book_title
stringlengths 3
250
| book_author
stringlengths 0
60
| html
stringlengths 288
461k
| text
stringlengths 150
455k
| litres_preview
bool 2
classes |
|---|---|---|---|---|
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Один глаз рыжий, другой голубой</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Получил я как-то письмо от юнната: «У моей кошки один глаз рыжий, другой голубой. Почему?»</p><p>А ведь правда — почему? Именно генетика это должна разъяснить, и интересно это, наверно, не одному читателю — многим.</p><p>Почему так случается? Как объяснить?</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_28_img_49.png"/>
</p><p><em>Мозаичное пятно и его происхождение.</em></p><p>Внимательный наблюдатель такого рода явления замечал, конечно, не раз. Сравнительно часто у черноволосых людей бывает на голове рыжий или светлый клок: рецессивный ген, казалось бы надежно прикрытый доминантным (карие глаза, темные волосы — доминанты, голубые глаза, светлые и рыжие волосы— рецессивы), вдруг появляется на более или менее большом участке. Не только у кошек и других животных, но и среди людей встречаются разноглазые, а еще чаще бывает, что маленький участочек радужной оболочки в карем глазу оказывается серым или голубым.</p><p>Все это так называемые мозаичные пятна. Как они образуются, ясно из схемы. Первые два деления прошли нормально, а в одной из клеток, образовавшихся в результате третьего деления, доминантный ген выпал. Это бывает в результате «потери» целой хромосомы в ходе деления, может быть также следствием мутации, произошедшей в доминантном гене, возможны и другие причины. Так или иначе рецессив оказался не прикрыт доминантой, и он проявляется.</p>
<p>Легко понять, что, если выпадение произойдет при втором делении, ровным счетом половина организма составит мозаичное пятно. Такого рода мозаики редки: очень мала вероятность потери хромосомы при наличии всего лишь двух клеток. Но в ходе развития образуется множество клеток. Тут уж даже при самой малой частоте возникновения мутаций они обязательно происходят. Отсюда следует, что каждый из нас мозаик. Но только далеко не всегда мозаичное пятно удается выявить, так как для этого оно должно затрагивать какой-то бросающийся в глаза и генетически изученный признак и быть к тому же достаточной величины.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Один глаз рыжий, другой голубой
Получил я как-то письмо от юнната: «У моей кошки один глаз рыжий, другой голубой. Почему?»
А ведь правда — почему? Именно генетика это должна разъяснить, и интересно это, наверно, не одному читателю — многим.
Почему так случается? Как объяснить?
Мозаичное пятно и его происхождение.
Внимательный наблюдатель такого рода явления замечал, конечно, не раз. Сравнительно часто у черноволосых людей бывает на голове рыжий или светлый клок: рецессивный ген, казалось бы надежно прикрытый доминантным (карие глаза, темные волосы — доминанты, голубые глаза, светлые и рыжие волосы— рецессивы), вдруг появляется на более или менее большом участке. Не только у кошек и других животных, но и среди людей встречаются разноглазые, а еще чаще бывает, что маленький участочек радужной оболочки в карем глазу оказывается серым или голубым.
Все это так называемые мозаичные пятна. Как они образуются, ясно из схемы. Первые два деления прошли нормально, а в одной из клеток, образовавшихся в результате третьего деления, доминантный ген выпал. Это бывает в результате «потери» целой хромосомы в ходе деления, может быть также следствием мутации, произошедшей в доминантном гене, возможны и другие причины. Так или иначе рецессив оказался не прикрыт доминантой, и он проявляется.
Легко понять, что, если выпадение произойдет при втором делении, ровным счетом половина организма составит мозаичное пятно. Такого рода мозаики редки: очень мала вероятность потери хромосомы при наличии всего лишь двух клеток. Но в ходе развития образуется множество клеток. Тут уж даже при самой малой частоте возникновения мутаций они обязательно происходят. Отсюда следует, что каждый из нас мозаик. Но только далеко не всегда мозаичное пятно удается выявить, так как для этого оно должно затрагивать какой-то бросающийся в глаза и генетически изученный признак и быть к тому же достаточной величины. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Нельзя ли проверить самому?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Можно, мой дорогой друг, пытливый читатель, и очень легко, но только работать придется на дрозофиле.</p><p>С другими объектами на это потребуются годы, а на дрозофиле весь опыт займет двадцать — двадцать пять дней.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_34_img_55.png"/>
</p><p><em>«Кёрли» трех типов.</em></p><p>Обратись в любую генетическую лабораторию и попроси дрозофил линии Cy («кёрли»). Концы крыльев у них изогнуты кверху, что связано с изменением, локализованным во второй хромосоме. А заодно попроси штук десять пробирок с питательной средой, чтоб не варить ее самому. Когда ты объяснишь, зачем тебе нужно, уверен, ни один генетик не пожалеет пробирок, а мух и подавно, ибо если они есть, то всегда в избытке. Лучше всего там же, в генетической лаборатории, рассадить мух по пробиркам, по две-три пары на каждую. Можно сделать это и не в лаборатории, но тогда тебе придется изготовить морилку. Ее детали и приборчик в собранном виде изображены на рисунке. Самое трудное тут — запаять, а потом проколоть раскаленную на огне стеклянную трубочку иглой; однако при наличии старания, газовой горелки или же примуса и это сделать довольно легко. В стакан морилки кладут комочек ваты, а потом, вынув пробку с воронкой, льют па вату совсем немножко эфира (его можно заменить эфирно-валерьяновыми каплями, которые продаются в аптеке).</p>
<p>Легонько постукав пробирку с мухами об ладонь, быстро вынь из нее ватную пробку и, перевернув, вытряхни мух в морилку. Сквозь отверстия стеклянной трубочки туда поступают из ваты пары эфира, и мухи под действием этих паров засыпают. Как только перестанут они шевелиться, вытряхни из морилки мух на стеклышко размером примерно 20 ? 20 сантиметров и, действуя кисточкой для акварели, распредели их на две кучки, чтобы в одной были самцы, а в другой самки. Как их отличить, поймешь из рисунка в предыдущей главе. Затем открывай пробирки с новой питательной средой и сбрасывай туда (на стекло, но не на корм!) по две пары мух, сразу же после того затыкая пробирку ватной пробкой. Первое время, пока не пройдет у мух наркоз, нельзя ставить пробирку стоймя: мухи могут прилипнуть к корму.</p><p>Когда мухи окончательно оживут, пробирки нужно поместить в температуру 26—28 градусов. Это нормальная для дрозофил температура. Две пробирки оставь при этой температуре на все время опыта — это будет контроль. С остальными пробирками ты проведешь опыт. Он будет заключаться в том, что каждый день ты будешь брать по одной пробирке и на сутки выносить в прохладное помещение (с температурой 16—18 градусов). Отмечай, какую пробирку в какой день ты выносил.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_34_img_56.png"/>
</p><p><em>Морилка: 1 — воронка, 2 — пробка, 3 — резиновый шланг, 4 — пробирка, 5 — вата, 6 — стеклянный цилиндр.</em></p><p>Когда мухи во всех пробирках вылупятся, ты сможешь просмотреть результаты опытов. Как в контроле, так и в пробирках, которые охлаждались на 2, 3, 6, 7, 8-е сутки, все мухи будут самыми обыкновенными «кёрли» — крылышки чуть-чуть загнуты. А вот в вариантах опыта, где охлаждение производилось на четвертые-пятые сутки, мухи будут различными. Найдешь ты здесь и нормальных «кёрли», но будут и такие, у которых крылья окажутся не только что загнутыми, но закрученными в трубочку. Значит, на четвертые-пятые сутки пониженная температура вызывает резкое усиление действия гена «кёрли». Иная картина будет при охлаждении на девятые-десятые сутки, перед вылупленном мух. Ты тут найдешь совсем прямокрылых. В отличие от типичных «кёрли», которые не летают, а «прыгают», эти мухи могут превосходно летать. Внешне они ничем не отличаются от обычных прямокрылых мух, лишенных гена «кёрли». Вроде бы ген пропал!</p><p>Однако если ты отнесешь в лабораторию использованные пробирки, а взамен попросишь хотя бы три новых, ты можешь продолжить опыт. В одну пробирку посади две пары мух из контроля, в другую трубчатокрылых, а в третью — тех, у которых ген «кёрли» «пропал». Теперь уже на холод пробирки не выноси, пусть мухи все время развиваются при 26—28 градусах. Когда вылупится второе поколение, ты убедишься: во всех трех пробирках мухи абсолютно одинаковые — все «кёрли».</p><p>О чем говорит опыт? Степень проявления гена «кёрли» у дрозофилы сильно зависит от температуры, при которой проходило развитие. Тут есть два чувствительных периода: первый на четвертые-пятые сутки, второй на девятые. Если в первом случае пониженная температура вызывает усиление действия гена, то во втором, напротив, ведет к выпрямлению крыльев. А по наследству эти изменения не передаются. И не трудно понять почему. От гена к признаку ведет путь, состоящий из целой цепи реакций. Какие-то два из звеньев этой цепи зависят от температуры. Однако чтобы изменился при этом ген, нужно изменить все предыдущие реакции.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Нельзя ли проверить самому?
Можно, мой дорогой друг, пытливый читатель, и очень легко, но только работать придется на дрозофиле.
С другими объектами на это потребуются годы, а на дрозофиле весь опыт займет двадцать — двадцать пять дней.
«Кёрли» трех типов.
Обратись в любую генетическую лабораторию и попроси дрозофил линии Cy («кёрли»). Концы крыльев у них изогнуты кверху, что связано с изменением, локализованным во второй хромосоме. А заодно попроси штук десять пробирок с питательной средой, чтоб не варить ее самому. Когда ты объяснишь, зачем тебе нужно, уверен, ни один генетик не пожалеет пробирок, а мух и подавно, ибо если они есть, то всегда в избытке. Лучше всего там же, в генетической лаборатории, рассадить мух по пробиркам, по две-три пары на каждую. Можно сделать это и не в лаборатории, но тогда тебе придется изготовить морилку. Ее детали и приборчик в собранном виде изображены на рисунке. Самое трудное тут — запаять, а потом проколоть раскаленную на огне стеклянную трубочку иглой; однако при наличии старания, газовой горелки или же примуса и это сделать довольно легко. В стакан морилки кладут комочек ваты, а потом, вынув пробку с воронкой, льют па вату совсем немножко эфира (его можно заменить эфирно-валерьяновыми каплями, которые продаются в аптеке).
Легонько постукав пробирку с мухами об ладонь, быстро вынь из нее ватную пробку и, перевернув, вытряхни мух в морилку. Сквозь отверстия стеклянной трубочки туда поступают из ваты пары эфира, и мухи под действием этих паров засыпают. Как только перестанут они шевелиться, вытряхни из морилки мух на стеклышко размером примерно 20 ? 20 сантиметров и, действуя кисточкой для акварели, распредели их на две кучки, чтобы в одной были самцы, а в другой самки. Как их отличить, поймешь из рисунка в предыдущей главе. Затем открывай пробирки с новой питательной средой и сбрасывай туда (на стекло, но не на корм!) по две пары мух, сразу же после того затыкая пробирку ватной пробкой. Первое время, пока не пройдет у мух наркоз, нельзя ставить пробирку стоймя: мухи могут прилипнуть к корму.
Когда мухи окончательно оживут, пробирки нужно поместить в температуру 26—28 градусов. Это нормальная для дрозофил температура. Две пробирки оставь при этой температуре на все время опыта — это будет контроль. С остальными пробирками ты проведешь опыт. Он будет заключаться в том, что каждый день ты будешь брать по одной пробирке и на сутки выносить в прохладное помещение (с температурой 16—18 градусов). Отмечай, какую пробирку в какой день ты выносил.
Морилка: 1 — воронка, 2 — пробка, 3 — резиновый шланг, 4 — пробирка, 5 — вата, 6 — стеклянный цилиндр.
Когда мухи во всех пробирках вылупятся, ты сможешь просмотреть результаты опытов. Как в контроле, так и в пробирках, которые охлаждались на 2, 3, 6, 7, 8-е сутки, все мухи будут самыми обыкновенными «кёрли» — крылышки чуть-чуть загнуты. А вот в вариантах опыта, где охлаждение производилось на четвертые-пятые сутки, мухи будут различными. Найдешь ты здесь и нормальных «кёрли», но будут и такие, у которых крылья окажутся не только что загнутыми, но закрученными в трубочку. Значит, на четвертые-пятые сутки пониженная температура вызывает резкое усиление действия гена «кёрли». Иная картина будет при охлаждении на девятые-десятые сутки, перед вылупленном мух. Ты тут найдешь совсем прямокрылых. В отличие от типичных «кёрли», которые не летают, а «прыгают», эти мухи могут превосходно летать. Внешне они ничем не отличаются от обычных прямокрылых мух, лишенных гена «кёрли». Вроде бы ген пропал!
Однако если ты отнесешь в лабораторию использованные пробирки, а взамен попросишь хотя бы три новых, ты можешь продолжить опыт. В одну пробирку посади две пары мух из контроля, в другую трубчатокрылых, а в третью — тех, у которых ген «кёрли» «пропал». Теперь уже на холод пробирки не выноси, пусть мухи все время развиваются при 26—28 градусах. Когда вылупится второе поколение, ты убедишься: во всех трех пробирках мухи абсолютно одинаковые — все «кёрли».
О чем говорит опыт? Степень проявления гена «кёрли» у дрозофилы сильно зависит от температуры, при которой проходило развитие. Тут есть два чувствительных периода: первый на четвертые-пятые сутки, второй на девятые. Если в первом случае пониженная температура вызывает усиление действия гена, то во втором, напротив, ведет к выпрямлению крыльев. А по наследству эти изменения не передаются. И не трудно понять почему. От гена к признаку ведет путь, состоящий из целой цепи реакций. Какие-то два из звеньев этой цепи зависят от температуры. Однако чтобы изменился при этом ген, нужно изменить все предыдущие реакции. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">А что же опыты?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Внимательный читатель, наверно, скажет: о чем тут спорить? Поставить опыт — и вопрос будет решен. И это верно. Только так и можно в науке решать спорные вопросы, но вот беда — не каждый опыт оказывается доказательным.</p><p>Ставил такой опыт Август Вейсман. Все было просто: в течение многих поколений Вейсман отрезал крысам хвосты и из поколения в поколение получал от бесхвостых животных хвостатых потомков. Приобретенный признак не наследовался. Убедительный опыт? Вроде бы да. А впрочем, его можно было не ставить. С XVII века, если не раньше, существует порода собак — фокстерьеры. И всегда им подрезали и подрезают хвосты, а бесхвостых фокстерьеров все же не вывели. Не уменьшились у этих собак и уши, которые тоже подрезают из поколения в поколение. Казалось бы, показательные факты. Но сторонников наследования приобретенных свойств такие факты (а число их можно увеличить) не только не убеждают, но даже мало смущают! Отрубленные хвосты и уши? Но ведь это же пустяк! Вы коренным образом измените обмен веществ, вот тогда мы посмотрим!</p>
<p>Ламаркисты в свою очередь тоже ставили опыты, и в некоторых наследование приобретенных свойств вроде бы получалось. А потом эти опыты проверялись и результаты их опровергались одними и подтверждались другими. Почему так?</p><p>Да потому, что эксперимент — дело сложное. Тут нужна педантичность и скрупулезность, предельная научная честность и самоконтроль, многократные повторности и самопроверки. И не сразу научились биологи ставить опыты правильно. А пока не научились, получалось нередко как у Гюйера и Смита: искусственное повреждение хрусталика глаза у отца вело к повреждениям у потомков. Конечно, в точных экспериментах эти опыты не подтвердились.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_33_img_54.jpeg"/>
</p><p><em>В каждой из пар слева пшеница урожая 1840 года, справа — 1911 года.</em></p><p>Однако: что такое правильно поставленный опыт?</p><p>Прежде всего он должен быть поставлен так, чтобы не мог обмануть самого исследователя. Нужна тщательная продуманность, большой материал, обязательно обставленный всесторонним контролем. И вот если с такой строгостью поставить опыты, окажется: признаки, приобретенные организмом в течение жизни, по наследству не передаются. Дети инвалидов не рождаются инвалидами, а наследственно маломолочная корова, как бы ее ни раздаивали, не даст обильномолочных потомков (если, конечно, не окажется в этом отношении улучшателем бык).</p><p>Почему это так происходит? С чем это связано? Собственно говоря, иного нельзя было ждать. Для вида, породы, сорта было бы катастрофой, если бы при любом изменении условий среды менялась наследственность. Не было бы ни малейшего постоянства видов. А между тем науке известно, что многие виды были такими же, как сейчас, сотни тысяч и даже миллионы лет назад.</p><p>Рассмотри внимательно рисунок, на котором показаны колосья различных пшениц. Это опыт, поставленный на свалефской опытной станции в Швеции. В каждой из пар слева изображены колосья из урожая 1840, а справа — 1911 года. Между двумя урожаями прошел семьдесят один год; самые различные условия встречали за это время пшеницы, но наследственные особенности сортов не изменились. Однако постоянство вовсе не означает неизменности — наследственность меняется. Немного ниже мы это увидим. Но меняется наследственность не так-то легко.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | А что же опыты?
Внимательный читатель, наверно, скажет: о чем тут спорить? Поставить опыт — и вопрос будет решен. И это верно. Только так и можно в науке решать спорные вопросы, но вот беда — не каждый опыт оказывается доказательным.
Ставил такой опыт Август Вейсман. Все было просто: в течение многих поколений Вейсман отрезал крысам хвосты и из поколения в поколение получал от бесхвостых животных хвостатых потомков. Приобретенный признак не наследовался. Убедительный опыт? Вроде бы да. А впрочем, его можно было не ставить. С XVII века, если не раньше, существует порода собак — фокстерьеры. И всегда им подрезали и подрезают хвосты, а бесхвостых фокстерьеров все же не вывели. Не уменьшились у этих собак и уши, которые тоже подрезают из поколения в поколение. Казалось бы, показательные факты. Но сторонников наследования приобретенных свойств такие факты (а число их можно увеличить) не только не убеждают, но даже мало смущают! Отрубленные хвосты и уши? Но ведь это же пустяк! Вы коренным образом измените обмен веществ, вот тогда мы посмотрим!
Ламаркисты в свою очередь тоже ставили опыты, и в некоторых наследование приобретенных свойств вроде бы получалось. А потом эти опыты проверялись и результаты их опровергались одними и подтверждались другими. Почему так?
Да потому, что эксперимент — дело сложное. Тут нужна педантичность и скрупулезность, предельная научная честность и самоконтроль, многократные повторности и самопроверки. И не сразу научились биологи ставить опыты правильно. А пока не научились, получалось нередко как у Гюйера и Смита: искусственное повреждение хрусталика глаза у отца вело к повреждениям у потомков. Конечно, в точных экспериментах эти опыты не подтвердились.
В каждой из пар слева пшеница урожая 1840 года, справа — 1911 года.
Однако: что такое правильно поставленный опыт?
Прежде всего он должен быть поставлен так, чтобы не мог обмануть самого исследователя. Нужна тщательная продуманность, большой материал, обязательно обставленный всесторонним контролем. И вот если с такой строгостью поставить опыты, окажется: признаки, приобретенные организмом в течение жизни, по наследству не передаются. Дети инвалидов не рождаются инвалидами, а наследственно маломолочная корова, как бы ее ни раздаивали, не даст обильномолочных потомков (если, конечно, не окажется в этом отношении улучшателем бык).
Почему это так происходит? С чем это связано? Собственно говоря, иного нельзя было ждать. Для вида, породы, сорта было бы катастрофой, если бы при любом изменении условий среды менялась наследственность. Не было бы ни малейшего постоянства видов. А между тем науке известно, что многие виды были такими же, как сейчас, сотни тысяч и даже миллионы лет назад.
Рассмотри внимательно рисунок, на котором показаны колосья различных пшениц. Это опыт, поставленный на свалефской опытной станции в Швеции. В каждой из пар слева изображены колосья из урожая 1840, а справа — 1911 года. Между двумя урожаями прошел семьдесят один год; самые различные условия встречали за это время пшеницы, но наследственные особенности сортов не изменились. Однако постоянство вовсе не означает неизменности — наследственность меняется. Немного ниже мы это увидим. Но меняется наследственность не так-то легко. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Выход из «сахарного» тупика</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>До известного времени селекция у сахарной свеклы шла хорошо: увеличивая вес корней или сахаристость, селекционеры добивались увеличения выхода сахара с гектара посевов. Но потом селекция зашла в тупик — увеличение корня вело к уменьшению сахаристости, а возрастание сахаристости неуклонно приводило к уменьшению веса корня. Такое явление носит название обратной корреляции. На первых этапах селекции ее удавалось одолеть, так как урожай зависел от большого числа генов, и, несмотря на обратную корреляцию между весом корня и содержанием в нем сахара, удавалось найти генные комбинации, ведущие к увеличению продуктивности сорта. Но возможности комбинаторики были исчерпаны. Как вести селекцию дальше?</p><p>Ученые обратились к полиплоидам. Киевляне В. П. Зосимович и В. А. Панин скрестили тетраплоидные сорта с диплоидными. В результате получили триплоиды: свеклу, имеющую в клетках три хромосомных набора. Оказалось, что у триплоидов особенно велика сахаристость. Но из-за нарушений в ходе редукционных делений у них образуется мало семян. Однако это не имеет значения: семеноводство можно вести, вновь и вновь скрещивая диплоидов и тетраплоидов. Зато сахаристость, выход сахара с гектара посевов, у триплоидов возрастает в среднем на 15%.</p>
<p>Сейчас уже есть триплоидные сорта, районированные для Кубани.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_52_img_74.png"/>
</p><p><em>Получение триплоидов у свеклы.</em> </p><p><em>Скрещивание диплоида и тетраплоида.</em></p><p>По тому же пути получения триплоидов пошли лесоводы. Обычная осина, как известно, дает плохую древесину, страдающую к тому же от сердцевинной гнили. Иная осина — триплоид. Здесь и древесина хороша, и гниль не приносит большого вреда, и темп роста ускорен. А вот несколько цифр, касающихся триплоидных арбузов, нашедших применение в Японии. Диплоидный сорт Син-Ямато давал с единицы площади урожай 352 кг. Тетраплоидный вариант того же сорта — 155 кг. А в результате скрещивания этого малоурожайного тетраплоида со сравнительно малоурожайным (254 кг) диплоидным сортом Отоме возник триплоид, дающий 596 кг с той же единицы площади. Триплоидные арбузы практически бесплодны. Но это и хорошо: арбуз без косточек! А семена каждый раз можно получать от нового межсортового скрещивания.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Выход из «сахарного» тупика
До известного времени селекция у сахарной свеклы шла хорошо: увеличивая вес корней или сахаристость, селекционеры добивались увеличения выхода сахара с гектара посевов. Но потом селекция зашла в тупик — увеличение корня вело к уменьшению сахаристости, а возрастание сахаристости неуклонно приводило к уменьшению веса корня. Такое явление носит название обратной корреляции. На первых этапах селекции ее удавалось одолеть, так как урожай зависел от большого числа генов, и, несмотря на обратную корреляцию между весом корня и содержанием в нем сахара, удавалось найти генные комбинации, ведущие к увеличению продуктивности сорта. Но возможности комбинаторики были исчерпаны. Как вести селекцию дальше?
Ученые обратились к полиплоидам. Киевляне В. П. Зосимович и В. А. Панин скрестили тетраплоидные сорта с диплоидными. В результате получили триплоиды: свеклу, имеющую в клетках три хромосомных набора. Оказалось, что у триплоидов особенно велика сахаристость. Но из-за нарушений в ходе редукционных делений у них образуется мало семян. Однако это не имеет значения: семеноводство можно вести, вновь и вновь скрещивая диплоидов и тетраплоидов. Зато сахаристость, выход сахара с гектара посевов, у триплоидов возрастает в среднем на 15%.
Сейчас уже есть триплоидные сорта, районированные для Кубани.
Получение триплоидов у свеклы.
Скрещивание диплоида и тетраплоида.
По тому же пути получения триплоидов пошли лесоводы. Обычная осина, как известно, дает плохую древесину, страдающую к тому же от сердцевинной гнили. Иная осина — триплоид. Здесь и древесина хороша, и гниль не приносит большого вреда, и темп роста ускорен. А вот несколько цифр, касающихся триплоидных арбузов, нашедших применение в Японии. Диплоидный сорт Син-Ямато давал с единицы площади урожай 352 кг. Тетраплоидный вариант того же сорта — 155 кг. А в результате скрещивания этого малоурожайного тетраплоида со сравнительно малоурожайным (254 кг) диплоидным сортом Отоме возник триплоид, дающий 596 кг с той же единицы площади. Триплоидные арбузы практически бесплодны. Но это и хорошо: арбуз без косточек! А семена каждый раз можно получать от нового межсортового скрещивания. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">ГЛАВА ПЯТАЯ. ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ,</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><em>в которой с высот теоретических придется нам перебраться на высоты практические. Тут автор заранее просит у читателя извинения: не сможет он вместе с ним совершить траверс хребта, именуемого селекцией; он поведет читателя лишь на некоторые вершины, с которых, впрочем, не так уж сложно обозреть весь горный хребет.</em></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_46_img_69.png"/>
</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | ГЛАВА ПЯТАЯ. ГЕНЕТИКА И СЕЛЕКЦИЯ,
в которой с высот теоретических придется нам перебраться на высоты практические. Тут автор заранее просит у читателя извинения: не сможет он вместе с ним совершить траверс хребта, именуемого селекцией; он поведет читателя лишь на некоторые вершины, с которых, впрочем, не так уж сложно обозреть весь горный хребет. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Трансформация</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Сейчас уже широко известно: бактерии приспосабливаются к лечебным препаратам. Как бы ни было могущественно лекарство, со временем оно или совсем перестает действовать на бактерии или действует на них слабее. Раньше полагали, что бактерии попросту привыкают к лекарству. Позже точными опытами выяснили, что это не так. Среди миллионов бактерий находятся единицы, а может быть, и единица, где возникла мутация, обуславливающая стойкость к препарату. Легко понять, что немутатные бактерии гибнут, а мутатные выживают и начинают размножаться. Именно так возникли пневмококи, устойчивые к стрептомицину.</p><p>В опыт взяли бактерии, устойчивые и неустойчивые к стрептомицину. Бактерии стрептомициноустойчивые убивали и размельчали. Затем в среду, содержащую убитые и размельченные бактерии, пускали бактерии неустойчивые. И тогда с ними происходили странные изменения: от своего мертвого предшественника они воспринимали нехватающее им свойство, делались стрептомициноустойчивыми!</p><p>Результаты заинтересовали ученых, и поэтому они продолжили опыты, но уже в других вариантах. При помощи фильтрации и прочих приемов обработки из убитых, устойчивых к стрептомицину бактерий извлекали чистую ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту). И оказалось, что при воздействии ею, как и при воздействии размельченными бактериями, неустойчивые по отношению к стрептомицину бактерии становятся устойчивыми.</p>
<p>Через ДНК они воспринимают от мертвого предшественника свойственный ему ген и включают его в свой генотип.</p><p>Это явление получило название трансформации. Оно показало: носителем наследственной информации является ДНК.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Трансформация
Сейчас уже широко известно: бактерии приспосабливаются к лечебным препаратам. Как бы ни было могущественно лекарство, со временем оно или совсем перестает действовать на бактерии или действует на них слабее. Раньше полагали, что бактерии попросту привыкают к лекарству. Позже точными опытами выяснили, что это не так. Среди миллионов бактерий находятся единицы, а может быть, и единица, где возникла мутация, обуславливающая стойкость к препарату. Легко понять, что немутатные бактерии гибнут, а мутатные выживают и начинают размножаться. Именно так возникли пневмококи, устойчивые к стрептомицину.
В опыт взяли бактерии, устойчивые и неустойчивые к стрептомицину. Бактерии стрептомициноустойчивые убивали и размельчали. Затем в среду, содержащую убитые и размельченные бактерии, пускали бактерии неустойчивые. И тогда с ними происходили странные изменения: от своего мертвого предшественника они воспринимали нехватающее им свойство, делались стрептомициноустойчивыми!
Результаты заинтересовали ученых, и поэтому они продолжили опыты, но уже в других вариантах. При помощи фильтрации и прочих приемов обработки из убитых, устойчивых к стрептомицину бактерий извлекали чистую ДНК (дезоксирибонуклеиновую кислоту). И оказалось, что при воздействии ею, как и при воздействии размельченными бактериями, неустойчивые по отношению к стрептомицину бактерии становятся устойчивыми.
Через ДНК они воспринимают от мертвого предшественника свойственный ему ген и включают его в свой генотип.
Это явление получило название трансформации. Оно показало: носителем наследственной информации является ДНК. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Перекресты. Расстояния между генами</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Обычно дрозофилы сероватые, но есть среди них «блондины»—золотисто-желтые. Это рецессивный признак, вызванный геном из первой хромосомы. Его обозначают буквой «<em>у</em>», от английского слова yellow — желтый. Раз есть рецессив, значит, есть и доминант к нему. Это признак серой окраски, а ген, его вызывающий, генетики обозначают как <em>y</em><sup class="sub">+</sup>. Щетинки у дрозофилы дикого типа прямые (<em>sn</em><sup class="sub">+</sup>), но у этого гена — он тоже из первой хромосомы — есть свой рецессив <em>sn</em> — извитые реснички, мухи здесь с «перманентом». Что случится, если желтотелую «прямоволосую» самку скрестить с серым «курчавым» самцом? В первом поколении все мухи окажутся серыми с прямыми щетинками — проявятся два доминанта. Но зато во втором поколении будет большой разнобой. И любопытно, что, кроме желтотелых с прямыми щетинками и серотелых «курчавых», появятся два новых класса: желтотелые «курчавые» и серотелые «прямоволосые». На первый взгляд все происходит в соответствии с комбинационным законом Менделя, однако это не так. По комбинационному закону должно было бы получиться 9:3:3:1, здесь же соотношения совершенно иные. Два новых класса, один из которых несет два доминантных гена, а другой — два рецессивных, появятся в равном числе, причем в сумме их число составит 21% от всех потомков. Непонятно? Еще бы, ведь я только начинаю объяснять механизм кроссинговера!</p>
<p>В период подготовки клеток к мейозу хромосомы-партнеры перекручены и меняются при этом участками. Обмен этот происходит тем чаще, чем дальше в хромосоме один ген отстоит от другого. Ген <em>у</em> самый крайний, он лежит в первой хромосоме дрозофилы, на левом ее конце. Ген <em>sn</em>, напротив, локализуется ближе к центру, отстоит от левого конца примерно на треть длины хромосомы. Любопытно, что ген маленьких крыльев (miniature), расположенный на правом конце той же хромосомы, дает с геном <em>у</em> перекресты в 62,7% случаев. В три раза больше расстояние по длине хромосомы, в три раза больше и процент перекреста. Естественно, что генетики обратили на это внимание и именно таким способом — путем вычисления процентов перекрестов — условились обозначать расстояния между генами.</p><p>Именно так были созданы хромосомные карты дрозофилы, кукурузы, кур, некоторых хромосом мышей, одной из хромосом рыбки гуппи. Такая карта выглядит линией с нанесенными на ней штрихами, каждый из которых ген. Гены помечены буквенными символами.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Перекресты. Расстояния между генами
Обычно дрозофилы сероватые, но есть среди них «блондины»—золотисто-желтые. Это рецессивный признак, вызванный геном из первой хромосомы. Его обозначают буквой «у», от английского слова yellow — желтый. Раз есть рецессив, значит, есть и доминант к нему. Это признак серой окраски, а ген, его вызывающий, генетики обозначают как y+. Щетинки у дрозофилы дикого типа прямые (sn+), но у этого гена — он тоже из первой хромосомы — есть свой рецессив sn — извитые реснички, мухи здесь с «перманентом». Что случится, если желтотелую «прямоволосую» самку скрестить с серым «курчавым» самцом? В первом поколении все мухи окажутся серыми с прямыми щетинками — проявятся два доминанта. Но зато во втором поколении будет большой разнобой. И любопытно, что, кроме желтотелых с прямыми щетинками и серотелых «курчавых», появятся два новых класса: желтотелые «курчавые» и серотелые «прямоволосые». На первый взгляд все происходит в соответствии с комбинационным законом Менделя, однако это не так. По комбинационному закону должно было бы получиться 9:3:3:1, здесь же соотношения совершенно иные. Два новых класса, один из которых несет два доминантных гена, а другой — два рецессивных, появятся в равном числе, причем в сумме их число составит 21% от всех потомков. Непонятно? Еще бы, ведь я только начинаю объяснять механизм кроссинговера!
В период подготовки клеток к мейозу хромосомы-партнеры перекручены и меняются при этом участками. Обмен этот происходит тем чаще, чем дальше в хромосоме один ген отстоит от другого. Ген у самый крайний, он лежит в первой хромосоме дрозофилы, на левом ее конце. Ген sn, напротив, локализуется ближе к центру, отстоит от левого конца примерно на треть длины хромосомы. Любопытно, что ген маленьких крыльев (miniature), расположенный на правом конце той же хромосомы, дает с геном у перекресты в 62,7% случаев. В три раза больше расстояние по длине хромосомы, в три раза больше и процент перекреста. Естественно, что генетики обратили на это внимание и именно таким способом — путем вычисления процентов перекрестов — условились обозначать расстояния между генами.
Именно так были созданы хромосомные карты дрозофилы, кукурузы, кур, некоторых хромосом мышей, одной из хромосом рыбки гуппи. Такая карта выглядит линией с нанесенными на ней штрихами, каждый из которых ген. Гены помечены буквенными символами. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Попробуем улучшить сорт</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Только что мы были космическими генетиками, а теперь превратимся в радиогенетиков, работающих с растениями, ну скажем, с пшеницею. Объект этот удобен: пшеница — строгий самоопылитель. Наша задача состоит в том, чтобы улучшить сорт. Прежде всего нам нужно выбрать дозу воздействия. Тут нам повезло. Если 700 рентгенов абсолютно летальная (смертельная) доза для человека, мыши, кролика и многих других животных, то для семян растений и несколько тысяч рентгенов не предел. Ученые рекомендуют для сухих семян ячменя дозу в 10 000—20 000 рентгенов. Они люди опытные — прислушаемся к их мнению. Пусть наша доза будет 10000 рентгенов.</p><p>А облучать будем при помощи рентгеновского аппарата или же гамма-пушки — установки, заряженной радиоактивным кобальтом Co<sup class="sub">60</sup>. Это вовсе не значит, что нельзя облучать, скажем, нейтронами на атомном реакторе. Просто для наших целей применим не в меньшей степени кобальт или рентген.</p><p>Высеяв облученные семена, мы сразу же обнаружим, что взойдут не все из них, а некоторые из взошедших окажутся слабыми и погибнут. Это произойдет не за счет генетических изменений. Семя — зародыш растения, довольно сложно устроенный организм; под влиянием лучей происходит гибель за счет самых различных причин.</p>
<p>Однако не все растения погибнут. Часть из них вырастет и в свою очередь даст семена. Мы их высеем и получим от облученных семян первое поколение. Тут уже могут проявиться доминантные мутации, и мы их с легкостью обнаружим. Прежде всего это будут доминантные уродства, приводящие к гибели на разных стадиях. Они нас не интересуют. Но вовсе не исключено появление видимых доминантных мутаций. Скажем, исходная пшеница была безостой, а в первом поколении вырос остистый колос — появилась доминантная мутация, вызывающая остистость. Чтобы не ошибиться, не принять за новую мутацию случай выщепления рецессива из исходного материала, просмотрим посевы контроля — пшеницы, не подвергавшейся облучению.</p><p>Вряд ли в первом поколении мы найдем то, что нужно нам, а поэтому высеем семена для получения второго поколения. И здесь, и во втором поколении будет масса уродств — обесцвеченные, лишенные хлорофилла растения, растения со щуплым, уродливым колосом и «замухрышки» всяких иных типов. Это не должно нас пугать. Быть может (и даже наверняка!), нам придется просмотреть много тысяч растений, плохих или просто неизмененных по сравнению с контролем. Что из этого? Для нас важно другое: найти хорошие, лучшие, чем исходный сорт, формы. А при тщательной работе, старании и упорстве такие формы непременно найдутся. Их нужно выделить, чтобы в дальнейшем продолжить с ними работу.</p><p>Так получают хозяйственно важные радиомутации.</p><p>Именно радиомутации, а не сорта. Без воздействия лучистой энергии мутации составляют обычно сотые, редко десятые доли процента. Действуя лучами, мы можем увеличить их число в сотни раз. Однако радиомутации, как правило, — лишь материал для дальнейшей селекционной работы. Получение их вовсе не исключает, а напротив, подразумевает отбор лучших, подбор пар, скрещивания, снова отбор на основе менделевских расщеплений и все другие приемы селекционной работы.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Попробуем улучшить сорт
Только что мы были космическими генетиками, а теперь превратимся в радиогенетиков, работающих с растениями, ну скажем, с пшеницею. Объект этот удобен: пшеница — строгий самоопылитель. Наша задача состоит в том, чтобы улучшить сорт. Прежде всего нам нужно выбрать дозу воздействия. Тут нам повезло. Если 700 рентгенов абсолютно летальная (смертельная) доза для человека, мыши, кролика и многих других животных, то для семян растений и несколько тысяч рентгенов не предел. Ученые рекомендуют для сухих семян ячменя дозу в 10 000—20 000 рентгенов. Они люди опытные — прислушаемся к их мнению. Пусть наша доза будет 10000 рентгенов.
А облучать будем при помощи рентгеновского аппарата или же гамма-пушки — установки, заряженной радиоактивным кобальтом Co60. Это вовсе не значит, что нельзя облучать, скажем, нейтронами на атомном реакторе. Просто для наших целей применим не в меньшей степени кобальт или рентген.
Высеяв облученные семена, мы сразу же обнаружим, что взойдут не все из них, а некоторые из взошедших окажутся слабыми и погибнут. Это произойдет не за счет генетических изменений. Семя — зародыш растения, довольно сложно устроенный организм; под влиянием лучей происходит гибель за счет самых различных причин.
Однако не все растения погибнут. Часть из них вырастет и в свою очередь даст семена. Мы их высеем и получим от облученных семян первое поколение. Тут уже могут проявиться доминантные мутации, и мы их с легкостью обнаружим. Прежде всего это будут доминантные уродства, приводящие к гибели на разных стадиях. Они нас не интересуют. Но вовсе не исключено появление видимых доминантных мутаций. Скажем, исходная пшеница была безостой, а в первом поколении вырос остистый колос — появилась доминантная мутация, вызывающая остистость. Чтобы не ошибиться, не принять за новую мутацию случай выщепления рецессива из исходного материала, просмотрим посевы контроля — пшеницы, не подвергавшейся облучению.
Вряд ли в первом поколении мы найдем то, что нужно нам, а поэтому высеем семена для получения второго поколения. И здесь, и во втором поколении будет масса уродств — обесцвеченные, лишенные хлорофилла растения, растения со щуплым, уродливым колосом и «замухрышки» всяких иных типов. Это не должно нас пугать. Быть может (и даже наверняка!), нам придется просмотреть много тысяч растений, плохих или просто неизмененных по сравнению с контролем. Что из этого? Для нас важно другое: найти хорошие, лучшие, чем исходный сорт, формы. А при тщательной работе, старании и упорстве такие формы непременно найдутся. Их нужно выделить, чтобы в дальнейшем продолжить с ними работу.
Так получают хозяйственно важные радиомутации.
Именно радиомутации, а не сорта. Без воздействия лучистой энергии мутации составляют обычно сотые, редко десятые доли процента. Действуя лучами, мы можем увеличить их число в сотни раз. Однако радиомутации, как правило, — лишь материал для дальнейшей селекционной работы. Получение их вовсе не исключает, а напротив, подразумевает отбор лучших, подбор пар, скрещивания, снова отбор на основе менделевских расщеплений и все другие приемы селекционной работы. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Группы крови</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>В результате автомобильной катастрофы, произошедшей на шоссе Нью-Йорк — Вашингтон, погиб мистер Н., миллионер. Прямых наследников у него не было, а завещания в архивах миллионера не обнаружили. Но претенденты на наследство тотчас нашлись. Разом три молодых человека объявили себя незаконными сыновьями миллионера.</p><p>Начали разбираться в этом вопросе юристы и пригласили... генетиков: кто из претендентов может быть сыном Н.? Генетики установили это, но чтобы понять как, нам нужно сначала познакомиться с фактами иного порядка.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_66_img_84.png"/>
</p><p><em>Множественный аллеломорфизм. Эти окраски у кроликов обусловлены разными вариантами одного гена.</em></p><p>Когда раненый умирает от потери крови, причина его гибели настолько ясна, что противодействие приходит в голову само собой: нужно перелить кровь. Врачи догадывались об этом издавна и издавна делали переливания крови. Результаты были различными. Порою переливания приводили к чудеснейшим исцелениям, порою же, напротив, к быстрой гибели пациента. Почему это происходит, выяснить было не просто, однако, в конце концов удалось. У человека четыре группы крови, образование которых обусловлено комбинациями из трех вариантов одного гена. Раньше мы встречались с генами, существующими в двух сочетаниях: доминантном и рецессивном, здесь же встретились с геном, образующим серию вариантов. Это явление широко распространено и носит название множественного аллеломорфизма. Пример его — окраски у кроликов, изображенных на рисунке (стр. 150).</p>
<p>Ген, приводящий к формированию той или иной группы крови у человека, существует в виде аллеморфов О, А и В. Прежде всего напишем все теоретически возможные генотипы, их шесть: ОО, ОА, АА, ОВ, АВ, ВВ. В то же время групп крови только четыре — О, А, В и АВ. Нетрудно понять, что согласно принципу доминирования генотипы АА и АО однотипны по действию и дают группу крови А, так же как генотипы ВВ и ВО дают группу В. Генотип АВ имеет самостоятельное значение и дает четвертую группу крови.</p><p>Оказалось, что переливания возможны только при правильном подборе групп крови. Иначе содержащиеся в сыворотке антитела вступят в реакцию и приведут к свертыванию белков крови. Кровь первой группы можно переливать любому пациенту. Кровь А или В только пациентам той же группы, а также группы АВ.</p><p>Ну, а кровь четвертой группы пригодна лишь для переливания пациентам той же группы.</p><p>А теперь вернемся к сыновьям или же лжесыновьям злополучного миллионера. По счастью, удалось раздобыть все необходимые анализы крови: самого Н., трех претендентов и их матерей. Сам Н. имел кровь ОА, мать первого претендента — О, а молодой человек — АВ. Он сразу отпал: Н. не мог быть его отцом, поскольку мать О, фактор В он мог получить лишь от отца. То же самое случилось со вторым претендентом: мать его, как и Н., имела кровь АО, он же — ОВ... А вот третий претендент как будто удовлетворял на первый взгляд требованиям: мать имела формулу ОВ, сам он ОА.</p><p>«Подождите! — воскликнули тут генетики. — Посмотрим, как обстоит дело с резусом...»</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_66_img_85.png"/>
</p><p><em>Помогите девочке найти папу и маму.</em></p><p>А с резусом дело обстояло так: кровь мистера Н. и матери третьего претендента давала отрицательную реакцию на резус-фактор, кровь его самого — положительную. Этот тоже ушел ни с чем. Вакансии для претендентов на наследство остались открытыми...</p><p>Подобные истории имели место в жизни множество раз. И неважно, что эту я выдумал, чтобы дать читателю возможность поупражняться в генетике.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Группы крови
В результате автомобильной катастрофы, произошедшей на шоссе Нью-Йорк — Вашингтон, погиб мистер Н., миллионер. Прямых наследников у него не было, а завещания в архивах миллионера не обнаружили. Но претенденты на наследство тотчас нашлись. Разом три молодых человека объявили себя незаконными сыновьями миллионера.
Начали разбираться в этом вопросе юристы и пригласили... генетиков: кто из претендентов может быть сыном Н.? Генетики установили это, но чтобы понять как, нам нужно сначала познакомиться с фактами иного порядка.
Множественный аллеломорфизм. Эти окраски у кроликов обусловлены разными вариантами одного гена.
Когда раненый умирает от потери крови, причина его гибели настолько ясна, что противодействие приходит в голову само собой: нужно перелить кровь. Врачи догадывались об этом издавна и издавна делали переливания крови. Результаты были различными. Порою переливания приводили к чудеснейшим исцелениям, порою же, напротив, к быстрой гибели пациента. Почему это происходит, выяснить было не просто, однако, в конце концов удалось. У человека четыре группы крови, образование которых обусловлено комбинациями из трех вариантов одного гена. Раньше мы встречались с генами, существующими в двух сочетаниях: доминантном и рецессивном, здесь же встретились с геном, образующим серию вариантов. Это явление широко распространено и носит название множественного аллеломорфизма. Пример его — окраски у кроликов, изображенных на рисунке (стр. 150).
Ген, приводящий к формированию той или иной группы крови у человека, существует в виде аллеморфов О, А и В. Прежде всего напишем все теоретически возможные генотипы, их шесть: ОО, ОА, АА, ОВ, АВ, ВВ. В то же время групп крови только четыре — О, А, В и АВ. Нетрудно понять, что согласно принципу доминирования генотипы АА и АО однотипны по действию и дают группу крови А, так же как генотипы ВВ и ВО дают группу В. Генотип АВ имеет самостоятельное значение и дает четвертую группу крови.
Оказалось, что переливания возможны только при правильном подборе групп крови. Иначе содержащиеся в сыворотке антитела вступят в реакцию и приведут к свертыванию белков крови. Кровь первой группы можно переливать любому пациенту. Кровь А или В только пациентам той же группы, а также группы АВ.
Ну, а кровь четвертой группы пригодна лишь для переливания пациентам той же группы.
А теперь вернемся к сыновьям или же лжесыновьям злополучного миллионера. По счастью, удалось раздобыть все необходимые анализы крови: самого Н., трех претендентов и их матерей. Сам Н. имел кровь ОА, мать первого претендента — О, а молодой человек — АВ. Он сразу отпал: Н. не мог быть его отцом, поскольку мать О, фактор В он мог получить лишь от отца. То же самое случилось со вторым претендентом: мать его, как и Н., имела кровь АО, он же — ОВ... А вот третий претендент как будто удовлетворял на первый взгляд требованиям: мать имела формулу ОВ, сам он ОА.
«Подождите! — воскликнули тут генетики. — Посмотрим, как обстоит дело с резусом...»
Помогите девочке найти папу и маму.
А с резусом дело обстояло так: кровь мистера Н. и матери третьего претендента давала отрицательную реакцию на резус-фактор, кровь его самого — положительную. Этот тоже ушел ни с чем. Вакансии для претендентов на наследство остались открытыми...
Подобные истории имели место в жизни множество раз. И неважно, что эту я выдумал, чтобы дать читателю возможность поупражняться в генетике. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. ЗНАКОМЬТЕСЬ: ЕЕ ВЕЛИЧЕСТВО ДНК</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><em>Мендель и первые его последователи работали на уровне организма: изучали передачу признаков в поколениях. Вслед за тем вместе с цитологами генетики «пробрались» внутрь клетки, занялись ее хромосомами. А далее генетиков заинтересовали бактериофаги и вирусы... Не путь ли это от сложного к простому, не деградация ли в исследованиях? Изучали наследственность высших растений, животных и человека, и вдруг занялись бактериями... Не шаг ли это назад? Нет. Это шаг вглубь. Только изучение бактерий и вирусов, молекулярный уровень подводят нас к познанию: что такое ген? Как он устроен? Не зная этого, не овладеть процессом управления генами, не заглянуть под темную вуаль, прячущую от нас лик ее величества ДНК.</em></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_40_img_64.png"/>
</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. ЗНАКОМЬТЕСЬ: ЕЕ ВЕЛИЧЕСТВО ДНК
Мендель и первые его последователи работали на уровне организма: изучали передачу признаков в поколениях. Вслед за тем вместе с цитологами генетики «пробрались» внутрь клетки, занялись ее хромосомами. А далее генетиков заинтересовали бактериофаги и вирусы... Не путь ли это от сложного к простому, не деградация ли в исследованиях? Изучали наследственность высших растений, животных и человека, и вдруг занялись бактериями... Не шаг ли это назад? Нет. Это шаг вглубь. Только изучение бактерий и вирусов, молекулярный уровень подводят нас к познанию: что такое ген? Как он устроен? Не зная этого, не овладеть процессом управления генами, не заглянуть под темную вуаль, прячущую от нас лик ее величества ДНК. | false |
Этюды оптимизма | Мечников Илья Ильич | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">IV</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ РУССКОМУ ИЗДАНИЮ</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/371629_1_Autogen_eBook_id0"/>
</p><p>Если бы предлагаемая читателю книга не появилась сначала за границей, я сомневаюсь, увидела ли бы она свет в России. Трактат о человеческой природе и о средствах изменить ее с целью достижения наибольшего счастья должен показаться теперь очень многим русским читателям величайшим анахронизмом. Несмотря на столь свойственную русским людям любовь к теоретизированию, наука в России переживает продолжительный и тяжелый кризис. На науку не только нет спроса, но она находится в полнейшем загоне.</p><p>Когда-то, в конце пятидесятых и в начале шестидесятых годов прошлого столетия, в России сразу воспрянул научный дух. Отчасти под влиянием Бокля, высказавшего ту мысль, что прогресс обусловливается более всего успехами положительного знания, молодежь с особенным рвением принялась за изучение естественных наук. Сразу определилось несколько очень выдающихся талантов, и русские ученые сделали себе имя и в Европе. Многие из деятелей того времени уже сошли в могилу, но достаточно напомнить имена Бутлерова, Менделеева, Александра Ковалевского, Сеченова, Боткина, чтобы дать понятие о силе роста научного движения в России в указанную эпоху.</p>
<p>Одно время казалось даже, что науке суждено свить себе в России прочное гнездо, и подобно тому как для Франции характерно развитие математики и изящных искусств, для Англии и Североамериканских Штатов – процветание прикладного знания, так для России, рядом с Германией, будет особенно характерно споспешествование науке вообще и естествознанию в частности. Но этим надеждам не суждено было осуществиться. После некоторого периода расцвета вскоре наступило значительное затишье, и только по временам стали всплывать отдельные таланты, способные двигать науку в России.</p><p>В то время как в высших сферах заявлялось открыто, что в России на кафедрах хорошие чиновники предпочтительнее самых выдающихся ученых, – со стороны молодежи обнаруживалось не меньшее пренебрежение к науке. Не удивительно, что при таких условиях людям, всецело посвятившим себя научной деятельности, не оставалось ничего иного, как искать себе убежища вдали от среды, столь неблагоприятной для успехов науки.</p><p>Некоторые отдельные симптомы как бы указывали на то, что отвращение от науки в России есть лишь временное явление, за которым должен наступить новый период процветания ее. Открывая в 1883 г. русский съезд естествоиспытателей и врачей в Одессе, я во вступительной речи коснулся этого вопроса. Я тогда думал, что события, наступившие вследствие ужасной катастрофы первого марта 1881 г., заставят опомниться многих и побудят их к серьезному труду. Я призывал к терпимости и к изгнанию «из этической фармакопеи medicamenta heroica», т. е. к прекращению всякого рода политического кровопролития. В то же время я призывал к научной работе и заключил свою речь заявлением, что «в ожидании лучшего будущего обязанностью своей мы считаем отстаивать у нас интересы теоретического знания, несмотря на все препятствия, с какой бы стороны они к нам ни приходили».</p><p>В воспоминаниях о знаменитом зоологе А. О. Ковалевском («Вестник Европы», 1902) я снова вернулся к тому же вопросу, и, говоря об угнетенном положении, в котором наука находится в России, я не мог удержаться от предположения, что не за горами то время, когда научная деятельность снова расцветет в ней.</p><p>Но и этой надежде не суждено было осуществиться. Еще никогда, кажется, наука не была так загнана в России, как теперь. Центры, долженствующие быть рассадниками ее, направлены на совершенно иной путь. Во время моего последнего посещения России, летом 1902 г., среди длинных каникул профессора, водившие меня по лаборатории, обращали мое внимание на отвратительный запах, сохранившийся от помех научной деятельности при помощи разбрасывания вонючих веществ. Невозможность заместить вакантные кафедры достаточно подготовленными и компетентными научными силами, прекращение научных периодических изданий (как, например, «Архива патологии» и «Научного слова»), вечные беспорядки в учебных заведениях – все это достаточно говорит о гнете, давящем науку в России.</p><p>При таких условиях не удивительно, что не только научная деятельность, но и вообще всякий умственный труд не находит себе надлежащей оценки. В столь многочисленных статьях и речах о современном положении России повторяется, как незыблемый догмат, что пользоваться землею имеет право только тот, кто обрабатывает ее своими руками. При этом имеется в виду мускульный труд и совершенно не ценится несравненно более важный – умственный. Приложение физического труда к земле целесообразно лишь тогда, когда он руководится мыслью. Мне привелось быть свидетелем бедствий тружеников, бесполезно потративших свои силы на культуру марены и кошенильного кактуса, в то время когда анилиновые краски значительно уменьшили спрос на кошениль и растительные краски. С другой стороны, работа мысли, вложенная в научные и технические открытия, оплодотворяет мускульный труд и ведет к обогащению населения. Введение свеклосахарного производства обусловило процветание целых областей и сделалось источником богатства юго-западной России...<br/></p><p>Конец ознакомительного фрагмента.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | IV
ПРЕДИСЛОВИЕ К ПЕРВОМУ РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
Если бы предлагаемая читателю книга не появилась сначала за границей, я сомневаюсь, увидела ли бы она свет в России. Трактат о человеческой природе и о средствах изменить ее с целью достижения наибольшего счастья должен показаться теперь очень многим русским читателям величайшим анахронизмом. Несмотря на столь свойственную русским людям любовь к теоретизированию, наука в России переживает продолжительный и тяжелый кризис. На науку не только нет спроса, но она находится в полнейшем загоне.
Когда-то, в конце пятидесятых и в начале шестидесятых годов прошлого столетия, в России сразу воспрянул научный дух. Отчасти под влиянием Бокля, высказавшего ту мысль, что прогресс обусловливается более всего успехами положительного знания, молодежь с особенным рвением принялась за изучение естественных наук. Сразу определилось несколько очень выдающихся талантов, и русские ученые сделали себе имя и в Европе. Многие из деятелей того времени уже сошли в могилу, но достаточно напомнить имена Бутлерова, Менделеева, Александра Ковалевского, Сеченова, Боткина, чтобы дать понятие о силе роста научного движения в России в указанную эпоху.
Одно время казалось даже, что науке суждено свить себе в России прочное гнездо, и подобно тому как для Франции характерно развитие математики и изящных искусств, для Англии и Североамериканских Штатов – процветание прикладного знания, так для России, рядом с Германией, будет особенно характерно споспешествование науке вообще и естествознанию в частности. Но этим надеждам не суждено было осуществиться. После некоторого периода расцвета вскоре наступило значительное затишье, и только по временам стали всплывать отдельные таланты, способные двигать науку в России.
В то время как в высших сферах заявлялось открыто, что в России на кафедрах хорошие чиновники предпочтительнее самых выдающихся ученых, – со стороны молодежи обнаруживалось не меньшее пренебрежение к науке. Не удивительно, что при таких условиях людям, всецело посвятившим себя научной деятельности, не оставалось ничего иного, как искать себе убежища вдали от среды, столь неблагоприятной для успехов науки.
Некоторые отдельные симптомы как бы указывали на то, что отвращение от науки в России есть лишь временное явление, за которым должен наступить новый период процветания ее. Открывая в 1883 г. русский съезд естествоиспытателей и врачей в Одессе, я во вступительной речи коснулся этого вопроса. Я тогда думал, что события, наступившие вследствие ужасной катастрофы первого марта 1881 г., заставят опомниться многих и побудят их к серьезному труду. Я призывал к терпимости и к изгнанию «из этической фармакопеи medicamenta heroica», т. е. к прекращению всякого рода политического кровопролития. В то же время я призывал к научной работе и заключил свою речь заявлением, что «в ожидании лучшего будущего обязанностью своей мы считаем отстаивать у нас интересы теоретического знания, несмотря на все препятствия, с какой бы стороны они к нам ни приходили».
В воспоминаниях о знаменитом зоологе А. О. Ковалевском («Вестник Европы», 1902) я снова вернулся к тому же вопросу, и, говоря об угнетенном положении, в котором наука находится в России, я не мог удержаться от предположения, что не за горами то время, когда научная деятельность снова расцветет в ней.
Но и этой надежде не суждено было осуществиться. Еще никогда, кажется, наука не была так загнана в России, как теперь. Центры, долженствующие быть рассадниками ее, направлены на совершенно иной путь. Во время моего последнего посещения России, летом 1902 г., среди длинных каникул профессора, водившие меня по лаборатории, обращали мое внимание на отвратительный запах, сохранившийся от помех научной деятельности при помощи разбрасывания вонючих веществ. Невозможность заместить вакантные кафедры достаточно подготовленными и компетентными научными силами, прекращение научных периодических изданий (как, например, «Архива патологии» и «Научного слова»), вечные беспорядки в учебных заведениях – все это достаточно говорит о гнете, давящем науку в России.
При таких условиях не удивительно, что не только научная деятельность, но и вообще всякий умственный труд не находит себе надлежащей оценки. В столь многочисленных статьях и речах о современном положении России повторяется, как незыблемый догмат, что пользоваться землею имеет право только тот, кто обрабатывает ее своими руками. При этом имеется в виду мускульный труд и совершенно не ценится несравненно более важный – умственный. Приложение физического труда к земле целесообразно лишь тогда, когда он руководится мыслью. Мне привелось быть свидетелем бедствий тружеников, бесполезно потративших свои силы на культуру марены и кошенильного кактуса, в то время когда анилиновые краски значительно уменьшили спрос на кошениль и растительные краски. С другой стороны, работа мысли, вложенная в научные и технические открытия, оплодотворяет мускульный труд и ведет к обогащению населения. Введение свеклосахарного производства обусловило процветание целых областей и сделалось источником богатства юго-западной России...
Конец ознакомительного фрагмента. | true |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Необходимость аутотолерантности</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Теперь оставим в стороне проблемы, связанные с разнообразием молекул иммунной системы, и рассмотрим другое фундаментальное свойство системы — невосприимчивость (толерантность) к собственным антигенам.</p><p>Реакция на чужеродные антигены («не-свое») — это только одна сторона медали, другая состоит в том, что у здоровых индивидов иммунная система почти никогда не производит антител и киллерных Т-клеток против тканей и клеток собственного организма. В норме может наблюдаться только очень кратковременная реакция против самого себя. И это несмотря на то, что химический состав белков и углеводов собственного организма очень похож на молекулярные структуры чужеродных антигенов. Эта неспособность организма реагировать на самого себя названа аутотолерантностью. Она была обнаружена в начале двадцатого века немецким микробиологом Паулем Эрлихом, который в общих чертах описал ее значение и проанализировал глубокие последствия, наступающие при нарушении аутотолерантности. Он назвал механизм, заставляющий иммунную систему организма отличать свое от не-своего, «страхом самоотравления» (horror autotoxicus). Сейчас мы знаем, что имел в виду Пауль Эрлих, когда говорил о выходе иммунной системы из-под контроля и нарушении аутотолерантности. Обнаружены подтачивающие здоровье аутоиммунные заболевания, когда организм стремится отторгнуть самого себя. К этим заболеваниям относятся, например, ревматоидный артрит (вызванный иммунной реакцией против соединительной ткани) и рассеяный склероз (вызванный иммунной атакой против нервной ткани). Если речь идет о реакции против «не-своего», мы знаем, что иммунная система важна для выживания. Если она работает неэффективно (при синдромах врожденных и приобретенных иммунных дефицитов), человек и другие позвоночные погибают от таких инфекционных агентов, которые в норме уничтожаются иммунной реакцией.</p>
<p>Так как же достигается аутотолерантность? Как она поддерживается, однажды появившись? Определяется ли она нашими генами и, таким образом, предопределена антигенами и антителами, унаследованными от родителей? Или она приобретается в течение жизни каждого индивида? С научной и философской точек зрения это не тривиальные вопросы. Только сейчас исследования на молекулярном и клеточном уровнях начинают давать ответы на них. Эти вопросы важны для поиска способов, которыми мы можем заставить иммунную систему нарушить нормальные правила поведения и начать бороться с раком (со «своим») или стать толерантной к пересадкам чужих органов и тканей (к «не-своему»).</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Необходимость аутотолерантности
Теперь оставим в стороне проблемы, связанные с разнообразием молекул иммунной системы, и рассмотрим другое фундаментальное свойство системы — невосприимчивость (толерантность) к собственным антигенам.
Реакция на чужеродные антигены («не-свое») — это только одна сторона медали, другая состоит в том, что у здоровых индивидов иммунная система почти никогда не производит антител и киллерных Т-клеток против тканей и клеток собственного организма. В норме может наблюдаться только очень кратковременная реакция против самого себя. И это несмотря на то, что химический состав белков и углеводов собственного организма очень похож на молекулярные структуры чужеродных антигенов. Эта неспособность организма реагировать на самого себя названа аутотолерантностью. Она была обнаружена в начале двадцатого века немецким микробиологом Паулем Эрлихом, который в общих чертах описал ее значение и проанализировал глубокие последствия, наступающие при нарушении аутотолерантности. Он назвал механизм, заставляющий иммунную систему организма отличать свое от не-своего, «страхом самоотравления» (horror autotoxicus). Сейчас мы знаем, что имел в виду Пауль Эрлих, когда говорил о выходе иммунной системы из-под контроля и нарушении аутотолерантности. Обнаружены подтачивающие здоровье аутоиммунные заболевания, когда организм стремится отторгнуть самого себя. К этим заболеваниям относятся, например, ревматоидный артрит (вызванный иммунной реакцией против соединительной ткани) и рассеяный склероз (вызванный иммунной атакой против нервной ткани). Если речь идет о реакции против «не-своего», мы знаем, что иммунная система важна для выживания. Если она работает неэффективно (при синдромах врожденных и приобретенных иммунных дефицитов), человек и другие позвоночные погибают от таких инфекционных агентов, которые в норме уничтожаются иммунной реакцией.
Так как же достигается аутотолерантность? Как она поддерживается, однажды появившись? Определяется ли она нашими генами и, таким образом, предопределена антигенами и антителами, унаследованными от родителей? Или она приобретается в течение жизни каждого индивида? С научной и философской точек зрения это не тривиальные вопросы. Только сейчас исследования на молекулярном и клеточном уровнях начинают давать ответы на них. Эти вопросы важны для поиска способов, которыми мы можем заставить иммунную систему нарушить нормальные правила поведения и начать бороться с раком (со «своим») или стать толерантной к пересадкам чужих органов и тканей (к «не-своему»). | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Ген. Что это такое?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Бывают моменты, когда полезно оглянуться назад, на пройденный путь. Именно такой момент настал для нас с тобой, читатель, — нам нужно вспомнить Менделя.</p><p>Он не мог заглянуть в глубь клетки, не было тогда еще самого термина — ген, но Мендель проследил путь генов, ориентируясь на их проявление, на признаки, которые они вызывают. И Мендель четко себе представлял, что наследственные задатки в зиготе парные, однако не смешиваются, а при образовании гамет разделяются, и парность их восстанавливается при оплодотворении.</p><p>Как же представлял себе Мендель наследственный задаток — ген? Прежде всего как частицу. Он не позволял себе теоретизировать. Это был экспериментатор, теории которого лишь обобщали эксперимент. Итак, наследственный задаток, по Менделю, — частица, нечто изначальное, неделимое, подобное атому, каким представляли его в те времена.</p><p>Вслед за Менделем пришли в науку новые люди и новые мысли. Моргану и его соратникам дело представлялось уже иначе. Теоретический взор ученого — он проникает через любые преграды — проник и сквозь клеточную оболочку. Гены для Моргана тоже частицы — именно он окончательно формулирует корпускулярную теорию наследственности. Но эти частицы уже объединены, они составляют группы сцепления — хромосомы. «Бусы на нитке» — вот, образно говоря, представления Моргана о расположении генов. Они ни в чем не нарушают менделевское теоретическое видение, а дополняют и развивают его. Теория становится стройной, однако все еще грешит недостатками — в ней нет места взаимосвязям и взаимодействиям внутри генотипа. Недостаток понятный и даже простительный: и Мендель и Морган — экспериментаторы, а главная заповедь любого экспериментатора — делать выводы, только непосредственно вытекающие из эксперимента.</p>
<p>Жизнь не стоит на месте, наука развивается, пополняется новыми данными, и вот уже экспериментаторы нового времени, сперва американец А. Стертевант, а затем молодые в ту пору советские исследователи Н. П. Дубинин и Б. Н. Сидоров, переместив ген из одной хромосомы в другую, обнаруживают, что меняется его проявление. Эффект положения! Открытие, сразу же внесшее в науку представления о связях и взаимных воздействиях. Теперь уже ген — все еще «висящая на нитке бусина» — не независим от генотипа. Напротив, выступает на первый план роль генотипа как целого.</p><p>Дубинин работал с линией дрозофилы, у которой хорошо была изучена мутабильность в первой хромосоме. И вдруг мухи устроили «сюрприз»: исследователи ввели во вторую хромосому инверсию — изменение, при котором часть хромосомы как бы переворачивается, порядок расположения генов в ней меняется на обратный. Из-за этой перестройки, легко осуществляемой путем скрещиваний, сильно изменилась мутабильность первой хромосомы.</p><p>Следовательно, мутабильность, то есть частота, с которой происходят генные перестройки, возникают мутации, зависит от всего генотипа в целом. Но мутации, в конечном итоге, — результат воздействия того или иного фактора среды, и значит, внешнее и внутреннее объединяется в единый взаимосвязанный комплекс.</p><p>Дубинину не было еще двадцати лет, когда скрупулезные эксперименты привели его к мысли поистине дерзкой — о делимости гена! Частица Менделя, корпускул Моргана, единица, представлявшаяся первичной и изначальной, как представлялся исследователям прошлого первичным и изначальным атом, оказывается довольно сложной, ее даже можно разделить кроссинговером! Целая серия превосходных экспериментов, подтверждающих эту мысль, была проведена сорок лет назад Дубининым и другими молодыми исследователями под руководством А. С. Серебровского. Вот мы и приблизились к современному понятию о гене — ген как участок ДНК. Если эксперименты прошлого лишь наводили на мысль о взаимосвязях между генами одной хромосомы и в генотипе в целом, то теперь эти связи стали настолько ясны, что даже... утратилось строгое представление о границах, разделяющих гены! Можно ли теперь сказать, что ген — корпускул, частица? И да и нет! Да, потому что он ведет себя как отдельность, частица в скрещиваниях. Нет, потому что не обнаружишь, где, собственно, проходит грань между «бусинами». Таким образом, современные представления, не отвергая, усложняют представления прошлого.</p><p>Проблема тонкой структуры гена сейчас одна из основных и главных проблем генетики. Мы в нее не будем вникать, однако кое-что, быть может, и не самое главное, но зато понятное, я расскажу.</p><p>Как происходит химическая мутация? Вопрос спорный и сложный, но вот один из возможных путей: для этого достаточно заменить в нуклеотидной цепочке лишь одну пару оснований. На практике возможен такой путь. 5-бромурацил, сокращенно называемый БУ, — это тимин, у которого метильная группа замещена бромом. По мнению Фриза, мутация под его воздействием происходит так: БУ в паре оснований А — Т замещает тимин. Однако при последующих делениях БУ не может сохраниться, так как у него нет сродства с аденином, он не составляет с ним пары. В результате из пары А — БУ может возникнуть пара БУ — Г. Гуанин, таким образом, уже заместил аденин. Но и с гуанином БУ не составит пары, поэтому при последующем удвоении нити ДНК БУ неизбежно будет заменен на Ц, и в нуклеотидной цепочке вместо первоначальной пары А — Т окажется новая пара: Г — Ц. А это уже мутация.</p><p>Но если замена одной пары нуклеотидов означает мутацию, то не следует ли считать, что каждая из пар в цепочке — обособленный ген? К сожалению, эту заманчивую возможность приходится, попросту говоря, отбросить. Ген — несравненно более сложное образование, недаром его можно разделить кроссинговером. Верно, что замена одной пары оснований — мутация, но неверно, что пара оснований — ген. По всей видимости, большинство генов включает в себя сотни нуклеотидных пар.</p><p>Что же представляет собой ген с точки зрения современной генетики? Сейчас ученые атакуют ген с трех сторон. Так, по поведению в скрещиваниях, по внешнему проявлению в виде контролируемого геном признака мы должны вслед за Морганом считать ген за единицу наследственности и даже признавать его относительную неделимость. Это чисто генетический подход. Другие исследования, биохимические, обнаруживают в составе гена тысячи нуклеотид; изменения хотя бы в одной их паре уже мутация. И наконец ген с точки зрения цитологической. Не так давно я с удовольствием развернул перед недоверчивым читателем фотографию хромосом из слюнных желез дрозофилы: «Видишь исчерченность? Смотри и удивляйся: это и есть гены». Сейчас я не собираюсь отказываться от своих слов, однако должен признаться: для сегодняшней генетики этих фактов уже недостаточно. И цитологи подбираются к гену новым путем: через электронную микроскопию.</p><p>Изучение тонкой структуры гена привело к выделению некоторых единиц. Так наименьший участок, который может быть выделен при помощи кроссинговера, называют реконом. Опыты на вирусах показали, что величина рекона 0,02% перекрестов. Следующая из выделенных единиц — мутон. Это наименьшее число нуклеотидных пар, изменение которых может вызвать мутацию. Исходя из описанной теории Фриза, мутоном может быть одна пара нуклеотид. Однако мутон, выделенный за счет генетической комбинаторики, составляет 0,05% перекреста. Третьей генетической единицей, которую выделили в последнее время, является цистрон. Очень трудно охарактеризовать его, не прибегая к изложению большого дополнительного материала. Однако по своему действию, по функциям цистрон соответствует старому доброму понятию «ген». По своей протяженности на ДНК цистрон больше рекона и мутона, так как внутри гена возможен перекрест, а изменение одной нуклеотидной пары внутри гена уже мутация.</p><p>Итак, каково сейчас состояние проблемы гена? Она в пути. Большие открытия и свершения и позади, и происходят сегодня, н впереди.</p><p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | Ген. Что это такое?
Бывают моменты, когда полезно оглянуться назад, на пройденный путь. Именно такой момент настал для нас с тобой, читатель, — нам нужно вспомнить Менделя.
Он не мог заглянуть в глубь клетки, не было тогда еще самого термина — ген, но Мендель проследил путь генов, ориентируясь на их проявление, на признаки, которые они вызывают. И Мендель четко себе представлял, что наследственные задатки в зиготе парные, однако не смешиваются, а при образовании гамет разделяются, и парность их восстанавливается при оплодотворении.
Как же представлял себе Мендель наследственный задаток — ген? Прежде всего как частицу. Он не позволял себе теоретизировать. Это был экспериментатор, теории которого лишь обобщали эксперимент. Итак, наследственный задаток, по Менделю, — частица, нечто изначальное, неделимое, подобное атому, каким представляли его в те времена.
Вслед за Менделем пришли в науку новые люди и новые мысли. Моргану и его соратникам дело представлялось уже иначе. Теоретический взор ученого — он проникает через любые преграды — проник и сквозь клеточную оболочку. Гены для Моргана тоже частицы — именно он окончательно формулирует корпускулярную теорию наследственности. Но эти частицы уже объединены, они составляют группы сцепления — хромосомы. «Бусы на нитке» — вот, образно говоря, представления Моргана о расположении генов. Они ни в чем не нарушают менделевское теоретическое видение, а дополняют и развивают его. Теория становится стройной, однако все еще грешит недостатками — в ней нет места взаимосвязям и взаимодействиям внутри генотипа. Недостаток понятный и даже простительный: и Мендель и Морган — экспериментаторы, а главная заповедь любого экспериментатора — делать выводы, только непосредственно вытекающие из эксперимента.
Жизнь не стоит на месте, наука развивается, пополняется новыми данными, и вот уже экспериментаторы нового времени, сперва американец А. Стертевант, а затем молодые в ту пору советские исследователи Н. П. Дубинин и Б. Н. Сидоров, переместив ген из одной хромосомы в другую, обнаруживают, что меняется его проявление. Эффект положения! Открытие, сразу же внесшее в науку представления о связях и взаимных воздействиях. Теперь уже ген — все еще «висящая на нитке бусина» — не независим от генотипа. Напротив, выступает на первый план роль генотипа как целого.
Дубинин работал с линией дрозофилы, у которой хорошо была изучена мутабильность в первой хромосоме. И вдруг мухи устроили «сюрприз»: исследователи ввели во вторую хромосому инверсию — изменение, при котором часть хромосомы как бы переворачивается, порядок расположения генов в ней меняется на обратный. Из-за этой перестройки, легко осуществляемой путем скрещиваний, сильно изменилась мутабильность первой хромосомы.
Следовательно, мутабильность, то есть частота, с которой происходят генные перестройки, возникают мутации, зависит от всего генотипа в целом. Но мутации, в конечном итоге, — результат воздействия того или иного фактора среды, и значит, внешнее и внутреннее объединяется в единый взаимосвязанный комплекс.
Дубинину не было еще двадцати лет, когда скрупулезные эксперименты привели его к мысли поистине дерзкой — о делимости гена! Частица Менделя, корпускул Моргана, единица, представлявшаяся первичной и изначальной, как представлялся исследователям прошлого первичным и изначальным атом, оказывается довольно сложной, ее даже можно разделить кроссинговером! Целая серия превосходных экспериментов, подтверждающих эту мысль, была проведена сорок лет назад Дубининым и другими молодыми исследователями под руководством А. С. Серебровского. Вот мы и приблизились к современному понятию о гене — ген как участок ДНК. Если эксперименты прошлого лишь наводили на мысль о взаимосвязях между генами одной хромосомы и в генотипе в целом, то теперь эти связи стали настолько ясны, что даже... утратилось строгое представление о границах, разделяющих гены! Можно ли теперь сказать, что ген — корпускул, частица? И да и нет! Да, потому что он ведет себя как отдельность, частица в скрещиваниях. Нет, потому что не обнаружишь, где, собственно, проходит грань между «бусинами». Таким образом, современные представления, не отвергая, усложняют представления прошлого.
Проблема тонкой структуры гена сейчас одна из основных и главных проблем генетики. Мы в нее не будем вникать, однако кое-что, быть может, и не самое главное, но зато понятное, я расскажу.
Как происходит химическая мутация? Вопрос спорный и сложный, но вот один из возможных путей: для этого достаточно заменить в нуклеотидной цепочке лишь одну пару оснований. На практике возможен такой путь. 5-бромурацил, сокращенно называемый БУ, — это тимин, у которого метильная группа замещена бромом. По мнению Фриза, мутация под его воздействием происходит так: БУ в паре оснований А — Т замещает тимин. Однако при последующих делениях БУ не может сохраниться, так как у него нет сродства с аденином, он не составляет с ним пары. В результате из пары А — БУ может возникнуть пара БУ — Г. Гуанин, таким образом, уже заместил аденин. Но и с гуанином БУ не составит пары, поэтому при последующем удвоении нити ДНК БУ неизбежно будет заменен на Ц, и в нуклеотидной цепочке вместо первоначальной пары А — Т окажется новая пара: Г — Ц. А это уже мутация.
Но если замена одной пары нуклеотидов означает мутацию, то не следует ли считать, что каждая из пар в цепочке — обособленный ген? К сожалению, эту заманчивую возможность приходится, попросту говоря, отбросить. Ген — несравненно более сложное образование, недаром его можно разделить кроссинговером. Верно, что замена одной пары оснований — мутация, но неверно, что пара оснований — ген. По всей видимости, большинство генов включает в себя сотни нуклеотидных пар.
Что же представляет собой ген с точки зрения современной генетики? Сейчас ученые атакуют ген с трех сторон. Так, по поведению в скрещиваниях, по внешнему проявлению в виде контролируемого геном признака мы должны вслед за Морганом считать ген за единицу наследственности и даже признавать его относительную неделимость. Это чисто генетический подход. Другие исследования, биохимические, обнаруживают в составе гена тысячи нуклеотид; изменения хотя бы в одной их паре уже мутация. И наконец ген с точки зрения цитологической. Не так давно я с удовольствием развернул перед недоверчивым читателем фотографию хромосом из слюнных желез дрозофилы: «Видишь исчерченность? Смотри и удивляйся: это и есть гены». Сейчас я не собираюсь отказываться от своих слов, однако должен признаться: для сегодняшней генетики этих фактов уже недостаточно. И цитологи подбираются к гену новым путем: через электронную микроскопию.
Изучение тонкой структуры гена привело к выделению некоторых единиц. Так наименьший участок, который может быть выделен при помощи кроссинговера, называют реконом. Опыты на вирусах показали, что величина рекона 0,02% перекрестов. Следующая из выделенных единиц — мутон. Это наименьшее число нуклеотидных пар, изменение которых может вызвать мутацию. Исходя из описанной теории Фриза, мутоном может быть одна пара нуклеотид. Однако мутон, выделенный за счет генетической комбинаторики, составляет 0,05% перекреста. Третьей генетической единицей, которую выделили в последнее время, является цистрон. Очень трудно охарактеризовать его, не прибегая к изложению большого дополнительного материала. Однако по своему действию, по функциям цистрон соответствует старому доброму понятию «ген». По своей протяженности на ДНК цистрон больше рекона и мутона, так как внутри гена возможен перекрест, а изменение одной нуклеотидной пары внутри гена уже мутация.
Итак, каково сейчас состояние проблемы гена? Она в пути. Большие открытия и свершения и позади, и происходят сегодня, н впереди. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Насколько велик репертуар антител?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Этот ключевой вопрос был поставлен работами Ландштейнера. Его эксперименты в этой области менее известны неспециалистам, чем открытие системы АВО, хотя они и привели к далеко идущим выводам. Эксперименты Ландштейнера показали гигантский размах разнообразия антител, которые можно получить у лабораторных животных. Превосходный химик, он присоединял мелкие искусственно синтезированные молекулы сложных углеродных колец (например, производных бензола) к белковым антигенам разных типов и демонстрировал образование специфических антител к ним у лабораторных кроликов и мышей. Эти мелкие молекулы (гаптены) сами по себе обычно не вызывали образования антител. Однако будучи присоединенными к белковому носителю, они образовывали гаптен-бел-ковые комплексы, которые становились мощными антигенами, вызывающими образование антител, специфичных и к гаптеновой части, и — еще больше — к белковой.</p><p>Само по себе образование антител против таких антигенов не было сколько-нибудь удивительным, так как иммунологи давно получали антитела путем искусственной вакцинации крыс, мышей, кроликов, морских свинок, коз и лошадей. Поразительным было другое, Ландштейнер смог выявить антитела против всех новых химических соединений и лекарств, только что созданных зарождающейся в те годы фармацевтической промышленностью. Этих новых антигенов никогда раньше не было в природе! Этот результат поставил нас перед следующей научной — или даже философской — проблемой. Почему химические вещества, созданные в лабораториях современных фармацевтов, которых до этого никогда не было на Земле, могут вызывать иммунный ответ? Не могло быть никакого давления естественного отбора, направленного на образование антител против субстрата, которого никогда не существовало! Однако Ландштейнер смог показать, что лабораторные животные создают антитела, специфически связывающиеся с любой уникальной молекулярной структурой.</p>
<p>Истинную специфичность антител, полученных Ландштейнером, можно продемонстрировать простым лабораторным опытом. Например, было обнаружено, что антитела к гаптенуА не могут быть удалены из антисыворотки реакциями с гаптена-ми В, С, D, Е, G, Н... и т. д. Другими словами, антитела к гапте-ну А специфичны и не имеют сродства (или имеют очень слабое сродство) ко всему ряду рассматриваемых гаптенов. Однако в более чувствительных тестах — реакциях преципитации — можно наблюдать картину перекрестной реактивности (рис. 3.3). На рисунке знак минус (—) означает, что нет заметного осаждения; один или несколько знаков плюс (от + до +++) указывают на интенсивность осаждения и означают присутствие нерастворимого комплекса антиген—антитело; очень слабое осаждение обозначается (±). По-видимому, антигены D и G как-то связаны с А. И в самом деле, Ландштейнер смог показать, что D и G имеют с А общую молекулярную структуру.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_16_img_13.png"/>
</p><p><strong>Рис. 3.3. Основа специфичности антител. Иммунизация определенным антигеном (А) вызывает образование антител, которые связываются с А, но не с В, С и т. д. Простейший способ проверки антител состоит в смешивании сыворотки крови с антигенами. Антитела связывают антигены, и на дне пробирки образуется осадок (преципитат). Преципитат в пробирке свидетельствует о наличии антитела, которое может связываться с данным антигеном (- нет преципитата; + следы, +++ сильный преципитат). В данном примере антигены D и G имеют формы (эпитопы, или детерминанты), похожие на А; говорят, что они перекрестно реагируют с А. (также см. табл. 3.1 и рис. 3.6)</strong></p><p>Эксперименты Ландштейнера послужили основой первой оценки размера потенциального репертуара антител. Тридцать лет назад был обычным такой комментарий генетических и эволюционных следствий, вытекающих из результатов Ландштейнера: «Тем не менее, трудно понять, какие преимущества дает существование генов для синтеза антител против многих недавно синтезированных органических соединений, таких как п-амино-бензоат, 2,4-динитробензол и т. д., которые совершенно не похожи на микробные патогены. Сохранение такого избытка генетического багажа в течение бесконечного времени до тех пор, пока не появится мишень для них, кажется неправдоподобным»</p><p>На самом деле это <em>неправдоподобно</em> в рамках дарвиновского естественного отбора генов, кодирующих определенные специфичные антитела.</p><p>Итак, к 1930-м годам стало ясно, что потенциальный репертуар антител должен быть гигантским и насчитывать миллионы или больше специфичностей. Ответ на другой фундаментальный вопрос все еще не был ясен: как могла в ходе эволюции появиться система, способная производить антитела, которые никогда не были частью эволюционной истории данного вида? Если инфекционные болезни были орудием эволюции современной иммунной системы, то, несомненно, частные и специфические молекулярные характеристики множества возможных антигенов никогда не были ее движущей силой. Правильнее, по-видимому, считать, что в ходе эволюции возникла биологическая стратегия, способная производить иммунный ответ на неожиданное.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Насколько велик репертуар антител?
