100 р бонус за первый заказ
Выберите тип работы Дипломная работа Курсовая работа Реферат Магистерская диссертация Отчёт по практике Статья Доклад Рецензия Контрольная работа Монография Решение задач Бизнес-план Ответы на вопросы Творческая работа Эссе Чертёж Сочинения Перевод Презентации Набор текста Другое Повышение уникальности текста Кандидатская диссертация Лабораторная работа Помощь on-line
Узнать цену
Генетическая информация - программа свойств организма, получаемая от предков и заложенная в наследственных структурах в виде генетического кода. Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и генетические пороки организма.
Современная биология утверждает, что одна из главных черт жизни - это самовоспроизводимость. Самовоспроизводимость - это способность живого организма к размножению, рождению и выращиванию себе подобных.
Как известно, генетическая (наследственная) информация записана в цепи молекулы ДНК в виде последовательности более простых молекул - нуклеотидных остатков, содержащих одно из четырех оснований: аденин (А), гуанин (G) - пуриновые основания, цитозин (С) и тимин (Т) - пиримидиновые основания.
Таким образом, нам необходимо вспомнить, что мы знаем о молекуле ДНК.
Структура молекулы ДНК была изучена в 1953 г. Дж.Уотсоном и Ф.Криком. Они установили, что молекула ДНК состоит из двух цепей, образующих двойную спираль, которая закручена вправо (по часовой стрелке). К полимерному остову спиральной цепи ДНК (состоит из чередующихся остатков фосфата и сахара дезоксирибозы) «прикреплены» нуклеотидные остатки. Водородные связи возникают между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи. Эти основания составляют комплементарные пары (от лат. complementum - дополнение). Образование водородных связей между комплементарными парами оснований обусловлено их пространственным соответствием. Пиримидиновое основание комплементарно пуриновому основанию. Водородные связи между другими парами оснований не позволяют им разместиться в структуре двойной спирали.
Цепи ДНК - комплементарны, т.е. имеется взаимное соответствие между их нуклеотидами, которые образуют уотсон-криковские пары Г-Ц и А-Т. Сами же цепи в двойной спирали антипараллельны.
Рис.1. Схематический вид молекулы ДНК
На рис.2 показана часть расшифрованной структуры молекулы ДНК.
Итак, напомним, что в основе самовоспроизводства лежит способность молекулы ДНК к удвоению, которое называется репликацией ДНК.
Репликация ДНК основана на принципе комплементарности, что хорошо иллюстрируется схемой, приведенной на рис.3.
Рис.3. Удвоение молекулы ДНК.
В живой клетке удвоение происходит потому, что две спиральные цепи расходятся, а потом каждая цепь служит матрицей, на которой с помощью особых ферментов собирается подобная ей новая спиральная цепь ДНК. В результате вместо одной ДНК образуются две, неотличимые по строению от родительской молекулы ДНК (рис.4).
Рис.4. Репликация ДНК
В результате создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из которых имеет одну нить, полученную из материнской молекулы, и одну нить, синтезированную по комплементарному принципу.
Теперь обсудим, как происходит передача информации в клетке. Напомним, что у часток молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка, называется геном. Реализация генетической информации происходит в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех РНК: информационной (иРНК), транспортной (тРНК) и рибосомальной (рРНК). Процесс передачи информации идет двумя путями: - по каналу прямой связи (ДНК - РНК – белок); и по каналу обратной связи (среда - белок – ДНК).
Синтез белка происходит в рибосомах клетки. К ним из ядра поступает информационная (или матричная) РНК (иРНК), которая может проникать через порог ядерной мембраны. Что же такое иРНК?
иРНК это:
а) одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити ДНК;
б) копия ДНК
в) копия не всей молекулы ДНК, а лишь ее части (по длине). Эта часть соответствует одному или группе рядом лежащих генов
г) молекула, образованная под действием специального фермента – РНК-полимеразы, которая, продвигаясь по нити ДНК, ведет синтез иРНК; данный процесс называется транскрипцией.
Как определяется длина части ДНК, с которой снимается копия в виде иРНК? В начале этой части и в ее конце находятся специфические последовательности нуклеотидов, которые может "узнавать" РНК-полимераза и таким образом "определять" участок считывания.
