начали считать кошек. В итоге стала прорисовываться всемирная кошачья геногеографическая карта. Сравнение разных популяций по частотам генов окраски проливало свет на эволюцию кошки и факторы, которые ее определяли: естественный и искусственный отбор, миграции, изоляция, дрейф генов.

У этой карты был один недостаток: вся наша страна (тогда СССР) была изображена сплошным белым пятном. Естественно, я взялся этот недостаток восполнить. Сначала я пересчитал кошек в Академгородке, а затем во всех городах нашей необъятной Родины, куда меня заносила судьба.

Сам подсчет кошек был страшно увлекательным, азартным и даже в некотором роде опасным занятием. Приходилось считаться не только с самими зверями, но и общественным мнением – ведь человек, что-то высматривающий и вынюхивающий во дворах и подворотнях, вызывает обоснованные подозрения. В лучшем случае его принимают за налогового инспектора, в худшем – за иностранного агента. А когда этот человек потом достает записную книжку и что-то в нее записывает, то крепнущие подозрения могут привести к крайне нежелательным последствиям.

Поэтому котов мне приходилось наблюдать и регистрировать незаметно, по возможности – на ходу, и не замедляя шаг.

Когда в моей памяти «накапливалось» более пяти котов, я заходил в телефон-автомат, снимал трубку и просил мифическую Марью Ивановну продиктовать телефон не менее мифического Ивана Ивановича. После этого я спокойно записывал информацию в книжку, благодарил Марью Ивановну и вешал трубку.

Затем я попытался расширить масштаб своих геногеографических операций, завербовав многомиллионные массы советских школьников. Для этого сделал учебный фильм на Центральном телевидении, где с самой красивой дикторшей телевидения Инной Ермиловой гулял по Москве и якобы случайно встречал кошек. Я диагностировал их по генотипам, а Инна регистрировала.

На самом деле вся операция была построена по принципу «рояль в кустах». Усилиями нашего режиссера были мобилизованы учителя биологии из нескольких московских школ. В свою очередь, они мобилизовали своих учеников, выдали каждому по пузырьку валерьянки и послали на отлов бродячих кошек. Нас с Инной на казенном микроавтобусе привозили «на точку». Мы становились в задумчивые позы (я – весь в белом, она – в красном), режиссер командовал «Мотор!», и в этот момент очередной школьник выпускал на нас очередного кота.

После этого школьники со всех концов нашей Родины прислали мне три мешка писем с описаниями локальных популяций кошек. Письма были замечательными, но научно малоинформативными. Пришлось рекрутировать специалистов – коллег-генетиков.

Плодом всех трудов стали две научные статьи в тот же «Journal of Heredity» и монография «Генетика кошки». Увлекшись, я написал и две научно-популярные книжки – «Этюды о мутантах» (1983) и «Кошки и гены» (1995). Кроме всего прочего, я написал еще две научно-популярные статьи для журнала «Химия и жизнь». Первая из них под названием «Кошки, гены и география» вышла в 1979 г., вторая – «Кошки и гены: 10 лет спустя» – в 1989 г. Так что нынешнюю поневоле пришлось назвать «Кошки и гены: 30 лет спустя».

КОШАЧЬИ ХРОМОСОМЫ

Что же произошло в генетике домашней кошки за последние 20 лет? С одной стороны, ситуация с геногеографией практически не изменилась. Глобальные карты стали достаточно информативными уже 20 лет назад, и добавление новых данных перестало влиять на интерпретацию. Поэтому публикации по этой теме постепенно сошли на нет. С другой стороны, за истекшее десятилетие в генетике кошки произошли важные события, связанные в том числе и развитием методов секвенирования геномов.

Первые результаты расшифровки генома кошки появились в 2007 г. Пока расшифровано примерно 65 % кошачьих генов. Сравнение генома кошки с хорошо исследованными геномами человека, шимпанзе, собаки, коровы, мыши и крысы позволило идентифицировать у нее 20 285 генов. Следовательно, общее число генов кошки, по-видимому, близко к количеству генов человека, т. е. тридцати тысячам.

Очень интересные и неожиданные результаты дало сравнение генетического состава хромосом кошки и других млекопитающих. Оказалось, что кошка, как и человек, довольно незначительно перестроила свои хромосомы за 80—90 млн лет эволюции от общего предка.

При этом, несмотря на то, что хромосомы кошки выглядят крайне консервативными в макроэволюционном контексте, они оказались чемпионами среди хромосом млекопитающих по частоте генетической рекомбинации – перераспредления генов путем обмена участками парных хромосом. А, как известно, рекомбинация является главным поставщиком новых сочетаний генов, которые являются базой для естественного отбора, микрои макроэволюционных процессов.

