• Читателям
  • Авторам
  • Партнерам
  • Студентам
  • Библиотекам
  • Рекламодателям
  • Контакты
  • Язык: English version
585
Эгоистичные гены используют яд в погоне за эволюционным успехом
Биология
Обычное деление клеток дрожжевого гриба Schizosaccharomyces pombe. Световая микроскопия

Эгоистичные гены используют яд в погоне за эволюционным успехом

Зачем кодировать в своем геноме белок, который может тебя убить? Удивительно, но для эукариотических (ядерных) организмов это нередкое явление: некоторые гены «считают», что для их активной передачи в ряду поколений все средства хороши. Этот феномен можно использовать, но для этого требуется его хорошо изучить

Процесс эволюции совсем не похож на спланированный, расписанный по пунктам проект, а геном (совокупность всех генов) организма – вовсе не идеально отлаженная машина: помимо «рабочих» генных последовательностей он содержит следы неудачных «экспериментов», остатки древних вирусов… А некоторые гены и вовсе называют паразитическими, или эгоистичными – они не приносят организму пользы, но могут причинить значительный вред.

К таким феноменам относят явление мейотического драйва. Мейозом называют процесс формирования у эукариотов (высших организмов с оформленным клеточным ядром) половых клеток. Как известно, каждая половая клетка несет в себе половину генного «набора» родителя, и только после их слияния образуется полный диплоидный геном будущего организма. В этом смысле мейоз представляет собой своего рода лотерею: передача каждого из пары аллелей (вариантов) любого гена следующему поколению обычно идет с равной вероятностью.

Другими словами, каждый аллель передается в среднем только половине потомства. Но бывают и исключения: некоторые аллели нарушают этот закон, иногда передаваясь даже всем потомкам без исключения, в результате чего распространяются в популяции с большей скоростью. А некоторые из них даже способствуют разрушению половых клеток, которые наследуют другую, «конкурентную» аллель.

Яркий пример тому – гены из семейства wtf, обнаруженные у хорошо изученных одноклеточных дрожжевых грибов Schizosaccharomyces pombe. У этих грибов, в отличие от животных, преобладает гаплоидная стадия жизненного цикла. Это означает, что их клетки, в отличие от соматических клеток животных, содержат всего один набор хромосом и, соответственно, по одной аллели каждого гена.

Чаще всего эти грибы размножаются обычным делением. Однако при азотном голодании у них активируется фаза полового размножения, которая начинается со слияния ядер двух клеток, за которым следует удвоение набора хромосом и два мейотических деления. В результате образуются четыре гаплоидные споры, которые прорастают в подходящих условиях. И именно мейотический драйв в значительной степени ответственен за «бесплодие», встречающееся у этих дрожжей.

Ген wtf4 кодирует два очень похожих белка, которые зашифрованы в двух частично перекрывающихся последовательностях ДНК. При этом один из них является «ядом» (белок Wtfpoison), а второй – «противоядием» (белок Wtfantidote). Первый убивает споры дрожжей, другой – спасает, но только те из них, что унаследовали сам wtf4. Механизм прост: молекулы ядовитого белка собираются в агрегаты, нарушая правильную укладку других белков, необходимых для функционирования клетки. А «противоядие» связывает опасные белки, после чего все они перемещаются в вакуоль, «мусорный бак» клетки.

Сейчас американским ученым из Института медицинских исследований Стоуэрса, Медицинского центра Университета Канзаса и Университета Миссури в Канзас-Сити удалось ответить на ряд вопросов, связанных с работой wtf4. Во-первых, они подтвердили, что большая часть яда синтезируется в мейотической клетке еще до формирования спор. Чтобы диплоидная «родительская» клетка не погибла, в ней самой нарабатывается немного антидота. Яд попадает во все споры, но в тех, что получили копию wtf4, также нарабатывается противоядие, и они выживают.

Попытки дрожжей бороться с геном wtf4 остаются неудачными уже на протяжении более 100 млн лет – эволюционный успех этого генного паразита несомненен. Отчасти это объясняется тем, что с его работой по производству ядовитого белка Wtfpoison тесно связана работа одного из «хороших» генов дрожжей, который кодирует белок транскрипционный фактор, контролирующий формирование спор. Кроме того, все известные белки-супрессоры генов wtf высоко специфичны, что затрудняет их использование.

Но нельзя сказать, что дрожжи никак не сопротивляются. Некоторые из их природных изолятов размножаются преимущественно инбридингом (скрещиванием близкородственных форм), чтобы «не словить» эгоистичный ген, другие же часто генерируют споры с аномальным числом хромосом из-за нарушений процесса мейоза. Правда, такие особенности обычно негативно отражаются на приспособленности организма, но дрожжи, возможно, платят эту цену, чтобы выжить.

Помимо фундаментальной научной значимости, у этих исследований есть и перспектива практического применения. В будущем синтетические аналоги таких эгоистичных генов могут использоваться при разработке средств борьбы с паразитическими макроорганизмами, такими как комары или другие вредители.

Фото: https://commons.wikimedia.org

Понравилось? Поделись с друзьями!

Подпишись на еженедельную e-mail рассылку!