Весь процесс репликации, осуществляемый разными белками-ферментами, очень согласован, поэтому часто употребляют термин - работа «репликационной машины». Репликация идет с очень высокой точностью. ДНК млекопитающего состоит из 3 млрд. пар нуклеотидов, а в процессе воспроизведения допускается не более 3 ошибок.
При этом надо помнить, что синтез идет с большой скоростью - от 50 до 500 нуклеотидов/сек, поэтому в клетке существуют специальные корректирующие механизмы: ДНК-полимеразы дважды проверяют соответствие нуклеотидов исходной матрице.
Итак, в процессе синтеза белка иРНК, пройдя через ядерную мембрану, поступает в цитоплазму к рибосомам, где осуществляется:
а) расшифровка генетической информации,
б) синтез из аминокислот биополимерной макромолекулы белка.
Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК (тРНК). В клетке имеется столько аминокислот, сколько типов кодонов, шифрующих аминокислоты.
Генетический код
Генетическая информация заключена в последовательности нуклеотидов. Это значит, что строго определенная последовательность нуклеотидов соответствует определенной аминокислоте, а определенный порядок расположения и количество аминокислот соответствует, в свою очередь, определенной структуре белка.
Таким образом, иРНК несет генетическую информацию в виде генетического кода, который с помощью четырех символов (четыре нуклеотида А, Г, Ц, У)задает любую из 20 аминокислот.
Свойства генетического кода:
а). Код триплетен
Каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3-х нуклеотидов. Эта последовательность называется кодоном.
б). Код вырожден.
Каждая аминокислота кодируется более, чем одним кодоном (от 2 до 6 кодонов на одну аминокислоту).
в). Код однозначен.
Каждый кодон соответствует только одной аминокислоте.
г). Генетический код универсален, т.е. един для всех живых организмов планеты.
Таким образом, ген представляет собой чередование «слов из трех букв» - кодонов, образованных из четырехбуквенного алфавита.
Необходимо особо подчеркнуть универсальность генетического кода – с его помощью закодирована вся информация и о простейшем одноклеточном организме, и о человеке. Но в первом случае можно было обойтись и более простым кодом, а во-втором – лучше было бы использовать более совершенный (сложный) код. Поэтому единство генетического кода служит очень весомым аргументом в пользу единого эволюционного пути всего живого на Земле.
Программа «Геном человека»
Международная программа «Геном человека» посвящена решению проблемы картирования генов человека. Число генов в составе ДНК человека около 50-60 тысяч, что составляет только 3% общей длины ДНК; роль остальных 97% пока неясна.
В каждой клетке человека содержится 46 молекул ДНК, которые распределены в 23 парах хромосом. Хромосомы - это структуры, по которым распределена полная молекула ДНК. Суммарная длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке человека равна около 2 метров. Полная же длина всех молекул ДНК в теле взрослого человека, состоящего из 5х1013 клеток, составляет 1011 км, что в тысячу раз превышает расстояние от Солнца до Земли.
К настоящему времени практически полностью расшифрована полная последовательность ДНК человека.
Главная задача исследований - изучить вариации ДНК в разных органах и клетках отдельных индивидуумов и выявить генетические различия между ними. Анализ таких различий позволит построить индивидуальные генные портреты людей, что даст возможность лучше лечить болезни. Кроме того, такой анализ позволит выявить различия между популяциями и выявить географические районы повышенного риска поражения генома людей.
Таким образом, благодаря геномным исследованиям стало ясно, что в ходе эволюции жизни на Земле сначала выделились представители архей, имеющих клетки без ядер, а позже - эукариот (состоящих из клеток с ядрами), включая человека.
Геномными исследованиями было выявлено также совпадение нуклеотидных последовательностей у неродственных видов. Это дает основания предположить, что в процессе эволюции происходил перенос генов от одного вида к другому. Например, оказалось, что геномы человека и мыши весьма близки - их нуклеотидные последовательности совпадают более чем на 90%.
Что же позволяет биологическим системам воспроизводить подобные системы? Очевидно – наличие некоторой информации .