Оказалось, что по плотности рекомбинационных событий, т. е. обменов отдельными фрагментами цепочек ДНК на единицу длины хромосомы, кошка занимает первое место среди всех изученных млекопитающих. Среднее расстояние между точками рекомбинации

Высокая плотность рекомбинации у кошки сопряжена с высокой эффективностью этого процесса. У всех других исследованных млекопитающих только небольшая (меньше 10 %) часть первичных связок между ДНК гомологичных хромосом сшивается крест-накрест, приводя к образованию рекомбинантных хромосом. У кошки доля связок, разрешаемых по рекомбинантному пути, составляет 25 %. То есть процесс рекомбинации у кошки организован более экономично, чем у других млекопитающих: при меньшем числе двунитевых разрывов ДНК он обеспечивает достаточно

СИАМСКАЯ ЗАМЕНА

Двадцать лет назад генетическая карта хромосом кошки содержала всего несколько десятков генов; сейчас их число приближается к двум тысячам. В том числе картированы и расшифрованы гены окраски и выявлены критические точки, мутации в которых приводят к ее изменениям.

Так, на одной из соматических (неполовых) хромосом локализованы две мутации по окраске. Мутация доминантной белой окраски, находящаяся в протоонкогене с-kit, нарушает способность к миграции у меланобластов – предшественников пигментных клеток эмбриона. И поскольку меланобласты не успевают достигнуть вовремя кожи, пигмент не попадает в волоски. В результате шерсть вырастает совершенно белой. Если же иногда меланобластам все же удается внедриться в волосяные фолликулы, расположенные на голове кошки, то там появляются небольшие окрашенные участки. У носителей этой мутации количество меланобластов, достигших сетчатки глаза, может различаться. Если их много, то глаза будут иметь нормальный желтый цвет, если очень мало – голубой.

В той же хромосоме находится ген, задающий рисунок окраса. Нормальный аллель (структурная форма) этого гена дает полосатую, тигровую окраску. Иногда эти полосы сплошные, иногда – разорванные. Известна полудоминантная мутация абиссинский тэбби. У гомозигот (т. е. у особей, имеющих пару одинаковых аллелей) по этой мутации никаких полос на теле не обнаруживается: звери имеют однородную окраску. А вот у гетерозигот по этой мутации полосы располагаются на хвосте, морде и лапах. Рецессивная мутация в том же гене – мраморный тэбби – превращает поперечные полосы в завитки или разводы неправильной формы. Часто у таких котов по спине тянется широкая черная полоса.

При альбинизме – явлении, широко встречающемся у разных видов млекопитающих, – имеются мутации в гене, кодирующем фермент тирозиназу. При этом синтез фермента либо полностью блокируется, либо синтезируется дефектный фермент с измененной активностью.

У кошек описано несколько таких мутаций. У гомозигот по мутации бирманского альбинизма активность тирозиназы несколько снижена по сравнению с нормой. Причем степень подавления активности фермента зависит от температуры тела: при более низкой по сравнению с нормальной температурой он более активен. Именно поэтому у бирманских кошек более интенсивно окрашены участки шерсти на кончиках лап, хвоста, ушей, на носу, то есть в тех районах тела, где температура понижена.

То же самое можно сказать и относительно мутации сиамского альбинизма. Однако уровень депигментации при этом гораздо выше: у сиамских кошек шерсть на туловище, как правило, не имеет пигмента, а окраска сохраняется лишь на кончиках лап, хвоста, на ушах и на носу. Но даже и эти участки пигментированы слабее, чем у бирманских кошек. Глаза, как правило, голубые из-за снижения количества пигмента в сетчатке.

Сейчас мы точно знаем молекулярную природу этих мутаций: они получаются благодаря замене в генной последовательности одного-единственного нуклеотида! У сиамских кошек в гене, ответственном за синтез тирозиназы, заменяется нуклеотид, стоящий в 422-й позиции от начала гена. У нормальных кошек там находится гуанин, у сиамских – аденин. В результате последовательность нуклеотидов, кодирующая аминокислоту аргинин, превратилась в последовательность, кодирующую глицин. Замена аргинина на глицин в белке тирозиназе привела к снижению его ферментативной активности при нормальной температуре тела.

У бирманских кошек аналогичное ослабление окраски на теле обусловлено заменой нуклеотида в 227-й позиции.