Этот ключевой вопрос был поставлен работами Ландштейнера. Его эксперименты в этой области менее известны неспециалистам, чем открытие системы АВО, хотя они и привели к далеко идущим выводам. Эксперименты Ландштейнера показали гигантский размах разнообразия антител, которые можно получить у лабораторных животных. Превосходный химик, он присоединял мелкие искусственно синтезированные молекулы сложных углеродных колец (например, производных бензола) к белковым антигенам разных типов и демонстрировал образование специфических антител к ним у лабораторных кроликов и мышей. Эти мелкие молекулы (гаптены) сами по себе обычно не вызывали образования антител. Однако будучи присоединенными к белковому носителю, они образовывали гаптен-бел-ковые комплексы, которые становились мощными антигенами, вызывающими образование антител, специфичных и к гаптеновой части, и — еще больше — к белковой.
Само по себе образование антител против таких антигенов не было сколько-нибудь удивительным, так как иммунологи давно получали антитела путем искусственной вакцинации крыс, мышей, кроликов, морских свинок, коз и лошадей. Поразительным было другое, Ландштейнер смог выявить антитела против всех новых химических соединений и лекарств, только что созданных зарождающейся в те годы фармацевтической промышленностью. Этих новых антигенов никогда раньше не было в природе! Этот результат поставил нас перед следующей научной — или даже философской — проблемой. Почему химические вещества, созданные в лабораториях современных фармацевтов, которых до этого никогда не было на Земле, могут вызывать иммунный ответ? Не могло быть никакого давления естественного отбора, направленного на образование антител против субстрата, которого никогда не существовало! Однако Ландштейнер смог показать, что лабораторные животные создают антитела, специфически связывающиеся с любой уникальной молекулярной структурой.
Истинную специфичность антител, полученных Ландштейнером, можно продемонстрировать простым лабораторным опытом. Например, было обнаружено, что антитела к гаптенуА не могут быть удалены из антисыворотки реакциями с гаптена-ми В, С, D, Е, G, Н... и т. д. Другими словами, антитела к гапте-ну А специфичны и не имеют сродства (или имеют очень слабое сродство) ко всему ряду рассматриваемых гаптенов. Однако в более чувствительных тестах — реакциях преципитации — можно наблюдать картину перекрестной реактивности (рис. 3.3). На рисунке знак минус (—) означает, что нет заметного осаждения; один или несколько знаков плюс (от + до +++) указывают на интенсивность осаждения и означают присутствие нерастворимого комплекса антиген—антитело; очень слабое осаждение обозначается (±). По-видимому, антигены D и G как-то связаны с А. И в самом деле, Ландштейнер смог показать, что D и G имеют с А общую молекулярную структуру.
Рис. 3.3. Основа специфичности антител. Иммунизация определенным антигеном (А) вызывает образование антител, которые связываются с А, но не с В, С и т. д. Простейший способ проверки антител состоит в смешивании сыворотки крови с антигенами. Антитела связывают антигены, и на дне пробирки образуется осадок (преципитат). Преципитат в пробирке свидетельствует о наличии антитела, которое может связываться с данным антигеном (- нет преципитата; + следы, +++ сильный преципитат). В данном примере антигены D и G имеют формы (эпитопы, или детерминанты), похожие на А; говорят, что они перекрестно реагируют с А. (также см. табл. 3.1 и рис. 3.6)
Эксперименты Ландштейнера послужили основой первой оценки размера потенциального репертуара антител. Тридцать лет назад был обычным такой комментарий генетических и эволюционных следствий, вытекающих из результатов Ландштейнера: «Тем не менее, трудно понять, какие преимущества дает существование генов для синтеза антител против многих недавно синтезированных органических соединений, таких как п-амино-бензоат, 2,4-динитробензол и т. д., которые совершенно не похожи на микробные патогены. Сохранение такого избытка генетического багажа в течение бесконечного времени до тех пор, пока не появится мишень для них, кажется неправдоподобным»
На самом деле это неправдоподобно в рамках дарвиновского естественного отбора генов, кодирующих определенные специфичные антитела.
Итак, к 1930-м годам стало ясно, что потенциальный репертуар антител должен быть гигантским и насчитывать миллионы или больше специфичностей. Ответ на другой фундаментальный вопрос все еще не был ясен: как могла в ходе эволюции появиться система, способная производить антитела, которые никогда не были частью эволюционной истории данного вида? Если инфекционные болезни были орудием эволюции современной иммунной системы, то, несомненно, частные и специфические молекулярные характеристики множества возможных антигенов никогда не были ее движущей силой. Правильнее, по-видимому, считать, что в ходе эволюции возникла биологическая стратегия, способная производить иммунный ответ на неожиданное. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Каждую отдельную химическую реакцию осуществляет специфический катализатор</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Открытие этого важнейшего правила молекулярной генетики заняло много лет. Сейчас это аксиома: для протекания каждой отдельной химической реакции в живой клетке необходим специфический белковый фермент (или молекула РНК с ферментными функциями). Ферменты — это биологические катализаторы, они изменяют субстрат, сами оставаясь неизменными. Это очень важная концепция. Из нее следует, что ни один многоступенчатый биологический процесс не может происходить случайно. Все они регулируются рядом координированных взаимодействий между молекулами, которые по форме подходят друг к другу как два кусочка трехмерной мозаики.</p><p>Под действием катализатора химическая реакция идет быстрее и эффективнее. Так, в отсутствие фермента молекула А не могла бы немедленно вступить в реакцию с молекулой В и образовать продукт АВ (рис. 2.2). Это могло бы произойти случайно, но ждать этого пришлось бы миллионы лет, если бы вообще удалось дождаться. Специфический фермент, который имеет места «стыковки» для А и В, связывается с ними и держит обе молекулы так тесно, что у них нет другого выбора, как только образовать химические связи друг с другом. Ферменты, таким образом, можно назвать генетически закодированными инструментами, созданными природой для осуществления химических реакций, отобранных входе эволюции. Для проведения сложного набора реакций работа нескольких ферментов синхронизируется и координируется. Таким образом, ферменты способны к коллективному выполнению сложных задач, например таких, как выделение энергии из съеденного кусочка шоколада. Другими словами, каждый фермент можно сравнить с отдельной инструкцией, которая является частью большой компьютерной программы. Однако есть одно фундаментальное отличие. Компьютерный набор инструкций создается человеком для достижения поставленной им цели. Специфическое Действие ферментов регулировалось миллионами (а может быть и миллиардами) лет эволюции путем естественного отбора. Компьютерная программа — результат работы человеческого мозга, а молекулярные процессы, направляющие биологическую эволюцию, происходят через взаимодействие молекул.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_7_img_5.jpg"/>
</p><p><strong>Рис. 2.2. ферменты (белки или РНК) - «молекулярные машины», или катализаторы. Изображен белковый фермент, осуществляющий химическую связь между двумя разными молекулами, А и В, с образованием сложной молекулы АВ. Некоторые ферменты состоят из РНК, их называют рибозимами.</strong> <em><strong>1.</strong></em> <strong>фермент имеет два связывающих центра, с которыми стыкуются соответствующие им субстраты А и В.</strong> <em><strong>2.</strong></em> <strong>Фермент изменяет форму и создает соответствующие молекулярные взаимодействия и силы, облегчая образование химической связи между А и В.</strong> <em><strong>3.</strong></em> <strong>Продукт АВ высвобождается.</strong> <em><strong>4.</strong></em> <strong>Свободный фермент может использоваться снова.</strong></p><p>В клетке работают тысячи ферментов. Одни из них создают строительные блоки для генов; другие распознают пищевые молекулы и обеспечивают их попадание из окружающей среды; наконец, третьи перестраивают различные молекулы внутри клеток. Большинство биологических катализаторов, так же как и многие структурные компоненты клетки, — белки, но есть и катализаторы, представленные РНК.</p><p>В конце 1950-х годов Г. Темин предсказал существование обратной транскрипции. Он обнаружил, что опухолевые РНК-содержащие вирусы исчезают при добавлении их к клеткам в культуре ткани. Для объяснения этого он предположил, что вирус создает ДНК-копию своего РНК-генома, затем встраивает эту ДНК-копию в хромосомы клетки (причем исходный вирусный РНК-геном, в конце концов, разрушается). Следовательно, он предсказал существование фермента, который, используя в качестве матрицы молекулу РНК, создает молекулу ДНК. После десятилетних поисков, в конце 1960-х годов, сам Говард Темин обнаружил этот фермент. За эту работу он был удостоен Нобелевской премии (в 1975 году), разделив ее с Давидом Балтимором, который подтвердил существование фермента, названного обратной транскриптазой. Это открытие изменило первоначальные представления о переносе генетической информации. В последние годы стало также известно, что молекулы РНК могут играть роль катализаторов. Они могут сами себя разрезать и сшивать («редактировать») и потенциально способны к саморепликации.</p><p>Для каждой из известных биологических реакций существует специфический катализатор. Мы уверены, что катализатор (обычно белок, иногда РНК) должен существовать для любой гипотетической реакции. Все известные данные подтверждают это.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Каждую отдельную химическую реакцию осуществляет специфический катализатор
Открытие этого важнейшего правила молекулярной генетики заняло много лет. Сейчас это аксиома: для протекания каждой отдельной химической реакции в живой клетке необходим специфический белковый фермент (или молекула РНК с ферментными функциями). Ферменты — это биологические катализаторы, они изменяют субстрат, сами оставаясь неизменными. Это очень важная концепция. Из нее следует, что ни один многоступенчатый биологический процесс не может происходить случайно. Все они регулируются рядом координированных взаимодействий между молекулами, которые по форме подходят друг к другу как два кусочка трехмерной мозаики.
Под действием катализатора химическая реакция идет быстрее и эффективнее. Так, в отсутствие фермента молекула А не могла бы немедленно вступить в реакцию с молекулой В и образовать продукт АВ (рис. 2.2). Это могло бы произойти случайно, но ждать этого пришлось бы миллионы лет, если бы вообще удалось дождаться. Специфический фермент, который имеет места «стыковки» для А и В, связывается с ними и держит обе молекулы так тесно, что у них нет другого выбора, как только образовать химические связи друг с другом. Ферменты, таким образом, можно назвать генетически закодированными инструментами, созданными природой для осуществления химических реакций, отобранных входе эволюции. Для проведения сложного набора реакций работа нескольких ферментов синхронизируется и координируется. Таким образом, ферменты способны к коллективному выполнению сложных задач, например таких, как выделение энергии из съеденного кусочка шоколада. Другими словами, каждый фермент можно сравнить с отдельной инструкцией, которая является частью большой компьютерной программы. Однако есть одно фундаментальное отличие. Компьютерный набор инструкций создается человеком для достижения поставленной им цели. Специфическое Действие ферментов регулировалось миллионами (а может быть и миллиардами) лет эволюции путем естественного отбора. Компьютерная программа — результат работы человеческого мозга, а молекулярные процессы, направляющие биологическую эволюцию, происходят через взаимодействие молекул.
Рис. 2.2. ферменты (белки или РНК) - «молекулярные машины», или катализаторы. Изображен белковый фермент, осуществляющий химическую связь между двумя разными молекулами, А и В, с образованием сложной молекулы АВ. Некоторые ферменты состоят из РНК, их называют рибозимами. 1. фермент имеет два связывающих центра, с которыми стыкуются соответствующие им субстраты А и В. 2. Фермент изменяет форму и создает соответствующие молекулярные взаимодействия и силы, облегчая образование химической связи между А и В. 3. Продукт АВ высвобождается. 4. Свободный фермент может использоваться снова.
В клетке работают тысячи ферментов. Одни из них создают строительные блоки для генов; другие распознают пищевые молекулы и обеспечивают их попадание из окружающей среды; наконец, третьи перестраивают различные молекулы внутри клеток. Большинство биологических катализаторов, так же как и многие структурные компоненты клетки, — белки, но есть и катализаторы, представленные РНК.
В конце 1950-х годов Г. Темин предсказал существование обратной транскрипции. Он обнаружил, что опухолевые РНК-содержащие вирусы исчезают при добавлении их к клеткам в культуре ткани. Для объяснения этого он предположил, что вирус создает ДНК-копию своего РНК-генома, затем встраивает эту ДНК-копию в хромосомы клетки (причем исходный вирусный РНК-геном, в конце концов, разрушается). Следовательно, он предсказал существование фермента, который, используя в качестве матрицы молекулу РНК, создает молекулу ДНК. После десятилетних поисков, в конце 1960-х годов, сам Говард Темин обнаружил этот фермент. За эту работу он был удостоен Нобелевской премии (в 1975 году), разделив ее с Давидом Балтимором, который подтвердил существование фермента, названного обратной транскриптазой. Это открытие изменило первоначальные представления о переносе генетической информации. В последние годы стало также известно, что молекулы РНК могут играть роль катализаторов. Они могут сами себя разрезать и сшивать («редактировать») и потенциально способны к саморепликации.
Для каждой из известных биологических реакций существует специфический катализатор. Мы уверены, что катализатор (обычно белок, иногда РНК) должен существовать для любой гипотетической реакции. Все известные данные подтверждают это. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Переливание крови и начало современной иммунологии</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>К началу XX века стало ясно, что антитела против холеры (заболевания тонкого кишечника, сопровождающегося тяжелой диареей) высокоспецифичны, они связывают антигены холерного вибриона и неспособны связывать никакие другие антигены. За открытие специфической природы антител, роли антител и фа-гоцитирующих клеток в иммунном ответе Пауль Эрлих и Илья Мечников были удостоены Нобелевской премии. Специфичность антител всесторонне продемонстрирована в начале этого века Карлом Ландштейнером (Landsteiner). В 1930 году он был удостоен Нобелевской премии. Ему принадлежит и ряд других важных открытий. Но самые известные его работы касаются системы АВО эритроцитарных антигенов человека. Это открытие дало объяснение совместимости доноров и реципиентов при переливании крови:</p><p>
Антигены эритроцитов
Антитела, в плазме крови тех же людей
A
анти-В
В
анти-А
АВ
Нет
0 (нет ни А, ни В)
анти-А и анти-В
</p><p>Эритроциты (красные кровяные клетки) типа А, смешанные с плазмой крови, содержащей анти-А-антитела, слипаются (агглютинируют). Эритроциты типа А, подвергшиеся действию анти-В-плазмы, не агглютинируют. Таким образом, если человеку с группой крови А нечаянно перелита В-кровь, содержащая анти-А-антитела, в кровеносных сосудах может происходить агглютинация. Лучше всего человеку с группой крови А переливать кровь А, а человеку с группой крови В переливать кровь В. При отсутствии нужной донорской крови в случае острой необходимости людям с группами крови А или В можно переливать 0-эритроциты, отмытые от плазмы крови (в которой содержатся анти-А- и анти-В-антитела). У людей с группой крови 0 эритроциты не имеют на поверхности ни антигенов А, ни антигенов В, но в плазме таких людей присутствуют антитела двух типов (анти-А и анти-В). Вот почему переливать им кровь, несущую антигены А или В, нельзя. Это может вызвать гемолиз. Таким образом, 0 — универсальный донорский тип эритроцитов, а АВ, наоборот, — универсальный реципиент.</p>
<p>Открытие Ландштейнера помогло объяснить, почему переливания крови нередко заканчивались для пациентов трагически. В настоящее время вопрос о подборе донорской крови для переливания решить еще сложнее, требуется согласование по Rh-антигену, который имеет отношение к гемолитической болезни новорожденных. С тех первых иммунологических опытов многочисленные лабораторные исследования позволили выделить и полностью охарактеризовать многие белки, клетки и гены иммунной системы позвоночных. Мы уже не только знаем, как образуются антитела и рецепторы Т-клеток, но знаем и нук-леотидные последовательности генов, вовлеченных в этот процесс. Иммунология решает много важных проблем, и главная из них: сколько же существует специфических антител?</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Переливание крови и начало современной иммунологии
К началу XX века стало ясно, что антитела против холеры (заболевания тонкого кишечника, сопровождающегося тяжелой диареей) высокоспецифичны, они связывают антигены холерного вибриона и неспособны связывать никакие другие антигены. За открытие специфической природы антител, роли антител и фа-гоцитирующих клеток в иммунном ответе Пауль Эрлих и Илья Мечников были удостоены Нобелевской премии. Специфичность антител всесторонне продемонстрирована в начале этого века Карлом Ландштейнером (Landsteiner). В 1930 году он был удостоен Нобелевской премии. Ему принадлежит и ряд других важных открытий. Но самые известные его работы касаются системы АВО эритроцитарных антигенов человека. Это открытие дало объяснение совместимости доноров и реципиентов при переливании крови:
Антигены эритроцитов Антитела, в плазме крови тех же людей A анти-В В анти-А АВ Нет 0 (нет ни А, ни В) анти-А и анти-В
Эритроциты (красные кровяные клетки) типа А, смешанные с плазмой крови, содержащей анти-А-антитела, слипаются (агглютинируют). Эритроциты типа А, подвергшиеся действию анти-В-плазмы, не агглютинируют. Таким образом, если человеку с группой крови А нечаянно перелита В-кровь, содержащая анти-А-антитела, в кровеносных сосудах может происходить агглютинация. Лучше всего человеку с группой крови А переливать кровь А, а человеку с группой крови В переливать кровь В. При отсутствии нужной донорской крови в случае острой необходимости людям с группами крови А или В можно переливать 0-эритроциты, отмытые от плазмы крови (в которой содержатся анти-А- и анти-В-антитела). У людей с группой крови 0 эритроциты не имеют на поверхности ни антигенов А, ни антигенов В, но в плазме таких людей присутствуют антитела двух типов (анти-А и анти-В). Вот почему переливать им кровь, несущую антигены А или В, нельзя. Это может вызвать гемолиз. Таким образом, 0 — универсальный донорский тип эритроцитов, а АВ, наоборот, — универсальный реципиент.
Открытие Ландштейнера помогло объяснить, почему переливания крови нередко заканчивались для пациентов трагически. В настоящее время вопрос о подборе донорской крови для переливания решить еще сложнее, требуется согласование по Rh-антигену, который имеет отношение к гемолитической болезни новорожденных. С тех первых иммунологических опытов многочисленные лабораторные исследования позволили выделить и полностью охарактеризовать многие белки, клетки и гены иммунной системы позвоночных. Мы уже не только знаем, как образуются антитела и рецепторы Т-клеток, но знаем и нук-леотидные последовательности генов, вовлеченных в этот процесс. Иммунология решает много важных проблем, и главная из них: сколько же существует специфических антител? | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Альбинизм. Частота встречаемости. Формула</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Альбинизм — наследственный признак, обусловленный рецессивным геном. Он очень удобен для изучения, так как распространен по всему миру, хоть и встречается в гомозиготе довольно редко. Действие гена сводится к следующему. У человека в коже образуется темный пигмент меланин. Люди, гомозиготные по гену альбинизма, этого пигмента лишены полностью — у них выпадает одна из реакций, ведущих к его образованию. Альбинизм — вредный признак. Альбиносы, сравнительно с людьми, наделенными меланином, более подвержены ряду заболеваний, в том числе очень обычных, «простудных».</p><p>Количество альбиносов в различных странах различно. Так, в странах, населенных белокожими народами, один альбинос, согласно статистике, приходится на 20000 жителей. Казалось бы, это ничтожно мало, Но если эту оценку применить к США, при пересчете получится приблизительно 9000 альбиносов. В других странах альбиносы встречаются чаще. Так, среди 14 298 детей Нигерии оказалось 5 альбиносов, а у индейцев Панамы соотношение было 1 : 132. Это гомозиготы. Они обнаруживаются на глаз, и их легко сосчитать. А можно ли учесть число гетерозигот? Сейчас мы это проделаем.</p>
<p>Если формула альбиноса <em>аа</em>, а наделенного меланином человека <em>АА</em>, то гетерозигота будет <em>Аа</em>. Встречаемость того и другого фенотипа теоретически колеблется от 100% <em>А</em> до 100% <em>а</em>. А в общей форме <em>А</em> + <em>а</em> = 1. В формуле Харди-Вайнберга, построенной для любого рецессивного гена, это выражается как <em>p</em> + <em>q</em> = 1. Однако нас интересуют не фенотипы, а генотипы, то есть относительная встречаемость <em>АА</em>, <em>Аа</em> и <em>аа</em> форм. Формула для этой встречаемости легко запоминается, так как левая часть выражения повторяет общеизвестную формулу квадрата суммы двух чисел, правая — единица: <em>p</em><sup class="sub">2</sup> + 2<em>pq</em> + <em>q</em><sup class="sub">2</sup> = 1. Если для нашего случая <em>q</em><sup class="sub">2</sup>, то есть встречаемость альбиносов в европейских странах равна <sup class="sub">1</sup>/<sub class="sub">20000</sub>, то легко вычислить, что <em>q</em> = 1/141. Поскольку <em>р</em> + <em>q</em> = 1, получится, что <em>р</em> = 1 - 1/141 = 140/141. Частота встречаемости гетерозигот 2<em>pq</em>. Следовательно, в данном случае она равна 2 · (140 · 1)/(141 · 141), то есть приблизительно <sup class="sub">1</sup>/<sub class="sub">70</sub>. Не правда ли, довольно неожиданный результат? Один альбинос приходится на 20 000 жителей, а гетерозигота — на каждых семьдесят! Но неожиданность только кажущаяся: наши расчеты точны. По понятным причинам они должны настораживать. Вредных рецессивных генов у человека множество, и если встречаемость гомозигот по такому гену равна 1 : 1000, то гетерозиготой — можете просчитать — будет каждый шестнадцатый.</p><p>Опасность выщепления вредных гомозигот резко возрастает при родственных браках, так как генотипы родителей здесь близки.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Альбинизм. Частота встречаемости. Формула
Альбинизм — наследственный признак, обусловленный рецессивным геном. Он очень удобен для изучения, так как распространен по всему миру, хоть и встречается в гомозиготе довольно редко. Действие гена сводится к следующему. У человека в коже образуется темный пигмент меланин. Люди, гомозиготные по гену альбинизма, этого пигмента лишены полностью — у них выпадает одна из реакций, ведущих к его образованию. Альбинизм — вредный признак. Альбиносы, сравнительно с людьми, наделенными меланином, более подвержены ряду заболеваний, в том числе очень обычных, «простудных».
Количество альбиносов в различных странах различно. Так, в странах, населенных белокожими народами, один альбинос, согласно статистике, приходится на 20000 жителей. Казалось бы, это ничтожно мало, Но если эту оценку применить к США, при пересчете получится приблизительно 9000 альбиносов. В других странах альбиносы встречаются чаще. Так, среди 14 298 детей Нигерии оказалось 5 альбиносов, а у индейцев Панамы соотношение было 1 : 132. Это гомозиготы. Они обнаруживаются на глаз, и их легко сосчитать. А можно ли учесть число гетерозигот? Сейчас мы это проделаем.
Если формула альбиноса аа, а наделенного меланином человека АА, то гетерозигота будет Аа. Встречаемость того и другого фенотипа теоретически колеблется от 100% А до 100% а. А в общей форме А + а = 1. В формуле Харди-Вайнберга, построенной для любого рецессивного гена, это выражается как p + q = 1. Однако нас интересуют не фенотипы, а генотипы, то есть относительная встречаемость АА, Аа и аа форм. Формула для этой встречаемости легко запоминается, так как левая часть выражения повторяет общеизвестную формулу квадрата суммы двух чисел, правая — единица: p2 + 2pq + q2 = 1. Если для нашего случая q2, то есть встречаемость альбиносов в европейских странах равна 1/20000, то легко вычислить, что q = 1/141. Поскольку р + q = 1, получится, что р = 1 - 1/141 = 140/141. Частота встречаемости гетерозигот 2pq. Следовательно, в данном случае она равна 2 · (140 · 1)/(141 · 141), то есть приблизительно 1/70. Не правда ли, довольно неожиданный результат? Один альбинос приходится на 20 000 жителей, а гетерозигота — на каждых семьдесят! Но неожиданность только кажущаяся: наши расчеты точны. По понятным причинам они должны настораживать. Вредных рецессивных генов у человека множество, и если встречаемость гомозигот по такому гену равна 1 : 1000, то гетерозиготой — можете просчитать — будет каждый шестнадцатый.
Опасность выщепления вредных гомозигот резко возрастает при родственных браках, так как генотипы родителей здесь близки. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Отступление: можно ли сравнивать иммунную систему с современными компьютерными антивирусными программами?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Нам кажется уместной следующая, связанная с компьютерами, аналогия. Одна из множества опасностей, перед лицом которых мы стоим в век Интернета, соединяющего миллионы персональных компьютеров, — это электронные «вирусы» — детище нашей кибернетической культуры. Многие компьютерные вирусы по своему поведению очень похожи на биологические. При заражении жесткого диска они могут уничтожать или портить и файлы, и программы. Если мы нечаянно посылаем зараженное сообщение коллегам и друзьям, то тем самым мы производим новые копии вируса, обеспечивающие его выживание. Сейчас доступны антивирусные пакеты программ, которые автоматически проверяют входящие файлы на наличие известных компьютерных вирусов. А что же абсолютно новые электронные вирусы? Как нам защитить от них свои-компьютеры? Насколько современные антивирусные компьютерные программы сравнимы с биологической стратегией иммунного ответа? Что, если кибернетики были бы в состоянии создать новые электронные вирусы со всеми врожденными эффективными стратегиями нашей собственной иммунной системы? Смогут ли интернетовские или телефонные линии и коммутирующие концентраторы начать страдать от болезней, подобньк СПИДу? Произойдет ли это до того, как программисты создадут антивирусные программы, которые способны эффективно отвечать на неожиданное? Это захватывающие вопросы. IBM в настоящий момент создает «иммунную систему» для борьбы с вирусами в киберпространстве [8]. Антивирусные программы живут в хозяине-компьютере и контролируют системные функции, изменения в программах или семействах сигнатур для того, чтобы распознавать и уничтожать вирусы. У компьютерной иммунной системы, создаваемой IBM, любой набор данных, подозреваемых на зараженность, автоматически посылается в аппарат вирусного анализа. Программа, действующая как подсадная утка, «соблазняет» вирус заразить ее, так что код вируса выявляется для дальнейшего анализа. Затем аппарат вирусного анализа обновляет свои файлы прежде, чем посылать эту новую информацию назад в инфицированную машину и в любой другой потенциально инфицированный узел в сети (иммунный ответ). Таким образом, новые антивирусные программные технологии основаны на элементарных моделях иммунной системы позвоночных. «Эволюция» уже действует на компьютерном поле боя. Дальнейшее развитие антивирусных технологий, возможно, будет изменяться параллельно знаниям о биологической эволюции.</p>
<p>В этой главе было описано много примеров эффективности и логики иммунной системы, которые, возможно, помогут тем, кто интересуется «биологическим» дизайном компьютерных программ, обнаружить некоторые фундаментальные принципы. Анализ того, почему самолеты не похожи на птиц, дает нам важные уроки. Птицы имеют более высоко развитые факторы стабильности и маневренности, чем самолеты, однако, самолеты летают быстрее. Создания природы, как правило, оказываются более гибкими и легкими, нежели сконструированные людьми аппараты. Веками природа служила источником вдохновения для разработчиков новых технологий. Однако нам еще далеко до уровня эффективности системы приобретенного иммунитета. Как заметил Ричард Фейнман (Feynman), говоря об эффективности природы в квантовом масштабе и размышляя о том, может ли эффективно обрабатываться информация на этом уровне: «Внизу еще много места...».</p><p>В физике твердого тела и ядерной физике ученые только сейчас открывают детали некоторых законов природы, описывающих поведение субатомных частиц. Со временем откроется возможность создать нанокомпьютерную технологию (порядка 10<sup class="sup">-9</sup> метра, или 10<sup class="sup">-3</sup> микрона). Вполне вероятно, создание компьютерной технологии, действующей с той же эффективностью, что и живая клетка, со всем набором врожденных разумных функций, размещенных и внутренне управляемых на площади примерно в 5—10 микрон (приблизительный диаметр клеточного ядра равен 10<sup class="sup">-5</sup> метра). В ближайшем будущем, используя современные промышленные технологии, достижения ультрафиолетовых лазеров, роботов и линз, необходимых для гравировки микросхем на силиконовых чипах, люди могли бы породить новое поколение микропроцессоров с размерами не больше 0,13 микрон в поперечнике. Правда, есть ряд технических и физических преград, которые пока делают дальнейшую миниатюризацию невозможной. Возможно также, что программисты смогут имитировать некоторые природные стратегии обработки информации для повышения эффективности своих программ. Конечно, наше схематичное сравнение иммунной системы с современными сканирующими антивирусными программами далеко от реальности. Когда мы сравниваем стратегии антивирусных программ со стратегиями нашей иммунной системы, оказывается, что компьютерщикам надо еще многому научиться. Информационным технологиям придется сделать существенный скачок для того, чтобы достичь совершенства иммунной системы позвоночных, приобретенного ею за время эволюции.</p><p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | Отступление: можно ли сравнивать иммунную систему с современными компьютерными антивирусными программами?
Нам кажется уместной следующая, связанная с компьютерами, аналогия. Одна из множества опасностей, перед лицом которых мы стоим в век Интернета, соединяющего миллионы персональных компьютеров, — это электронные «вирусы» — детище нашей кибернетической культуры. Многие компьютерные вирусы по своему поведению очень похожи на биологические. При заражении жесткого диска они могут уничтожать или портить и файлы, и программы. Если мы нечаянно посылаем зараженное сообщение коллегам и друзьям, то тем самым мы производим новые копии вируса, обеспечивающие его выживание. Сейчас доступны антивирусные пакеты программ, которые автоматически проверяют входящие файлы на наличие известных компьютерных вирусов. А что же абсолютно новые электронные вирусы? Как нам защитить от них свои-компьютеры? Насколько современные антивирусные компьютерные программы сравнимы с биологической стратегией иммунного ответа? Что, если кибернетики были бы в состоянии создать новые электронные вирусы со всеми врожденными эффективными стратегиями нашей собственной иммунной системы? Смогут ли интернетовские или телефонные линии и коммутирующие концентраторы начать страдать от болезней, подобньк СПИДу? Произойдет ли это до того, как программисты создадут антивирусные программы, которые способны эффективно отвечать на неожиданное? Это захватывающие вопросы. IBM в настоящий момент создает «иммунную систему» для борьбы с вирусами в киберпространстве [8]. Антивирусные программы живут в хозяине-компьютере и контролируют системные функции, изменения в программах или семействах сигнатур для того, чтобы распознавать и уничтожать вирусы. У компьютерной иммунной системы, создаваемой IBM, любой набор данных, подозреваемых на зараженность, автоматически посылается в аппарат вирусного анализа. Программа, действующая как подсадная утка, «соблазняет» вирус заразить ее, так что код вируса выявляется для дальнейшего анализа. Затем аппарат вирусного анализа обновляет свои файлы прежде, чем посылать эту новую информацию назад в инфицированную машину и в любой другой потенциально инфицированный узел в сети (иммунный ответ). Таким образом, новые антивирусные программные технологии основаны на элементарных моделях иммунной системы позвоночных. «Эволюция» уже действует на компьютерном поле боя. Дальнейшее развитие антивирусных технологий, возможно, будет изменяться параллельно знаниям о биологической эволюции.
В этой главе было описано много примеров эффективности и логики иммунной системы, которые, возможно, помогут тем, кто интересуется «биологическим» дизайном компьютерных программ, обнаружить некоторые фундаментальные принципы. Анализ того, почему самолеты не похожи на птиц, дает нам важные уроки. Птицы имеют более высоко развитые факторы стабильности и маневренности, чем самолеты, однако, самолеты летают быстрее. Создания природы, как правило, оказываются более гибкими и легкими, нежели сконструированные людьми аппараты. Веками природа служила источником вдохновения для разработчиков новых технологий. Однако нам еще далеко до уровня эффективности системы приобретенного иммунитета. Как заметил Ричард Фейнман (Feynman), говоря об эффективности природы в квантовом масштабе и размышляя о том, может ли эффективно обрабатываться информация на этом уровне: «Внизу еще много места...».
В физике твердого тела и ядерной физике ученые только сейчас открывают детали некоторых законов природы, описывающих поведение субатомных частиц. Со временем откроется возможность создать нанокомпьютерную технологию (порядка 10-9 метра, или 10-3 микрона). Вполне вероятно, создание компьютерной технологии, действующей с той же эффективностью, что и живая клетка, со всем набором врожденных разумных функций, размещенных и внутренне управляемых на площади примерно в 5—10 микрон (приблизительный диаметр клеточного ядра равен 10-5 метра). В ближайшем будущем, используя современные промышленные технологии, достижения ультрафиолетовых лазеров, роботов и линз, необходимых для гравировки микросхем на силиконовых чипах, люди могли бы породить новое поколение микропроцессоров с размерами не больше 0,13 микрон в поперечнике. Правда, есть ряд технических и физических преград, которые пока делают дальнейшую миниатюризацию невозможной. Возможно также, что программисты смогут имитировать некоторые природные стратегии обработки информации для повышения эффективности своих программ. Конечно, наше схематичное сравнение иммунной системы с современными сканирующими антивирусными программами далеко от реальности. Когда мы сравниваем стратегии антивирусных программ со стратегиями нашей иммунной системы, оказывается, что компьютерщикам надо еще многому научиться. Информационным технологиям придется сделать существенный скачок для того, чтобы достичь совершенства иммунной системы позвоночных, приобретенного ею за время эволюции. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Обратная транскрипция — создание ДНК-копии по матрице РНК</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>За десять лет после открытия структуры ДНК и расшифровки генетического кода сформулированная Джеймсом Уотсоном в 1952 г. гипотеза об однонаправленном переносе генетической информации (от нуклеиновых кислот к белку и никогда наоборот) превратилась в общепризнанную «центральную догму молекулярной биологии». Эта аксиома, как мы уже сказали, остается в силе для всех биологических систем.</p><p>Это правило переноса генетической информации составляет суть молекулярной биологии. Только один раз, в 1970 г., оно было модифицировано, когда признали существование обратной транскрипции. Впервые обратная транскрипция была обнаружена у опухолевых вирусов мышей и кур. Сейчас эти РНК-сод ержашие вирусы называют ретровирусами. Их инфекционный цикл хорошо изучен. Вирус проникает в клетку-мишень, и на основе своей РНК создает копию ДНК, которая встраивается в хромосому хозяина. При делении клетки встроенная копия ДНК вирусного генома удваивается и передается дочерним клеткам. Таким образом, наследственный материал вируса оказывается включенным в геном клетки. Вирусная РНК может образоваться позже путем копирования встроенной ДНК. Это приведет к образованию новых инфекционных вирусов.</p>
<p>Именно таким образом вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) встраивается в ядерную ДНК и размножается вместе с клеточным геномом. Вот почему от этого вируса трудно избавиться, ведь каждая встроенная (интегрированная) ДНК-копия вируса может использоваться для образования <em>множества</em> копий РНК в результате нормального процесса транскрипции, а это в свою очередь приводит к появлению новых инфекционных ВИЧ-частиц. Еще один пример ретровирусов — это вирусы, вызывающие рак легких и лейкоз у человека и животных.</p><p>В конце 1997 г. в журнале «Nature» была опубликована работа группы Ролфа Цинкернагеля (Zinkemagel) из Цюриха, в которой показано, что в некоторых клетках животных, содержащих обратную транскриптазу ретровирусов, могут образовываться ДНК-копии других РНК-содержащих вирусов. Это захватывающее открытие означает, что обратная транскрипта-за, кодируемая ретровирусами, потенциально способна делать копии ДНК с других молекул РНК, присутствующих в клетке. Значит, возможно образование свободных ДНК-копий (их называют кДНК, или ретротранскрипты) собственных генов по матрице мРНК. Эта идея, допускающая теоретическую возможность передачи генетической информации от сомы к зародышевой плазме (о чем и говорил Тед Стил еще в 1979 г.), приблизила нашу теорию об эволюции иммунной системы позвоночных к реальности. В следующих главах мы детально опишем молекулярные данные, поддерживающие эту теорию.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Обратная транскрипция — создание ДНК-копии по матрице РНК
За десять лет после открытия структуры ДНК и расшифровки генетического кода сформулированная Джеймсом Уотсоном в 1952 г. гипотеза об однонаправленном переносе генетической информации (от нуклеиновых кислот к белку и никогда наоборот) превратилась в общепризнанную «центральную догму молекулярной биологии». Эта аксиома, как мы уже сказали, остается в силе для всех биологических систем.
Это правило переноса генетической информации составляет суть молекулярной биологии. Только один раз, в 1970 г., оно было модифицировано, когда признали существование обратной транскрипции. Впервые обратная транскрипция была обнаружена у опухолевых вирусов мышей и кур. Сейчас эти РНК-сод ержашие вирусы называют ретровирусами. Их инфекционный цикл хорошо изучен. Вирус проникает в клетку-мишень, и на основе своей РНК создает копию ДНК, которая встраивается в хромосому хозяина. При делении клетки встроенная копия ДНК вирусного генома удваивается и передается дочерним клеткам. Таким образом, наследственный материал вируса оказывается включенным в геном клетки. Вирусная РНК может образоваться позже путем копирования встроенной ДНК. Это приведет к образованию новых инфекционных вирусов.
Именно таким образом вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) встраивается в ядерную ДНК и размножается вместе с клеточным геномом. Вот почему от этого вируса трудно избавиться, ведь каждая встроенная (интегрированная) ДНК-копия вируса может использоваться для образования множества копий РНК в результате нормального процесса транскрипции, а это в свою очередь приводит к появлению новых инфекционных ВИЧ-частиц. Еще один пример ретровирусов — это вирусы, вызывающие рак легких и лейкоз у человека и животных.
В конце 1997 г. в журнале «Nature» была опубликована работа группы Ролфа Цинкернагеля (Zinkemagel) из Цюриха, в которой показано, что в некоторых клетках животных, содержащих обратную транскриптазу ретровирусов, могут образовываться ДНК-копии других РНК-содержащих вирусов. Это захватывающее открытие означает, что обратная транскрипта-за, кодируемая ретровирусами, потенциально способна делать копии ДНК с других молекул РНК, присутствующих в клетке. Значит, возможно образование свободных ДНК-копий (их называют кДНК, или ретротранскрипты) собственных генов по матрице мРНК. Эта идея, допускающая теоретическую возможность передачи генетической информации от сомы к зародышевой плазме (о чем и говорил Тед Стил еще в 1979 г.), приблизила нашу теорию об эволюции иммунной системы позвоночных к реальности. В следующих главах мы детально опишем молекулярные данные, поддерживающие эту теорию. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">ГЛАВА ТРЕТЬЯ. ШТУРМ САМОЙ ПРОЧНОЙ ИЗ КРЕПОСТЕЙ ПРИРОДЫ</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><em>Так уж люди устроены: во что бы то ни стало стремятся познать природу, а познав — переделать и изменить ее. В этом сокровенная сущность Науки, отсюда н проистекает ее революционная роль. Только вторглись во владенця королевы наследственности, подсмотрели упорядоченность рядов ее солдат-генов, и сразу в атаку. Но не так-то легко сдался ген. Пинцет и скальпель, традиционное оружие биологов, тут оказались бессильны. И только когда генетики вооружились невиданным ранее скальпелем — Лучом, — пришли к ним важные победы.</em></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_30_img_51.png"/>
</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | ГЛАВА ТРЕТЬЯ. ШТУРМ САМОЙ ПРОЧНОЙ ИЗ КРЕПОСТЕЙ ПРИРОДЫ
Так уж люди устроены: во что бы то ни стало стремятся познать природу, а познав — переделать и изменить ее. В этом сокровенная сущность Науки, отсюда н проистекает ее революционная роль. Только вторглись во владенця королевы наследственности, подсмотрели упорядоченность рядов ее солдат-генов, и сразу в атаку. Но не так-то легко сдался ген. Пинцет и скальпель, традиционное оружие биологов, тут оказались бессильны. И только когда генетики вооружились невиданным ранее скальпелем — Лучом, — пришли к ним важные победы. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Поиски бактериальных пап и мам</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>К сожалению, между пишущим и читающим в момент, когда ведется работа над книгой, нет еще обратной связи. Она появляется позже, когда читатели получают книгу в руки. Однако уже сейчас я все же осмеливаюсь предположить, что внимательный читатель из предыдущих глав понял: чтобы изучать, как же родители передают свои признаки потомкам, нужно иметь хотя бы... родителей. А вот у бактерий их долгое время найти не могли. Было известно: бактерии размножаются бесполым путем. Попробуй тут изучить менделирование, составить хромосомные карты!</p><p>Однако совсем недавно у бактерий нашлись родители. Работа велась, прежде всего, на кишечной палочке — бактерии, паразитирующей в кишечнике человека. Превосходно живет эта бактерия также в пробирках на искусственных средах. С помощью электронного микроскопа было выяснено, что у нее имеются две формы <em>F</em><sub class="sub"><em>+</em></sub> и <em>F</em><sub class="sub"><em>-</em></sub>. Между ними происходит половой процесс, так называемая конъюгация. Конечно, этого оказалось достаточно, чтобы генетики далее уже разобрались. Дело в том, что во время конъюгации хромосомный материал из <em>F</em><sub class="sub"><em>+</em></sub>-бактерии переходит постепенно в <em>F</em><sub class="sub"><em>-</em></sub>-бактерию. Внедрение довольно продолжительно по времени. В опыте процесс можно по желанию прерывать. Таким путем удалось установить не только, в какой последовательности лежат в хромосоме гены, но и на каком расстоянии (в данном случае в единицах времени — минутах, потребных для проникновения) они друг от друга находятся.</p>
<p>Одного этого метода было бы недостаточно, чтобы создать точные хромосомные карты. Но выяснилось, что идет у бактерии и обмен хромосомными участками того же фипа, что и при кроссинговере у дрозофил. Это дало возможность проверить один метод другим. Хромосома у штамма К-12 кишечной палочки кольцевая и гены расположены по окружности.</p><p>Однако как же их удается «разглядеть», эти гены? Как практически ведется работа? Заглянем в лабораторию доктора биологических наук С. И. Алиханяна. Навстречу нам идет Виталий Суходолец, молодой исследователь, занимающийся именно этим вопросом. Обратимся-ка мы к нему:</p><p>— Будьте добры, расскажите, как вы ловите у кишечной палочки перекресты.</p><p>— Элементарно.— Суходолец пожимает плечами: только, мол, этого не хватало: рассказывать общеизвестные вещи.</p><p>А дальше он заговорит о тимин- и тимидиннедостаточности, про <em>Hfr</em>-штаммы или, например, так:</p><p>— Для определения порядка расположения мутаций проводим реципрокные трехфакторные скрещивания...</p><p>Вот тут-то и окажется, что то, что для Суходольца элементарно, для нас с вами, читатели, непостижимо. Однако все эти сложности, труднопроизносимые термины — частности. В принципе же перекресты у кишечной палочки ловят так же, как у дрозофилы.</p><p>Бактерию разводят на средах, состоящих из набора различных веществ. Формы, несущие мутантный ген, отличаются от немутантных в большинстве случаев тем, что не могут синтезировать то или иное вещество. И тогда для успешной жизни мутантного штамма это вещество приходится дополнительно вводить в среду. Среды подбирают с таким расчетом, чтобы на них развивались бактерии-перекрестники, т. е. те, у которых прошел кроссинговер.</p><p>В генетических лабораториях всегда работают в белых халатах. Однако если для дрозофилиста белый халат всего лишь форма, то для генетика-микробиолога это обязательная одежда. Тут почти всегда нужно соблюдать абсолютную стерильность.</p><p>Крутятся центрифуги, сутками качаются культуры в специальных качалках, в лабораториях микробиологов множество термостатов, автоклавов и различных, подчас очень хитрых приборов.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Поиски бактериальных пап и мам
К сожалению, между пишущим и читающим в момент, когда ведется работа над книгой, нет еще обратной связи. Она появляется позже, когда читатели получают книгу в руки. Однако уже сейчас я все же осмеливаюсь предположить, что внимательный читатель из предыдущих глав понял: чтобы изучать, как же родители передают свои признаки потомкам, нужно иметь хотя бы... родителей. А вот у бактерий их долгое время найти не могли. Было известно: бактерии размножаются бесполым путем. Попробуй тут изучить менделирование, составить хромосомные карты!
Однако совсем недавно у бактерий нашлись родители. Работа велась, прежде всего, на кишечной палочке — бактерии, паразитирующей в кишечнике человека. Превосходно живет эта бактерия также в пробирках на искусственных средах. С помощью электронного микроскопа было выяснено, что у нее имеются две формы F+ и F-. Между ними происходит половой процесс, так называемая конъюгация. Конечно, этого оказалось достаточно, чтобы генетики далее уже разобрались. Дело в том, что во время конъюгации хромосомный материал из F+-бактерии переходит постепенно в F--бактерию. Внедрение довольно продолжительно по времени. В опыте процесс можно по желанию прерывать. Таким путем удалось установить не только, в какой последовательности лежат в хромосоме гены, но и на каком расстоянии (в данном случае в единицах времени — минутах, потребных для проникновения) они друг от друга находятся.
Одного этого метода было бы недостаточно, чтобы создать точные хромосомные карты. Но выяснилось, что идет у бактерии и обмен хромосомными участками того же фипа, что и при кроссинговере у дрозофил. Это дало возможность проверить один метод другим. Хромосома у штамма К-12 кишечной палочки кольцевая и гены расположены по окружности.
Однако как же их удается «разглядеть», эти гены? Как практически ведется работа? Заглянем в лабораторию доктора биологических наук С. И. Алиханяна. Навстречу нам идет Виталий Суходолец, молодой исследователь, занимающийся именно этим вопросом. Обратимся-ка мы к нему:
— Будьте добры, расскажите, как вы ловите у кишечной палочки перекресты.
— Элементарно.— Суходолец пожимает плечами: только, мол, этого не хватало: рассказывать общеизвестные вещи.
А дальше он заговорит о тимин- и тимидиннедостаточности, про Hfr-штаммы или, например, так:
— Для определения порядка расположения мутаций проводим реципрокные трехфакторные скрещивания...
Вот тут-то и окажется, что то, что для Суходольца элементарно, для нас с вами, читатели, непостижимо. Однако все эти сложности, труднопроизносимые термины — частности. В принципе же перекресты у кишечной палочки ловят так же, как у дрозофилы.
Бактерию разводят на средах, состоящих из набора различных веществ. Формы, несущие мутантный ген, отличаются от немутантных в большинстве случаев тем, что не могут синтезировать то или иное вещество. И тогда для успешной жизни мутантного штамма это вещество приходится дополнительно вводить в среду. Среды подбирают с таким расчетом, чтобы на них развивались бактерии-перекрестники, т. е. те, у которых прошел кроссинговер.
В генетических лабораториях всегда работают в белых халатах. Однако если для дрозофилиста белый халат всего лишь форма, то для генетика-микробиолога это обязательная одежда. Тут почти всегда нужно соблюдать абсолютную стерильность.
Крутятся центрифуги, сутками качаются культуры в специальных качалках, в лабораториях микробиологов множество термостатов, автоклавов и различных, подчас очень хитрых приборов. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Подтверждение факта соматического мутирования, вызванного антигеном</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Примерно 25 лет назад Элистэр Каннингем, работающий в Центре медицинских исследований Джона Куртина в Канберре, впервые высказал идею о соматическом мутировании вари-абельных генов антител, вызванном антигеном. Он также первым провел эксперименты, демонстрирующие это явление. Примерно в то же время исследовательские группы Мелвила Кона (Институт Салк, Сан-Диего, США) и Сусуми Тонегавы (Базельский институт иммунологии, Швейцария) получили молекулярные доказательства существования соматического мутирования (путем анализа последовательностей белка и ДНК). Оба эти открытия были сделаны в разгар споров между сторонниками идеи соматического разнообразия и идеи разнообразия, закодированного в зародышевой линии. Самая первая гипотеза о молекулярном механизме соматического мутирования Сиднея Бреннера и Цезара Мильштейна (Кэмбриджский университет, Англия) подразумевала существование некоего склонного к ошибкам типа репликации ДНК. Предполагалось, что высоко точное копирование матрицы ДНК нарушается при репликации генов вариабельной области антител. (Это нарушение объяснялось неспособностью ДНК-полимера-зы в данном случае исправлять ошибки.) Таким образом, первые модели соматического мутирования основывались на репликации ДНК и делении клетки: так как активированные антигеном В-клетки быстро делятся, появляются мутанты, у которых изменена ДНК, кодирующая вариабельную область.</p>
<p>Подобно всем новым научным гипотезам, экспериментам и интерпретациям пионерская работа Элистэра Каннингема вызвала споры. Однако к 1981 г. поток публикаций из лабораторий Патрисии Гирхарт (Gearhart), Урсулы Сторб, Эла Ботуэлла (Bothwell), Лероя Худа (Hood), Дэвида Балтимора и Клауса Раевского подтвердил правильность основного предположения Каннингема. Было показано, что у мышей мутации в ДНК-последовательности перестроенного V(D)J-reHa вариабельной области появляются после стимуляции антигеном. Дальнейшие доказательства были получены в новых экспериментах с трансгенными мышами.</p><p>Все эти работы стали возможными благодаря разработке в 1975 г. методов «гибридомы» и «моноклональных антител». За создание этих методов Георг Келер и Цезар Мильштейн получили в 1983 г. Нобелевскую премию (совместно с Нильсом Ерне). В этих методах используется слияние раковой клетки (способной расти и неограниченно делиться в культуре) с индивидуальной В-клеткой иммунизированного животного. Гибридная клетка продуцирует антитело В-клетки и приобретает бессмертие раковой клетки. Такие гибридомы позволили экспериментально показать существование клонов В-клеток, предсказанное клонально-селекционной теорией Бернета, причем все потомки одной клетки имеют одинаковые V(D)J-гeны и, таким образом, производят одинаковые антитела. Клон гибридомных клеток дает возможность сравнить ДНК-последовательности соматически перестроенного V(D)J-гена В-клеток и последовательности V-элемента зародышевой линии. Во многих случаях было показано, что В-клетки, изолированные после стимуляции антигеном, накапливают много соматических мутаций в том участке V-элемента, который кодирует последовательность аминокислот от 1-й до примерно 85-й позиции и включает первые два гипервариабельных участка (см. рис. 5.3). Эти данные соответствуют предположению об отборе антигеном в центрах размножения. Частота соматических мутаций очень высока: ДНК-последовательность, включающая перестроенный V(D)J-ген, накапливала изменения, которые отличались от немутантной последовательности зародышевой линии примерно по 5 процентам оснований.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Подтверждение факта соматического мутирования, вызванного антигеном
Примерно 25 лет назад Элистэр Каннингем, работающий в Центре медицинских исследований Джона Куртина в Канберре, впервые высказал идею о соматическом мутировании вари-абельных генов антител, вызванном антигеном. Он также первым провел эксперименты, демонстрирующие это явление. Примерно в то же время исследовательские группы Мелвила Кона (Институт Салк, Сан-Диего, США) и Сусуми Тонегавы (Базельский институт иммунологии, Швейцария) получили молекулярные доказательства существования соматического мутирования (путем анализа последовательностей белка и ДНК). Оба эти открытия были сделаны в разгар споров между сторонниками идеи соматического разнообразия и идеи разнообразия, закодированного в зародышевой линии. Самая первая гипотеза о молекулярном механизме соматического мутирования Сиднея Бреннера и Цезара Мильштейна (Кэмбриджский университет, Англия) подразумевала существование некоего склонного к ошибкам типа репликации ДНК. Предполагалось, что высоко точное копирование матрицы ДНК нарушается при репликации генов вариабельной области антител. (Это нарушение объяснялось неспособностью ДНК-полимера-зы в данном случае исправлять ошибки.) Таким образом, первые модели соматического мутирования основывались на репликации ДНК и делении клетки: так как активированные антигеном В-клетки быстро делятся, появляются мутанты, у которых изменена ДНК, кодирующая вариабельную область.
Подобно всем новым научным гипотезам, экспериментам и интерпретациям пионерская работа Элистэра Каннингема вызвала споры. Однако к 1981 г. поток публикаций из лабораторий Патрисии Гирхарт (Gearhart), Урсулы Сторб, Эла Ботуэлла (Bothwell), Лероя Худа (Hood), Дэвида Балтимора и Клауса Раевского подтвердил правильность основного предположения Каннингема. Было показано, что у мышей мутации в ДНК-последовательности перестроенного V(D)J-reHa вариабельной области появляются после стимуляции антигеном. Дальнейшие доказательства были получены в новых экспериментах с трансгенными мышами.
Все эти работы стали возможными благодаря разработке в 1975 г. методов «гибридомы» и «моноклональных антител». За создание этих методов Георг Келер и Цезар Мильштейн получили в 1983 г. Нобелевскую премию (совместно с Нильсом Ерне). В этих методах используется слияние раковой клетки (способной расти и неограниченно делиться в культуре) с индивидуальной В-клеткой иммунизированного животного. Гибридная клетка продуцирует антитело В-клетки и приобретает бессмертие раковой клетки. Такие гибридомы позволили экспериментально показать существование клонов В-клеток, предсказанное клонально-селекционной теорией Бернета, причем все потомки одной клетки имеют одинаковые V(D)J-гeны и, таким образом, производят одинаковые антитела. Клон гибридомных клеток дает возможность сравнить ДНК-последовательности соматически перестроенного V(D)J-гена В-клеток и последовательности V-элемента зародышевой линии. Во многих случаях было показано, что В-клетки, изолированные после стимуляции антигеном, накапливают много соматических мутаций в том участке V-элемента, который кодирует последовательность аминокислот от 1-й до примерно 85-й позиции и включает первые два гипервариабельных участка (см. рис. 5.3). Эти данные соответствуют предположению об отборе антигеном в центрах размножения. Частота соматических мутаций очень высока: ДНК-последовательность, включающая перестроенный V(D)J-ген, накапливала изменения, которые отличались от немутантной последовательности зародышевой линии примерно по 5 процентам оснований. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Врожденное и медицина</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>В мышином питомнике университета нежданно-негаданно родились карликовые мышата. Обычная мышь весит 20 граммов и более, эти же останавливались в росте при весе 6—8 граммов. Они оказались бесплодными, однако некоторые из их нормальных сестер и братьев стойко давали в потомстве четверть карликов. Соотношение 3:1, то есть были они по гену карликовости гетерозиготны.</p><p>Несомненно, ген карликовости нужно отнести к вызывающим наследственные болезни.</p><p>Но вот карликам начали подсаживать под кожу кусочки живого крысиного гипофиза — железы из головного мозга. Произошло «чудо»: карликовые мышата стали расти, достигли нормальных размеров и веса, самцы оказались плодовитыми, наступило практически полное выздоровление от врожденной болезни.</p><p>Точно так же, как в этом примере с мышами, вмешиваются медики в течение некоторых наследственных заболеваний у людей. Число недугов, которые удается вылечить, год от года растет. Так, при наследственном диабете помогает введение гормона инсулина, при некоторых нарушениях гипофиза — гипофизарных гормонов. Но самое большое достижение ученых — победа над резус-фактором.</p>
<p>Иногда случается так, что кровь матери несовместима по генотипу с кровью ребенка. В период беременности по сосудам младенца течет кровь матери, а собственное кровотворение еще не началось. Иное дело сразу же после родов. Связь с кровеносной системой матери прерывается, однако кровь ее все еще наполняет сосуды младенца. Но в это время начинается собственное кровотворение. И в случаях, когда мать и ребенок имели разные по резусу генотипы, младенцы гибли. А такие случаи были не так уж редки! К счастью, теперь они в прошлом. Предварительно делаются анализы крови, и когда это нужно — срочные переливания крови новорожденным. Много тысяч жизней спасено таким способом!</p><p>В 1948 году под руководством С. И. Алиханяна я проводил работу на дрозофиле.</p><p>У дрозофилы известно множество так называемых летальных генов — носители их не доживают до взрослого состояния. Было отобрано двадцать рецессивных леталей, действующих на стадии личинки или куколки. Гомозиготы по этим генам из мушиных яиц вылуплялись, однако не доживали до взрослого состояния. Им явно не хватало чего-то, чтобы нормально развиться. Нетрудно было сообразить, что это «что-то» есть у нормальных личинок и куколок, лишенных «зловредного» гена. А что, если попробовать ввести недостающее вещество через корм? Так и сделали: в кормовую среду, на которой развивались культуры с деталями, добавили кашицы из нормальных дрозофил.</p><p>Девятнадцати культурам из двадцати добавка к корму не принесла никакой пользы. Но зато в двадцатой гомозиготы по летали, замаркированные геном желтой окраски, выжили.</p><p>Выяснилось, что без добавок к корму гомозиготы по летали доживали до стадии крупной личинки, но и здесь вовсе не были склонны умирать. Они жили и жили, однако не могли окукливаться. При окукливании происходят сложнейшие перестройки во всем организме. Под контролем гена, видимо, находился важный процесс, дающий толчок к окукливанию. Надо думать, генопродукт в данном случае был гормоном. Стоило его ввести извне — и развитие происходило нормально, «смертоносного» изменения в генотипе как не бывало.</p><p>Мухи которые обязаны были умереть, жили и плодились, хотя их потомство тоже нуждалось в добавлении генопродукта извне.</p><p>Пример показывает (на дрозофиле, как на модели), что при помощи внешних воздействий можно вмешиваться в интимнейшие процессы развития, находящиеся под контролем генов.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Врожденное и медицина
В мышином питомнике университета нежданно-негаданно родились карликовые мышата. Обычная мышь весит 20 граммов и более, эти же останавливались в росте при весе 6—8 граммов. Они оказались бесплодными, однако некоторые из их нормальных сестер и братьев стойко давали в потомстве четверть карликов. Соотношение 3:1, то есть были они по гену карликовости гетерозиготны.
Несомненно, ген карликовости нужно отнести к вызывающим наследственные болезни.
Но вот карликам начали подсаживать под кожу кусочки живого крысиного гипофиза — железы из головного мозга. Произошло «чудо»: карликовые мышата стали расти, достигли нормальных размеров и веса, самцы оказались плодовитыми, наступило практически полное выздоровление от врожденной болезни.
Точно так же, как в этом примере с мышами, вмешиваются медики в течение некоторых наследственных заболеваний у людей. Число недугов, которые удается вылечить, год от года растет. Так, при наследственном диабете помогает введение гормона инсулина, при некоторых нарушениях гипофиза — гипофизарных гормонов. Но самое большое достижение ученых — победа над резус-фактором.
Иногда случается так, что кровь матери несовместима по генотипу с кровью ребенка. В период беременности по сосудам младенца течет кровь матери, а собственное кровотворение еще не началось. Иное дело сразу же после родов. Связь с кровеносной системой матери прерывается, однако кровь ее все еще наполняет сосуды младенца. Но в это время начинается собственное кровотворение. И в случаях, когда мать и ребенок имели разные по резусу генотипы, младенцы гибли. А такие случаи были не так уж редки! К счастью, теперь они в прошлом. Предварительно делаются анализы крови, и когда это нужно — срочные переливания крови новорожденным. Много тысяч жизней спасено таким способом!
В 1948 году под руководством С. И. Алиханяна я проводил работу на дрозофиле.
У дрозофилы известно множество так называемых летальных генов — носители их не доживают до взрослого состояния. Было отобрано двадцать рецессивных леталей, действующих на стадии личинки или куколки. Гомозиготы по этим генам из мушиных яиц вылуплялись, однако не доживали до взрослого состояния. Им явно не хватало чего-то, чтобы нормально развиться. Нетрудно было сообразить, что это «что-то» есть у нормальных личинок и куколок, лишенных «зловредного» гена. А что, если попробовать ввести недостающее вещество через корм? Так и сделали: в кормовую среду, на которой развивались культуры с деталями, добавили кашицы из нормальных дрозофил.
Девятнадцати культурам из двадцати добавка к корму не принесла никакой пользы. Но зато в двадцатой гомозиготы по летали, замаркированные геном желтой окраски, выжили.
Выяснилось, что без добавок к корму гомозиготы по летали доживали до стадии крупной личинки, но и здесь вовсе не были склонны умирать. Они жили и жили, однако не могли окукливаться. При окукливании происходят сложнейшие перестройки во всем организме. Под контролем гена, видимо, находился важный процесс, дающий толчок к окукливанию. Надо думать, генопродукт в данном случае был гормоном. Стоило его ввести извне — и развитие происходило нормально, «смертоносного» изменения в генотипе как не бывало.
Мухи которые обязаны были умереть, жили и плодились, хотя их потомство тоже нуждалось в добавлении генопродукта извне.
Пример показывает (на дрозофиле, как на модели), что при помощи внешних воздействий можно вмешиваться в интимнейшие процессы развития, находящиеся под контролем генов. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">«Урожайность», увеличенная стократно</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>1948 год. Маленькая группка генетиков берется за пенициллин, который в то время был дефицитен, потому что на заводах использовались на редкость неурожайные штаммы[2] грибков. На ходу осваивают люди микробиологические методики и создают новые; без этого не обойтись: то, за что они взялись, новая отрасль науки — микробиологическая генетика. И вот тут-то сказывается одна из особенностей дарования руководителя этой группы С. И. Алнханяна: умение находить, поддерживать способных людей, выращивать из них высококвалифицированных специалистов. Небольшая группа довольно быстро превращается в крупнейшую в СССР лабораторию, и не просто в лабораторию — в кузницу кадров генетиков-микробиологов. В условиях, когда ни один из вузов не готовил генетиков, Алиханян сумел вырастить четырнадцать кандидатов наук!</p><p>А вместе с кадрами росли и успехи. Под действием лучей пенициллиум давал мутации, а скрупулезный и хитроумный отбор подхватывал их. Новый штамм — подлинный богатырь: он накапливает в своем теле в сто раз больше пенициллина, чем штамм исходный! А это значит, что в сто раз можно сократить потребную для него производственную площадь, во множество раз — расходы на получение лекарства. И еще это означает сотни тысяч, быть может миллионы, спасенных жизней. Этот штамм в течение многих лет применялся на всех наших заводах, да и не только на наших: он приобрел всемирную известность и сейчас «трудится» на заводах многих стран.</p>
<p>Но не один пенициллин был «властителем дум» лаборатории Алиханяна. Благодаря комплексному действию этиленимина, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей здесь выведены штаммы биомицина, производительность которых увеличена на 600%, террамицина — на 800%, эритромицина и олеандомицина — на 800—1000%.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | «Урожайность», увеличенная стократно
1948 год. Маленькая группка генетиков берется за пенициллин, который в то время был дефицитен, потому что на заводах использовались на редкость неурожайные штаммы[2] грибков. На ходу осваивают люди микробиологические методики и создают новые; без этого не обойтись: то, за что они взялись, новая отрасль науки — микробиологическая генетика. И вот тут-то сказывается одна из особенностей дарования руководителя этой группы С. И. Алнханяна: умение находить, поддерживать способных людей, выращивать из них высококвалифицированных специалистов. Небольшая группа довольно быстро превращается в крупнейшую в СССР лабораторию, и не просто в лабораторию — в кузницу кадров генетиков-микробиологов. В условиях, когда ни один из вузов не готовил генетиков, Алиханян сумел вырастить четырнадцать кандидатов наук!
А вместе с кадрами росли и успехи. Под действием лучей пенициллиум давал мутации, а скрупулезный и хитроумный отбор подхватывал их. Новый штамм — подлинный богатырь: он накапливает в своем теле в сто раз больше пенициллина, чем штамм исходный! А это значит, что в сто раз можно сократить потребную для него производственную площадь, во множество раз — расходы на получение лекарства. И еще это означает сотни тысяч, быть может миллионы, спасенных жизней. Этот штамм в течение многих лет применялся на всех наших заводах, да и не только на наших: он приобрел всемирную известность и сейчас «трудится» на заводах многих стран.
Но не один пенициллин был «властителем дум» лаборатории Алиханяна. Благодаря комплексному действию этиленимина, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей здесь выведены штаммы биомицина, производительность которых увеличена на 600%, террамицина — на 800%, эритромицина и олеандомицина — на 800—1000%. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Структура антител</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Теперь кратко рассмотрим структуру молекулы антитела. Все антитела имеют общий план строения — это белки, состоящие из нескольких субъединиц. На рис. 3.2 показано строение наиболее обычного антитела, называемого IgG. Эта структура была впервые описана в 1960-е годы в лаборатории Джералда Эдель-мана (Edelman) и Родни Портера ( Porter), которые были удостоены Нобелевской премии в 1972 г. Антигенсвязывающий центр состоит из вариабельных (V) областей тяжелой (Н) и легкой (L) белковых цепей, объединенных в HL-гетеродимер. Каждая молекула антитела состоит из двух идентичных HL ге-теродимеров, кроме пентамера IgM, у которого десять HL-гете-родимеров (рис. 3.2 и 3.5). Константная (постоянная) С-область молекулы запускает лизис (разрушение) или фагоцитоз (поглощение фагоцитом) чужих бактериальных клеток и частиц после связывания с ними антитела (рис. 3.1).</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_18_img_15.png"/>
</p><p><strong>Рис. 3.5. Строение пентамерной молекулы IgМ антитела, состоящей из 10 HL-гетеродимеров (5 мономеров молекулы IgМ). Подробности в табл. 3.1. Каждый антигенсвязывающий центр имеет невысокую аффинность, но связывание во многих центрах увеличивает среднюю авидность антитела (см. рис. 3.7).</strong></p>
<p>По правилам традиционной генетики для кодирования Н-цепи антитела нужен один ген, а для кодирования L-цепи — другой. Достаточно ли в нашем геноме ДНК для кодирования всех специфичных антител (скажем, миллиона)? Этот важный вопрос был поставлен в 1960-е годы Мелвином Коном (Cohn) и другими учеными сразу после расшифровки генетического кода. Этот вопрос и проблема механизма аутотолерантности заставили усилить внимание к стратегии, которой должна следовать иммунная система при создании того разнообразия связывающих антигены рецепторов, которое необходимо для борьбы с инфекционными заболеваниями. Стратегия ли это «зародышевой линии», при которой все специфичные антитела закодированы в яйцеклетках и сперматозоидах? Или же иммунная система использует особую «соматическую» стратегию, при которой гены в лимфоцитах мутируют или случайно рекомбинируют, образуя дополнительное разнообразие в репертуаре HL-центров?</p><p>В 1960-е и начале 1970-х годов среди ученых, придерживающихся этих двух принципиально различных мнений, происходили кратковременные, но частые теоретические сражения. Тем не менее к концу 1970-х годов благодаря молекулярно-ге-нетаческим работам Сусуми Тонегава (Tonegawa), получившего в 1987 г. Нобелевскую премию, эта проблема была в основном решена. Сейчас мы знаем, что часть разнообразия создается генами зародышевой линии, но случайные соматические процессы (рекомбинация и мутация) также необходимы для образования гигантского разнообразия антител и рецепторов Т-клеток. То есть, в течение жизни наш организм «учится» бороться с многочисленными захватчиками и создает в лимфоцитах много новых ДНК-последовательностей, кодирующих антитела. Далее мы обсудим данные, указывающие на то, что ДНК-последовательности из лимфоцитов могут быть включены в половые клетки и переданы следующим поколениям.</p><p>Теперь мы конкретизируем основные элементы проблемы создания репертуара антител и молекулярные детали иммунного ответа. Тяжелая цепь каждого антитела представляет собой белок, состоящий примерно из 400 аминокислот (100 в V-обла-сти и 300 в С-области), а каждая легкая цепь состоит примерно из 200 аминокислот (100 в V-области и 100 в С-области). Так как каждая аминокислота определяется кодоном из трех оснований (приложение), в последовательности ДНК, необходимой для кодирования каждого HL-гетеродимера, должно быть по крайней мере 1800 (600 • 3) оснований при условии, что и Н-, и L-це-пи кодируются традиционными генами. Если существует 1 млн. разнообразных антител (по современным представлениям эта оценка разумна), это означает, что в геноме человека почти 2 млрд. (1800 • 1 000 000 или 1,8 • 10<sup class="sup">9</sup>) оснований кодируют только возможный репертуар антител. Даже если ограничиться только существенной информацией, то есть V-областями, а именно они составляют антигенсвязывающий центр, то это число уменьшится до 0,6 • 10<sup class="sup">9</sup> оснований. А весь геном человека содержит максимум 3—4 млрд. оснований! Таким образом, по самым минимальным оценкам, от 1/6 до 1/2 всей ДНК должны кодировать молекулы антител!</p><p>Когда 30 лет назад впервые оценили это число, исследователи поняли, что Ig-гены, кодирующие антитела, должны иметь особую стратегию хранения информации, отличную от других генов. Эти другие гены мы будем называть «однокопийными», или просто генами «домашнего хозяйства». Кроме того, в других работах, проведенных в 1970-е годы, было показано, что в промежутках между генами расположены некодирующие последовательности ДНК, (их часто называют «избыточной» ДНК). Было показано, что на «избыточную» ДНК приходится примерно 98 процентов или даже больше от всей ДНК генома позвоночных. («Избыточная» ДНК не кодирует белковые последовательности, но, по-видимому, играет какую-либо важную функциональную роль. Она может участвовать в упаковке хромосом или в регуляции активности генов и репликации ДНК.) Эти вычисления означали, что если антитела кодируются традиционными генами, то в зародышевой линии хватит кодирующей ДНК только для 10 000 антител, а не для 1 млн., как был оценен репертуар антител. А что же остается для всех генов «домашнего хозяйства?»</p><p>Итак, уже к концу 1960-х годов стало очевидно, что все разнообразие антител не может быть закодировано только в половых клетках. Жизнь нуждается в гораздо большем, чем только в производстве антител! Одним из возможных решений явилось предположение, что разнообразие Ig-генов, ответственных за кодирование антител, каким-то образом генерируется соматическими событиями. Работа Сусуми Тонегава, продемонстрировавшая уникальные перестройки ДНК, кодирующей V-области антител, и работы многих других исследователей, показавшие соматическое мутирование V-генов, наконец, разрешили эту проблему. Обсуждение этого вопроса мы продолжим в разделе, посвященном структуре Ig-генов.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Структура антител
Теперь кратко рассмотрим структуру молекулы антитела. Все антитела имеют общий план строения — это белки, состоящие из нескольких субъединиц. На рис. 3.2 показано строение наиболее обычного антитела, называемого IgG. Эта структура была впервые описана в 1960-е годы в лаборатории Джералда Эдель-мана (Edelman) и Родни Портера ( Porter), которые были удостоены Нобелевской премии в 1972 г. Антигенсвязывающий центр состоит из вариабельных (V) областей тяжелой (Н) и легкой (L) белковых цепей, объединенных в HL-гетеродимер. Каждая молекула антитела состоит из двух идентичных HL ге-теродимеров, кроме пентамера IgM, у которого десять HL-гете-родимеров (рис. 3.2 и 3.5). Константная (постоянная) С-область молекулы запускает лизис (разрушение) или фагоцитоз (поглощение фагоцитом) чужих бактериальных клеток и частиц после связывания с ними антитела (рис. 3.1).
Рис. 3.5. Строение пентамерной молекулы IgМ антитела, состоящей из 10 HL-гетеродимеров (5 мономеров молекулы IgМ). Подробности в табл. 3.1. Каждый антигенсвязывающий центр имеет невысокую аффинность, но связывание во многих центрах увеличивает среднюю авидность антитела (см. рис. 3.7).
По правилам традиционной генетики для кодирования Н-цепи антитела нужен один ген, а для кодирования L-цепи — другой. Достаточно ли в нашем геноме ДНК для кодирования всех специфичных антител (скажем, миллиона)? Этот важный вопрос был поставлен в 1960-е годы Мелвином Коном (Cohn) и другими учеными сразу после расшифровки генетического кода. Этот вопрос и проблема механизма аутотолерантности заставили усилить внимание к стратегии, которой должна следовать иммунная система при создании того разнообразия связывающих антигены рецепторов, которое необходимо для борьбы с инфекционными заболеваниями. Стратегия ли это «зародышевой линии», при которой все специфичные антитела закодированы в яйцеклетках и сперматозоидах? Или же иммунная система использует особую «соматическую» стратегию, при которой гены в лимфоцитах мутируют или случайно рекомбинируют, образуя дополнительное разнообразие в репертуаре HL-центров?
В 1960-е и начале 1970-х годов среди ученых, придерживающихся этих двух принципиально различных мнений, происходили кратковременные, но частые теоретические сражения. Тем не менее к концу 1970-х годов благодаря молекулярно-ге-нетаческим работам Сусуми Тонегава (Tonegawa), получившего в 1987 г. Нобелевскую премию, эта проблема была в основном решена. Сейчас мы знаем, что часть разнообразия создается генами зародышевой линии, но случайные соматические процессы (рекомбинация и мутация) также необходимы для образования гигантского разнообразия антител и рецепторов Т-клеток. То есть, в течение жизни наш организм «учится» бороться с многочисленными захватчиками и создает в лимфоцитах много новых ДНК-последовательностей, кодирующих антитела. Далее мы обсудим данные, указывающие на то, что ДНК-последовательности из лимфоцитов могут быть включены в половые клетки и переданы следующим поколениям.
Теперь мы конкретизируем основные элементы проблемы создания репертуара антител и молекулярные детали иммунного ответа. Тяжелая цепь каждого антитела представляет собой белок, состоящий примерно из 400 аминокислот (100 в V-обла-сти и 300 в С-области), а каждая легкая цепь состоит примерно из 200 аминокислот (100 в V-области и 100 в С-области). Так как каждая аминокислота определяется кодоном из трех оснований (приложение), в последовательности ДНК, необходимой для кодирования каждого HL-гетеродимера, должно быть по крайней мере 1800 (600 • 3) оснований при условии, что и Н-, и L-це-пи кодируются традиционными генами. Если существует 1 млн. разнообразных антител (по современным представлениям эта оценка разумна), это означает, что в геноме человека почти 2 млрд. (1800 • 1 000 000 или 1,8 • 109) оснований кодируют только возможный репертуар антител. Даже если ограничиться только существенной информацией, то есть V-областями, а именно они составляют антигенсвязывающий центр, то это число уменьшится до 0,6 • 109 оснований. А весь геном человека содержит максимум 3—4 млрд. оснований! Таким образом, по самым минимальным оценкам, от 1/6 до 1/2 всей ДНК должны кодировать молекулы антител!
Когда 30 лет назад впервые оценили это число, исследователи поняли, что Ig-гены, кодирующие антитела, должны иметь особую стратегию хранения информации, отличную от других генов. Эти другие гены мы будем называть «однокопийными», или просто генами «домашнего хозяйства». Кроме того, в других работах, проведенных в 1970-е годы, было показано, что в промежутках между генами расположены некодирующие последовательности ДНК, (их часто называют «избыточной» ДНК). Было показано, что на «избыточную» ДНК приходится примерно 98 процентов или даже больше от всей ДНК генома позвоночных. («Избыточная» ДНК не кодирует белковые последовательности, но, по-видимому, играет какую-либо важную функциональную роль. Она может участвовать в упаковке хромосом или в регуляции активности генов и репликации ДНК.) Эти вычисления означали, что если антитела кодируются традиционными генами, то в зародышевой линии хватит кодирующей ДНК только для 10 000 антител, а не для 1 млн., как был оценен репертуар антител. А что же остается для всех генов «домашнего хозяйства?»
Итак, уже к концу 1960-х годов стало очевидно, что все разнообразие антител не может быть закодировано только в половых клетках. Жизнь нуждается в гораздо большем, чем только в производстве антител! Одним из возможных решений явилось предположение, что разнообразие Ig-генов, ответственных за кодирование антител, каким-то образом генерируется соматическими событиями. Работа Сусуми Тонегава, продемонстрировавшая уникальные перестройки ДНК, кодирующей V-области антител, и работы многих других исследователей, показавшие соматическое мутирование V-генов, наконец, разрешили эту проблему. Обсуждение этого вопроса мы продолжим в разделе, посвященном структуре Ig-генов. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Теория соматических мутаций</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Многоклеточный организм состоит из сотен миллионов клеток, некоторые из них непрерывно и быстро делятся. Например, у человека и других позвоночных все клетки крови обновляются со скоростью десять миллионов в день. Эпителиальные клетки кожи и слизистых (пищеварительного тракта и носоглотки) ежедневно образуют миллионы дочерних клеток, замещающих израсходованные, т. е. те клетки, которые слущиваются с эпителиальных поверхностей. Во внутренних органах (сердце, печени, почках и мозге) скорость замещения клеток низкая. Нейроны (нервные клетки) у взрослого человека не делятся вообще. При делении клетки ДНК в ядре удваивается, образуются копии всех хромосом, которые передаются дочерним клеткам. Если это происходит в большом числе клеток, надо ожидать появления какого-то числа соматических мутаций (несмотря даже на то, что частота мутаций при репликации ДНК низка). Следовательно, у крупных многоклеточных животных соматические мутации будут появляться все время, особенно в тех клеточных популяциях или тканях, где скорость замещения клеток очень высока.</p>
<p>Все виды злокачественных опухолей вызваны соматическими генными мутациями, которые делают клетки невосприимчивыми к сигналам, ограничивающим их рост или вызывающим гибель; такие клетки начинают «жить своей собственной жизнью». Они могут мутировать дальше, становясь локально агрессивными или давая начало метастазам. Наглядный пример последствия соматических мутаций — кожные формы рака. Они возникают из единичной мутантной клетки при ее делении. Клон клеток, подобно колонии плесневых грибов на черством хлебе, растет на ограниченном участке кожи. Наиболее злокачественная форма рака кожи — меланома (пигментированная опухоль). Сейчас известно, что ее образование провоцирует ультрафиолетовое излучение солнца.</p><p>Соматические мутации, приводящие к раку, как и мутации, неблагоприятно действующие на функции важных структурных белков и ферментов, несомненно вредны. Мы кратко рассказали о них, чтобы показать контраст с полезными мутациями, которые происходят в генах вариабельных областей антитела, и подчеркнуть исключительность процесса контроля/отбора в мутантных В-лимфоцитах. Теперь повторим наши ключевые вопросы и попытаемся установить возможные биологические механизмы, обеспечивающие эти процессы.</p><p>Сейчас известно, что в ходе иммунного ответа в перестроенных V(D)J-генax соматические мутации возникают с высокой частотой. В отобранных антигеном В-клетках частота мутаций V(D)J-генов составляет примерно 1/1000 — 1/10000 оснований на репликационное событие. Это в миллионы раз выше, чем частота мутирования генов, передающихся с половыми клетками. Мутантные V-области антитела появляются через 5—10 дней после воздействия антигена. Считается, что увеличение аффинности (сродства к антигену) антитела основано на соматическом мутировании и отборе в течение иммунного ответа (рис. 3.8). Несмотря на то, что молекулярные механизмы мутационного процесса в соматических клетках иммунной системы активно исследуются во многих лабораториях мира, включая и лабораторию Теда Стила и Боба Бландэна, еще остаются вопросы, требующие объяснения. Может ли биологическая система обеспечивать полезность соматических мутаций (например, удаляя вредные мутации, но сохраняя полезные)? По нашему мнению, ответ на этот вопрос — да, может. Иммунная система выработала два тесно связанных процесса — соматического мутирования и отбора наиболее приспособленных, которые обеспечивают животным потенциальные преимущества.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Теория соматических мутаций
Многоклеточный организм состоит из сотен миллионов клеток, некоторые из них непрерывно и быстро делятся. Например, у человека и других позвоночных все клетки крови обновляются со скоростью десять миллионов в день. Эпителиальные клетки кожи и слизистых (пищеварительного тракта и носоглотки) ежедневно образуют миллионы дочерних клеток, замещающих израсходованные, т. е. те клетки, которые слущиваются с эпителиальных поверхностей. Во внутренних органах (сердце, печени, почках и мозге) скорость замещения клеток низкая. Нейроны (нервные клетки) у взрослого человека не делятся вообще. При делении клетки ДНК в ядре удваивается, образуются копии всех хромосом, которые передаются дочерним клеткам. Если это происходит в большом числе клеток, надо ожидать появления какого-то числа соматических мутаций (несмотря даже на то, что частота мутаций при репликации ДНК низка). Следовательно, у крупных многоклеточных животных соматические мутации будут появляться все время, особенно в тех клеточных популяциях или тканях, где скорость замещения клеток очень высока.