Информация – это идеальное (нематериальное) понятие, то есть информация не обладает ни массой, ни энергией. Однако всегда существуют материальные носители информации: речь (звуки), бумага, CD-диски...
Существует множество подходов к определению понятия «информация». Мы будем рассматривать информацию как некоторую программу , при выполнении которой можно получить определенный результат.
В биологии информация, которая сохраняется при смене множества поколений (то есть наследуется), называется генетической информацией (от греч. genesis , geneticos – происхождение; от лат. genus – род).
Однако не любая наследственная информация является генетической.
Негенетическая (парагенетическая, эпигенетическая) информация – это информация, благодаря которой подобное воспроизводит подобное, но, как правило, это подобие детерминировано факторами внешней среды или эффектом материнского организма. Механизмы передачи негенетической информации из поколения в поколение исключительно разнообразны, и мы их пока рассматривать не будем.
Генетическая информация – это такая наследственная информация, носителем которой является ДНК (у части вирусов – РНК).
ДНК – это химическое вещество, которое входит в состав хромосом – окрашенных структур, которые возникают на месте ядра при делении клетки.
Минимальный набор хромосом и одновременно минимальный объем ДНК определенного биологического вида называется гено мом (имен. падеж, ед. число – гено м ).
Участок ДНК, который несет информацию о некотором элементарном признаке – фене (имен. падеж, ед. число – фен ), называется ге ном (имен. падеж, ед. число – ген ). Многие гены могут существовать в виде двух и более вариантов – аллелей. Например, у мышей ген А , определяющий общую окраску тела, представлен аллелями:
AY – желтая окраска,
AL – окраска агути («серые») со светлым брюхом,
A – агути, «серые», норма,
at – черная с подпалинами,
a – черная, нон-агути.
Совокупность всех генов (точнее, аллелей) определенного организма называется геноти пом (имен. падеж, ед. число – геноти п ).
Генетическая информация обладает рядом важных свойств:
– дискретность (существование элементарных единиц информации – генов , входящих в состав хромосом );
– устойчивость (сохранение);
– самовоспроизведение (репликация ДНК , копирование);
– реализация (выполнение программы с получением некоторого результата);
– передача из поколения в поколение;
– комбинирование дискретных единиц информации (генов, хромосом);
– изменение (мутирование ) – появление новых генов и хромосом.
Основное свойство генетической информации – это отсутствие прямого влияния результатов её реализации на исходную информацию . В системах, созданных человеком (в технике, экономике…) информация изменяется осознанно, на основе обратной связи между исходной информацией и результатами её реализации. Генетическая информация изменяется случайным образом : за счет мутаций и рекомбинаций. Прямого влияния результатов реализации информации на исходную информацию не существует. Сохранение и передача измененной информации осуществляется путем отбора (естественного или искусственного) по результатам её реализации.
В каждом человеке заложено стремление продолжить свой род и произвести здоровое потомство. Определенное сходство между родителями и детьми обусловлено наследственностью. Помимо очевидных внешних признаков принадлежности к одной семье, генетически передается и программа индивидуального развития в разных условиях.
Наследственность – что это такое?
Рассматриваемый термин определяется, как способность живого организма сохранять и обеспечивать преемственность своих отличительных признаков и характера развития в последующих поколениях. Понять, что такое наследственность человека, легко на примере любой семьи. Черты лица, телосложение, внешность в целом и характер детей всегда будто позаимствованы у одного из родителей, бабушки или дедушки.
Генетика человека
Что такое наследственность, особенности и закономерности этой способности изучает специальная наука. Человеческая генетика является одним из ее разделов. Условно она классифицируется на 2 типа. Основные виды генетики:
- Антропологическая – изучает изменчивость и наследственность нормальных признаков организма. Данный раздел науки связан с эволюционной теорией.
- Медицинская – исследует особенности проявления и развития патологических признаков, зависимость возникновения заболеваний от условий окружающей среды и генетической предрасположенности.
Виды наследственности и их характеристика
Информация о специфических признаках организма содержится в генах. Биологическая наследственность дифференцируется по их типу. Гены присутствуют в органоидах клетки, расположенных в цитоплазматическом пространстве – плазмидах, митохондриях, кинетосомах и других структурах, и в хромосомах ядра. На основании этого выделяют следующие виды наследственности:
- внеядерная или цитоплазматическая;
- ядерная или хромосомная.