Генетическая рекомбинация как источник изменчивости:

Рекомбинация происходит в первом делении мейоза – процесса, в результате которого после двух клеточных делений из одной обычной клетки образуются четыре половые, содержащие не двойной, а одинарный набор хромосом. При подготовке к первому делению гомологичные (парные) хромосомы сближаются и выравниваются по длине. В это время в их ДНК возникают множественные двунитевые разрывы. В воссоединении разорванных нитей ДНК активно участвует белок Rad51, который связывается со свободными концами разорванных ДНК и внедряет их в ДНК гомологичных хромосом, одновременно расплетая ДНК-мишень. Найдя комплементарный участок, внедрившаяся нить ДНК с ним спаривается. Однако большая часть связок между ДНК разрезается и сшивается так, что восстанавливается исходное состояние цепей ДНК (безобменный путь). У всех исследованных млекопитающих (кроме кошки!) лишь менее десяти процентов связок сшивается крест-накрест (обменный путь). При этом ДНК одного из гомологов в пунктах обмена соединяется с ДНК другого. Это и есть точки рекомбинации. Опознавательным знаком для точек рекомбинации служит белок MLH1, принадлежащий к семейству белков репарации, чья функция – исправлять ошибки спаривания ДНК, т. е. устранять неспаренные нуклеотиды. С помощью антител к MLH1, меченных флуоресцентными красителями, можно проанализировать частоту и распределение рекомбинационных событий по геному

Другие материалы рубрики


  • Знаете ли вы, что наши клетки обладают памятью? Они помнят не только то, что вы обычно едите на завтрак, но и чем питалась во время беременности ваша мама и бабушка. Ваши клетки хорошо помнят, занимаетесь ли вы спортом и как часто употребляете алкоголь. Память клеток хранит в себе ваши встречи с вирусами и то, насколько сильно вас любили в детстве. Клеточная память решает, будете ли вы склонны к ожирению и депрессиям. И во многом благодаря клеточной памяти мы отличаемся от шимпанзе, хотя имеем с ними примерно одинаковый набор генов. И эту удивительную особенность наших клеток помогла понять наука эпигенетика.
    пигенетика — довольно молодое направление современной науки. И пока она не так широко известна, как ее «родная» сестра, генетика. Многие, возможно, вообще впервые слышат это слово. В переводе с греческого предлог «эпи-» означает «над», «выше», «поверх».



  • Семена культурной сои, иногда называемые «соевыми бобами» (от англ. soya bean, soybean) — широко распространенный продукт питания, известный еще в третьем тысячелетии до н. э. Сою часто называют «чудо-растением» — отчасти благодаря сравнительно высокой урожайности и высокому содержанию растительного белка во многом аналогичном животному, в среднем составляющего около 40% от массы семени, а у отдельных сортов достигающего 48—50%. В связи с этим соя часто используется как недорогой и эффективный заменитель мяса, причем не только людьми с небольшим достатком, но и просто следующими диете с ограниченным употреблением мяса (например — вегетарианцами). Так же входит в состав некоторых кормов для животных.



  • Личинки жуков-щелкунов (сем. Elateridae), или, как их еще называют за твердое цилиндрическое тело, проволочников, точат клубни, едят корни. Личинки хрущей (сем. Scarabaeidae) грызут корешки, и в лесах, где прошли лесозаготовки, не растут молодые деревца, так как их корни уничтожены хрущами. Достается и корням трав — там, где много хрущей, лесную траву можно оторвать от земли вместе с дерном.
    Личинки цикад (сем. Cicadidae) незримо копошатся в земле, тоже поедая корешки трав. В корнях деревьев живут некоторые усачи и короеды. Питаются корнями растений личинки некоторых комаров-долгоножек (сем. Tipulidae), когда нет другой подходящей добычи.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Те, кто по тем или иным причинам интересуется своим здоровьем и возможностью его улучшения, знают, что забота о здоровье стала дорогим удовольствием. Если раньше достаточно было бросить пить, курить, заняться утренними пробежками и чаще есть фрукты и овощи, то теперь приходится еще и покупать всевозможные товары, без которых, как утверждает реклама, здоровья не получишь. В частности, неотъемлемыми спутниками здорового образа жизни считаются биологически активные добавки к пище (БАДы), спрос на которые усиленно поддерживают статьи в популярных журналах, где подробно и со ссылками на научные данные расписываются достоинства того или иного препарата.
    Все БАДы можно разделить на несколько функциональных групп. Это, прежде всего, вещества, которые либо вообще не синтезируются в организме (являются незаменимыми), либо их синтез часто нарушается по тем или иным причинам. Из этой группы пищевых добавок наиболее известны витамины. Само слово «витамины» было придумано для обозначения веществ, которые должны поступать в организм в небольших количествах и нехватка которых приводит к различным проблемам со здоровьем — авитаминозам.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Иммунитет — это не только выработка антител и активация фагоцитов. Растения и многие животные справляются с инфекциями с помощью пептидов, способных уничтожать патогенные микроорганизмы. Антимикробные пептиды растений, простейших, насекомых и высших животных, включая человека, близки по структуре. Это наводит на мысль, что они представляют собой древнейшую систему защиты организма от инфекции, которая сохранилась даже у животных с развитой иммунной системой практически в первозданном виде. Несмотря на свой «преклонный возраст», антимикробные пептиды эффективно борются с бактериями, что создает перспективы для их практического применения.