Все виды злокачественных опухолей вызваны соматическими генными мутациями, которые делают клетки невосприимчивыми к сигналам, ограничивающим их рост или вызывающим гибель; такие клетки начинают «жить своей собственной жизнью». Они могут мутировать дальше, становясь локально агрессивными или давая начало метастазам. Наглядный пример последствия соматических мутаций — кожные формы рака. Они возникают из единичной мутантной клетки при ее делении. Клон клеток, подобно колонии плесневых грибов на черством хлебе, растет на ограниченном участке кожи. Наиболее злокачественная форма рака кожи — меланома (пигментированная опухоль). Сейчас известно, что ее образование провоцирует ультрафиолетовое излучение солнца.
Соматические мутации, приводящие к раку, как и мутации, неблагоприятно действующие на функции важных структурных белков и ферментов, несомненно вредны. Мы кратко рассказали о них, чтобы показать контраст с полезными мутациями, которые происходят в генах вариабельных областей антитела, и подчеркнуть исключительность процесса контроля/отбора в мутантных В-лимфоцитах. Теперь повторим наши ключевые вопросы и попытаемся установить возможные биологические механизмы, обеспечивающие эти процессы.
Сейчас известно, что в ходе иммунного ответа в перестроенных V(D)J-генax соматические мутации возникают с высокой частотой. В отобранных антигеном В-клетках частота мутаций V(D)J-генов составляет примерно 1/1000 — 1/10000 оснований на репликационное событие. Это в миллионы раз выше, чем частота мутирования генов, передающихся с половыми клетками. Мутантные V-области антитела появляются через 5—10 дней после воздействия антигена. Считается, что увеличение аффинности (сродства к антигену) антитела основано на соматическом мутировании и отборе в течение иммунного ответа (рис. 3.8). Несмотря на то, что молекулярные механизмы мутационного процесса в соматических клетках иммунной системы активно исследуются во многих лабораториях мира, включая и лабораторию Теда Стила и Боба Бландэна, еще остаются вопросы, требующие объяснения. Может ли биологическая система обеспечивать полезность соматических мутаций (например, удаляя вредные мутации, но сохраняя полезные)? По нашему мнению, ответ на этот вопрос — да, может. Иммунная система выработала два тесно связанных процесса — соматического мутирования и отбора наиболее приспособленных, которые обеспечивают животным потенциальные преимущества. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">О трехцветном коте Анчутке, или Есть над чем поразмыслить</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>С некоторых пор я считаю, что только очень наивные люди полагают, что чудес не бывает. Судите сами.</p><p>Живет у меня кошка Сима — существо с причудливым характером и не менее причудливым генотипом. Мать ее — чистокровка сиамской породы, длинноногая короткошерстая хищница с палевым телом, черной мордочкой, черными лапками и хвостом. А отец — полусиамец но происхождению, но по виду обыкновенный полосатый чердачнпк. Сима, в общем-то, в маму, палевая и изящная, вот только хвост у нее — полосатый, самый банальный. Эта Сима нет-нет да и приносит котят, разнообразных, чаще черных и полосатых. Но вот от пятнистого бело-серого кота появились пятнистые котята, причем один из них, кот, — трехцветный!</p><p>Вот он сидит передо мной, мордастый и толстобрюхий юный котище Анчутка. Преобладает у него белый цвет, много и черного, но есть и... рыжие пятна. Феномен? Безусловно. Недаром когда-то среди религиозных людей ходило поверье: рождение трехцветного кота означает одновременное рождение Антихриста. Эта легенда могла возникнуть только потому, что трехцветные коты крайне редки. Однако для того и существуют феномены, чтобы их разъяснять. И вот тут-то у меня положение затруднительное.</p>
<p>Есть два способа исследования: гибридологический анализ и цитологический анализ. В первом случае кота нужно скрещивать с различными кошками, получать массу котят. Но мне этого делать не хочется. А во втором случае от кота нужно взять кусочек ткани, сделать препараты и просмотреть хромосомы. Резать кота? Нет! Правда, можно еще взять кровь и провести анализ на лейкоцитах (есть такая новейшая методика), но и это совсем не просто. И остается одно: теоретизировать. Этим сейчас и займемся.</p><p>С чего начинается всякое теоретизирование? С поисков литературы — незачем открывать Америки, уже открытые.</p><p>Генетикой кошек мало кто занимался, но все же кое-что найти удалось. Трехцветные, иначе черепаховые, коты иногда появляются, и хоть этот случай для нас не подходит — там обязательно должна быть трехцветной мать,— мы в нем разберемся.</p><p>В норме при редукционном делении половые хромосомы самки (<em>XX</em>) расходятся по одной в каждую из гамет (<em>X</em>). Однако на дрозофиле и других объектах показаны случаи так называемого нерасхожденпя. При этом в одну из гамет попадают обе <em>Х</em>-хромосомы (<em>XX</em>), в другую ни одной. После оплодотворения таких гамет зиготы получаются с формулами <em>XXX</em>, <em>XXY</em>, <em>Х0</em> (зигота типа <em>0Y</em> не выживает). На человеке, дрозофиле, кошке было прослежено, что лишняя хромосома или ее отсутствие — это всегда болезнь, проявляющаяся, как правило, очень резко. Случай этот для нас не подходит, и не только потому, что мать Анчутки не трехцветна. Кот совершенно здоров.</p><p>Можно предположить другой путь возникновения трехцветного кота. В результате транслокации с первой хромосомы ген черной либо рыжей окраски может «перескочить» в какую-либо другую хромосому. Но и это объяснение не подходит к нашему случаю, так как тут нужна либо трехцветная мать, либо рыжий кот. Кстати, возникновение «рыжего» гена в результате мутации в данном случае практически невероятно: оно должно было совпасть с нерасхождением или транслокацией, а вероятность такого совпадения уж очень мала. Но если не подходят гипотезы книжные, нужно придумывать свою.</p><p>Гляжу я на кота и думаю: кого он напоминает? По окраске больше всего пятнистую собачку, фокстерьера. И только подумал об этом, как в памяти всплыл старый спор. В начале нашего века генетик Бетсон спорил с противниками менделизма. Те в качестве доказательства несостоятельности законов Менделя приводили скрещивания у пятнистых собачек. В дальнейшем выяснилось, что противоречий с менделизмом в этих скрещиваниях нет, просто здесь происходят на редкость сложные расщепления, видимую картину которых нарушают взаимодействия генов. Чем пятнистые кошки лучше или хуже пятнистых собак? К тому же в рассматриваемом случае мать — сложный гибрид, а генотип отца и вовсе не поддается контролю. Но и тут препятствие: откуда же взялась рыжая окраска? Можно предположить, что пятна у кота по виду лишь рыжие, по происхождению же — палевые, как у сиамских кошек. Правда, палевость — рецессив, но мало ли что может «болтаться» в генотипе отца? А генные взаимодействия могли превратить сплошную палевость сиамок в пятна, сделать ее интенсивной, рыжей... Впрочем, пятна у Анчутки с возрастом темнеют.</p><p>Признаю, что эта гипотеза весьма приблизительна, но лучшей предложить не могу. Быть может, подумает кто-либо из читателей?</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | О трехцветном коте Анчутке, или Есть над чем поразмыслить
С некоторых пор я считаю, что только очень наивные люди полагают, что чудес не бывает. Судите сами.
Живет у меня кошка Сима — существо с причудливым характером и не менее причудливым генотипом. Мать ее — чистокровка сиамской породы, длинноногая короткошерстая хищница с палевым телом, черной мордочкой, черными лапками и хвостом. А отец — полусиамец но происхождению, но по виду обыкновенный полосатый чердачнпк. Сима, в общем-то, в маму, палевая и изящная, вот только хвост у нее — полосатый, самый банальный. Эта Сима нет-нет да и приносит котят, разнообразных, чаще черных и полосатых. Но вот от пятнистого бело-серого кота появились пятнистые котята, причем один из них, кот, — трехцветный!
Вот он сидит передо мной, мордастый и толстобрюхий юный котище Анчутка. Преобладает у него белый цвет, много и черного, но есть и... рыжие пятна. Феномен? Безусловно. Недаром когда-то среди религиозных людей ходило поверье: рождение трехцветного кота означает одновременное рождение Антихриста. Эта легенда могла возникнуть только потому, что трехцветные коты крайне редки. Однако для того и существуют феномены, чтобы их разъяснять. И вот тут-то у меня положение затруднительное.
Есть два способа исследования: гибридологический анализ и цитологический анализ. В первом случае кота нужно скрещивать с различными кошками, получать массу котят. Но мне этого делать не хочется. А во втором случае от кота нужно взять кусочек ткани, сделать препараты и просмотреть хромосомы. Резать кота? Нет! Правда, можно еще взять кровь и провести анализ на лейкоцитах (есть такая новейшая методика), но и это совсем не просто. И остается одно: теоретизировать. Этим сейчас и займемся.
С чего начинается всякое теоретизирование? С поисков литературы — незачем открывать Америки, уже открытые.
Генетикой кошек мало кто занимался, но все же кое-что найти удалось. Трехцветные, иначе черепаховые, коты иногда появляются, и хоть этот случай для нас не подходит — там обязательно должна быть трехцветной мать,— мы в нем разберемся.
В норме при редукционном делении половые хромосомы самки (XX) расходятся по одной в каждую из гамет (X). Однако на дрозофиле и других объектах показаны случаи так называемого нерасхожденпя. При этом в одну из гамет попадают обе Х-хромосомы (XX), в другую ни одной. После оплодотворения таких гамет зиготы получаются с формулами XXX, XXY, Х0 (зигота типа 0Y не выживает). На человеке, дрозофиле, кошке было прослежено, что лишняя хромосома или ее отсутствие — это всегда болезнь, проявляющаяся, как правило, очень резко. Случай этот для нас не подходит, и не только потому, что мать Анчутки не трехцветна. Кот совершенно здоров.
Можно предположить другой путь возникновения трехцветного кота. В результате транслокации с первой хромосомы ген черной либо рыжей окраски может «перескочить» в какую-либо другую хромосому. Но и это объяснение не подходит к нашему случаю, так как тут нужна либо трехцветная мать, либо рыжий кот. Кстати, возникновение «рыжего» гена в результате мутации в данном случае практически невероятно: оно должно было совпасть с нерасхождением или транслокацией, а вероятность такого совпадения уж очень мала. Но если не подходят гипотезы книжные, нужно придумывать свою.
Гляжу я на кота и думаю: кого он напоминает? По окраске больше всего пятнистую собачку, фокстерьера. И только подумал об этом, как в памяти всплыл старый спор. В начале нашего века генетик Бетсон спорил с противниками менделизма. Те в качестве доказательства несостоятельности законов Менделя приводили скрещивания у пятнистых собачек. В дальнейшем выяснилось, что противоречий с менделизмом в этих скрещиваниях нет, просто здесь происходят на редкость сложные расщепления, видимую картину которых нарушают взаимодействия генов. Чем пятнистые кошки лучше или хуже пятнистых собак? К тому же в рассматриваемом случае мать — сложный гибрид, а генотип отца и вовсе не поддается контролю. Но и тут препятствие: откуда же взялась рыжая окраска? Можно предположить, что пятна у кота по виду лишь рыжие, по происхождению же — палевые, как у сиамских кошек. Правда, палевость — рецессив, но мало ли что может «болтаться» в генотипе отца? А генные взаимодействия могли превратить сплошную палевость сиамок в пятна, сделать ее интенсивной, рыжей... Впрочем, пятна у Анчутки с возрастом темнеют.
Признаю, что эта гипотеза весьма приблизительна, но лучшей предложить не могу. Быть может, подумает кто-либо из читателей? | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Не мозаика признаков, а единое целое</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Когда был вторично открыт менделизм, им увлеклись многие биологи в разных странах, начали скрещивать, изучать наследование, описывать гены. И это, конечно, привело к резкому скачку в развитии генетики. Но все имеет свои плюсы и минусы, так случилось и здесь. Независимость наследования, комбинаторика привели некоторых к неверному, мало того — нелепому представлению об организме как мозаике признаков. А ведь на деле это совсем не так!</p><p>Начать с того, что подавляющее число признаков организма обусловлено вовсе не действием одного, отдельно взятого гена, а взаимодействием, взаимным влиянием многих генов. Нет, например, гена жирномолочности у крупного рогатого скота или, например, гена длинношерстости у овец. Хозяйственно важные признаки, за исключением некоторых наипростейших, например цвет шкурки у норки или каракуля, зависят от большого числа генов, находятся практически под контролем почти всего генотипа.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_29_img_50.png"/>
</p><p><em>Новообразование у кур.</em></p><p>В простейших случаях наличие или отсутствие того или иного гена никак не сказывается на действии других генов. Морщинистые семена могут быть у горохов и с красными и с белыми цветами, в бобах с перехватами и без них. Но уже первые генетики открыли множество случаев более сложных. Вот, например, на схеме скрещивание кур с гребнями разных типов. У меня нет возможности подробно разбираться в этом скрещивании — оно очень сложно, англичанин Бетсон в начале века немало поломал над ним голову. Однако схему я привожу. Если читатель и не сумеет в ней разобраться, то, во всяком случае, он поймет: все здесь очень сложно. Гены взаимодействуют, и результаты взаимодействия совсем нелегко объяснить. Не так все просто, как может показаться вначале, как, может быть, показалось кое-кому из читателей, как думали генетики в начале века. Организм — не мозаика признаков. Он неразрывное единство.</p>
<p>А теперь вернемся к пецилиям — здесь продолжить о них рассказ весьма уместно. Самцы у пецшшн гомозиготны но половой хромосоме, и получить красно-черных самцов легко. Но как быть с самками? У них только одна <em>Z</em>-хромосома, вторая же — <em>W</em> — не несет генов окраски. Помочь тут может кроссигновер (перекрест) между хромосомами у самца. Чтобы «поймать» нужную нам самку-перекрестницу, черно-красного самца следует скрестить с какой-либо самкой (красной или черной).</p><p>Перекрест между генами <em>R</em> и <em>N</em> происходит у пецилий примерно в 1,5% случаев, поэтому при достаточном числе потомков получить красно-черную самку не так уж сложно. Однако вот тут-то и приходит разочарование. Дело в том, что у красно-черной самки совсем не такая яркая, не такая красивая краснота, как у красно-черного самца. Почему? Казалось бы, одни и те же гены, и разве имеет значение, что «пересадили» один из них в другую хромосому, разместили рядышком с другим геном... Оказывается, имеет!</p><p>Это явление, только не на пецилиях, а на дрозофиле и при другом типе генных перемещений, открыли американец А. Стертевант и советские генетики Н. П. Дубинин и Б. Н. Сидоров. Они назвали его эффектом положения. Проявление гена, его действие, оказывается, помимо всего прочего, зависит еще и от места, которое занимает он в хромосоме. Организм— не мозаика признаков; учение об эффекте положения это лишний раз подтверждает.</p><p>К чести генетиков, нужно сказать, что от наивных представлений начала нашего века они давно отказались.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Не мозаика признаков, а единое целое
Когда был вторично открыт менделизм, им увлеклись многие биологи в разных странах, начали скрещивать, изучать наследование, описывать гены. И это, конечно, привело к резкому скачку в развитии генетики. Но все имеет свои плюсы и минусы, так случилось и здесь. Независимость наследования, комбинаторика привели некоторых к неверному, мало того — нелепому представлению об организме как мозаике признаков. А ведь на деле это совсем не так!
Начать с того, что подавляющее число признаков организма обусловлено вовсе не действием одного, отдельно взятого гена, а взаимодействием, взаимным влиянием многих генов. Нет, например, гена жирномолочности у крупного рогатого скота или, например, гена длинношерстости у овец. Хозяйственно важные признаки, за исключением некоторых наипростейших, например цвет шкурки у норки или каракуля, зависят от большого числа генов, находятся практически под контролем почти всего генотипа.
Новообразование у кур.
В простейших случаях наличие или отсутствие того или иного гена никак не сказывается на действии других генов. Морщинистые семена могут быть у горохов и с красными и с белыми цветами, в бобах с перехватами и без них. Но уже первые генетики открыли множество случаев более сложных. Вот, например, на схеме скрещивание кур с гребнями разных типов. У меня нет возможности подробно разбираться в этом скрещивании — оно очень сложно, англичанин Бетсон в начале века немало поломал над ним голову. Однако схему я привожу. Если читатель и не сумеет в ней разобраться, то, во всяком случае, он поймет: все здесь очень сложно. Гены взаимодействуют, и результаты взаимодействия совсем нелегко объяснить. Не так все просто, как может показаться вначале, как, может быть, показалось кое-кому из читателей, как думали генетики в начале века. Организм — не мозаика признаков. Он неразрывное единство.
А теперь вернемся к пецилиям — здесь продолжить о них рассказ весьма уместно. Самцы у пецшшн гомозиготны но половой хромосоме, и получить красно-черных самцов легко. Но как быть с самками? У них только одна Z-хромосома, вторая же — W — не несет генов окраски. Помочь тут может кроссигновер (перекрест) между хромосомами у самца. Чтобы «поймать» нужную нам самку-перекрестницу, черно-красного самца следует скрестить с какой-либо самкой (красной или черной).
Перекрест между генами R и N происходит у пецилий примерно в 1,5% случаев, поэтому при достаточном числе потомков получить красно-черную самку не так уж сложно. Однако вот тут-то и приходит разочарование. Дело в том, что у красно-черной самки совсем не такая яркая, не такая красивая краснота, как у красно-черного самца. Почему? Казалось бы, одни и те же гены, и разве имеет значение, что «пересадили» один из них в другую хромосому, разместили рядышком с другим геном... Оказывается, имеет!
Это явление, только не на пецилиях, а на дрозофиле и при другом типе генных перемещений, открыли американец А. Стертевант и советские генетики Н. П. Дубинин и Б. Н. Сидоров. Они назвали его эффектом положения. Проявление гена, его действие, оказывается, помимо всего прочего, зависит еще и от места, которое занимает он в хромосоме. Организм— не мозаика признаков; учение об эффекте положения это лишний раз подтверждает.
К чести генетиков, нужно сказать, что от наивных представлений начала нашего века они давно отказались. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Смит и Браун обращаются за советом</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Представим себе такую картину.</p><p>Мистер Смит полюбил мисс Браун, она ответила ему взаимностью. Но вот беда: Браун девушка образованная, кое-что читала по генетике. А в семье у нее наблюдались заболевания эпилепсией. От жениха она узнала, что среди его родственников тоже был эпилептик. Любовь любовью, но надо же думать и о будущих детях! Браун и Смит пошли на консультацию к врачу-генетику. То и дело почесывая кончиком автоматической ручки висок, тот длительно вычерчивал родословные молодых людей, выспрашивая о троюродных дедушках и четвероюродных их племянниках. Потом что-то считал, журча арифмометром, и, наконец улыбнувшись, сказал:</p><p>— Правда, есть небольшая возможность того, что вы, мистер Смит, гетерозиготны по наследственной эпилепсии, однако мисс Браун, согласно родословной, носительницей зловредного гена быть не может. Будьте счастливы, не тревожьтесь, ваши дети родятся здоровыми!</p><p>Но могло случиться иначе.</p><p>— М-да, — в этом случае сказал бы генетик, — что тут поделаешь! Любовь есть любовь... Женитесь, но детей вам иметь не следует... Возьмите ребенка приемного...</p>
<p>Оставим Смита и Браун за тяжкими их раздумьями и подведем итоги: генетическая консультация для вступающих в брак желательна, так же как генетические знания для всего населения. Без этого не добиться победы над наследственными болезнями.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Смит и Браун обращаются за советом
Представим себе такую картину.
Мистер Смит полюбил мисс Браун, она ответила ему взаимностью. Но вот беда: Браун девушка образованная, кое-что читала по генетике. А в семье у нее наблюдались заболевания эпилепсией. От жениха она узнала, что среди его родственников тоже был эпилептик. Любовь любовью, но надо же думать и о будущих детях! Браун и Смит пошли на консультацию к врачу-генетику. То и дело почесывая кончиком автоматической ручки висок, тот длительно вычерчивал родословные молодых людей, выспрашивая о троюродных дедушках и четвероюродных их племянниках. Потом что-то считал, журча арифмометром, и, наконец улыбнувшись, сказал:
— Правда, есть небольшая возможность того, что вы, мистер Смит, гетерозиготны по наследственной эпилепсии, однако мисс Браун, согласно родословной, носительницей зловредного гена быть не может. Будьте счастливы, не тревожьтесь, ваши дети родятся здоровыми!
Но могло случиться иначе.
— М-да, — в этом случае сказал бы генетик, — что тут поделаешь! Любовь есть любовь... Женитесь, но детей вам иметь не следует... Возьмите ребенка приемного...
Оставим Смита и Браун за тяжкими их раздумьями и подведем итоги: генетическая консультация для вступающих в брак желательна, так же как генетические знания для всего населения. Без этого не добиться победы над наследственными болезнями. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Н. И. Вавилов о селекции</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Не было в нашей биологии фигуры крупнее, чем академик Николай Иванович Вавилов. «Мы только потому не говорим про Вавилова «гений», что он наш современник» — так сказал о Николае Ивановиче в конце тридцатых годов один крупный биолог.</p><p>В XX веке науки усложнились, специализировались. Теперь даже две смежные области нельзя уже знать в совершенстве.</p><p>Однако сказанное относится к людям, способным, даже талантливым, для гениев же законы не писаны. Вавилов был не только крупнейшим генетиком, но и крупнейшим ботаником-систематиком, географом и организатором биологической науки. Человек высочайшей культуры, Вавилов владел многими языками и во время бесчисленных своих экспедиций разговаривал с жителями на их родных наречиях.</p><p>Ни в царской России, ни в Советской республике первых лет не существовало научно организованной системы селекции. И если теперь эта система существует, то во многом тут заслуга Вавилова. Он создал ВИР — Всесоюзный институт растениеводства. Поставить на службу советскому народу флористическое богатство всего мира — грандиозная задача, истинно вавиловская по масштабу! Под его руководством и во многом его руками создан был при ВИРе фонд сортов культурных растений, собранных со всего света. Эта «копилка» и по сей день верно служит селекционерам. Лучшая из наших пшениц, Безостая-1, создана академиком Лукьяненко в результате гибридизации, одним из компонентов которой был сорт, вывезенный Вавиловым из Аргентины. Сотни селекционеров и по сей день пользуются накопленными Вавиловым богатствами.</p>
<p>Вавилов был первым президентом Всесоюзной сельскохозяйственной академии. Под его руководством в академии велась большая плодотворная работа. По инициативе Вавилова была создана разветвленная по всему СССР сеть селекционных и опытных станций. И наконец, именно Вавилов создал при Академии наук СССР Институт генетики и был первым его директором.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_47_img_70.png"/>
</p><p><em>Н. И. Вавилов.</em></p><p>Энергичный, наделенный колоссальнейшим обаянием, Вавилов умел группировать вокруг себя лучшие силы. Это был деятель не только нашей, но и мировой науки. И не случайно съехались в ту пору к нам генетики со всего света, чтобы работать в вавиловском институте, в том числе такие крупнейшие, как Меллер и Бриджес: в СССР перемещался в ту пору центр мировой генетической науки.</p><p>Противники генетики еще недавно противопоставляли Вавилова Ивану Владимировичу Мичурину, изображали этих двух ученых, как непримиримых врагов. На самом деле именно Вавилов поддержал Мичурина, обратил внимание на его работы. И Мичурин помнил об этой поддержке, ценил Вавилова.</p><p>Жизнь Вавилова отдана науке и людям. Добрые дела не забываются, не гибнут, не умирают. Ему еще но поставлен памятник, но есть памятники другие: сотни статей и книг, целая литература о Вавилове. И не только литература. Академик П. М. Жуковский подсчитал: за счет селекции, в результате работы созданной Вавиловым селекционной системы, мы получаем ежегодно приблизительно 25% урожая. Четверть каравая страны — памятник, достойный Вавилова!</p><p>В переводе на русский слово «селекция» означает «отбор». Но селекция в современном значении этого слова — понятие очень широкое. Вавилов насчитывал в ней семь разделов: это учение об исходном материале, о наследственной изменчивости, о роли среды, теория гибридизации, теория селекционного процесса, учение о направлениях селекционной работы, частная селекция (учение о селекции отдельных видов). Мы не можем даже вкратце остановиться на этих разделах. Лишь на отдельных примерах покажем, как генетика осуществляет свою роль теоретической базы для селекции.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Н. И. Вавилов о селекции
Не было в нашей биологии фигуры крупнее, чем академик Николай Иванович Вавилов. «Мы только потому не говорим про Вавилова «гений», что он наш современник» — так сказал о Николае Ивановиче в конце тридцатых годов один крупный биолог.
В XX веке науки усложнились, специализировались. Теперь даже две смежные области нельзя уже знать в совершенстве.
Однако сказанное относится к людям, способным, даже талантливым, для гениев же законы не писаны. Вавилов был не только крупнейшим генетиком, но и крупнейшим ботаником-систематиком, географом и организатором биологической науки. Человек высочайшей культуры, Вавилов владел многими языками и во время бесчисленных своих экспедиций разговаривал с жителями на их родных наречиях.
Ни в царской России, ни в Советской республике первых лет не существовало научно организованной системы селекции. И если теперь эта система существует, то во многом тут заслуга Вавилова. Он создал ВИР — Всесоюзный институт растениеводства. Поставить на службу советскому народу флористическое богатство всего мира — грандиозная задача, истинно вавиловская по масштабу! Под его руководством и во многом его руками создан был при ВИРе фонд сортов культурных растений, собранных со всего света. Эта «копилка» и по сей день верно служит селекционерам. Лучшая из наших пшениц, Безостая-1, создана академиком Лукьяненко в результате гибридизации, одним из компонентов которой был сорт, вывезенный Вавиловым из Аргентины. Сотни селекционеров и по сей день пользуются накопленными Вавиловым богатствами.
Вавилов был первым президентом Всесоюзной сельскохозяйственной академии. Под его руководством в академии велась большая плодотворная работа. По инициативе Вавилова была создана разветвленная по всему СССР сеть селекционных и опытных станций. И наконец, именно Вавилов создал при Академии наук СССР Институт генетики и был первым его директором.
Н. И. Вавилов.
Энергичный, наделенный колоссальнейшим обаянием, Вавилов умел группировать вокруг себя лучшие силы. Это был деятель не только нашей, но и мировой науки. И не случайно съехались в ту пору к нам генетики со всего света, чтобы работать в вавиловском институте, в том числе такие крупнейшие, как Меллер и Бриджес: в СССР перемещался в ту пору центр мировой генетической науки.
Противники генетики еще недавно противопоставляли Вавилова Ивану Владимировичу Мичурину, изображали этих двух ученых, как непримиримых врагов. На самом деле именно Вавилов поддержал Мичурина, обратил внимание на его работы. И Мичурин помнил об этой поддержке, ценил Вавилова.
Жизнь Вавилова отдана науке и людям. Добрые дела не забываются, не гибнут, не умирают. Ему еще но поставлен памятник, но есть памятники другие: сотни статей и книг, целая литература о Вавилове. И не только литература. Академик П. М. Жуковский подсчитал: за счет селекции, в результате работы созданной Вавиловым селекционной системы, мы получаем ежегодно приблизительно 25% урожая. Четверть каравая страны — памятник, достойный Вавилова!
В переводе на русский слово «селекция» означает «отбор». Но селекция в современном значении этого слова — понятие очень широкое. Вавилов насчитывал в ней семь разделов: это учение об исходном материале, о наследственной изменчивости, о роли среды, теория гибридизации, теория селекционного процесса, учение о направлениях селекционной работы, частная селекция (учение о селекции отдельных видов). Мы не можем даже вкратце остановиться на этих разделах. Лишь на отдельных примерах покажем, как генетика осуществляет свою роль теоретической базы для селекции. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">«Следы интеграции» сомы в зародышевую линию</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Модель соматического отбора, объясняющая эволюционный цикл V-генов антител, приведена на рис. 1.2 и 6.3. Мы предполагаем, что новый варианту-последовательности зародышевой линии «рождается» в соме в результате гипермутирования «выбранного» антигеном перестроенного V(D)J-гена вариабельной области, экспрессирующегося в В-лимфоците. Интенсивные циклы соматического гипермутирования и отбора антигеном в центре размножения приводят к появлению новых, успешных V(D)J-последовательностей с мутациями в определяющих ком-плементарность участках (CDR, от англ complementarity-determining regions), или гипервариабельных участках, которые вступают в контакт с антигеном. Затем эти новые последовательности ДНК доставляются в репродуктивные ткани, где они совмещаются с существующим V-геном, имеющим очень похожую последовательность. После этого происходит процесс, который называется гомологичной рекомбинацией. Он включает разрыв хромосомной ДНК и ее воссоединение с концами нового гена, который, таким образом, интегрируется (встраивается) в хромосому (этот процесс обозначен перекрещивающимися линиями на рис. 6.3).</p>
<p>Все свойства V-генов зародышевой линии, описанные в этой книге, согласуются с этим «жизненным циклом» от сомы к зародышевой линии. Но мы нашли еще одно свидетельство, согласующееся с гипотезой движения информации от сомы к половым клеткам. А именно, если соматическая генная последовательность встраивается в зародышевую линию в результате рекомбинации, то мы должны увидеть свидетельства процесса рекомбинации самого по себе (рис. 6.3). Одним из таких свидетельств может быть распределение событий «вставка/потеря» нуклеотидов. Когда две гомологичные двухцепочечные спирали ДНК рекомбинируют, они должны разрушаться (разрезаться ферментом нуклеазой) и затем воссоединяться (с помощью фермента лигазы). Этот процесс может быть неточным и приводить к потере или вставке нуклеотидов на концах цепочек ДНК. Соответственно, появляются или потери, или вставки нуклеотидов в месте соединения. Поэтому среди последовательностей V-генов зародышевой линии должны быть вставки и потери разной длины по границам генов. В том же смысле, в каком структура Ву—Кэбота служит показателем антигенсвязывающего отбора, неслучайное распределение событий вставка/делеция должно свидетельствовать о существовании обратной связи генов сомы и зародышевой линии. И мы нашли это свидетельство не только в своих данных, полученных на мышах, но и во всех других семействах V-генов зародышевой линии позвоночных. Такое неслучайное распределение рекомбинационных ошибок точно соответствует предсказаниям модели «от сомы к зародышевой линии». На этом уровне наших знаний, по крайней мере для эволюционной генетики V-элементов зародышевой линии, мы не знаем иного объяснения наблюдаемой картине (кроме обращения к разумному манипулятору генами, или божественному вмешательству, а для этого нет оснований!).</p><p>Недавно мы начали разрабатывать другой подход к более точной идентификации рекомбинационных сайтов в V-генах зародышевой линии и, таким образом, к «более аккуратному» изучению следов интеграции сомы в зародышевую линию. Мы объединились с Джоржем Уайлером (Weiller) из Школы биологических исследований при Австралийском национальном университете. Джордж разработал новый способ определения сайтов рекомбинации в генных последовательностях, эффективность которого доказана на известных бактериальных ДНК-последовательностях. Поэтому мы могли точно локализовать сайты рекомбинации в коллекции последовательностей V-генов зародышевой линии. Результаты этой работы четко показывают, что рекомбинация в V-генах зародышевой линии происходит в местах, предсказанных теорией встраивания кДНК (обратных транскриптов), возникающей из несплайсированных или сплайсированных про-мРНК соматических L-V(D)J-генов. Таким образом, в зародышевой ДНК мы находим следы интеграции, которые согласуются с «печатью процессинга» соматической РНК. Этот потрясающий результат невозможно логично интерпретировать с позиций традиционных неодарвини-стских взглядов, но они полностью согласуются с предсказаниями теории соматического отбора.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | «Следы интеграции» сомы в зародышевую линию
Модель соматического отбора, объясняющая эволюционный цикл V-генов антител, приведена на рис. 1.2 и 6.3. Мы предполагаем, что новый варианту-последовательности зародышевой линии «рождается» в соме в результате гипермутирования «выбранного» антигеном перестроенного V(D)J-гена вариабельной области, экспрессирующегося в В-лимфоците. Интенсивные циклы соматического гипермутирования и отбора антигеном в центре размножения приводят к появлению новых, успешных V(D)J-последовательностей с мутациями в определяющих ком-плементарность участках (CDR, от англ complementarity-determining regions), или гипервариабельных участках, которые вступают в контакт с антигеном. Затем эти новые последовательности ДНК доставляются в репродуктивные ткани, где они совмещаются с существующим V-геном, имеющим очень похожую последовательность. После этого происходит процесс, который называется гомологичной рекомбинацией. Он включает разрыв хромосомной ДНК и ее воссоединение с концами нового гена, который, таким образом, интегрируется (встраивается) в хромосому (этот процесс обозначен перекрещивающимися линиями на рис. 6.3).
Все свойства V-генов зародышевой линии, описанные в этой книге, согласуются с этим «жизненным циклом» от сомы к зародышевой линии. Но мы нашли еще одно свидетельство, согласующееся с гипотезой движения информации от сомы к половым клеткам. А именно, если соматическая генная последовательность встраивается в зародышевую линию в результате рекомбинации, то мы должны увидеть свидетельства процесса рекомбинации самого по себе (рис. 6.3). Одним из таких свидетельств может быть распределение событий «вставка/потеря» нуклеотидов. Когда две гомологичные двухцепочечные спирали ДНК рекомбинируют, они должны разрушаться (разрезаться ферментом нуклеазой) и затем воссоединяться (с помощью фермента лигазы). Этот процесс может быть неточным и приводить к потере или вставке нуклеотидов на концах цепочек ДНК. Соответственно, появляются или потери, или вставки нуклеотидов в месте соединения. Поэтому среди последовательностей V-генов зародышевой линии должны быть вставки и потери разной длины по границам генов. В том же смысле, в каком структура Ву—Кэбота служит показателем антигенсвязывающего отбора, неслучайное распределение событий вставка/делеция должно свидетельствовать о существовании обратной связи генов сомы и зародышевой линии. И мы нашли это свидетельство не только в своих данных, полученных на мышах, но и во всех других семействах V-генов зародышевой линии позвоночных. Такое неслучайное распределение рекомбинационных ошибок точно соответствует предсказаниям модели «от сомы к зародышевой линии». На этом уровне наших знаний, по крайней мере для эволюционной генетики V-элементов зародышевой линии, мы не знаем иного объяснения наблюдаемой картине (кроме обращения к разумному манипулятору генами, или божественному вмешательству, а для этого нет оснований!).
Недавно мы начали разрабатывать другой подход к более точной идентификации рекомбинационных сайтов в V-генах зародышевой линии и, таким образом, к «более аккуратному» изучению следов интеграции сомы в зародышевую линию. Мы объединились с Джоржем Уайлером (Weiller) из Школы биологических исследований при Австралийском национальном университете. Джордж разработал новый способ определения сайтов рекомбинации в генных последовательностях, эффективность которого доказана на известных бактериальных ДНК-последовательностях. Поэтому мы могли точно локализовать сайты рекомбинации в коллекции последовательностей V-генов зародышевой линии. Результаты этой работы четко показывают, что рекомбинация в V-генах зародышевой линии происходит в местах, предсказанных теорией встраивания кДНК (обратных транскриптов), возникающей из несплайсированных или сплайсированных про-мРНК соматических L-V(D)J-генов. Таким образом, в зародышевой ДНК мы находим следы интеграции, которые согласуются с «печатью процессинга» соматической РНК. Этот потрясающий результат невозможно логично интерпретировать с позиций традиционных неодарвини-стских взглядов, но они полностью согласуются с предсказаниями теории соматического отбора. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Мода и пушистое золото</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Рояль-пастель, паламино, алеутская, пастель «дыхание весны»... Не правда ли, пышные названия? А относятся они все к норкам — пушным зверькам, разводимым во многих совхозах. Мех норок моден на западе, идет на экспорт, вот и приходится генетикам-звероводам, в частности члену-корреспонденту АН СССР Д. К. Беляеву, называть своих норок звонкими, часто иностранными словами.</p><p>Замечательные породы норок выведены с учетом законов Менделя. Окраска шкурки! Этот признак наследуется обычно просто. Так, порода рояль-пастель отличается от норок дикого типа лишь тем, что один из генов, обуславливающий окраску, заменен у нее на рецессив. Нетрудно себе представить, что достаточно появиться хотя бы одной норке такого типа, чтобы во втором поколении их оказалось уже несколько, если исходная норка самка, или же много — если самец.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_48_img_71.jpeg"/>
</p><p><em>Норки совхозные. Вверху — белая и серебристо-голубая; внизу — стюарт-пастель, паламино.</em></p><p>Первое поколение от скрещивания рояль-пастеля с диким типом окажется по шкурке дикого типа. Но при скрещивании гибридов между собой выщепится рецессив в количестве около 25% потомков, при возвратном же скрещивании норок типа рояль-пастель будет 50%.</p>
<p>Часто скрещивания бывают сложные. Так, при скрещивании платиновой и алеутской все потомство первого поколения окажется дикого типа, однако при спаривании гибридов между собой произойдет расщепление по формуле 9:3:3:1, или 56% «диких», 19% платиновых, 19% алеутских пастель и 6% новой, сапфировой окраски.</p><p>Менделевские моно- и дигибридные скрещивания в звероводстве применяются не только для выведения зверьков новых окрасок. Мода изменчива. Часто случается, что, например, ныне модные платиновые норки через год-другой цену теряют: модницы хотят паламино! В этом случае селекционер, работающий в совхозе, пользуясь законами Менделя, может и даже обязан молниеносно перестроить маточное стадо на производство паламино.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_48_img_72.png"/>
</p><p><em>Считая, что роскошный хвост, воротник и штанишки — рецессивные признаки, составьте схему, позволяющую все эти признаки объединить.</em></p><p>Менделевская комбинаторика применяется в селекции очень широко. Безусловно, большинство скрещиваний, особенно при межсортовых и межпородных гибридизациях, оказываются сложными, вовсе не легко поддающимися учету. Зачастую в формировании признака принимает участие много генов. В этих случаях расщепления не обнаруживаются столь ясно, как, например, у норки или при скрещивании рыжих и черно-бурых лис. Однако и здесь они происходят, и селекционеры пользуются их результатами.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Мода и пушистое золото
Рояль-пастель, паламино, алеутская, пастель «дыхание весны»... Не правда ли, пышные названия? А относятся они все к норкам — пушным зверькам, разводимым во многих совхозах. Мех норок моден на западе, идет на экспорт, вот и приходится генетикам-звероводам, в частности члену-корреспонденту АН СССР Д. К. Беляеву, называть своих норок звонкими, часто иностранными словами.
Замечательные породы норок выведены с учетом законов Менделя. Окраска шкурки! Этот признак наследуется обычно просто. Так, порода рояль-пастель отличается от норок дикого типа лишь тем, что один из генов, обуславливающий окраску, заменен у нее на рецессив. Нетрудно себе представить, что достаточно появиться хотя бы одной норке такого типа, чтобы во втором поколении их оказалось уже несколько, если исходная норка самка, или же много — если самец.
Норки совхозные. Вверху — белая и серебристо-голубая; внизу — стюарт-пастель, паламино.
Первое поколение от скрещивания рояль-пастеля с диким типом окажется по шкурке дикого типа. Но при скрещивании гибридов между собой выщепится рецессив в количестве около 25% потомков, при возвратном же скрещивании норок типа рояль-пастель будет 50%.
Часто скрещивания бывают сложные. Так, при скрещивании платиновой и алеутской все потомство первого поколения окажется дикого типа, однако при спаривании гибридов между собой произойдет расщепление по формуле 9:3:3:1, или 56% «диких», 19% платиновых, 19% алеутских пастель и 6% новой, сапфировой окраски.
Менделевские моно- и дигибридные скрещивания в звероводстве применяются не только для выведения зверьков новых окрасок. Мода изменчива. Часто случается, что, например, ныне модные платиновые норки через год-другой цену теряют: модницы хотят паламино! В этом случае селекционер, работающий в совхозе, пользуясь законами Менделя, может и даже обязан молниеносно перестроить маточное стадо на производство паламино.
Считая, что роскошный хвост, воротник и штанишки — рецессивные признаки, составьте схему, позволяющую все эти признаки объединить.
Менделевская комбинаторика применяется в селекции очень широко. Безусловно, большинство скрещиваний, особенно при межсортовых и межпородных гибридизациях, оказываются сложными, вовсе не легко поддающимися учету. Зачастую в формировании признака принимает участие много генов. В этих случаях расщепления не обнаруживаются столь ясно, как, например, у норки или при скрещивании рыжих и черно-бурых лис. Однако и здесь они происходят, и селекционеры пользуются их результатами. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Что является сигналом к прекращению соматического мутирования?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>В начале этой главы, мы задались вопросом: «Каков механизм предотвращения лишних, портящих успешно отобранную последовательность, мутаций?» Ответ должен быть таким: селективное преимущество (в традиционном дарвиновском смысле) состоит в том, что когда антитело в центре размножения изменится настолько, что будет обладать высокой аффинностью к антигену, В-клетке должен быть дан сигнал остановить дальнейшее мутирование. Тогда мутаций не будет слишком много, и риск потери высокой аффинности к антигену будет минимизирован. Мы, следовательно, предполагаем, что сигнальная функция поверхностного Ig-рецептора была отобрана в ходе эволюции. Если мутантная В-клетка успешно связывает антиген, присутствующий на фолликулярной дендритной клетке (ФДК) в форме комплекса антиген—антитело, передается СТОП-сигнал для выключения процесса соматического мутирования (рис. 5.6). Этим сигналом может быть прекращение производства белковых субъединиц RT-мутаторсомы (белки постоянно разрушаются ферментами, называемыми протеаза-ми. Следовательно, они исчезают до тех пор, пока не начнется новый синтез).</p>
<p>Позволим себе коснуться другого важного момента, который молчаливо властвует в размышлениях о соматических мутациях. Все мутационные модели, основанные на ДНК, зависят от клеточных делений. Необходимым условием возникновения мутаций считается репликация ДНК и, следовательно, деление клеток. (Считается, что мутации возникают в результате ошибок репарации ДНК.) Сейчас предполагают, что мутации генерируются в фазе быстрого деления клеток (в центробластах), которая дает большую популяцию В-клеток (центроцитов) в центре размножения (рис. 5.4). Однако RT-модель не зависит ни от репликации ДНК, ни от клеточного деления — мутации могут возникать в отсутствие этих двух процессов. Репликация ДНК требуется только для размножения мутантной V(D)J-пoследовательности в делящихся В-клетках. Деление В-клеток, производящих антитела высокой аффинности, полезно, но деление мутантных В-клеток, которые потеряли аффинность к антигену, слишком расточительно.</p><p>Представление, что «клеточное деление необходимо для мутирования», настолько глубоко укоренилось в сознании многих, что скорость соматического мутирования записывают как «10<sup class="sup">-3</sup> - 10<sup class="sup">-4</sup> на основание на поколение». Другими словами, в традиционное описание скорости мутирования встроена идея клеточного деления, и она невольно оказывает влияние на представления о механизмах мутирования.</p><p>Так как RT-модель не зависит от клеточных делений, мы предлагаем циклический процесс «мутация — пауза (для экспрессии Ig) — проверка аффинности», протекающий в неделящейся транскрипционно активной клетке, которая продуцирует мРНК и белковые молекулы Н- и L-цепей антитела и компоненты RT-мутаторсомы. Этот путь организации процесса мутаций и отбора максимизирует образование антител высокой аффинности. Он более эффективен, чем модели, основанные на клеточных делениях.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Что является сигналом к прекращению соматического мутирования?
В начале этой главы, мы задались вопросом: «Каков механизм предотвращения лишних, портящих успешно отобранную последовательность, мутаций?» Ответ должен быть таким: селективное преимущество (в традиционном дарвиновском смысле) состоит в том, что когда антитело в центре размножения изменится настолько, что будет обладать высокой аффинностью к антигену, В-клетке должен быть дан сигнал остановить дальнейшее мутирование. Тогда мутаций не будет слишком много, и риск потери высокой аффинности к антигену будет минимизирован. Мы, следовательно, предполагаем, что сигнальная функция поверхностного Ig-рецептора была отобрана в ходе эволюции. Если мутантная В-клетка успешно связывает антиген, присутствующий на фолликулярной дендритной клетке (ФДК) в форме комплекса антиген—антитело, передается СТОП-сигнал для выключения процесса соматического мутирования (рис. 5.6). Этим сигналом может быть прекращение производства белковых субъединиц RT-мутаторсомы (белки постоянно разрушаются ферментами, называемыми протеаза-ми. Следовательно, они исчезают до тех пор, пока не начнется новый синтез).
Позволим себе коснуться другого важного момента, который молчаливо властвует в размышлениях о соматических мутациях. Все мутационные модели, основанные на ДНК, зависят от клеточных делений. Необходимым условием возникновения мутаций считается репликация ДНК и, следовательно, деление клеток. (Считается, что мутации возникают в результате ошибок репарации ДНК.) Сейчас предполагают, что мутации генерируются в фазе быстрого деления клеток (в центробластах), которая дает большую популяцию В-клеток (центроцитов) в центре размножения (рис. 5.4). Однако RT-модель не зависит ни от репликации ДНК, ни от клеточного деления — мутации могут возникать в отсутствие этих двух процессов. Репликация ДНК требуется только для размножения мутантной V(D)J-пoследовательности в делящихся В-клетках. Деление В-клеток, производящих антитела высокой аффинности, полезно, но деление мутантных В-клеток, которые потеряли аффинность к антигену, слишком расточительно.
Представление, что «клеточное деление необходимо для мутирования», настолько глубоко укоренилось в сознании многих, что скорость соматического мутирования записывают как «10-3 - 10-4 на основание на поколение». Другими словами, в традиционное описание скорости мутирования встроена идея клеточного деления, и она невольно оказывает влияние на представления о механизмах мутирования.
Так как RT-модель не зависит от клеточных делений, мы предлагаем циклический процесс «мутация — пауза (для экспрессии Ig) — проверка аффинности», протекающий в неделящейся транскрипционно активной клетке, которая продуцирует мРНК и белковые молекулы Н- и L-цепей антитела и компоненты RT-мутаторсомы. Этот путь организации процесса мутаций и отбора максимизирует образование антител высокой аффинности. Он более эффективен, чем модели, основанные на клеточных делениях. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Почему антитела специфичны и как приобретается аутотолерантность</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Вернемся к проблеме различения своего и не-своего. Мы уже говорили, что для различения своего и не-своего антитела должны быть специфичными. Таким образом, для того чтобы отличать огромный внутренний мир молекул от внешнего мира (а некоторые химические характеристики этих миров одинаковы), эволюция обеспечила ошеломляющее разнообразие молекул, распознающих антигены. Антитела каждой специфичности клонально экспрессируются в популяции тысяч клеток, и простой механизм удаления клона выбраковывает те клетки, которые реагируют на самого себя. Это придает особое значение специфичности и разнообразию антител. В качестве простого, но не строго корректного сравнения [2] можно привести четкость изображения на экране телевизора, которая зависит от числа минимальных элементов изображения (пикселов) в строке экрана. Чем плотнее строка, тем четче изображение. Для того чтобы легко различать разные участки и, следовательно, идентифицировать изображение, необходимо иметь набор разных пикселов (светлые, темные, красные, зеленые и так далее). По аналогии, чем меньше специфичных антител и рецепторов Т-лимфоцитов, тем большему риску уничтожения они подвергаются в процессе установления аутотолерантности. Если бы все они были неспецифичны, было бы два возможных исхода. Первый — после того, как установилась аутотолерантность, у нас не осталось бы иммунной системы. И второй — если бы аутотолерантности не существовало, наша собственная иммунная система атаковала бы и разрушала организм, которому она принадлежит.</p>
<p>Поскольку мы приняли необходимость существования аутотолерантности, мы должны считать аксиомой утверждение, что аутотолерантность каждого индивида должна «обучаться» в дарвиновском смысле этого слова. Поясним это. Если самцы инб-редной линии А мышей скрещиваются с самками генетически другой инбредной линии В, то появляется потомство, которое унаследовало разные гены от разных родителей. Мыши линии А генетически запрограммированы производить в клетках и тканях молекулы А-антигена, тогда как мыши линии В запрограммированы производить В-антигены. В некотором смысле это напоминает правила переливания крови у человека для системы групп крови АВО<strong>.</strong> Взрослые особи линии А всегда будут развивать анти-В иммунную реактивность (естественно развивающиеся антитела и Т-клетки), а особи В будут развивать анти-А реактивность. Таким образом, ткань, пересаженная от А к В и, наоборот, от В к А, всегда будет отторгаться. Однако потомки генетически различающихся родителей будут по своему антигенному составу АВ<strong>,</strong> и это представляет для них серьезную проблему. Если бы аутотолерантность не приобреталась в ходе развития, АВ потомки этого скрещивания не могли бы выжить. Они должны были бы саморазрушиться, как только их иммунная система приобрела бы способность реагировать на свои собственные клетки. Однако мы знаем, что популяции человека и большинство популяций диких животных чрезвычайно разнообразны по генам, кодирующим антигены гистосовмести-мости. Следовательно, каждый из нас несет разные комбинации этих антигенов, унаследованных от родителей. То есть, все мы похожи на гибридов <strong>АхВ,</strong> изображенных на рис. 4.2.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_23_img_22.png"/>
</p><p><strong>Рис. 4.2. Толерантность к собственным антигенам не детерминирована генетически. Мелвин Кон и его коллеги Петер Бретчер и Род Лангман неоднократно подчеркивали этот ключевой момент. На рисунке показан результат эксперимента, поставленного природой (случайные скрещивания генетически различающихся индивидов). Поскольку взрослое потомство АВ не разрушает само себя аутоиммунной реакцией, это со всей очевидностью свидетельствует о том, что толерантность приобретается в ходе развития организма. Клонально-селекционная теория Макфарлейна Бернета объясняет, как это достигается путем дарвиновского отрицательного отбора в иммунной системе — уничтожением «запрещенных» клонов, направленных против собственных антигенов (рис. 4.1).</strong></p><p>Очевидно, что индивид АВ на какой-то стадии своего развития должен «научиться» быть толерантным и к А-, и к В-антигенам. То есть, механизм аутотолерантности должен приобретаться «соматически». В начале 1950-х годов Питер Медавар и его коллеги экспериментально подтвердили эти теоретические предположения, впервые сформулированные Макфарлейном Бернетом и Фрэнком Феннером (Fenner) в 1949 г. Группа Медавара показала, что, если новорожденным мышам линии В ввести клетки линии А, они вырастают толерантными к трансплантатам кожи линии А. Таким образом, мышей линии В можно было соматически модифицировать так, что они приобретали способность не отторгать кожные трансплантаты линии А, которые в норме у взрослых отторгаются (рис. 4.3). Вернет и Медавар в 1960 г. получили Нобелевскую премию за открытие приобретенной иммунной толерантности.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_23_img_23.png"/>
</p><p><strong>Рис. 4.3. Эксперимент Питера Медавара по приобретенной неонатальной толерантности. Питер Медавар, Лесли Брент и Руперт Биллингем провели свои эксперименты в 1940-х-начале 1950-х годов. Результаты экспериментов согласуются с клонально-селекционной теорией Макфарлейна Бернета. Они показали, что введение в организм на ранних стадиях неонатально-го развития чужих клеток из костного мозга может индуцировать приобретенную иммунологическую толерантность. Введение на этих стадиях чужеродного антигена вызывает уничтожение клонов, направленных против чужих. В результате иммунная система начинает относиться к чужим тканям как к своим.</strong></p><p>Итак, мы приходим к заключению, что необходимая для приобретения и иммунности, и толерантности соматически обучающаяся программа основана на ключевом взаимодействии (или связывании) антигенов с клонально экспрессирующи-мися поверхностными молекулами, распознающими антигены (антитела, ТкР). Это достигается в процессе дарвиновского отбора, действующего в популяции лимфоцитов. Это — основной принцип функционирования иммунной системы. Мы объясним в дальнейшем, что обратная связь между генами сомы и половых клеток дает логически последовательное объяснение всех уникальных молекулярно-генетических свойств иммунной системы. Но, прежде чем вести читателя дальше, мы должны потратить немного времени на описание деталей строения ДНК-последовательностей генов Ig и ТкР и некоторых необычных свойств этих генов.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Почему антитела специфичны и как приобретается аутотолерантность
Вернемся к проблеме различения своего и не-своего. Мы уже говорили, что для различения своего и не-своего антитела должны быть специфичными. Таким образом, для того чтобы отличать огромный внутренний мир молекул от внешнего мира (а некоторые химические характеристики этих миров одинаковы), эволюция обеспечила ошеломляющее разнообразие молекул, распознающих антигены. Антитела каждой специфичности клонально экспрессируются в популяции тысяч клеток, и простой механизм удаления клона выбраковывает те клетки, которые реагируют на самого себя. Это придает особое значение специфичности и разнообразию антител. В качестве простого, но не строго корректного сравнения [2] можно привести четкость изображения на экране телевизора, которая зависит от числа минимальных элементов изображения (пикселов) в строке экрана. Чем плотнее строка, тем четче изображение. Для того чтобы легко различать разные участки и, следовательно, идентифицировать изображение, необходимо иметь набор разных пикселов (светлые, темные, красные, зеленые и так далее). По аналогии, чем меньше специфичных антител и рецепторов Т-лимфоцитов, тем большему риску уничтожения они подвергаются в процессе установления аутотолерантности. Если бы все они были неспецифичны, было бы два возможных исхода. Первый — после того, как установилась аутотолерантность, у нас не осталось бы иммунной системы. И второй — если бы аутотолерантности не существовало, наша собственная иммунная система атаковала бы и разрушала организм, которому она принадлежит.
Поскольку мы приняли необходимость существования аутотолерантности, мы должны считать аксиомой утверждение, что аутотолерантность каждого индивида должна «обучаться» в дарвиновском смысле этого слова. Поясним это. Если самцы инб-редной линии А мышей скрещиваются с самками генетически другой инбредной линии В, то появляется потомство, которое унаследовало разные гены от разных родителей. Мыши линии А генетически запрограммированы производить в клетках и тканях молекулы А-антигена, тогда как мыши линии В запрограммированы производить В-антигены. В некотором смысле это напоминает правила переливания крови у человека для системы групп крови АВО. Взрослые особи линии А всегда будут развивать анти-В иммунную реактивность (естественно развивающиеся антитела и Т-клетки), а особи В будут развивать анти-А реактивность. Таким образом, ткань, пересаженная от А к В и, наоборот, от В к А, всегда будет отторгаться. Однако потомки генетически различающихся родителей будут по своему антигенному составу АВ, и это представляет для них серьезную проблему. Если бы аутотолерантность не приобреталась в ходе развития, АВ потомки этого скрещивания не могли бы выжить. Они должны были бы саморазрушиться, как только их иммунная система приобрела бы способность реагировать на свои собственные клетки. Однако мы знаем, что популяции человека и большинство популяций диких животных чрезвычайно разнообразны по генам, кодирующим антигены гистосовмести-мости. Следовательно, каждый из нас несет разные комбинации этих антигенов, унаследованных от родителей. То есть, все мы похожи на гибридов АхВ, изображенных на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Толерантность к собственным антигенам не детерминирована генетически. Мелвин Кон и его коллеги Петер Бретчер и Род Лангман неоднократно подчеркивали этот ключевой момент. На рисунке показан результат эксперимента, поставленного природой (случайные скрещивания генетически различающихся индивидов). Поскольку взрослое потомство АВ не разрушает само себя аутоиммунной реакцией, это со всей очевидностью свидетельствует о том, что толерантность приобретается в ходе развития организма. Клонально-селекционная теория Макфарлейна Бернета объясняет, как это достигается путем дарвиновского отрицательного отбора в иммунной системе — уничтожением «запрещенных» клонов, направленных против собственных антигенов (рис. 4.1).
Очевидно, что индивид АВ на какой-то стадии своего развития должен «научиться» быть толерантным и к А-, и к В-антигенам. То есть, механизм аутотолерантности должен приобретаться «соматически». В начале 1950-х годов Питер Медавар и его коллеги экспериментально подтвердили эти теоретические предположения, впервые сформулированные Макфарлейном Бернетом и Фрэнком Феннером (Fenner) в 1949 г. Группа Медавара показала, что, если новорожденным мышам линии В ввести клетки линии А, они вырастают толерантными к трансплантатам кожи линии А. Таким образом, мышей линии В можно было соматически модифицировать так, что они приобретали способность не отторгать кожные трансплантаты линии А, которые в норме у взрослых отторгаются (рис. 4.3). Вернет и Медавар в 1960 г. получили Нобелевскую премию за открытие приобретенной иммунной толерантности.
Рис. 4.3. Эксперимент Питера Медавара по приобретенной неонатальной толерантности. Питер Медавар, Лесли Брент и Руперт Биллингем провели свои эксперименты в 1940-х-начале 1950-х годов. Результаты экспериментов согласуются с клонально-селекционной теорией Макфарлейна Бернета. Они показали, что введение в организм на ранних стадиях неонатально-го развития чужих клеток из костного мозга может индуцировать приобретенную иммунологическую толерантность. Введение на этих стадиях чужеродного антигена вызывает уничтожение клонов, направленных против чужих. В результате иммунная система начинает относиться к чужим тканям как к своим.
Итак, мы приходим к заключению, что необходимая для приобретения и иммунности, и толерантности соматически обучающаяся программа основана на ключевом взаимодействии (или связывании) антигенов с клонально экспрессирующи-мися поверхностными молекулами, распознающими антигены (антитела, ТкР). Это достигается в процессе дарвиновского отбора, действующего в популяции лимфоцитов. Это — основной принцип функционирования иммунной системы. Мы объясним в дальнейшем, что обратная связь между генами сомы и половых клеток дает логически последовательное объяснение всех уникальных молекулярно-генетических свойств иммунной системы. Но, прежде чем вести читателя дальше, мы должны потратить немного времени на описание деталей строения ДНК-последовательностей генов Ig и ТкР и некоторых необычных свойств этих генов. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">«Человечество питается полиплоидами»</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Эти слова принадлежат крупному советскому генетику академику П. М. Жуковскому. Ниже вы поймете, что выражение это не только образное, но и весьма точное.</p><p>Еще в главе о менделизме мы говорили, что гамета содержит один хромосомный набор, она гаплоидна (<em>n</em>). А зигота содержит два хромосомных набора (2<em>n</em>), она диплоидна. Мы рассматривали простейшие случаи: высшие растения (горох), высокоорганизованных животных. Если присмотреться к миру живого шире, то окажется, что не всегда дело обстоит так, как в наших случаях. У некоторых папоротников, например, гаплоидное состояние, гаплофаза, занимает в жизненном цикле куда большее место, чем состояние диплоидное, диплофаза. То, что в обиходе называется папоротником, в этом случае — гаплоид. А диплоидны у папоротника лишь заростки, образующиеся на недолгое время в процессе размножения. Было выяснено также, что гаплоидны, то есть содержат один хромосомный набор, а то и просто одну-единственную хромосому, многие микроорганизмы.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_39_img_62.jpeg"/>
</p><p><em>Сцепленное с полом наследование у пецилии.</em></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_39_img_63.jpeg"/>
</p><p><em>Каким был кот — отец котят?</em></p><p>В природе были обнаружены и иные формы — с увеличенным, по сравнению с обычным, диплоидным, числом хромосомных наборов. Эти формы носят название полиплоидов. Они очень распространены.</p><p>Первый полиплоид был описан еще в начале века де Фризом. Это гигантская форма энотеры. Если у обычных форм число хромосом 14, то у гигантской их 28. Легко понять, что гаплоидное число (<em>n</em>) равно здесь 7. Отсюда нормальная форма будет 2<em>n</em> = 14, а полиплоид 4<em>n</em> = 28. У него четыре хромосомных набора. Такие формы называют тетраплоидными.</p><p>Далее была обнаружена полиплоидия у дурмана и у многих других растений. Было выяснено, например, что все культурные формы пшеницы — полиплоиды. Пшеница, содержащая в клетках по 14 хромосом (диплоидная), так называемая однозернянка, не имеет в настоящее время никакого практического значения. В культуре используются лишь полиплоиды: 4<em>n</em> = 28 и 6<em>n</em> = 42. Тетраплоидны овес, картофель, табак, белый клевер, люцерна, тимофеевка, многие из плодовых растений. Иначе говоря, большая часть растений, используемых человеком в пищу, является полиплоидами.</p><p>Удвоение числа хромосомных наборов обычно ведет к увеличению размеров, к гигантизму. Именно этот гигантизм и обуславливает ту огромную роль, которую полиплоиды играют в природе. Но, конечно, не нужно думать, что любое удвоение числа хромосом обязательно приведет к гигантизму. У тех же пшениц 4<em>n</em> и 6<em>n</em> формы лучше обычных диплоидных (2<em>n</em>). Однако дальнейшее увеличение числа хромосомных наборов уже не ведет к увеличению размеров растений: 84-хромосомные формы — растения слаборазвитые. А если у ржи, обычное число хромосом которой 14, произойдет удвоение, полиплоид получается мощным.</p><p>Тайну, подсмотренную в природе, было заманчиво взять на вооружение, применить в селекции. Есть сложное химическое вещество — алкалоид колхицин. Стоит в его раствор поместить делящиеся клетки, как начинаются чудеса. Вспомним, что при делении образуется веретено из белковых нитей; сокращаясь, эти нити растаскивают хромосомы к полюсам клетки. Но в растворе колхицина веретено не образуется и разделившиеся хромосомы не расходятся к полюсам. В результате число их удваивается, а если не отмыть ткани от колхицина до следующего целения, то и учетверяется.</p><p>В. В. Сахарову и А. Р. Жебраку первым удалось получить полиплоиды под действием колхицина у хозяйственно важной культуры. Это была гречиха. Тетраплоиды оказались очень крупными, с большими семенами. Далее с ними пришлось повозиться: поначалу они были не очень плодовитыми. Но длительный отбор привел к созданию превосходных тетраплоидных сортов.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | «Человечество питается полиплоидами»
Эти слова принадлежат крупному советскому генетику академику П. М. Жуковскому. Ниже вы поймете, что выражение это не только образное, но и весьма точное.
Еще в главе о менделизме мы говорили, что гамета содержит один хромосомный набор, она гаплоидна (n). А зигота содержит два хромосомных набора (2n), она диплоидна. Мы рассматривали простейшие случаи: высшие растения (горох), высокоорганизованных животных. Если присмотреться к миру живого шире, то окажется, что не всегда дело обстоит так, как в наших случаях. У некоторых папоротников, например, гаплоидное состояние, гаплофаза, занимает в жизненном цикле куда большее место, чем состояние диплоидное, диплофаза. То, что в обиходе называется папоротником, в этом случае — гаплоид. А диплоидны у папоротника лишь заростки, образующиеся на недолгое время в процессе размножения. Было выяснено также, что гаплоидны, то есть содержат один хромосомный набор, а то и просто одну-единственную хромосому, многие микроорганизмы.
Сцепленное с полом наследование у пецилии.
Каким был кот — отец котят?
В природе были обнаружены и иные формы — с увеличенным, по сравнению с обычным, диплоидным, числом хромосомных наборов. Эти формы носят название полиплоидов. Они очень распространены.
Первый полиплоид был описан еще в начале века де Фризом. Это гигантская форма энотеры. Если у обычных форм число хромосом 14, то у гигантской их 28. Легко понять, что гаплоидное число (n) равно здесь 7. Отсюда нормальная форма будет 2n = 14, а полиплоид 4n = 28. У него четыре хромосомных набора. Такие формы называют тетраплоидными.
Далее была обнаружена полиплоидия у дурмана и у многих других растений. Было выяснено, например, что все культурные формы пшеницы — полиплоиды. Пшеница, содержащая в клетках по 14 хромосом (диплоидная), так называемая однозернянка, не имеет в настоящее время никакого практического значения. В культуре используются лишь полиплоиды: 4n = 28 и 6n = 42. Тетраплоидны овес, картофель, табак, белый клевер, люцерна, тимофеевка, многие из плодовых растений. Иначе говоря, большая часть растений, используемых человеком в пищу, является полиплоидами.
Удвоение числа хромосомных наборов обычно ведет к увеличению размеров, к гигантизму. Именно этот гигантизм и обуславливает ту огромную роль, которую полиплоиды играют в природе. Но, конечно, не нужно думать, что любое удвоение числа хромосом обязательно приведет к гигантизму. У тех же пшениц 4n и 6n формы лучше обычных диплоидных (2n). Однако дальнейшее увеличение числа хромосомных наборов уже не ведет к увеличению размеров растений: 84-хромосомные формы — растения слаборазвитые. А если у ржи, обычное число хромосом которой 14, произойдет удвоение, полиплоид получается мощным.
Тайну, подсмотренную в природе, было заманчиво взять на вооружение, применить в селекции. Есть сложное химическое вещество — алкалоид колхицин. Стоит в его раствор поместить делящиеся клетки, как начинаются чудеса. Вспомним, что при делении образуется веретено из белковых нитей; сокращаясь, эти нити растаскивают хромосомы к полюсам клетки. Но в растворе колхицина веретено не образуется и разделившиеся хромосомы не расходятся к полюсам. В результате число их удваивается, а если не отмыть ткани от колхицина до следующего целения, то и учетверяется.
В. В. Сахарову и А. Р. Жебраку первым удалось получить полиплоиды под действием колхицина у хозяйственно важной культуры. Это была гречиха. Тетраплоиды оказались очень крупными, с большими семенами. Далее с ними пришлось повозиться: поначалу они были не очень плодовитыми. Но длительный отбор привел к созданию превосходных тетраплоидных сортов. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Радиация и химия в сельском хозяйстве</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Скороспелость, устойчивость к полеганию, крупнозерность, увеличение содержания белка, сахара, крахмала, масла в плодах и семенах — самые различные полезные признаки могут возникнуть у сельскохозяйственных растений под действием ионизирующей радиации и химических мутагенов. За рубежом уже вошли в производство и поступили в продажу многие радиационные сорта. К сожалению, наша селекция лишь недавно включилась в эту работу и только еще начинает использовать практически неограниченные возможности, которые дает радиация и химия. Однако успехи есть уже сейчас. В 1964 году на ВДНХ были продемонстрированы сотни выдающихся мутантов по самым различным культурам. Пять из них после тщательной проверки были переданы в Государственное сортоиспытание. Это два радиационных сорта томатов, высокопродуктивный сорт фасоли, люпин, хлопчатник с крупными коробочками.</p><p>У этого метода еще все впереди и порукой тому успехи, достигнутые генетиками-микробиологами.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Радиация и химия в сельском хозяйстве
Скороспелость, устойчивость к полеганию, крупнозерность, увеличение содержания белка, сахара, крахмала, масла в плодах и семенах — самые различные полезные признаки могут возникнуть у сельскохозяйственных растений под действием ионизирующей радиации и химических мутагенов. За рубежом уже вошли в производство и поступили в продажу многие радиационные сорта. К сожалению, наша селекция лишь недавно включилась в эту работу и только еще начинает использовать практически неограниченные возможности, которые дает радиация и химия. Однако успехи есть уже сейчас. В 1964 году на ВДНХ были продемонстрированы сотни выдающихся мутантов по самым различным культурам. Пять из них после тщательной проверки были переданы в Государственное сортоиспытание. Это два радиационных сорта томатов, высокопродуктивный сорт фасоли, люпин, хлопчатник с крупными коробочками.
У этого метода еще все впереди и порукой тому успехи, достигнутые генетиками-микробиологами. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Идентичные близнецы</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Взгляните на фотографию. На ней две девушки, Герда и Моника. Не правда ли, они удивительно похожи друг на друга? Герда и Моника идентичные близнецы, развились из одного разделившегося оплодотворенного яйца. Легко понять, что наследственность у них до мельчайших деталей одинакова и удивлять здесь должно не сходство, а мелкие различия. Откуда они? Ну, например, в прическах... Скорее всего, специально одна из них делает пробор слева, другая справа, а не то, как в старом анекдоте: не только родители, сами они перепутали бы, где Герда, где Моника. Но причина может быть и иная. В ходе развития у зародыша рано закладываются основы двусторонней симметрии. Если разделение произойдет после этого, один из близнецов будет зеркальным отражением другого. В этом случае одному из них свойственна леворукость, то есть привычка причесываться левой рукой, другому — праворукость.</p><p>Изучение идентичных близнецов — один из методов генетики человека. Взгляните па другую фотографию, где изображены двое молодых людей. Это тоже идентичные близнецы, но в раннем возрасте они были разлучены, воспитывались в разных условиях: один в городе, другой в деревне. И даже внимательного рассмотрения фотографии достаточно, чтобы понять: один решительнее, сосредоточеннее, быть может жестче. И правда: характеры у них, несмотря на одинаковую наследственность, оказались разными.</p>
<p>Изучение идентичных близнецов позволяет сделать заключения об относительной роли наследственности и среды в формировании организма. Роль среды велика. Образование, условия жизни, увлечения, работа — все это накладывает на человека несомненнейший отпечаток. В течение жизни одни способности развиваются, другие, не найдя нужных условий, наоборот, затухают.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_58_img_78.jpeg"/>
</p><p><em>Моника и Герда, идентичные близнецы.</em></p><p>То же относится и к развитию физическому, и все же изучение идентичных близнецов показывает могущество, исключительную значимость наследственности. Вспомните знаменитых наших хоккеистов братьев Майоровых. Право же, в их спортивных способностях, наклонностях и повадках куда больше общего, чем различий. А если и есть различия, то вызваны они в основном тем, что на долю одного выпало больше травм, чем на долю другого.</p><p>Об исключительном сходстве идентичных близнецов говорит и тот любопытный факт, что даже собаки-ищейки путают их следы.</p><p>Очень интересные опыты на тысячах близнецов были проведены в тридцатых годах в Москве во Всесоюзном институте экспериментальной биологии и медицины. Вот один из них, ставший классическим, вошедший в книги по генетике всего мира. Идентичных близнецов-ребятишек помещали в разные комнаты и давали им кубики. Они должны были строить замки и башни, причем у одного из них был рисунок, на котором обозначался каждый кубик, у другого же — только контур здания. Поначалу преуспевал первый близнец. Но на каком-то этапе оказывалось, что второй перегнал его: его задача была сложнее и он приобрел больше строительных навыков, мало того — способностей конструктора. Так, при одинаковой наследственности способности второго близнеца за счет упражнений развились сильнее.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_58_img_79.jpeg"/>
</p><p><em>Эти идентичные близнецы воспитывались в разных условиях.</em></p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Идентичные близнецы
Взгляните на фотографию. На ней две девушки, Герда и Моника. Не правда ли, они удивительно похожи друг на друга? Герда и Моника идентичные близнецы, развились из одного разделившегося оплодотворенного яйца. Легко понять, что наследственность у них до мельчайших деталей одинакова и удивлять здесь должно не сходство, а мелкие различия. Откуда они? Ну, например, в прическах... Скорее всего, специально одна из них делает пробор слева, другая справа, а не то, как в старом анекдоте: не только родители, сами они перепутали бы, где Герда, где Моника. Но причина может быть и иная. В ходе развития у зародыша рано закладываются основы двусторонней симметрии. Если разделение произойдет после этого, один из близнецов будет зеркальным отражением другого. В этом случае одному из них свойственна леворукость, то есть привычка причесываться левой рукой, другому — праворукость.
Изучение идентичных близнецов — один из методов генетики человека. Взгляните па другую фотографию, где изображены двое молодых людей. Это тоже идентичные близнецы, но в раннем возрасте они были разлучены, воспитывались в разных условиях: один в городе, другой в деревне. И даже внимательного рассмотрения фотографии достаточно, чтобы понять: один решительнее, сосредоточеннее, быть может жестче. И правда: характеры у них, несмотря на одинаковую наследственность, оказались разными.
Изучение идентичных близнецов позволяет сделать заключения об относительной роли наследственности и среды в формировании организма. Роль среды велика. Образование, условия жизни, увлечения, работа — все это накладывает на человека несомненнейший отпечаток. В течение жизни одни способности развиваются, другие, не найдя нужных условий, наоборот, затухают.
Моника и Герда, идентичные близнецы.
То же относится и к развитию физическому, и все же изучение идентичных близнецов показывает могущество, исключительную значимость наследственности. Вспомните знаменитых наших хоккеистов братьев Майоровых. Право же, в их спортивных способностях, наклонностях и повадках куда больше общего, чем различий. А если и есть различия, то вызваны они в основном тем, что на долю одного выпало больше травм, чем на долю другого.
Об исключительном сходстве идентичных близнецов говорит и тот любопытный факт, что даже собаки-ищейки путают их следы.
Очень интересные опыты на тысячах близнецов были проведены в тридцатых годах в Москве во Всесоюзном институте экспериментальной биологии и медицины. Вот один из них, ставший классическим, вошедший в книги по генетике всего мира. Идентичных близнецов-ребятишек помещали в разные комнаты и давали им кубики. Они должны были строить замки и башни, причем у одного из них был рисунок, на котором обозначался каждый кубик, у другого же — только контур здания. Поначалу преуспевал первый близнец. Но на каком-то этапе оказывалось, что второй перегнал его: его задача была сложнее и он приобрел больше строительных навыков, мало того — способностей конструктора. Так, при одинаковой наследственности способности второго близнеца за счет упражнений развились сильнее.
Эти идентичные близнецы воспитывались в разных условиях. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Опыты по передаче с отцовской стороны</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Первые и очень спорные эксперименты по этому вопросу были проведены в конце 1970-х годов не на уровне генов, но на уровне функциональных характеристик иммунного ответа. Тэд Стил задал вопрос, приводят ли изменения иммунологических функций родителя (отца), вызванные активной обработкой антигеном, к каким-либо изменениям специфической или неспецифической иммунной реактивности у потомства, появившегося от скрещивания таких обработанных антигеном отцов с нормальными самками. Эти эксперименты были проведены на инбредных линиях мышей. Результаты оказались невоспроизводимыми — некоторые лаборатории смогли продемонстрировать отцовскую передачу специфических приобретенных иммунологических функций (или неспецифических нарушений), а другие не смогли. Первый положительный результат был получен Тэдом Стилом в соавторстве с Регом Гор-жински (Gorczynsky). Они использовали систему Медавара приобретенной неонатальной толерантности к чужим антигенам гистосовместимости (рис. 4.3). Эти эксперименты проводились в течение двух лет (1978—1979) в Онкологическом институте Онтарио (Торонто). Мы показали, что, если новорожденных самцов линии А повторно подвергать воздействию большого числа лимфоцитов линии В, то «толерантные» самцы могут передавать некоторые черты специфической толерантности к антигенам В-ткани своему потомству, полученному от , их скрещивания с нормальными самками линии А (рис. 6.1). , Иммунными эффекторными клетками в этом эксперименте почти несомненно были Т-лимфоциты, так как именно они вовлечены в реакцию отторжения. В более поздних экспериментах был проверен ответ В-лимфоцитов, причем была показана отцовская передача изменения силы ответа у потомков иммунизированных самцов.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_40_img_32.png"/>
</p><p><strong>Рис. 6.1. Передача приобретенной иммунолологической толерантности от отца. Эксперименты Горжински-Стила (Gorczynski-Steele). Мыши линии А приобрели толерантность к антигенам гистосовместимости линии В при инъекции новорожденным лимфоидных клеток линии В. (Это метод Медавара, см. рис. 4.3.) Эти мыши скрещиваются с нормальными самками линии А. У потомства проверяют образец киллерных Т-клеток на толерантность к антигенам гистосовместимости линии В. Согласно традиционной неодарвинистской теории потомство не должно быть толерантным, но в опыте было обнаружено много толерантных мышей. В контроле необработанных самцов линии А скрещивали с нормальными самками линии А. Родителей (контрольных и экспериментальных) и потомков содержали в одинаковых условиях в виварии. (По Steele E. J., Gorczynski R. M., Pollard J. W. In:</strong> <em><strong>Evolutionary Theory Path into the Future.</strong></em> <strong>Ed. J. W. Pollard. John Wiley, London, pp 217-237, 1984. Перепечатано с разрешения издателя).</strong></p><p>В этих экспериментах мы столкнулись с материальными и техническими проблемами. В таких опытах необходимо долговременное разведение 10-20 обработанных и необработанных самцов и учет изменений ответа или на пересадку кожи, или на иммунизацию, или на стимулированный антигеном ответ лимфоцитов одновременно у 50—100 потомков. Правильная интерпретация результатов возможна только при большом числе контрольных животных и проверок реакций на каждом этапе. Положительная передача была непостоянной, появляясь с большой частотой у одного-двух из десяти самцов (среди самцов наблюдалась изменчивость по признаку «частоты передачи потомству»). Эти данные подтверждали прямую проницаемость барьера Вейсмана при активной иммунизации, так как предполагается, что следующему поколению самцы передают только спермий. С иммунизированными матерями экспериментов не проводили, так как на плод и новорожденного прямо воздействуют антитела и лимфоциты, проникающие от матери или в матке, или после рождения с молозивом.</p><p>Неудивительно, что эти эксперименты вызвали серьезные возражения и стали отчасти причиной эмоционального приема идей, упомянутых ранее, а невоспроизводимость результатов вызвала скептицизм у некоторых исследователей. Биологические тесты, использованные в некоторых из этих работ, очень изменчивы [10]. Сейчас технически возможны более точные эксперименты, так как новые молекулярные методы позволяют создать линии мышей, на которых можно обнаружить передачу информации от сомы к зародышевой линии. Однако частота такого события все еще неизвестна.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Опыты по передаче с отцовской стороны
Первые и очень спорные эксперименты по этому вопросу были проведены в конце 1970-х годов не на уровне генов, но на уровне функциональных характеристик иммунного ответа. Тэд Стил задал вопрос, приводят ли изменения иммунологических функций родителя (отца), вызванные активной обработкой антигеном, к каким-либо изменениям специфической или неспецифической иммунной реактивности у потомства, появившегося от скрещивания таких обработанных антигеном отцов с нормальными самками. Эти эксперименты были проведены на инбредных линиях мышей. Результаты оказались невоспроизводимыми — некоторые лаборатории смогли продемонстрировать отцовскую передачу специфических приобретенных иммунологических функций (или неспецифических нарушений), а другие не смогли. Первый положительный результат был получен Тэдом Стилом в соавторстве с Регом Гор-жински (Gorczynsky). Они использовали систему Медавара приобретенной неонатальной толерантности к чужим антигенам гистосовместимости (рис. 4.3). Эти эксперименты проводились в течение двух лет (1978—1979) в Онкологическом институте Онтарио (Торонто). Мы показали, что, если новорожденных самцов линии А повторно подвергать воздействию большого числа лимфоцитов линии В, то «толерантные» самцы могут передавать некоторые черты специфической толерантности к антигенам В-ткани своему потомству, полученному от , их скрещивания с нормальными самками линии А (рис. 6.1). , Иммунными эффекторными клетками в этом эксперименте почти несомненно были Т-лимфоциты, так как именно они вовлечены в реакцию отторжения. В более поздних экспериментах был проверен ответ В-лимфоцитов, причем была показана отцовская передача изменения силы ответа у потомков иммунизированных самцов.