Цитоплазматическая наследственность
Характерной чертой описываемого типа воспроизведения специфических признаков является их передача по материнской линии. Хромосомная наследственность обусловлена преимущественно информацией из генов сперматозоидов, а внеядерная – яйцеклетки. В ней содержится больше цитоплазмы и органелл, отвечающих за передачу индивидуальных особенностей. Эта форма предрасположенности провоцирует развитие хронических врожденных болезней – , сахарного диабета, синдрома туннельного зрения и других.
Указанный вид передачи генетической информации является определяющим. Часто только его имеют в виду, объясняя, что такое человеческая наследственность. В хромосомах клетки содержится максимальное количество данных о свойствах организма и его специфических признаках. Также в них заложена программа развития в определенных внешних условиях среды. Ядерная наследственность – это передача генов, заложенных в молекулах ДНК, которые входят в состав хромосом. Она обеспечивает постоянную преемственность информации из поколения в поколение.
Признаки наследственности человека
Если у одного из партнеров темно-карие глаза, высока вероятность аналогичного оттенка радужки у ребенка независимо от ее цвета у второго родителя. Это объясняется тем, что признаки наследственности существуют 2-х типов – доминантные и рецессивные. В первом случае индивидуальные характеристики являются преобладающими. Они подавляют рецессивные гены. Второй вид признаков наследственности может проявиться только в гомозиготном состоянии. Такой вариант возникает, если в ядре клетки комплектуется пара хромосом с идентичными генами.
Иногда у ребенка наблюдается сразу несколько рецессивных признаков, даже если у обоих родителей они доминантные. Например, у смуглого отца и матери с темными волосами рождается светлокожий малыш с белокурыми локонами. Такие случаи наглядно демонстрируют, что такое наследственность – не просто преемственность генетической информации (от родителей детям), а сохранение всех признаков определенного рода в пределах семьи, включая предшествующие поколения. Цвет глаз, волос и другие особенности могут передаваться даже от прабабушек и прадедушек.
Влияние наследственности
Генетика пока продолжает изучать зависимость характеристик организма от его врожденных свойств. Роль наследственности в развитии и состоянии здоровья человека не всегда определяющая. Ученые выделяют 2 типа генетических признаков:
- Жестко детерминированные – формируются еще до рождения, включают особенности внешнего вида, группу крови, и другие качества.
- Относительно детерминированные – сильно подвержены влиянию внешней среды, склонны к изменчивости.
Если речь идет о физических показателях, генетика и здоровье имеют выраженную взаимосвязь. Наличие мутаций в хромосомах и серьезных хронических заболеваний у ближайших родственников обуславливают общее состояние человеческого организма. Внешние признаки полностью зависят от наследственности. Касательно интеллектуального развития и особенностей характера влияние генов считается относительным. На такие качества сильнее действует внешняя окружающая среда, чем врожденная предрасположенность. В данном случае она играет незначительную роль.
Наследственность и здоровье
Каждая будущая мать знает о влиянии генетических особенностей на физическое развитие ребенка. Сразу после оплодотворения яйцеклетки начинает формироваться новый организм, и наследственность играет определяющую роль в возникновении у него специфических признаков. Генофонд отвечает не только за наличие серьезных врожденных болезней, но и менее опасных проблем – предрасположенности к кариесу, выпадению волос, подверженности вирусным патологиям и других. По этой причине на осмотре у любого врача специалист сначала собирает подробный семейный анамнез.
Можно ли влиять на наследственность?
Для ответа на поставленный вопрос можно сравнить физические показатели нескольких предыдущих и последних поколений. Современная молодежь значительно выше ростом, имеет более крепкое телосложение, хорошие зубы и высокую предполагаемую продолжительность жизни. Даже такой упрощенный анализ показывает, что можно влиять на наследственность. Изменить генетические особенности в плане интеллектуального развития, черт характера и темперамента еще легче. Это достигается благодаря улучшению окружающих условий, корректному воспитанию и правильной атмосфере в семье.