  • ...Сверхвозможности у «обычных» людей в отличие от гениев проявляются — если проявляются — при необходимости решения сверхзадач. При этом мозг оказывается в состоянии, в интересах оптимизации своей работы, использовать и условно-патологические механизмы, в частности — гиперактивации, естественно, при достаточной защите, не дающей превратиться могущественному помощнику в эпилептический разряд. Сверхзадачу может поставить жизнь, а вот решаться она может и самостоятельно, и с помощью учителей, и есть в этой жизни решения, когда за результат можно заплатить и высокую цену. Пожалуйста, не путайте с печально знаменитым «цель оправдывает средства».



  • Вообще говоря, проблема зарождения жизни некорректна с точки зрения нормальной науки. Действительно, речь здесь может идти лишь о создании более или менее правдоподобной и аргументированной гипотезы либо теории. Проверить же эту гипотезу экспериментально, как того требует серьезная наука, по понятным причинам никто и никогда не сможет... Тем не менее, такие гипотезы и теории существуют, о них спорят и пишут. В последние годы — даже российские химики, которым еще недавно было совсем не до того. В частности, об этой проблеме задумались химики из новосибирского Академгородка.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • В современном обществе особо популярной становится тема избыточного веса и возможных путей устранения этой проблемы. Известны сотни самых разнообразных диет, различные физические упражнения и даже хирургические вмешательства, призванные избавить человечество от этой напасти. Общей особенностью всех перечисленных «панацей» является их малая эффективность (если она вообще есть) и недолговечность позитивного результата. Чем же это вызвано? Прежде всего, тем, что жир — это не просто балластная часть организма, созданная для обезображивания нашего внешнего вида, а сложнейшая многофункциональная система, вырабатывающая огромное количество жизненно важных гормонов и влияющая почти на все физиологические процессы, протекающие в других органах (см. рис. 1). От «жирных» гормонов зависят и внешние формы организма, и артериальное давление, и пигментация тела, и настроение человека и многое-многое другое, так необходимое для полноценной жизни. Так что избавление от избыточного веса — проблема комплексная и многоотраслевая, которую нельзя свести к банальному постулату: «кушай — не кушай». Да и что такое лишний вес? Вопрос также не из легких. Постараемся внести ясность в эту животрепещущую проблему, так будоражащую умы всего прогрессивного человечества.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Не торопитесь отвечать на этот простой, как кажется, вопрос, потому что за вас на него ответил шведский невролог Йонас Фрисен: каждому взрослому человеку в среднем пятнадцать с половиной лет. Если по паспорту вам, например, шестьдесят, то хрусталики ваших глаз в среднем на 22 недели старше, мозг примерно ваш ровесник, а вот вашей коже всего две недели от роду.
    Из одной научно-популярной книги в другую кочует утверждение: наше тело почти полностью обновляется за семь лет. Старые клетки постепенно отмирают, их места занимают новые.
    Клетки действительно обновляются, но откуда взялась мифическая цифра «семь», никто толком не знает. Для некоторых клеток срок обновления установлен более или менее точно, а именно: 150 дней для клеток крови, за постепенным замещением которых можно проследить после переливания крови, и две недели для клеток кожи, которые появляются в ее глубинных слоях, постепенно мигрируют на поверхность, отмирают и отшелушиваются.



  • Человечество впервые за всю известную историю приблизилось к моменту, когда в авангарде мирового прогресса появился инструмент, способный объединить большинство естественных и технических наук, и через призму философского мировоззрения породить единую систему управления живой и неживой природой. Имя этого новшества: бионанотехнологии, а стоят они на перекрестках биологии, нанонауки, химии, физики, информатики, робототехники и т.п.
    Направление зародилось в 2004 году, когда голландский профессор технического университета г. Делфтса Сиз Деккер объединил углеродную нанотрубку с молекулой ДНК.
    Бионанотехнологии — революционное направление нанонауки, изучающее взаимодействие нанообъектов с живыми системами, получение наночастиц с использованием биореакторов и применение бионаноструктур для решения актуальных вопросов медицины, экологии, сельского хозяйства и других отраслей практической или теоретической деятельности.