Рис. 6.1. Передача приобретенной иммунолологической толерантности от отца. Эксперименты Горжински-Стила (Gorczynski-Steele). Мыши линии А приобрели толерантность к антигенам гистосовместимости линии В при инъекции новорожденным лимфоидных клеток линии В. (Это метод Медавара, см. рис. 4.3.) Эти мыши скрещиваются с нормальными самками линии А. У потомства проверяют образец киллерных Т-клеток на толерантность к антигенам гистосовместимости линии В. Согласно традиционной неодарвинистской теории потомство не должно быть толерантным, но в опыте было обнаружено много толерантных мышей. В контроле необработанных самцов линии А скрещивали с нормальными самками линии А. Родителей (контрольных и экспериментальных) и потомков содержали в одинаковых условиях в виварии. (По Steele E. J., Gorczynski R. M., Pollard J. W. In: Evolutionary Theory Path into the Future. Ed. J. W. Pollard. John Wiley, London, pp 217-237, 1984. Перепечатано с разрешения издателя).
В этих экспериментах мы столкнулись с материальными и техническими проблемами. В таких опытах необходимо долговременное разведение 10-20 обработанных и необработанных самцов и учет изменений ответа или на пересадку кожи, или на иммунизацию, или на стимулированный антигеном ответ лимфоцитов одновременно у 50—100 потомков. Правильная интерпретация результатов возможна только при большом числе контрольных животных и проверок реакций на каждом этапе. Положительная передача была непостоянной, появляясь с большой частотой у одного-двух из десяти самцов (среди самцов наблюдалась изменчивость по признаку «частоты передачи потомству»). Эти данные подтверждали прямую проницаемость барьера Вейсмана при активной иммунизации, так как предполагается, что следующему поколению самцы передают только спермий. С иммунизированными матерями экспериментов не проводили, так как на плод и новорожденного прямо воздействуют антитела и лимфоциты, проникающие от матери или в матке, или после рождения с молозивом.
Неудивительно, что эти эксперименты вызвали серьезные возражения и стали отчасти причиной эмоционального приема идей, упомянутых ранее, а невоспроизводимость результатов вызвала скептицизм у некоторых исследователей. Биологические тесты, использованные в некоторых из этих работ, очень изменчивы [10]. Сейчас технически возможны более точные эксперименты, так как новые молекулярные методы позволяют создать линии мышей, на которых можно обнаружить передачу информации от сомы к зародышевой линии. Однако частота такого события все еще неизвестна. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">От чистой теории до чистой практики</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>В мальчишеском возрасте жил я в Сибири и приохотился там к рыбной ловле. Рядом было озеро, битком набитое серебряными карасями. Клевали они замечательно, за вечер случалось порой выловить сотню. Одна только беда: караси были малы и бабушка наотрез отказывалась их чистить. Приходилось возиться с рыбешками самому, и вот тут-то я сделал любопытное наблюдение. Сколько бы я рыб ни поймал, все они оказывались не карасями, а... карасихами! Сплошь самки, ни одного самца! «До чего же самцы у них хитрые!» —подумал я. А в том же озере мои приятели ловили карасей не на удочку, а вентирями — прутяными корзинами с узкими входами. Я ловлю такого рода не любил, да и сейчас не люблю, это уже не спорт, а промысел, однако... Не попадаются ли хитрюги-самцы хотя в вентирп: из них вытряхивали карасей сотнями! Я не мог этого не проверить и искренне удивил приятеля, когда вызвался чистить карасей вместе с ним... И что же? Ни одного самца не попалось и в вентирь!</p><p>В ту пору я не мог разгадать эту тайну, лишь много позже узнал: так и должно быть. Во многих водоемах, заселенных серебряными карасями, нет ни единого самца, однако караси превосходно в них множатся. Это явление носит название гиногенеза. Здесь происходит мнимое оплодотворение спермой самцов других видов. Чужое ядро, проникая в икринку, лишь толкает ее к развитию, само же рассасывается. Легко понять, что наследственность тут чисто материнская, иначе и быть не может.</p>
<p>Интересный случай гиногенеза описан для американской рыбки моллиенизия формоза. Там вовсе не существует самцов, однако размножение происходит. Самки «оплодотворяются» самцами одного из двух близких видов: моллиенизия велифера или моллиенизия латиппина. Но спермий, проникая в яйцо, лишь дает толчок для начала развития. Так что гибридизации нет: все мальки оказываются самками моллиенизия формоза.</p><p>Гиногенез многократно получали искусственно. Так у многих лягушек и жаб достаточно укола иглой или температурного воздействия, чтобы неоплодотворенная икринка начала развиваться.</p><p>Зная все эти факты, академик Б. Л. Астауров еще в молодости задумал и провел ставшие ныне классическими эксперименты. Астауров рассуждал так: природа показала нам, что материнского ядра в ряде случаев достаточно для развития. Но из данных генетики мы знаем, что отцовское ядро равноправно с материнским в передаче признаков по наследству. А нельзя ли получить организмы, в которых сказалась бы только отцовская наследственность?</p><p>Объектом исследования Борис Львович избрал тутового шелкопряда — бабочку, у которой он и другие генетику изучили наследование многих признаков. Линии были подобраны с таким расчетом, чтобы хромосомы самца были, как говорят генетики, замаркированы. Иначе говоря, по признакам, проявившимся у потомства, можно было бы легко определить, за счет какого генотипа оно развилось: материнского, отцовского или, как обычно, материнско-отцовского. После этого начался энергичный штурм материнского ядра: его нужно было удалить, убить или хотя бы нейтрализовать, не убивая при этом яйцеклетки. Это удалось сделать, применив нагревание или рентгеновские лучи. Если после воздействия ими яйцеклетка оплодотворялась, то убитое женское ядро, естественно, не принимало участия в развитии эмбриона и генотип его полностью повторял генотип отцовский. Так в удивительных по наглядности опытах был воспроизведен экспериментальный андрогенез — развитие под влиянием чисто отцовской наследственности. Это имело большое теоретическое значение. А через тридцать лет выяснилось, что созданные в этих и других опытах гены-маркеры могут играть большую практическую роль.</p><p>У тутового шелкопряда самцы «старательнее» самок: наматывают на кокон больше шелка. А что, если использовать для выкормки только самцов? Мысль естественная, однако осуществить ее было но просто. Бабочка-самка откладывает грену — множество мельчайших яичек. Прежде всего задача состояла в том, чтобы научиться определять, из какого яичка разовьется самец, из какого самка. Генетики тут помогли: сконструировали генотипы, у которых это возможно. Для этой цели действовали рентгеном и получили транслокацию, при которой на половую хромосому пересадили кусочек другой хромосомы, несущий ген темной окраски — ген-маркер. У тутового шелкопряда самки гетерогаметны — их формула <em>ZW</em>, тогда как формула самцов <em>ZZ</em>. Именно на <em>W</em>-хромосому и была произведена пересадки «темного» гена. Нетрудно понять, что все яички, из которых получатся самки, оказались темноокрашенными, а те, которые разовьются в самцов,— светлыми. Следующей задачей было разработать способ сортировки грены по цвету. Тут на помощь пришла умная машина, основа которой — искусственный глаз: фотоэлемент. Сортировка грены производится на этой машине быстро и дешево. А выход шелка, в случаях когда выкармливаются только самцы, увеличивается на 30%.</p><p>В получении пород шелкопряда, меченых по полу, велики заслуги японских исследователей. Много здесь сделал работающий в Ташкентском университете генетик А. В. Струнников.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | От чистой теории до чистой практики
В мальчишеском возрасте жил я в Сибири и приохотился там к рыбной ловле. Рядом было озеро, битком набитое серебряными карасями. Клевали они замечательно, за вечер случалось порой выловить сотню. Одна только беда: караси были малы и бабушка наотрез отказывалась их чистить. Приходилось возиться с рыбешками самому, и вот тут-то я сделал любопытное наблюдение. Сколько бы я рыб ни поймал, все они оказывались не карасями, а... карасихами! Сплошь самки, ни одного самца! «До чего же самцы у них хитрые!» —подумал я. А в том же озере мои приятели ловили карасей не на удочку, а вентирями — прутяными корзинами с узкими входами. Я ловлю такого рода не любил, да и сейчас не люблю, это уже не спорт, а промысел, однако... Не попадаются ли хитрюги-самцы хотя в вентирп: из них вытряхивали карасей сотнями! Я не мог этого не проверить и искренне удивил приятеля, когда вызвался чистить карасей вместе с ним... И что же? Ни одного самца не попалось и в вентирь!
В ту пору я не мог разгадать эту тайну, лишь много позже узнал: так и должно быть. Во многих водоемах, заселенных серебряными карасями, нет ни единого самца, однако караси превосходно в них множатся. Это явление носит название гиногенеза. Здесь происходит мнимое оплодотворение спермой самцов других видов. Чужое ядро, проникая в икринку, лишь толкает ее к развитию, само же рассасывается. Легко понять, что наследственность тут чисто материнская, иначе и быть не может.
Интересный случай гиногенеза описан для американской рыбки моллиенизия формоза. Там вовсе не существует самцов, однако размножение происходит. Самки «оплодотворяются» самцами одного из двух близких видов: моллиенизия велифера или моллиенизия латиппина. Но спермий, проникая в яйцо, лишь дает толчок для начала развития. Так что гибридизации нет: все мальки оказываются самками моллиенизия формоза.
Гиногенез многократно получали искусственно. Так у многих лягушек и жаб достаточно укола иглой или температурного воздействия, чтобы неоплодотворенная икринка начала развиваться.
Зная все эти факты, академик Б. Л. Астауров еще в молодости задумал и провел ставшие ныне классическими эксперименты. Астауров рассуждал так: природа показала нам, что материнского ядра в ряде случаев достаточно для развития. Но из данных генетики мы знаем, что отцовское ядро равноправно с материнским в передаче признаков по наследству. А нельзя ли получить организмы, в которых сказалась бы только отцовская наследственность?
Объектом исследования Борис Львович избрал тутового шелкопряда — бабочку, у которой он и другие генетику изучили наследование многих признаков. Линии были подобраны с таким расчетом, чтобы хромосомы самца были, как говорят генетики, замаркированы. Иначе говоря, по признакам, проявившимся у потомства, можно было бы легко определить, за счет какого генотипа оно развилось: материнского, отцовского или, как обычно, материнско-отцовского. После этого начался энергичный штурм материнского ядра: его нужно было удалить, убить или хотя бы нейтрализовать, не убивая при этом яйцеклетки. Это удалось сделать, применив нагревание или рентгеновские лучи. Если после воздействия ими яйцеклетка оплодотворялась, то убитое женское ядро, естественно, не принимало участия в развитии эмбриона и генотип его полностью повторял генотип отцовский. Так в удивительных по наглядности опытах был воспроизведен экспериментальный андрогенез — развитие под влиянием чисто отцовской наследственности. Это имело большое теоретическое значение. А через тридцать лет выяснилось, что созданные в этих и других опытах гены-маркеры могут играть большую практическую роль.
У тутового шелкопряда самцы «старательнее» самок: наматывают на кокон больше шелка. А что, если использовать для выкормки только самцов? Мысль естественная, однако осуществить ее было но просто. Бабочка-самка откладывает грену — множество мельчайших яичек. Прежде всего задача состояла в том, чтобы научиться определять, из какого яичка разовьется самец, из какого самка. Генетики тут помогли: сконструировали генотипы, у которых это возможно. Для этой цели действовали рентгеном и получили транслокацию, при которой на половую хромосому пересадили кусочек другой хромосомы, несущий ген темной окраски — ген-маркер. У тутового шелкопряда самки гетерогаметны — их формула ZW, тогда как формула самцов ZZ. Именно на W-хромосому и была произведена пересадки «темного» гена. Нетрудно понять, что все яички, из которых получатся самки, оказались темноокрашенными, а те, которые разовьются в самцов,— светлыми. Следующей задачей было разработать способ сортировки грены по цвету. Тут на помощь пришла умная машина, основа которой — искусственный глаз: фотоэлемент. Сортировка грены производится на этой машине быстро и дешево. А выход шелка, в случаях когда выкармливаются только самцы, увеличивается на 30%.
В получении пород шелкопряда, меченых по полу, велики заслуги японских исследователей. Много здесь сделал работающий в Ташкентском университете генетик А. В. Струнников. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Наследование мозолистых утолщений</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Сейчас мы рассмотрим некоторые явления наследования анатомических признаков в экспериментах, проведенных природой. Некоторые из них детально описаны Джоунзом в его книге 1943 г. Поскольку животные «сами приноравливают себя к условиям окружающей среды» вследствие повторяющихся привычных действий, можно попытаться найти свидетельства «приобретенной наследственности», согласующейся с этими привычками.</p><p>У некоторых животных, например у страусов и африканских бородавочников, на разных частях тела (грудине, передних и задних конечностях) обнаруживаются большие выпуклые мозолистые утолщения, по-видимому, являющиеся результатом их привычек. Разыскивая пищу, бородавочник становится передними ногами на колени, а страусы, отдыхая, ложатся на ноги, при этом их грудина упирается в землю. Мозолистые утолщения у этих животных можно обнаружить на всех тех частях тела, где кожа соприкасается с землей. Появление мозолей можно считать «приобретенной» соматической адаптацией. Но что особенно интересно, так это то, что все заметные естественные мозоли, обнаруживаемые у взрослых страусов и бородавочников, <em>уже хорошо сформированы у эмбрионов</em> в отсутствие трения. Это означает, что мозоли, локализованные в стратегически важных местах, <em>закодированы в зародышевой линии</em>. Для таких зоологов, как Вуд Джоунз, подобное наблюдение является убедительным доказательством наследования приобретенных признаков. Реакция неодарвинистов (последователей Дарвина, но не самого Дарвина) на эти факты иная: эти мозолистые утолщения — результат естественного отбора. Обладатели таких мозолей имеют явное селективное преимущество, поскольку риск проникновения болезнетворных бактерий через поврежденную кожу для них существенно меньше.</p>
<p>Единственный способ решить, кто прав в этом споре — эксперимент, включающий скрещивания и индуцирование мозолей в нетипичном месте в каждом поколении, однако вероятнее всего этот эксперимент не принесет пользы по причине, сформулированной Вудом Джоунзом. Проблема для ламаркистской интерпретации состоит в том, что трудно представить, основываясь на современном знании, как информация о такой анатомической структуре может попасть в ДНК половых клеток. Для этого необходимо знать путь передачи от сомы в зародышевую линию, а также идентифицировать гены, контролирующие этот процесс. На таком фоне экспериментирование с V-генами выглядит очень легкой задачей!</p><p>Итак, образование мозолей — процесс хорошо заметный, но не поддающийся анализу. В противоположность этому V-гены антител нельзя увидеть, но с ними можно экспериментировать, анализировать полученные результаты и делать выводы.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Наследование мозолистых утолщений
Сейчас мы рассмотрим некоторые явления наследования анатомических признаков в экспериментах, проведенных природой. Некоторые из них детально описаны Джоунзом в его книге 1943 г. Поскольку животные «сами приноравливают себя к условиям окружающей среды» вследствие повторяющихся привычных действий, можно попытаться найти свидетельства «приобретенной наследственности», согласующейся с этими привычками.
У некоторых животных, например у страусов и африканских бородавочников, на разных частях тела (грудине, передних и задних конечностях) обнаруживаются большие выпуклые мозолистые утолщения, по-видимому, являющиеся результатом их привычек. Разыскивая пищу, бородавочник становится передними ногами на колени, а страусы, отдыхая, ложатся на ноги, при этом их грудина упирается в землю. Мозолистые утолщения у этих животных можно обнаружить на всех тех частях тела, где кожа соприкасается с землей. Появление мозолей можно считать «приобретенной» соматической адаптацией. Но что особенно интересно, так это то, что все заметные естественные мозоли, обнаруживаемые у взрослых страусов и бородавочников, уже хорошо сформированы у эмбрионов в отсутствие трения. Это означает, что мозоли, локализованные в стратегически важных местах, закодированы в зародышевой линии. Для таких зоологов, как Вуд Джоунз, подобное наблюдение является убедительным доказательством наследования приобретенных признаков. Реакция неодарвинистов (последователей Дарвина, но не самого Дарвина) на эти факты иная: эти мозолистые утолщения — результат естественного отбора. Обладатели таких мозолей имеют явное селективное преимущество, поскольку риск проникновения болезнетворных бактерий через поврежденную кожу для них существенно меньше.
Единственный способ решить, кто прав в этом споре — эксперимент, включающий скрещивания и индуцирование мозолей в нетипичном месте в каждом поколении, однако вероятнее всего этот эксперимент не принесет пользы по причине, сформулированной Вудом Джоунзом. Проблема для ламаркистской интерпретации состоит в том, что трудно представить, основываясь на современном знании, как информация о такой анатомической структуре может попасть в ДНК половых клеток. Для этого необходимо знать путь передачи от сомы в зародышевую линию, а также идентифицировать гены, контролирующие этот процесс. На таком фоне экспериментирование с V-генами выглядит очень легкой задачей!
Итак, образование мозолей — процесс хорошо заметный, но не поддающийся анализу. В противоположность этому V-гены антител нельзя увидеть, но с ними можно экспериментировать, анализировать полученные результаты и делать выводы. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Эволюционная значимость обратной связи сомы и зародышевой линии</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Сейчас мы попытаемся ответить на вопрос, поставленный в конце главы 4. Поскольку иммунная система ныне живущих позвоночных, по-видимому, хорошо приспособлена к ответу на неожиданные антигены, есть ли сейчас нужда в обратной связи сомы и зародышевой линии? Для ответа на этот вопрос рассмотрим вероятные события в эволюции позвоночных, которые привели к появлению генов антител. Мы считаем, что, рассмотрев все известные генетические данные, можно дать следующее простейшее объяснение эволюции V-генов антител.</p>
<p>• Первым шагом было появление в зародышевой линии позвоночных небольшого числа вариабельных генов. Это произошло во время Кембрийского «взрыва» примерно 550-500 миллионов лет назад. Набор тесно сцепленных, хотя и различных генов мог возникнуть только в результате удвоения одного исходного гена и последующих мутационных изменений в образовавшихся дупликациях. Считается, что дуп-ликации генов появляются вследствие неравного кроссин-говера. Он происходит у организмов, размножающихся половым путем, в ходе мейоза, приводящего к образованию гамет (яйцеклеток и сперматозоидов) с гаплоидньш набором хромосом. Повторные дупликации и последующие мутации приводят к образованию рядов тесно сцепленных генов (тандемов) [15].-</p>
<p>• Затем, должен был существовать интенсивный отбор в пользу тех организмов, которые способны к соматическому ги-пермутированию V-генов. Это позволяло создавать большой репертуар антител для борьбы с инфекционными заболеваниями быстрее, чем медленно мутирующий небольшой набор генов зародышевой линии. </p>
<p>• Кроме того, должно было существовать давление отбора на увеличение репертуара V-генов зародышевой линии. Случайные мутации в половых клетках и последующий естественный отбор были бы чрезвычайно медленным способом построения такого репертуара. Кроме того, как мы уже обсуждали, эволюция гетеродимерных антигенсвязывающих центров антител и сегментация генов зародышевой линии, требующая соматической перестройки последовательностей ДНК, заметно ослабляют скорость отбора V-генов зародышевой линии. Каждое изменение структуры V-гена зародышевой линии требовало бы также образования нового репертуара генов. В этих условиях обратная связь успешных функциональных му-тантных последовательностей V-генов сомы и зародышевой линии давала бы большие селективные преимущества.</p>
<p>Нужно ли соматическое мутирование современным позвоночным? Конечно, соматическое гипермутирование можно продемонстрировать экспериментально. Однако в некоторых экспериментах с инбредными мышами и патогенными вирусами (гл. 3) показано, что в ходе антивирусного ответа соматические мутации или не происходят, или, если происходят, ничего не добавляют к иммунному ответу. В самом деле, в настоящее время соматическое гипермутирование само по себе кажется почти неуместным. Существующее в зародышевой линии разнообразие генетических элементов, кодирующих тяжелые и легкие цепи антител, и комбинаторные возможности соматических клеток, которые обеспечивают быстрое образование большого репертуара антител, достаточны для ответа на неожиданности. Поэтому у ныне живущих позвоночных соматическое гипермутирование, должно быть, излишне. Тем не менее, возможно, оно до сих пор дает селективное преимущество как источник новых успешных открытых рамок считывания, возвращающихся в зародышевую линию. Его действие может уменьшать вредный эффект случайного генетического дрейфа, который потенциально направлен на уменьшение репертуара V-генов зародышевой линии в результате появления стоп-кодонов в кодирующих участках из-за точковых мутаций или вставок/потерь нуклеотидов. Короче, роль обратной связи сомы и зародышевой линии у современных позвоночных, возможно, состоит в «генетическом домашнем хозяйстве»: она поддерживает открытые рамки считывания в тандемном наборе V-генов зародышевой линии.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Эволюционная значимость обратной связи сомы и зародышевой линии
Сейчас мы попытаемся ответить на вопрос, поставленный в конце главы 4. Поскольку иммунная система ныне живущих позвоночных, по-видимому, хорошо приспособлена к ответу на неожиданные антигены, есть ли сейчас нужда в обратной связи сомы и зародышевой линии? Для ответа на этот вопрос рассмотрим вероятные события в эволюции позвоночных, которые привели к появлению генов антител. Мы считаем, что, рассмотрев все известные генетические данные, можно дать следующее простейшее объяснение эволюции V-генов антител.
• Первым шагом было появление в зародышевой линии позвоночных небольшого числа вариабельных генов. Это произошло во время Кембрийского «взрыва» примерно 550-500 миллионов лет назад. Набор тесно сцепленных, хотя и различных генов мог возникнуть только в результате удвоения одного исходного гена и последующих мутационных изменений в образовавшихся дупликациях. Считается, что дуп-ликации генов появляются вследствие неравного кроссин-говера. Он происходит у организмов, размножающихся половым путем, в ходе мейоза, приводящего к образованию гамет (яйцеклеток и сперматозоидов) с гаплоидньш набором хромосом. Повторные дупликации и последующие мутации приводят к образованию рядов тесно сцепленных генов (тандемов) [15].-
• Затем, должен был существовать интенсивный отбор в пользу тех организмов, которые способны к соматическому ги-пермутированию V-генов. Это позволяло создавать большой репертуар антител для борьбы с инфекционными заболеваниями быстрее, чем медленно мутирующий небольшой набор генов зародышевой линии.
• Кроме того, должно было существовать давление отбора на увеличение репертуара V-генов зародышевой линии. Случайные мутации в половых клетках и последующий естественный отбор были бы чрезвычайно медленным способом построения такого репертуара. Кроме того, как мы уже обсуждали, эволюция гетеродимерных антигенсвязывающих центров антител и сегментация генов зародышевой линии, требующая соматической перестройки последовательностей ДНК, заметно ослабляют скорость отбора V-генов зародышевой линии. Каждое изменение структуры V-гена зародышевой линии требовало бы также образования нового репертуара генов. В этих условиях обратная связь успешных функциональных му-тантных последовательностей V-генов сомы и зародышевой линии давала бы большие селективные преимущества.
Нужно ли соматическое мутирование современным позвоночным? Конечно, соматическое гипермутирование можно продемонстрировать экспериментально. Однако в некоторых экспериментах с инбредными мышами и патогенными вирусами (гл. 3) показано, что в ходе антивирусного ответа соматические мутации или не происходят, или, если происходят, ничего не добавляют к иммунному ответу. В самом деле, в настоящее время соматическое гипермутирование само по себе кажется почти неуместным. Существующее в зародышевой линии разнообразие генетических элементов, кодирующих тяжелые и легкие цепи антител, и комбинаторные возможности соматических клеток, которые обеспечивают быстрое образование большого репертуара антител, достаточны для ответа на неожиданности. Поэтому у ныне живущих позвоночных соматическое гипермутирование, должно быть, излишне. Тем не менее, возможно, оно до сих пор дает селективное преимущество как источник новых успешных открытых рамок считывания, возвращающихся в зародышевую линию. Его действие может уменьшать вредный эффект случайного генетического дрейфа, который потенциально направлен на уменьшение репертуара V-генов зародышевой линии в результате появления стоп-кодонов в кодирующих участках из-за точковых мутаций или вставок/потерь нуклеотидов. Короче, роль обратной связи сомы и зародышевой линии у современных позвоночных, возможно, состоит в «генетическом домашнем хозяйстве»: она поддерживает открытые рамки считывания в тандемном наборе V-генов зародышевой линии. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Эволюция иммунной системы</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Будем считать, что инфекционные болезни были главной, если не единственной, селективной силой в эволюции иммунной системы позвоночных. Тогда мы можем довольно легко рассматривать этот процесс в терминах дарвиновского «выживания наиболее приспособленной» иммунной системы. Если это так, то гены иммуноглобулинов (Ig), ответственные за кодирование антител, передаются потомкам через половые клетки, и их сохранение в ходе эволюции определяется теми же дарвиновскими правилами, которым подчинены и другие гены. Теперь мы критически рассмотрим сказанное.</p><p>Детальные сравнительные исследования разных видов беспозвоночных (насекомых) и позвоночных показывают, что система приобретенного иммунитета, которую мы сейчас обсуждаем, существует у хрящевых рыб (акул и скатов) и, следовательно, появилась по крайней мере 400—500 миллионов лет назад. У этих рыб есть гены, родственные генам вариабельной области Ig (IgV), или генам рецепторов Т-клеток (ТкР) [5]. В исследованиях Роберта Райсона (Raison) из Технологического университета Сиднея и других показано, что еще более примитивные позвоночные — круглоротые (миксины и миноги) — не имеют системы приобретенного иммунитета; у них нет ни IgV, ни ТкР-генов. До сих пор идет поиск недостающего звена. Однако пока не известны эволюционные переходы между кругло-ротыми и хрящевыми рыбами. И нет никаких гарантий, что недостающие звенья когда-нибудь будут найдены, так как все они, возможно, вымерли. На рис. 3.4 показаны основные представители позвоночных, у которых работа иммунной системы изучена подробно. Даже у холоднокровных позвоночных — рыб — можно обнаружить основные элементы системы приобретенного иммунитета теплокровных. Иммунные системы всех изученных позвоночных имеют следующие свойства:</p>
<p>• они способны создавать гигантское разнообразие антител и Т-клеток, обеспечивающее ответ на практически любой антиген;</p><p>• они способны к усиленному ответу при повторной встрече с антигеном (имеют память);</p><p>• они способны обеспечивать аутотолерантность.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_17_img_14.png"/>
</p><p><strong>Рис. 3.4. Позвоночные, у которых обнаружена сходная с млекопитающими система иммунитета.</strong></p><p>Если мы иммунизированы коклюшной или столбнячной вакциной, наша иммунная система «помнит» первую встречу с этими антигенами, позволяя нам быстрее и сильнее реагировать на новую встречу с тем же самым антигеном образованием более высоких концентраций антител в крови. Эти свойства — направляемое антигеном изменение соматических клеток, специфичность, аутотолерантность и память — являются признаками иммунных систем всех позвоночных. У акул и других холоднокровных животных из-за низких температур окружающей среды иммунный ответ медленнее, чем у теплокровных наземных позвоночных.</p><p>Большая часть информации о клеточных и молекулярных процессах в иммунной системе получена экспериментальной иммунологией в опытах с иммунизацией мышей инбредных линий. Также много данных получено в клинических наблюдениях; сейчас мы знаем, что практически любая клетка, молекула и ген, обнаруженные у мышей, существуют и у человека. Хотя на других позвоночных проведено гораздо меньше исследований, очевидно, что при переходе от холоднокровных хрящевых рыб к теплокровным наземным животным сложность иммунной системы возрастала. Например, мы знаем, что генетическая стратегия, используемая для сохранения длинных последовательностей ДНК, кодирующих большое число различных антител у акул, менее экономична, чем у мышей и человека. У кроликов последовательности ДНК используются еще более эффективно. Однако самая эффективная система описана у кур и других птиц. Это станет понятным, когда мы обсудим уникальную природу генов, кодирующих антитела.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Эволюция иммунной системы
Будем считать, что инфекционные болезни были главной, если не единственной, селективной силой в эволюции иммунной системы позвоночных. Тогда мы можем довольно легко рассматривать этот процесс в терминах дарвиновского «выживания наиболее приспособленной» иммунной системы. Если это так, то гены иммуноглобулинов (Ig), ответственные за кодирование антител, передаются потомкам через половые клетки, и их сохранение в ходе эволюции определяется теми же дарвиновскими правилами, которым подчинены и другие гены. Теперь мы критически рассмотрим сказанное.
Детальные сравнительные исследования разных видов беспозвоночных (насекомых) и позвоночных показывают, что система приобретенного иммунитета, которую мы сейчас обсуждаем, существует у хрящевых рыб (акул и скатов) и, следовательно, появилась по крайней мере 400—500 миллионов лет назад. У этих рыб есть гены, родственные генам вариабельной области Ig (IgV), или генам рецепторов Т-клеток (ТкР) [5]. В исследованиях Роберта Райсона (Raison) из Технологического университета Сиднея и других показано, что еще более примитивные позвоночные — круглоротые (миксины и миноги) — не имеют системы приобретенного иммунитета; у них нет ни IgV, ни ТкР-генов. До сих пор идет поиск недостающего звена. Однако пока не известны эволюционные переходы между кругло-ротыми и хрящевыми рыбами. И нет никаких гарантий, что недостающие звенья когда-нибудь будут найдены, так как все они, возможно, вымерли. На рис. 3.4 показаны основные представители позвоночных, у которых работа иммунной системы изучена подробно. Даже у холоднокровных позвоночных — рыб — можно обнаружить основные элементы системы приобретенного иммунитета теплокровных. Иммунные системы всех изученных позвоночных имеют следующие свойства:
• они способны создавать гигантское разнообразие антител и Т-клеток, обеспечивающее ответ на практически любой антиген;
• они способны к усиленному ответу при повторной встрече с антигеном (имеют память);
• они способны обеспечивать аутотолерантность.
Рис. 3.4. Позвоночные, у которых обнаружена сходная с млекопитающими система иммунитета.
Если мы иммунизированы коклюшной или столбнячной вакциной, наша иммунная система «помнит» первую встречу с этими антигенами, позволяя нам быстрее и сильнее реагировать на новую встречу с тем же самым антигеном образованием более высоких концентраций антител в крови. Эти свойства — направляемое антигеном изменение соматических клеток, специфичность, аутотолерантность и память — являются признаками иммунных систем всех позвоночных. У акул и других холоднокровных животных из-за низких температур окружающей среды иммунный ответ медленнее, чем у теплокровных наземных позвоночных.
Большая часть информации о клеточных и молекулярных процессах в иммунной системе получена экспериментальной иммунологией в опытах с иммунизацией мышей инбредных линий. Также много данных получено в клинических наблюдениях; сейчас мы знаем, что практически любая клетка, молекула и ген, обнаруженные у мышей, существуют и у человека. Хотя на других позвоночных проведено гораздо меньше исследований, очевидно, что при переходе от холоднокровных хрящевых рыб к теплокровным наземным животным сложность иммунной системы возрастала. Например, мы знаем, что генетическая стратегия, используемая для сохранения длинных последовательностей ДНК, кодирующих большое число различных антител у акул, менее экономична, чем у мышей и человека. У кроликов последовательности ДНК используются еще более эффективно. Однако самая эффективная система описана у кур и других птиц. Это станет понятным, когда мы обсудим уникальную природу генов, кодирующих антитела. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Трагедии, которых могло не быть</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Однажды сказались последствия фронтовых невзгод, разболелись у меня ноги, пришлось лечь в больницу. Там я и познакомился с Анатолием К. В прошлом инженер, к моменту нашего знакомства он уже был инвалидом, обреченным на тяжелую, неотвратимую гибель. Это был человек среднего роста, широкоплечий, недавно еще отменно крепкий — при каждом движении чувствовался рельеф уже изрядно иссохших мышц. А движений он совершал множество, в сотни раз больше, чем требовалось. Он не мог стоять на месте, идти по прямой, смотреть в одну точку, сидеть или лежать без движений. Разумеется, непрерывные движения вызывали огромный, невосполнимый расход энергии, человек нетрудоспособный совершал ежедневно колоссальную, абсолютно ненужную работу. При этом истощалась но только мышечная, но и нервная системы — смерть у таких больных не за горами.</p><p>Эта болезнь называется хорея Гантингтона. Она наследственна, передается по доминантному типу, т. е. 50% потомков больного неотвратимо заболевают. Хорея развивается в возрасте 35—45 лет. Мать Анатолия заболела в сорок лет, у нее уже было два сына и дочь. Дочь жива и здорова, старший сын погиб на войне, Анатолий был младшим.</p>
<p>Отвлечемся ненадолго от этой тяжкой судьбы, обратимся к другому примеру — он позволит сделать некоторые статистические выкладки. Трое шведов, родных братьев, здоровяков и красавцев с виду, не нашли на родине приложения своим силам, не нашли и невест: местные девушки знали, что над их семьей довлеет рок наследственного заболевания. Братья сели на корабль, пересекли океан и высадились в Америке, наградив тем самым Новый Свет хореею Гантингтона. С тех пор прошло около 300 лет. За это время от хореи умерло более 1000 потомков этих первых трех больных переселенцев. А теперь на минуту допустим, что в последующие 300 лет темп размножения будет прежним. Число больных и погибших составит в этом случае... сотни тысяч! Но в США есть генетическое законодательство. В ряде штатов оно негуманное, права больных подвергаются дискриминации. Но возьмем для примера штаты другие, где жестоких законов нет, а просто хорошо поставлено дело генетических консультаций. Заболеваемость там из поколения в поколение снижается.</p><p>Теперь вернемся к несчастному Анатолию. Это мужественный человек, жалоб на собственную судьбу от него не услышишь. Иное — судьба детей. У Анатолия две дочери, он умрет раньше, чем они вырастут, но и умирая будет думать-гадать: заболеют они хореей или не заболеют?</p><p>— Почему меня не предупредили? — Это он говорил не раз.</p><p>И еще, узнав, что я пишу популярную книгу по генетике, просил:</p><p>— Напишите о моей болезни! Пусть знают многие!</p><p>Я выполняю его просьбу, тем более что не в одной хорее дело: наследственных болезней немало.</p><p>В Советском Союзе уже проводятся консультации врачей-генетиков, а в дальнейшем их сеть станет шире.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Трагедии, которых могло не быть
Однажды сказались последствия фронтовых невзгод, разболелись у меня ноги, пришлось лечь в больницу. Там я и познакомился с Анатолием К. В прошлом инженер, к моменту нашего знакомства он уже был инвалидом, обреченным на тяжелую, неотвратимую гибель. Это был человек среднего роста, широкоплечий, недавно еще отменно крепкий — при каждом движении чувствовался рельеф уже изрядно иссохших мышц. А движений он совершал множество, в сотни раз больше, чем требовалось. Он не мог стоять на месте, идти по прямой, смотреть в одну точку, сидеть или лежать без движений. Разумеется, непрерывные движения вызывали огромный, невосполнимый расход энергии, человек нетрудоспособный совершал ежедневно колоссальную, абсолютно ненужную работу. При этом истощалась но только мышечная, но и нервная системы — смерть у таких больных не за горами.
Эта болезнь называется хорея Гантингтона. Она наследственна, передается по доминантному типу, т. е. 50% потомков больного неотвратимо заболевают. Хорея развивается в возрасте 35—45 лет. Мать Анатолия заболела в сорок лет, у нее уже было два сына и дочь. Дочь жива и здорова, старший сын погиб на войне, Анатолий был младшим.
Отвлечемся ненадолго от этой тяжкой судьбы, обратимся к другому примеру — он позволит сделать некоторые статистические выкладки. Трое шведов, родных братьев, здоровяков и красавцев с виду, не нашли на родине приложения своим силам, не нашли и невест: местные девушки знали, что над их семьей довлеет рок наследственного заболевания. Братья сели на корабль, пересекли океан и высадились в Америке, наградив тем самым Новый Свет хореею Гантингтона. С тех пор прошло около 300 лет. За это время от хореи умерло более 1000 потомков этих первых трех больных переселенцев. А теперь на минуту допустим, что в последующие 300 лет темп размножения будет прежним. Число больных и погибших составит в этом случае... сотни тысяч! Но в США есть генетическое законодательство. В ряде штатов оно негуманное, права больных подвергаются дискриминации. Но возьмем для примера штаты другие, где жестоких законов нет, а просто хорошо поставлено дело генетических консультаций. Заболеваемость там из поколения в поколение снижается.
Теперь вернемся к несчастному Анатолию. Это мужественный человек, жалоб на собственную судьбу от него не услышишь. Иное — судьба детей. У Анатолия две дочери, он умрет раньше, чем они вырастут, но и умирая будет думать-гадать: заболеют они хореей или не заболеют?
— Почему меня не предупредили? — Это он говорил не раз.
И еще, узнав, что я пишу популярную книгу по генетике, просил:
— Напишите о моей болезни! Пусть знают многие!
Я выполняю его просьбу, тем более что не в одной хорее дело: наследственных болезней немало.
В Советском Союзе уже проводятся консультации врачей-генетиков, а в дальнейшем их сеть станет шире. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Наследование соматических мутаций</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Итак, мы можем спросить, есть ли польза от антигензависимых соматических событий (мутаций и отбора) для ДНК-последовательностей V-генов зародышевой линии следующих поколений? В предьщущей главе мы уже рассказали, как много появляется новых мутантных ДНК-последовательностей в В-лимфоцитах и как они проходят отбор на успешность связывания антигена. Сейчас мы спросим, могут ли эти новые последовательности вливаться в ДНК зародышевой линии — в ДНК половых клеток, яйцеклеток и сперматозоидов?</p><p>Теория соматического отбора предполагает передачу приобретенных соматических мутаций V-генов антител половым клеткам. Эта передача может осуществляться при участии обратной транскриптазы (копирование соматической РНК в ДНК) и эндогенных РНК-ретровирусов (продуцируемых лимфоцитами), действующих как «генные челноки», перевозящие мутантные последовательности V-генов в половые клетки. После этого должна происходить интеграция возникшей в соматических клетках генетической информации в ДНК зародышевой линии и замещение ею ранее существовавшей ДНК-последовательности (рис. 1.2). Когда мы формулировали свою гипотезу, мы подчеркивали, что она — «полезный эвристический инструмент», подобный использованным в теоретической физике. Наша теория обращает внимание исследователя на возможность наследования приобретенных признаков. Она убедительно показывает, что теоретически барьер Вейсмана легко преодолим, а, следовательно, он может быть преодолимым и в реальности.</p>
<p>Книга <em>Somatic Selection and Adaptive Evolution</em> вызвала полярные реакции: от резкой критики до щедрой похвалы. Некоторые сочли ее просто фантастической, так как она требовала принятия ламаркистской «ереси», другие приняли ее. Философ Карл Поппер посчитал нашу книгу самой захватывающей из всех, что он читал в том году, а Питер Медавар выразил надежду, что Стил в конце концов окажется прав. Ричард Докинз в своей книге <em>The Extended Phenotype</em> назвал все происходящее тогда «ламаркистским психозом». Позже мы вернемся к критике гипотезы соматического отбора, которую дал Докинз.</p><p>Некоторые критики считают идею соматического отбора слишком сложной, так как она требует последовательного наступления слишком многих независимых, если не невероятных, событий. Это — появление мутации в соматических ДНК/РНК, клеточный отбор антигеном, доставка в половые клетки, копирование РНК в ДНК и, наконец, генетическая рекомбинация, приводящая к интеграции мутантной соматической копии кДНК в ДНК зародышевой линии (рис. 1.2). Однако ко времени создания этой теории было хорошо известно, что В-лимфоциты, стимулированные антигеном, продуцируют большое количество эндогенных ретровирусов (предположительно безвредных), несущих обратную транскриптазу. И мы утверждаем, что теория соматического отбора имеет один положительный момент — эволюционное преимущество возвращения мутантных V-последовательностей назад в зародышевую линию. Эндогенные ретровирусы могут рассматриваться в качестве векторов, обеспечивающих генетическую связь между генами соматических и половых клеток.</p><p>Тем не менее, главное оправдание теории соматического отбора — в том, что она позволяет критически оценить и интерпретировать весь набор молекулярных фактов, которые иначе бы остались невостребованными. Это то же самое, что аргументы в пользу эволюционной концепции «прерывистого равновесия», использованные недавно С. Дж. Гулдом. Идея обратной связи сомы и зародышевой линии в не меньшей степени полезна, потому что она отвергает непроницаемость барьера Вейсмана на основе научных данных.</p><p>В 1994 г. в престижном американском журнале <em>Proceedings of the National Academy of Sciences</em> Симона Бард (Bard), Дэвид Балтимор и Ирвин Вейсман (Weismann) высказали предположение о том, что гены могут перемещаться от вида к виду в результате вирусной инфекции и что этот процесс вносит вклад в эволюцию иммунной системы позвоночных. Эта идея подразумевает, что барьер Августа Вейсмана проницаем, и значит — еще более ответственна, чем идея Тэда Стила, которая не привлекает гипотезу вирусного переноса генов от одного животного к другому. Примечательно, что на эти рассуждения не было столь сильной реакции научной общественности и неодарвинистов, как на теорию соматического отбора. Возможно, потому что Ламарк не был упомянут. А, возможно, еще и потому что Дэвид Балтимор — Нобелевский лауреат, и он, и Ирвин Вейсман — члены Академии. Какими бы ни были причины, это интересный пример из жизни научного сообщества.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Наследование соматических мутаций
Итак, мы можем спросить, есть ли польза от антигензависимых соматических событий (мутаций и отбора) для ДНК-последовательностей V-генов зародышевой линии следующих поколений? В предьщущей главе мы уже рассказали, как много появляется новых мутантных ДНК-последовательностей в В-лимфоцитах и как они проходят отбор на успешность связывания антигена. Сейчас мы спросим, могут ли эти новые последовательности вливаться в ДНК зародышевой линии — в ДНК половых клеток, яйцеклеток и сперматозоидов?
Теория соматического отбора предполагает передачу приобретенных соматических мутаций V-генов антител половым клеткам. Эта передача может осуществляться при участии обратной транскриптазы (копирование соматической РНК в ДНК) и эндогенных РНК-ретровирусов (продуцируемых лимфоцитами), действующих как «генные челноки», перевозящие мутантные последовательности V-генов в половые клетки. После этого должна происходить интеграция возникшей в соматических клетках генетической информации в ДНК зародышевой линии и замещение ею ранее существовавшей ДНК-последовательности (рис. 1.2). Когда мы формулировали свою гипотезу, мы подчеркивали, что она — «полезный эвристический инструмент», подобный использованным в теоретической физике. Наша теория обращает внимание исследователя на возможность наследования приобретенных признаков. Она убедительно показывает, что теоретически барьер Вейсмана легко преодолим, а, следовательно, он может быть преодолимым и в реальности.
Книга Somatic Selection and Adaptive Evolution вызвала полярные реакции: от резкой критики до щедрой похвалы. Некоторые сочли ее просто фантастической, так как она требовала принятия ламаркистской «ереси», другие приняли ее. Философ Карл Поппер посчитал нашу книгу самой захватывающей из всех, что он читал в том году, а Питер Медавар выразил надежду, что Стил в конце концов окажется прав. Ричард Докинз в своей книге The Extended Phenotype назвал все происходящее тогда «ламаркистским психозом». Позже мы вернемся к критике гипотезы соматического отбора, которую дал Докинз.
Некоторые критики считают идею соматического отбора слишком сложной, так как она требует последовательного наступления слишком многих независимых, если не невероятных, событий. Это — появление мутации в соматических ДНК/РНК, клеточный отбор антигеном, доставка в половые клетки, копирование РНК в ДНК и, наконец, генетическая рекомбинация, приводящая к интеграции мутантной соматической копии кДНК в ДНК зародышевой линии (рис. 1.2). Однако ко времени создания этой теории было хорошо известно, что В-лимфоциты, стимулированные антигеном, продуцируют большое количество эндогенных ретровирусов (предположительно безвредных), несущих обратную транскриптазу. И мы утверждаем, что теория соматического отбора имеет один положительный момент — эволюционное преимущество возвращения мутантных V-последовательностей назад в зародышевую линию. Эндогенные ретровирусы могут рассматриваться в качестве векторов, обеспечивающих генетическую связь между генами соматических и половых клеток.
Тем не менее, главное оправдание теории соматического отбора — в том, что она позволяет критически оценить и интерпретировать весь набор молекулярных фактов, которые иначе бы остались невостребованными. Это то же самое, что аргументы в пользу эволюционной концепции «прерывистого равновесия», использованные недавно С. Дж. Гулдом. Идея обратной связи сомы и зародышевой линии в не меньшей степени полезна, потому что она отвергает непроницаемость барьера Вейсмана на основе научных данных.
В 1994 г. в престижном американском журнале Proceedings of the National Academy of Sciences Симона Бард (Bard), Дэвид Балтимор и Ирвин Вейсман (Weismann) высказали предположение о том, что гены могут перемещаться от вида к виду в результате вирусной инфекции и что этот процесс вносит вклад в эволюцию иммунной системы позвоночных. Эта идея подразумевает, что барьер Августа Вейсмана проницаем, и значит — еще более ответственна, чем идея Тэда Стила, которая не привлекает гипотезу вирусного переноса генов от одного животного к другому. Примечательно, что на эти рассуждения не было столь сильной реакции научной общественности и неодарвинистов, как на теорию соматического отбора. Возможно, потому что Ламарк не был упомянут. А, возможно, еще и потому что Дэвид Балтимор — Нобелевский лауреат, и он, и Ирвин Вейсман — члены Академии. Какими бы ни были причины, это интересный пример из жизни научного сообщества. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Спор длиною в полтора века</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_31_img_52.png"/>
</p><p><em>Жан Батист Ламарк.</em></p><p>Первое слово в этом длинном споре сказал человек с очень длинным именем: Жан Батист Пьер Мария Антуан Шевалье де Ламарк. Только-только шагнуло человечество из мрака средневековья в просвещенный XIX век, как выпустил Ламарк свою всемирно известную книгу «Философия зоологии». Это было в 1809 году, ровно за пятьдесят лет до появления замечательной книги Дарвина «Происхождение видов». У «Философии зоологии» любопытная и показательная судьба. Засилие, господство церковных догм, всеобщее признание божественного акта творения и, как следствие этого, неизменность, постоянство всего сущего, в том числе и в первую очередь мира живых существ, — такова была обстановка в стране. И Ламарк показал себя рыцарем без страха и упрека, смело бросив в лицо церковникам основную идею, которой от начала и до конца, от первой страницы и до последней пронизана его книга: живое не неизменно, оно развивается, усложняясь! Это была бомба, которая, однако, не взорвалась. Ламарк был просто-напросто признан чудаком и так и умер в безвестности, не завоевав ни популярности, ни признания. И виною тому оказалось не только время. В этом повинен был частично и сам Ламарк. Высказав правильную, неоспоримую в наши дни идею, Ламарк не сумел, да и не мог в то время эту идею сколько-нибудь разумно конкретными фактами подтвердить. Почему у жирафа длинная шея? Да потому, что он постоянно упражняет ее, стремясь дотянуться и дотягиваясь до древесной листвы, — таков главный из ламарковских доводов. Упражнение органа его развивает и увеличивает, неупражнение, наоборот, уменьшает, ведет к постепенному исчезновению. На первый взгляд доводы вроде разумные. Однако уже сам Ламарк чувствовал их недостаточность и, чтобы подкрепить свои позиции, придумал флюиды. Это, мол, действуют флюиды — соки и запахи, и в то же время вовсе не соки и запахи, а нечто идущее извне внутрь... Уйдя от религиозных нелепостей, Ламарк пришел к нелепостям идеалистическим, к доводам, не выдерживающим научной критики.</p>
<p>Однако здесь не место подробно разбираться в учении Ламарка. О нем зашла речь только потому, что породило оно среди биологов спор: наследуются или не наследуются результаты упражнения или неупражнения органа, последствия голодовок или же перекормов, влияния излишней влаги или же засухи — признаки, приобретенные животным или растением в течение жизни.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Спор длиною в полтора века
Жан Батист Ламарк.
Первое слово в этом длинном споре сказал человек с очень длинным именем: Жан Батист Пьер Мария Антуан Шевалье де Ламарк. Только-только шагнуло человечество из мрака средневековья в просвещенный XIX век, как выпустил Ламарк свою всемирно известную книгу «Философия зоологии». Это было в 1809 году, ровно за пятьдесят лет до появления замечательной книги Дарвина «Происхождение видов». У «Философии зоологии» любопытная и показательная судьба. Засилие, господство церковных догм, всеобщее признание божественного акта творения и, как следствие этого, неизменность, постоянство всего сущего, в том числе и в первую очередь мира живых существ, — такова была обстановка в стране. И Ламарк показал себя рыцарем без страха и упрека, смело бросив в лицо церковникам основную идею, которой от начала и до конца, от первой страницы и до последней пронизана его книга: живое не неизменно, оно развивается, усложняясь! Это была бомба, которая, однако, не взорвалась. Ламарк был просто-напросто признан чудаком и так и умер в безвестности, не завоевав ни популярности, ни признания. И виною тому оказалось не только время. В этом повинен был частично и сам Ламарк. Высказав правильную, неоспоримую в наши дни идею, Ламарк не сумел, да и не мог в то время эту идею сколько-нибудь разумно конкретными фактами подтвердить. Почему у жирафа длинная шея? Да потому, что он постоянно упражняет ее, стремясь дотянуться и дотягиваясь до древесной листвы, — таков главный из ламарковских доводов. Упражнение органа его развивает и увеличивает, неупражнение, наоборот, уменьшает, ведет к постепенному исчезновению. На первый взгляд доводы вроде разумные. Однако уже сам Ламарк чувствовал их недостаточность и, чтобы подкрепить свои позиции, придумал флюиды. Это, мол, действуют флюиды — соки и запахи, и в то же время вовсе не соки и запахи, а нечто идущее извне внутрь... Уйдя от религиозных нелепостей, Ламарк пришел к нелепостям идеалистическим, к доводам, не выдерживающим научной критики.
Однако здесь не место подробно разбираться в учении Ламарка. О нем зашла речь только потому, что породило оно среди биологов спор: наследуются или не наследуются результаты упражнения или неупражнения органа, последствия голодовок или же перекормов, влияния излишней влаги или же засухи — признаки, приобретенные животным или растением в течение жизни. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Краткая история прививок и вакцинаций</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Научные основы вакцинации были заложены в XVIII—XIX столетиях. В Европе прививка в качестве защитной меры от оспы была впервые предложена леди Мэри Уортли Монтагью (Montagu). Эта женщина в 22-летнем возрасте перенесла жестокую оспу, оставившую следы на ее лице. В 1717 г. леди Монтагью вместе со своим мужем, британским послом в Константинополе, путешествовала по Турции. Ее внимание привлек местный обычай, называемый «прививкой». В письме на родину, датированном 1 апреля 1717 г., она писала: «Оспа, такая страшная и беспощадная у нас, здесь довольно безвредна. Местные старухи каждую осень ходят из дома в дом с ореховой скорлупой, полной оспенных корочек, и предлагают сделать «прививки». Через восемь дней решившиеся на эту процедуру как прежде здоровы» (и иммунизированы против оспы).</p><p>Леди Монтагью сразу поняла смысл этого обычая и рассказала о нем английским врачам. Доктор Чарльз Майтланд (Maitland) привил оспу ее сыну и дочери. Она добилась разрешения короля на прививку шести заключенных из Ньюгейтской тюрьмы. Эту прививку также провел доктор Майтланд. Испытания оказались успешными, после чего принцесса Уэльсская захотела привить своих дочерей. Заметим, что в Китае и Индии прививку оспы практиковали за несколько столетий до ее введения в Европе. Болячками больного оспой расцарапывали кожу здорового человека, который обычно после этого переносил инфекцию в слабой, не смертельной форме, выздоравливал и оставался устойчивым к последующим заражениям оспой.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_14_img_11.jpg"/>
</p><p><strong>Рис. 3.1. Антитела и киллерные Т-клетки. Сильно упрощенная схема защитной роли антител и киллерных Т-клеток (основные термины см. в табл. 3.1).</strong></p><p><em><strong>А.</strong></em> <strong>Вслед за стимуляцией антигеном В-клетки отбираются и активизируются для образования специфичных к данному антигену антител. Если антигеном являются бактериальные клетки (как показано на рисунке), антитела связываются с поверхностными антигенами бактерий, запуская реакции двух типов. С одной стороны, антитела могут привлекать другие белки плазмы (комплемент), которые действуют вместе с антителами, разрушая (лизируя) и, таким образом, убивая бактериальные клетки. С другой стороны, связанные антитела могут запускать поглощение и внутриклеточное переваривание бактериальных клеток особыми белыми кровяными клетками — фагоцитами (процесс переваривания называется фагоцитозом).</strong></p><p><strong>Б. Киллерные Т-клетки защищают от вирусных инфекций. Вирус заражает клетку и размножается. Синтезируются вирусные белки. В конце концов, происходит сборка новых вирусных частиц, которые заражают соседние клетки, вызывая, таким образом, острое заболевание. Зараженные клетки экспрессируют клеточные поверхностные антигены гистосовместимости, измененные в результате образования комплекса с фрагментами вирусного белка (пептидами). Именно этот измененный поверхностный антиген распознается Т-клетками с помощью поверхностных рецепторов (ТкР), что приводит к пролиферации и активации Т-клеток. Когда активированная Т-клетка связывается с клеткой-мишенью своими рецепторами, клетка-мишень разрушается и погибает. Так как измененный поверхностный антиген может экспресси-роваться до того, как завершится сборка зрелых вирусных частиц, Т-клетки способны разрушить эту «клеточную фабрику», т. е. предотвратить производство вирусного потомства и, таким образом, избежать дальнейшего заражения.</strong></p><p>Большой вклад в разработку этой проблемы внес Эдуард Дженнер (Jenner). В 1798 г. он доказал, что оспу можно предупредить, если привить человеку коровью оспу, которую вызывает более слабый родственный вирус. Его исследования опирались на общее наблюдение, что доярки, переболевшие коровьей оспой, никогда не болеют во время эпидемий. Сам Дженнер помнил, что в детстве очень тяжело перенес прививку человеческой оспы, поэтому у него были личные причины улучшать метод. Прививка коровьей оспы оказалась более безопасной и легкой процедурой. С тех пор вакцинация против оспы и полиомиелита стали яркими примерами успеха профилактической медицины. В 1977 г. оспа была исключена из списка заболеваний, по которым Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) проводит обязательную вакцинацию.</p><p>Научные основы вакцинации были разработаны во второй половине девятнадцатого века отцом современной микробиологии и иммунологии Луи Пастером. В контролируемых испытаниях он установил эффективность использования «ослабленных», не представляющих угрозу, форм возбудителя для иммунизации против вирулентных штаммов. Ослабленные бактерии или вирусы несут те же антигены (или молекулярные признаки, распознаваемые иммунной системой), что и исходные болезнетворные штаммы, но они потеряли способность вызывать заболевание.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_14_img_12.jpg"/>
</p><p><strong>Рис. 3.2. Схема строения молекулы антитела. Антитела являются гетеродимерами, так как основная составляющая их единица состоит из разных белковых цепочек: тяжелой (Н) и легкой (L) цепей (см. табл. 3.1). Две Н + L-пары, образующие основную молекулу, удерживаются вместе химическими связями. Такое строение характерно для lgG-антител и связанных с клеточной поверхностью мономерных IgM (и IgD). Обратите внимание, что антигенсвязывающий центр образован взаимодействием вариабельных областей Н- и 1-цепей. Константная область Н-цепи определяет класс иммуноглобулина и защитную функцию антитела (см. табл.3.1). Внизу рисунка в рамке приведены сильно упрощенные изображения антител, которые используются в других рисунках (рис. 1.2, 3.1, 3.6, 3.7и 4.1).</strong></p><p>И в настоящее время наиболее эффективные вакцины — ослабленные штаммы (например, против желтой лихорадки и полиомиелита). Сейчас для создания вакцин используются молекулярно-генетические методы. Этими методами в ослабленные вирусные или бактериальные штаммы вводят ДНК-последовательности, кодирующие нужные антигены, и получают чистые белковые антигены, используемые для вакцинации. Некоторые из таких вакцин нового поколения уже используются в клинике. Сейчас мы знаем, что вакцинация стимулирует образование активированных Т-лимфоцитов и защитных антител, которые помогают нашему организму ликвидировать вирусную или бактериальную инфекцию (рис. 3.1). В общих чертах структура антитела показана на рис. 3.2.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Краткая история прививок и вакцинаций
Научные основы вакцинации были заложены в XVIII—XIX столетиях. В Европе прививка в качестве защитной меры от оспы была впервые предложена леди Мэри Уортли Монтагью (Montagu). Эта женщина в 22-летнем возрасте перенесла жестокую оспу, оставившую следы на ее лице. В 1717 г. леди Монтагью вместе со своим мужем, британским послом в Константинополе, путешествовала по Турции. Ее внимание привлек местный обычай, называемый «прививкой». В письме на родину, датированном 1 апреля 1717 г., она писала: «Оспа, такая страшная и беспощадная у нас, здесь довольно безвредна. Местные старухи каждую осень ходят из дома в дом с ореховой скорлупой, полной оспенных корочек, и предлагают сделать «прививки». Через восемь дней решившиеся на эту процедуру как прежде здоровы» (и иммунизированы против оспы).
Леди Монтагью сразу поняла смысл этого обычая и рассказала о нем английским врачам. Доктор Чарльз Майтланд (Maitland) привил оспу ее сыну и дочери. Она добилась разрешения короля на прививку шести заключенных из Ньюгейтской тюрьмы. Эту прививку также провел доктор Майтланд. Испытания оказались успешными, после чего принцесса Уэльсская захотела привить своих дочерей. Заметим, что в Китае и Индии прививку оспы практиковали за несколько столетий до ее введения в Европе. Болячками больного оспой расцарапывали кожу здорового человека, который обычно после этого переносил инфекцию в слабой, не смертельной форме, выздоравливал и оставался устойчивым к последующим заражениям оспой.
Рис. 3.1. Антитела и киллерные Т-клетки. Сильно упрощенная схема защитной роли антител и киллерных Т-клеток (основные термины см. в табл. 3.1).
А. Вслед за стимуляцией антигеном В-клетки отбираются и активизируются для образования специфичных к данному антигену антител. Если антигеном являются бактериальные клетки (как показано на рисунке), антитела связываются с поверхностными антигенами бактерий, запуская реакции двух типов. С одной стороны, антитела могут привлекать другие белки плазмы (комплемент), которые действуют вместе с антителами, разрушая (лизируя) и, таким образом, убивая бактериальные клетки. С другой стороны, связанные антитела могут запускать поглощение и внутриклеточное переваривание бактериальных клеток особыми белыми кровяными клетками — фагоцитами (процесс переваривания называется фагоцитозом).
Б. Киллерные Т-клетки защищают от вирусных инфекций. Вирус заражает клетку и размножается. Синтезируются вирусные белки. В конце концов, происходит сборка новых вирусных частиц, которые заражают соседние клетки, вызывая, таким образом, острое заболевание. Зараженные клетки экспрессируют клеточные поверхностные антигены гистосовместимости, измененные в результате образования комплекса с фрагментами вирусного белка (пептидами). Именно этот измененный поверхностный антиген распознается Т-клетками с помощью поверхностных рецепторов (ТкР), что приводит к пролиферации и активации Т-клеток. Когда активированная Т-клетка связывается с клеткой-мишенью своими рецепторами, клетка-мишень разрушается и погибает. Так как измененный поверхностный антиген может экспресси-роваться до того, как завершится сборка зрелых вирусных частиц, Т-клетки способны разрушить эту «клеточную фабрику», т. е. предотвратить производство вирусного потомства и, таким образом, избежать дальнейшего заражения.
Большой вклад в разработку этой проблемы внес Эдуард Дженнер (Jenner). В 1798 г. он доказал, что оспу можно предупредить, если привить человеку коровью оспу, которую вызывает более слабый родственный вирус. Его исследования опирались на общее наблюдение, что доярки, переболевшие коровьей оспой, никогда не болеют во время эпидемий. Сам Дженнер помнил, что в детстве очень тяжело перенес прививку человеческой оспы, поэтому у него были личные причины улучшать метод. Прививка коровьей оспы оказалась более безопасной и легкой процедурой. С тех пор вакцинация против оспы и полиомиелита стали яркими примерами успеха профилактической медицины. В 1977 г. оспа была исключена из списка заболеваний, по которым Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) проводит обязательную вакцинацию.
Научные основы вакцинации были разработаны во второй половине девятнадцатого века отцом современной микробиологии и иммунологии Луи Пастером. В контролируемых испытаниях он установил эффективность использования «ослабленных», не представляющих угрозу, форм возбудителя для иммунизации против вирулентных штаммов. Ослабленные бактерии или вирусы несут те же антигены (или молекулярные признаки, распознаваемые иммунной системой), что и исходные болезнетворные штаммы, но они потеряли способность вызывать заболевание.
Рис. 3.2. Схема строения молекулы антитела. Антитела являются гетеродимерами, так как основная составляющая их единица состоит из разных белковых цепочек: тяжелой (Н) и легкой (L) цепей (см. табл. 3.1). Две Н + L-пары, образующие основную молекулу, удерживаются вместе химическими связями. Такое строение характерно для lgG-антител и связанных с клеточной поверхностью мономерных IgM (и IgD). Обратите внимание, что антигенсвязывающий центр образован взаимодействием вариабельных областей Н- и 1-цепей. Константная область Н-цепи определяет класс иммуноглобулина и защитную функцию антитела (см. табл.3.1). Внизу рисунка в рамке приведены сильно упрощенные изображения антител, которые используются в других рисунках (рис. 1.2, 3.1, 3.6, 3.7и 4.1).
И в настоящее время наиболее эффективные вакцины — ослабленные штаммы (например, против желтой лихорадки и полиомиелита). Сейчас для создания вакцин используются молекулярно-генетические методы. Этими методами в ослабленные вирусные или бактериальные штаммы вводят ДНК-последовательности, кодирующие нужные антигены, и получают чистые белковые антигены, используемые для вакцинации. Некоторые из таких вакцин нового поколения уже используются в клинике. Сейчас мы знаем, что вакцинация стимулирует образование активированных Т-лимфоцитов и защитных антител, которые помогают нашему организму ликвидировать вирусную или бактериальную инфекцию (рис. 3.1). В общих чертах структура антитела показана на рис. 3.2. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Реакция на неожиданное</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Способностью реагировать на неожиданное и памятью обладает еще только одна система — центральная нервная система. Основное отличительное свойство иммунной системы состоит в том, что ее клетки (лимфоциты, фагоциты и другие белые кровяные клетки) могут быть как подвижными, циркулирующими по всему организму (рис. 3.9), так и включаться в неподвижные (фиксированные) ткани печени, селезенки, лимфатических узлов, кожи и кишечного тракта. В центральной нервной системе, наоборот, все нейроны и нервные волокна образуются очень рано и занимают фиксированное положение на протяжении всей взрослой жизни. Подобно тому, как нервная система следит за состоянием тканей организма и подачей сигналов мышцам всего тела, так и иммунная система с помощью системы подвижных клеток, которые мигрируют через лимфатические и кровеносные сосуды, следит за антигенной целостностью организма (рис. 3.9). Во времени и пространстве осуществляется мощный поток клеток и молекул (антител и других белков).</p>
<p>У взрослых все белые кровяные клетки образуются в костном мозге. Ежедневно появляются миллионы таких клеток. Они необходимы, чтобы постоянно заменять клетки, погибшие в разных тканях. Лимфоциты, образовавшиеся в костном мозге, дифференцируются затем в В-клетки, производящие антитела, и в Т-клетки. Предшественники Т-клеток покидают костный мозг и попадают в тимус, где они проходят дальнейшее развитие (дифференцировку), и на их поверхностной мембране появляются рецепторы ТкР. После этого зрелые Т-клетки покидают тимус.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_21_img_19.png"/>
</p><p><strong>Рис. 3.9. Лимфоидная система человека. Лимфоидная система состоит из обширной сети лимфатических сосудов и лимфоидных органов (лимфатические узлы, селезенка, тимус). Лимфатические сосуды пронизывают большинство тканей и органов, соединяют лимфатические узлы и, наконец, впадают через грудной проток в кровь. Все В- и Т-лимфоциты (и другие белые кровяные клетки, и красные кровяные клетки) развиваются в костном мозге (стволовые клетки в костном мозге непрерывно делятся, образуя миллионы клеток в день). Те клетки, которые станут Т-лимфоцитами, мигрируют с кровью в тимус (вилочковую железу), где они созревают и экспортируются как зрелые Т-лимфоциты, способные к хелперным и киллерным функциям. В-лимфоциты, которые продуцируют антитела, сначала развиваются в костном мозге, затем мигрируют через кровь и лимфатический проток в лимфоидную систему и заселяют периферические лимфатические узлы, например, аденоиды, миндалины и селезенку. Лимфатические узлы в тонком кишечнике называются пейеровыми бляшками. Подвижные Т- и В-лимфоциты по кровеносным и лимфатическим сосудам могут мигрировать во все части тела, включая репродуктивные органы. Каждый лимфатический узел пронизан очень тонкими капиллярами, по которым идет движение молекул и клеток из крови в лимфу. ( По N.K. Jerne. Scientific American, vol.229: 52, 1973. Copyright ©Scientific American Inc. Мы признательны художнику Бунджи Тагава за разрешение перепечатать этот рисунок.)</strong></p><p>Зрелые В- и Т-клетки (вместе с фагоцитами) заселяют периферические органы иммунной системы (селезенку и лимфатические узлы) и циркулируют по организму с кровью и лимфой. Лимфатические узлы расположены по всему телу, и те, которые находятся рядом с местом внедрения инфекционного агента, обычно реагируют первыми (рис. 3.9). Таким образом, иммунная система может быстро обнаружить попадание бактериальных или вирусных частиц в организм. Узлы увеличиваются (даже становятся болезненными), так как в них происходит быстрое деление и иммиграция из кровотока активированных антигеном лимфоцитов и других белых клеток. Каждый из нас знает по собственному опыту, что такое припухшие, болезненные лимфатические узлы (обычно в горле, паху, подмышке) после введения вакцины или во время болезни.</p><p>В 1930-х и 1940-х годах небольшая группа иммунологов и химиков (под руководством Фрэнка Макфарлейна Бернета, Лай-нуса Полинга (Pauling), Карла Ландштейнера, Фридриха Брени (Breini) и Феликса Горовица (Haurowitz) занялась выяснением механизма образования антител, обеспечивающего системе возможность реагировать на неожиданное. Это было задолго до того, как стали известны химический состав и структура генетического материала (ДНК) и законы, управляющие потоком генетической информации (т. е. ДНК<-^РНК->белок). В те годы общераспространенной была так называемая «инструктивная» модель Брени, Горовица и Полинга. Согласно этой модели, антиген как матрица просто воздействует на специфичное складывание гибкого Ig-белка в определенную форму и вызывает образование большого числа копий специфичного антитела, необходимого для борьбы с инфекцией (рис. 3.10).</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_21_img_20.png"/>
</p><p><strong>Рис 3.10. Инструктивная модель образования антител Лайнуса Поллинга. Четыре стадии формирования молекулы нормального иммуноглобулина сыворотки крови и шесть стадий формирования антитела в результате взаимодействия белковой цепи иммуноглобулина с молекулой антигена. Внизу справа изображена молекула антигена, окруженная присоединенными к ней молекулами антител или их частями, что прекращает дальнейшее образование антител. (По рис. 1 из книги Linus Pauling. A Theory of the Structure and Process of Formation of Antibodies. Перепечатано с разрешения Химического общества Америки.)</strong></p><p>Сейчас известно, что эта модель неверна. Белки антител не складываются под действием антигена в специфичную форму. Теперь мы знаем, что последовательность аминокислот диктует способ складывания белка, и осуществляется этот процесс с помощью недавно открытых белков — шаперонов. В свою очередь, последовательность аминокислот определяется линейной последовательностью оснований в ДНК и триплетным кодом при участии информационной РНК (см. гл. 2 и рис. 2.4). Инструктивной теорией нельзя объяснить и такие свойства иммунной системы, как экспоненциальный рост концентрации антител в ходе иммунного ответа и аутотолерантность. В конце концов, эти противоречия привели к кончине «инструкционизма» и появлению на свет альтернативных «селекционных» теорий, вершина которых — клонально-селекционная теория Бернета, впервые опубликованная в 1957 г.</p><p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | Реакция на неожиданное
Способностью реагировать на неожиданное и памятью обладает еще только одна система — центральная нервная система. Основное отличительное свойство иммунной системы состоит в том, что ее клетки (лимфоциты, фагоциты и другие белые кровяные клетки) могут быть как подвижными, циркулирующими по всему организму (рис. 3.9), так и включаться в неподвижные (фиксированные) ткани печени, селезенки, лимфатических узлов, кожи и кишечного тракта. В центральной нервной системе, наоборот, все нейроны и нервные волокна образуются очень рано и занимают фиксированное положение на протяжении всей взрослой жизни. Подобно тому, как нервная система следит за состоянием тканей организма и подачей сигналов мышцам всего тела, так и иммунная система с помощью системы подвижных клеток, которые мигрируют через лимфатические и кровеносные сосуды, следит за антигенной целостностью организма (рис. 3.9). Во времени и пространстве осуществляется мощный поток клеток и молекул (антител и других белков).
У взрослых все белые кровяные клетки образуются в костном мозге. Ежедневно появляются миллионы таких клеток. Они необходимы, чтобы постоянно заменять клетки, погибшие в разных тканях. Лимфоциты, образовавшиеся в костном мозге, дифференцируются затем в В-клетки, производящие антитела, и в Т-клетки. Предшественники Т-клеток покидают костный мозг и попадают в тимус, где они проходят дальнейшее развитие (дифференцировку), и на их поверхностной мембране появляются рецепторы ТкР. После этого зрелые Т-клетки покидают тимус.
Рис. 3.9. Лимфоидная система человека. Лимфоидная система состоит из обширной сети лимфатических сосудов и лимфоидных органов (лимфатические узлы, селезенка, тимус). Лимфатические сосуды пронизывают большинство тканей и органов, соединяют лимфатические узлы и, наконец, впадают через грудной проток в кровь. Все В- и Т-лимфоциты (и другие белые кровяные клетки, и красные кровяные клетки) развиваются в костном мозге (стволовые клетки в костном мозге непрерывно делятся, образуя миллионы клеток в день). Те клетки, которые станут Т-лимфоцитами, мигрируют с кровью в тимус (вилочковую железу), где они созревают и экспортируются как зрелые Т-лимфоциты, способные к хелперным и киллерным функциям. В-лимфоциты, которые продуцируют антитела, сначала развиваются в костном мозге, затем мигрируют через кровь и лимфатический проток в лимфоидную систему и заселяют периферические лимфатические узлы, например, аденоиды, миндалины и селезенку. Лимфатические узлы в тонком кишечнике называются пейеровыми бляшками. Подвижные Т- и В-лимфоциты по кровеносным и лимфатическим сосудам могут мигрировать во все части тела, включая репродуктивные органы. Каждый лимфатический узел пронизан очень тонкими капиллярами, по которым идет движение молекул и клеток из крови в лимфу. ( По N.K. Jerne. Scientific American, vol.229: 52, 1973. Copyright ©Scientific American Inc. Мы признательны художнику Бунджи Тагава за разрешение перепечатать этот рисунок.)
Зрелые В- и Т-клетки (вместе с фагоцитами) заселяют периферические органы иммунной системы (селезенку и лимфатические узлы) и циркулируют по организму с кровью и лимфой. Лимфатические узлы расположены по всему телу, и те, которые находятся рядом с местом внедрения инфекционного агента, обычно реагируют первыми (рис. 3.9). Таким образом, иммунная система может быстро обнаружить попадание бактериальных или вирусных частиц в организм. Узлы увеличиваются (даже становятся болезненными), так как в них происходит быстрое деление и иммиграция из кровотока активированных антигеном лимфоцитов и других белых клеток. Каждый из нас знает по собственному опыту, что такое припухшие, болезненные лимфатические узлы (обычно в горле, паху, подмышке) после введения вакцины или во время болезни.
В 1930-х и 1940-х годах небольшая группа иммунологов и химиков (под руководством Фрэнка Макфарлейна Бернета, Лай-нуса Полинга (Pauling), Карла Ландштейнера, Фридриха Брени (Breini) и Феликса Горовица (Haurowitz) занялась выяснением механизма образования антител, обеспечивающего системе возможность реагировать на неожиданное. Это было задолго до того, как стали известны химический состав и структура генетического материала (ДНК) и законы, управляющие потоком генетической информации (т. е. ДНК<-^РНК->белок). В те годы общераспространенной была так называемая «инструктивная» модель Брени, Горовица и Полинга. Согласно этой модели, антиген как матрица просто воздействует на специфичное складывание гибкого Ig-белка в определенную форму и вызывает образование большого числа копий специфичного антитела, необходимого для борьбы с инфекцией (рис. 3.10).
Рис 3.10. Инструктивная модель образования антител Лайнуса Поллинга. Четыре стадии формирования молекулы нормального иммуноглобулина сыворотки крови и шесть стадий формирования антитела в результате взаимодействия белковой цепи иммуноглобулина с молекулой антигена. Внизу справа изображена молекула антигена, окруженная присоединенными к ней молекулами антител или их частями, что прекращает дальнейшее образование антител. (По рис. 1 из книги Linus Pauling. A Theory of the Structure and Process of Formation of Antibodies. Перепечатано с разрешения Химического общества Америки.)
Сейчас известно, что эта модель неверна. Белки антител не складываются под действием антигена в специфичную форму. Теперь мы знаем, что последовательность аминокислот диктует способ складывания белка, и осуществляется этот процесс с помощью недавно открытых белков — шаперонов. В свою очередь, последовательность аминокислот определяется линейной последовательностью оснований в ДНК и триплетным кодом при участии информационной РНК (см. гл. 2 и рис. 2.4). Инструктивной теорией нельзя объяснить и такие свойства иммунной системы, как экспоненциальный рост концентрации антител в ходе иммунного ответа и аутотолерантность. В конце концов, эти противоречия привели к кончине «инструкционизма» и появлению на свет альтернативных «селекционных» теорий, вершина которых — клонально-селекционная теория Бернета, впервые опубликованная в 1957 г. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">«Зловредная» серповидность и ее преимущества</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Речь пойдет о сложном случае, когда наследственное заболевание в гомозиготе приводит к гибели, в гетерозиготе же — благоприятствует выживанию.</p><p>Началось с того, что молодой негр из Вест-Индии обратился к врачу — он жаловался на постоянное, сильное недомогание. Исследовали его кровь, и микроскоп обнаружил поразительную картину: эритроциты, красные кровяные тельца этого человека, были не круглыми, как обычно, а серповидными.</p><p>Конечно, эта болезнь встречалась и ранее, но не обращали внимания на кровь больных. После этого случая ее начали изучать, и вскоре выяснился наследственный характер заболевания. Его назвали серповидной аномией. Болезнь вызывает ген <em>s</em>, люди с серповидными эритроцитами по этому гену гомозиготны. Долгое время думали, что болеют серповидной анемией исключительно негры. Но далее выяснилось, что распространена она также в Италии, в Греции и в других местах Средиземноморского побережья. И странное дело: очаги болезни были строго ограниченными и совпадали с очагами распространения малярии. Начали тщательно изучать гетерозигот по гену <em>s</em> и выяснили, что эритроциты у них также изменены, они серповидны как бы наполовину. После этого было уже нетрудно обнаружить, что число геторозигот в малярийных очагах весьма велико. Впрочем, это следовало уже из расчетов по формуле Харди — Вайнберга.</p>
<p>Следующим этапом исследования был опыт, поставленный на 30 добровольцах, 15 из них были гетерозиготны по гену 5, у остальных он отсутствовал. Всех их заразили малярией. Из 15 гетерозигот заболели лишь двое, из 25, лишенных <em>s</em> гена, не заболел лишь один. Опыт подтвердил, что гетерозиготы обладают повышенной устойчивостью к малярии. Отсюда и распространение серповидной анемии в очагах малярии.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | «Зловредная» серповидность и ее преимущества
Речь пойдет о сложном случае, когда наследственное заболевание в гомозиготе приводит к гибели, в гетерозиготе же — благоприятствует выживанию.
Началось с того, что молодой негр из Вест-Индии обратился к врачу — он жаловался на постоянное, сильное недомогание. Исследовали его кровь, и микроскоп обнаружил поразительную картину: эритроциты, красные кровяные тельца этого человека, были не круглыми, как обычно, а серповидными.
Конечно, эта болезнь встречалась и ранее, но не обращали внимания на кровь больных. После этого случая ее начали изучать, и вскоре выяснился наследственный характер заболевания. Его назвали серповидной аномией. Болезнь вызывает ген s, люди с серповидными эритроцитами по этому гену гомозиготны. Долгое время думали, что болеют серповидной анемией исключительно негры. Но далее выяснилось, что распространена она также в Италии, в Греции и в других местах Средиземноморского побережья. И странное дело: очаги болезни были строго ограниченными и совпадали с очагами распространения малярии. Начали тщательно изучать гетерозигот по гену s и выяснили, что эритроциты у них также изменены, они серповидны как бы наполовину. После этого было уже нетрудно обнаружить, что число геторозигот в малярийных очагах весьма велико. Впрочем, это следовало уже из расчетов по формуле Харди — Вайнберга.