Прогрессивные ученые уже давно проводят опыты, позволяющие оценить влияние медицинских вмешательств на генофонд. В этой сфере достигнуты впечатляющие результаты, подтверждающие, что можно еще на этапе исключить возникновение генных мутаций, предотвратить развитие серьезных заболеваний и умственных нарушений у плода. Пока исследования проводятся исключительно на животных. Для начала опытов с участием людей есть несколько морально-этических препятствий:
- Понимая, что такое наследственность, военные организации могут использовать разработанную технологию для воспроизводства профессиональных солдат с усовершенствованными физическими способностями и высокими показателями здоровья.
- Не каждая семья сможет себе позволить выполнить процедуру по самой полноценной яйцеклетки максимально качественным сперматозоидом. В результате красивые, талантливые и здоровые дети будут рождаться только у состоятельных людей.
- Вмешательство в процессы естественного отбора практически равноценны евгенике. Большинство специалистов в области генетики считают ее преступлением против человечества.
Генетическая информация - программа свойств организма, получаемая от предков и заложенная в наследственных структурах в виде генетического кода.
Предполагается, что становление генетической информации шло по схеме: геохимические процессы - минералообразование - эволюционный катализ (автокатализ).
Возможно, что первые примитивные гены представляли собой микрокристаллические кристаллы глины, причем каждый новый слой глины выстраивается в соответствии с особенностями строения предыдущего, как бы получая от него информацию о строении.
Реализация генетической информации происходит в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех РНК: информационной (иРНК), транспортной (тРНК) и рибосомальной (рРНК). Процесс передачи информации идет: - по каналу прямой связи: ДНК - РНК - белок; и - по каналу обратной связи: среда - белок - ДНК.
Живые организмы способны получать, сохранять и передавать информацию. Причем живым организмам присуще стремление полученную информацию о себе и окружающем мире использовать максимально эффективно. Наследственная информация, заложенная в генах и необходимая живому организму для существования, развития и размножения передается от каждого индивида его потомкам. Эта информация определяет направление развития организма, и в процессе взаимодействия его с окружающей средой реакция на ее индивида может искажаться, обеспечивая тем самым эволюцию развития потомков. В процессе эволюции живого организма возникает и запоминается новая информация, в том числе для него возрастает ценность информации.
В ходе реализации наследственной информации в определенных условиях внешней среды формируется фенотип организмов данного биологического вида.
Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и генетические пороки организма.
Многие ученые, справедливо подчеркивая роль информации в становлении и эволюции живого, отмечали это обстоятельство в качестве одного из главных критериев жизни. Так, В.И. Карагодин считает: "Живое есть такая форма существования информации и кодируемых ею структур, которая обеспечивает воспроизведение этой информации в подходящих условиях внешней среды". Связь информации с жизнью отмечает и А.А. Ляпунов: "Жизнь - это высокоупорядоченное состояние вещества, использующее для выработки сохраняющихся реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул". Известный наш астрофизик Н.С. Кардашев также подчеркивает информационную составляющую жизни: "Жизнь возникает благодаря возможности синтеза особого рода молекул, способных запоминать и использовать вначале самую простую информацию об окружающей среде и собственной структуре, которую они используют для самосохранения, для воспроизводства и, что для нас особенно важно, получения еще большего количества информации". На эту способность живых организмов сохранять и передавать информацию обращает внимание в своей книге "Физика бессмертия" эколог Ф. Типлер: "Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, которая сохраняется естественным отбором". Более того, он считает, если это так, то система жизнь - информация является вечной, бесконечной и бессмертной.
Раскрытие генетического кода и установление закономерностей молекулярной биологии показали необходимость соединения современной генетики и дарвиновской теории эволюции. Так родилась новая биологическая парадигма - синтетическая теория эволюции (СТЭ), которую можно рассматривать уже как неклассическую биологию.
