Невидимые гены

Вс, 09/08/2013 - 18:54

Генные чипы?

Биолог Галит Ротман из израильской компании CompuGen проанализировал базу данных по геному человека и обнаружил, что 1 600 генов служат матрицей для синтеза антисмысловых РНК. Такие РНК могут блокировать экспрессию генов, просто связываясь с соответствующей мРНК. Однако Ротман полагает, что они используют другой механизм, известный как РНК-интерференция (РНКi). Ученые столкнулись с этим удивительным феноменом несколько лет назад: тогда речь шла о его участии в избирательном выключении специфических генов. Когда в клетке появляется двухцепочечная РНК, особые ферменты разрезают ее на мелкие фрагменты, разделяют цепи и используют один из фрагментов для поиска и “обезвреживания” комплементарной мРНК, которая спаривается с экзогенным одноцепочечным РНК-фрагментом. Эта система применяется клеткой в борьбе с вирусами, “наводняющими” ее своими двухцепочечными РНК после инфекции. И она же дает в руки ученым тончайший инструмент регуляции экспрессии генов, позволяющий им включать и выключать любой из них по своему усмотрению.

За годы, прошедшие с момента, когда на микро-РНК всерьез обратили внимание, были обнаружены сотни подобных молекул — у одного человека их оказалось более 150. Живые организмы используют их как надежный инструмент для контроля экспрессии генов; примерно половина микроРНК, присутствующих у человека, обнаружена у иглобрюха, хотя оба вида дивергировали 400 млн. лет назад.

Какие именно функции выполняют 150 микроРНК у человека — неизвестно. Биолог Анна Кричевски из Гарвардской медицинской школы полагает, что они играют важную роль в формировании мозга. Используя “генный чип” для скрининга 44 разных типов микроРНК в нейронах мышей, она пришла к выводу, что уровень девяти из них строго регулируется во время развития мозга. Все полученные данные носят косвенный характер, однако, по мнению Кричевски, “в изучении роли микроРНК нас ожидает настоящая революция”.
Однако ни с помощью псевдогенов, ни с помощью антисмысловых РНК нельзя объяснить результаты экспериментов на растении Arabidopsis thaliana, проведенных ученым Детлефом Вайгелем из Института имени Макса Планка в Германии. Обычно этот сорняк имеет гладкие удлиненные листья, напоминающие по форме ложку. Своей строгой симметричностью листья обязаны уникальной молекуле — микроРНК, впервые обнаруженной несколько лет назад у круглых червей. Эта молекула, не кодирующая никаких белков, складывается пополам с образованием структуры, напоминающей шпильку для волос. JAW-микроРНК Arabidopsis воспринимается РНКi-механизмом растения точно так же, как двухцепочечная вирусная РНК. Но JAW-последовательность спаривается с целым семейством белок-кодирующих генов, контролирующих форму и размер листьев. Исполнительный РНКi-контролер блокирует их работу, разрезая на кусочки большую часть (но не все!) кодируемых ими мРНК. Таким образом, JAW, крошечный ген, единственная функция которого — кодирование специфической РНК, служит тем самым ключевым элементом, с помощью которого клетки Arabidopsis задают нужный уровень экспрессии генов, отвечающих за форму листьев. Генетически модифицированные растения, в которых микроРНК не работала, имели деформированные листья и плохо росли.

Активные РНК служат “тягловой силой”, катализируя клеточные процессы, они выступают в роли сигнальных молекул и “выключателей” точно так же, как белки. Иногда они становятся виновниками некоторых наследственных заболеваний, долгое время остававшихся загадкой для ученых, занимавшихся поисками мутантных белков и не обращавших внимания на активные РНК.

На поиски гена, ответственного за волосатую хрящевидную гипоплазию (СНН, от англ. cartilage hair hypoplasia), было потрачено девять лет. Это заболевание с рецессивным типом наследования впервые было обнаружено у амишей. Каждый двадцатый член этой консервативной протестантской секты меннонитов был носителем одной из копий дефектного гена, связанного с редкой формой карликовости. Люди, страдающие СНН, не только отличаются низким ростом, но у них гораздо чаще, чем в среднем в популяции, развивается рак и наблюдаются расстройства иммунитета. Генетик Марет Риданпя из Хельсинского университета определил нуклеотидную последовательность соответствующего гена и прилежащих к нему обширных сегментов ДНК и исследовал один за другим все 10 белков, кодируемых данной областью генома. Ни один из них не обнаружил никакой связи с заболеванием. Наконец, в 2001 г. группа Риданпя нашла виновника: им оказался ген RMRP, единственная функция которого — кодирование РНК. Эта РНК связывается с белками с образованием ферментного комплекса, функционирующего в митохондриях. Замена всего одного нуклеотида в определенной позиции в молекуле РНК может стать причиной трагедии — жизнь обладателя мутантной РНК будет недолговечной и неполноценной.

Как было недавно показано, РНК необходимы для работы ферментов, которые защищают хромосомы и принимают участие в транспорте секретируемых сигнальных белковых молекул к границам клетки. Но самые удивительные из всех РНК — рибопереключатели, выделенные Роналдом Брейкером из Йельского университета. Ученого давно занимал вопрос: как миллиарды лет назад, когда еще не существовало ни ДНК, ни белков, а были лишь РНК, могли эволюционировать самые первые химические предшественники живых организмов? Может быть, чтобы приспособиться к изменяющимся условиям, они использовали в качестве сенсоров и выключателей РНК? Для проверки этой гипотезы Брейкер попытался создать мРНК, обладающие указанными свойствами. Ему удалось синтезировать целый ряд рибопереключателей. Длинные молекулы состояли из кодирующей и некодирующей областей. Некодирующая область, находящаяся в свернутом состоянии, служила чувствительным сенсором, который реагировал на определенное химическое вещество. Как только это вещество связывалось с ним, кодирующая область РНК изменяла конформацию и могла служить матрицей для синтеза белка. Таким образом, рибопереключатель функционировал аналогично обычному гену, но только в ответ на определенный сигнал. Брейкер начал интенсивные поиски рибопереключателей и вскоре выяснил, что информация о них закодирована в межгенных участках ДНК. Это дало основание ученому предположить, что они присутствовали у самого давнего их общего предка. В августе 2003 г. Брейкер сообщил, что одно семейство рибопереключателей регулирует экспрессию, по крайней мере, 26 генов у Bacillus subtilis — бактерии, которую можно встретить на любой кухне. И это не какие-нибудь гены “разового использования” — их продукты отвечают за метаболизм таких важных веществ, как сера и аминокислоты. По оценкам исследователя, не менее 68% генов B. Subtilis (а это почти 2% суммарного числа генов бактерии) находятся под контролем рибопереключателей. В лаборатории уже приступили к работам по созданию гибридных аналогово-цифровых молекул для практического применения, например, таких, которые могли бы использоваться для избирательного уничтожения микробов.

Другие материалы рубрики


  • ...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».



  • 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


  • 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


  • 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.



  • 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.



  • 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.



  • 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


  • 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.

    • Страницы
    • 1
    • 2