Следующим этапом исследования был опыт, поставленный на 30 добровольцах, 15 из них были гетерозиготны по гену 5, у остальных он отсутствовал. Всех их заразили малярией. Из 15 гетерозигот заболели лишь двое, из 25, лишенных s гена, не заболел лишь один. Опыт подтвердил, что гетерозиготы обладают повышенной устойчивостью к малярии. Отсюда и распространение серповидной анемии в очагах малярии. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">На грани живого и неживого</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Написал заголовок и сразу же усомнился в его правильности. Очень уж исторически неустойчива она, эта грань. Некогда простейшими из живых существ люди считали сложно устроенных губок и кишечнополостных.</p><p>Потом благодаря изобретению микроскопа открылось человеческому глазу чудо микробного мира. Сколько с тех пор прошло времени? Не так уж много. А мы уже знаем вирусов и бактериофагов и именно их принимаем сейчас за простейшие проявления жизни. И, конечно, не можем быть уверены в том, что через сто или двадцать лет наука не обнаружит что-то еще более простое и более загадочное.</p><p>По поводу вирусов до сих пор идут споры: что это — живое или неживое?</p><p>Микроскопически малые размеры (чтобы рассмотреть их, требуется увеличение в 100000 раз), загадочное свойство переходить в кристаллическое состояние и пребывать в нем неограниченно долго — право же есть в вирусах немало удивительного!</p><p>Для генетики вирусы интересны чрезвычайно. Особенно бактериофаги.</p><p>Ни один из вирусов не в состоянии существовать самостоятельно, вне клетки того или иного хозяина. При этом вирусы поступают с хозяином безжалостно: изменяют ход обычных реакций, вынуждая производить не новые клетки собственного тела, а новые частички вирусов. Проследить это можно на бактериофагах — вирусах, «нападающих» на бактерии, вступающих с ними в сложнейшие взаимоотношения.</p>
<p>Фотография фага под электронным микроскопом показывает, что частица его состоит из сравнительно округлой головки и вытянутого в трубку хвостика. Однако при более тщательном изучении выясняется, что сравнение с головастиком крайне неубедительно. Это скорее шприц, где «хвостик» — игла. Протыкая в онределенном месте тело бактерии, фаг «впрыскивает» в нее свое содержимое. А содержимое — это не что иное, как нуклеиновая кислота — вещество, ответственное за генетическую информацию. Этот «заряд» ДНК заключен в белковую капсулу. Интересно, что для заражения бактерии нужна лишь ДНК. Белок не входит в бактериальную клетку. Специальными опытами показано, что его можно полностью удалить и заражение произойдет без него.</p><p>Попав в клетку, ДНК фага подавляет синтез нуклеиновой кислоты бактерии и превращает бактериальную ДНК в фаговую.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_43_img_65.png"/>
</p><p><em>Схема бактериофага.</em></p><p>Не всегда, напав на бактерию, фаг уничтожает ее, воссоздавая собственные частицы. Иногда процесс происходит иначе, и вот эти-то случаи особенно интересны. Нуклеиновая кислота фага, попав в клетку, не начинает тотчас же свою разбойничью деятельность. Напротив, она прикрепляется к бактериальной хромосоме, образуя так называемый профаг. Он ведет себя скромно, уподобляясь новому гену бактерии: делится вместе с бактериальной хромосомой. Его даже можно нанести на бактериальную хромосомную карту. При постоянных внешних условиях такого рода бактерии могут существовать практически бесконечное числе поколений: они, попросту говоря, включили в свой генотип дополнительно еще генотип фага. Но в то же время такая бактерия несет в себе как бы заряд взрывчатки. При изменении условий происходит «взрыв», фаг становится хозяином положения, и бактерия распадается, образуя фаговые частицы. При этом совершаются очень интересные вещи. Не только формируются в большом числе генотипы бактериофага, но отдельные фаговые частицы захватывают, включают в себя, в состав своей оболочки и генотипа куски хромосомы бактерии. Понятно, что когда такие фаги заражают новые клетки, они приносят туда не только свой собственный, но дополнительно и бактериальный генетический материал. Далее между профагом и бактериальной хромосомой может произойти перекрест, и бактерия получит новые гены. Это явление называют трансдукцией. Отсюда уже нетрудно сделать заключение, что взаимоотношение фага с бактерией не только взаимоотношение жертвы и хищника. Нет, они много сложнее: этим способом переносится информация, осуществляются генетические перекомбинации. В меняющихся условиях жизни это для бактериального вида оказывается очень важным.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | На грани живого и неживого
Написал заголовок и сразу же усомнился в его правильности. Очень уж исторически неустойчива она, эта грань. Некогда простейшими из живых существ люди считали сложно устроенных губок и кишечнополостных.
Потом благодаря изобретению микроскопа открылось человеческому глазу чудо микробного мира. Сколько с тех пор прошло времени? Не так уж много. А мы уже знаем вирусов и бактериофагов и именно их принимаем сейчас за простейшие проявления жизни. И, конечно, не можем быть уверены в том, что через сто или двадцать лет наука не обнаружит что-то еще более простое и более загадочное.
По поводу вирусов до сих пор идут споры: что это — живое или неживое?
Микроскопически малые размеры (чтобы рассмотреть их, требуется увеличение в 100000 раз), загадочное свойство переходить в кристаллическое состояние и пребывать в нем неограниченно долго — право же есть в вирусах немало удивительного!
Для генетики вирусы интересны чрезвычайно. Особенно бактериофаги.
Ни один из вирусов не в состоянии существовать самостоятельно, вне клетки того или иного хозяина. При этом вирусы поступают с хозяином безжалостно: изменяют ход обычных реакций, вынуждая производить не новые клетки собственного тела, а новые частички вирусов. Проследить это можно на бактериофагах — вирусах, «нападающих» на бактерии, вступающих с ними в сложнейшие взаимоотношения.
Фотография фага под электронным микроскопом показывает, что частица его состоит из сравнительно округлой головки и вытянутого в трубку хвостика. Однако при более тщательном изучении выясняется, что сравнение с головастиком крайне неубедительно. Это скорее шприц, где «хвостик» — игла. Протыкая в онределенном месте тело бактерии, фаг «впрыскивает» в нее свое содержимое. А содержимое — это не что иное, как нуклеиновая кислота — вещество, ответственное за генетическую информацию. Этот «заряд» ДНК заключен в белковую капсулу. Интересно, что для заражения бактерии нужна лишь ДНК. Белок не входит в бактериальную клетку. Специальными опытами показано, что его можно полностью удалить и заражение произойдет без него.
Попав в клетку, ДНК фага подавляет синтез нуклеиновой кислоты бактерии и превращает бактериальную ДНК в фаговую.
Схема бактериофага.
Не всегда, напав на бактерию, фаг уничтожает ее, воссоздавая собственные частицы. Иногда процесс происходит иначе, и вот эти-то случаи особенно интересны. Нуклеиновая кислота фага, попав в клетку, не начинает тотчас же свою разбойничью деятельность. Напротив, она прикрепляется к бактериальной хромосоме, образуя так называемый профаг. Он ведет себя скромно, уподобляясь новому гену бактерии: делится вместе с бактериальной хромосомой. Его даже можно нанести на бактериальную хромосомную карту. При постоянных внешних условиях такого рода бактерии могут существовать практически бесконечное числе поколений: они, попросту говоря, включили в свой генотип дополнительно еще генотип фага. Но в то же время такая бактерия несет в себе как бы заряд взрывчатки. При изменении условий происходит «взрыв», фаг становится хозяином положения, и бактерия распадается, образуя фаговые частицы. При этом совершаются очень интересные вещи. Не только формируются в большом числе генотипы бактериофага, но отдельные фаговые частицы захватывают, включают в себя, в состав своей оболочки и генотипа куски хромосомы бактерии. Понятно, что когда такие фаги заражают новые клетки, они приносят туда не только свой собственный, но дополнительно и бактериальный генетический материал. Далее между профагом и бактериальной хромосомой может произойти перекрест, и бактерия получит новые гены. Это явление называют трансдукцией. Отсюда уже нетрудно сделать заключение, что взаимоотношение фага с бактерией не только взаимоотношение жертвы и хищника. Нет, они много сложнее: этим способом переносится информация, осуществляются генетические перекомбинации. В меняющихся условиях жизни это для бактериального вида оказывается очень важным. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Проницаемость барьера Вейсмана</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Можно предположить несколько путей, какими соматическая генетическая информация могла бы попасть в зародышевую линию. Один — с помощью прототипных эндогенных ретровирус-ных векторов. Другой путь, предложенный Гарри Ротенфлу, состоит в том, что долгоживущие В-лимфоциты памяти проникают в репродуктивные ткани и иногда передают новые последовательности V-генов прямо в сперматозоиды и яйцеклетки. Но оба способа должны включать этап обратной транскрипции. Эта проблема является предметом исследований в наших лабораториях. Они включают комплекс экспериментов, в которых надо собрать и проанализировать огромную информацию о последовательностях ДНК. При современных возможностях результатов может не быть много лет. Однако прогресс все-таки есть, особенно за последние десять лет, и нет никаких причин считать, что дальнейшие исследования не будут плодотворными. Мы собираемся действовать на два фронта одновременно. Первый — это выяснение механизма соматического гипермути-рования, так как этот процесс может быть логически связан с обратной связью сомы и зародышевой линии. Вторая наша задача — сконструировать генетически модифицированных мышей, с помощью которых можно будет продемонстрировать генетическое столкновение сомы и зародышевой линии в настоящее время. Уже существуют линии трансгенных мышей, у которых экспрессируется небольшой набор V-, D-, J-, и С-элементов тяжелых и легких цепей человека; генетическая «операция» у таких мышей (удаление существенных ДНК-последовательностей) приведет к тому, что «свои» гены Ig-локуса не смогут экспрессироваться. У этих мышей при иммунизации антигеном будут синтезироваться и подвергаться соматическому гипермутированию только человеческие антитела. Проверка тандемного набора мышиных V-генов зародышевой линии у потомков иммунизированных родителей могла бы обнаружить свидетельства интеграции человеческих последовательностей V-генов.</p>
<p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | Проницаемость барьера Вейсмана
Можно предположить несколько путей, какими соматическая генетическая информация могла бы попасть в зародышевую линию. Один — с помощью прототипных эндогенных ретровирус-ных векторов. Другой путь, предложенный Гарри Ротенфлу, состоит в том, что долгоживущие В-лимфоциты памяти проникают в репродуктивные ткани и иногда передают новые последовательности V-генов прямо в сперматозоиды и яйцеклетки. Но оба способа должны включать этап обратной транскрипции. Эта проблема является предметом исследований в наших лабораториях. Они включают комплекс экспериментов, в которых надо собрать и проанализировать огромную информацию о последовательностях ДНК. При современных возможностях результатов может не быть много лет. Однако прогресс все-таки есть, особенно за последние десять лет, и нет никаких причин считать, что дальнейшие исследования не будут плодотворными. Мы собираемся действовать на два фронта одновременно. Первый — это выяснение механизма соматического гипермути-рования, так как этот процесс может быть логически связан с обратной связью сомы и зародышевой линии. Вторая наша задача — сконструировать генетически модифицированных мышей, с помощью которых можно будет продемонстрировать генетическое столкновение сомы и зародышевой линии в настоящее время. Уже существуют линии трансгенных мышей, у которых экспрессируется небольшой набор V-, D-, J-, и С-элементов тяжелых и легких цепей человека; генетическая «операция» у таких мышей (удаление существенных ДНК-последовательностей) приведет к тому, что «свои» гены Ig-локуса не смогут экспрессироваться. У этих мышей при иммунизации антигеном будут синтезироваться и подвергаться соматическому гипермутированию только человеческие антитела. Проверка тандемного набора мышиных V-генов зародышевой линии у потомков иммунизированных родителей могла бы обнаружить свидетельства интеграции человеческих последовательностей V-генов. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Глава 1 ИДЕИ ЛАМАРКА И ДАРВИНА - ДВЕ СТОРОНЫ ОДНОЙ МЕДАЛИ</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><strong>Глава 1</strong></p>
<p><strong>ИДЕИ ЛАМАРКА И ДАРВИНА - ДВЕ СТОРОНЫ ОДНОЙ МЕДАЛИ</strong></p>
<p>За последние 45 лет мы стали свидетелями бурного роста новой области науки — молекулярной генетики. Она преобразует наши представления о механизмах наследственности и эволюции жизни на Земле. Пора проанализировать уроки этого периода и изложить их в доступной для широкого круга читателей форме. Революционные представления Чарлза Дарвина о естественном отборе как главной движущей силе эволюции сейчас превратились в догму. Обновление наших взглядов на эволюцию требует учета данных, полученных молекулярной генетикой, особенно — молекулярной генетикой иммунной системы. К концу двадцатого столетия в этой области молекулярной биологии выходит на сцену и становится рядом с Чарлзом Дарвином другой «дедушка» эволюционной теории, французский биолог Жан Батист де Ламарк. Поэтому сейчас следует рассмотреть идеи и проблемы, еще недавно казавшиеся еретическими: <em>Работает ли принцип Ламарка в Природе? Насколько проницаем барьер Вейсмана?</em> (теоретический барьер между клетками тела и половыми клетками — сперматозоидами и яйцеклетками). <em>Могут ли наследоваться приобретенные признаки ? Если да, можем ли мы описать процесс такого наследования молекулярными терминами ?</em></p>
<p>Тридцать лет назад эти вопросы поставил в серии ярких, умных книг крупный ученый и философ Артур Кестлер (Koestler). Мысли и слова, высказанные им, не были гласом вопиющего в интеллектуальной пустыне; более того, некоторые из его научных догадок вызвали живой интерес среди ученых.</p><p>В научной картине «внутреннего мира» клеток и молекул иммунной системы неоламаркистские представления об обратной связи генов сомы и зародышевой линии давно занимают видное и законное место. В этой книге мы покажем, как можно языком молекулярной генетики описать явление соматического гипермутирования генов антител и предполагаемый процесс переноса информации от сомы к половым клеткам.</p><p>Мы также исследуем применимость наших толкований к органам и тканям вне иммунной системы. Пока еще рано делать окончательные заключения, однако, можно сформулировать четкие вопросы и некоторые выводы, важные для будущих научных исследований.</p><p>Сам Чарлз Дарвин 130 лет назад создал модель наследования приобретенных признаков. Свои представления о наследовании он назвал теорией пангенезиса, которая имела заметные ламаркистские черты. Мы подробно опишем и этот малоизвестный исторический факт, и бурную историю развития идей Ламарка, и отношение к ним на протяжении девятнадцатого и двадцатого столетий. По нашему мнению, острые споры о механизме эволюции гораздо более плодотворны для развития эволюционной теории, нежели рабская привязанность к неодарвинизму, превратившая в заклинание бесконечное повторение одного и того же тезиса: «Эволюция идет только путем естественного отбора случайных мутаций». (Мы имеем в виду труды Ричарда Докинза (Dawkins) и Дэниеля Деннета (Dennet).</p><p>Мы постараемся, не злоупотребляя научными терминами, объяснить читателям основные положения молекулярной генетики, быстро изменяющей наш взгляд на мир. Важные определения и биохимические термины приводятся в сопровождающих текст таблицах и рисунках. Если вы столкнетесь с незнакомыми терминами, советуем обращаться к словарю в конце книги.</p><p>Мы обсудим следующее важнейшее утверждение: измененные гены <em>соматических клеток</em> (клеток тела) могут встраиваться в геном <em>половых клеток</em> (яйцеклеток и сперматозоидов) и наследоваться потомками в соответствии с генетическими законами. По существу, это молекулярная версия идеи о наследовании приобретенных признаков, четко сформулированной Ламарком и позже принятой Дарвином в его теории пангенезиса.</p><p>В центре внимания этой книги будут научные исследования, которые, по нашему мнению, заставляют пересмотреть общепринятую точку зрения на поведение генов. Генетика все глубже проникает в сложные молекулярные процессы, находящиеся в самом сердце механизма наследственности. Однако мы сразу хотим подчеркнуть, что пока все наши выводы основываются на анализе работы иммунной системой позвоночных (тип Vertebrata).</p><p>Традиционное, и в целом правильное, представление о генетических механизмах эволюции основано на главном предположении Чарлза Дарвина. Он считал, что изменчивость между видами и в пределах вида определяется наследственными особенностями составляющих их особей. «Орудующая» в природе «смерть-старуха» забирает слабых и оставляет наиболее приспособленных. Именно этот процесс называется естественным отбором. В колоссальной предсуществующей изменчивости, часто едва заметной, можно обнаружить, например, различия между особями по размерам тела, пищевым потребностям или по способности избегать хищников. Наиболее приспособленные выживут и передадут свои признаки потомкам. Таким образом, естественный отбор действует на имеющуюся в популяции организмов наследственную изменчивость. В современной трактовке единственный тип генетических изменений, допускаемый в данной схеме, — это случайные мутации генов в половых клетках (яйцеклетках и сперматозоидах). Именно это составляет суть оставленного Чарлзом Дарвином наследия, изложенного в его книге <em>Происхождение видов,</em> опубликованной в 1859 г. Это — его вклад в современные представления о механизмах эволюции, приведшей к появлению высокоорганизованных растений и животных. Основы современной неодарвинистской теории суммированы в табл. 1.1.</p><p>Теория естественного отбора доминировала в нашем мышлении и направляла развитие генетики и теории эволюции в течение большей части двадцатого столетия. Однако логически последовательный механистический принцип эволюционных изменений бьш впервые сформулирован французским биологом Жаном Батистом Ламарком в 1809 г., за пятьдесят лет до опубликования <em>Происхождения</em> видов Дарвина. Именно Ламарка можно считать отцом идеи превращения видов. Он не представлял себе механизма, основанного на естественном отборе, но очень четко сформулировал мысль о том, что приобретенные признаки могут быть переданы следующим поколениям — идею, которую потом долго разделяли многие биологи и философы. Попросту говоря, это означает, что изменившиеся у какого-нибудь животного размер или форма тела, например, в результате изменения питания или пищевых привычек, могут быть переданы его потомкам.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Глава 1 ИДЕИ ЛАМАРКА И ДАРВИНА - ДВЕ СТОРОНЫ ОДНОЙ МЕДАЛИ
Глава 1
ИДЕИ ЛАМАРКА И ДАРВИНА - ДВЕ СТОРОНЫ ОДНОЙ МЕДАЛИ
За последние 45 лет мы стали свидетелями бурного роста новой области науки — молекулярной генетики. Она преобразует наши представления о механизмах наследственности и эволюции жизни на Земле. Пора проанализировать уроки этого периода и изложить их в доступной для широкого круга читателей форме. Революционные представления Чарлза Дарвина о естественном отборе как главной движущей силе эволюции сейчас превратились в догму. Обновление наших взглядов на эволюцию требует учета данных, полученных молекулярной генетикой, особенно — молекулярной генетикой иммунной системы. К концу двадцатого столетия в этой области молекулярной биологии выходит на сцену и становится рядом с Чарлзом Дарвином другой «дедушка» эволюционной теории, французский биолог Жан Батист де Ламарк. Поэтому сейчас следует рассмотреть идеи и проблемы, еще недавно казавшиеся еретическими: Работает ли принцип Ламарка в Природе? Насколько проницаем барьер Вейсмана? (теоретический барьер между клетками тела и половыми клетками — сперматозоидами и яйцеклетками). Могут ли наследоваться приобретенные признаки ? Если да, можем ли мы описать процесс такого наследования молекулярными терминами ?
Тридцать лет назад эти вопросы поставил в серии ярких, умных книг крупный ученый и философ Артур Кестлер (Koestler). Мысли и слова, высказанные им, не были гласом вопиющего в интеллектуальной пустыне; более того, некоторые из его научных догадок вызвали живой интерес среди ученых.
В научной картине «внутреннего мира» клеток и молекул иммунной системы неоламаркистские представления об обратной связи генов сомы и зародышевой линии давно занимают видное и законное место. В этой книге мы покажем, как можно языком молекулярной генетики описать явление соматического гипермутирования генов антител и предполагаемый процесс переноса информации от сомы к половым клеткам.
Мы также исследуем применимость наших толкований к органам и тканям вне иммунной системы. Пока еще рано делать окончательные заключения, однако, можно сформулировать четкие вопросы и некоторые выводы, важные для будущих научных исследований.
Сам Чарлз Дарвин 130 лет назад создал модель наследования приобретенных признаков. Свои представления о наследовании он назвал теорией пангенезиса, которая имела заметные ламаркистские черты. Мы подробно опишем и этот малоизвестный исторический факт, и бурную историю развития идей Ламарка, и отношение к ним на протяжении девятнадцатого и двадцатого столетий. По нашему мнению, острые споры о механизме эволюции гораздо более плодотворны для развития эволюционной теории, нежели рабская привязанность к неодарвинизму, превратившая в заклинание бесконечное повторение одного и того же тезиса: «Эволюция идет только путем естественного отбора случайных мутаций». (Мы имеем в виду труды Ричарда Докинза (Dawkins) и Дэниеля Деннета (Dennet).
Мы постараемся, не злоупотребляя научными терминами, объяснить читателям основные положения молекулярной генетики, быстро изменяющей наш взгляд на мир. Важные определения и биохимические термины приводятся в сопровождающих текст таблицах и рисунках. Если вы столкнетесь с незнакомыми терминами, советуем обращаться к словарю в конце книги.
Мы обсудим следующее важнейшее утверждение: измененные гены соматических клеток (клеток тела) могут встраиваться в геном половых клеток (яйцеклеток и сперматозоидов) и наследоваться потомками в соответствии с генетическими законами. По существу, это молекулярная версия идеи о наследовании приобретенных признаков, четко сформулированной Ламарком и позже принятой Дарвином в его теории пангенезиса.
В центре внимания этой книги будут научные исследования, которые, по нашему мнению, заставляют пересмотреть общепринятую точку зрения на поведение генов. Генетика все глубже проникает в сложные молекулярные процессы, находящиеся в самом сердце механизма наследственности. Однако мы сразу хотим подчеркнуть, что пока все наши выводы основываются на анализе работы иммунной системой позвоночных (тип Vertebrata).
Традиционное, и в целом правильное, представление о генетических механизмах эволюции основано на главном предположении Чарлза Дарвина. Он считал, что изменчивость между видами и в пределах вида определяется наследственными особенностями составляющих их особей. «Орудующая» в природе «смерть-старуха» забирает слабых и оставляет наиболее приспособленных. Именно этот процесс называется естественным отбором. В колоссальной предсуществующей изменчивости, часто едва заметной, можно обнаружить, например, различия между особями по размерам тела, пищевым потребностям или по способности избегать хищников. Наиболее приспособленные выживут и передадут свои признаки потомкам. Таким образом, естественный отбор действует на имеющуюся в популяции организмов наследственную изменчивость. В современной трактовке единственный тип генетических изменений, допускаемый в данной схеме, — это случайные мутации генов в половых клетках (яйцеклетках и сперматозоидах). Именно это составляет суть оставленного Чарлзом Дарвином наследия, изложенного в его книге Происхождение видов, опубликованной в 1859 г. Это — его вклад в современные представления о механизмах эволюции, приведшей к появлению высокоорганизованных растений и животных. Основы современной неодарвинистской теории суммированы в табл. 1.1.
Теория естественного отбора доминировала в нашем мышлении и направляла развитие генетики и теории эволюции в течение большей части двадцатого столетия. Однако логически последовательный механистический принцип эволюционных изменений бьш впервые сформулирован французским биологом Жаном Батистом Ламарком в 1809 г., за пятьдесят лет до опубликования Происхождения видов Дарвина. Именно Ламарка можно считать отцом идеи превращения видов. Он не представлял себе механизма, основанного на естественном отборе, но очень четко сформулировал мысль о том, что приобретенные признаки могут быть переданы следующим поколениям — идею, которую потом долго разделяли многие биологи и философы. Попросту говоря, это означает, что изменившиеся у какого-нибудь животного размер или форма тела, например, в результате изменения питания или пищевых привычек, могут быть переданы его потомкам. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Отступление: Комета Шумейкер Леви 9</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Полезной аналогией, которая поможет нам пояснить идею следов интеграции, могут служить размер и форма кратеров на поверхности Луны и других тел Солнечной системы (включая и поверхность Земли), которые считаются результатом падения метеоритов и астероидов. У нас нет сомнений в том, что они были вызваны падениями метеоритов, астероидов или комет в прошлом. Мы даже можем по размерам кратера оценить массу и размеры этих болидов. Для земных и лунных кратеров геологи и астрономы могут также оценить время, когда произошло столкновение. Мы не сомневаемся в причинах, хотя сами редко бываем свидетелями подобных столкновений. Однако в июле 1994 г. мы получили драматические доказательства силы таких вторжений. Мы видели по телевидению (благодаря космическому кораблю «Галилей») падение 21 фрагмента кометы Шумейкер Леви 9 на поверхность Юпитера. Следовательно, с помощью видеозаписи человечество стало свидетелем события, которое может приводить к образованию кратеров на поверхности планет солнечной системы и их спутников. Шестьдесят пять миллионов лет назад болид диаметром примерно 10 километров образовал огромный кратер диаметром примерно 330 километров недалеко от полуострова Юкатан в Мексике.</p>
<p>Однако эта аналогия с кратерами, вызванными падением метеоритов или комет, неполная. Мы не можем точно оценить, как часто и когда происходили «генетические столкновения сомы и зародышевой линии». Данные о современных ДНК-последовательностях V-генов иммуноглобулинов свидетельствуют о том, что они происходили со значительной частотой в эволюционном прошлом, так как оставили отчетливый след в виде неслучайного распределения последовательностей, которое отличается от случайного фонового мутационного «шума». Более того, у разных видов позвоночных наблюдаются разные картины неслучайных последовательностей, а это означает, что столкновения сомы и зародышевой линии происходили много раз после дивергенции этих видов от общего предка.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Отступление: Комета Шумейкер Леви 9
Полезной аналогией, которая поможет нам пояснить идею следов интеграции, могут служить размер и форма кратеров на поверхности Луны и других тел Солнечной системы (включая и поверхность Земли), которые считаются результатом падения метеоритов и астероидов. У нас нет сомнений в том, что они были вызваны падениями метеоритов, астероидов или комет в прошлом. Мы даже можем по размерам кратера оценить массу и размеры этих болидов. Для земных и лунных кратеров геологи и астрономы могут также оценить время, когда произошло столкновение. Мы не сомневаемся в причинах, хотя сами редко бываем свидетелями подобных столкновений. Однако в июле 1994 г. мы получили драматические доказательства силы таких вторжений. Мы видели по телевидению (благодаря космическому кораблю «Галилей») падение 21 фрагмента кометы Шумейкер Леви 9 на поверхность Юпитера. Следовательно, с помощью видеозаписи человечество стало свидетелем события, которое может приводить к образованию кратеров на поверхности планет солнечной системы и их спутников. Шестьдесят пять миллионов лет назад болид диаметром примерно 10 километров образовал огромный кратер диаметром примерно 330 километров недалеко от полуострова Юкатан в Мексике.
Однако эта аналогия с кратерами, вызванными падением метеоритов или комет, неполная. Мы не можем точно оценить, как часто и когда происходили «генетические столкновения сомы и зародышевой линии». Данные о современных ДНК-последовательностях V-генов иммуноглобулинов свидетельствуют о том, что они происходили со значительной частотой в эволюционном прошлом, так как оставили отчетливый след в виде неслучайного распределения последовательностей, которое отличается от случайного фонового мутационного «шума». Более того, у разных видов позвоночных наблюдаются разные картины неслучайных последовательностей, а это означает, что столкновения сомы и зародышевой линии происходили много раз после дивергенции этих видов от общего предка. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Живые системы функционируют в окруженной мембраной контролируемой микросреде</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Началом молекулярной генетики можно считать открытие строения и роли отдельной клетки. Несколько миллиардов лет назад на Земле начала распространяться клеточная форма жизни. Неотъемлемой чертой живых клеток является репли-кация и передача от материнских клеток к дочерним информационных молекул, сначала РНК<strong>,</strong> а затем ДНК.</p><p>Избирательно проницаемая мембрана, окружающая клетку, обеспечивает контролируемую внутреннюю среду (раствор солей и других молекул в воде), внутри которой реплицируется геном, синтезируются и работают все ферменты и мультимолекулярные машины (органеллы). В результате сложного транспортного процесса молекулы (например, белки, углеводы и жиры) постоянно проникают в клетку и пополняют запас молекулярных строительных блоков. Липидная (жировая) водонерастворимая мембрана предотвращает растворение клеточного содержимого в окружающей среде. На мембране располагается множество специализированных молекул, осуществляющих взаимодействие клетки с внешней средой. Некоторые клетки имеют десятки, если не сотни, различных специфических поверхностных рецепторов, которые позволяют им распознавать внешние стимулы и отвечать на них. Некоторые из этих рецепторов действуют и как транспортные каналы, обеспечивающие движение определенных молекул через клеточную мембрану. В клетке непрерывно протекает несметное число химических реакций, которые координируются и совмещаются во времени и пространстве подобно сложным компьютерным программам. Каждая реакция достигает своей определенной цели, важной для роста и выживания клетки.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_6_img_4.jpg"/>
</p><p><strong>Рис. 2.1. Высшие и бактериальные клетки, вирусы. Высшие (эукариотические) клетки в 10-100 раз крупнее, чем бактериальные (прокариотические). Избирательно проницаемая мембрана (состоящая из множества липидных молекул), регулирует перемещение различных веществ, включая воду, в клетку и из клетки. Мембрану бактериальной клетки окружает довольно жесткая клеточная стенка. Растительные клетки также имеют внешнюю грубую клеточную стенку (на рисунке не показана). В состав высших клеток входит окруженное мембраной ядро, содержащее несколько хромосом (длинных линейных молекул ДНК). Бактериальные клетки имеют только одну кольцевую хромосому. В высших клетках РНК-копии генов производятся в ядре (процесс транскрипции) и перемещаются в цитоплазму после преобразования (процессинга). (См. рис. 4.4 и 4.5). Затем в цитоплазме эти молекулы информационной мРНК транслируются в белок с помощью специальной молекулярной машины, или органеллы, которая называется рибосомой. В бактериальной клетке РНК и белки производятся в цитоплазме, так как у бактерий нет мембраны, окружающей единственную хромосому. Вирусы — паразиты, которые внедряются в клетку и используют ее молекулярный аппарат для собственного размножения. Они очень мелкие, приблизительно в 10-15 раз меньше, чем клетки, и состоят только из белковой оболочки и генома, представленного ДНК- или РНК-молекулой. Вирусы имеют разные формы и размеры, а молекулы нуклеиновых кислот в их геноме могут быть и двухцепочечными, и одноцепочечными, и линейными, и кольцевыми. Вирусам, которые размножаются в бактериальных клетках, дано специальное название — бактериофаги. Некоторые вирусы безвредны, например, эндогенные РНК-ретровирусы, которые закодированы в геноме нормальных клеток (в виде ДНК) и продуцируются (в виде РНК-транскриптов) нормальной клеткой, например, стимулированным антигеном В-лимфоцитом (см. рис. 1.2).</strong></p><p> </p><p>Что происходит, когда мы съедаем кусочек шоколада и усваиваем сахар? Биохимики установили, что типичная клетка для выделения энергии из молекулы глюкозы использует 30 или более специфических ферментативных реакций. Каждый шаг в этой цепи реакций нужен для отрыва от молекулы глюкозы энергии, заключенной в химических связях, удерживающих атомы в молекулах. Эти химические реакции являются частью процесса «молекулярного питания» клетки, который создавался в ходе эволюции для извлечения максимального количества полезной энергии.</p><p>Бактериальные клетки по своим основным функциям несколько отличаются от более специализированных (дифференцированных) клеток многоклеточного организма. Они меньше, их геном состоит из небольшого числа генов. Поскольку требуется координация меньшего числа реакций, бактериальные клетки способны расти и делиться очень быстро. В благоприятных условиях среды на это уходит от 20 до 30 минут. Эта способность к быстрому делению делает бактерии при попадании в организм многоклеточного хозяина опасными болезнетворными агентами. Это же свойство делает бактерии и мельчайшие вирусы, которые в них размножаются (фаги), чрезвычайно полезным инструментом современных исследований в молекулярной генетике.</p><p>На рис. 2.1 показаны вирусы в сравнении с бактериальной клеткой и клеткой высших организмов. Вирус представляет собой цепочку генов (вирусный геном может состоять и из ДНК, и из РНК в зависимости от типа вируса), упакованную в белковый чехол или мембранную оболочку. Вирусы сами по себе не растут и не делятся. Все вирусы — паразиты; для того, чтобы приобрести способность размножаться, они должны проникнуть внутрь клетки-хозяина. Это позволило Херши (Hershey) и Чейзу (Chase) в 1952 г. доказать, что генетическим материалом вирусов является нуклеиновая кислота, а не белок (табл. 2.1). Одни вирусы заражают бактериальные клетки, другие — клетки высших многоклеточных организмов, растений и животных. Некоторые вирусы, например, вирусы гриппа и иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД, способны быстро изменяться. И это позволяет им ускользать от иммунной системы.</p><p>Проникнув в клетку, вирус освобождает свой геном от оболочки и приступает к захвату клеточных метаболических путей для своих собственных целей. (Компьютерный вирус, внедряясь в определенную часть компьютера- «хозяина» достигает подобных же целей.) Внутри клетки ДНК- и РНК-содержащие вирусы размножаются и производят свои белки. Затем происходит сборка зрелых вирусных частиц, которые покидают приютившую их клетку и начинают заражать другие клетки. Одни вирусы убивают клетку при размножении. К ним относится, например, вирус гриппа. Другие мирно сосуществуют с живой клеткой, которую они инфицировали, а вирусное потомство постоянно выходит через клеточную мембрану. Третьи, например, вирус герпеса, могут до начала репликации много лет находиться внутри живой клетки в скрытом (латентном) состоянии. Однако самая крайняя степень паразитизма проявляется у ретровирусов. Некоторые из них, например, ВИЧ, создают ДНК-копию своего РНК-генома, встраивают ее в хромосому(ы) клеточного ядра и реплицируются вместе с хромосомами в ходе нормальных клеточных делений.</p><p>Молекулярно-генетические процессы основываются на трех основных принципах</p><p>• каждую отдельную химическую реакцию осуществляет специфический катализатор;</p><p>• ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидов, основания которых связаны парами;</p><p>• генетическая информация передается от генов к белкам.</p><p>Эти принципы лежат в основе механизма наследственности.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Живые системы функционируют в окруженной мембраной контролируемой микросреде
Началом молекулярной генетики можно считать открытие строения и роли отдельной клетки. Несколько миллиардов лет назад на Земле начала распространяться клеточная форма жизни. Неотъемлемой чертой живых клеток является репли-кация и передача от материнских клеток к дочерним информационных молекул, сначала РНК, а затем ДНК.
Избирательно проницаемая мембрана, окружающая клетку, обеспечивает контролируемую внутреннюю среду (раствор солей и других молекул в воде), внутри которой реплицируется геном, синтезируются и работают все ферменты и мультимолекулярные машины (органеллы). В результате сложного транспортного процесса молекулы (например, белки, углеводы и жиры) постоянно проникают в клетку и пополняют запас молекулярных строительных блоков. Липидная (жировая) водонерастворимая мембрана предотвращает растворение клеточного содержимого в окружающей среде. На мембране располагается множество специализированных молекул, осуществляющих взаимодействие клетки с внешней средой. Некоторые клетки имеют десятки, если не сотни, различных специфических поверхностных рецепторов, которые позволяют им распознавать внешние стимулы и отвечать на них. Некоторые из этих рецепторов действуют и как транспортные каналы, обеспечивающие движение определенных молекул через клеточную мембрану. В клетке непрерывно протекает несметное число химических реакций, которые координируются и совмещаются во времени и пространстве подобно сложным компьютерным программам. Каждая реакция достигает своей определенной цели, важной для роста и выживания клетки.
Рис. 2.1. Высшие и бактериальные клетки, вирусы. Высшие (эукариотические) клетки в 10-100 раз крупнее, чем бактериальные (прокариотические). Избирательно проницаемая мембрана (состоящая из множества липидных молекул), регулирует перемещение различных веществ, включая воду, в клетку и из клетки. Мембрану бактериальной клетки окружает довольно жесткая клеточная стенка. Растительные клетки также имеют внешнюю грубую клеточную стенку (на рисунке не показана). В состав высших клеток входит окруженное мембраной ядро, содержащее несколько хромосом (длинных линейных молекул ДНК). Бактериальные клетки имеют только одну кольцевую хромосому. В высших клетках РНК-копии генов производятся в ядре (процесс транскрипции) и перемещаются в цитоплазму после преобразования (процессинга). (См. рис. 4.4 и 4.5). Затем в цитоплазме эти молекулы информационной мРНК транслируются в белок с помощью специальной молекулярной машины, или органеллы, которая называется рибосомой. В бактериальной клетке РНК и белки производятся в цитоплазме, так как у бактерий нет мембраны, окружающей единственную хромосому. Вирусы — паразиты, которые внедряются в клетку и используют ее молекулярный аппарат для собственного размножения. Они очень мелкие, приблизительно в 10-15 раз меньше, чем клетки, и состоят только из белковой оболочки и генома, представленного ДНК- или РНК-молекулой. Вирусы имеют разные формы и размеры, а молекулы нуклеиновых кислот в их геноме могут быть и двухцепочечными, и одноцепочечными, и линейными, и кольцевыми. Вирусам, которые размножаются в бактериальных клетках, дано специальное название — бактериофаги. Некоторые вирусы безвредны, например, эндогенные РНК-ретровирусы, которые закодированы в геноме нормальных клеток (в виде ДНК) и продуцируются (в виде РНК-транскриптов) нормальной клеткой, например, стимулированным антигеном В-лимфоцитом (см. рис. 1.2).
Что происходит, когда мы съедаем кусочек шоколада и усваиваем сахар? Биохимики установили, что типичная клетка для выделения энергии из молекулы глюкозы использует 30 или более специфических ферментативных реакций. Каждый шаг в этой цепи реакций нужен для отрыва от молекулы глюкозы энергии, заключенной в химических связях, удерживающих атомы в молекулах. Эти химические реакции являются частью процесса «молекулярного питания» клетки, который создавался в ходе эволюции для извлечения максимального количества полезной энергии.
Бактериальные клетки по своим основным функциям несколько отличаются от более специализированных (дифференцированных) клеток многоклеточного организма. Они меньше, их геном состоит из небольшого числа генов. Поскольку требуется координация меньшего числа реакций, бактериальные клетки способны расти и делиться очень быстро. В благоприятных условиях среды на это уходит от 20 до 30 минут. Эта способность к быстрому делению делает бактерии при попадании в организм многоклеточного хозяина опасными болезнетворными агентами. Это же свойство делает бактерии и мельчайшие вирусы, которые в них размножаются (фаги), чрезвычайно полезным инструментом современных исследований в молекулярной генетике.
На рис. 2.1 показаны вирусы в сравнении с бактериальной клеткой и клеткой высших организмов. Вирус представляет собой цепочку генов (вирусный геном может состоять и из ДНК, и из РНК в зависимости от типа вируса), упакованную в белковый чехол или мембранную оболочку. Вирусы сами по себе не растут и не делятся. Все вирусы — паразиты; для того, чтобы приобрести способность размножаться, они должны проникнуть внутрь клетки-хозяина. Это позволило Херши (Hershey) и Чейзу (Chase) в 1952 г. доказать, что генетическим материалом вирусов является нуклеиновая кислота, а не белок (табл. 2.1). Одни вирусы заражают бактериальные клетки, другие — клетки высших многоклеточных организмов, растений и животных. Некоторые вирусы, например, вирусы гриппа и иммунодефицита человека (ВИЧ), вызывающий СПИД, способны быстро изменяться. И это позволяет им ускользать от иммунной системы.
Проникнув в клетку, вирус освобождает свой геном от оболочки и приступает к захвату клеточных метаболических путей для своих собственных целей. (Компьютерный вирус, внедряясь в определенную часть компьютера- «хозяина» достигает подобных же целей.) Внутри клетки ДНК- и РНК-содержащие вирусы размножаются и производят свои белки. Затем происходит сборка зрелых вирусных частиц, которые покидают приютившую их клетку и начинают заражать другие клетки. Одни вирусы убивают клетку при размножении. К ним относится, например, вирус гриппа. Другие мирно сосуществуют с живой клеткой, которую они инфицировали, а вирусное потомство постоянно выходит через клеточную мембрану. Третьи, например, вирус герпеса, могут до начала репликации много лет находиться внутри живой клетки в скрытом (латентном) состоянии. Однако самая крайняя степень паразитизма проявляется у ретровирусов. Некоторые из них, например, ВИЧ, создают ДНК-копию своего РНК-генома, встраивают ее в хромосому(ы) клеточного ядра и реплицируются вместе с хромосомами в ходе нормальных клеточных делений.
Молекулярно-генетические процессы основываются на трех основных принципах
• каждую отдельную химическую реакцию осуществляет специфический катализатор;
• ДНК состоит из двух цепочек нуклеотидов, основания которых связаны парами;
• генетическая информация передается от генов к белкам.
Эти принципы лежат в основе механизма наследственности. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Спонтанные мутации</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>О внезапных изменениях наследственности знал еще Дарвин. Взгляните на рисунок, где изображены овцы. Слева овца нормальная, в центре и справа овца и баран с сильно укороченными ногами. Сперва появилось одно-единственное такое животное. Изменение оказалось наследственным, рецессивным. Оно заинтересовало селекционеров, его подхватили, и была создана анконская порода коротконогих овец. Эти овцы не в состоянии перепрыгнуть даже через сравнительно низкую изгородь, а это важно в английских условиях: там животные постоянно содержатся в загонах. Дарвин описывает эти изменения, а также другие подобные, называя их спортами. Изменения такого рода сыграли большую роль в формировании пород голубей, и Дарвин приводит очень много примеров из голубеводства (он был членом двух голубеводческих клубов).</p><p>В начале нашего века де Фриз, тот самый, что вторично открыл законы Менделя, работал с растением ослинником (энотерой). Он обнаружил у него много наследственных изменений. Они затрагивали самые различные органы, а иногда и растение в целом. Были здесь и карликовые и гигантские формы, и с измененными листьями, и с укороченными стеблями. Де Фриз назвал эти изменения мутациями. Они всегда возникали внезапно, по непонятным для исследователя причинам и внешне никак не были связаны с условиями среды. Надо сказать, что и спустя четверть века после де Фриза причины мутаций были еще неясны.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_35_img_57.jpeg"/>
</p><p><em>В центре и справа — коротконогие анконские овцы.</em></p><p>Есть крепости, которые нелегко одолеть. И именно такой оказался ген — первые его искусственные изменения получены только в 1925 году. Как это произошло, скоро будет рассказано.</p><p>А теперь посмотрите на рисунок в начале главы. Вы видите белок, обыкновенную и альбиноса. Это мутации. Так же мутантна по отношению к обычной пестрой окраске белая окраска павлинов. Тут известен и тип наследования: эта пара признаков менделирует, при скрещивании двух гетерозигот возникает соотношение 3:1.</p><p>Недавно в Африке, в стаде обычных зебр, была обнаружена зебра темная, почти черная. Позже у нее родился жеребенок такой же темный, как и она сама. В этом случае мутация доминантная. И находись зебры не в заповеднике, не под присмотром людей, эта мутация была бы обречена на гибель. Ведь обычная окраска зебр, полосатая, — приспособительный признак, окраска защитная. Темная зебра легко бы стала добычей хищников. А на другом рисунке (стр. 14) среди обычных жирафов изображен альбинос. Это рецессивная мутация. И именно благодаря атому она существует издавна. Животные гетерозиготные окрашены и пятнисты, как обычный жираф. А от скрещивания двух гетерозиготных животных время от времени появляются альбиносы. Эти животные больше подвержены истреблению: они, естественно, менее жизнеспособны. Но если предположить, что произойдут резкие изменения в условиях жизни, при которых жирафам будет выгодна светлая окраска, а не пятнистая, тогда естественный отбор отдаст предпочтение альбиносам, и они постепенно вытеснят пятнистых жирафов. Конечно, трудно представить, чтоб изменения условий были столь резкими, и все же пример верен в принципе. При изучении дико живущих дрозофил не раз наблюдали, как рецессивная мутация при изменении условий подхватывается отбором.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_35_img_58.jpeg"/>
</p><p><em>Темная зебра среди обычных зебр.</em></p><p>Известно это и для других существ, особенно бактерий и простейших.</p><p>Мутации вовсе не обязательно бывают хорошо заметными, бросающимися в глаза. Напротив, более часты мутации мелкие, незначительные. Мутация может затронуть любой признак любого организма. Бывает и так, что одна и та же мутация затрагивает несколько признаков.</p><p>В конечном счете любое свойство и любой признак любого организма имеет мутационное происхождение. Конечно, не надо думать, что, к примеру, хобот у слона разом возник как мутация.</p><p>Безусловно, возникновение признаков такой сложности явилось результатом многократных мутаций, сложной перекомбинации мутантных генов.</p><p>А творцом здесь был естественный отбор, подхватывающий то, что полезно, отбраковывающий, выбрасывающий все вредное.</p><p>Открытие и дальнейшее изучение мутаций дало дарвинизму надежную базу. Существенную роль сыграл здесь советский исследователь С. С. Четвериков, основатель новой ветви генетики — эволюционной.</p><p>Почему в заголовке я написал не просто «Мутации», а «Спонтанные мутации»? Спонтанными (неожиданными, непроизвольными) называют мутации, возникающие помимо воли человека. В отличие от них, есть индуцированные мутации, их получают искусственно, в результате сознательного воздействия на наследственность — на хромосомы и гены.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Спонтанные мутации
О внезапных изменениях наследственности знал еще Дарвин. Взгляните на рисунок, где изображены овцы. Слева овца нормальная, в центре и справа овца и баран с сильно укороченными ногами. Сперва появилось одно-единственное такое животное. Изменение оказалось наследственным, рецессивным. Оно заинтересовало селекционеров, его подхватили, и была создана анконская порода коротконогих овец. Эти овцы не в состоянии перепрыгнуть даже через сравнительно низкую изгородь, а это важно в английских условиях: там животные постоянно содержатся в загонах. Дарвин описывает эти изменения, а также другие подобные, называя их спортами. Изменения такого рода сыграли большую роль в формировании пород голубей, и Дарвин приводит очень много примеров из голубеводства (он был членом двух голубеводческих клубов).
В начале нашего века де Фриз, тот самый, что вторично открыл законы Менделя, работал с растением ослинником (энотерой). Он обнаружил у него много наследственных изменений. Они затрагивали самые различные органы, а иногда и растение в целом. Были здесь и карликовые и гигантские формы, и с измененными листьями, и с укороченными стеблями. Де Фриз назвал эти изменения мутациями. Они всегда возникали внезапно, по непонятным для исследователя причинам и внешне никак не были связаны с условиями среды. Надо сказать, что и спустя четверть века после де Фриза причины мутаций были еще неясны.
В центре и справа — коротконогие анконские овцы.
Есть крепости, которые нелегко одолеть. И именно такой оказался ген — первые его искусственные изменения получены только в 1925 году. Как это произошло, скоро будет рассказано.
А теперь посмотрите на рисунок в начале главы. Вы видите белок, обыкновенную и альбиноса. Это мутации. Так же мутантна по отношению к обычной пестрой окраске белая окраска павлинов. Тут известен и тип наследования: эта пара признаков менделирует, при скрещивании двух гетерозигот возникает соотношение 3:1.
Недавно в Африке, в стаде обычных зебр, была обнаружена зебра темная, почти черная. Позже у нее родился жеребенок такой же темный, как и она сама. В этом случае мутация доминантная. И находись зебры не в заповеднике, не под присмотром людей, эта мутация была бы обречена на гибель. Ведь обычная окраска зебр, полосатая, — приспособительный признак, окраска защитная. Темная зебра легко бы стала добычей хищников. А на другом рисунке (стр. 14) среди обычных жирафов изображен альбинос. Это рецессивная мутация. И именно благодаря атому она существует издавна. Животные гетерозиготные окрашены и пятнисты, как обычный жираф. А от скрещивания двух гетерозиготных животных время от времени появляются альбиносы. Эти животные больше подвержены истреблению: они, естественно, менее жизнеспособны. Но если предположить, что произойдут резкие изменения в условиях жизни, при которых жирафам будет выгодна светлая окраска, а не пятнистая, тогда естественный отбор отдаст предпочтение альбиносам, и они постепенно вытеснят пятнистых жирафов. Конечно, трудно представить, чтоб изменения условий были столь резкими, и все же пример верен в принципе. При изучении дико живущих дрозофил не раз наблюдали, как рецессивная мутация при изменении условий подхватывается отбором.
Темная зебра среди обычных зебр.
Известно это и для других существ, особенно бактерий и простейших.
Мутации вовсе не обязательно бывают хорошо заметными, бросающимися в глаза. Напротив, более часты мутации мелкие, незначительные. Мутация может затронуть любой признак любого организма. Бывает и так, что одна и та же мутация затрагивает несколько признаков.
В конечном счете любое свойство и любой признак любого организма имеет мутационное происхождение. Конечно, не надо думать, что, к примеру, хобот у слона разом возник как мутация.
Безусловно, возникновение признаков такой сложности явилось результатом многократных мутаций, сложной перекомбинации мутантных генов.
А творцом здесь был естественный отбор, подхватывающий то, что полезно, отбраковывающий, выбрасывающий все вредное.
Открытие и дальнейшее изучение мутаций дало дарвинизму надежную базу. Существенную роль сыграл здесь советский исследователь С. С. Четвериков, основатель новой ветви генетики — эволюционной.
Почему в заголовке я написал не просто «Мутации», а «Спонтанные мутации»? Спонтанными (неожиданными, непроизвольными) называют мутации, возникающие помимо воли человека. В отличие от них, есть индуцированные мутации, их получают искусственно, в результате сознательного воздействия на наследственность — на хромосомы и гены. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Внимание: операции на головном мозге!</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Наши медики все чаще осуществляют решительное врачебное вмешательство в ход наследственных болезней, связанных с расстройством двигательных центров головного мозга. Мне довелось наблюдать результаты таких операций в клинике Института невралгии Медицинской академии, где работает коллектив нейрохирургов под руководством профессора Э. И. Канделя. Дело это новое, неимоверно сложное, не обходится здесь пока что без поражений, однако удачи бывают чаще неудач, и порою блистательные.</p><p>Борис П., способный начинающий литератор, еще совсем молод. Рослый и ловкий, он увлекался спортом, был кандидатом в юношескую сборную РСФСР по баскетболу. Заболевание пришло к нему исподволь и нарастало медленно. В двадцать лет парень стал инвалидом.</p><p>Болезнь эта — торзионная дистопия — наследственна и имеет две формы: доминантную и рецессивную. Обе формы считались ранее неизлечимыми. Однако после двух операций, проведенных Канделем, Борис выглядел совершенно здоровым, отлично координировал все движения, собирался вновь играть в баскетбол.</p>
<p>Кандель и его ученики мало соответствуют обычным представлениям о хирургах. Ход операции здесь контролируют умные машины. По их расчетам, в мозг вводят тонюсенькую трубку — канюлю. Через нее поступает жидкий азот, который разрушает больной участок мозга.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Внимание: операции на головном мозге!
Наши медики все чаще осуществляют решительное врачебное вмешательство в ход наследственных болезней, связанных с расстройством двигательных центров головного мозга. Мне довелось наблюдать результаты таких операций в клинике Института невралгии Медицинской академии, где работает коллектив нейрохирургов под руководством профессора Э. И. Канделя. Дело это новое, неимоверно сложное, не обходится здесь пока что без поражений, однако удачи бывают чаще неудач, и порою блистательные.
Борис П., способный начинающий литератор, еще совсем молод. Рослый и ловкий, он увлекался спортом, был кандидатом в юношескую сборную РСФСР по баскетболу. Заболевание пришло к нему исподволь и нарастало медленно. В двадцать лет парень стал инвалидом.
Болезнь эта — торзионная дистопия — наследственна и имеет две формы: доминантную и рецессивную. Обе формы считались ранее неизлечимыми. Однако после двух операций, проведенных Канделем, Борис выглядел совершенно здоровым, отлично координировал все движения, собирался вновь играть в баскетбол.
Кандель и его ученики мало соответствуют обычным представлениям о хирургах. Ход операции здесь контролируют умные машины. По их расчетам, в мозг вводят тонюсенькую трубку — канюлю. Через нее поступает жидкий азот, который разрушает больной участок мозга. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Ее величество ДНК</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>В то время как генетики-микробиологи ставили свои поистине сенсационные опыты с бактериями и бактериофагами, показавшие, что хромосома есть не что иное, как очень длинная полимерная молекула ДНК, биохимики штурмовали ту же проблему с другой стороны. Изучали химическое строение хромосомы.</p><p>Полимерная цепочка — молекула ДНК— всегда имеет форму нити, слагающейся из очень большого числа отдельных элементов — нуклеотидов. Последние, в свою очередь, тоже сложно устроены, однако каждый из них состоит из трех составных частей: основания, углеводного компонента (сахара) и фосфорной кислоты. Соединены они между собой всегда следующим образом:</p><p><em>Основание ............. Сахар ............. Фосфорная кислота</em></p><p>Разные нуклеотиды соединены между собой в ДНК путем чередования углевода и фосфорной кислоты, а основания всегда лежат сбоку. При этом сахар и фосфорная кислота по всей длине цепочки одинаковы, в то время как основания здесь четырех типов: аденин, цитозин, гуанин и тимин. Для простоты их обозначают буквами А, Ц, Г и Т. В разных ДНК эти основания расположены в различной последовательности, а поскольку длина полимерной цепочки очень велика, образуется практически бесконечное число различных типов ДНК, несущих разную генетическую информацию. Ее величество многолика! Через нее осуществляется передача наследственной информации у всего живого: от вирусов до человека.</p>
<p>На рисунке изображена модель химического строения ДНК, созданная Уотсоном и Криком. Молекула ДНК состоит из двух нитей, которые соединены между собой через основания. И если в каждой из нитей комбинации четырех оснований могут быть самыми различными, то соединения между нитями возможны лишь парные. «Перекладины» могут быть образованы только так: аденин (А) соединяется всегда с тимином (Т), а гуанин (Г) — с цитозином (Ц). Подобная упорядоченность очень важна. Так, например, если участок одной из нитей будет содержать основания в последовательности: ГГАТЦТТА, то противолежащий ему участок второй нити обязательно будет ЦЦТАГААТ. Только таким образом могут соединиться пары.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_44_img_66.png"/>
</p><p><em>Модель строения ДНК (по Уотсону и Крику).</em></p><p>А вот теперь разберемся в генетическом смысле модели Уотсона — Крика. Мы уже знаем, что для передачи генетической информации из поколения в поколение совершенно необходимо, чтобы ее величество в точности воспроизводила себе подобную нуклеиновую кислоту. Модель Уотсона — Крика вполне соответствует этой задаче, объясняет, каким же путем происходит удвоение хромосом перед клеточным делением. Забудем на минуту о сахаре и фосфорной кислоте, благо, по всей длине молекулы (значит, и хромосомы) они одинаковы. Изобразим модель ДНК упрощенно, в виде цепочки из оснований.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_44_img_67.png"/>
</p><p>Теперь допустим, что обе нити разделились и между основаниями образовались свободные связи. В то же время предположим, что в окружающей молекулу ДНК среде имеются свободные нуклеотиды. По химическим законам свободные связи будут стремиться к замещению. Около каждой из разделившихся нитей образуется связанная с ней нить-антипод.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_44_img_68.png"/>
</p><p><em>Схема синтеза белков.</em></p><p>В результате молекула ДНК удвоится, причем первоначальная последовательность в ней нуклеотидов будет в точности соблюдена. Каждая из нитей по отношению к другой представляет собой как бы негатив по отношению к позитиву. С каждого из негативов может быть напечатан позитив — нить в результате удвоится. И уж совсем просто можно представить молекулу ДНК в виде короны ее величества, только разрезанной и распрямленной в пластинку. Зазубрины короны — это форма, шаблон. А по шаблону отливается его антипод — такая же пластина, только иначе направленная.</p><p>Ученые считают, что сходная картина имеет место при синтезе белков. Белки отличаются один от другого последовательностью и составом входящих в них аминокислот. Синтез белков наглядно изображен на схеме. Происходит он в цитоплазме клетки, в так называемых рибосомах. Информация от ДНК поступает сюда в виде длинных молекул рибонуклеиновой кислоты РНК. Эти молекулы образуются на ДНК, как на матрице, и отличаются от соответствующих участков ДНК тем, что в состав РНК входит другой сахар. Но кроме этой, так называемой информационной РНК, есть еще другая РНК, растворимая, низкомолекулярная — ее молекулярный вес 25000—30000. «Ничего себе низкомолекулярная», — скажет читатель. Однако сравните: молекулярный вес информационной РНК 250000—500000, то есть в десять и более раз больше. Растворимая РНК как бы подтаскивает в рибосому нужные кислоты, а там уже, на информационной РНК, происходит в соответствии с наследственным заданием синтез белка.</p><p>Ученые создавали в пробирке модель этой схемы. В ее состав входил полный набор аминокислот, рибосомы, растворимая РНК, а также искусственно полученные фрагменты информационной РНК. В таких условиях удавалось добиться синтеза простейших белков.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Ее величество ДНК
В то время как генетики-микробиологи ставили свои поистине сенсационные опыты с бактериями и бактериофагами, показавшие, что хромосома есть не что иное, как очень длинная полимерная молекула ДНК, биохимики штурмовали ту же проблему с другой стороны. Изучали химическое строение хромосомы.
Полимерная цепочка — молекула ДНК— всегда имеет форму нити, слагающейся из очень большого числа отдельных элементов — нуклеотидов. Последние, в свою очередь, тоже сложно устроены, однако каждый из них состоит из трех составных частей: основания, углеводного компонента (сахара) и фосфорной кислоты. Соединены они между собой всегда следующим образом:
Основание ............. Сахар ............. Фосфорная кислота
Разные нуклеотиды соединены между собой в ДНК путем чередования углевода и фосфорной кислоты, а основания всегда лежат сбоку. При этом сахар и фосфорная кислота по всей длине цепочки одинаковы, в то время как основания здесь четырех типов: аденин, цитозин, гуанин и тимин. Для простоты их обозначают буквами А, Ц, Г и Т. В разных ДНК эти основания расположены в различной последовательности, а поскольку длина полимерной цепочки очень велика, образуется практически бесконечное число различных типов ДНК, несущих разную генетическую информацию. Ее величество многолика! Через нее осуществляется передача наследственной информации у всего живого: от вирусов до человека.
На рисунке изображена модель химического строения ДНК, созданная Уотсоном и Криком. Молекула ДНК состоит из двух нитей, которые соединены между собой через основания. И если в каждой из нитей комбинации четырех оснований могут быть самыми различными, то соединения между нитями возможны лишь парные. «Перекладины» могут быть образованы только так: аденин (А) соединяется всегда с тимином (Т), а гуанин (Г) — с цитозином (Ц). Подобная упорядоченность очень важна. Так, например, если участок одной из нитей будет содержать основания в последовательности: ГГАТЦТТА, то противолежащий ему участок второй нити обязательно будет ЦЦТАГААТ. Только таким образом могут соединиться пары.
Модель строения ДНК (по Уотсону и Крику).
А вот теперь разберемся в генетическом смысле модели Уотсона — Крика. Мы уже знаем, что для передачи генетической информации из поколения в поколение совершенно необходимо, чтобы ее величество в точности воспроизводила себе подобную нуклеиновую кислоту. Модель Уотсона — Крика вполне соответствует этой задаче, объясняет, каким же путем происходит удвоение хромосом перед клеточным делением. Забудем на минуту о сахаре и фосфорной кислоте, благо, по всей длине молекулы (значит, и хромосомы) они одинаковы. Изобразим модель ДНК упрощенно, в виде цепочки из оснований.
Теперь допустим, что обе нити разделились и между основаниями образовались свободные связи. В то же время предположим, что в окружающей молекулу ДНК среде имеются свободные нуклеотиды. По химическим законам свободные связи будут стремиться к замещению. Около каждой из разделившихся нитей образуется связанная с ней нить-антипод.
Схема синтеза белков.
В результате молекула ДНК удвоится, причем первоначальная последовательность в ней нуклеотидов будет в точности соблюдена. Каждая из нитей по отношению к другой представляет собой как бы негатив по отношению к позитиву. С каждого из негативов может быть напечатан позитив — нить в результате удвоится. И уж совсем просто можно представить молекулу ДНК в виде короны ее величества, только разрезанной и распрямленной в пластинку. Зазубрины короны — это форма, шаблон. А по шаблону отливается его антипод — такая же пластина, только иначе направленная.
Ученые считают, что сходная картина имеет место при синтезе белков. Белки отличаются один от другого последовательностью и составом входящих в них аминокислот. Синтез белков наглядно изображен на схеме. Происходит он в цитоплазме клетки, в так называемых рибосомах. Информация от ДНК поступает сюда в виде длинных молекул рибонуклеиновой кислоты РНК. Эти молекулы образуются на ДНК, как на матрице, и отличаются от соответствующих участков ДНК тем, что в состав РНК входит другой сахар. Но кроме этой, так называемой информационной РНК, есть еще другая РНК, растворимая, низкомолекулярная — ее молекулярный вес 25000—30000. «Ничего себе низкомолекулярная», — скажет читатель. Однако сравните: молекулярный вес информационной РНК 250000—500000, то есть в десять и более раз больше. Растворимая РНК как бы подтаскивает в рибосому нужные кислоты, а там уже, на информационной РНК, происходит в соответствии с наследственным заданием синтез белка.
Ученые создавали в пробирке модель этой схемы. В ее состав входил полный набор аминокислот, рибосомы, растворимая РНК, а также искусственно полученные фрагменты информационной РНК. В таких условиях удавалось добиться синтеза простейших белков. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Приобретенная наследственность у бактерий</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Здесь мы хотим коротко упомянуть спорное явление, впервые описанное в журнале Nature в 1988 году профессором Гарвардского университета Джоном Кэрнзом (Cairns) и его коллегами. Не входя в детали, скажем, что они смогли генерировать в культуре бактерий генные мутации, которые интерпретировались как направленные. Они показали, что определенные классы мутаций в гене, кодирующем определенный фермент, появлялись только в том случае, если в питательной среде присутствовали химические субстраты, связанные с этим ферментом. Эти эксперименты были оспорены, потому что другие ученые получили экспериментальные результаты, которые позволяют дать традиционное неодарвинистское объяснение, т. е. субстратный отбор функциональных мутантов. Однако первоначальное объяснение появления этих мутантов интригующее: Кэрнз привлек обратную связь генов, основанную на обратной транскрипции, предложенную Тедом Стилом для вариабельных генов иммунной системы.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Приобретенная наследственность у бактерий
Здесь мы хотим коротко упомянуть спорное явление, впервые описанное в журнале Nature в 1988 году профессором Гарвардского университета Джоном Кэрнзом (Cairns) и его коллегами. Не входя в детали, скажем, что они смогли генерировать в культуре бактерий генные мутации, которые интерпретировались как направленные. Они показали, что определенные классы мутаций в гене, кодирующем определенный фермент, появлялись только в том случае, если в питательной среде присутствовали химические субстраты, связанные с этим ферментом. Эти эксперименты были оспорены, потому что другие ученые получили экспериментальные результаты, которые позволяют дать традиционное неодарвинистское объяснение, т. е. субстратный отбор функциональных мутантов. Однако первоначальное объяснение появления этих мутантов интригующее: Кэрнз привлек обратную связь генов, основанную на обратной транскрипции, предложенную Тедом Стилом для вариабельных генов иммунной системы. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Когда дети урожайней родителей</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Это было в XVIII веке. Молодая в ту пору Российская академия привлекала к работе иностранных ученых. Среди них был немец Кёльрейтер — ботаник-гибридизатор, о котором помнит наука и по сей день. В какой-то мере он был предшественником Менделя, хотя не об этом пойдет сейчас речь.</p><p>Кёльрейтер работал в Ботаническом саду в Петербурге. Он получал много различных гибридов, в том числе между видами табака. Вот эти-то гибриды и оказались удивительными: превосходили по размерам, по мощи родителей.</p><p>Это явление было названо гибридной мощностью или гетерозисом.</p><p>С гетерозисом люди встречались задолго до опытов Кёльрейтера, только не обращали на него того внимания, которое это явление заслуживает. Издавна люди скрещивали осла и лошадь для получения мулов и лошаков. Тут тоже был гетерозис, однако не по размерам, а по выносливости, по неприхотливости.</p><p>В наши дни не перечислишь случаев, когда гибриды оказываются мощнее, урожайней родителей, — так много их обнаружено.</p><p>А не хочется ли вам самим получить гибриды, которые будут по весу в несколько раз превосходить родителей? Сделать ото можно в аквариуме. Нужно запустить туда десяток мальков пецилий и столько же мальков меченосцев. Когда рыбешки подрастут, всех самцов пецилий нужно высадить (у самцов, в отличие от самок, анальный плавник свернут в трубочку). Также нужно высадить почти всех меченосцев, оставив лишь одного узкого, стройного самца с длинным мечом на хвостовом плавнике. После этого хотя бы от одной из самок (а может быть, и от многих) удастся получить гибриды. Сперва они будут похожи на мальков пецилий, однако вскоре наступит время, когда станут они похожи на самих себя — на гибридов.</p>
<p>Это широкие, мощные рыбы, они крупнее по размерам обоих родительских видов, а по весу превосходят их в несколько раз, порою в десять и больше.</p><p>На практике гетерозис начал широко применяться с 30-х годов нашего века. А пришли люди к его использованию, изучая явление, противоположное гибридной мощности, — угнетение, которое наступает у растений-перекрестноопылителей в результате длительного самоопыления. Однажды две хилые линии[1] кукурузы, угнетенные длительным близкородственным спариванием (инцухтом), скрестили между собой. Тут-то и произошло чудо: потомство оказалось на редкость мощным — сильно превосходило по урожайности даже лучшие из сортов.</p><p>Открытие это было сделано одновременно в СССР и США. А в 1950 году в Соединенных Штатах уже 80% посевных площадей кукурузы засевались гибридными семенами. Но гибридные семена использовали и раньше. Во время войны, в 1943 году, президент Рузвельт говорил: США не испытывает в эти трудные годы недостатка в продовольствии благодаря тому, что генетики открыли гетерозис у кукурузы. И это понятно: кукуруза в условиях США не только заменитель хлеба, не только источник для получения пищевых круп, но и превосходный корм, на котором развивается животноводство и птицеводство.</p><p>Развернуты работы по получению гетерозисной кукурузы и в СССР. Как они ведутся на практике? Первоначально линии кукурузы разводят с применением принудительного самоопыления. При этом устраняют гетерозиготность, материал становится генетически чистым. До чего же чахлые получаются таким путем инцухт-линии! Однако это селекционеров отнюдь не пугает. Важно получить таких линий побольше, чтобы потом, скрещивая их между собой, отобрать наилучшие пары, дающие наибольший взлет урожайности. В 1963 году М. И. Хаджинов, Г. С. Галеев и другие получили за эту работу Ленинскую премию. Гетерозисные семена дают прибавку к урожаю в 25-30%!</p><p>Селекционная работа весьма трудоемка: приходится изолировать растения, початки помещать в полиэтиленовые пакеты. Но на первых этапах масштабы посевов невелики — маленькие деляночки,— и селекционер с помощниками справляется. Но вот линии размножены. Теперь надо получать семена с промышленными целями. Тут уже применение ручного труда для обрезания метелок, скрещивания просто недопустимо: его стоимость съест стоимость прибавки к урожаю. И вот здесь-то и пригодилось открытие М. И. Хаджинова, сделанное им в тридцатых годах под руководством Вавилова: открытие так называемой цитоплазматической мужской стерильности. Суть его в том, что у линии специально сконструированного генотипа самоопыление становится невозможным. А это значит, что не нужно обрывать метелки. Скрещиваемые линии достаточно посадить в соседних рядах, и между ними произойдет переопыление. Природа, таким образом, берет на себя наиболее трудоемкую часть работы.</p><p>Однако то, что полезно для получения гетерозисных семян, может оказаться вредным в дальнейшем. При посевах на тысячах гектаров кукуруза должна быть плодовитой при любом осеменении. Но генетики и тут нашли выход. На последнем этапе семеноводства в гибридное семя вводят гены — восстановители плодовитости.</p><p>Открытие цитоплазматической мужской стерильности и генов восстановителей плодовитости позволило использовать гетерозис у многих растений, где раньше о нем не имело смысла даже мечтать. Так, межлинейные гибриды сорго дают прибавку к урожаю в 40—80%, у лука — 30—45%. Сейчас в Японии все сорта репчатого лука, идущие в посев, — гетерозисные гибриды, а из 33 сортов капусты гибридны 26. А кто не знает знаменитых болгарских томатов? С середины лета до поздней осени, ровнехонькие, плод к плоду, идут они на экспорт во все страны Европы. И эти томаты получены из гетерозисных гибридных семян.</p><p>Гетерозисные формы имеют большое значение не только в сельском хозяйстве, но и в лесоводстве. Известны гетерознсные гибриды у лиственниц, елей, берез, ведутся работы по получению таких гибридов и у сосны. При отборе среди гибридов нередко находят удивительно стойкие и быстророслые формы, так называемые «плюс-деревья», и если речь идет о породе, которую можно размножать вегетативно, каждое такое «плюс-дерево» — сокровище для лесного хозяйства. Но и для семеноводства «плюс-деревья» играют немалую роль.</p><p>Очень перспективно применение гетерозиса при семеноводстве пшениц. Эта главная хлебная культура человечества, наш основной кормилец, еще на глазах нынешнего поколения начнет давать гетерозисные сверхурожаи по 70—100 центнеров с гектара!</p><p>Гетерозис находит применение не только в растениеводстве, но и в птицеводстве, в свиноводстве, в прудовом рыбоводстве и во многих других отраслях животноводства.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Когда дети урожайней родителей
Это было в XVIII веке. Молодая в ту пору Российская академия привлекала к работе иностранных ученых. Среди них был немец Кёльрейтер — ботаник-гибридизатор, о котором помнит наука и по сей день. В какой-то мере он был предшественником Менделя, хотя не об этом пойдет сейчас речь.
Кёльрейтер работал в Ботаническом саду в Петербурге. Он получал много различных гибридов, в том числе между видами табака. Вот эти-то гибриды и оказались удивительными: превосходили по размерам, по мощи родителей.
Это явление было названо гибридной мощностью или гетерозисом.
С гетерозисом люди встречались задолго до опытов Кёльрейтера, только не обращали на него того внимания, которое это явление заслуживает. Издавна люди скрещивали осла и лошадь для получения мулов и лошаков. Тут тоже был гетерозис, однако не по размерам, а по выносливости, по неприхотливости.
В наши дни не перечислишь случаев, когда гибриды оказываются мощнее, урожайней родителей, — так много их обнаружено.
А не хочется ли вам самим получить гибриды, которые будут по весу в несколько раз превосходить родителей? Сделать ото можно в аквариуме. Нужно запустить туда десяток мальков пецилий и столько же мальков меченосцев. Когда рыбешки подрастут, всех самцов пецилий нужно высадить (у самцов, в отличие от самок, анальный плавник свернут в трубочку). Также нужно высадить почти всех меченосцев, оставив лишь одного узкого, стройного самца с длинным мечом на хвостовом плавнике. После этого хотя бы от одной из самок (а может быть, и от многих) удастся получить гибриды. Сперва они будут похожи на мальков пецилий, однако вскоре наступит время, когда станут они похожи на самих себя — на гибридов.
Это широкие, мощные рыбы, они крупнее по размерам обоих родительских видов, а по весу превосходят их в несколько раз, порою в десять и больше.
На практике гетерозис начал широко применяться с 30-х годов нашего века. А пришли люди к его использованию, изучая явление, противоположное гибридной мощности, — угнетение, которое наступает у растений-перекрестноопылителей в результате длительного самоопыления. Однажды две хилые линии[1] кукурузы, угнетенные длительным близкородственным спариванием (инцухтом), скрестили между собой. Тут-то и произошло чудо: потомство оказалось на редкость мощным — сильно превосходило по урожайности даже лучшие из сортов.
Открытие это было сделано одновременно в СССР и США. А в 1950 году в Соединенных Штатах уже 80% посевных площадей кукурузы засевались гибридными семенами. Но гибридные семена использовали и раньше. Во время войны, в 1943 году, президент Рузвельт говорил: США не испытывает в эти трудные годы недостатка в продовольствии благодаря тому, что генетики открыли гетерозис у кукурузы. И это понятно: кукуруза в условиях США не только заменитель хлеба, не только источник для получения пищевых круп, но и превосходный корм, на котором развивается животноводство и птицеводство.
Развернуты работы по получению гетерозисной кукурузы и в СССР. Как они ведутся на практике? Первоначально линии кукурузы разводят с применением принудительного самоопыления. При этом устраняют гетерозиготность, материал становится генетически чистым. До чего же чахлые получаются таким путем инцухт-линии! Однако это селекционеров отнюдь не пугает. Важно получить таких линий побольше, чтобы потом, скрещивая их между собой, отобрать наилучшие пары, дающие наибольший взлет урожайности. В 1963 году М. И. Хаджинов, Г. С. Галеев и другие получили за эту работу Ленинскую премию. Гетерозисные семена дают прибавку к урожаю в 25-30%!
Селекционная работа весьма трудоемка: приходится изолировать растения, початки помещать в полиэтиленовые пакеты. Но на первых этапах масштабы посевов невелики — маленькие деляночки,— и селекционер с помощниками справляется. Но вот линии размножены. Теперь надо получать семена с промышленными целями. Тут уже применение ручного труда для обрезания метелок, скрещивания просто недопустимо: его стоимость съест стоимость прибавки к урожаю. И вот здесь-то и пригодилось открытие М. И. Хаджинова, сделанное им в тридцатых годах под руководством Вавилова: открытие так называемой цитоплазматической мужской стерильности. Суть его в том, что у линии специально сконструированного генотипа самоопыление становится невозможным. А это значит, что не нужно обрывать метелки. Скрещиваемые линии достаточно посадить в соседних рядах, и между ними произойдет переопыление. Природа, таким образом, берет на себя наиболее трудоемкую часть работы.
Однако то, что полезно для получения гетерозисных семян, может оказаться вредным в дальнейшем. При посевах на тысячах гектаров кукуруза должна быть плодовитой при любом осеменении. Но генетики и тут нашли выход. На последнем этапе семеноводства в гибридное семя вводят гены — восстановители плодовитости.
Открытие цитоплазматической мужской стерильности и генов восстановителей плодовитости позволило использовать гетерозис у многих растений, где раньше о нем не имело смысла даже мечтать. Так, межлинейные гибриды сорго дают прибавку к урожаю в 40—80%, у лука — 30—45%. Сейчас в Японии все сорта репчатого лука, идущие в посев, — гетерозисные гибриды, а из 33 сортов капусты гибридны 26. А кто не знает знаменитых болгарских томатов? С середины лета до поздней осени, ровнехонькие, плод к плоду, идут они на экспорт во все страны Европы. И эти томаты получены из гетерозисных гибридных семян.
Гетерозисные формы имеют большое значение не только в сельском хозяйстве, но и в лесоводстве. Известны гетерознсные гибриды у лиственниц, елей, берез, ведутся работы по получению таких гибридов и у сосны. При отборе среди гибридов нередко находят удивительно стойкие и быстророслые формы, так называемые «плюс-деревья», и если речь идет о породе, которую можно размножать вегетативно, каждое такое «плюс-дерево» — сокровище для лесного хозяйства. Но и для семеноводства «плюс-деревья» играют немалую роль.
Очень перспективно применение гетерозиса при семеноводстве пшениц. Эта главная хлебная культура человечества, наш основной кормилец, еще на глазах нынешнего поколения начнет давать гетерозисные сверхурожаи по 70—100 центнеров с гектара!
Гетерозис находит применение не только в растениеводстве, но и в птицеводстве, в свиноводстве, в прудовом рыбоводстве и во многих других отраслях животноводства. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">ГЛАВА ШЕСТАЯ. ИМЯ ТВОЕ — ЧЕЛОВЕК РАЗУМНЫЙ</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><em>Относятся ли к нам, людям, законы генетики, а если относятся, то что они нам сулят? Попробуем разобраться.</em></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_57_img_77.png"/>
</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | ГЛАВА ШЕСТАЯ. ИМЯ ТВОЕ — ЧЕЛОВЕК РАЗУМНЫЙ
Относятся ли к нам, людям, законы генетики, а если относятся, то что они нам сулят? Попробуем разобраться.
Относятся ли к нам, людям, законы генетики, а если относятся, то что они нам сулят? Попробуем разобраться. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Генная инженерия</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Еще одна область, в которой следует ожидать важных результатов, если обратная связь сомы и зародышевой линии будет доказана, — это генная инженерия эукариот. Сейчас развивается новая область лечения «врожденных» генетических ошибок — соматическая генная терапия. Мы стоим на пороге широкого применения этой технологии в медицине. Если существует «генетический канал» от сомы к зародышевой линии (хотя бы только для V-генов), можно надеяться, что «соматическая коррекция» приведет и к фиксации исправленного гена в половых клетках? Если бы этот механизм работал, можно было бы, используя ретровирусные векторы, встроить исправленные гены в ядерный геном лимфоцитов пациента, а затем ввести эти клетки в его организм при переливании крови. Это должны быть кроветворные стволовые клетки, которые, дифференцируясь, постоянно пополняют популяции кровяных клеток всех типов. Это означает, что подвижные лимфоциты, включая В-лимфоциты, которые несут и экспрессируют РНК нового функционального гена, могли бы проникать в репродуктивные ткани и передавать новую последовательность ДНК зародышевой линии. Однако вероятность такой передачи неизвестна.</p>
<p>Основная идея нашей книги состоит в том, что соматические мутации в клетках иммунной системы могут быть унаследованы зародышевой линией. Главный аргумент в пользу обобщения этих представлений для других систем организма состоит в следующем. Известно, что как только какой-либо процесс или механизм обнаруживается в одной биологической системе, он начинает использоваться и в других системах. Вряд ли возможно чтобы высокая частота соматического мутирования была не замечена в других «адаптивных» генетических локусах, таких например, как система цитохрома Р-450, обеспечивающего детоксикацию печени, или в такой «сенсорной» генетической системе, как гены, ответственные за обоняние? Вызывает большой интерес, стабильны ли в действительности «сенсорные» гены (продукты которых взаимодействуют непосредственно с молекулами, обеспечивающими внешние стимулы) в ткани-мишени в условиях перенесенного соматического стресса? Не исключено, что возникновение опухолей может оказаться обратной стороной соматических генетических адаптации (ценой прогресса) у многоклеточных эукариотиче-ских организмов, способных на адаптивную соматическую реакцию.</p><p>Известно, что онкологические и аутоиммунные заболевания в общем являются заболеваниями пострепродуктивного возраста. В самом деле, лишь в этом столетии большое число людей живет достаточно долго для того, чтобы заболеть ими. Любые соматические адаптивные реакции организма, которые могли бы исправить их и перейти к генам зародышевой линии после завершения периода размножении, таким образом, будут потеряны для последующих поколений. Отбора против этих заболеваний также почти не было, так как большинство наших предков начинали производить на свет детей в раннем возрасте и умирали в том возрасте, который мы теперь называем средним.</p><p>В благополучном западном обществе возникло новое явление, а именно, люди заводят детей во все более позднем возрасте. В свою очередь, это означает, что временной промежуток, в котором соматические генетические нарушения могут быть переданы генам половых клеток, становится длиннее. В результате, потомство более старых родителей может оказаться с генетической точки зрения в невыгодном положении. И наоборот, некоторые соматические адаптации, возникшие в результате, скажем «выбора образа жизни», могут дать и генетическое преимущество детям старых родителей. Поскольку этот вывод основан на допущении о связи сомы и зародышевой линии, вероятность такого рода событий неизвестна.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Генная инженерия
Еще одна область, в которой следует ожидать важных результатов, если обратная связь сомы и зародышевой линии будет доказана, — это генная инженерия эукариот. Сейчас развивается новая область лечения «врожденных» генетических ошибок — соматическая генная терапия. Мы стоим на пороге широкого применения этой технологии в медицине. Если существует «генетический канал» от сомы к зародышевой линии (хотя бы только для V-генов), можно надеяться, что «соматическая коррекция» приведет и к фиксации исправленного гена в половых клетках? Если бы этот механизм работал, можно было бы, используя ретровирусные векторы, встроить исправленные гены в ядерный геном лимфоцитов пациента, а затем ввести эти клетки в его организм при переливании крови. Это должны быть кроветворные стволовые клетки, которые, дифференцируясь, постоянно пополняют популяции кровяных клеток всех типов. Это означает, что подвижные лимфоциты, включая В-лимфоциты, которые несут и экспрессируют РНК нового функционального гена, могли бы проникать в репродуктивные ткани и передавать новую последовательность ДНК зародышевой линии. Однако вероятность такой передачи неизвестна.
Основная идея нашей книги состоит в том, что соматические мутации в клетках иммунной системы могут быть унаследованы зародышевой линией. Главный аргумент в пользу обобщения этих представлений для других систем организма состоит в следующем. Известно, что как только какой-либо процесс или механизм обнаруживается в одной биологической системе, он начинает использоваться и в других системах. Вряд ли возможно чтобы высокая частота соматического мутирования была не замечена в других «адаптивных» генетических локусах, таких например, как система цитохрома Р-450, обеспечивающего детоксикацию печени, или в такой «сенсорной» генетической системе, как гены, ответственные за обоняние? Вызывает большой интерес, стабильны ли в действительности «сенсорные» гены (продукты которых взаимодействуют непосредственно с молекулами, обеспечивающими внешние стимулы) в ткани-мишени в условиях перенесенного соматического стресса? Не исключено, что возникновение опухолей может оказаться обратной стороной соматических генетических адаптации (ценой прогресса) у многоклеточных эукариотиче-ских организмов, способных на адаптивную соматическую реакцию.