Основные идеи эволюции Дарвина с его триадой - наследственностью, изменчивостью, естественным отбором - в современном представлении эволюции живого мира дополняются представлениями не просто естественного отбора, а такого отбора, который детерминирован генетически. Началом разработки синтетической или общей эволюции можно считать работы С.С. Четверикова по популяционной генетике, в которых было показано, что отбору подвергаются не отдельные признаки и особи, а генотип всей популяции, но осуществляется он через фенотипические признаки отдельных особей. Это приводит к распространению полезных изменений во всей популяции. Таким образом, механизм эволюции реализуется как через случайные мутации на генетическом уровне, так и через наследование наиболее ценных признаков (ценности информации!), определяющих адаптацию мутационных признаков к окружающей среде, обеспечивая наиболее жизнеспособное потомство.
Сезонные изменения климата, различных природные или техногенные катастрофы с одной стороны, приводят к изменению частоты повторяемости генов в популяциях и, как следствие, к снижению наследственной изменчивости. Этот процесс иногда называют дрейфом генов. А с другой - к изменениям концентрации различных мутаций и уменьшению разнообразия генотипов, содержащихся в популяции, что может привести к изменениям направленности и интенсивности действия отбора.
Французские генетики обнаружили у мышей необычный механизм передачи наследственной информации, не связанный с геномной ДНК. Иногда у мышат могут проявляться признаки, характерные для их родителей, даже в том случае, если гены, определяющие эти признаки, у мышат отсутствуют. По-видимому, врожденные качества определяются не только унаследованными от родителей молекулами ДНК — общепризнанными носителями наследственной информации, — но и другими молекулами, прежде всего РНК, которые являются не только «результатами прочтения» записанной в ДНК информации, но и активно влияют на сам процесс «чтения», заставляя клетку «прочитывать» в генах то, чего там нет.
Ген Kit кодирует многофункциональный белок, влияющий, помимо прочего, на образование темного пигмента меланина. В свое время генетики, изучавшие работу этого гена у мышей, искусственно создали неработающий вариант гена, вставив в него большой «лишний» кусок ДНК. У мышей, гетерозиготных по этой мутации (то есть имеющих одну нормальную копию гена и одну измененную, Kit +/-) лапки и кончик хвоста остаются неокрашенными (белыми). Гомозиготы (обладатели двух испорченных копий гена, Kit -/- ) умирают вскоре после рождения.
Французские генетики из Университета Ниццы , скрещивая между собой гетерозигот Kit +/- , столкнулись с нарушением законов классической генетики. Согласно этим законам, четверть потомства должна была сразу погибать (генотип Kit -/- ), половина — иметь белые лапы и хвост (генотип Kit +/- ), и четверть — иметь нормальную окраску (генотип Kit +/+ ). Вместо этого из 57 выживших мышат, полученных от восьми скрещиваний, только три оказались нормально окрашенными, а остальные 54 имели белые лапы и хвост.
Генетический анализ показал, что из 54 белохвостых мышат 24 имеют генотип Kit +/+ , то есть у них попросту нет «гена белохвостости». Эти мыши обязаны были иметь нормальную окраску! Получалось, что мыши унаследовали от родителей некий врожденный признак, не унаследовав генов, ответственных за формирование этого признака.
Результаты нуждались в проверке. Ученые стали скрещивать гетерозигот Kit +/- с нормально окрашенными мышами дикого типа Kit +/+ . В этом случае половина потомства получает генотип Kit +/+ , половина — Kit +/- . То есть ожидалось распределение белохвостых и обычных мышат 1:1. Вместо этого опять почти все мышата оказались белохвостыми, хотя многие из них имели генотип Kit +/+ .
Если скрестить этих аномальных мышей (белохвостых, но не имеющих «гена белохвостости») друг с другом, то потомство их тоже оказывается белохвостым. Правда, в последующих поколениях проявления данного признака слабеют и в конце концов сходят на нет — фенотип (то есть строение организма, физические признаки) наконец приходит в соответствие с генотипом.
Таким образом, оказалось, что если хотя бы один из родителей мышонка (не важно, отец или мать) — белохвостый, то и мышонок с большой вероятностью будет белохвостым независимо от того, есть ли «ген белохвостости» у него самого.