Известно, что онкологические и аутоиммунные заболевания в общем являются заболеваниями пострепродуктивного возраста. В самом деле, лишь в этом столетии большое число людей живет достаточно долго для того, чтобы заболеть ими. Любые соматические адаптивные реакции организма, которые могли бы исправить их и перейти к генам зародышевой линии после завершения периода размножении, таким образом, будут потеряны для последующих поколений. Отбора против этих заболеваний также почти не было, так как большинство наших предков начинали производить на свет детей в раннем возрасте и умирали в том возрасте, который мы теперь называем средним.
В благополучном западном обществе возникло новое явление, а именно, люди заводят детей во все более позднем возрасте. В свою очередь, это означает, что временной промежуток, в котором соматические генетические нарушения могут быть переданы генам половых клеток, становится длиннее. В результате, потомство более старых родителей может оказаться с генетической точки зрения в невыгодном положении. И наоборот, некоторые соматические адаптации, возникшие в результате, скажем «выбора образа жизни», могут дать и генетическое преимущество детям старых родителей. Поскольку этот вывод основан на допущении о связи сомы и зародышевой линии, вероятность такого рода событий неизвестна. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Тонкая структура вариабельной области -структуры Ву-Кэбота</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Прежде, чем перейти к молекулярным и клеточным деталям процесса соматического мутирования, надо описать тонкую структуру вариабельной области, которая образует антигенсвязывающий центр антитела (ТкР имеют сходную структуру).</p><p>Почти 30 лет назад Элвин Кэбот (Kabat) с коллегами начали определять аминокислотные последовательности вариа-бельных областей антител человека. По мере того как накапливалась информация, Т. By (Wu) и Э. Кэбот смогли сравнить последовательности вариабельных областей тяжелых и легких цепей и построить график изменчивости аминокислот в каждом положении белковой цепи. Их результат, который называется графиком Ву—Кэбота, приведен на рис. 5.3. На этом графике выявляется три гипервариабельных участка, другие участки называются каркасными (FR, от англ. framework region). Гипервариабельные участки образуют поверхность, которая вступает в тесный контакт с поверхностью антигена. Каркасные участки составляют структурный скелет, или остов, V-областей антигенсвязывающего центра. В зависимости от природы антигена, поверхность антитела может быть разной: от относительно плоской с небольшими углублениями или выступами до глубоких «карманов», которые вмещают выступы поверхности антигена. Поверхность антитела высокой аффинности комплементарна поверхности антигена.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_30_img_28.png"/>
</p><p><strong>Рис. 5.3. График Ву-Кэбота.</strong></p><p><strong>График Ву—Кэбота показывает, что гипервариабельные участки вариабельной области Н- и L-цепей антител совпадают с антигенсвязываю-щими центрами, названными участками, определяющими комплементарность</strong></p><p><strong>В большом наборе антител человека разной специфичности относительную вариабельность рассчитывают для каждой из 100 позиций аминокислот вариабельной области тяжелых и легких цепей. Этот график показывает, что вариабельность не одинакова — выявляются три участка гипервариабельности (HV), между ними расположены участки с меньшей вариабельностью, названные каркасными сегментами (FR). Известно, что HV-участки совпадают с теми районами белковой цепи, которые вступают в непосредственный контакт с эпитопами антигена. Эти участки называются участками, определяющими комплементарность, или CDR. Нумерация начинается с левого конца молекулы (рис. 3.2), так что CDR3 расположен рядом с константной областью. Высоко неслучайная картина вариабельности, продемонстрированная By и Кэботом, свидетельствует о том, что вариабельные последовательности подвергаются положительному дарвиновскому отбору связыванием антигеном на уровне HL-гетеродимеров. Семейство V-генов всех позвоночных дает картину вариабельности Ву—Кэбота. См. табл. 3.1 и 5.1. (По J. Kuby.</strong> <em><strong>Immunology,</strong></em> <strong>3rd edition. W. Н. Freeman & Co., 1997. Перепечатано с разрешения издателя. Основано на Е. A. Kabat et al. 1977.</strong> <em><strong>Sequence of Immunoglobulin Chains,</strong></em> <strong>US Department of Health Education and Welfare.)</strong></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_30_img_29.png"/>
</p><p><strong>Рис. 5.4. Соматическое мутирование и отбор мутантных клеток в центре размножения.</strong></p><p><strong>После отбора антигеном циркулирующей В-клетки активированная клетка будет или активнее секретировать антитело, или станет клеткой-основателем в центре размножения, где происходит мутирование V(D)J-reHOB вариабельной области. Антитела, образованные в начале ответа, формируют комплексы антиген — антитело, которые связываются с поверхностью фолликулярных дендритных клеток (ФДК). Эти анти-генпрезентирующие клетки образуют в центре размножения широкую мембранную сеть. После фазы быстрой пролиферации клеток (В-центробластов) меньшие по размеру неделящиеся В-центроциты проверяют свое мутантное антитело на связывание с антигеном, проявляющимся на ФДК. Если мутантное антитело не функционально или имеет низкую аффинность, клетка погибнет вследствие программированной гибели (апоптоза). Если у мутанта более высокая аффинность, чем у антитела, связанного с антигеном на поверхности ФДК, он вытесняет это антитело и связывает антиген. Это дает сигнал В-клетке, защищающий ее от гибели. Отобранная мутантная В-клетка покидает центр размножения и становится или плазматической клеткой (образующей и секретирующей антитела высокой аффинности), или долгоживущей клеткой памяти. Соматические мутанты данной У(0)и-последовательности аминокислот, проанализированные как на рис. 5.3, дают структуру By—Кэбота, свидетельствующую о том, что вариабельные области антител отбираются связыванием антигеном. (Перепечатано из Steele E. J. et al. Immuno-logical Reviews, vol. 135: 5-49,1993 с разрешения издателя Munksgaard International Publishers, Copenhagen.)</strong> <em><strong>Примечание:</strong></em> <strong>Ат — антитело, Аг — антиген, СЗb — активированный белок крови, который связывает Ат-Аг комплекс.</strong></p><p>График Ву—Кэбота, следовательно, можно считать распределением аминокислот в вариабельных областях «успешных» антител, которые хорошо связываются с антигеном. В более поздних работах был построен график By—Кэбота для антител, которые возникли в результате соматических мутаций одной V-последовательности зародышевой линии в ответ на один антиген. Этот график ясно показывает, что изменчивость, появляющаяся в вариабельной области антитела, не случайна.</p><p>Если для какого-то набора данных о последовательностях аминокислот вариабельной V(D)J области антитела получен график, подобный приведенному на рис. 5.3 (мы будем называть его структурой By—Кэбота), можно считать, что есть серьезные указания на антигенсвязывающий отбор HL-гетеродиме-ров антитела. Другими словами, структура By—Кэбота (наличие на графике пиков изменчивости в районах контакта с антигеном) является показателем того, что изменчивость аминокислотных последовательностей в изучаемой популяции V(D)J-no-следовательностей создана антигенсвязывающим отбором. Мы вернемся к этому важному заключению в следующей главе, когда попытаемся объяснить, почему структура By—Кэбота наблюдается в популяциях неперестроенных V-элементов половых клеток.</p><p>Напомним (рис. 4.5), что полный ген вариабельной области является соматической конструкцией из V-, D- и J- элементов в тяжелой Н-цепи и V- и J-элементов в легкой L-цепи, соединенных в результате перестройки ДНК в В-клетках. Два участка гипервариабельности закодированы в V-элементе зародышевой линии, а третий, который затрагивает соединенные V-D-J или V-J перестройки, никогда не обнаруживается в зародышевой линии позвоночных, хотя есть исключения — у хрящевых рыб (скатов, рогатых акул) и V-псевдогенов курицы. Третий гипервариабельный участок очень важен для распознавания антигенов. Антитело, у которого нет этого участка (имеющее только два кодируемых в зародышевой линии гипервариабельных участка), не способно связывать антиген. Следовательно, V-гены зародышевой линии не могут подвергаться прямому дарвиновскому отбору. Отбор опосредован и должен затрагивать V-D-J-и V-J-перестройки, которые происходят только в соме.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Тонкая структура вариабельной области -структуры Ву-Кэбота
Прежде, чем перейти к молекулярным и клеточным деталям процесса соматического мутирования, надо описать тонкую структуру вариабельной области, которая образует антигенсвязывающий центр антитела (ТкР имеют сходную структуру).
Почти 30 лет назад Элвин Кэбот (Kabat) с коллегами начали определять аминокислотные последовательности вариа-бельных областей антител человека. По мере того как накапливалась информация, Т. By (Wu) и Э. Кэбот смогли сравнить последовательности вариабельных областей тяжелых и легких цепей и построить график изменчивости аминокислот в каждом положении белковой цепи. Их результат, который называется графиком Ву—Кэбота, приведен на рис. 5.3. На этом графике выявляется три гипервариабельных участка, другие участки называются каркасными (FR, от англ. framework region). Гипервариабельные участки образуют поверхность, которая вступает в тесный контакт с поверхностью антигена. Каркасные участки составляют структурный скелет, или остов, V-областей антигенсвязывающего центра. В зависимости от природы антигена, поверхность антитела может быть разной: от относительно плоской с небольшими углублениями или выступами до глубоких «карманов», которые вмещают выступы поверхности антигена. Поверхность антитела высокой аффинности комплементарна поверхности антигена.
Рис. 5.3. График Ву-Кэбота.
График Ву—Кэбота показывает, что гипервариабельные участки вариабельной области Н- и L-цепей антител совпадают с антигенсвязываю-щими центрами, названными участками, определяющими комплементарность
В большом наборе антител человека разной специфичности относительную вариабельность рассчитывают для каждой из 100 позиций аминокислот вариабельной области тяжелых и легких цепей. Этот график показывает, что вариабельность не одинакова — выявляются три участка гипервариабельности (HV), между ними расположены участки с меньшей вариабельностью, названные каркасными сегментами (FR). Известно, что HV-участки совпадают с теми районами белковой цепи, которые вступают в непосредственный контакт с эпитопами антигена. Эти участки называются участками, определяющими комплементарность, или CDR. Нумерация начинается с левого конца молекулы (рис. 3.2), так что CDR3 расположен рядом с константной областью. Высоко неслучайная картина вариабельности, продемонстрированная By и Кэботом, свидетельствует о том, что вариабельные последовательности подвергаются положительному дарвиновскому отбору связыванием антигеном на уровне HL-гетеродимеров. Семейство V-генов всех позвоночных дает картину вариабельности Ву—Кэбота. См. табл. 3.1 и 5.1. (По J. Kuby. Immunology, 3rd edition. W. Н. Freeman & Co., 1997. Перепечатано с разрешения издателя. Основано на Е. A. Kabat et al. 1977. Sequence of Immunoglobulin Chains, US Department of Health Education and Welfare.)
Рис. 5.4. Соматическое мутирование и отбор мутантных клеток в центре размножения.
После отбора антигеном циркулирующей В-клетки активированная клетка будет или активнее секретировать антитело, или станет клеткой-основателем в центре размножения, где происходит мутирование V(D)J-reHOB вариабельной области. Антитела, образованные в начале ответа, формируют комплексы антиген — антитело, которые связываются с поверхностью фолликулярных дендритных клеток (ФДК). Эти анти-генпрезентирующие клетки образуют в центре размножения широкую мембранную сеть. После фазы быстрой пролиферации клеток (В-центробластов) меньшие по размеру неделящиеся В-центроциты проверяют свое мутантное антитело на связывание с антигеном, проявляющимся на ФДК. Если мутантное антитело не функционально или имеет низкую аффинность, клетка погибнет вследствие программированной гибели (апоптоза). Если у мутанта более высокая аффинность, чем у антитела, связанного с антигеном на поверхности ФДК, он вытесняет это антитело и связывает антиген. Это дает сигнал В-клетке, защищающий ее от гибели. Отобранная мутантная В-клетка покидает центр размножения и становится или плазматической клеткой (образующей и секретирующей антитела высокой аффинности), или долгоживущей клеткой памяти. Соматические мутанты данной У(0)и-последовательности аминокислот, проанализированные как на рис. 5.3, дают структуру By—Кэбота, свидетельствующую о том, что вариабельные области антител отбираются связыванием антигеном. (Перепечатано из Steele E. J. et al. Immuno-logical Reviews, vol. 135: 5-49,1993 с разрешения издателя Munksgaard International Publishers, Copenhagen.) Примечание: Ат — антитело, Аг — антиген, СЗb — активированный белок крови, который связывает Ат-Аг комплекс.
График Ву—Кэбота, следовательно, можно считать распределением аминокислот в вариабельных областях «успешных» антител, которые хорошо связываются с антигеном. В более поздних работах был построен график By—Кэбота для антител, которые возникли в результате соматических мутаций одной V-последовательности зародышевой линии в ответ на один антиген. Этот график ясно показывает, что изменчивость, появляющаяся в вариабельной области антитела, не случайна.
Если для какого-то набора данных о последовательностях аминокислот вариабельной V(D)J области антитела получен график, подобный приведенному на рис. 5.3 (мы будем называть его структурой By—Кэбота), можно считать, что есть серьезные указания на антигенсвязывающий отбор HL-гетеродиме-ров антитела. Другими словами, структура By—Кэбота (наличие на графике пиков изменчивости в районах контакта с антигеном) является показателем того, что изменчивость аминокислотных последовательностей в изучаемой популяции V(D)J-no-следовательностей создана антигенсвязывающим отбором. Мы вернемся к этому важному заключению в следующей главе, когда попытаемся объяснить, почему структура By—Кэбота наблюдается в популяциях неперестроенных V-элементов половых клеток.
Напомним (рис. 4.5), что полный ген вариабельной области является соматической конструкцией из V-, D- и J- элементов в тяжелой Н-цепи и V- и J-элементов в легкой L-цепи, соединенных в результате перестройки ДНК в В-клетках. Два участка гипервариабельности закодированы в V-элементе зародышевой линии, а третий, который затрагивает соединенные V-D-J или V-J перестройки, никогда не обнаруживается в зародышевой линии позвоночных, хотя есть исключения — у хрящевых рыб (скатов, рогатых акул) и V-псевдогенов курицы. Третий гипервариабельный участок очень важен для распознавания антигенов. Антитело, у которого нет этого участка (имеющее только два кодируемых в зародышевой линии гипервариабельных участка), не способно связывать антиген. Следовательно, V-гены зародышевой линии не могут подвергаться прямому дарвиновскому отбору. Отбор опосредован и должен затрагивать V-D-J-и V-J-перестройки, которые происходят только в соме. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Наследование индуцированных химическими веществами метаболических нарушений</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>В 1960-х — начале 1970-х гг. в опытах на лабораторных крысах была получена отчетливая картина «приобретенного наследования», или трансгенерации, вызванного нарушением эндокринных органов. Известно, что препарат аллоксан вызывает у крыс и мышей диабет (очень высокую концентрацию сахара в крови) вследствие необратимого нарушения клеток поджелудочной железы, синтезирующих инсулин (р-клеток). В Японии (Okamoto), а затем в США (Goldner, Spergel) было показано, что диабет развивается и у потомков заболевших крыс. Инбридинг приводил к тому, что болезнь становилась все тяжелее от поколения к поколению. Несколько лет назад Тед Стил попытался повторить этот опыт на инбредных мышах, однако успех его эксперимента был ограниченным. Диабет индуцировали у самцов препаратом стрептозацин, влияющим на р-клетки. На ранних стадиях развития потомков первого поколения был обнаружен значительный диабетогенный эффект (увеличение или уменьшение среднего веса тела у новорожденных), однако, только у одного мышонка развился спонтанный диабет.</p>
<p>В других экспериментах (Bakke et al.) изучали функцию щитовидной железы у крыс. Оказалось, что в потомстве самцов и самок с нарушенной химическими веществами функцией щитовидной железы регистрируются спонтанные нарушения метаболизма гормонов щитовидной железы, причем проявляются они у большинства потомков в помете.</p><p>Как объяснить эти явления? Конечно, можно предположить, что описанные наследственные эффекты вызваны прямым мутагенным действием химических веществ на половые клетки; однако не исключено и то, что соматические мутации генов, вовлеченных в функционирование эндокринной системы, могли быть переданы генам половых клеток. Этот процесс должен был приводить к спонтанным и геноспецифичным изменениям в функции генов в следующем поколении. Еще один способ объяснить полученные данные — предположить, что измененный в результате специфической обработки гормональный статус меняет «условия регуляции» генов зародышевой линии. Молекулы гормонов из крови проникают в репродуктивные ткани, связываются с рецепторами гормонов в половых клетках, которые в свою очередь, возможно, прямо изменяют уровень активности соответствующих генов, когда они экс-прессируются в эмбрионе (этот механизм предложен профессором медицинского факультета UCLA Джоном Кэмпбелом (Campbell)).</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Наследование индуцированных химическими веществами метаболических нарушений
В 1960-х — начале 1970-х гг. в опытах на лабораторных крысах была получена отчетливая картина «приобретенного наследования», или трансгенерации, вызванного нарушением эндокринных органов. Известно, что препарат аллоксан вызывает у крыс и мышей диабет (очень высокую концентрацию сахара в крови) вследствие необратимого нарушения клеток поджелудочной железы, синтезирующих инсулин (р-клеток). В Японии (Okamoto), а затем в США (Goldner, Spergel) было показано, что диабет развивается и у потомков заболевших крыс. Инбридинг приводил к тому, что болезнь становилась все тяжелее от поколения к поколению. Несколько лет назад Тед Стил попытался повторить этот опыт на инбредных мышах, однако успех его эксперимента был ограниченным. Диабет индуцировали у самцов препаратом стрептозацин, влияющим на р-клетки. На ранних стадиях развития потомков первого поколения был обнаружен значительный диабетогенный эффект (увеличение или уменьшение среднего веса тела у новорожденных), однако, только у одного мышонка развился спонтанный диабет.
В других экспериментах (Bakke et al.) изучали функцию щитовидной железы у крыс. Оказалось, что в потомстве самцов и самок с нарушенной химическими веществами функцией щитовидной железы регистрируются спонтанные нарушения метаболизма гормонов щитовидной железы, причем проявляются они у большинства потомков в помете.
Как объяснить эти явления? Конечно, можно предположить, что описанные наследственные эффекты вызваны прямым мутагенным действием химических веществ на половые клетки; однако не исключено и то, что соматические мутации генов, вовлеченных в функционирование эндокринной системы, могли быть переданы генам половых клеток. Этот процесс должен был приводить к спонтанным и геноспецифичным изменениям в функции генов в следующем поколении. Еще один способ объяснить полученные данные — предположить, что измененный в результате специфической обработки гормональный статус меняет «условия регуляции» генов зародышевой линии. Молекулы гормонов из крови проникают в репродуктивные ткани, связываются с рецепторами гормонов в половых клетках, которые в свою очередь, возможно, прямо изменяют уровень активности соответствующих генов, когда они экс-прессируются в эмбрионе (этот механизм предложен профессором медицинского факультета UCLA Джоном Кэмпбелом (Campbell)). | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Глава 7 ЗА ПРЕДЕЛАМИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><strong>Глава 7</strong> </p>
<p><strong>ЗА ПРЕДЕЛАМИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ</strong></p>
<p>Эволюция по Ламарку, не отвергая дарвиновского естественного отбора, требует следующей причинно-следственной связи для «запоминания» приобретенного признака клетками в зародышевой линии животных. Измененные условия внешней среды (например, доступность пищи, новые хищники) могут приводить к изменениям поведения, строения тела, физиологических функций. Новые иммунологические воздействия могут приводить к появлению новых генов антител в В-лимфоцитах. Со временем такие соматические мутации могли бы встроиться в ДНК половых клеток. А это расширило бы репертуар наследственной изменчивости, на которую затем действует естественный отбор, сохраняющий «наиболее приспособленных» и приводящий к распространению адаптивных вариаций. Такая последовательность событий есть ни что иное, как проницаемость барьера Вейсмана.</p><p>Чарлз Дарвин придерживался именно этой точки зрения. Согласно его теории пангенезиса об использовании и неиспользовании органов, измененные условия среды и/или привычки дают значительный вклад в наследственную изменчивость, на которую действует естественный отбор (рис. 1.1). Почему нам не удается легко получить какие-либо свидетельства истинности или ложности такого важного предположения? В работах Фредерика Вуда Джоунза, мы находим следующий ответ: «Природа чрезвычайно медленно осуществляет постепенные изменения живых существ. Есть все основания полагать, что если приобретенные признаки все-таки наследуются, их включение в наследственные структуры животного, по-видимому, очень медленный процесс. Вряд ли человек способен зафиксировать его завершение за время, доступное для лабораторного эксперимента».</p>
<p>Таким образом, необходимо длительное время для становления генетических адаптации. Успешная интеграция приобретенного признака в зародышевую линию, возможно, требует повторных воздействий в течение многих поколений, особенно, если это сложный признак, включающий изменения ДНК-последовательностей многих генов. Тед Стил начал такой эксперимент двадцать лет назад с целью доказать возможность передачи соматически приобретенных иммунологических изменений с отцовской стороны. Он сумел показать передачу уже во втором поколении. Эти попытки в какой-то мере опровергают утверждение Вуда Джоунза. Фактор времени в таких экспериментах заменялся одновременно проводимыми контрольными скрещиваниями в идентичных условиях внешней среды «необработанных» отцов. Эти контрольные скрещивания как бы выполняли функцию «часового», следящего за нежелательными изменениями среды, например, за вирусом мышиного гепатита, который оказывает заметное воздействие на иммунорегуляцию. (Это и происходило несколько раз, что влекло за собой прекращение эксперимента.)</p><p>Сейчас мы рассмотрим некоторые «эксперименты, поставленные природой», которые, возможно, объясняются передачей приобретенных признаков. Рассмотрение этих примеров полезно, поскольку они дают возможность рассуждать и обобщать и, таким образом, стимулируют развитие идей о генетических механизмах, ответственных за наследование приобретенных признаков.</p>
<p><strong>Наследование индуцированных химическими веществами метаболических нарушений</strong></p>
<p>В 1960-х — начале 1970-х гг. в опытах на лабораторных крысах была получена отчетливая картина «приобретенного наследования», или трансгенерации, вызванного нарушением эндокринных органов. Известно, что препарат аллоксан вызывает у крыс и мышей диабет (очень высокую концентрацию сахара в крови) вследствие необратимого нарушения клеток поджелудочной железы, синтезирующих инсулин (р-клеток). В Японии (Okamoto), а затем в США (Goldner, Spergel) было показано, что диабет развивается и у потомков заболевших крыс. Инбридинг приводил к тому, что болезнь становилась все тяжелее от поколения к поколению. Несколько лет назад Тед Стил попытался повторить этот опыт на инбредных мышах, однако успех его эксперимента был ограниченным. Диабет индуцировали у самцов препаратом стрептозацин, влияющим на р-клетки. На ранних стадиях развития потомков первого поколения был обнаружен значительный диабетогенный эффект (увеличение или уменьшение среднего веса тела у новорожденных), однако, только у одного мышонка развился спонтанный диабет.</p><p>В других экспериментах (Bakke et al.) изучали функцию щитовидной железы у крыс. Оказалось, что в потомстве самцов и самок с нарушенной химическими веществами функцией щитовидной железы регистрируются спонтанные нарушения метаболизма гормонов щитовидной железы, причем проявляются они у большинства потомков в помете.</p><p>Как объяснить эти явления? Конечно, можно предположить, что описанные наследственные эффекты вызваны прямым мутагенным действием химических веществ на половые клетки; однако не исключено и то, что соматические мутации генов, вовлеченных в функционирование эндокринной системы, могли быть переданы генам половых клеток. Этот процесс должен был приводить к спонтанным и геноспецифичным изменениям в функции генов в следующем поколении. Еще один способ объяснить полученные данные — предположить, что измененный в результате специфической обработки гормональный статус меняет «условия регуляции» генов зародышевой линии. Молекулы гормонов из крови проникают в репродуктивные ткани, связываются с рецепторами гормонов в половых клетках, которые в свою очередь, возможно, прямо изменяют уровень активности соответствующих генов, когда они экс-прессируются в эмбрионе (этот механизм предложен профессором медицинского факультета UCLA Джоном Кэмпбелом (Campbell)).</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Глава 7 ЗА ПРЕДЕЛАМИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Глава 7
ЗА ПРЕДЕЛАМИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Эволюция по Ламарку, не отвергая дарвиновского естественного отбора, требует следующей причинно-следственной связи для «запоминания» приобретенного признака клетками в зародышевой линии животных. Измененные условия внешней среды (например, доступность пищи, новые хищники) могут приводить к изменениям поведения, строения тела, физиологических функций. Новые иммунологические воздействия могут приводить к появлению новых генов антител в В-лимфоцитах. Со временем такие соматические мутации могли бы встроиться в ДНК половых клеток. А это расширило бы репертуар наследственной изменчивости, на которую затем действует естественный отбор, сохраняющий «наиболее приспособленных» и приводящий к распространению адаптивных вариаций. Такая последовательность событий есть ни что иное, как проницаемость барьера Вейсмана.
Чарлз Дарвин придерживался именно этой точки зрения. Согласно его теории пангенезиса об использовании и неиспользовании органов, измененные условия среды и/или привычки дают значительный вклад в наследственную изменчивость, на которую действует естественный отбор (рис. 1.1). Почему нам не удается легко получить какие-либо свидетельства истинности или ложности такого важного предположения? В работах Фредерика Вуда Джоунза, мы находим следующий ответ: «Природа чрезвычайно медленно осуществляет постепенные изменения живых существ. Есть все основания полагать, что если приобретенные признаки все-таки наследуются, их включение в наследственные структуры животного, по-видимому, очень медленный процесс. Вряд ли человек способен зафиксировать его завершение за время, доступное для лабораторного эксперимента».
Таким образом, необходимо длительное время для становления генетических адаптации. Успешная интеграция приобретенного признака в зародышевую линию, возможно, требует повторных воздействий в течение многих поколений, особенно, если это сложный признак, включающий изменения ДНК-последовательностей многих генов. Тед Стил начал такой эксперимент двадцать лет назад с целью доказать возможность передачи соматически приобретенных иммунологических изменений с отцовской стороны. Он сумел показать передачу уже во втором поколении. Эти попытки в какой-то мере опровергают утверждение Вуда Джоунза. Фактор времени в таких экспериментах заменялся одновременно проводимыми контрольными скрещиваниями в идентичных условиях внешней среды «необработанных» отцов. Эти контрольные скрещивания как бы выполняли функцию «часового», следящего за нежелательными изменениями среды, например, за вирусом мышиного гепатита, который оказывает заметное воздействие на иммунорегуляцию. (Это и происходило несколько раз, что влекло за собой прекращение эксперимента.)
Сейчас мы рассмотрим некоторые «эксперименты, поставленные природой», которые, возможно, объясняются передачей приобретенных признаков. Рассмотрение этих примеров полезно, поскольку они дают возможность рассуждать и обобщать и, таким образом, стимулируют развитие идей о генетических механизмах, ответственных за наследование приобретенных признаков.
Наследование индуцированных химическими веществами метаболических нарушений
В 1960-х — начале 1970-х гг. в опытах на лабораторных крысах была получена отчетливая картина «приобретенного наследования», или трансгенерации, вызванного нарушением эндокринных органов. Известно, что препарат аллоксан вызывает у крыс и мышей диабет (очень высокую концентрацию сахара в крови) вследствие необратимого нарушения клеток поджелудочной железы, синтезирующих инсулин (р-клеток). В Японии (Okamoto), а затем в США (Goldner, Spergel) было показано, что диабет развивается и у потомков заболевших крыс. Инбридинг приводил к тому, что болезнь становилась все тяжелее от поколения к поколению. Несколько лет назад Тед Стил попытался повторить этот опыт на инбредных мышах, однако успех его эксперимента был ограниченным. Диабет индуцировали у самцов препаратом стрептозацин, влияющим на р-клетки. На ранних стадиях развития потомков первого поколения был обнаружен значительный диабетогенный эффект (увеличение или уменьшение среднего веса тела у новорожденных), однако, только у одного мышонка развился спонтанный диабет.
В других экспериментах (Bakke et al.) изучали функцию щитовидной железы у крыс. Оказалось, что в потомстве самцов и самок с нарушенной химическими веществами функцией щитовидной железы регистрируются спонтанные нарушения метаболизма гормонов щитовидной железы, причем проявляются они у большинства потомков в помете.
Как объяснить эти явления? Конечно, можно предположить, что описанные наследственные эффекты вызваны прямым мутагенным действием химических веществ на половые клетки; однако не исключено и то, что соматические мутации генов, вовлеченных в функционирование эндокринной системы, могли быть переданы генам половых клеток. Этот процесс должен был приводить к спонтанным и геноспецифичным изменениям в функции генов в следующем поколении. Еще один способ объяснить полученные данные — предположить, что измененный в результате специфической обработки гормональный статус меняет «условия регуляции» генов зародышевой линии. Молекулы гормонов из крови проникают в репродуктивные ткани, связываются с рецепторами гормонов в половых клетках, которые в свою очередь, возможно, прямо изменяют уровень активности соответствующих генов, когда они экс-прессируются в эмбрионе (этот механизм предложен профессором медицинского факультета UCLA Джоном Кэмпбелом (Campbell)). | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Центр размножения: соматическое гипермутирование перестроенных V(D)J-генов</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Все имеющиеся данные говорят о том, что в В-лимфоцитах мутируют только перестроенные V(D)J-гены, кодирующие белок антитела. Другими словами, вариабельные гены, остающиеся в конфигурации зародышевой линии, т. е. неперестроенными, не накапливают соматических мутаций. Следовательно, первым этапом контроля, позволяющим появляться только «благоприятным мутациям», является перестройка ДНК, в результате которой образуется V(D)J-мишень, на которую действует мутатор. Следующий этап контроля — это сама мутационная машина, которая должна связываться с уникальной структурой, ассоциированной с перестроенной V(D)J-последовательностью и ограничивающей мутирование только этим участком ДНК.</p><p>Надо отметить еще один важный момент. Процесс соматического гипермутирования у мышей и человека вызван стимуляцией антигеном. У других видов (например, овцы) соматический мутагенез в специализированных лимфоидных тканях, связанных с кишечником, включается другими сигналами (они пока неизвестны). Таким образом, изменчивость V(D)J-генов лимфоцитов вызвана влиянием окружающей среды или адаптивным сигналом. Это означает, что в ходе развития иммунной системы организма генетическая изменчивость может быть вызвана средой. Это противоречит неодарвинистской догме о том, что вся изменчивость генов зародышевой линии предсуществует до того, как начинает действовать отбор. Решающий эксперимент, доказывающий этот важный момент, был проведен Урсулой Сторб (Storb) с коллегами в середине 1980-х гг. Авторы ввели ограниченное число копий известного перестроенного гена легкой цепи (VJ) в ДНК зародышевой линии инбредных мышей (такие животные называются трансгенными). Им удалось показать, что у неиммунизированных трансгенных мышей VJ-трансген не мутировал: последовательность нуклеотидов этого участка ДНК, выделенного из В-лимфоцитов селезенки трансгенных мышей, не изменилась. Однако при иммунизации антигеном, который связывает антитела, кодируемые этой VJ-последовательностью, VJ-трансген накапливал многочисленные соматические мутации.</p>
<p>Где происходят соматические мутации? Могут ли они возникать в подвижных В-клетках в крови и лимфе, или они происходят в каких-то особых местах? В середине 1980-х гг. Дэвид Грей (Gray) и Йан Макленнан (MacLennan), работающие в Университете Бирмингема, предположили, что соматические мутации происходят в специализированных постантигенных образованиях, называемых центрами размножения. Такие участки интенсивного деления (пролиферации), появляющиеся после стимуляции антигеном в лимфатических узлах и селезенке, давно известны. Также было известно, что 80% В-клеток в центре размножения (или даже больше), по-видимому, там же и погибают. В 1960-х гг. Гас Носсал (Nossal) и Гордон Эйда, работающие в Медицинском центре Уолтера и Элайзы Холл, используя радиоактивно меченные белковые антигены установили, что недеградированные формы антигена, связанные с антителами, располагаются на поверхностной мембране клеток в центре размножения (и могут оставаться там в течение многих месяцев). Комплексы антиген—антитело располагаются на поверхности крупных специализированных клеток, выросты клеточной мембраны (дендритные выросты) которых распространяются по всему центру размножения. Эти клетки называются фолликулярными дендритными клетками (ФДК).</p><p>Фолликулярные дендритные клетки в центре размножения взаимодействуют с популяцией В-клеток (рис. 5.4). Грей и Макленнан предположили, что соматические мутации возникают в быстро делящихся В-клетках центра размножения. «Успешные» мутанты, способные связываться с антигеном и конкурировать за его молекулы, которые проявляются в комплексе антиген—антитело на ФДК, выживают, остальные гибнут. В то время это было очень смелое предположение, объясняющее созревание аффинности. В нем объединялись быстрое соматическое мутирование и связанный с антигеном процесс отбора, спасающий от гибели тех мутантов, которые успешно конкурируют за антиген на ФДК в силу высокой аффинности нового мутантного антитела.</p><p>За пять лет группа под руководством Гарнета Келсо, Клауса Раевского (Rajewsky) и Клаудии Берек (Berek) доказала правильность некоторых предсказаний Грея-Макленнана. Оказалось, что соматические мутации перестроенных V(D)J-генов действительно происходят в В-клетках центра размножения. Келсо и Раевский пошли еще дальше, продемонстрировав, что в делящихся В-клетках, которые не были в центре размножения, V(D)J-участок не мутирует. Это означает, что критический сигнал, активирующий «мутатор», находится в центре размножения. Примерно в то же время Йан Макленнан и его группа установили, что, если у потомков В-клетки особой обработкой вызвать сшивки мутантных Ig-молекул (этот процесс имитирует связывание антигена), то такие клетки не умирают.</p><p>Итак, к 1991 г. центры размножения представлялись как участки лимфоидной ткани, в которых активно идет соматическое гипермутирование — регулируемый процесс, связанный с анти-гензависимым отбором. Мы хотим подчеркнуть, что центр размножения и у человека, и у мыши развивается только в результате развития иммунного ответа на чужеродный антиген. Важнейшие события, происходящие в центрах размножения, приведены на рис 5.4.</p><p>Экспериментальные данные позволяют воссоздать картину возникновения центра размножения во времени и пространстве. В кровотоке в результате связывания с чужеродным антигеном происходит отбор В-клетки. После этого она мигрирует в лимфоидные зоны селезенки или лимфатических узлов. Затем, получив особый сигнал от хелперной Т-клетки, она начинает делиться. Эти активированные В-клетки продуцируют антитела, которые образуют комплексы антиген-антитело на поверхности фолликулярных дендритных клеток (ФДК). Несколько потомков исходной отобранной В-клетки заселяют особые участки лимфоидной ткани, содержащие ФДК, которые называются первичными фолликулами. Одна или несколько из этих клеток-основателей начинают быстро делиться (на рис. 5.4 они названы В-центробластами); на их поверхности нет антител.</p><p>Фаза пролиферации (деление клеток каждые пять-семь минут в течение примерно пяти дней) приводит к образованию популяции численностью порядка 20 тысяч дочерних клеток, которые называются центроцитами. Они прекращают деления, и на их поверхностной мембране снова появляются антитела. На каком-то этапе образования популяции центроцитов происходит гипермутирование перестроенных V(D)J-генов. Теперь центр размножения созрел, и сложная постантигенная структура содержит В-центроциты, хелперные Т-клетки и ФДК. Последние образуют развитую сеть комплексов антиген—антитело, включающих антитела, синтезированные в первые дни ответа (см. рис. 5.4).</p><p>Затем, по-видимому, происходят следующие события. Во-первых, тысячи центроцитов составляют гигантский репертуар клеток, поверхностные антитела которых кодируются соматическими мутациями. Большинство этих антител (примерно 80%) не способны связывать антиген. Как и для любых других белков, большинство мутаций приводит к изменению формы антитела, а это нарушает соответствие форме антигена. Однако некоторые редкие мутации могут приводить к антителам, лучше соответствующим форме антигена, чем исходные (т. е. с более высокой аффинностью). Новые антитела расположены на поверхности В-центроцитов и могут конкурировать за молекулы антигена, расположенные в комплексах антиген—антитело на поверхности фолликулярных дендритных клеток. Однако для того, чтобы успешно конкурировать с антителом из комплекса (образованным в первые дни ответа), новое мутантное антитело должно <em>иметь ту же или большую аффинность.</em> Вот суть механизма созревания аффинности — конкурентный антигенсвязы-вающий отбор. Центр размножения — это недолговечный «орган селекции и разведения» V(D)J-генов, где выживают только наиболее приспособленные В-клетки. Неудачные (с низкой аффинностью, нефункциональные) мутантные В-клетки (а их большинство) исчезают в результате запрограммированной клеточной гибели, которая называется апоптозом.</p><p>Итак, клональная селекция В-клеток происходит в два этапа. На первом чужеродный антиген отбирает В-лимфоцит из популяции разнообразных клеток. Затем эти В-центробласты быстро делятся, образуя популяцию в 20 тысяч новых В-клеток, имеющих мутантные вариабельные <em>V(D)J-области.</em> На втором этапе мутантные линии В-клеток с высокой аффинностью отбираются антигеном, выживают, делятся и секретируют антитела высокой аффинности или становятся долгоживущими клетками памяти. В этом <em>нет ничего</em> мистического. Это традиционный дарвиновский отбор, действующий в большой изменчивой клеточной популяции, из которой выживают немногие — только те, которые продуцируют мутантные антитела с наивысшей аффинностью к антигену. Центр размножения, следовательно, — котел, в котором «варится» генетическая гипервариа-бельность. Однако все процессы в нем строго регулируются и контролируются. V(D)J-гены (только эти гены, а не другие) В-лимфоцитов мутируют в высоко специализированной и регулируемой среде центра размножения.</p>
<p>До сих пор мы подчеркивали значение дарвиновского естественного отбора в иммунной системе. Однако мы ввели и <em>определенно</em> неоламаркистскую идею, а именно, роль сигнала внешней среды (антигена) в создании генетического разнообразия, на которое действует естественный отбор. Может ли этот ключевой эволюционный вывод вызвать такие же споры, которые были вызваны идеей «разнообразия, вызванного антигеном», впервые предложенной Элистэром Каннингемом в середине 1970-х гг.?</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Центр размножения: соматическое гипермутирование перестроенных V(D)J-генов
Все имеющиеся данные говорят о том, что в В-лимфоцитах мутируют только перестроенные V(D)J-гены, кодирующие белок антитела. Другими словами, вариабельные гены, остающиеся в конфигурации зародышевой линии, т. е. неперестроенными, не накапливают соматических мутаций. Следовательно, первым этапом контроля, позволяющим появляться только «благоприятным мутациям», является перестройка ДНК, в результате которой образуется V(D)J-мишень, на которую действует мутатор. Следующий этап контроля — это сама мутационная машина, которая должна связываться с уникальной структурой, ассоциированной с перестроенной V(D)J-последовательностью и ограничивающей мутирование только этим участком ДНК.
Надо отметить еще один важный момент. Процесс соматического гипермутирования у мышей и человека вызван стимуляцией антигеном. У других видов (например, овцы) соматический мутагенез в специализированных лимфоидных тканях, связанных с кишечником, включается другими сигналами (они пока неизвестны). Таким образом, изменчивость V(D)J-генов лимфоцитов вызвана влиянием окружающей среды или адаптивным сигналом. Это означает, что в ходе развития иммунной системы организма генетическая изменчивость может быть вызвана средой. Это противоречит неодарвинистской догме о том, что вся изменчивость генов зародышевой линии предсуществует до того, как начинает действовать отбор. Решающий эксперимент, доказывающий этот важный момент, был проведен Урсулой Сторб (Storb) с коллегами в середине 1980-х гг. Авторы ввели ограниченное число копий известного перестроенного гена легкой цепи (VJ) в ДНК зародышевой линии инбредных мышей (такие животные называются трансгенными). Им удалось показать, что у неиммунизированных трансгенных мышей VJ-трансген не мутировал: последовательность нуклеотидов этого участка ДНК, выделенного из В-лимфоцитов селезенки трансгенных мышей, не изменилась. Однако при иммунизации антигеном, который связывает антитела, кодируемые этой VJ-последовательностью, VJ-трансген накапливал многочисленные соматические мутации.
Где происходят соматические мутации? Могут ли они возникать в подвижных В-клетках в крови и лимфе, или они происходят в каких-то особых местах? В середине 1980-х гг. Дэвид Грей (Gray) и Йан Макленнан (MacLennan), работающие в Университете Бирмингема, предположили, что соматические мутации происходят в специализированных постантигенных образованиях, называемых центрами размножения. Такие участки интенсивного деления (пролиферации), появляющиеся после стимуляции антигеном в лимфатических узлах и селезенке, давно известны. Также было известно, что 80% В-клеток в центре размножения (или даже больше), по-видимому, там же и погибают. В 1960-х гг. Гас Носсал (Nossal) и Гордон Эйда, работающие в Медицинском центре Уолтера и Элайзы Холл, используя радиоактивно меченные белковые антигены установили, что недеградированные формы антигена, связанные с антителами, располагаются на поверхностной мембране клеток в центре размножения (и могут оставаться там в течение многих месяцев). Комплексы антиген—антитело располагаются на поверхности крупных специализированных клеток, выросты клеточной мембраны (дендритные выросты) которых распространяются по всему центру размножения. Эти клетки называются фолликулярными дендритными клетками (ФДК).
Фолликулярные дендритные клетки в центре размножения взаимодействуют с популяцией В-клеток (рис. 5.4). Грей и Макленнан предположили, что соматические мутации возникают в быстро делящихся В-клетках центра размножения. «Успешные» мутанты, способные связываться с антигеном и конкурировать за его молекулы, которые проявляются в комплексе антиген—антитело на ФДК, выживают, остальные гибнут. В то время это было очень смелое предположение, объясняющее созревание аффинности. В нем объединялись быстрое соматическое мутирование и связанный с антигеном процесс отбора, спасающий от гибели тех мутантов, которые успешно конкурируют за антиген на ФДК в силу высокой аффинности нового мутантного антитела.
За пять лет группа под руководством Гарнета Келсо, Клауса Раевского (Rajewsky) и Клаудии Берек (Berek) доказала правильность некоторых предсказаний Грея-Макленнана. Оказалось, что соматические мутации перестроенных V(D)J-генов действительно происходят в В-клетках центра размножения. Келсо и Раевский пошли еще дальше, продемонстрировав, что в делящихся В-клетках, которые не были в центре размножения, V(D)J-участок не мутирует. Это означает, что критический сигнал, активирующий «мутатор», находится в центре размножения. Примерно в то же время Йан Макленнан и его группа установили, что, если у потомков В-клетки особой обработкой вызвать сшивки мутантных Ig-молекул (этот процесс имитирует связывание антигена), то такие клетки не умирают.
Итак, к 1991 г. центры размножения представлялись как участки лимфоидной ткани, в которых активно идет соматическое гипермутирование — регулируемый процесс, связанный с анти-гензависимым отбором. Мы хотим подчеркнуть, что центр размножения и у человека, и у мыши развивается только в результате развития иммунного ответа на чужеродный антиген. Важнейшие события, происходящие в центрах размножения, приведены на рис 5.4.
Экспериментальные данные позволяют воссоздать картину возникновения центра размножения во времени и пространстве. В кровотоке в результате связывания с чужеродным антигеном происходит отбор В-клетки. После этого она мигрирует в лимфоидные зоны селезенки или лимфатических узлов. Затем, получив особый сигнал от хелперной Т-клетки, она начинает делиться. Эти активированные В-клетки продуцируют антитела, которые образуют комплексы антиген-антитело на поверхности фолликулярных дендритных клеток (ФДК). Несколько потомков исходной отобранной В-клетки заселяют особые участки лимфоидной ткани, содержащие ФДК, которые называются первичными фолликулами. Одна или несколько из этих клеток-основателей начинают быстро делиться (на рис. 5.4 они названы В-центробластами); на их поверхности нет антител.
Фаза пролиферации (деление клеток каждые пять-семь минут в течение примерно пяти дней) приводит к образованию популяции численностью порядка 20 тысяч дочерних клеток, которые называются центроцитами. Они прекращают деления, и на их поверхностной мембране снова появляются антитела. На каком-то этапе образования популяции центроцитов происходит гипермутирование перестроенных V(D)J-генов. Теперь центр размножения созрел, и сложная постантигенная структура содержит В-центроциты, хелперные Т-клетки и ФДК. Последние образуют развитую сеть комплексов антиген—антитело, включающих антитела, синтезированные в первые дни ответа (см. рис. 5.4).
Затем, по-видимому, происходят следующие события. Во-первых, тысячи центроцитов составляют гигантский репертуар клеток, поверхностные антитела которых кодируются соматическими мутациями. Большинство этих антител (примерно 80%) не способны связывать антиген. Как и для любых других белков, большинство мутаций приводит к изменению формы антитела, а это нарушает соответствие форме антигена. Однако некоторые редкие мутации могут приводить к антителам, лучше соответствующим форме антигена, чем исходные (т. е. с более высокой аффинностью). Новые антитела расположены на поверхности В-центроцитов и могут конкурировать за молекулы антигена, расположенные в комплексах антиген—антитело на поверхности фолликулярных дендритных клеток. Однако для того, чтобы успешно конкурировать с антителом из комплекса (образованным в первые дни ответа), новое мутантное антитело должно иметь ту же или большую аффинность. Вот суть механизма созревания аффинности — конкурентный антигенсвязы-вающий отбор. Центр размножения — это недолговечный «орган селекции и разведения» V(D)J-генов, где выживают только наиболее приспособленные В-клетки. Неудачные (с низкой аффинностью, нефункциональные) мутантные В-клетки (а их большинство) исчезают в результате запрограммированной клеточной гибели, которая называется апоптозом.
Итак, клональная селекция В-клеток происходит в два этапа. На первом чужеродный антиген отбирает В-лимфоцит из популяции разнообразных клеток. Затем эти В-центробласты быстро делятся, образуя популяцию в 20 тысяч новых В-клеток, имеющих мутантные вариабельные V(D)J-области. На втором этапе мутантные линии В-клеток с высокой аффинностью отбираются антигеном, выживают, делятся и секретируют антитела высокой аффинности или становятся долгоживущими клетками памяти. В этом нет ничего мистического. Это традиционный дарвиновский отбор, действующий в большой изменчивой клеточной популяции, из которой выживают немногие — только те, которые продуцируют мутантные антитела с наивысшей аффинностью к антигену. Центр размножения, следовательно, — котел, в котором «варится» генетическая гипервариа-бельность. Однако все процессы в нем строго регулируются и контролируются. V(D)J-гены (только эти гены, а не другие) В-лимфоцитов мутируют в высоко специализированной и регулируемой среде центра размножения.
До сих пор мы подчеркивали значение дарвиновского естественного отбора в иммунной системе. Однако мы ввели и определенно неоламаркистскую идею, а именно, роль сигнала внешней среды (антигена) в создании генетического разнообразия, на которое действует естественный отбор. Может ли этот ключевой эволюционный вывод вызвать такие же споры, которые были вызваны идеей «разнообразия, вызванного антигеном», впервые предложенной Элистэром Каннингемом в середине 1970-х гг.? | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">А нельзя ли увидеть?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Это, конечно, голос недоверчивого читателя. В самом деле: придумали какой-то не совсем понятный кроссинговер, понасчитали перекрестов, понарисовали сложнющих хромосомных карт. А вся хромосома-то еле видна даже под микроскопом! Дайте, пожалуйста, доказательства, иначе мы с недоверчивым читателем ни за что не поверим... Нельзя ли своими глазами все это увидеть?</p><p>Своими глазами? Если бы этот вопрос был задан генетику начала нашего века, он бы, наверно, пожал плечами:</p><p>«К сожалению, своими глазами этого увидеть нельзя. Однако множество фактов убеждает в правильности хромосомных карт».</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_23_img_36.jpeg"/>
</p><p><em>Гигантские хромосомы слюнных желеp дрозофилы.</em></p><p>Но вот беда: недоверчивый читатель не знает множества фактов — я сообщил ему один-единственный. Однако беде этой нехитро помочь, потому что живем мы не в начале, а во второй половине XX века. А ведь уже в 1934 году Пайнтер доказал... Впрочем, о том, что он доказал, я расскажу позже, а сначала покажу, с чем он работал. Перед вами, читатель, рисунок хромосом слюнных желез дрозофилы. Оказывается, хоть в большинстве клеток хромосомы крайне малы, в слюнных железах они гигантские. Рассмотрите внимательно исчерченность — диски, из которых слагаются хромосомы. Пайнтер их тщательно изучил и установил: они в точности соответствуют генам на хромосомной карте. Если, допустим, вследствие транслокации часть второй хромосомы пересаживается на первую, то изменяются не только группы сцепления, но и «пересаживаются» диски в хромосомах слюнных желез.</p>
<p>Пожалуйста — смотри и сравнивай своими глазами!</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | А нельзя ли увидеть?
Это, конечно, голос недоверчивого читателя. В самом деле: придумали какой-то не совсем понятный кроссинговер, понасчитали перекрестов, понарисовали сложнющих хромосомных карт. А вся хромосома-то еле видна даже под микроскопом! Дайте, пожалуйста, доказательства, иначе мы с недоверчивым читателем ни за что не поверим... Нельзя ли своими глазами все это увидеть?
Своими глазами? Если бы этот вопрос был задан генетику начала нашего века, он бы, наверно, пожал плечами:
«К сожалению, своими глазами этого увидеть нельзя. Однако множество фактов убеждает в правильности хромосомных карт».
Гигантские хромосомы слюнных желеp дрозофилы.
Но вот беда: недоверчивый читатель не знает множества фактов — я сообщил ему один-единственный. Однако беде этой нехитро помочь, потому что живем мы не в начале, а во второй половине XX века. А ведь уже в 1934 году Пайнтер доказал... Впрочем, о том, что он доказал, я расскажу позже, а сначала покажу, с чем он работал. Перед вами, читатель, рисунок хромосом слюнных желез дрозофилы. Оказывается, хоть в большинстве клеток хромосомы крайне малы, в слюнных железах они гигантские. Рассмотрите внимательно исчерченность — диски, из которых слагаются хромосомы. Пайнтер их тщательно изучил и установил: они в точности соответствуют генам на хромосомной карте. Если, допустим, вследствие транслокации часть второй хромосомы пересаживается на первую, то изменяются не только группы сцепления, но и «пересаживаются» диски в хромосомах слюнных желез.
Пожалуйста — смотри и сравнивай своими глазами! | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Приобретенная наследственность у растений</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>А что же у растений? У них нет барьера Вейсмана, отделяющего сому от зародышевой линии. Приобретенные соматические модификации у растений, связанные с изменением генов, могут, в принципе, передаваться потомству, если семена образуются из тех частей растения, в которых возникла соматическая мутация. Итак, это уже не секрет: эволюция по Ламарку была и есть, это факт из жизни растений! Можно легко продемонстрировать, например, наследование индуцированной устойчивости к тяжелым металлам. Особенно полезным для демонстрации роли стресса, вызванного внешней средой и запускающего наследственные изменения в геноме растений, оказался лен. Ценность изучения таких проблем на растениях подчеркнула пионерская работа Нобелевского лауреата Барбары МакКлин-ток (McClintock) о мобильных генетических элементах у кукурузы.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Приобретенная наследственность у растений
А что же у растений? У них нет барьера Вейсмана, отделяющего сому от зародышевой линии. Приобретенные соматические модификации у растений, связанные с изменением генов, могут, в принципе, передаваться потомству, если семена образуются из тех частей растения, в которых возникла соматическая мутация. Итак, это уже не секрет: эволюция по Ламарку была и есть, это факт из жизни растений! Можно легко продемонстрировать, например, наследование индуцированной устойчивости к тяжелым металлам. Особенно полезным для демонстрации роли стресса, вызванного внешней средой и запускающего наследственные изменения в геноме растений, оказался лен. Ценность изучения таких проблем на растениях подчеркнула пионерская работа Нобелевского лауреата Барбары МакКлин-ток (McClintock) о мобильных генетических элементах у кукурузы. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Мутации возникают в склонных к ошибкам процессах копирования, включающих РНК-посредника</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Мутацией называется изменение последовательности нуклеотидов в ДНК (рис. <em>2.6).</em> Если мутация происходит в той области ДНК, которая кодирует белок, она изменяет триплетный кодон и может привести к замене аминокислоты, определяемой этим код оном. Таким образом, появление другой аминокислоты в белковой цепочке может быть вызвано изменением одного единственного основания в ДНК-последовательности (точковая мутация). Большая часть измененных белков функционирует ненормально (хотя иногда они и выполняют совершенно иную функцию, на ином физиологическом или метаболическом фоне). Поэтому с точки зрения дарвиновского «выживания наиболее приспособленного» большинство мутаций вредны и ставят клетку или многоклеточный организм в неблагоприятные условия при естественном отборе.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_28_img_26.png"/>
</p><p><strong>Рис. 5.1. Схема, показывающая как точковая мутация может привести к образованию нового мутантного белка с иной третичной структурой.</strong> <em><strong>Примечание:</strong></em> <strong>Дополнительную информацию см. в табл. 1.1, 5.1 и на рис. 2.5, 2.6 и 2.7.</strong></p>
<p>Рис. 5.1 иллюстрирует эти рассуждения. На нем показаны нормальный и измененный белки. Обратите внимание, что одна единственная точковая мутация G -> С в кодоне, определяющем аспарагиновую кислоту (Asp), дает начало новому кодону, определяющему гистидин (His), в том же положении белковой цепочки (см. также приложение). Такая мутация может привести к радикальным последствиям для мутантного белка, который, складываясь, приобретает другую форму и, следовательно, — другую функцию (т. е. нормальная функция может быть утрачена). Этот принцип был продемонстрирован 40 лет назад, когда определили последовательность аминокислот бета-цепи гемоглобина здоровых людей и людей, страдающих серповидно-клеточной анемией. При этом наследственном заболевании нарушена способность гемоглобина переносить кислород. Молекула гемоглобина — гетеродимер, состоящий из двух альфа-цепей, или альфа-субъединиц, и двух бета-цепей, или бета-субъединиц. Заболевание проявляется у гомозиготных индивидов, у которых обе гомологичные хромосомы несут дефектный ген бета-цепи. Гетерозиготы, которые имеют одну нормальную и одну мутантную копию гена бета-цепи, болеют в легкой форме (так как половина их молекул гемоглобина способна нормально переносить кислород). Оказалось, что у больных серповидноклеточной анемией в 6-м положении бета-цепи вместо глутаминовой кислоты находится валин. И эта единственная замена в цепи из 146 аминокислот приводит к образованию больших агрегатов мутантных молекул гемоглобина в эритроцитах, деформирующих клетку так, что она принимает форму серпа. Интересно, что ген серповидноклеточной анемии сохраняется в Африке, потому что гетеро-зиготы имеют селективное преимущество при заражении малярией, так как плазмодий не может размножаться в серповидных эритроцитах столь же эффективно, как в нормальных.</p><p>Это опять возвращает нас к ключевому вопросу: как возникают генные мутации? Еще не так давно считалось, что они возникают «спонтанно» под влиянием космических лучей, рентгеновского излучения или ультрафиолетового света. Чарлз Дарвин называл такого рода изменения «спортами» и предполагал, что их случайно порождают условия Природы. Случай действительно играет роль, — разные мутации появляются с разной частотой. Однако сейчас, после 30—40-летнего периода накопления данных по вирусологии и молекулярной биологии, тайн вокруг причин появления мутаций гораздо меньше. В начале 1980-х гг. Дарил Ренни (Renney) из Университета Ла Троуб (Мельбурн) провел очень полезный анализ этой проблемы [7]. Благодаря его работе и выполненным ранее исследованиям Нобелевских лауреатов Артура Корнберга (Komberg), Манфреда Айгена и Говарда Темина (открывшего обратную транскрипцию у РНК-содержащих опухолевых вирусов) и вирусолога Джона Холленда (Holland), мы имеем логически последовательный способ анализа механизмов возникновения генных мутаций. Все дело в точности копирования ДНК- или РНК-последовательностей по матричным молекулам ДНК или РНК, которые осуществляются четырьмя ферментами, копирующими нуклеиновые кислоты: ДНК-полимеразой, РНК-полимера-зой, РНК-репликазой и обратной транскриптазой.</p><p>Исследования на молекулярном уровне показали, что ферменты, участвующие в репликации ДНК, способны к редактированию и исправлению ошибок. Возникновение мутаций в ходе репликации ДНК — редкое событие (рис. 5.2). Максимальная частота таких мутаций, вероятно, меньше, чем 10<sup class="sup">-8</sup>, а истинная частота ошибок, вероятно, еще меньше — около 10<sup class="sup">-10</sup> (меньше, чем одна на 10 миллиардов реплицированных оснований). Чрезвычайно высокая точность копирования информации обеспечивается ДНК-полимеразой («машиной, копирующей ДНК»), которая по мере продвижения вдоль матричной ДНК-цепи проверяет, нет ли ошибок во вновь синтезированной копии. О наличии ошибок она «узнает» по искажению двойной спирали ДНК, которое имеет место, если Т соединится с G или С с А. Обнаружив такой участок, ДНК-полимеразный ферментный комплекс вырезает неправильное основание (или группу оснований) и вставляет то, которое должно быть на этом месте (законное основание). Скорость точной репликации у бактерий примерно 500 оснований в секунду, а у высших клеток (включая клетки человека) около 50 оснований в секунду. ДНК хромосом высших клеток много длиннее, а сами хромосомы устроены намного сложнее, чем маленькие и простые бактериальные геномы. У высших клеток, в отличие от бактерий, ДНК в хромосомах образует комплекс с белками (гистонами), которые участвуют в сворачивании длинных нитей ДНК в серию петель, для того чтобы их можно было упаковать внутри ядра. Репликация ДНК начинается одновременно в нескольких сайтах (точках) каждой хромосомы, поэтому большой набор ДНК-последовательностей реплицируется за 5—20 ч.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_28_img_27.png"/>
</p><p><strong>Рис. 5.2. Частота ошибок при синтезе ДНК и РНК. Примечание: о частоте ошибок судят по частоте включения неправильного основания на одно основание за одно событие копирования (см. также рис. 2.4); дц</strong> <em><strong>=</strong></em> <strong>двухцепочечная, оц = одноцепочечная.</strong></p><p>Вспомним, что в гл. 2 мы уже обсуждали высокий уровень ошибок при образовании РНК по матрице ДНК (транскрипции) и при образовании ДНК по матрице РНК (обратной транскрипции). Оба этих типа копирования характеризуются частотой точковых мутаций Ю-<sup class="sup">3</sup>—Ю-<sup class="sup">4</sup>, что существенно выше, чем частота ошибок при репликации ДНК (от Ю-<sup class="sup">8</sup> до Ю-<sup class="sup">9</sup>). Неточность, большое число ошибок имеют место и при репликации генома РНК-содержащих вирусов, например, вируса гриппа. Этим объясняется быстрое генетическое изменение вируса, приводящее к пандемиям гриппа. В жизненном цикле вируса СПИДа (ВИЧ) чередуются неточные процессы копирования РНК -> ДНК (на стадии интеграции) и ДНК -> РНК (на стадии экспрессии в течение инфекционного цикла). Для этого вируса также характерна высокая частота мутаций. Таким образом, все процессы копирования, включающие одноцепочечные РНК-посредники (превращение РНК в ДНК и наоборот), идут с большим числом ошибок, при этом репарация последовательности невозможна, поскольку ферменты, осуществляющие такое неточное копирование полинуклеотидов (РНК-полимераза, обратная транс -криптаза и РНК-репликаза), как оказалось, не имеют функций проверки и исправления ошибок.</p><p>Все сказанное выше означает, что какая-то доля мутаций в ДНК может возникать в результате ошибок копирования, включающего промежуточные РНК-посредники (рис. 5.2).</p>
<p>Мутации, которые передаются потомкам, появляются с низкой частотой. Они возникают в половых клетках и называются генеративными. Это редкие ошибки, которым удалось ускользнуть от «проверок» ДНК-полимеразы во время репликации ДНК и упаковки ее в гаметы самцов и самок (сперматозоиды и яйцеклетки). Они могут вызывать дефекты (т. е. влиять на фенотип и состояние здоровья индивида). Например, в случае серповидцоклеточной анемии такая мутация обуславливает тяжелую патологию у гомозигот (у которых обе копии гена дефектны) и более легкую форму болезни у гетерозигот, потому что белковый продукт нормальной копии гена частично компенсирует отрицательный эффект дефектной копии.</p><p>Однако существуют варианты некоторых генов (альтернативные формы генов называют аллелями), которые не влияют на здоровье индивида, у которого они проявляются. Эти варианты составляют нормальную изменчивость в популяциях организмов, существующую, по предположению Дарвина, до того, как начинает действовать естественный отбор. Важный вопрос: как появляются эти «добрые» аллели?. Согласно неодарвинистским представлениям, все эти аллели возникли в результате случайных мутаций в ДНК зародышевой линии и сохранились в популяции (так называемом «пуле генов») вследствие естественного отбора. В гл. 7 мы постараемся дать альтернативное объяснение этого феномена в рамках теории обратной связи соматических и половых клеток.</p><p>Предполагают, что рост числа врожденных аномалий и спонтанных абортов вызван факторами окружающей среды, такими как загрязнение токсическими химическими веществами. Например, резкое повышение частоты врожденных аномалий зарегистрировано в городах, расположенных вокруг сильно загрязненного, гибнущего Аральского моря. Такие же данные имеются относительно ветеранов вьетнамской войны и жителей северного Вьетнама, подвергшихся воздействию токсичных дефолиантов. Вещества, которые действуют на гены, изменяя кодирующую ДНК-последовательность, называются мутаге-нами. Возможно, их действие основано на том, что они нарушают нормальный процесс репарации. Установлено, что в клетках бактерий и эукариот, в которых индуцировано большое число повреждений ДНК, включается склонная к ошибкам репарация.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Мутации возникают в склонных к ошибкам процессах копирования, включающих РНК-посредника
Мутацией называется изменение последовательности нуклеотидов в ДНК (рис. 2.6). Если мутация происходит в той области ДНК, которая кодирует белок, она изменяет триплетный кодон и может привести к замене аминокислоты, определяемой этим код оном. Таким образом, появление другой аминокислоты в белковой цепочке может быть вызвано изменением одного единственного основания в ДНК-последовательности (точковая мутация). Большая часть измененных белков функционирует ненормально (хотя иногда они и выполняют совершенно иную функцию, на ином физиологическом или метаболическом фоне). Поэтому с точки зрения дарвиновского «выживания наиболее приспособленного» большинство мутаций вредны и ставят клетку или многоклеточный организм в неблагоприятные условия при естественном отборе.
Рис. 5.1. Схема, показывающая как точковая мутация может привести к образованию нового мутантного белка с иной третичной структурой. Примечание: Дополнительную информацию см. в табл. 1.1, 5.1 и на рис. 2.5, 2.6 и 2.7.
Рис. 5.1 иллюстрирует эти рассуждения. На нем показаны нормальный и измененный белки. Обратите внимание, что одна единственная точковая мутация G -> С в кодоне, определяющем аспарагиновую кислоту (Asp), дает начало новому кодону, определяющему гистидин (His), в том же положении белковой цепочки (см. также приложение). Такая мутация может привести к радикальным последствиям для мутантного белка, который, складываясь, приобретает другую форму и, следовательно, — другую функцию (т. е. нормальная функция может быть утрачена). Этот принцип был продемонстрирован 40 лет назад, когда определили последовательность аминокислот бета-цепи гемоглобина здоровых людей и людей, страдающих серповидно-клеточной анемией. При этом наследственном заболевании нарушена способность гемоглобина переносить кислород. Молекула гемоглобина — гетеродимер, состоящий из двух альфа-цепей, или альфа-субъединиц, и двух бета-цепей, или бета-субъединиц. Заболевание проявляется у гомозиготных индивидов, у которых обе гомологичные хромосомы несут дефектный ген бета-цепи. Гетерозиготы, которые имеют одну нормальную и одну мутантную копию гена бета-цепи, болеют в легкой форме (так как половина их молекул гемоглобина способна нормально переносить кислород). Оказалось, что у больных серповидноклеточной анемией в 6-м положении бета-цепи вместо глутаминовой кислоты находится валин. И эта единственная замена в цепи из 146 аминокислот приводит к образованию больших агрегатов мутантных молекул гемоглобина в эритроцитах, деформирующих клетку так, что она принимает форму серпа. Интересно, что ген серповидноклеточной анемии сохраняется в Африке, потому что гетеро-зиготы имеют селективное преимущество при заражении малярией, так как плазмодий не может размножаться в серповидных эритроцитах столь же эффективно, как в нормальных.
Это опять возвращает нас к ключевому вопросу: как возникают генные мутации? Еще не так давно считалось, что они возникают «спонтанно» под влиянием космических лучей, рентгеновского излучения или ультрафиолетового света. Чарлз Дарвин называл такого рода изменения «спортами» и предполагал, что их случайно порождают условия Природы. Случай действительно играет роль, — разные мутации появляются с разной частотой. Однако сейчас, после 30—40-летнего периода накопления данных по вирусологии и молекулярной биологии, тайн вокруг причин появления мутаций гораздо меньше. В начале 1980-х гг. Дарил Ренни (Renney) из Университета Ла Троуб (Мельбурн) провел очень полезный анализ этой проблемы [7]. Благодаря его работе и выполненным ранее исследованиям Нобелевских лауреатов Артура Корнберга (Komberg), Манфреда Айгена и Говарда Темина (открывшего обратную транскрипцию у РНК-содержащих опухолевых вирусов) и вирусолога Джона Холленда (Holland), мы имеем логически последовательный способ анализа механизмов возникновения генных мутаций. Все дело в точности копирования ДНК- или РНК-последовательностей по матричным молекулам ДНК или РНК, которые осуществляются четырьмя ферментами, копирующими нуклеиновые кислоты: ДНК-полимеразой, РНК-полимера-зой, РНК-репликазой и обратной транскриптазой.
Исследования на молекулярном уровне показали, что ферменты, участвующие в репликации ДНК, способны к редактированию и исправлению ошибок. Возникновение мутаций в ходе репликации ДНК — редкое событие (рис. 5.2). Максимальная частота таких мутаций, вероятно, меньше, чем 10-8, а истинная частота ошибок, вероятно, еще меньше — около 10-10 (меньше, чем одна на 10 миллиардов реплицированных оснований). Чрезвычайно высокая точность копирования информации обеспечивается ДНК-полимеразой («машиной, копирующей ДНК»), которая по мере продвижения вдоль матричной ДНК-цепи проверяет, нет ли ошибок во вновь синтезированной копии. О наличии ошибок она «узнает» по искажению двойной спирали ДНК, которое имеет место, если Т соединится с G или С с А. Обнаружив такой участок, ДНК-полимеразный ферментный комплекс вырезает неправильное основание (или группу оснований) и вставляет то, которое должно быть на этом месте (законное основание). Скорость точной репликации у бактерий примерно 500 оснований в секунду, а у высших клеток (включая клетки человека) около 50 оснований в секунду. ДНК хромосом высших клеток много длиннее, а сами хромосомы устроены намного сложнее, чем маленькие и простые бактериальные геномы. У высших клеток, в отличие от бактерий, ДНК в хромосомах образует комплекс с белками (гистонами), которые участвуют в сворачивании длинных нитей ДНК в серию петель, для того чтобы их можно было упаковать внутри ядра. Репликация ДНК начинается одновременно в нескольких сайтах (точках) каждой хромосомы, поэтому большой набор ДНК-последовательностей реплицируется за 5—20 ч.
Рис. 5.2. Частота ошибок при синтезе ДНК и РНК. Примечание: о частоте ошибок судят по частоте включения неправильного основания на одно основание за одно событие копирования (см. также рис. 2.4); дц = двухцепочечная, оц = одноцепочечная.
Вспомним, что в гл. 2 мы уже обсуждали высокий уровень ошибок при образовании РНК по матрице ДНК (транскрипции) и при образовании ДНК по матрице РНК (обратной транскрипции). Оба этих типа копирования характеризуются частотой точковых мутаций Ю-3—Ю-4, что существенно выше, чем частота ошибок при репликации ДНК (от Ю-8 до Ю-9). Неточность, большое число ошибок имеют место и при репликации генома РНК-содержащих вирусов, например, вируса гриппа. Этим объясняется быстрое генетическое изменение вируса, приводящее к пандемиям гриппа. В жизненном цикле вируса СПИДа (ВИЧ) чередуются неточные процессы копирования РНК -> ДНК (на стадии интеграции) и ДНК -> РНК (на стадии экспрессии в течение инфекционного цикла). Для этого вируса также характерна высокая частота мутаций. Таким образом, все процессы копирования, включающие одноцепочечные РНК-посредники (превращение РНК в ДНК и наоборот), идут с большим числом ошибок, при этом репарация последовательности невозможна, поскольку ферменты, осуществляющие такое неточное копирование полинуклеотидов (РНК-полимераза, обратная транс -криптаза и РНК-репликаза), как оказалось, не имеют функций проверки и исправления ошибок.
Все сказанное выше означает, что какая-то доля мутаций в ДНК может возникать в результате ошибок копирования, включающего промежуточные РНК-посредники (рис. 5.2).
Мутации, которые передаются потомкам, появляются с низкой частотой. Они возникают в половых клетках и называются генеративными. Это редкие ошибки, которым удалось ускользнуть от «проверок» ДНК-полимеразы во время репликации ДНК и упаковки ее в гаметы самцов и самок (сперматозоиды и яйцеклетки). Они могут вызывать дефекты (т. е. влиять на фенотип и состояние здоровья индивида). Например, в случае серповидцоклеточной анемии такая мутация обуславливает тяжелую патологию у гомозигот (у которых обе копии гена дефектны) и более легкую форму болезни у гетерозигот, потому что белковый продукт нормальной копии гена частично компенсирует отрицательный эффект дефектной копии.
Однако существуют варианты некоторых генов (альтернативные формы генов называют аллелями), которые не влияют на здоровье индивида, у которого они проявляются. Эти варианты составляют нормальную изменчивость в популяциях организмов, существующую, по предположению Дарвина, до того, как начинает действовать естественный отбор. Важный вопрос: как появляются эти «добрые» аллели?. Согласно неодарвинистским представлениям, все эти аллели возникли в результате случайных мутаций в ДНК зародышевой линии и сохранились в популяции (так называемом «пуле генов») вследствие естественного отбора. В гл. 7 мы постараемся дать альтернативное объяснение этого феномена в рамках теории обратной связи соматических и половых клеток.
Предполагают, что рост числа врожденных аномалий и спонтанных абортов вызван факторами окружающей среды, такими как загрязнение токсическими химическими веществами. Например, резкое повышение частоты врожденных аномалий зарегистрировано в городах, расположенных вокруг сильно загрязненного, гибнущего Аральского моря. Такие же данные имеются относительно ветеранов вьетнамской войны и жителей северного Вьетнама, подвергшихся воздействию токсичных дефолиантов. Вещества, которые действуют на гены, изменяя кодирующую ДНК-последовательность, называются мутаге-нами. Возможно, их действие основано на том, что они нарушают нормальный процесс репарации. Установлено, что в клетках бактерий и эукариот, в которых индуцировано большое число повреждений ДНК, включается склонная к ошибкам репарация. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">«Направленные мутации» и наследование соматических мутаций</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Мы описали протекающий в В-лимфоцитах процесс обратной связи V(D)J-генов, основанный на склонной к ошибкам обратной транскрипции. Он составляет основу определяемого антигеном мутирования генов антител. Все экспериментальные данные согласуются с этой теорией. Это приводит нас ко второй неоламаркистской концепции: «направленной» обратной связи генов.</p><p>Быстрое случайное мутирование, приводящее к различным измененным ДНК-последовательностям, и отбор среди них лучшей последовательности приводят к появлению «направленных соматических мутаций» — полной противоположности случайных мутаций. Играет ли эта соматическая генетическая изменчивость какую-нибудь роль в эволюции? Точнее, можно спросить: есть ли какие-нибудь свидетельства того, что приобретенные соматические мутации генов вариабельных областей могут вносить вклад в следующее поколение? Другими словами, могут ли приобретенные соматические мутации наследоваться с ДНК половых клеток? Может ли предполагаемая нами гомологичная рекомбинация приводить к переносу V-последовательности из В-лимфоцита в ДНК сперматозоидов или яйцеклеток?</p>
<p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | «Направленные мутации» и наследование соматических мутаций
Мы описали протекающий в В-лимфоцитах процесс обратной связи V(D)J-генов, основанный на склонной к ошибкам обратной транскрипции. Он составляет основу определяемого антигеном мутирования генов антител. Все экспериментальные данные согласуются с этой теорией. Это приводит нас ко второй неоламаркистской концепции: «направленной» обратной связи генов.
Быстрое случайное мутирование, приводящее к различным измененным ДНК-последовательностям, и отбор среди них лучшей последовательности приводят к появлению «направленных соматических мутаций» — полной противоположности случайных мутаций. Играет ли эта соматическая генетическая изменчивость какую-нибудь роль в эволюции? Точнее, можно спросить: есть ли какие-нибудь свидетельства того, что приобретенные соматические мутации генов вариабельных областей могут вносить вклад в следующее поколение? Другими словами, могут ли приобретенные соматические мутации наследоваться с ДНК половых клеток? Может ли предполагаемая нами гомологичная рекомбинация приводить к переносу V-последовательности из В-лимфоцита в ДНК сперматозоидов или яйцеклеток? | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Капризный каракуль</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Серый каракуль ширази — старая, можно сказать, даже древняя порода овец. Она дает смушек высокого качества и высокой цоны. Поэтому в колхозах и совхозах Средней Азии и Казахстана имеются стада, состоящие из многих тысяч голов. Взглянешь на такое стадо — душа радуется: овцы веселы и здоровы, все, кажется, замечательно. Но замечательно только для непосвященных. На деле же при чистопородном разведении, то есть при скрещивании серых с серыми, получается лишь 50% здоровых серых ягнят, а еще 25% черных, что не такая уж большая беда, потому что черный каракуль тоже дорог; но остальные двадцать пять процентов приходятся на долю серых мертворожденных или погибающих сразу после рождения — это уже неприятность большая. Четверть потомства, ежегодно гибнущая, — можно ли придумать большую печаль для специалиста-овцевода!</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_51_img_73.png"/>
</p><p><em>Скрещивание у ширази.</em></p><p>Разобрался в этом вопросе наш известный генетик, ныне доктор наук Я. Л. Глембоцкий. И на помощь ему пришла... дрозофила. Мы уже говорили о летальных рецессивных генах, приводящих к гибели часть потомства этого излюбленного модельного объекта генетиков. Оказалось, что ген, вызывающий у овец серую окраску ширази, именно таков. Как и рецессивные летали у дрозофил, в гетерозиготном состоянии он не сказывается на жизнеспособности; мало того: он оказывается доминантой по отношению к гену черной окраски. Однако стоит ему «огомозиготиться», и он приводит ягненка к гибели на ранней стадии.</p>
<p>Глембоцкий предлагает овцеводам такой выход: скрещивать черных с серыми! В этом случае сохранятся все те же 50% нормальных серых потомков, но зато остальные 50% будут хоть и черными, но живехонькими, вполне здоровыми. Понятно, что выгоднее иметь черного живого ягненка, чем серого мертвого.</p><p>Способ, предложенный Я. Л. Глембоцким, позволяет каракулеводу всегда быть на уровне моды. На каракуль,</p><p>как и на норок, мода изменчива. И вот представьте себе колхоз, где маточное стадо состоит из черных овец, а прогнозы всех знатоков моды сходятся на том, что предстоит год, когда спрос на черных смушек окажется невелик. Беда поправимая! Достаточно приобрести десяток-другой серых баранов. Искусственное осеменение, широко распространенное теперь в животноводстве, обеспечит получение половины серых ягнят от любого многотысячного стада черных маток.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Капризный каракуль
Серый каракуль ширази — старая, можно сказать, даже древняя порода овец. Она дает смушек высокого качества и высокой цоны. Поэтому в колхозах и совхозах Средней Азии и Казахстана имеются стада, состоящие из многих тысяч голов. Взглянешь на такое стадо — душа радуется: овцы веселы и здоровы, все, кажется, замечательно. Но замечательно только для непосвященных. На деле же при чистопородном разведении, то есть при скрещивании серых с серыми, получается лишь 50% здоровых серых ягнят, а еще 25% черных, что не такая уж большая беда, потому что черный каракуль тоже дорог; но остальные двадцать пять процентов приходятся на долю серых мертворожденных или погибающих сразу после рождения — это уже неприятность большая. Четверть потомства, ежегодно гибнущая, — можно ли придумать большую печаль для специалиста-овцевода!
Скрещивание у ширази.
Разобрался в этом вопросе наш известный генетик, ныне доктор наук Я. Л. Глембоцкий. И на помощь ему пришла... дрозофила. Мы уже говорили о летальных рецессивных генах, приводящих к гибели часть потомства этого излюбленного модельного объекта генетиков. Оказалось, что ген, вызывающий у овец серую окраску ширази, именно таков. Как и рецессивные летали у дрозофил, в гетерозиготном состоянии он не сказывается на жизнеспособности; мало того: он оказывается доминантой по отношению к гену черной окраски. Однако стоит ему «огомозиготиться», и он приводит ягненка к гибели на ранней стадии.
Глембоцкий предлагает овцеводам такой выход: скрещивать черных с серыми! В этом случае сохранятся все те же 50% нормальных серых потомков, но зато остальные 50% будут хоть и черными, но живехонькими, вполне здоровыми. Понятно, что выгоднее иметь черного живого ягненка, чем серого мертвого.
Способ, предложенный Я. Л. Глембоцким, позволяет каракулеводу всегда быть на уровне моды. На каракуль,
как и на норок, мода изменчива. И вот представьте себе колхоз, где маточное стадо состоит из черных овец, а прогнозы всех знатоков моды сходятся на том, что предстоит год, когда спрос на черных смушек окажется невелик. Беда поправимая! Достаточно приобрести десяток-другой серых баранов. Искусственное осеменение, широко распространенное теперь в животноводстве, обеспечит получение половины серых ягнят от любого многотысячного стада черных маток. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Видообразование и конвергенция</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Теперь нам бы хотелось обсудить значение ламарковской гипотезы об обратной связи сомы и зародышевой линии для теории видообразования и конвергенции. Помимо катастрофического исчезновения видов, например, из-за падения метеоритов или усиленной вулканической активности, наименее понятное явление эволюции живых организмов — это происхождение новых видов и планов строения, то есть возникновение новых и отличных от всех прочих жизненных форм. В своих ярких и увлекательных книгах (особенно в «Wonderful Life»), Стивен Гулд убедительно показал, насколько противоречива история жизни на Земле. «Кембрийский взрыв» многоклеточных (приблизительно 570 млн. лет назад) явился моментом возникновения многих сохранившихся до наших дней многоклеточных форм. Но в этот же геологический период происходила массовая гибель многих видов. Действительно, очевидное подлаживание выживших планов строения и видов во время такой адаптивной радиации соответствует теории прерывистого равновесия, предложенной Гулдом и его коллегой Найлзом Элдреджем (Eldredge) в 1972 г. (длинные периоды «застоя», или эволюционного постоянства, прерываются мощными эволюционными взрывами). Одна из ярких черт адаптивной радиации — отсутствие многих промежуточных форм. Майкл Дентон (Denton) подробно рассмотрел надежность подобных отрицательных данных в книге «Evolution: A Theory in Crisis», вышедшей в середине 1980-х годов. Могут ли общая теория передачи наследственной информации от сомы к зародышевой линии и концепция упражнения и неупражнения органов добавить что-либо к дискуссии о происхождении новых форм жизни? Можно ли понять, как сложные соматические приспособления переводятся в новые сложные морфологические/физиологические формы (или виды)? Другими словами, могут ли соматические мутации пройти по «каналу» от сомы к зародышевой линии за короткий период времени (одно или несколько поколений)? Теоретически подобные события могут иметь место, когда происходят резкие сдвиги в окружающей среде. В этом случае необходимо достаточно быстро (за одно поколение, чтобы новая сложная форма выжила) создать потенциально приспособленную форму, т. е. того самого «счастливого монстра», о котором писал в своей книге «The Material Basis of Evolution» в 1940-х годах эволюционный генетик Ричард Голдшмидт (Goldschmidt).</p>
<p>Однако связь соматических и половых клеток может быть только одним из возможных механизмов приспособления и создания разнообразия на этапе адаптивной радиации. Из других механизмов укажем горизонтальный перенос генов между видами. В книге «Our Place in the Cosmos» Хойл и Викрамасинг приводят доводы в пользу того, что эволюционный скачок был вызван попаданием на Землю генетического материала из другой области Солнечной системы (см. рис. 1.4). Интересные идеи относительно того, как могут в результате самоорганизации спонтанно появляться сложные упорядоченные системы высказывает Стюатр Кауфман (Kauffman) из Института Санта-Фе. Весьма плодотворной нам представляется гипотеза Линн Мар-гулис (Margulis), согласно которой решающую роль в создании разнообразия эукариотических клеток сыграл эндосимбиоз (поглощение без переваривания), заключающийся в слиянии клеток. Каждая внутриклеточная органелла, вероятно, сначала вела независимую жизнь, но потом стала полностью зависимым симбионтом для блага клетки. Вполне возможно, что явление независимой конвергенции форм или физиологических характеристик у не-родственных видов (и даже у разных родов) может быть объяснено передачей информации от сомы к зародышевой линии. Но опять-таки такая реконструкция должна была бы рассматриваться вместе с взаимодействием (горизонтальные «перекрестные инфекции») генов и клеток, как это только что были описано. Для установившегося вида, чувствительная к окружав ющей среде обратная связь сомы и зародышевой линии может! иметь большую эволюционную значимость, потому что она позволяет геному быстро и эффективно «отслеживать среду».</p><p>Другими словами, в долгие периоды покоя ламарковская обратная связь сомы и зародышевой линии может приводить к адаптивной настройке, позволяя видам занять свою нишу.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Видообразование и конвергенция
Теперь нам бы хотелось обсудить значение ламарковской гипотезы об обратной связи сомы и зародышевой линии для теории видообразования и конвергенции. Помимо катастрофического исчезновения видов, например, из-за падения метеоритов или усиленной вулканической активности, наименее понятное явление эволюции живых организмов — это происхождение новых видов и планов строения, то есть возникновение новых и отличных от всех прочих жизненных форм. В своих ярких и увлекательных книгах (особенно в «Wonderful Life»), Стивен Гулд убедительно показал, насколько противоречива история жизни на Земле. «Кембрийский взрыв» многоклеточных (приблизительно 570 млн. лет назад) явился моментом возникновения многих сохранившихся до наших дней многоклеточных форм. Но в этот же геологический период происходила массовая гибель многих видов. Действительно, очевидное подлаживание выживших планов строения и видов во время такой адаптивной радиации соответствует теории прерывистого равновесия, предложенной Гулдом и его коллегой Найлзом Элдреджем (Eldredge) в 1972 г. (длинные периоды «застоя», или эволюционного постоянства, прерываются мощными эволюционными взрывами). Одна из ярких черт адаптивной радиации — отсутствие многих промежуточных форм. Майкл Дентон (Denton) подробно рассмотрел надежность подобных отрицательных данных в книге «Evolution: A Theory in Crisis», вышедшей в середине 1980-х годов. Могут ли общая теория передачи наследственной информации от сомы к зародышевой линии и концепция упражнения и неупражнения органов добавить что-либо к дискуссии о происхождении новых форм жизни? Можно ли понять, как сложные соматические приспособления переводятся в новые сложные морфологические/физиологические формы (или виды)? Другими словами, могут ли соматические мутации пройти по «каналу» от сомы к зародышевой линии за короткий период времени (одно или несколько поколений)? Теоретически подобные события могут иметь место, когда происходят резкие сдвиги в окружающей среде. В этом случае необходимо достаточно быстро (за одно поколение, чтобы новая сложная форма выжила) создать потенциально приспособленную форму, т. е. того самого «счастливого монстра», о котором писал в своей книге «The Material Basis of Evolution» в 1940-х годах эволюционный генетик Ричард Голдшмидт (Goldschmidt).
Однако связь соматических и половых клеток может быть только одним из возможных механизмов приспособления и создания разнообразия на этапе адаптивной радиации. Из других механизмов укажем горизонтальный перенос генов между видами. В книге «Our Place in the Cosmos» Хойл и Викрамасинг приводят доводы в пользу того, что эволюционный скачок был вызван попаданием на Землю генетического материала из другой области Солнечной системы (см. рис. 1.4). Интересные идеи относительно того, как могут в результате самоорганизации спонтанно появляться сложные упорядоченные системы высказывает Стюатр Кауфман (Kauffman) из Института Санта-Фе. Весьма плодотворной нам представляется гипотеза Линн Мар-гулис (Margulis), согласно которой решающую роль в создании разнообразия эукариотических клеток сыграл эндосимбиоз (поглощение без переваривания), заключающийся в слиянии клеток. Каждая внутриклеточная органелла, вероятно, сначала вела независимую жизнь, но потом стала полностью зависимым симбионтом для блага клетки. Вполне возможно, что явление независимой конвергенции форм или физиологических характеристик у не-родственных видов (и даже у разных родов) может быть объяснено передачей информации от сомы к зародышевой линии. Но опять-таки такая реконструкция должна была бы рассматриваться вместе с взаимодействием (горизонтальные «перекрестные инфекции») генов и клеток, как это только что были описано. Для установившегося вида, чувствительная к окружав ющей среде обратная связь сомы и зародышевой линии может! иметь большую эволюционную значимость, потому что она позволяет геному быстро и эффективно «отслеживать среду».
Другими словами, в долгие периоды покоя ламарковская обратная связь сомы и зародышевой линии может приводить к адаптивной настройке, позволяя видам занять свою нишу. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Чудесное удвоение</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Сорта табака Дюбек-7, Дюбек-287 настолько хороши, что даже в лучшие из сигарет их добавляют, как правило, не более 5%. Между тем еще недавно замечательные дюбеки сильно страдали, поражаемые заболеваниями. «Оздоровил» их селекционер М. Ф. Терновский. Однако, чтобы понять, как он работал, нужно вернуться назад, к 1927 году, к трудам генетика Г. Д. Карпетченко, по стопам которого шел Терновский. Карпетченко получил отдаленный гибрид между капустой и редькой. По всем законам, он должен быть бесплодным, потому что у родительских видов хромосомы разные, с разными генами. Но Карпетченко заставил свой гибрид плодоносить. Он удвоил число хромосом. В этом случае каждая из хромосом имела в генотипе своего гомолога, и препятствия для плодовитости устранялись.</p><p>То, что было трудно во времена, когда работал Карпетченко, в наши дни упростилось. Если у Карпетченко удвоение числа хромосом было в значительной мере счастливой случайностью, то сейчас генетик добивается этого у растений уже довольно легко: действует на семена колхицином. Все это и имел в виду Терновский, когда приступал к скрещиванию культурных сортов табака с дикими, обладающими иммунитетом. Удвоение числа хромосом привело к образованию плодовитых табаков, а дальнейшая работа по отбору и скрещиванию дала сорта, обладающие качествами лучших табаков мира и в то же время иммунитетом к двум важнейшим болезням: мучнистой росе и табачной мозаике.</p>
<p>Что такое наша культурная слива?</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_53_img_75.png"/>
</p><p><em>Получение амфидиплоидов. Исходные формы отличаются по числу хромосом. Поэтому у гибрида некоторые из хромосом не имеют партнера. После удвоения хромосом под действием колхицина каждая из них оказывается парной.</em></p><p>В диком виде она не встречается. Ученые предположили, что культурная слива возникла от скрещивания терна и алычи.</p><p>В. А. Рыбин проверил это теоретическое предположение. Оно подтвердилось: полученный им гибрид оказался культурной сливой. Это интересно не только с теоретической точки зрения: ведь в селекцию сливы можно включить, например, многие формы алычи, зимостойкие растения.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Чудесное удвоение
Сорта табака Дюбек-7, Дюбек-287 настолько хороши, что даже в лучшие из сигарет их добавляют, как правило, не более 5%. Между тем еще недавно замечательные дюбеки сильно страдали, поражаемые заболеваниями. «Оздоровил» их селекционер М. Ф. Терновский. Однако, чтобы понять, как он работал, нужно вернуться назад, к 1927 году, к трудам генетика Г. Д. Карпетченко, по стопам которого шел Терновский. Карпетченко получил отдаленный гибрид между капустой и редькой. По всем законам, он должен быть бесплодным, потому что у родительских видов хромосомы разные, с разными генами. Но Карпетченко заставил свой гибрид плодоносить. Он удвоил число хромосом. В этом случае каждая из хромосом имела в генотипе своего гомолога, и препятствия для плодовитости устранялись.
То, что было трудно во времена, когда работал Карпетченко, в наши дни упростилось. Если у Карпетченко удвоение числа хромосом было в значительной мере счастливой случайностью, то сейчас генетик добивается этого у растений уже довольно легко: действует на семена колхицином. Все это и имел в виду Терновский, когда приступал к скрещиванию культурных сортов табака с дикими, обладающими иммунитетом. Удвоение числа хромосом привело к образованию плодовитых табаков, а дальнейшая работа по отбору и скрещиванию дала сорта, обладающие качествами лучших табаков мира и в то же время иммунитетом к двум важнейшим болезням: мучнистой росе и табачной мозаике.
Что такое наша культурная слива?
Получение амфидиплоидов. Исходные формы отличаются по числу хромосом. Поэтому у гибрида некоторые из хромосом не имеют партнера. После удвоения хромосом под действием колхицина каждая из них оказывается парной.
В диком виде она не встречается. Ученые предположили, что культурная слива возникла от скрещивания терна и алычи.
В. А. Рыбин проверил это теоретическое предположение. Оно подтвердилось: полученный им гибрид оказался культурной сливой. Это интересно не только с теоретической точки зрения: ведь в селекцию сливы можно включить, например, многие формы алычи, зимостойкие растения. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Расы и гены</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Для генетика не существует расовой проблемы. Различия между расами только в генах.</p><p>Вот схема наследования цвета кожи. Разница в двух генных парах. У людей белой расы эти два гена представлены «светлыми» вариантами, у негров — «темными». В результате расщеплений получаются белые, негры, а также мулаты трех категорий — светлые, средние и темные. Первое поколение — средние мулаты. Во втором поколении доминирование промежуточное, а так как обе пары генов вполне равноправны, то распределение по фенотипам здесь своеобразное, формула изменяется: 1 : 4 : 6 : 4 : 1. Меньше всего оказывается гомозигот: чисто белых и чисто черных (1 + 1). В четыре раза больше темных и светлых мулатов (4 + 4). А самая многочисленная группа — средние по цвету кожи мулаты (6) — повторяет фенотип первого поколения. Очень хорошее представление об этом дают рисунки. Возле них в квадратиках гены «темные» и «белые». Наличие трех «темных» и одного «светлого» гена даст темного мулата, два «темных» и два «светлых» — среднего, три «светлых» и один «темный» — светлого мулата.</p>
<p>Советую, чтобы было нагляднее, изобразить решетку Пеннета и в квадратах ее написать, какой фенотип получится при том или ином сочетании гамет. Гаметы же, учитывая равноправие каждой из пар генов, будут такими: <em>ТТ</em>, <em>ТС</em>, <em>СТ</em>, <em>СС</em>, где <em>Т</em> — любой из «темных» генов, <em>С</em> — любой из «светлых».</p><p>Всего двумя парами генов определяется различие в цвете кожи! Если учесть, что генов у человека сотни тысяч, быть может миллионы, станет ясным — различия невелики, непринципиальны, недостаточны для того, чтобы воздвигнуть между черными и белыми реальные границы!</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_68_img_87.png"/>
</p><p><em>Схема наследования цвета кожи.</em></p><p>Значит ли это, что нет других генных различий между расами? Вовсе не значит. Такие различия есть, быть может, наберется и сотня различающихся генов, однако сути дела это никак не меняет. Человечество едино, и ни одной из рас нельзя отдать предпочтение. Это касается не только облика, внешности, но и способностей.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Расы и гены
Для генетика не существует расовой проблемы. Различия между расами только в генах.
Вот схема наследования цвета кожи. Разница в двух генных парах. У людей белой расы эти два гена представлены «светлыми» вариантами, у негров — «темными». В результате расщеплений получаются белые, негры, а также мулаты трех категорий — светлые, средние и темные. Первое поколение — средние мулаты. Во втором поколении доминирование промежуточное, а так как обе пары генов вполне равноправны, то распределение по фенотипам здесь своеобразное, формула изменяется: 1 : 4 : 6 : 4 : 1. Меньше всего оказывается гомозигот: чисто белых и чисто черных (1 + 1). В четыре раза больше темных и светлых мулатов (4 + 4). А самая многочисленная группа — средние по цвету кожи мулаты (6) — повторяет фенотип первого поколения. Очень хорошее представление об этом дают рисунки. Возле них в квадратиках гены «темные» и «белые». Наличие трех «темных» и одного «светлого» гена даст темного мулата, два «темных» и два «светлых» — среднего, три «светлых» и один «темный» — светлого мулата.
Советую, чтобы было нагляднее, изобразить решетку Пеннета и в квадратах ее написать, какой фенотип получится при том или ином сочетании гамет. Гаметы же, учитывая равноправие каждой из пар генов, будут такими: ТТ, ТС, СТ, СС, где Т — любой из «темных» генов, С — любой из «светлых».
Всего двумя парами генов определяется различие в цвете кожи! Если учесть, что генов у человека сотни тысяч, быть может миллионы, станет ясным — различия невелики, непринципиальны, недостаточны для того, чтобы воздвигнуть между черными и белыми реальные границы!
Схема наследования цвета кожи.
Значит ли это, что нет других генных различий между расами? Вовсе не значит. Такие различия есть, быть может, наберется и сотня различающихся генов, однако сути дела это никак не меняет. Человечество едино, и ни одной из рас нельзя отдать предпочтение. Это касается не только облика, внешности, но и способностей. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Эпигенетическое наследование</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Нашу экспериментальную и теоретическую работу по «ретрогенетике» V-генов иммунной системы можно рассматривать как пример жесткого наследования, затрагивающего генетическую информацию, воплощенную в последовательности оснований ДНК. Однако существуют и другие формы структурного и функционального наследования у животных, растений и свободно-живущих одноклеточных организмов, разные этапы которых не включают прямого изменения последовательности оснований в ДНК. Существует обширная литература о таких явлениях, кстати широко распространенных у растений. Мы их не касались в этой книге не потому, что мы не считаем их важными для понимания происхождения эволюционно значимых признаков. Просто нашей целью было обсуждение проницаемости барьера Вейсмана, так как это дает самые яркие примеры ламарковско-го феномена, который вовсе не отвергает установленных принципов генетики и естественного отбора. Эта тема была прекрасно освещена в книге Евы Яблонки ( Jablonka) и Марион Лам (Lamb) Epigenetic Inheritance and Evolution: The Lamarckian Dimension (1994) («Эпигенетическое наследование и эволюция: ламаркистское измерение»).</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Эпигенетическое наследование
Нашу экспериментальную и теоретическую работу по «ретрогенетике» V-генов иммунной системы можно рассматривать как пример жесткого наследования, затрагивающего генетическую информацию, воплощенную в последовательности оснований ДНК. Однако существуют и другие формы структурного и функционального наследования у животных, растений и свободно-живущих одноклеточных организмов, разные этапы которых не включают прямого изменения последовательности оснований в ДНК. Существует обширная литература о таких явлениях, кстати широко распространенных у растений. Мы их не касались в этой книге не потому, что мы не считаем их важными для понимания происхождения эволюционно значимых признаков. Просто нашей целью было обсуждение проницаемости барьера Вейсмана, так как это дает самые яркие примеры ламарковско-го феномена, который вовсе не отвергает установленных принципов генетики и естественного отбора. Эта тема была прекрасно освещена в книге Евы Яблонки ( Jablonka) и Марион Лам (Lamb) Epigenetic Inheritance and Evolution: The Lamarckian Dimension (1994) («Эпигенетическое наследование и эволюция: ламаркистское измерение»). | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Изучение родословных</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Приветствую тебя, мой родовитый читатель! Ты — потомок Владимира Мономаха и Юлия Цезаря, Александра Македонского, а может быть, и Чингис-хана. Думаешь, я шучу? Ни в коем случае! Каждое поколение — это около тридцати лет, так в генетике принято. За тысячу лет сменилось приблизительно 33 поколения. У каждого из нас двое родителей, четверо дедов, восемь прадедов, прапрадедов уже шестнадцать. Ну-ка подсчитай сам, сколько предков у тебя в тридцать третьем колене! Их окажется во много раз больше, чем было в ту пору — 1000 лет назад — людей на земле. Это доказывает, что все мы в конечном итоге родственники и все баснословно знатны! В прошлом веке жил Томас Гексли, друг и сподвижник Дарвина, «цепной пес дарвинизма», как он сам называл себя. Это был великолепный спорщик, он непрерывно вел диспуты с противниками Дарвина, и на одном диспуте он бросил в лицо своему оппоненту, епископу, такие слова: «Я горжусь своей бабушкой обезьяной!» Это была полушутка, однако в ней зерно истины — все люди Земли уже потому знатны и равны, что ведут начало от общих предков.</p>
<p>Человек — вершина эволюционной лестницы на Земле. Однако в генетическом отношении он подчинен большинству законов, которым подчинено живое.</p><p>Как и у всех других организмов, у человека есть рецессивные, полудоминантные и доминантные признаки. Так, черные и карие глаза доминируют над голубыми, а рыжие волосы всегда рецессив. Но вот курчавость известна как доминантная, так и рецессивная.</p><p>Большое значение для генетики человека имеет изучение родословных. В качестве примера возьмем совсем простенькую родословную. Кружками на ней обозначены женщины, квадратиками мужчины. Зачерненный кружок или квадрат означает носителя интересующего исследователя признака, в данном случае доминантного. Обратите внимание на потомков 4 и 5 в третьем ряду. Это идентичные близнецы, что обозначено общей черточкой, ведущей к ним от основного ствола. Потомки 6 и 7 в том же ряду тоже близнецы, однако разнояйцевые, неидентичные.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_59_img_80.png"/>
</p><p><em>Родословная (три поколения)</em></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_59_img_81.png"/>
</p><p>Родословная семьи с признаком «шерстистые волосы».</p><p>А на следующей родословной, уже широко разветвленной, изображена семья, наделенная признаком «шерстистые волосы». Такие волосы не растут длинными — они секутся. Эту родословную я привожу для любителей самостоятельных задач. Тут есть что посчитать и над чем подумать. Ответьте на следующие вопросы: 1) доминантен или рецессивен признак? 2) каковы соотношения в потомстве гетерозиготы? 3) сцеплен пли не сцеплен с полом признак? 4) есть ли различия в наследовании признака женщинами и мужчинами? А помимо этих вопросов, на примере родословной можно решать и другие. Какие — подумайте, пролистав эту книгу.</p><p>В виде ромбиков изображены потомки, погибшие в раннем детстве или такие, характер волос у которых установить почему-либо не удалось.</p><p>Генетиков интересуют любые родословные, независимо от класса и социального положения семьи. Однако по понятным причинам часто наиболее подробны, детальны княжеские, императорские, царские родословные. Вглядываясь в них, генетик удивляется не родовитости того или иного царя: с генетической точки зрения любой ген любого человека блистательно родовит, ведь за ним история развития, насчитывающая много миллионов лет. В императорских родословных генетик ищет уклоняющиеся от нормы признаки, наследование которых легко проследить. Такова, например, габсбургская нижняя губа — выпяченная вперед и сильно раздутая, на вид уродливая. Первый, у кого ее удалось обнаружить, был император Максимилиан (XVII — XVIII вв.), последним же оказался эрцгерцог Альберт (XIX в.). А царская фамилия Романовых интересовала генетиков из-за гемофилии, которой болел наследник Николая II — Алексей. Гемофилия — наследственное заболевание, вызванное рецессивным геном, локализованным в половой хромосоме. Женщина, больная гемофилией, выявлена за всю историю только одна. Это понятно: у женщин две <em>Х</em>-хромосомы, и чтобы гены, несущие гемофилию, оказались в гомозиготе, нужен исключительно редкий брак больного гемофилией с женщиной, гетерозиготной по этому гену. Но зато половина сыновей гетерозиготной женщины обязательно будут гемофиликами: у мужчин <em>Х-</em>хромосома одна и рецессив проявляется. Откуда взялась гемофилия у Романовых, удалось проследить. Начало ей положила английская королева Виктория. Будучи гетерозиготной, она была совершенно здорова и дожила до преклонного возраста. Однако у нее был сын гемофилик и две дочери — носительницы этого гена. Выдав дочерей замуж, Виктория «осчастливила» этими генами царствующие в те времена в Испании и России фамилии.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_59_img_82.png"/>
</p><p><em>Увеличенная нижняя губа Габсбургов — признак, сохранившийся в династии с XVII по XIX век.</em></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_59_img_83.png"/>
</p><p><em>Родословная гемофилии в семье Романовых.</em></p><p>Жена Николая II была внучкой Виктории. Она-то и передала гемофилию наследнику. А болезнь эта страшная: кровь лишается способности свертываться и малейшая царапина может привести к невосполнимым кровопотерям.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Изучение родословных
Приветствую тебя, мой родовитый читатель! Ты — потомок Владимира Мономаха и Юлия Цезаря, Александра Македонского, а может быть, и Чингис-хана. Думаешь, я шучу? Ни в коем случае! Каждое поколение — это около тридцати лет, так в генетике принято. За тысячу лет сменилось приблизительно 33 поколения. У каждого из нас двое родителей, четверо дедов, восемь прадедов, прапрадедов уже шестнадцать. Ну-ка подсчитай сам, сколько предков у тебя в тридцать третьем колене! Их окажется во много раз больше, чем было в ту пору — 1000 лет назад — людей на земле. Это доказывает, что все мы в конечном итоге родственники и все баснословно знатны! В прошлом веке жил Томас Гексли, друг и сподвижник Дарвина, «цепной пес дарвинизма», как он сам называл себя. Это был великолепный спорщик, он непрерывно вел диспуты с противниками Дарвина, и на одном диспуте он бросил в лицо своему оппоненту, епископу, такие слова: «Я горжусь своей бабушкой обезьяной!» Это была полушутка, однако в ней зерно истины — все люди Земли уже потому знатны и равны, что ведут начало от общих предков.
Человек — вершина эволюционной лестницы на Земле. Однако в генетическом отношении он подчинен большинству законов, которым подчинено живое.
Как и у всех других организмов, у человека есть рецессивные, полудоминантные и доминантные признаки. Так, черные и карие глаза доминируют над голубыми, а рыжие волосы всегда рецессив. Но вот курчавость известна как доминантная, так и рецессивная.
Большое значение для генетики человека имеет изучение родословных. В качестве примера возьмем совсем простенькую родословную. Кружками на ней обозначены женщины, квадратиками мужчины. Зачерненный кружок или квадрат означает носителя интересующего исследователя признака, в данном случае доминантного. Обратите внимание на потомков 4 и 5 в третьем ряду. Это идентичные близнецы, что обозначено общей черточкой, ведущей к ним от основного ствола. Потомки 6 и 7 в том же ряду тоже близнецы, однако разнояйцевые, неидентичные.
Родословная (три поколения)
Родословная семьи с признаком «шерстистые волосы».
А на следующей родословной, уже широко разветвленной, изображена семья, наделенная признаком «шерстистые волосы». Такие волосы не растут длинными — они секутся. Эту родословную я привожу для любителей самостоятельных задач. Тут есть что посчитать и над чем подумать. Ответьте на следующие вопросы: 1) доминантен или рецессивен признак? 2) каковы соотношения в потомстве гетерозиготы? 3) сцеплен пли не сцеплен с полом признак? 4) есть ли различия в наследовании признака женщинами и мужчинами? А помимо этих вопросов, на примере родословной можно решать и другие. Какие — подумайте, пролистав эту книгу.
В виде ромбиков изображены потомки, погибшие в раннем детстве или такие, характер волос у которых установить почему-либо не удалось.
Генетиков интересуют любые родословные, независимо от класса и социального положения семьи. Однако по понятным причинам часто наиболее подробны, детальны княжеские, императорские, царские родословные. Вглядываясь в них, генетик удивляется не родовитости того или иного царя: с генетической точки зрения любой ген любого человека блистательно родовит, ведь за ним история развития, насчитывающая много миллионов лет. В императорских родословных генетик ищет уклоняющиеся от нормы признаки, наследование которых легко проследить. Такова, например, габсбургская нижняя губа — выпяченная вперед и сильно раздутая, на вид уродливая. Первый, у кого ее удалось обнаружить, был император Максимилиан (XVII — XVIII вв.), последним же оказался эрцгерцог Альберт (XIX в.). А царская фамилия Романовых интересовала генетиков из-за гемофилии, которой болел наследник Николая II — Алексей. Гемофилия — наследственное заболевание, вызванное рецессивным геном, локализованным в половой хромосоме. Женщина, больная гемофилией, выявлена за всю историю только одна. Это понятно: у женщин две Х-хромосомы, и чтобы гены, несущие гемофилию, оказались в гомозиготе, нужен исключительно редкий брак больного гемофилией с женщиной, гетерозиготной по этому гену. Но зато половина сыновей гетерозиготной женщины обязательно будут гемофиликами: у мужчин Х-хромосома одна и рецессив проявляется. Откуда взялась гемофилия у Романовых, удалось проследить. Начало ей положила английская королева Виктория. Будучи гетерозиготной, она была совершенно здорова и дожила до преклонного возраста. Однако у нее был сын гемофилик и две дочери — носительницы этого гена. Выдав дочерей замуж, Виктория «осчастливила» этими генами царствующие в те времена в Испании и России фамилии.
Увеличенная нижняя губа Габсбургов — признак, сохранившийся в династии с XVII по XIX век.
Родословная гемофилии в семье Романовых.
Жена Николая II была внучкой Виктории. Она-то и передала гемофилию наследнику. А болезнь эта страшная: кровь лишается способности свертываться и малейшая царапина может привести к невосполнимым кровопотерям. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Самцы и самки — 1:1</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Обязательные для высокоорганизованных живых существ различия между самцами и самками, конечно, уже давно обратили на себя внимание генетиков. Чем это различие вызвано, как оно наследственно обусловлено? Ответ на эти вопросы был найден еще до работ школы Моргана, причем именно этот ответ явился первым веским доводом в пользу хромосомной теории наследственности.</p><p>Самец у дрозофилы мельче самки, кончик брюшка у него заострен, окраска последних сегментов темнее, сливается в сплошное черное поле. Есть и другие различия, как внешние, так и внутренние, как в строении, так и в жизнедеятельности, в физиологии организма. Но если есть большие различия, должна быть разница и в наследственных задатках.</p><p>Как ее выявить?</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_24_img_37.png"/>
</p><p><em>1 : 1 у дрозофилы</em></p><p>Мы уже привыкли, изучая наследственность, обращать внимание прежде всего на численные соотношения. Если сосчитать число самок и самцов в потомстве дрозофил, то окажется, что соотношения их 1:1, то есть в потомстве получается 50% самок и 50% самцов. Что это за соотношение?</p>
<p>Оно нам знакомо. Вспомним, что возникало оно при возвратных скрещиваниях, то есть в случаях, когда мы скрещивали геторозиготу с гомозиготой. Но каким образом оно возникает здесь?</p><p>Если взглянуть на хромосомные наборы дрозофилы самца и самки, различия будут четко видны. У дрозофилы восемь хромосом, причем три из них — вторая, третья и четвертая— у обоих полов парные, а вот с первой хромосомой дело обстоит иначе. Первая хромосома парная лишь у самки. Здесь две совершенно одинаковых палочки, каждая из которых — зеркальное отражение своего партнера. Иначе у самца. У него тоже есть одна хромосома, ничем не отличающаяся от хромосом самки. Однако партнер у нее совершенно иной — это хромосома в виде палочки с крючком. Парные хромосомы самки принято обозначать через латинские буквы <em>X</em> (икс). Тогда формула самки будет <em>XX</em>. У самца только одна <em>Х</em>-хромосома, а ее партнер, хромосома с крючком, обозначается через латинскую букву <em>Y</em> (игрек). Иначе говоря, формула самца <em>XY</em>. Самка гомозиготна по половой хромосоме, самец гетерозиготен. Отсюда уже легко понять, как возникает соотношение 1 : 1. Для этого достаточно написать формулы скрещивания. Самки обозначаются значком
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_24_img_38.png"/>
(зеркало Венеры), самцы —
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_24_img_39.png"/>
(меч Марса). Скрещивание будет выглядеть так:</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_24_img_40.png"/>
<em>XX ?</em>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_24_img_41.png"/>
<em>XY</em></p><p>Гаметы самки будут <em>X</em> и <em>X</em>, гаметы самца — <em>X</em> и <em>Y</em>, Комбинируясь, согласно закону Менделя, независимо, гаметы эти дадут равное число потомков двух типов: 50% <em>XX</em> — самок и 50% <em>ХY</em> — самцов.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_24_img_42.jpeg"/>
</p><p><em>Рецессивы и доминанты (Р — рецессивы; Д — доминанты).</em></p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_24_img_43.jpeg"/>
</p><p><em>Пестрый и белый павлины — доминантный и рецессивный признаки.</em></p><p>Вот откуда оно берется, соотношение 1:1.</p><p>Этот тип наследования пола носит название дрозофила-тип. Точно так же, как у дрозофилы, происходит наследственное определение пола у многих других организмов, в том числе у всех млекопитающих, включая и человека. Здесь также женский пол гомозиготен по половой хромосоме и формула его <em>XX</em>. А мужской пол гетерозиготен — <em>XY</em>.</p><p>Обратная картина наблюдается в классе птиц. У них, напротив, гомозиготен по половым хромосомам мужской пол, а женский гетерозиготен. Понятно, что это не меняет механизма наследования: результат тот же, 1 : 1. Просмотрите внимательно схему наследования у кур, и вы убедитесь в этом.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_24_img_44.png"/>
</p><p><em>1 : 1 у кур.</em></p><p>Любопытны в отношении наследования пола живородящие зубастые карпы, те самые рыбы, к которым относятся гуппи. У гуппи четко выраженный дрозофила-тип: самки гомозиготны по половой хромосоме, самцы гетерозиготны. Это легко проверить на опыте. Дело в том, что в <em>Y</em>-хромосоме самца сосредоточены почти все гены окраски корпуса. А это значит, что независимо от породы, к которой принадлежит самка, основной рисунок корпуса у сыновей будет повторять рисунок отца, и так из поколения в поколение.</p><p>Однако у родственницы гуппи, живородящей рыбки пецилии (по-латыни она называется ксифофорус макулятус), уже иной тип, птичий: гомозиготны по половой хромосоме самцы, самки же гетерозиготны. А у меченосцев, ближайших родственников пецилии, и вовсе нет генетического механизма наследования пола. Все хромосомы у них одинаковые. С этими меченосцами генетики не мало возились и в конечном итоге пришли к выводу, что определение пола у них феногенетическое — зависит от условии развития.</p><p>О чем говорит этот разнобой, существующий у зубастых карпов? Думаю, что прежде всего о том, что генетический механизм определения пола — довольно позднее эволюционное приобретение. На ранних этапах эволюции его нет, потом он формируется у разных организмов по-разному, а окончательно устанавливается уже у относительно высокоразвитых существ.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Самцы и самки — 1:1
Обязательные для высокоорганизованных живых существ различия между самцами и самками, конечно, уже давно обратили на себя внимание генетиков. Чем это различие вызвано, как оно наследственно обусловлено? Ответ на эти вопросы был найден еще до работ школы Моргана, причем именно этот ответ явился первым веским доводом в пользу хромосомной теории наследственности.
Самец у дрозофилы мельче самки, кончик брюшка у него заострен, окраска последних сегментов темнее, сливается в сплошное черное поле. Есть и другие различия, как внешние, так и внутренние, как в строении, так и в жизнедеятельности, в физиологии организма. Но если есть большие различия, должна быть разница и в наследственных задатках.
Как ее выявить?
1 : 1 у дрозофилы
Мы уже привыкли, изучая наследственность, обращать внимание прежде всего на численные соотношения. Если сосчитать число самок и самцов в потомстве дрозофил, то окажется, что соотношения их 1:1, то есть в потомстве получается 50% самок и 50% самцов. Что это за соотношение?
Оно нам знакомо. Вспомним, что возникало оно при возвратных скрещиваниях, то есть в случаях, когда мы скрещивали геторозиготу с гомозиготой. Но каким образом оно возникает здесь?
Если взглянуть на хромосомные наборы дрозофилы самца и самки, различия будут четко видны. У дрозофилы восемь хромосом, причем три из них — вторая, третья и четвертая— у обоих полов парные, а вот с первой хромосомой дело обстоит иначе. Первая хромосома парная лишь у самки. Здесь две совершенно одинаковых палочки, каждая из которых — зеркальное отражение своего партнера. Иначе у самца. У него тоже есть одна хромосома, ничем не отличающаяся от хромосом самки. Однако партнер у нее совершенно иной — это хромосома в виде палочки с крючком. Парные хромосомы самки принято обозначать через латинские буквы X (икс). Тогда формула самки будет XX. У самца только одна Х-хромосома, а ее партнер, хромосома с крючком, обозначается через латинскую букву Y (игрек). Иначе говоря, формула самца XY. Самка гомозиготна по половой хромосоме, самец гетерозиготен. Отсюда уже легко понять, как возникает соотношение 1 : 1. Для этого достаточно написать формулы скрещивания. Самки обозначаются значком (зеркало Венеры), самцы — (меч Марса). Скрещивание будет выглядеть так:
XX ? XY
Гаметы самки будут X и X, гаметы самца — X и Y, Комбинируясь, согласно закону Менделя, независимо, гаметы эти дадут равное число потомков двух типов: 50% XX — самок и 50% ХY — самцов.
Рецессивы и доминанты (Р — рецессивы; Д — доминанты).
Пестрый и белый павлины — доминантный и рецессивный признаки.
Вот откуда оно берется, соотношение 1:1.
Этот тип наследования пола носит название дрозофила-тип. Точно так же, как у дрозофилы, происходит наследственное определение пола у многих других организмов, в том числе у всех млекопитающих, включая и человека. Здесь также женский пол гомозиготен по половой хромосоме и формула его XX. А мужской пол гетерозиготен — XY.
Обратная картина наблюдается в классе птиц. У них, напротив, гомозиготен по половым хромосомам мужской пол, а женский гетерозиготен. Понятно, что это не меняет механизма наследования: результат тот же, 1 : 1. Просмотрите внимательно схему наследования у кур, и вы убедитесь в этом.
1 : 1 у кур.
Любопытны в отношении наследования пола живородящие зубастые карпы, те самые рыбы, к которым относятся гуппи. У гуппи четко выраженный дрозофила-тип: самки гомозиготны по половой хромосоме, самцы гетерозиготны. Это легко проверить на опыте. Дело в том, что в Y-хромосоме самца сосредоточены почти все гены окраски корпуса. А это значит, что независимо от породы, к которой принадлежит самка, основной рисунок корпуса у сыновей будет повторять рисунок отца, и так из поколения в поколение.
Однако у родственницы гуппи, живородящей рыбки пецилии (по-латыни она называется ксифофорус макулятус), уже иной тип, птичий: гомозиготны по половой хромосоме самцы, самки же гетерозиготны. А у меченосцев, ближайших родственников пецилии, и вовсе нет генетического механизма наследования пола. Все хромосомы у них одинаковые. С этими меченосцами генетики не мало возились и в конечном итоге пришли к выводу, что определение пола у них феногенетическое — зависит от условии развития.
О чем говорит этот разнобой, существующий у зубастых карпов? Думаю, что прежде всего о том, что генетический механизм определения пола — довольно позднее эволюционное приобретение. На ранних этапах эволюции его нет, потом он формируется у разных организмов по-разному, а окончательно устанавливается уже у относительно высокоразвитых существ. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Эволюция сознания</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Возникновение сознания — самый значительный результат эволюции жизни на Земле. Даже если разум возник по воле «слепого случая», сейчас — это реальный факт, и он должен быть включен в любой сценарий дальнейшего эволюционного пути человечества. Значение этого факта выразилось в создании нового журнала <em>Journal of Consciousness Studies,</em> посвященного исключительно этой теме, и в интересных идеях об «антропоцентричном ментальном реализме» и общей роли сознания в эволюции Вселенной, высказанных Гэри Ричард -соном (Richardson), философом из Блю Маунтинз в Австралии. То, что человек овладевает генетическим инструментарием, безусловно будет иметь социальные и экологические последствия.</p><p>Какое отношение к этому имеет соматический отбор и обратная связь сомы и зародышевой линии? Если эти процессы носят универсальный характер, нам следует исключить те действия и условия жизни, которые могут вести к генетическим нарушениям. В этом отношении уже осуществляются соответствующие общественные программы (что имеет смысл как при неоламаркистской, так и при неодарвинистской парадигме).</p>
<p>Этические последствия также очень существенны. В соответствии с неодарвинистской парадигмой внешняя среда производит проверку возникающих случайных мутаций в зародышевой линии, из которых формируется наше будущее генетическое наследство. Если общие идеи, вытекающие из теории соматического отбора, подтвердятся для большего числа семейств генов, придется также считаться с организменными, или внутренними, «агентами изменения» — факторами, воздействующими на нашу наследственность. Если мы сочтем, что барьер Вейсмана пошатнулся (хотя бы теоретически), надо будет с серьезностью отнестись к гипотезе о том, что наши идеи и жизненная философия (через выбор образа жизни) могут воздействовать на наш будущий генетический багаж. Возможно, что мы не только лучше поймем наше генетическое «настоящее», но и сможем планировать наше генетическое будущее. Несомненно, мы уже способны создавать новый генетический материал. Но данная идея идет гораздо дальше современной «генной терапии» и заставляет нас направить свои мысли вперед, в то время, когда сознательный выбор образа жизни станет частью «семейной евгеники».</p><p>Наша цель состоит не в том, чтобы подробно останавливаться на этих вопросах, а в том, чтобы указать на возможную связь межцу нашими представлениями о том, как следует жить, и нашим генофондом. Эта возможность ставит перед нами множество этических и философских проблем. Этические убеждения, в конце концов, — это общественная структура, обусловленная многими факторами. Но что, если наш генофонд, в конечном итоге, тоже «общественная структура», обусловленная нашим сознанием? Возможно, обе эти структуры тесно связаны и на протяжении эволюции действуют, усиливая друг друга.</p><p>Поговорим теперь о «конечной причине» — понятии, которое неодарвинист мог бы приписать любой форме ламар-ковского наследования. Конечно, «божественное назначение» или «конечная причина» лежат за пределами научной работы. Однако по иронии судьбы, пытаясь исключить все следы «божественного вмешательства» или «намеренного планирования» из своего крайнего неодарвинизма, Ричард Докинз в своей книге выбирает роль верховного «изобретателя плана»! Это четко показано в эссе Дэвида Берлински. Так, его компьютерные модели, демонстрирующие «могущество естественного отбора», зависят непосредственно от того, как Докинз определяет <em>все</em> критерии отбора и алгоритм получения желаемого результата селекционной программы. Таким образом, «божественное вмешательство» со стороны программиста — неотъемлемая черта всех компьютерных программ эволюционного отбора. Это во многом похоже на то, как молекулярные биологи регулярно используют «обратную генетику», чтобы вычислить последовательность ДНК из последовательностей аминокислот белка. С нашей точки зрения, единственной полезной концепцией была бы концепция «упреждающей цели» или «генетической ответственности» — научное знание, этические и моральные взгляды и выбор образа жизни могут воздействовать на наше будущее генетическое наследие.</p><p>Сейчас мы стоим у порога новой захватывающей эры в генетических исследованиях. В наших силах попытаться ответить на вопрос, проницаем ли барьер Вейсмана, наследуются ли приобретенные признаки, и если да, каковы молекулярные механизмы такого наследования. Однако сделать это мы можем только в том случае, если все вместе решим это сделать. Между тем, многие биологи, придерживающиеся неодарвини-стских взглядов, яростно сопротивляются подобного рода исследованиям. Их позицию можно сравнить с позицией Церкви в 1850-е гг., которая в штыки приняла идею эволюции путем естественного отбора. Остается надеяться, что демократия и терпимость, восторжествовашие в политике большинства развитых стран, восторжествуют и в науке. Ответы на вопросы, возникающие в связи с идеей соматического отбора, только-только начинают появляться. Мы рады, что одними из первых призвали к обсуждению этих проблем.</p><p>Так сможем ли мы сознательно влиять на наше генетическое будущее?</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Эволюция сознания
Возникновение сознания — самый значительный результат эволюции жизни на Земле. Даже если разум возник по воле «слепого случая», сейчас — это реальный факт, и он должен быть включен в любой сценарий дальнейшего эволюционного пути человечества. Значение этого факта выразилось в создании нового журнала Journal of Consciousness Studies, посвященного исключительно этой теме, и в интересных идеях об «антропоцентричном ментальном реализме» и общей роли сознания в эволюции Вселенной, высказанных Гэри Ричард -соном (Richardson), философом из Блю Маунтинз в Австралии. То, что человек овладевает генетическим инструментарием, безусловно будет иметь социальные и экологические последствия.
Какое отношение к этому имеет соматический отбор и обратная связь сомы и зародышевой линии? Если эти процессы носят универсальный характер, нам следует исключить те действия и условия жизни, которые могут вести к генетическим нарушениям. В этом отношении уже осуществляются соответствующие общественные программы (что имеет смысл как при неоламаркистской, так и при неодарвинистской парадигме).
Этические последствия также очень существенны. В соответствии с неодарвинистской парадигмой внешняя среда производит проверку возникающих случайных мутаций в зародышевой линии, из которых формируется наше будущее генетическое наследство. Если общие идеи, вытекающие из теории соматического отбора, подтвердятся для большего числа семейств генов, придется также считаться с организменными, или внутренними, «агентами изменения» — факторами, воздействующими на нашу наследственность. Если мы сочтем, что барьер Вейсмана пошатнулся (хотя бы теоретически), надо будет с серьезностью отнестись к гипотезе о том, что наши идеи и жизненная философия (через выбор образа жизни) могут воздействовать на наш будущий генетический багаж. Возможно, что мы не только лучше поймем наше генетическое «настоящее», но и сможем планировать наше генетическое будущее. Несомненно, мы уже способны создавать новый генетический материал. Но данная идея идет гораздо дальше современной «генной терапии» и заставляет нас направить свои мысли вперед, в то время, когда сознательный выбор образа жизни станет частью «семейной евгеники».
Наша цель состоит не в том, чтобы подробно останавливаться на этих вопросах, а в том, чтобы указать на возможную связь межцу нашими представлениями о том, как следует жить, и нашим генофондом. Эта возможность ставит перед нами множество этических и философских проблем. Этические убеждения, в конце концов, — это общественная структура, обусловленная многими факторами. Но что, если наш генофонд, в конечном итоге, тоже «общественная структура», обусловленная нашим сознанием? Возможно, обе эти структуры тесно связаны и на протяжении эволюции действуют, усиливая друг друга.
Поговорим теперь о «конечной причине» — понятии, которое неодарвинист мог бы приписать любой форме ламар-ковского наследования. Конечно, «божественное назначение» или «конечная причина» лежат за пределами научной работы. Однако по иронии судьбы, пытаясь исключить все следы «божественного вмешательства» или «намеренного планирования» из своего крайнего неодарвинизма, Ричард Докинз в своей книге выбирает роль верховного «изобретателя плана»! Это четко показано в эссе Дэвида Берлински. Так, его компьютерные модели, демонстрирующие «могущество естественного отбора», зависят непосредственно от того, как Докинз определяет все критерии отбора и алгоритм получения желаемого результата селекционной программы. Таким образом, «божественное вмешательство» со стороны программиста — неотъемлемая черта всех компьютерных программ эволюционного отбора. Это во многом похоже на то, как молекулярные биологи регулярно используют «обратную генетику», чтобы вычислить последовательность ДНК из последовательностей аминокислот белка. С нашей точки зрения, единственной полезной концепцией была бы концепция «упреждающей цели» или «генетической ответственности» — научное знание, этические и моральные взгляды и выбор образа жизни могут воздействовать на наше будущее генетическое наследие.
Сейчас мы стоим у порога новой захватывающей эры в генетических исследованиях. В наших силах попытаться ответить на вопрос, проницаем ли барьер Вейсмана, наследуются ли приобретенные признаки, и если да, каковы молекулярные механизмы такого наследования. Однако сделать это мы можем только в том случае, если все вместе решим это сделать. Между тем, многие биологи, придерживающиеся неодарвини-стских взглядов, яростно сопротивляются подобного рода исследованиям. Их позицию можно сравнить с позицией Церкви в 1850-е гг., которая в штыки приняла идею эволюции путем естественного отбора. Остается надеяться, что демократия и терпимость, восторжествовашие в политике большинства развитых стран, восторжествуют и в науке. Ответы на вопросы, возникающие в связи с идеей соматического отбора, только-только начинают появляться. Мы рады, что одними из первых призвали к обсуждению этих проблем.
Так сможем ли мы сознательно влиять на наше генетическое будущее? | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Что происходит при заражении?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Иммунная система развивалась для борьбы с острыми инфекционными заболеваниями. Возбудитель, попадая в организм, начинает размножаться, но то же самое делают и его враги — Т- и В-лимфоциты. Исход болезни зависит от того, у кого скорость размножения выше. Теперь мы кратко рассмотрим, каковы роли некоторых действующих лиц в этом состязании.</p><p>Антитела относятся к классу растворимых белков, называемых иммуноглобулинами (сокращенно Ig). Их продуцируют и выделяют в кровь и тканевую жидкость белые кровяные клетки, которые называются В-лимфоцитами. В элиминации чужеродного агента участвуют и некоторые дополнительные факторы, которые вызывают лизис (разрушение) бактериальных клеток, покрытых антителами. Антитела могут нейтрализовать вирусные частицы, прочно связываясь с ними и тем самым препятствуя их проникновению в клетки-мишени. Кроме того, специальные клетки, называемые фагоцитами, могут заглатывать покрытые антителами частицы и разрушать их. Этот процесс изображен на рис. 3.1. Выгодно, если антитело связывается с антигеном при очень низких концентрациях того и другого, то есть на ранних стадиях инфекции, когда в организме присутствует только очень небольшое число болезнетворных агентов. Однако это возможно лишь в том случае, если защитные антитела прочно связываются с антигеном, или обладают высокой авидностью. Если авидность антитела низкая, связывания при низких концентрациях антигена или антитела может и не произойти.</p>
<p>Если заболевание вызвано вирусом, иммунная система реагирует также образованием «клеток-убийц» (цитотоксических Т-лимфоцитов). Каждый Т-лимфоцит несет на поверхности специфические рецепторы, сходные с антителами. Эти рецепторы называются рецепторами Т-клеток — ТкР. Они распознают и связывают измененные молекулы на поверхностной мембране инфицированных вирусом клеток, что приводит к лизису этих клеток. Цитотоксические Т-клетки не вредят нормальным незараженным клеткам, так как не могут связывать их своими ТкР.</p><p>К сожалению, не у всех из нас иммунная система работает надежно и эффективно. Кто-то страдает от астмы или аллергии из-за того, что в отношении какого-либо внешнего раздражителя иммунная система заходит слишком далеко. Другие живут с рассеяным склерозом, потому что иммунная система разрушает их собственные нервные волокна, или страдают от иммунного дефицита, который затрудняет борьбу с инфекциями.</p><p>К концу 1960-х годов исследования естественных иммуноде-фицитов человека показали, что существует две основные категории острых нарушений иммунитета. Дети, не способные производить антитела (агаммоглобулинемия), не могут бороться с обычными бактериальными инфекциями, но нормально переносят детские вирусные инфекции, например корь. И наоборот, дети, у которых не было нормального тимуса (атимиче-ские), производят антитела и удовлетворительно справляются с бактериальными инфекциями, но не способны излечиваться от вирусных инфекций. В конце 1960-х гг. Боб Бландэн, работавший в Центре медицинских исследований имени Джона Кертина в Канберре, экспериментально показал, что излечение от острых вирусных инфекций у мышей зависит от ответа Т-лимфоцитов на инфекцию. К началу 1970-х гг. Боб совместно с другими исследователями из его лаборатории обнаружил, что Т-лимфоциты убивают инфицированные вирусом клетки до завершения цикла репликации вируса, пресекая, таким образом, инфекцию в зародыше. Другие исследователи показали, что Т-лимфоциты выделяют растворимые факторы (интерфероны), которые предотвращают размножение вируса в окружающих клетках. Интерфероны и другие растворимые цитокины сейчас производят с помощью клонирования и экспрессии генов цитокинов в бактериальном хозяине. Чистые цитокины назначают пациентам, страдающим некоторыми формами иммунного дефицита, для увеличения активности костного мозга и Т-клеток и, следовательно, улучшения ответа на инфекцию.</p><p>В 1973 г. Питер Догерти и Ролф Цинкернагель, также работавшие в Центре медицинских исследований имени Джона Кертина, показали, что в процессе распознавания Т-лимфоцитами инфицированных вирусами клеток участвуют не только вирусные антигены (что ожидалось), но и основные антигены гистосовместимости, или тканевой совместимости, самой клетки (что было неожиданным). Антигены гистосовместимости — это молекулы, ответственные за отторжение чужих тканей. Они различны у разных людей и вызывают сильный ответ Т-лимфо-цитов. Однако пересадка чужих тканей — не естественное явление, так что истинная биологическая функция этих антигенов была неизвестна до открытия Догерти и Цинкернагеля. Это открытие произвело коренные перемены в клеточной иммунологии, а Догерти и Цинкернагель получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1996 г.</p><p>Антигенспецифичные рецепторы Т-клеток (ТкР) распознают вирусные антигены, ассоциированные с главными антигенами гистосовместимости. Антител, связывающихся с такой ассоциацией, не образуется. Таким образом, Т-клетки и антитела никогда в норме не конкурируют за одни и те же сайты на поверхности клетки. Это можно продемонстрировать простым экспериментом. Если искусственно создать антитела к сайтам, узнаваемым Т-клетками, и добавить их к смеси инфицированных клеток и Т-клеток, то лизиса клеток не происходит, и вирусная инфекция успешно развивается. Этот эксперимент иллюстрирует селективные преимущества иммунной системы позвоночных, в которой Т-клетки и антитела не конкурируют за связывание с одними и теми же сайтами на поверхности инфицированной клетки.</p><p>Изучение описанных выше естественных иммунодефицитов у человека показало, что в отсутствие тимуса (и Т-лимфоцитов, которые развиваются в тимусе) могут образовываться антитела против бактериальных инфекций. Эти антитела относятся к классу иммуноглобулинов IgM. Секретируемая форма IgM, появляющаяся в ответ на бактериальную инфекцию без участия Т-лимфоцитов, представляет собой пентамер, то есть состоит из пяти молекул, структура которьк показана на рис. 3.2. Каждая из этих молекул имеет два антигенсвязывающих центра. Таким образом, пентамерный IgM имеет десять антигенсвязывающих центров (рис. 3.5).</p><p>Важная аксиома биологии гласит, что эффективность биохимической реакции зависит от степени связывания или сли-пания разных молекул. Взаимодействие между отдельным центром связывания антитела с комплементарным ему антигеном можно оценить количественно. Для этого в пробирке смешивают антиген и антитело в разных концентрациях и определяют, какая часть смеси находится в связанной форме (комплекс антиген—антитело), а какая — в несвязанной (рис. 3.6). Этот метод дает возможность оценить аффинность (сродство) антигенсвязывающего центра. Когда связывается больше одного центра, как у IgG или мономера IgM, имеющих по два центра, или у пентамера IgM с десятью центрами, в действие вступает новый фактор. Если чужеродный агент имеет на поверхности множество идентичных структур (как у бактериальных или вирусных частиц), то, как только происходит одно взаимодействие антиген—антитело, вероятность второго возрастает, и так далее (рис. 3.7). Таким образом, пентамер IgM может прилипать к поверхности бактерии, даже если аффинность отдельного антигенсвязывающего центра низка (из-за относительно плохого соответствия антигену). Сила такого множественного связывания антигена с антителом называется авидностью. Итак, высокая авидность IgM обеспечивает организму селективные преимущества, так как он образуется в первые часы и дни инфекции и способен связывать бактерии в крови и вызывать их элиминацию.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_19_img_16.png"/>
</p><p><strong>Рис. 3.6. Схема образования комплексов антиген-антитело. Комплексы антигенов и антител часто нерастворимы и осаждаются из раствора (рис. 3.3). Такие комплексы связываются с поверхностной мембраной клеток, например, фагоцитов, константной областью Н-це-пи антитела, давая клетке возможность поглотить их и переварить (рис. 3.1). В центрах размножения особые клетки, которые называются фолликулярными дендритными клетками (ФДК), представляют такие комплексы для отбора мутантных вариабельных областей с высокой аффинностью (рис. 5.4). Детали описаны в табл. 3.1.</strong></p>
<p>Пентамерный IgM — крупная молекула, которая не может проникать через стенки кровеносных сосудов. Необходимы антитела помельче; это — иммунноглобулины класса IgG. Обычно IgM-ответ длится несколько дней, а затем происходит переключение на образование более мелких антител класса IgG , которые имеют только два антигенсвязывающих центра вместо десяти (рис. 3.8). Это переключение достигается в результате ряда сложных молекулярных событий, которые затрагивают определенные ДНК-последовательности генов IgG (молекулярные детали этого процесса мы не рассматриваем).</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_19_img_17.png"/>
</p><p><strong>Рис. 3.7. Связывание пентамерного IgM с рядом одинаковых антигенов. Пентамерный IgM имеет много одинаковых антигенсвязывающих центров, у каждого из которых может быть низкая аффинность (рис. 3.5). Однако в результате множественного связывания с поверхностью антигена, например, с бактериальной клеткой (которая представляет собой ряд одинаковых антигенных эпитопов) пентамерный IgM связывается очень прочно (имеет высокую авидность). На рисунке показано множественное связывание высокой авидности. Если один центр связывается с антигеном, вероятность связывания соседнего центра возрастает. Когда сцеплены множественные антигенсвязывающие центры, общая сила связывания (авидность) оказывается много выше, чем у одного связывающего центра.</strong></p><p>Переключение с синтеза IgM на синтез IgG иллюстрирует одну аксиому иммунологии, которая признается еще не всеми иммунологами. Эта аксиома утверждает, что единственное эволюционное селективное преимущество, которое дает специфичность в системе приобретенного иммунитета (антитела и ТкР), это возможность различения своего от не-своего. Так, IgM полезны, потому что, несмотря на низкую специфичность и низкую аффинность (плохое соответствие) отдельного связывающего центра, десять связывающих центров пентамерного IgM дают возможность одному и тому же антителу связывать множество родственных антигенов различных инфекционных агентов. Однако нужда в мелких, проникающих через стенки сосудов, антителах привела к появлению механизма переключения с производства IgM на производство IgG. Два антигенс-вязывающих центра IgG должны иметь большую аффинность, чем десять центров пентамерного IgM. В процесс переключения вовлекаются В-клетки с самой высокой аффинностью. Отбор таких клеток основан на конкуренции за связывание антигена в особых участках лимфоидной ткани (гл. 5). Еще одно селективное преимущество, которое дает механизм переключения, связано с эволюцией других классов антител (IgA, IgE), выполняющих свои специфические функции в различных тканях организма.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_19_img_18.png"/>
</p><p><strong>Рис. 3.8. Первичный и вторичный гуморальный ответ. Типичная зависимость от времени гуморального ответа у лабораторных мышей. На практике у человека вторичное введение антигена отделено от первичного месяцами или даже годами. Аффинность антител первичного ответа обычно ниже, чем антител вторичного ответа, «ответа памяти». Антитела, образованные во вторичном ответе, обычно оказываются соматически мутировавшими молекулами IgG или IgM , которые имеют более высокую аффинность, чем IgG- или lgM-антитела, образованные ранее (см. табл. 3.1 и гл. 5).</strong></p><p>Наша иммунная система распознает большое число различных антигенов и реагирует на них. Чаще всего антигены — это белки и углеводы. (Углеводы — это полимеры, состоящие из разного числа молекул глюкозы или других Сахаров.) Следовательно, мир потенциальных биологических антигенов огромен. Иммунная система характеризуется способностью синтезировать почти безграничное число специфичных антител против чужеродных белков и углеводов. Каждое антитело способно отличить чужеродный антиген от собственных антигенов и участвует в элиминации чужеродных антигенов из организма.</p><p>В отличие от этого практически безграничного репертуара антител Т-лимфоциты узнают только короткий фрагмент (пептид) чужого белка, связанный специальной полостью в молекуле МНС антигена на поверхности клетки. Репертуар рецепторов Т-лимфоцитов (ТкР) ограничен вариациями МНС антигенов, которые создаются при связывании их с коротким чужеродным пептидом. Сложный многоэтапный процесс отбора развивающихся в тимусе Т-лимфоцитов обеспечивает создание этого ограниченного репертуара рецепторов в популяции функционирующих Т-клеток. Другой ряд сложных процессов, вовлеченных в образование антител в В-лимфо-цитах, приводит к тому, что не образуется антител против измененных МНС антигенов. Таким образом, антитела и рецепторы узнают разные стороны мира чужих антигенов.</p><p>Как достигается эта удивительная способность распознавать целый мир различных чужеродных антигенов и в то же время избегать ответа против собственных антигенов? Ответ на этот вопрос удалось получить в результате 40 лет иммунологических исследований. Мы рассмотрим его в следующей главе при обсуждении «клональной селекции».</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Что происходит при заражении?
Иммунная система развивалась для борьбы с острыми инфекционными заболеваниями. Возбудитель, попадая в организм, начинает размножаться, но то же самое делают и его враги — Т- и В-лимфоциты. Исход болезни зависит от того, у кого скорость размножения выше. Теперь мы кратко рассмотрим, каковы роли некоторых действующих лиц в этом состязании.
Антитела относятся к классу растворимых белков, называемых иммуноглобулинами (сокращенно Ig). Их продуцируют и выделяют в кровь и тканевую жидкость белые кровяные клетки, которые называются В-лимфоцитами. В элиминации чужеродного агента участвуют и некоторые дополнительные факторы, которые вызывают лизис (разрушение) бактериальных клеток, покрытых антителами. Антитела могут нейтрализовать вирусные частицы, прочно связываясь с ними и тем самым препятствуя их проникновению в клетки-мишени. Кроме того, специальные клетки, называемые фагоцитами, могут заглатывать покрытые антителами частицы и разрушать их. Этот процесс изображен на рис. 3.1. Выгодно, если антитело связывается с антигеном при очень низких концентрациях того и другого, то есть на ранних стадиях инфекции, когда в организме присутствует только очень небольшое число болезнетворных агентов. Однако это возможно лишь в том случае, если защитные антитела прочно связываются с антигеном, или обладают высокой авидностью. Если авидность антитела низкая, связывания при низких концентрациях антигена или антитела может и не произойти.
Если заболевание вызвано вирусом, иммунная система реагирует также образованием «клеток-убийц» (цитотоксических Т-лимфоцитов). Каждый Т-лимфоцит несет на поверхности специфические рецепторы, сходные с антителами. Эти рецепторы называются рецепторами Т-клеток — ТкР. Они распознают и связывают измененные молекулы на поверхностной мембране инфицированных вирусом клеток, что приводит к лизису этих клеток. Цитотоксические Т-клетки не вредят нормальным незараженным клеткам, так как не могут связывать их своими ТкР.
К сожалению, не у всех из нас иммунная система работает надежно и эффективно. Кто-то страдает от астмы или аллергии из-за того, что в отношении какого-либо внешнего раздражителя иммунная система заходит слишком далеко. Другие живут с рассеяным склерозом, потому что иммунная система разрушает их собственные нервные волокна, или страдают от иммунного дефицита, который затрудняет борьбу с инфекциями.
К концу 1960-х годов исследования естественных иммуноде-фицитов человека показали, что существует две основные категории острых нарушений иммунитета. Дети, не способные производить антитела (агаммоглобулинемия), не могут бороться с обычными бактериальными инфекциями, но нормально переносят детские вирусные инфекции, например корь. И наоборот, дети, у которых не было нормального тимуса (атимиче-ские), производят антитела и удовлетворительно справляются с бактериальными инфекциями, но не способны излечиваться от вирусных инфекций. В конце 1960-х гг. Боб Бландэн, работавший в Центре медицинских исследований имени Джона Кертина в Канберре, экспериментально показал, что излечение от острых вирусных инфекций у мышей зависит от ответа Т-лимфоцитов на инфекцию. К началу 1970-х гг. Боб совместно с другими исследователями из его лаборатории обнаружил, что Т-лимфоциты убивают инфицированные вирусом клетки до завершения цикла репликации вируса, пресекая, таким образом, инфекцию в зародыше. Другие исследователи показали, что Т-лимфоциты выделяют растворимые факторы (интерфероны), которые предотвращают размножение вируса в окружающих клетках. Интерфероны и другие растворимые цитокины сейчас производят с помощью клонирования и экспрессии генов цитокинов в бактериальном хозяине. Чистые цитокины назначают пациентам, страдающим некоторыми формами иммунного дефицита, для увеличения активности костного мозга и Т-клеток и, следовательно, улучшения ответа на инфекцию.
В 1973 г. Питер Догерти и Ролф Цинкернагель, также работавшие в Центре медицинских исследований имени Джона Кертина, показали, что в процессе распознавания Т-лимфоцитами инфицированных вирусами клеток участвуют не только вирусные антигены (что ожидалось), но и основные антигены гистосовместимости, или тканевой совместимости, самой клетки (что было неожиданным). Антигены гистосовместимости — это молекулы, ответственные за отторжение чужих тканей. Они различны у разных людей и вызывают сильный ответ Т-лимфо-цитов. Однако пересадка чужих тканей — не естественное явление, так что истинная биологическая функция этих антигенов была неизвестна до открытия Догерти и Цинкернагеля. Это открытие произвело коренные перемены в клеточной иммунологии, а Догерти и Цинкернагель получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1996 г.
Антигенспецифичные рецепторы Т-клеток (ТкР) распознают вирусные антигены, ассоциированные с главными антигенами гистосовместимости. Антител, связывающихся с такой ассоциацией, не образуется. Таким образом, Т-клетки и антитела никогда в норме не конкурируют за одни и те же сайты на поверхности клетки. Это можно продемонстрировать простым экспериментом. Если искусственно создать антитела к сайтам, узнаваемым Т-клетками, и добавить их к смеси инфицированных клеток и Т-клеток, то лизиса клеток не происходит, и вирусная инфекция успешно развивается. Этот эксперимент иллюстрирует селективные преимущества иммунной системы позвоночных, в которой Т-клетки и антитела не конкурируют за связывание с одними и теми же сайтами на поверхности инфицированной клетки.
Изучение описанных выше естественных иммунодефицитов у человека показало, что в отсутствие тимуса (и Т-лимфоцитов, которые развиваются в тимусе) могут образовываться антитела против бактериальных инфекций. Эти антитела относятся к классу иммуноглобулинов IgM. Секретируемая форма IgM, появляющаяся в ответ на бактериальную инфекцию без участия Т-лимфоцитов, представляет собой пентамер, то есть состоит из пяти молекул, структура которьк показана на рис. 3.2. Каждая из этих молекул имеет два антигенсвязывающих центра. Таким образом, пентамерный IgM имеет десять антигенсвязывающих центров (рис. 3.5).
Важная аксиома биологии гласит, что эффективность биохимической реакции зависит от степени связывания или сли-пания разных молекул. Взаимодействие между отдельным центром связывания антитела с комплементарным ему антигеном можно оценить количественно. Для этого в пробирке смешивают антиген и антитело в разных концентрациях и определяют, какая часть смеси находится в связанной форме (комплекс антиген—антитело), а какая — в несвязанной (рис. 3.6). Этот метод дает возможность оценить аффинность (сродство) антигенсвязывающего центра. Когда связывается больше одного центра, как у IgG или мономера IgM, имеющих по два центра, или у пентамера IgM с десятью центрами, в действие вступает новый фактор. Если чужеродный агент имеет на поверхности множество идентичных структур (как у бактериальных или вирусных частиц), то, как только происходит одно взаимодействие антиген—антитело, вероятность второго возрастает, и так далее (рис. 3.7). Таким образом, пентамер IgM может прилипать к поверхности бактерии, даже если аффинность отдельного антигенсвязывающего центра низка (из-за относительно плохого соответствия антигену). Сила такого множественного связывания антигена с антителом называется авидностью. Итак, высокая авидность IgM обеспечивает организму селективные преимущества, так как он образуется в первые часы и дни инфекции и способен связывать бактерии в крови и вызывать их элиминацию.
Рис. 3.6. Схема образования комплексов антиген-антитело. Комплексы антигенов и антител часто нерастворимы и осаждаются из раствора (рис. 3.3). Такие комплексы связываются с поверхностной мембраной клеток, например, фагоцитов, константной областью Н-це-пи антитела, давая клетке возможность поглотить их и переварить (рис. 3.1). В центрах размножения особые клетки, которые называются фолликулярными дендритными клетками (ФДК), представляют такие комплексы для отбора мутантных вариабельных областей с высокой аффинностью (рис. 5.4). Детали описаны в табл. 3.1.
Пентамерный IgM — крупная молекула, которая не может проникать через стенки кровеносных сосудов. Необходимы антитела помельче; это — иммунноглобулины класса IgG. Обычно IgM-ответ длится несколько дней, а затем происходит переключение на образование более мелких антител класса IgG , которые имеют только два антигенсвязывающих центра вместо десяти (рис. 3.8). Это переключение достигается в результате ряда сложных молекулярных событий, которые затрагивают определенные ДНК-последовательности генов IgG (молекулярные детали этого процесса мы не рассматриваем).
Рис. 3.7. Связывание пентамерного IgM с рядом одинаковых антигенов. Пентамерный IgM имеет много одинаковых антигенсвязывающих центров, у каждого из которых может быть низкая аффинность (рис. 3.5). Однако в результате множественного связывания с поверхностью антигена, например, с бактериальной клеткой (которая представляет собой ряд одинаковых антигенных эпитопов) пентамерный IgM связывается очень прочно (имеет высокую авидность). На рисунке показано множественное связывание высокой авидности. Если один центр связывается с антигеном, вероятность связывания соседнего центра возрастает. Когда сцеплены множественные антигенсвязывающие центры, общая сила связывания (авидность) оказывается много выше, чем у одного связывающего центра.
Переключение с синтеза IgM на синтез IgG иллюстрирует одну аксиому иммунологии, которая признается еще не всеми иммунологами. Эта аксиома утверждает, что единственное эволюционное селективное преимущество, которое дает специфичность в системе приобретенного иммунитета (антитела и ТкР), это возможность различения своего от не-своего. Так, IgM полезны, потому что, несмотря на низкую специфичность и низкую аффинность (плохое соответствие) отдельного связывающего центра, десять связывающих центров пентамерного IgM дают возможность одному и тому же антителу связывать множество родственных антигенов различных инфекционных агентов. Однако нужда в мелких, проникающих через стенки сосудов, антителах привела к появлению механизма переключения с производства IgM на производство IgG. Два антигенс-вязывающих центра IgG должны иметь большую аффинность, чем десять центров пентамерного IgM. В процесс переключения вовлекаются В-клетки с самой высокой аффинностью. Отбор таких клеток основан на конкуренции за связывание антигена в особых участках лимфоидной ткани (гл. 5). Еще одно селективное преимущество, которое дает механизм переключения, связано с эволюцией других классов антител (IgA, IgE), выполняющих свои специфические функции в различных тканях организма.
Рис. 3.8. Первичный и вторичный гуморальный ответ. Типичная зависимость от времени гуморального ответа у лабораторных мышей. На практике у человека вторичное введение антигена отделено от первичного месяцами или даже годами. Аффинность антител первичного ответа обычно ниже, чем антител вторичного ответа, «ответа памяти». Антитела, образованные во вторичном ответе, обычно оказываются соматически мутировавшими молекулами IgG или IgM , которые имеют более высокую аффинность, чем IgG- или lgM-антитела, образованные ранее (см. табл. 3.1 и гл. 5).
Наша иммунная система распознает большое число различных антигенов и реагирует на них. Чаще всего антигены — это белки и углеводы. (Углеводы — это полимеры, состоящие из разного числа молекул глюкозы или других Сахаров.) Следовательно, мир потенциальных биологических антигенов огромен. Иммунная система характеризуется способностью синтезировать почти безграничное число специфичных антител против чужеродных белков и углеводов. Каждое антитело способно отличить чужеродный антиген от собственных антигенов и участвует в элиминации чужеродных антигенов из организма.
В отличие от этого практически безграничного репертуара антител Т-лимфоциты узнают только короткий фрагмент (пептид) чужого белка, связанный специальной полостью в молекуле МНС антигена на поверхности клетки. Репертуар рецепторов Т-лимфоцитов (ТкР) ограничен вариациями МНС антигенов, которые создаются при связывании их с коротким чужеродным пептидом. Сложный многоэтапный процесс отбора развивающихся в тимусе Т-лимфоцитов обеспечивает создание этого ограниченного репертуара рецепторов в популяции функционирующих Т-клеток. Другой ряд сложных процессов, вовлеченных в образование антител в В-лимфо-цитах, приводит к тому, что не образуется антител против измененных МНС антигенов. Таким образом, антитела и рецепторы узнают разные стороны мира чужих антигенов.
Как достигается эта удивительная способность распознавать целый мир различных чужеродных антигенов и в то же время избегать ответа против собственных антигенов? Ответ на этот вопрос удалось получить в результате 40 лет иммунологических исследований. Мы рассмотрим его в следующей главе при обсуждении «клональной селекции». | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Взрывы атомных бомб и «багаж» вредных мутаций</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Известно, что случайный удар или иное повреждение с меньшей вероятностью причинит ущерб будильнику или ходикам, чем хронометру высшего класса точности. Так же и мутация, вновь возникшая: реже непоправимо испортит организм растения или примитивного животного, чем организм человека. Мало того, мы видели у растений и животных примеры полезных мутаций. У человека же неизвестно ни единого случая новообразования такого рода.</p><p>Еще бы! Разве можно рассчитывать ненаправленным действием улучшить механизм хронометра!</p><p>И не ясно ли, что человека, человечество нужно защищать от действия радиации, химмутагенов — всего, что может вызвать мутацию!</p><p>Какой уровень облучения, то есть какая доза лучей для человека вредна? Нужно различать биологическое и генетическое действие лучистой энергии. Доза в 700 рентгенов для человека смертельна, это так называемая абсолютно летальная доза. Такова же она и для мыши — обычного объекта радиобиологических исследований. А доза в 500 рентгенов — это так называемая ЛД 50/30: летальная доза, ведущая к гибели от лучевой болезни 50% животных в течение 30 дней. В этих границах, то есть до дозы в 700, а чаще в 500 рентгенов, человек и животные могут быть защищены, а в ряде случаев на современном уровне знаний и излечены от лучевой болезни.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_67_img_86.png"/>
</p><p><em>Имел ли судья генетические основания, чтобы объявить наследника самозванцем? Судя по рисунку, нет; наследник отличается от родителей лишь курчавостью, которая, как известно, может быть и доминантной, и рецессивной.</em></p><p>Иное дело генетический результат облучения. Ген даже под действием радиации мутирует крайне редко. Но поскольку с генотипе их тысячи, самая малая доза при удачном «попадании в цель» может вызвать мутацию.</p><p>Академик Н. П. Дубинин вычислил, а комиссия ООН с ним согласилась: для того чтобы удвоить число мутаций по сравнению с теперешним, человек за поколение (30 лет) должен получать дозу в 10 рентгенов. Сейчас в среднем люди получают значительно меньше, то есть радиационная обстановка на земле вовсе не угрожающая. Нужно только помнить: повышать радиационный фон в дальнейшем опасно!</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Взрывы атомных бомб и «багаж» вредных мутаций
Известно, что случайный удар или иное повреждение с меньшей вероятностью причинит ущерб будильнику или ходикам, чем хронометру высшего класса точности. Так же и мутация, вновь возникшая: реже непоправимо испортит организм растения или примитивного животного, чем организм человека. Мало того, мы видели у растений и животных примеры полезных мутаций. У человека же неизвестно ни единого случая новообразования такого рода.
Еще бы! Разве можно рассчитывать ненаправленным действием улучшить механизм хронометра!
И не ясно ли, что человека, человечество нужно защищать от действия радиации, химмутагенов — всего, что может вызвать мутацию!
Какой уровень облучения, то есть какая доза лучей для человека вредна? Нужно различать биологическое и генетическое действие лучистой энергии. Доза в 700 рентгенов для человека смертельна, это так называемая абсолютно летальная доза. Такова же она и для мыши — обычного объекта радиобиологических исследований. А доза в 500 рентгенов — это так называемая ЛД 50/30: летальная доза, ведущая к гибели от лучевой болезни 50% животных в течение 30 дней. В этих границах, то есть до дозы в 700, а чаще в 500 рентгенов, человек и животные могут быть защищены, а в ряде случаев на современном уровне знаний и излечены от лучевой болезни.
Имел ли судья генетические основания, чтобы объявить наследника самозванцем? Судя по рисунку, нет; наследник отличается от родителей лишь курчавостью, которая, как известно, может быть и доминантной, и рецессивной.
Иное дело генетический результат облучения. Ген даже под действием радиации мутирует крайне редко. Но поскольку с генотипе их тысячи, самая малая доза при удачном «попадании в цель» может вызвать мутацию.
Академик Н. П. Дубинин вычислил, а комиссия ООН с ним согласилась: для того чтобы удвоить число мутаций по сравнению с теперешним, человек за поколение (30 лет) должен получать дозу в 10 рентгенов. Сейчас в среднем люди получают значительно меньше, то есть радиационная обстановка на земле вовсе не угрожающая. Нужно только помнить: повышать радиационный фон в дальнейшем опасно! | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Глава 6 ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ СОМЫ И ЗАРОДЫШЕВОЙ ЛИНИИ</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><strong>Глава 6</strong> </p>
<p><strong>ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ СОМЫ И ЗАРОДЫШЕВОЙ ЛИНИИ</strong></p>
<p>В этой главе мы рассматриваем, как могли изменяться последовательности ДНК вариабельных генов антител в клетках зародышевой линии за эволюционное время. Некоторые данные указывают на существование обратной связи генов, т. е. движения генетической информации от соматических клеток (лимфоцитов) к половым. Начнем с вопроса, впервые поставленного Тэдом Стилом лет двадцать назад в связи с состоянием знаний того времени по эволюционной генетике антител: «Как согласовать передачу с ДНК половых клеток тех признаков, которые по всем критериям возникают только в соме?»</p><p>Такого же типа вопрос не раз ставили философы и биологи, неудовлетворенные традиционным объяснением механизма эволюции. Со времени публикации дарвиновской теории подобный вопрос появлялся в трудах философа XIX века Герберта Спенсера, писателя Самюэля Батлера, писателя и философа Артура Кестлера, зоолога Фредерика Вуда Джоунза (Jones).</p><p>Неодарвинисты всегда отбрасывали этот вопрос как неуместный: раз доктрина Вейсмана закрывает дорогу наследованию приобретенных признаков — значит, вопросы такого рода неправомерны. Замкнутый круг рассуждений, подобных этому, очень часто встречается в современной научной литературе; даже крупные биологи, например, С. Дж. Гулд (Gould), делают категорические заявления:</p>
<p>«Природа... работает по дарвиновским, а не по ламарков-ским принципам. Приобретенные признаки не наследуются, и желанные улучшения происходят путем неумолимого отбора с исключением огромного большинства из репродуктивного потока».</p><p>Гулд даже не упоминает дарвиновскую теорию пангенезиса. Проблема, таким образом, вынесена за скобки, а все возражения рассматриваются как «бессвязная демагогия сумасшедшего» (читай «ламаркиста» с приставкой нео- или без нее). Однако будем справедливы к Гулду, он очень четко показывает, где ламарковские законы наследственности могут действовать:</p><p>«Но с другой стороны, основной механизм культурных изменений ламарковский. Любое знание, приобретенное в одном поколении, может прямо передаваться следующему с помощью того, что мы называем наиболее благородным словом — образование. ...Этот отчетливо ламаркистский характер культурной наследственности придает нашей технологической истории направленный и накопительный характер, чего не может дать дарвиновская эволюция».</p><p>В начале 1950-х гг. Вуд Джоунс в книге «Trends of Life» (Направление жизни) уже высказывал удивление, как долго может сохраняться это трагическое непонимание. Артур Кестлер в своей последней книге «Janus: a Summing up» (Двуликий Янус: Итоги), опубликованной в 1978 г., определил свойственные неодарвинистским взглядам противоречия и сделал вывод, что для ламаркистских представлений в биологии дверь должна быть слегка приоткрыта. Почему нельзя принять, что барьер Вейсмана мог быть селективно проницаем для соматической генетической информации за эволюционное время? Когда молекулярные биологи завершат секвенирование ДНК генома человека и других видов, противникам Ламарка вряд ли удастся игнорировать парадоксальное появление в зародышевой линии такой структуры генов, которая существует только в соме. Новые данные о последовательностях ДНК потребуют новых, непредвзятых интерпретаций. Мы уверены, что ламаркистские взгляды придется включить в научные интерпретации в биологии. В истории науки хорошо известны факты, когда ранее отброшенные идеи подтверждались.</p><p>Итак, мы вновь формулируем вопрос (впервые поставленный в 1992 г.) о вариабельных генах иммунной системы. Как объяснить высоко неслучайную структуру последовательностей ДНК V-генов зародышевой линии, которая возникает только в ходе прямого антигенсвязывающего отбора белкового продукта гена (антитела), а не прямо в ДНК?</p><p>Если структуры Ву—Кэбота могут сформироваться только в результате отбора на уровне связывания антигена функциональным гетеродимером (комплементарное складывание вариабельных областей Н- и L-цепей, составляющих антигенсвязы-вающий центр), то как получилось, что неэкспрессирующиеся элементы V-генов в зародышевой линии несут следы антиген-связывающего отбора? Наши исследования в настоящее время направлены на получение ответа на этот вопрос.</p>
<p><strong>Наследование соматических мутаций</strong></p>
<p>Итак, мы можем спросить, есть ли польза от антигензависимых соматических событий (мутаций и отбора) для ДНК-последовательностей V-генов зародышевой линии следующих поколений? В предьщущей главе мы уже рассказали, как много появляется новых мутантных ДНК-последовательностей в В-лимфоцитах и как они проходят отбор на успешность связывания антигена. Сейчас мы спросим, могут ли эти новые последовательности вливаться в ДНК зародышевой линии — в ДНК половых клеток, яйцеклеток и сперматозоидов?</p><p>Теория соматического отбора предполагает передачу приобретенных соматических мутаций V-генов антител половым клеткам. Эта передача может осуществляться при участии обратной транскриптазы (копирование соматической РНК в ДНК) и эндогенных РНК-ретровирусов (продуцируемых лимфоцитами), действующих как «генные челноки», перевозящие мутантные последовательности V-генов в половые клетки. После этого должна происходить интеграция возникшей в соматических клетках генетической информации в ДНК зародышевой линии и замещение ею ранее существовавшей ДНК-последовательности (рис. 1.2). Когда мы формулировали свою гипотезу, мы подчеркивали, что она — «полезный эвристический инструмент», подобный использованным в теоретической физике. Наша теория обращает внимание исследователя на возможность наследования приобретенных признаков. Она убедительно показывает, что теоретически барьер Вейсмана легко преодолим, а, следовательно, он может быть преодолимым и в реальности.</p><p>Книга <em>Somatic Selection and Adaptive Evolution</em> вызвала полярные реакции: от резкой критики до щедрой похвалы. Некоторые сочли ее просто фантастической, так как она требовала принятия ламаркистской «ереси», другие приняли ее. Философ Карл Поппер посчитал нашу книгу самой захватывающей из всех, что он читал в том году, а Питер Медавар выразил надежду, что Стил в конце концов окажется прав. Ричард Докинз в своей книге <em>The Extended Phenotype</em> назвал все происходящее тогда «ламаркистским психозом». Позже мы вернемся к критике гипотезы соматического отбора, которую дал Докинз.</p><p>Некоторые критики считают идею соматического отбора слишком сложной, так как она требует последовательного наступления слишком многих независимых, если не невероятных, событий. Это — появление мутации в соматических ДНК/РНК, клеточный отбор антигеном, доставка в половые клетки, копирование РНК в ДНК и, наконец, генетическая рекомбинация, приводящая к интеграции мутантной соматической копии кДНК в ДНК зародышевой линии (рис. 1.2). Однако ко времени создания этой теории было хорошо известно, что В-лимфоциты, стимулированные антигеном, продуцируют большое количество эндогенных ретровирусов (предположительно безвредных), несущих обратную транскриптазу. И мы утверждаем, что теория соматического отбора имеет один положительный момент — эволюционное преимущество возвращения мутантных V-последовательностей назад в зародышевую линию. Эндогенные ретровирусы могут рассматриваться в качестве векторов, обеспечивающих генетическую связь между генами соматических и половых клеток.</p><p>Тем не менее, главное оправдание теории соматического отбора — в том, что она позволяет критически оценить и интерпретировать весь набор молекулярных фактов, которые иначе бы остались невостребованными. Это то же самое, что аргументы в пользу эволюционной концепции «прерывистого равновесия», использованные недавно С. Дж. Гулдом. Идея обратной связи сомы и зародышевой линии в не меньшей степени полезна, потому что она отвергает непроницаемость барьера Вейсмана на основе научных данных.</p>
<p>В 1994 г. в престижном американском журнале <em>Proceedings of the National Academy of Sciences</em> Симона Бард (Bard), Дэвид Балтимор и Ирвин Вейсман (Weismann) высказали предположение о том, что гены могут перемещаться от вида к виду в результате вирусной инфекции и что этот процесс вносит вклад в эволюцию иммунной системы позвоночных. Эта идея подразумевает, что барьер Августа Вейсмана проницаем, и значит — еще более ответственна, чем идея Тэда Стила, которая не привлекает гипотезу вирусного переноса генов от одного животного к другому. Примечательно, что на эти рассуждения не было столь сильной реакции научной общественности и неодарвинистов, как на теорию соматического отбора. Возможно, потому что Ламарк не был упомянут. А, возможно, еще и потому что Дэвид Балтимор — Нобелевский лауреат, и он, и Ирвин Вейсман — члены Академии. Какими бы ни были причины, это интересный пример из жизни научного сообщества.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Глава 6 ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ СОМЫ И ЗАРОДЫШЕВОЙ ЛИНИИ
Глава 6
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ СОМЫ И ЗАРОДЫШЕВОЙ ЛИНИИ
В этой главе мы рассматриваем, как могли изменяться последовательности ДНК вариабельных генов антител в клетках зародышевой линии за эволюционное время. Некоторые данные указывают на существование обратной связи генов, т. е. движения генетической информации от соматических клеток (лимфоцитов) к половым. Начнем с вопроса, впервые поставленного Тэдом Стилом лет двадцать назад в связи с состоянием знаний того времени по эволюционной генетике антител: «Как согласовать передачу с ДНК половых клеток тех признаков, которые по всем критериям возникают только в соме?»