Стало очевидно, что носителем наследственной информации в данном случае являются не гены и не ДНК. Что же тогда? Естественно, подозрение пало в первую очередь на РНК — второй класс «информационных» биополимеров живой клетки. Как известно, РНК выполняет роль посредника между генами (участками ДНК) и белками (которые определяют большинство фенотипических признаков). Наследственная информация, записанная в виде последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК, сначала «транскрибируется» — переписывается в последовательность нуклеотидов РНК. Получившиеся таким путем молекулы РНК («транскрипты») подвергаются сложной обработке. Из них вырезаются лишние куски (интроны), к ним пришиваются особые сигнальные участки и т. д. В результате получается «зрелая матричная РНК», которая используется как инструкция (матрица) для синтеза белка.
Ученые предположили, что белохвостость мышонка с генотипом Kit +/+ может быть вызвана тем, что в оплодотворенную яйцеклетку, из которой он развился, попала родительская РНК, считанная с мутантной копии гена Kit . Хотя у самого мышонка обе копии гена Kit — нормальные, присутствие «мутантной» РНК может как-то повлиять на их работу, в особенности на процесс транскрипции (считывания) и последующих модификаций РНК.
Это предположение полностью подтвердилось. Исследователи обнаружили, что у гетерозигот Kit +/- с мутантной копии гена Kit считывается «мутантная» РНК, которая в дальнейшем распадается на фрагменты разной величины. Если выделить эти фрагменты и ввести их в контрольную оплодотворенную яйцеклетку (полученную от диких серохвостых родителей), из яйцеклетки развивается белохвостый мышонок с генотипом Kit +/+ . По-видимому, эти фрагменты РНК не только регулируют прочтение (транскрипцию) гена Kit , что приводит к снижению концентрации белка Kit в клетках, но и каким-то образом самовоспроизводятся, иначе они не могли бы передаваться в ряду поколений. Как же они могут самовоспроизводиться? Ведь изначально они были «считаны» с испорченной копии гена, которая была у родителей, но которой нет у потомства!
Механизм самовоспроизведения этих РНК пока неизвестен. По-видимому, они модифицируют процесс транскрипции «здорового» гена Kit или последующую обработку считанных с него РНК, так что в результате считанная со «здорового» гена РНК оказывается «мутантной». Это несколько напоминает механизм распространения так называемых прионных заболеваний («коровье бешенство»): появление «неправильно свернутого» белка стимулирует неправильное сворачивание других белковых молекул, и в результате возникает своеобразная цепная реакция формирования «мутантных» белков, хотя ген, кодирующий данный белок, при этом не изменяется.
Ученые также обнаружили, что в сперматозоидах белохвостых мышей Kit +/- резко повышено содержание РНК по сравнению с нормальными сперматозоидами. Это свидетельствует об активной транскрипции ряда генов, в том числе и гена Kit . В норме в сперматозоидах большинство генов «молчит» и РНК почти не образуется.
Надо сказать, что это не первый случай, когда у живых организмов обнаружена передача наследственной информации не через нуклеотидные последовательности ДНК, а иными способами. Существует даже специальный термин для таких явлений — эпигенетическое («надгенетическое») наследование. Роль РНК в эпигенетическом наследовании у высших животных удалось доказать впервые. Нечто подобное недавно было обнаружено у высших растений (Lolle et al., 2005. Genome-wide non-mendelian inheritance of extra-genomic information in Arabidopsis // Nature . V. 434. P. 505—-509).
Полученный французскими генетиками сенсационный результат, наряду с некоторыми другими открытиями последних лет, показывает, что классические представления о природе «наследственной информации» и механизмах ее «прочтения» слишком упрощенные. В действительности все гораздо сложнее. Приходится признать, что аналогии между живыми организмами и искусственными информационными системами (например, компьютерами), вошедшие в моду в конце XX века, в значительной степени неправомочны. В отличие от компьютера, в живых системах так называемая «информация», ее носители, а также «устройства» для ее прочтения и реализации оказываются слиты воедино и практически неразделимы. Например, РНК оказывается не только «результатом прочтения» генетического кода и средством передачи информации от ДНК к системе синтеза белка, но и активным участником и регулятором самого процесса «прочтения», способным менять смысл читаемых «сообщений». Не случайно некоторые ведущие теоретики в настоящее время ставят под сомнение саму применимость понятия «информация» к последовательностям нуклеотидов ДНК и РНК.