Такого же типа вопрос не раз ставили философы и биологи, неудовлетворенные традиционным объяснением механизма эволюции. Со времени публикации дарвиновской теории подобный вопрос появлялся в трудах философа XIX века Герберта Спенсера, писателя Самюэля Батлера, писателя и философа Артура Кестлера, зоолога Фредерика Вуда Джоунза (Jones).
Неодарвинисты всегда отбрасывали этот вопрос как неуместный: раз доктрина Вейсмана закрывает дорогу наследованию приобретенных признаков — значит, вопросы такого рода неправомерны. Замкнутый круг рассуждений, подобных этому, очень часто встречается в современной научной литературе; даже крупные биологи, например, С. Дж. Гулд (Gould), делают категорические заявления:
«Природа... работает по дарвиновским, а не по ламарков-ским принципам. Приобретенные признаки не наследуются, и желанные улучшения происходят путем неумолимого отбора с исключением огромного большинства из репродуктивного потока».
Гулд даже не упоминает дарвиновскую теорию пангенезиса. Проблема, таким образом, вынесена за скобки, а все возражения рассматриваются как «бессвязная демагогия сумасшедшего» (читай «ламаркиста» с приставкой нео- или без нее). Однако будем справедливы к Гулду, он очень четко показывает, где ламарковские законы наследственности могут действовать:
«Но с другой стороны, основной механизм культурных изменений ламарковский. Любое знание, приобретенное в одном поколении, может прямо передаваться следующему с помощью того, что мы называем наиболее благородным словом — образование. ...Этот отчетливо ламаркистский характер культурной наследственности придает нашей технологической истории направленный и накопительный характер, чего не может дать дарвиновская эволюция».
В начале 1950-х гг. Вуд Джоунс в книге «Trends of Life» (Направление жизни) уже высказывал удивление, как долго может сохраняться это трагическое непонимание. Артур Кестлер в своей последней книге «Janus: a Summing up» (Двуликий Янус: Итоги), опубликованной в 1978 г., определил свойственные неодарвинистским взглядам противоречия и сделал вывод, что для ламаркистских представлений в биологии дверь должна быть слегка приоткрыта. Почему нельзя принять, что барьер Вейсмана мог быть селективно проницаем для соматической генетической информации за эволюционное время? Когда молекулярные биологи завершат секвенирование ДНК генома человека и других видов, противникам Ламарка вряд ли удастся игнорировать парадоксальное появление в зародышевой линии такой структуры генов, которая существует только в соме. Новые данные о последовательностях ДНК потребуют новых, непредвзятых интерпретаций. Мы уверены, что ламаркистские взгляды придется включить в научные интерпретации в биологии. В истории науки хорошо известны факты, когда ранее отброшенные идеи подтверждались.
Итак, мы вновь формулируем вопрос (впервые поставленный в 1992 г.) о вариабельных генах иммунной системы. Как объяснить высоко неслучайную структуру последовательностей ДНК V-генов зародышевой линии, которая возникает только в ходе прямого антигенсвязывающего отбора белкового продукта гена (антитела), а не прямо в ДНК?
Если структуры Ву—Кэбота могут сформироваться только в результате отбора на уровне связывания антигена функциональным гетеродимером (комплементарное складывание вариабельных областей Н- и L-цепей, составляющих антигенсвязы-вающий центр), то как получилось, что неэкспрессирующиеся элементы V-генов в зародышевой линии несут следы антиген-связывающего отбора? Наши исследования в настоящее время направлены на получение ответа на этот вопрос.
Наследование соматических мутаций
Итак, мы можем спросить, есть ли польза от антигензависимых соматических событий (мутаций и отбора) для ДНК-последовательностей V-генов зародышевой линии следующих поколений? В предьщущей главе мы уже рассказали, как много появляется новых мутантных ДНК-последовательностей в В-лимфоцитах и как они проходят отбор на успешность связывания антигена. Сейчас мы спросим, могут ли эти новые последовательности вливаться в ДНК зародышевой линии — в ДНК половых клеток, яйцеклеток и сперматозоидов?
Теория соматического отбора предполагает передачу приобретенных соматических мутаций V-генов антител половым клеткам. Эта передача может осуществляться при участии обратной транскриптазы (копирование соматической РНК в ДНК) и эндогенных РНК-ретровирусов (продуцируемых лимфоцитами), действующих как «генные челноки», перевозящие мутантные последовательности V-генов в половые клетки. После этого должна происходить интеграция возникшей в соматических клетках генетической информации в ДНК зародышевой линии и замещение ею ранее существовавшей ДНК-последовательности (рис. 1.2). Когда мы формулировали свою гипотезу, мы подчеркивали, что она — «полезный эвристический инструмент», подобный использованным в теоретической физике. Наша теория обращает внимание исследователя на возможность наследования приобретенных признаков. Она убедительно показывает, что теоретически барьер Вейсмана легко преодолим, а, следовательно, он может быть преодолимым и в реальности.
Книга Somatic Selection and Adaptive Evolution вызвала полярные реакции: от резкой критики до щедрой похвалы. Некоторые сочли ее просто фантастической, так как она требовала принятия ламаркистской «ереси», другие приняли ее. Философ Карл Поппер посчитал нашу книгу самой захватывающей из всех, что он читал в том году, а Питер Медавар выразил надежду, что Стил в конце концов окажется прав. Ричард Докинз в своей книге The Extended Phenotype назвал все происходящее тогда «ламаркистским психозом». Позже мы вернемся к критике гипотезы соматического отбора, которую дал Докинз.
Некоторые критики считают идею соматического отбора слишком сложной, так как она требует последовательного наступления слишком многих независимых, если не невероятных, событий. Это — появление мутации в соматических ДНК/РНК, клеточный отбор антигеном, доставка в половые клетки, копирование РНК в ДНК и, наконец, генетическая рекомбинация, приводящая к интеграции мутантной соматической копии кДНК в ДНК зародышевой линии (рис. 1.2). Однако ко времени создания этой теории было хорошо известно, что В-лимфоциты, стимулированные антигеном, продуцируют большое количество эндогенных ретровирусов (предположительно безвредных), несущих обратную транскриптазу. И мы утверждаем, что теория соматического отбора имеет один положительный момент — эволюционное преимущество возвращения мутантных V-последовательностей назад в зародышевую линию. Эндогенные ретровирусы могут рассматриваться в качестве векторов, обеспечивающих генетическую связь между генами соматических и половых клеток.
Тем не менее, главное оправдание теории соматического отбора — в том, что она позволяет критически оценить и интерпретировать весь набор молекулярных фактов, которые иначе бы остались невостребованными. Это то же самое, что аргументы в пользу эволюционной концепции «прерывистого равновесия», использованные недавно С. Дж. Гулдом. Идея обратной связи сомы и зародышевой линии в не меньшей степени полезна, потому что она отвергает непроницаемость барьера Вейсмана на основе научных данных.
В 1994 г. в престижном американском журнале Proceedings of the National Academy of Sciences Симона Бард (Bard), Дэвид Балтимор и Ирвин Вейсман (Weismann) высказали предположение о том, что гены могут перемещаться от вида к виду в результате вирусной инфекции и что этот процесс вносит вклад в эволюцию иммунной системы позвоночных. Эта идея подразумевает, что барьер Августа Вейсмана проницаем, и значит — еще более ответственна, чем идея Тэда Стила, которая не привлекает гипотезу вирусного переноса генов от одного животного к другому. Примечательно, что на эти рассуждения не было столь сильной реакции научной общественности и неодарвинистов, как на теорию соматического отбора. Возможно, потому что Ламарк не был упомянут. А, возможно, еще и потому что Дэвид Балтимор — Нобелевский лауреат, и он, и Ирвин Вейсман — члены Академии. Какими бы ни были причины, это интересный пример из жизни научного сообщества. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Будущие эксперименты</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Очевидно, что для исследования механизмов «приобретенного наследования» необходимы тщательные эксперименты. Новые молекулярные методы обеспечивают нам не имеющую себе равной возможность работать практически с любым интересующим геном, и мы использовали информацию о ДНК-последовательностях для поиска «следов» возможной обратной связи сомы и зародышевой линии. Однако такие свидетельства будут всегда оставаться косвенными. Программа скрещиваний, необходимая для получения прямых свидетельств, требует жесткого контроля и, возможно, очень большого числа животных и очень длительного времени. В настоящее время мы пытаемся решить эту проблему, анализируя изменения V-генов линий мышей, происходящих от одной инбредной генетической линии, но разводимых в разных лабораториях мира в течение 40 и более лет.</p><p>Сейчас наука должна оставить в стороне догматические, идеологические и эмоциональные споры прошлого и сосредоточиться на объективном анализе. Ламарковские идеи могут не только объяснять, но и стимулировать изучение наследственных явлений, связанных с адаптивным соматическим ответом, например иммунным. Мы надеемся, что представленные нами гипотезы и умозаключения послужат стимулом к дальнейшим теоретическим и экспериментальным исследованиям. В основе нашего подхода лежит тот факт, что РНК может служить матрицей для синтеза ДНК. Этот факт, установленный Говардом Теминым, поколебал центральную догму молекулярной биологии, какой она формулировалась в шестидесятые годы. Работа Темина касалась преимущественно ретровирусов, но он увидел ее широкие приложения в биологии и эволюции. Мы верим, что значение его открытия еще грандиознее, чем он мог себе представить.</p>
<p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | Будущие эксперименты
Очевидно, что для исследования механизмов «приобретенного наследования» необходимы тщательные эксперименты. Новые молекулярные методы обеспечивают нам не имеющую себе равной возможность работать практически с любым интересующим геном, и мы использовали информацию о ДНК-последовательностях для поиска «следов» возможной обратной связи сомы и зародышевой линии. Однако такие свидетельства будут всегда оставаться косвенными. Программа скрещиваний, необходимая для получения прямых свидетельств, требует жесткого контроля и, возможно, очень большого числа животных и очень длительного времени. В настоящее время мы пытаемся решить эту проблему, анализируя изменения V-генов линий мышей, происходящих от одной инбредной генетической линии, но разводимых в разных лабораториях мира в течение 40 и более лет.
Сейчас наука должна оставить в стороне догматические, идеологические и эмоциональные споры прошлого и сосредоточиться на объективном анализе. Ламарковские идеи могут не только объяснять, но и стимулировать изучение наследственных явлений, связанных с адаптивным соматическим ответом, например иммунным. Мы надеемся, что представленные нами гипотезы и умозаключения послужат стимулом к дальнейшим теоретическим и экспериментальным исследованиям. В основе нашего подхода лежит тот факт, что РНК может служить матрицей для синтеза ДНК. Этот факт, установленный Говардом Теминым, поколебал центральную догму молекулярной биологии, какой она формулировалась в шестидесятые годы. Работа Темина касалась преимущественно ретровирусов, но он увидел ее широкие приложения в биологии и эволюции. Мы верим, что значение его открытия еще грандиознее, чем он мог себе представить. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Важнейшие открытия и достижения молекулярной генетики</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>• <strong>1952г.</strong> Показано, что материалом наследственности у бактериофагов является ДНК, а не белок (А. Херши и М. Чейз).</p><p>• <strong>1953г.</strong> Открыта структура (двойная спираль) ДНК (Дж. Уотсон и Ф. Крик). П. Медавар с коллегами выявили факт приобретенной иммунологической толерантности у новорожденных мышей</p><p>• <strong>1957-59гг.</strong> Сформулирована клонально-селекционная теория приобретенного иммунитета, предсказывающая «дарвиновский» отбор антигенами клеток, продуцирующих специфические антитела. (М. Бернет, Д. Талмейдж, Н. Ерне)</p><p>• <strong>1957-59 гг.</strong> Доказан предсказанный Уотсоном и Криком механизм репликации двойной спирали ДНК и обнаружен фермент ДНК-полимераза (ДНК -> ДНК копирование; М. Мезельсон, Ф. Сталь, А. Корнберг)</p><p>• <strong>1959г.</strong> Предсказано существование обратной транскриптазы (РНК -> ДНК копирование) (Г. Темин)</p><p>• <strong>1961 г.</strong> Обнаружена информационная РНК. Это молекула-посредник между геном и белком. Установлен факт копирования ДНК -> РНК с помощью фермента РНК-полимеразы. (С. Бреннер, Ф. Жакоб, М. Мезельсон, Б. Ход, С. Спигельман)</p>
<p>• <strong>1961-66 гг.</strong> Расшифрован генетический код. При синтезе последовательности аминокислот, или белка, последовательность оснований информационной РНК считывается по три (ко-дон) (М. Ниренберг, Г. Г. Корана, Ф. Крик, С. Бреннер)</p><p>• <strong>1965г.</strong> Предложена модель генов антител, предсказывающая V —<em>></em> С-перестройку (В. Дрейер, Дж. Беннет)</p><p>• <strong>1970г.</strong> Предложена двусигнальная модель индукции иммунного ответа, усовершенствовавшая представления о различении своего и не-своего (П. Бречер, М. Кон)</p><p>• <strong>1970г.</strong> Обнаружена обратная транскриптаза опухолевых РНК-вирусов (ретровирусов), т. е. копирование РНК->ДНК (Г.Темин, Д. Балтимор)</p><p>• <strong>1968-74 гг.</strong> Предложено рациональное объяснение соматических мутаций генов антител. Установлена «зависимость Ву-Кэбота» для V-областей антител (Т. By, Е. Кэбот). Предсказано существование определяемого антигеном соматического гипермугирования вариабельных генов антител (А. Каннингам).</p><p>• <strong>1974-77 гг.</strong> Установлена уникальная организация генов антител и доказана V <em>-></em> С-модель Дрейе-ра-Беннета. Опубликованы первые данные по последовательностям ДНК, подтверждающие, что вариабельные гены антител подвергаются соматическому мутированию В. Тонегава)</p><p>• <strong>1977гг.</strong> Открыты интроны, или некодирующие встроенные последовательности, в генах эука-риот (Р. Роберте, П. Шарп)</p><p>• <strong>1979г.</strong> Сформулирована теория соматического отбора, предсказывающая движение наследственной информации от сомы к зародышевой линии для вариабельных генов антител в иммунной системе (Э. Стил)</p><p>• <strong>1981 г.</strong> Широко признаны доказательства того, что определяемое антигеном соматическое гипермутирование генов антител в иммунной системе действительно происходит.</p><p>• <strong>1982г.</strong> Широко признаны доказательства существования не-вирусной «общей» обратной транскрипции (РНК -» ДНК)</p><p>• <strong>1982-83гг.</strong> Открыты рибозимы, или ферменты, основанные на РНК (Т. Кеч, С. Альтман)</p><p>• <strong>1985г.</strong> Предложен метод ПЦР (К. Маллис)</p><p>• <strong>1987г.</strong> Предложена модель обратной транскрипции для объяснения определяемого антигеном соматического гипермутирования вариабельных генов антител (Э. Стил, Дж. Поллард)</p><p>• <strong>1987г.</strong> Предложены общая теория эволюции иммунной системы, «концепция протектона» (Р. Лангман,. М. Кон)</p><p>• <strong>1992г.</strong> Опубликованы данные, согласующиеся с моделью соматического гипермутирования, основанной на обратной транскрипции. Накапливаются сведения, подтверждающие теорию соматического отбора (Г. Ротенфлу, Р. Бландэн, Э. Стил)</p><p>• <strong>1996г.</strong> Обнаружений рекомбинационный след в V-генах зародышевой линии, что подтверждает схему интеграции, предсказанную теорией соматического отбора (Г. Вейлер, Р. Бландэн, Г. Ротенфлу, П. Зилстра, Э. Стил).</p><p>Таким образом, «генетический чертеж», определяющий большое разнообразие живых форм, обусловлен сложной живой информационной системой клетки. Эта система аналогична компьютерным кодам, хранящимся в маленьких полупроводниковых микросхемах, из которых состоит часть центрального обрабатывающего блока компьютера; Законы генетического кода и его перевода в биологические продукты живого организма открывались учеными параллельно с развитием компьютерных технологий. Однако природа создала удивительно совершенные системы хранения и поиска информации задолго до того, как люди придумали силиконовые компьютерные микросхемы. Силиконовые микросхемы для массового производства только лишь сейчас достигли размеров в 1 микрон. Всем известно, что новые поколения компьютеров и компьютерных программ появляются примерно каждые пять лет. Подобные перемены системы понятий и взглядов происходят и в современной молекулярной и клеточной биологии. Благодаря им мы перешли на новый уровень знаний генетических функций, которые рассматриваются в этой главе.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Важнейшие открытия и достижения молекулярной генетики
• 1952г. Показано, что материалом наследственности у бактериофагов является ДНК, а не белок (А. Херши и М. Чейз).
• 1953г. Открыта структура (двойная спираль) ДНК (Дж. Уотсон и Ф. Крик). П. Медавар с коллегами выявили факт приобретенной иммунологической толерантности у новорожденных мышей
• 1957-59гг. Сформулирована клонально-селекционная теория приобретенного иммунитета, предсказывающая «дарвиновский» отбор антигенами клеток, продуцирующих специфические антитела. (М. Бернет, Д. Талмейдж, Н. Ерне)
• 1957-59 гг. Доказан предсказанный Уотсоном и Криком механизм репликации двойной спирали ДНК и обнаружен фермент ДНК-полимераза (ДНК -> ДНК копирование; М. Мезельсон, Ф. Сталь, А. Корнберг)
• 1959г. Предсказано существование обратной транскриптазы (РНК -> ДНК копирование) (Г. Темин)
• 1961 г. Обнаружена информационная РНК. Это молекула-посредник между геном и белком. Установлен факт копирования ДНК -> РНК с помощью фермента РНК-полимеразы. (С. Бреннер, Ф. Жакоб, М. Мезельсон, Б. Ход, С. Спигельман)
• 1961-66 гг. Расшифрован генетический код. При синтезе последовательности аминокислот, или белка, последовательность оснований информационной РНК считывается по три (ко-дон) (М. Ниренберг, Г. Г. Корана, Ф. Крик, С. Бреннер)
• 1965г. Предложена модель генов антител, предсказывающая V —> С-перестройку (В. Дрейер, Дж. Беннет)
• 1970г. Предложена двусигнальная модель индукции иммунного ответа, усовершенствовавшая представления о различении своего и не-своего (П. Бречер, М. Кон)
• 1970г. Обнаружена обратная транскриптаза опухолевых РНК-вирусов (ретровирусов), т. е. копирование РНК->ДНК (Г.Темин, Д. Балтимор)
• 1968-74 гг. Предложено рациональное объяснение соматических мутаций генов антител. Установлена «зависимость Ву-Кэбота» для V-областей антител (Т. By, Е. Кэбот). Предсказано существование определяемого антигеном соматического гипермугирования вариабельных генов антител (А. Каннингам).
• 1974-77 гг. Установлена уникальная организация генов антител и доказана V -> С-модель Дрейе-ра-Беннета. Опубликованы первые данные по последовательностям ДНК, подтверждающие, что вариабельные гены антител подвергаются соматическому мутированию В. Тонегава)
• 1977гг. Открыты интроны, или некодирующие встроенные последовательности, в генах эука-риот (Р. Роберте, П. Шарп)
• 1979г. Сформулирована теория соматического отбора, предсказывающая движение наследственной информации от сомы к зародышевой линии для вариабельных генов антител в иммунной системе (Э. Стил)
• 1981 г. Широко признаны доказательства того, что определяемое антигеном соматическое гипермутирование генов антител в иммунной системе действительно происходит.
• 1982г. Широко признаны доказательства существования не-вирусной «общей» обратной транскрипции (РНК -» ДНК)
• 1982-83гг. Открыты рибозимы, или ферменты, основанные на РНК (Т. Кеч, С. Альтман)
• 1985г. Предложен метод ПЦР (К. Маллис)
• 1987г. Предложена модель обратной транскрипции для объяснения определяемого антигеном соматического гипермутирования вариабельных генов антител (Э. Стил, Дж. Поллард)
• 1987г. Предложены общая теория эволюции иммунной системы, «концепция протектона» (Р. Лангман,. М. Кон)
• 1992г. Опубликованы данные, согласующиеся с моделью соматического гипермутирования, основанной на обратной транскрипции. Накапливаются сведения, подтверждающие теорию соматического отбора (Г. Ротенфлу, Р. Бландэн, Э. Стил)
• 1996г. Обнаружений рекомбинационный след в V-генах зародышевой линии, что подтверждает схему интеграции, предсказанную теорией соматического отбора (Г. Вейлер, Р. Бландэн, Г. Ротенфлу, П. Зилстра, Э. Стил).
Таким образом, «генетический чертеж», определяющий большое разнообразие живых форм, обусловлен сложной живой информационной системой клетки. Эта система аналогична компьютерным кодам, хранящимся в маленьких полупроводниковых микросхемах, из которых состоит часть центрального обрабатывающего блока компьютера; Законы генетического кода и его перевода в биологические продукты живого организма открывались учеными параллельно с развитием компьютерных технологий. Однако природа создала удивительно совершенные системы хранения и поиска информации задолго до того, как люди придумали силиконовые компьютерные микросхемы. Силиконовые микросхемы для массового производства только лишь сейчас достигли размеров в 1 микрон. Всем известно, что новые поколения компьютеров и компьютерных программ появляются примерно каждые пять лет. Подобные перемены системы понятий и взглядов происходят и в современной молекулярной и клеточной биологии. Благодаря им мы перешли на новый уровень знаний генетических функций, которые рассматриваются в этой главе. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Можно ли распространить нашу гипотезу за пределы иммунной системы ?</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Картина ламарковской обратной связи для появления и поддержания У-генов иммунной системы, которую мы нарисовали в этой работе, основана на ясной и на наш взгляд неоспоримой логике. Но можем ли мы распространить идею об обратной связи сомы и зародышевой линии (основанной на обратной транскрипции) для генов, вовлеченных в выполнение других функций?</p><p>Прежде всего, мы должны сказать, что многие коллеги, которые считают наши аргументы в пользу ламарковского наследования V-генов убедительными, ограничивают этот процесс только V-генами. Так, доктор Арно Маллбачер (Mull-bacher) из Центра медицинских исследований Джона Керти-на, замечательный полемист и критик, внесший существенный вклад в успех нашей исследовательской программы, не принимает мысли о том, что эта концепция справедлива за пределами имунной системы. Позицию Арно разделяют сейчас многие другие ученые. Они готовы принять, хотя и неохотно, что передача в зародышевую линию соматической генетической информации имеет место для V-генов, но отвергают ее для генов, ответственных за другие функции, ткани и органы.</p>
<p>В качестве возражения этому взгляду можно привести такой аргумент. В живом мире уникальные процессы и функции редки. Если какой-нибудь феномен обнаружен в одной живой системе, рано или поздно его выявят и в других клетках, тканях или организмах. Например, не так давно (в начале 1970-х годов) считалось, что обратная транскрипция, впервые описанная Говардом Теминым, ограничивается только С-типом РНК-содер-жащих опухолевых вирусов (Темину поначалу тоже пришлось вьвдержать ожесточенную критику). Однако сейчас мы знаем, что РНК->ДНК копирование широко распространено в вирусных и невирусных биологических системах, от бактерий до человека и царства растений. Похожая история произошла и с открытием широко распространенного ферментоподобного РНК-катализа (так называемых рибозимов). О нем ничего не было известно до 1982 г., когда это явление бьмо впервые описано для бактерий и одноклеточных простейших Томасом Ке-чем (Cech) и Сиднеем Альтманом (Altman). Как мы увидим, невирусная, <em>обобщенная</em> обратная транскрипция оказала значительное и всеобщее влияние на создание структуры ДНК-последовательностей геномов высших позвоночных и млекопитающих. Она играет не только ту роль, которую мы приписываем ей в эволюции V-генов.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Можно ли распространить нашу гипотезу за пределы иммунной системы ?
Картина ламарковской обратной связи для появления и поддержания У-генов иммунной системы, которую мы нарисовали в этой работе, основана на ясной и на наш взгляд неоспоримой логике. Но можем ли мы распространить идею об обратной связи сомы и зародышевой линии (основанной на обратной транскрипции) для генов, вовлеченных в выполнение других функций?
Прежде всего, мы должны сказать, что многие коллеги, которые считают наши аргументы в пользу ламарковского наследования V-генов убедительными, ограничивают этот процесс только V-генами. Так, доктор Арно Маллбачер (Mull-bacher) из Центра медицинских исследований Джона Керти-на, замечательный полемист и критик, внесший существенный вклад в успех нашей исследовательской программы, не принимает мысли о том, что эта концепция справедлива за пределами имунной системы. Позицию Арно разделяют сейчас многие другие ученые. Они готовы принять, хотя и неохотно, что передача в зародышевую линию соматической генетической информации имеет место для V-генов, но отвергают ее для генов, ответственных за другие функции, ткани и органы.
В качестве возражения этому взгляду можно привести такой аргумент. В живом мире уникальные процессы и функции редки. Если какой-нибудь феномен обнаружен в одной живой системе, рано или поздно его выявят и в других клетках, тканях или организмах. Например, не так давно (в начале 1970-х годов) считалось, что обратная транскрипция, впервые описанная Говардом Теминым, ограничивается только С-типом РНК-содер-жащих опухолевых вирусов (Темину поначалу тоже пришлось вьвдержать ожесточенную критику). Однако сейчас мы знаем, что РНК->ДНК копирование широко распространено в вирусных и невирусных биологических системах, от бактерий до человека и царства растений. Похожая история произошла и с открытием широко распространенного ферментоподобного РНК-катализа (так называемых рибозимов). О нем ничего не было известно до 1982 г., когда это явление бьмо впервые описано для бактерий и одноклеточных простейших Томасом Ке-чем (Cech) и Сиднеем Альтманом (Altman). Как мы увидим, невирусная, обобщенная обратная транскрипция оказала значительное и всеобщее влияние на создание структуры ДНК-последовательностей геномов высших позвоночных и млекопитающих. Она играет не только ту роль, которую мы приписываем ей в эволюции V-генов. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Любительская селекция</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Селекцией, совершенствованием живого, занимаются не только специалисты, но и любители. Создать своими руками новый сорт или породу разве не увлекательно?</p><p>Граф Орлов-Чесменский, вельможа XVIII века, был когда-то известен как полководец. Ныне его победы — достояние истории. Но вряд ли есть хоть один человек, который не слыхал бы об орловском рысаке, гордости</p><p>русского коневодства. А создал этого рысака Орлов-Чесменский вместе со своим крепостным Шишкиным, сперва конюхом, а в дальнейшем секретарем графа. Специальностью графа была война, а селекция была его страстным увлечением. Графа интересовали не только лошади — всеобщее увлечение тех лет. С не меньшим азартом занимался он селекцией голубей и бойцовых кур. Всякий, кто знаком с голубями, знает чистых. Но до недавнего времени почти ничего не было известно о происхождении этой породы. Разобрался в этом вопросе любитель-селекционер наших дней Н. А. Васильев. Он опубликовал несколько статей, из которых видна большая роль Орлова в создании чистых.</p>
<p>Как Орлов пробует своих голубей в полете, описал И. С. Тургенев. На середину просторного двора выносится кресло, граф садится в него, а на всех крышах окрест сидят уже егеря с ружьями: а ну как вынырнет откуда-то сокол, а ну как унесет любимого голубя графа? Голуби же были великолепные — не жалея денег, скупал их граф у любителей из простонародья. Рядом с креслом ставят серебряный таз с водой — не задирая головы, граф видит небо. ..</p><p>А вот еще эпизод, когда-то описанный Пальцевым. Один из голубей графа залетел однажды на мельницу, и мельник поймал его. Цену этой птице он знал и недолго думая сунул ее в мешок, запряг лошадь и понесся галопом в город. А между тем голубя искали, уже во все стороны были отправлены пешие, конные. И вот уже за мельником началась погоня, и вот уже он понимает, что не удастся ему убежать. Берет мешок с голубем и кидает его в высокую рожь. Обыск не дает результатов, а поздней ночью городские голубеводы этот мешок разыскивают...</p><p>Методы, которыми работали Орлов и его подручные, до сих пор не забыты. Мало того: они изучаются, их преподают студентам на лекциях. Дело в том, что рысак даже по сегодняшним нашим понятиям был создан за рекордный срок. Но мало кто знает, что при создании методов селекции Орлов в качестве модели использовал голубя.</p><p>Даже клички рысаков и голубей были одинаковы.</p><p>А кроме голубей, Орлов интересовался бойцовыми курами. И голуби, и куры — объекты народные, даже мало того — простонародные. Заниматься селекцией лошадей могли лишь люди богатые, а куры и голуби много дешевле. На Руси же, особенно в городах, любительская селекция была распространена издавна. Почему особенно в городах? Да потому, что сельский житель живет в постоянном общении с природой, а горожанин заменяет эти отношения тем или иным любительством.</p><p>О том, как неодолима страсть селекционера, можно судить по рассказу Н. А. Васильева. Он ее пронес с мальчишеских лет и до старости, а молодость его пришлась на начало двадцатых годов. В ту пору он был уже известным селекционером-куроводом. А жил он на Манежной улице, в самом центре Москвы. Охота пуще неволи, а селекционеры тех лет так и называли себя охотниками. Рано утром, до работы, Николай Арафьевич выносил в Александровский сад лукошко с лучшими своими цыплятами: чтобы попаслись на травке...</p><p>Но жизнь течет, ныне уже не только у стен Кремля — нигде в городе не осталось места для курицы. Да и голубятня не улучшает городской пейзаж. Что ж селекционеры-любители? Число их отнюдь не уменьшилось. Напротив, если в двадцатых годах «охотники» знали друг друга, потому что были наперечет, теперь их в одной только Москве многие тысячи. Но занимаются они не селекцией кур или голубей, а комнатными объектами — канарейками, а чаще аквариумными рыбками гуппи.</p><p>Почему именно эту рыбку предпочитают любители? Гуппи очень красива и очень изменчива, обладает множеством форм, легко разводится и выращивается, требуя минимум места. Кроме того, гуппи дешевы. Успехи селекционеров здесь велики: члены кружка при Обществе охраны природы чуть ли не на каждом из ежегодных конкурсов показывают москвичам новые породы. А теперь я хочу дать вам селекционную задачу. Вести селекцию у гуппи можно и в самых маленьких сосудах, однако желательно иметь два-три вырастовых аквариума, объемом по 40 или 60 литров. А к ним вдобавок десяток банок, можно и трехлитровых, из-под кош сервированных овощей.</p><p>На дно водоемов кладут хорошо промытый песок, в него сажают водяные растения. Вода для гуппи хороша водопроводная, отстоявшаяся перед посадкой рыб в течение хотя бы двух дней, а лучше — недели. Корма вы найдете в зоологических магазинах. Нельзя кормить рыб одним лишь сухим кормом. Резаные трубочники и мотыли, циклопы и дафнии, скобленое мясо и рыба обязательно должны входить в рацион. Основное правило содержания: лучше недокормить, чем перекормить. Это не значит, что рыб можно держать впроголодь. Просто нужно следить, чтобы весь корм съедался, не гнил, не портил воду. Менять ее следует пореже, да и то частично, желательно не больше трети. Лучшая температура — 22— 24 градуса; однако гуппи не гибнут и при 18, выдерживают и 32. Аквариумы полезно подсвечивать, особенно зимой. Если у вас растет папоротник цератоптерис — освещенность да и вообще все условия можете считать хорошими.</p><p>Вот и задача. У гуппи известно несколько пород с расширенными и удлиненными хвостами (вуалевые, шлейфовые, веерохвостые). Есть и так называемые шарфовые породы: у них сильно удлинен и расширен спинной плавник. А хорошо выраженных вуалево-шарфовых, объединяющих оба признака, сравнительно мало. Почему бы не вывести такую породу? Наследование обоих признаков хорошо изучено. Шарф наследуется как доминант, вуалевый хвост — рецессии. Значит, объединить оба признака можно уже в два поколения.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_56_img_76.png"/>
</p><p><em>Выведение вуалево-шарфовых гуппи. Один из возможных путей селекции.</em></p><p>Вот скрещивания, которые лучше всего поставить. Важно подобрать исходный материал так, чтобы рыбки отличались лишь по интересующим нас признакам, по окраске же были одинаковы. В случае разных окрасок задача усложнится, так как тут уже будет скрещивание полигибридное (в перекомбинацию вступят многие гены). Проще всего взять самку из породы, которая называется московской шарфовой, а самца московского вуалевого. Самки у гуппи не окрашены, но удлиненный спинной плавник (шарф) у них есть. Самец хорошо окрашен, тут практически весь генотип отражается в фенотипе.</p><p>В первом поколении, если самка была гомозиготной по шарфу, все рыбки окажутся шарфовыми. И в то же время все они будут с короткими округлыми хвостами: большой хвост — рецессив.</p><p>Для получения второго поколения нет нужды скрещивать гибридов между собой. Гораздо рациональнее поставить возвратное скрещивание: самку из первого поколения скрестить с хорошим самцом московской вуалевой породы. В ее потомстве следует выбрать наилучшего из вуалево-шарфовых самцов. Его нужно снова скрестить с вуалевой чистопородной самкой. Таким образом на этих этапах мы ведем селекцию по хвосту, шарф же у нас всюду в гетерозиготе. Почему мы поступаем так? Да потому лишь, что у самок гуппи большие хвосты не проявляются, и, чтобы найти такую самку, нам пришлось бы ставить множество скрещиваний для проверки самок по потомству. Обходясь же на первых порах гетерозиготным шарфом, мы минуем эту сложность.</p><p>А в следующем поколении можно уже перейти к скрещиванию вуалево-шарфовых между собой. Рыбки, гомозиготные по шарфу, хоть с трудом, но отличимы: у них особенно велик спинной плавник. Однако и теперь селекцию вряд ли можно будет считать законченной. Дело з том, что, скрестив две породы, мы разбили, пересортировали сложившиеся в ходе длительного отбора генотипы. У наших рыбок будут и шарфы, и вуали, и окраска, свойственная породе, однако... однако все это будет не высшего качества. А чтобы этого качества добиться, придется «пошлифовать» наших рыбок в течение нескольких поколений путем строгого индивидуального отбора. Важно, чтобы каждое пятно заблестело и засверкало, шарф стал огромным, а хвосты широкими, длинными, с ровными, «обрезными» краями. Приложите старание — и вы этого добьетесь.</p>
<p>Еще указание. У гуппи одного оплодотворения хватает для получения неоднократных потомств. Поэтому для всех скрещиваний нужно подбирать самок, специально выращенных без самцов.</p><p>Можно ли на гуппи продемонстрировать успехи селекции, связанные с новыми генетическими методами? Во многих случаях да.</p><p>Если скрестить между собой несколько инбредных, близкородственных линий гуппи, нередко удается натолкнуться на ярко выраженный гетерозис. Мне довелось быть членом экспертной комиссии на московских конкурсах гуппи. Нередко случалось так, что любитель, занимающийся селекцией буквально без году неделю, получал высокие оценки и даже дипломы. И почти всегда из бесед с таким любителем выяснялось, что именно за счет скрещивания разных инбредных линий (а гуппи практически всегда разводятся в близком родстве) он и получил своих красавцев.</p><p></p><p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | Любительская селекция
Селекцией, совершенствованием живого, занимаются не только специалисты, но и любители. Создать своими руками новый сорт или породу разве не увлекательно?
Граф Орлов-Чесменский, вельможа XVIII века, был когда-то известен как полководец. Ныне его победы — достояние истории. Но вряд ли есть хоть один человек, который не слыхал бы об орловском рысаке, гордости
русского коневодства. А создал этого рысака Орлов-Чесменский вместе со своим крепостным Шишкиным, сперва конюхом, а в дальнейшем секретарем графа. Специальностью графа была война, а селекция была его страстным увлечением. Графа интересовали не только лошади — всеобщее увлечение тех лет. С не меньшим азартом занимался он селекцией голубей и бойцовых кур. Всякий, кто знаком с голубями, знает чистых. Но до недавнего времени почти ничего не было известно о происхождении этой породы. Разобрался в этом вопросе любитель-селекционер наших дней Н. А. Васильев. Он опубликовал несколько статей, из которых видна большая роль Орлова в создании чистых.
Как Орлов пробует своих голубей в полете, описал И. С. Тургенев. На середину просторного двора выносится кресло, граф садится в него, а на всех крышах окрест сидят уже егеря с ружьями: а ну как вынырнет откуда-то сокол, а ну как унесет любимого голубя графа? Голуби же были великолепные — не жалея денег, скупал их граф у любителей из простонародья. Рядом с креслом ставят серебряный таз с водой — не задирая головы, граф видит небо. ..
А вот еще эпизод, когда-то описанный Пальцевым. Один из голубей графа залетел однажды на мельницу, и мельник поймал его. Цену этой птице он знал и недолго думая сунул ее в мешок, запряг лошадь и понесся галопом в город. А между тем голубя искали, уже во все стороны были отправлены пешие, конные. И вот уже за мельником началась погоня, и вот уже он понимает, что не удастся ему убежать. Берет мешок с голубем и кидает его в высокую рожь. Обыск не дает результатов, а поздней ночью городские голубеводы этот мешок разыскивают...
Методы, которыми работали Орлов и его подручные, до сих пор не забыты. Мало того: они изучаются, их преподают студентам на лекциях. Дело в том, что рысак даже по сегодняшним нашим понятиям был создан за рекордный срок. Но мало кто знает, что при создании методов селекции Орлов в качестве модели использовал голубя.
Даже клички рысаков и голубей были одинаковы.
А кроме голубей, Орлов интересовался бойцовыми курами. И голуби, и куры — объекты народные, даже мало того — простонародные. Заниматься селекцией лошадей могли лишь люди богатые, а куры и голуби много дешевле. На Руси же, особенно в городах, любительская селекция была распространена издавна. Почему особенно в городах? Да потому, что сельский житель живет в постоянном общении с природой, а горожанин заменяет эти отношения тем или иным любительством.
О том, как неодолима страсть селекционера, можно судить по рассказу Н. А. Васильева. Он ее пронес с мальчишеских лет и до старости, а молодость его пришлась на начало двадцатых годов. В ту пору он был уже известным селекционером-куроводом. А жил он на Манежной улице, в самом центре Москвы. Охота пуще неволи, а селекционеры тех лет так и называли себя охотниками. Рано утром, до работы, Николай Арафьевич выносил в Александровский сад лукошко с лучшими своими цыплятами: чтобы попаслись на травке...
Но жизнь течет, ныне уже не только у стен Кремля — нигде в городе не осталось места для курицы. Да и голубятня не улучшает городской пейзаж. Что ж селекционеры-любители? Число их отнюдь не уменьшилось. Напротив, если в двадцатых годах «охотники» знали друг друга, потому что были наперечет, теперь их в одной только Москве многие тысячи. Но занимаются они не селекцией кур или голубей, а комнатными объектами — канарейками, а чаще аквариумными рыбками гуппи.
Почему именно эту рыбку предпочитают любители? Гуппи очень красива и очень изменчива, обладает множеством форм, легко разводится и выращивается, требуя минимум места. Кроме того, гуппи дешевы. Успехи селекционеров здесь велики: члены кружка при Обществе охраны природы чуть ли не на каждом из ежегодных конкурсов показывают москвичам новые породы. А теперь я хочу дать вам селекционную задачу. Вести селекцию у гуппи можно и в самых маленьких сосудах, однако желательно иметь два-три вырастовых аквариума, объемом по 40 или 60 литров. А к ним вдобавок десяток банок, можно и трехлитровых, из-под кош сервированных овощей.
На дно водоемов кладут хорошо промытый песок, в него сажают водяные растения. Вода для гуппи хороша водопроводная, отстоявшаяся перед посадкой рыб в течение хотя бы двух дней, а лучше — недели. Корма вы найдете в зоологических магазинах. Нельзя кормить рыб одним лишь сухим кормом. Резаные трубочники и мотыли, циклопы и дафнии, скобленое мясо и рыба обязательно должны входить в рацион. Основное правило содержания: лучше недокормить, чем перекормить. Это не значит, что рыб можно держать впроголодь. Просто нужно следить, чтобы весь корм съедался, не гнил, не портил воду. Менять ее следует пореже, да и то частично, желательно не больше трети. Лучшая температура — 22— 24 градуса; однако гуппи не гибнут и при 18, выдерживают и 32. Аквариумы полезно подсвечивать, особенно зимой. Если у вас растет папоротник цератоптерис — освещенность да и вообще все условия можете считать хорошими.
Вот и задача. У гуппи известно несколько пород с расширенными и удлиненными хвостами (вуалевые, шлейфовые, веерохвостые). Есть и так называемые шарфовые породы: у них сильно удлинен и расширен спинной плавник. А хорошо выраженных вуалево-шарфовых, объединяющих оба признака, сравнительно мало. Почему бы не вывести такую породу? Наследование обоих признаков хорошо изучено. Шарф наследуется как доминант, вуалевый хвост — рецессии. Значит, объединить оба признака можно уже в два поколения.
Выведение вуалево-шарфовых гуппи. Один из возможных путей селекции.
Вот скрещивания, которые лучше всего поставить. Важно подобрать исходный материал так, чтобы рыбки отличались лишь по интересующим нас признакам, по окраске же были одинаковы. В случае разных окрасок задача усложнится, так как тут уже будет скрещивание полигибридное (в перекомбинацию вступят многие гены). Проще всего взять самку из породы, которая называется московской шарфовой, а самца московского вуалевого. Самки у гуппи не окрашены, но удлиненный спинной плавник (шарф) у них есть. Самец хорошо окрашен, тут практически весь генотип отражается в фенотипе.
В первом поколении, если самка была гомозиготной по шарфу, все рыбки окажутся шарфовыми. И в то же время все они будут с короткими округлыми хвостами: большой хвост — рецессив.
Для получения второго поколения нет нужды скрещивать гибридов между собой. Гораздо рациональнее поставить возвратное скрещивание: самку из первого поколения скрестить с хорошим самцом московской вуалевой породы. В ее потомстве следует выбрать наилучшего из вуалево-шарфовых самцов. Его нужно снова скрестить с вуалевой чистопородной самкой. Таким образом на этих этапах мы ведем селекцию по хвосту, шарф же у нас всюду в гетерозиготе. Почему мы поступаем так? Да потому лишь, что у самок гуппи большие хвосты не проявляются, и, чтобы найти такую самку, нам пришлось бы ставить множество скрещиваний для проверки самок по потомству. Обходясь же на первых порах гетерозиготным шарфом, мы минуем эту сложность.
А в следующем поколении можно уже перейти к скрещиванию вуалево-шарфовых между собой. Рыбки, гомозиготные по шарфу, хоть с трудом, но отличимы: у них особенно велик спинной плавник. Однако и теперь селекцию вряд ли можно будет считать законченной. Дело з том, что, скрестив две породы, мы разбили, пересортировали сложившиеся в ходе длительного отбора генотипы. У наших рыбок будут и шарфы, и вуали, и окраска, свойственная породе, однако... однако все это будет не высшего качества. А чтобы этого качества добиться, придется «пошлифовать» наших рыбок в течение нескольких поколений путем строгого индивидуального отбора. Важно, чтобы каждое пятно заблестело и засверкало, шарф стал огромным, а хвосты широкими, длинными, с ровными, «обрезными» краями. Приложите старание — и вы этого добьетесь.
Еще указание. У гуппи одного оплодотворения хватает для получения неоднократных потомств. Поэтому для всех скрещиваний нужно подбирать самок, специально выращенных без самцов.
Можно ли на гуппи продемонстрировать успехи селекции, связанные с новыми генетическими методами? Во многих случаях да.
Если скрестить между собой несколько инбредных, близкородственных линий гуппи, нередко удается натолкнуться на ярко выраженный гетерозис. Мне довелось быть членом экспертной комиссии на московских конкурсах гуппи. Нередко случалось так, что любитель, занимающийся селекцией буквально без году неделю, получал высокие оценки и даже дипломы. И почти всегда из бесед с таким любителем выяснялось, что именно за счет скрещивания разных инбредных линий (а гуппи практически всегда разводятся в близком родстве) он и получил своих красавцев. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Наследование анатомических особенностей, связанных с привычкой сидеть на корточках</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>В книге <em>Habit and Heritage</em> Вуд Джоунз обсуждал также манеру сидеть на корточках в разных популяциях человека. У многих азиатских народов принято сидеть на корточках так, что ступни стоят плоско на земле. Аборигены Австралии делают это иначе, их ступни подобраны под ягодицы (рис. 7.1). У тех, кто сидит в азиатской позе (рис. 7.2), в месте соединения голени и таранной кости (ступни) есть хорошо выраженная поверхность, которая, по-видимому, позволяет очень долго удобно сидеть на корточках на рисовых полях и базарах (для большинства европеоидов это очень трудное дело). Этой особенной суставной поверхности нет у аборигенов Австралии, у них она совершенно другая. Далее, ни той, ни другой поверхности нет у тех людей, которые привыкли сидеть на стульях. И что самое интересное, все эти структуры <em>уже присутствуют</em> в костях эмбрионов и маленьких детей у тех народов, которые имеют привычку сидеть на корточках, но их нет у эмбрионов и маленьких детей в тех популяциях, где люди для сидения используют стулья. Для объяснений с неодарвинистских позиций надо признать наличие селективного преимущества (т. е. повышенный репродуктивный успех) спонтанных генеративных мутаций, которые затрагивают форму костей ноги и ступни. Ключевой вопрос: сколь пригодны такие объяснения, поскольку указанные анатомические черты эволюционно должны были возникнуть совсем недавно.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_49_img_35.png"/>
</p><p><strong>Рис. 7.1. Манера сидеть на корточках у жителей востока и аборигенов Австралии.</strong> <em><strong>А.</strong></em> <strong>Жители Востока. Б. Аборигены Австралии. (Перепечатано из F. Wood Jones 1943</strong> <em><strong>Habit and Heritage, с</strong></em> <strong>разрешения издателя, Kegan Paul International Ltd.).</strong></p><p> </p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_49_img_36.png"/>
</p><p><strong>Рис. 7.2. Структура костей и поза. Суставные поверхности (показаны стрелкой), на большой берцовой и таранной кости у жителей Востока, имеющих особую манеру сидеть на корточках. (F. Wood Jones 1943</strong> <em><strong>Habit and Heritage, с</strong></em> <strong>разрешения издателя, Kegan Paul International Ltd.).</strong></p><p> </p><p>Это очень интересный пример. Цель будущего — организация и проведение новых экспериментов, направленных непосредственно на выяснение механизма наследования таких анатомических особенностей.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Наследование анатомических особенностей, связанных с привычкой сидеть на корточках
В книге Habit and Heritage Вуд Джоунз обсуждал также манеру сидеть на корточках в разных популяциях человека. У многих азиатских народов принято сидеть на корточках так, что ступни стоят плоско на земле. Аборигены Австралии делают это иначе, их ступни подобраны под ягодицы (рис. 7.1). У тех, кто сидит в азиатской позе (рис. 7.2), в месте соединения голени и таранной кости (ступни) есть хорошо выраженная поверхность, которая, по-видимому, позволяет очень долго удобно сидеть на корточках на рисовых полях и базарах (для большинства европеоидов это очень трудное дело). Этой особенной суставной поверхности нет у аборигенов Австралии, у них она совершенно другая. Далее, ни той, ни другой поверхности нет у тех людей, которые привыкли сидеть на стульях. И что самое интересное, все эти структуры уже присутствуют в костях эмбрионов и маленьких детей у тех народов, которые имеют привычку сидеть на корточках, но их нет у эмбрионов и маленьких детей в тех популяциях, где люди для сидения используют стулья. Для объяснений с неодарвинистских позиций надо признать наличие селективного преимущества (т. е. повышенный репродуктивный успех) спонтанных генеративных мутаций, которые затрагивают форму костей ноги и ступни. Ключевой вопрос: сколь пригодны такие объяснения, поскольку указанные анатомические черты эволюционно должны были возникнуть совсем недавно.
Рис. 7.1. Манера сидеть на корточках у жителей востока и аборигенов Австралии. А. Жители Востока. Б. Аборигены Австралии. (Перепечатано из F. Wood Jones 1943 Habit and Heritage, с разрешения издателя, Kegan Paul International Ltd.).
Рис. 7.2. Структура костей и поза. Суставные поверхности (показаны стрелкой), на большой берцовой и таранной кости у жителей Востока, имеющих особую манеру сидеть на корточках. (F. Wood Jones 1943 Habit and Heritage, с разрешения издателя, Kegan Paul International Ltd.).
Это очень интересный пример. Цель будущего — организация и проведение новых экспериментов, направленных непосредственно на выяснение механизма наследования таких анатомических особенностей. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Индуцированные мутации. Дрозофила летит в космос</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Получить искусственные мутации, изменить своими руками наследственность — об этом генетики мечтали данно. Но не так-то легко было подобрать ключик! Наследственность всего живого надежно защищена от внешних воздействий. Не будь этого, не могли бы организмы сохранить информацию, накопленную в наследственном аппарате за миллионы лет эволюции. И не мудрено, что долгое время не удавалось найти пути изменения хромосом и генов.</p><p>Впервые это удалось в 1925 году советским ученым Г. А. Надсону и Г. С. Филиппову. Они работали на дрожжах. У дрожжевых грибков есть четко выраженная и передающаяся по наследству форма так называемых гигантских колоний. Чем-то эти колонии, состоящие из множества клеток, напоминают цветы. Эти колонии обнаруживают поразительное постоянство. И немало перепробовали Надсон п Филиппов способов воздействий, прежде чем наткнулись на лучи радия. Оказалось, что чудодейственные лучи, проникая в живое, вызывают изменения в хромосомах, а эти изменения, в свою очередь, сказываются на свойствах дрожжей, в том числе на форме и размерах гигантских колоний.</p>
<p>Форма и величина колоний — самые показательные признаки, видные на глаз, но изменения затрагивали и другие свойства, например способность сбраживать сахарозу.</p><p>Статья Надсона и Филиппова была первой ласточкой. Вслед за ней появилось множество других работ, которые привели к созданию специальной отрасли науки — радиогенетики.</p><p>Было выяснено, что не только лучи радия, но и любые другие источники ионизирующей, проникающей радиации ведут к образованию мутаций. Это, прежде всего, рентген, с которым в дальнейшем больше всего работали; это гамма-лучи различных источников, в частности от радиоактивного кобальта; это нейтроны, протоны и даже ультрафиолетовые лучи солнечного спектра. Вызывают мутации и космические лучи.</p><p>Когда имеешь дело с тем или иным фактором, очень важно точно измерить силу его воздействия. Именно поэтому целую революцию в генетике произвела работа Г. Меллера, проведенная в 1927 году в Америке.</p><p>Этот ученый нашел способ точного количественного учета мутаций.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_36_img_59.png"/>
</p><p><em>Муха с глазами — «Бар».</em></p><p>Первоначально работа велась на дрозофиле — любимом объекте генетиков, а затем на микробах, растениях, животных различных классов. Однако дрозофила до сих пор служит превосходной моделью. В частности, когда нужно исследовать новую космическую трассу, на нее посылают дрозофилу и но уровню ее мутабильности, то есть по количеству возникших у нее мутаций, судят о повреждающем действии космических лучей.</p><p>Разработанный Меллером метод называется CLB (си-эль-би).</p><p>CLB — <em>Х</em>-хромосома дрозофилы, специально сконструированная Меллером. C («си») — запиратель кроссинговера; эта хромосома не обменивается участками со своими партнерами. L — деталь, рецессивный летальный ген, не меняющий жизнеспособность мух в гетерозиготном состоянии, однако приводящий гомозигот к летальному — смертельному — исходу. Следовательно, не может быть самца с хромосомой CLB, не может быть и самки, гомозиготной по CLB-хромосомам. Почему в опыте мы не обнаружим гомозиготных по CLB самок, понятно из сказанного. А самцов мы не обнаружим потому, что <em>Y</em>-хромосома дрозофилы лишена доминантных генов, подавляющих рецессивы в <em>Х</em>-хромосоме. И, наконец, B («бар») — доминантный ген, вызывающий сужение глаз у мух. «Бар»-мухи имеют глаза в виде щелок. Этот ген в CLB-хромосоме просто необходим: он служит маркером. Это метка, клеймо, по которому исследователь отличает в опыте гетерозиготных по CLB самок.</p><p>Метод хорош тем, что позволяет изучить мутабильность <em>Х</em>-хромосомы самцов любой линии. Предположим, что нам с вами предложили изучить мутабильность, возникшую во время полета какой-то ракеты. Как мы будем работать?</p><p>Начнем с того, что размножим выбранную для этого линию и отсадим, ну скажем, двести самцов. Рассадив их попросторнее, штук по двадцать в пробирку, мы половину пробирок оставим на земле (это будет контроль), другую половину отправим в космос. К тому времени как мухи вернутся, нам следует отсадить штук 400—500 девственных самок СЬВ. Делается это так: из культуры, где только началось вылупление, выбрасывают всех мух до единой (вытряхивают в керосин). Часов через шесть в пробирках вылупится уже много новых мух, и все самки в это время будут еще девственными, виргннными, как говорят генетики. В культуре будут по фенотипу В («бар») и не В-самки. Нас интересуют только лишь B, то есть CLB-самки, и мы легко их отличим по щелевидным глазам. Пусть они посидят в отдельных пробирках, подождут, пока вернутся на землю дрозофилы-космонавты. А когда те вернутся, мы начнем изучать мутабильность. Обозначим <em>Х</em>-хромосому, побывавшую в космосе через X<sub class="sub">K</sub>, а CLB-хромосому через X<sub class="sub">CLB</sub>. Тогда наше скрещиванпе будет выглядеть так:</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_36_img_60.png"/>
</p><p>В первом поколении нас будут интересовать только самки. Их окажется два типа: ХX<sub class="sub">K</sub> и X<sub class="sub">CLB</sub>X<sub class="sub">K</sub>. Первые самки нам не нужны, у них будет идти кроссинговер, а это значит, что часть наследственных изменений мы обязательно прозеваем. Поэтому обратим свое внимание только на CLB-самок. Их нужно рассадить по одной, причем с любыми самцами. Каждая из CLB-самок будет представлять собой одну, подвергшуюся воздействию хромосому, потому что произошла она от одного побывавшего в космосе спермия. Чем больше мы поставим по втором поколении скрещиваний, тем большей будет точность нашего опыта. Триста скрещиваний уже дадут некоторое представление о мутабильности, 500 позволят судить о ней строже, а 1000 — это уже хорошо. Поставим-ка мы, читатель, тысячи полторы-две скрещиваний. В данном случае перестраховаться ох как не вредно: ведь по новой трассе полетит человек!</p><p>Одновременно с опытом все то же самое проделаем и в контроле. Наш контроль ничем не должен отличаться от опыта, кроме того, что исходные самцы тут не летали в космос. Нужно помнить: принцип равноправия контроля и опыта нерушим!</p><p>Во втором поколении, в отличие от первого, мы будем смотреть только самцов. Выше я писал, что CLB-самцов не бывает, они гибнут на ранних стадиях, и в опыто мы их не обнаружим. Поэтому неизбежно окажутся такие пробирки, где не будет вовсе ни одного самца.</p><p>Следовательно, условия космического полета в данном случае оказали на хромосому повреждающее действие, вызвали у нее возникновение рецессивного летального гена!</p><p>Именно по этому показателю— по числу возникших рецессивных летальных генов — принято судить о мута-бильностн. Предположим, на две тысячи культур у нас возникло 24 летальных гена. Это составит 1,2% летальных мутаций. А в контроле возникло всего две летали (0,1%). Вычтем из 1,2% мутабельность в контроле. Получим 1,1% леталей, возникших за счет воздействия космических лучей. «Многовато! — скажем мы конструкторам корабля. — Обеспечьте более надежную защиту». И конструкторы наши данные, несомненно, учтут. Иначе и быть не может: исследователи космоса с генетиками всегда были дружны.</p><p>Но вернемся к Меллеру. В 1927 году о полетах в космос помышляли разве что писатели-фантасты, и Меллер — автор метода CLB — изучал иные факторы.</p><p>Меллер воздействовал на мух рентгеном. Уже первые опыты показали, что увеличение дозы воздействия увеличивает число возникающих мутаций. Меллер был первым, кто на основе строгих опытов смог вычертить дозовую кривую — график, показывающий зависимость возрастания числа мутаций от дозы облучения в рентгенах. Уже тогда было ясно, что генетические повреждения пропорциональны дозе. Позднее это подтвердилось, однако выяснилось: зависимость здесь сложная.</p><p>Она различна для разных типов мутаций. Так число генных изменений (иначе их называют точковыми мутациями) примерно прямо пропорционально дозе. Кривая начинается от нуля и плавно нарастает до больших доз. Очень важно, что начинается она с пуля: значит, нет таких малых доз, которые были бы безвредны для хромосомного аппарата. И в самом деле: чтобы поразить точку, достаточно одной лучевой частицы. Иная зависимость для сложных хромосомных перестроек. Здесь разрывы должны произойти, как минимум, в двух точках, п по теоретическим ожиданиям результат должен быть пропорционален не просто дозе воздействия, а квадрату дозы. Для ряда объектов получен именно такой результат.</p>
<p>Лучистая энергия даст широкий спектр изменений. Тут и летальные и полулетальные мутации и видимые мутации — такие, которые можно обнаружить на глаз. Можно при помощи лучей получать и хозяйственно важные мутации. Сейчас уже есть так называемые радиационные сорта растений, множество хозяйственно важных штаммов микроорганизмов.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Индуцированные мутации. Дрозофила летит в космос
Получить искусственные мутации, изменить своими руками наследственность — об этом генетики мечтали данно. Но не так-то легко было подобрать ключик! Наследственность всего живого надежно защищена от внешних воздействий. Не будь этого, не могли бы организмы сохранить информацию, накопленную в наследственном аппарате за миллионы лет эволюции. И не мудрено, что долгое время не удавалось найти пути изменения хромосом и генов.
Впервые это удалось в 1925 году советским ученым Г. А. Надсону и Г. С. Филиппову. Они работали на дрожжах. У дрожжевых грибков есть четко выраженная и передающаяся по наследству форма так называемых гигантских колоний. Чем-то эти колонии, состоящие из множества клеток, напоминают цветы. Эти колонии обнаруживают поразительное постоянство. И немало перепробовали Надсон п Филиппов способов воздействий, прежде чем наткнулись на лучи радия. Оказалось, что чудодейственные лучи, проникая в живое, вызывают изменения в хромосомах, а эти изменения, в свою очередь, сказываются на свойствах дрожжей, в том числе на форме и размерах гигантских колоний.
Форма и величина колоний — самые показательные признаки, видные на глаз, но изменения затрагивали и другие свойства, например способность сбраживать сахарозу.
Статья Надсона и Филиппова была первой ласточкой. Вслед за ней появилось множество других работ, которые привели к созданию специальной отрасли науки — радиогенетики.
Было выяснено, что не только лучи радия, но и любые другие источники ионизирующей, проникающей радиации ведут к образованию мутаций. Это, прежде всего, рентген, с которым в дальнейшем больше всего работали; это гамма-лучи различных источников, в частности от радиоактивного кобальта; это нейтроны, протоны и даже ультрафиолетовые лучи солнечного спектра. Вызывают мутации и космические лучи.
Когда имеешь дело с тем или иным фактором, очень важно точно измерить силу его воздействия. Именно поэтому целую революцию в генетике произвела работа Г. Меллера, проведенная в 1927 году в Америке.
Этот ученый нашел способ точного количественного учета мутаций.
Муха с глазами — «Бар».
Первоначально работа велась на дрозофиле — любимом объекте генетиков, а затем на микробах, растениях, животных различных классов. Однако дрозофила до сих пор служит превосходной моделью. В частности, когда нужно исследовать новую космическую трассу, на нее посылают дрозофилу и но уровню ее мутабильности, то есть по количеству возникших у нее мутаций, судят о повреждающем действии космических лучей.
Разработанный Меллером метод называется CLB (си-эль-би).
CLB — Х-хромосома дрозофилы, специально сконструированная Меллером. C («си») — запиратель кроссинговера; эта хромосома не обменивается участками со своими партнерами. L — деталь, рецессивный летальный ген, не меняющий жизнеспособность мух в гетерозиготном состоянии, однако приводящий гомозигот к летальному — смертельному — исходу. Следовательно, не может быть самца с хромосомой CLB, не может быть и самки, гомозиготной по CLB-хромосомам. Почему в опыте мы не обнаружим гомозиготных по CLB самок, понятно из сказанного. А самцов мы не обнаружим потому, что Y-хромосома дрозофилы лишена доминантных генов, подавляющих рецессивы в Х-хромосоме. И, наконец, B («бар») — доминантный ген, вызывающий сужение глаз у мух. «Бар»-мухи имеют глаза в виде щелок. Этот ген в CLB-хромосоме просто необходим: он служит маркером. Это метка, клеймо, по которому исследователь отличает в опыте гетерозиготных по CLB самок.
Метод хорош тем, что позволяет изучить мутабильность Х-хромосомы самцов любой линии. Предположим, что нам с вами предложили изучить мутабильность, возникшую во время полета какой-то ракеты. Как мы будем работать?
Начнем с того, что размножим выбранную для этого линию и отсадим, ну скажем, двести самцов. Рассадив их попросторнее, штук по двадцать в пробирку, мы половину пробирок оставим на земле (это будет контроль), другую половину отправим в космос. К тому времени как мухи вернутся, нам следует отсадить штук 400—500 девственных самок СЬВ. Делается это так: из культуры, где только началось вылупление, выбрасывают всех мух до единой (вытряхивают в керосин). Часов через шесть в пробирках вылупится уже много новых мух, и все самки в это время будут еще девственными, виргннными, как говорят генетики. В культуре будут по фенотипу В («бар») и не В-самки. Нас интересуют только лишь B, то есть CLB-самки, и мы легко их отличим по щелевидным глазам. Пусть они посидят в отдельных пробирках, подождут, пока вернутся на землю дрозофилы-космонавты. А когда те вернутся, мы начнем изучать мутабильность. Обозначим Х-хромосому, побывавшую в космосе через XK, а CLB-хромосому через XCLB. Тогда наше скрещиванпе будет выглядеть так:
В первом поколении нас будут интересовать только самки. Их окажется два типа: ХXK и XCLBXK. Первые самки нам не нужны, у них будет идти кроссинговер, а это значит, что часть наследственных изменений мы обязательно прозеваем. Поэтому обратим свое внимание только на CLB-самок. Их нужно рассадить по одной, причем с любыми самцами. Каждая из CLB-самок будет представлять собой одну, подвергшуюся воздействию хромосому, потому что произошла она от одного побывавшего в космосе спермия. Чем больше мы поставим по втором поколении скрещиваний, тем большей будет точность нашего опыта. Триста скрещиваний уже дадут некоторое представление о мутабильности, 500 позволят судить о ней строже, а 1000 — это уже хорошо. Поставим-ка мы, читатель, тысячи полторы-две скрещиваний. В данном случае перестраховаться ох как не вредно: ведь по новой трассе полетит человек!
Одновременно с опытом все то же самое проделаем и в контроле. Наш контроль ничем не должен отличаться от опыта, кроме того, что исходные самцы тут не летали в космос. Нужно помнить: принцип равноправия контроля и опыта нерушим!
Во втором поколении, в отличие от первого, мы будем смотреть только самцов. Выше я писал, что CLB-самцов не бывает, они гибнут на ранних стадиях, и в опыто мы их не обнаружим. Поэтому неизбежно окажутся такие пробирки, где не будет вовсе ни одного самца.
Следовательно, условия космического полета в данном случае оказали на хромосому повреждающее действие, вызвали у нее возникновение рецессивного летального гена!
Именно по этому показателю— по числу возникших рецессивных летальных генов — принято судить о мута-бильностн. Предположим, на две тысячи культур у нас возникло 24 летальных гена. Это составит 1,2% летальных мутаций. А в контроле возникло всего две летали (0,1%). Вычтем из 1,2% мутабельность в контроле. Получим 1,1% леталей, возникших за счет воздействия космических лучей. «Многовато! — скажем мы конструкторам корабля. — Обеспечьте более надежную защиту». И конструкторы наши данные, несомненно, учтут. Иначе и быть не может: исследователи космоса с генетиками всегда были дружны.
Но вернемся к Меллеру. В 1927 году о полетах в космос помышляли разве что писатели-фантасты, и Меллер — автор метода CLB — изучал иные факторы.
Меллер воздействовал на мух рентгеном. Уже первые опыты показали, что увеличение дозы воздействия увеличивает число возникающих мутаций. Меллер был первым, кто на основе строгих опытов смог вычертить дозовую кривую — график, показывающий зависимость возрастания числа мутаций от дозы облучения в рентгенах. Уже тогда было ясно, что генетические повреждения пропорциональны дозе. Позднее это подтвердилось, однако выяснилось: зависимость здесь сложная.
Она различна для разных типов мутаций. Так число генных изменений (иначе их называют точковыми мутациями) примерно прямо пропорционально дозе. Кривая начинается от нуля и плавно нарастает до больших доз. Очень важно, что начинается она с пуля: значит, нет таких малых доз, которые были бы безвредны для хромосомного аппарата. И в самом деле: чтобы поразить точку, достаточно одной лучевой частицы. Иная зависимость для сложных хромосомных перестроек. Здесь разрывы должны произойти, как минимум, в двух точках, п по теоретическим ожиданиям результат должен быть пропорционален не просто дозе воздействия, а квадрату дозы. Для ряда объектов получен именно такой результат.
Лучистая энергия даст широкий спектр изменений. Тут и летальные и полулетальные мутации и видимые мутации — такие, которые можно обнаружить на глаз. Можно при помощи лучей получать и хозяйственно важные мутации. Сейчас уже есть так называемые радиационные сорта растений, множество хозяйственно важных штаммов микроорганизмов. | false |
Мы и её величество ДНК | Полканов Федор Михайлович | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Приглашаю в дальнейший путь</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Начал я эту книгу с приглашения в путешествие, кончаю им же...</p><p>Я был твоим экскурсоводом, читатель, в проблеме наследственности. Мы задержались на Алгебре жизни, созданной Менделем, ибо это основа, без которой немыслимо понять остальное. Дальше мы ускорили шаг: книга так и задумана, это введение в генетику... И вот уже пора ставить точку, я же зову в новый путь!</p><p>Отдыхал я однажды на пароходе; за кратчайший промежуток времени побывал во многих портах Черноморья. «Вот замечательно! — думал я, уезжая.— Разом познакомлюсь с Украиной, Крымом, Кавказом!» А когда вернулся: «Теперь самое время побывать сперва на Кавказе, потом в Крыму, затем под Одессой...» Что поделаешь, человек ненасытен в отношении впечатлений.</p><p>Я буду счастлив, если это небольшое путешествие в генетику пробудит у кого-нибудь из юных читателей интерес: а как же все-таки с геном? Как научиться им управлять, переделывая по собственному желанию? Как добиться направленных мутаций? Это же путь к изобилию!</p><p>Если найдутся такие читатели, я с удовольствием укажу им дальнейший путь. К тому времени, когда выйдет из печати эта книга, появится немало популярных книг по генетике. Конечно, есть смысл их прочитать. Из опубликованных назову следующие: «Генетика» Шарлотты Ауэрбах, крупнейшего шотландского генетика, выпущенная «Атомиздатом» в 1966 году; она рассчитана на массового читателя, интересна и содержательна. Есть в ней и список литературы.</p>
<p>Интересную книгу Н. Лучника «Почему я похож на папу» выпустило в 1966 году издательство «Молодая гвардия».</p><p>А в «Советской России» в 1967 году вышла книга В. Полынина, посвященная генетике человека, — «Мама, папа и я».</p><p>И наконец, для читателей постарше и поопытнее с большим удовольствием рекомендую руководство И. Мюнцинга «Генетика». Это содержательная — на уровне вузовского учебника — и в то же время очень понятно написанная книга.</p><p>И наконец, опыты. Увидеть своими глазами, проделать собственными руками порою важнее, чем прочитать сотню книг. Я указал несколько объектов, простейшие опыты. Возможности в этом отношении неограниченны, знай только делай и наблюдай!</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_69_img_88.jpeg"/>
</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/320111_69_img_89.jpeg"/>
</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Приглашаю в дальнейший путь
Начал я эту книгу с приглашения в путешествие, кончаю им же...
Я был твоим экскурсоводом, читатель, в проблеме наследственности. Мы задержались на Алгебре жизни, созданной Менделем, ибо это основа, без которой немыслимо понять остальное. Дальше мы ускорили шаг: книга так и задумана, это введение в генетику... И вот уже пора ставить точку, я же зову в новый путь!
Отдыхал я однажды на пароходе; за кратчайший промежуток времени побывал во многих портах Черноморья. «Вот замечательно! — думал я, уезжая.— Разом познакомлюсь с Украиной, Крымом, Кавказом!» А когда вернулся: «Теперь самое время побывать сперва на Кавказе, потом в Крыму, затем под Одессой...» Что поделаешь, человек ненасытен в отношении впечатлений.
Я буду счастлив, если это небольшое путешествие в генетику пробудит у кого-нибудь из юных читателей интерес: а как же все-таки с геном? Как научиться им управлять, переделывая по собственному желанию? Как добиться направленных мутаций? Это же путь к изобилию!
Если найдутся такие читатели, я с удовольствием укажу им дальнейший путь. К тому времени, когда выйдет из печати эта книга, появится немало популярных книг по генетике. Конечно, есть смысл их прочитать. Из опубликованных назову следующие: «Генетика» Шарлотты Ауэрбах, крупнейшего шотландского генетика, выпущенная «Атомиздатом» в 1966 году; она рассчитана на массового читателя, интересна и содержательна. Есть в ней и список литературы.
Интересную книгу Н. Лучника «Почему я похож на папу» выпустило в 1966 году издательство «Молодая гвардия».
А в «Советской России» в 1967 году вышла книга В. Полынина, посвященная генетике человека, — «Мама, папа и я».
И наконец, для читателей постарше и поопытнее с большим удовольствием рекомендую руководство И. Мюнцинга «Генетика». Это содержательная — на уровне вузовского учебника — и в то же время очень понятно написанная книга.
И наконец, опыты. Увидеть своими глазами, проделать собственными руками порою важнее, чем прочитать сотню книг. Я указал несколько объектов, простейшие опыты. Возможности в этом отношении неограниченны, знай только делай и наблюдай! | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Модель миграции В-лимфоцитов памяти: приложения для генов «домашнего хозяйства»</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>Могут ли соматические клетки проникать в репродуктивные органы и, таким образом, вступать в тесный физический контакт с половыми клетками? По мнению Гарри Ротенфлу роль такого «связника» могут играть В-лимфоциты. Они способны мигрировать в репродуктивные ткани самцов и самок, доставляя возникшие в соме мутантные информационные ДНК-последовательности вариабельных областей к мужским и женским гаметам (сперматозоидам и яйцеклеткам). Для этого, возможно, требуются в качестве генного вектора или источника обратной транскриптазы эндогенные ретровирусы. А может быть, они и не нужны.</p><p>Из модели Ротенфлу вытекает одно возможное следствие: мигрирующий В-лимфоцит потенциально способен служить транспортным средством для доставки ДНК-последовательностей любых генов в зародышевую линию. Данные, рассмотренные в гл. 2, предполагают возможность того, что эндогенная ретровирусная обратная транскриптаза могла бы продуцировать кДНК копии клеточных генов, которые еще содержат инт-роны (некодирующие последовательности). Это может быть кДНК других, не имеющих отношение к антителам генов, экс-прессирующихся в В-клетке. Их могут быть сотни. Это могут быть гены, принадлежащие и к семействам тканеспецифичных генов, которые определяют функции лимфоцитов, и гены «домашнего хозяйства», обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Белковые продукты большинства генов «домашнего хозяйства» высоко консервативны. Многие из этих генов эволюционно очень древние, они необходимы для функционирования клетки. (К ним относятся, например, гены, контролирующие энергетические пути, синтез новых мембран, репликацию хромосомной ДНК, а также упаковку молекул ДНК в хромосомах.)</p>
<p>По определению, пока не появится редкая полезная для генов «домашнего хозяйства» мутация, такие гены должны иметь ДНК-последовательность, которая <em>сохраняет функцию</em> генного продукта (обычно белка). Ожидается, что в ретротран-скриптах (кДНК) должны часто встречаться замены оснований вследствие ошибок процесса копирования от ДНК к РНК и обратно. Часть таких замен оснований в кДНК должна быть молчащей (например, замена основания в третьем положении), и не влиять на аминокислотную последовательность кодируемого белка из-за вырожденности генетического кода (см. приложение). Остальные замены оснований должны изменять аминокислотную последовательность белка и обычно они оказывают вредное влияние на функцию белка [14]. Вероятнее всего, такие замены уменьшают приспособленность любого организма, несущего мутантный ген, и естественный отбор будет элиминировать такие мутации. Однако гены с молчащими заменами должны сохраняться. Итак, тот факт, что функция генов «домашнего хозяйства» должна сохраняться, приводит к очевидному предсказанию: предполагается, что в таких генах доля молчащих замен будет больше, чем ожидается из предположения об отсутствии отбора среди мутаций. Такая картина согласуется с кДНК, построенной по матрице про-мРНК, включенной в ходе эволюции в зародышевую линию (однако повышенный уровень молчащих замен можно объяснить также с неодарвинистских позиций, предполагающих отбор против мутаций в зародышевой линии, приводящих к замене аминокислоты).</p><p>Сейчас необходим детальный анализ генов «домашнего хозяйства» в свете идеи обратной связи соматических и половых клеток. Можно сделать несколько интересных предсказаний, и предварительный анализ показывает, что они подтверждаются!. Например, модель передачи генов от сомы к зародышевой линии, основанная на мобильных клетках, предсказывает, что уровень замен оснований в генах «домашнего хозяйства» и в тканеспецифичных генах, экспрессирующихся в В-лимфоцитах (а их много), должен быть выше, чем в генах, экспрессирующихся в немобильных клетках. Богатым источником данных могли бы быть тканеспецифичные гены, которые кодируют цитокины и поверхностные белки только лимфоцитов. В этих генах участки ДНК, которые транскрибируются в РНК и транслируются в белок, должны иметь более высокую эволюционную скорость замен оснований, чем нетранскрибируемые/нетранслируемые участки. Эта модель также предсказывает интенсивность рекомбинационного сигнала Уайлера (след вторжения сомы в зародышевую линию) в разных группах гомологичных генных последовательностей (гл. 6). Сигнал Уайлера будет слабее в семействах не-иммуноглобулиновых генов, так как они не должны подвергаться соматическим гипермутациям. Следовательно, они не должны часто проходить через склонную к ошибкам информационную петлю ДНК-РНК-ДНК.</p><p>Есть свидетельства того, что переход генов от сомы в зародышевую линию, основанный на обратной транскрипции, происходил за эволюционное время для многих генов «домашнего хозяйства». Поскольку все эти данные косвенные, им можно дать альтернативное неодарвинистское объяснение. Но есть молекулярные свидетельства, предсказанные теорией передачи генов от сомы к зародышевой линии, существенным элементом которой является интеграция кДНК-ретротранскриптов. Имеющий к этому отношение результат, полученный за последние двадцать лет при выделении и секвенировании ДНК многих генов «домашнего хозяйства», состоит в том, что большинство этих генов существует в виде одной (в крайнем случае, двух) функциональной копии на хромосому (копии, которые транскрибируются в мРНК, а затем транслируются в белок). К удивлению, во многих случаях обнаружены близкородственные ДНК-последовательности в форме нефункциональных генов, названных псевдогенами (они укорочены в результате одной или нескольких мутаций). Но самым интригующим оказалось то, что эти псевдогены были копированы с мРНК (после вырезания некодирующих интрон-ных последовательностей из про-мРНК) в кДНК обратной транскриптазой и, таким образом, являются «интегрированными ретротранскриптами», или «ретропсевдогенами».</p><p>Исключительная картина, которую мы сейчас имеем для многих генов «домашнего хозяйства» млекопитающих, такова: единственную функциональную высоко консервативную копию гена может сопровождать множество родственных ре-тропсевдогенов, число которых в 10—100 раз больше. Часто они локализованы в других частях генома (например, в другой хромосоме). Процитируем авторитетный текст по молекулярной эволюции:</p><p>«Благодаря наличию обратной транскриптазы, геномы млекопитающих буквально бомбардируются копиями обратно транскрибированных последовательностей. Огромное большинство этих копий с момента интеграции в геном нефункциональны ...[и] большей частью они локализованы далеко от родительского функционального гена ...это явление подобно вулканическому извержению, и такой эволюционный процесс назван моделью Везувия».</p><p>Это общая черта многих видов высших животных. В некоторых случаях можно обнаружить от тысяч до сотен тысяч копий ретропоследовательностей, разбросанных по всему геному. Стандартная неодарвин истекая или неовейсманистская модель этого явления такова. Некоторые формы синтеза про-мРНК, продуцирующие множество РНК-копий гена и использующие в качестве матрицы ДНК генов, происходят в половых клетках. Затем гипотетический процесс обратной транскрипции должен создавать много нефункциональных кДНК-ре-тротранскриптов, которые встраиваются в разные места хромосомной ДНК тех половых клеток, в которых они образовались. Поскольку образуются ретропсевдогены, требуется сплайсинг про-мРНК для удаления интронов; это событие связано с нормальной экспрессией гена (транскрипцией и трансляцией). Согласно этой модели, фактически все гены «домашнего хозяйства» и тканеспецифичные гены подвергаются транскрипции, сплайсингу и обратной транскрипции в клетках репродуктивных тканей, из которых образуются сперматозоиды и яйцеклетки. Однако не известно каких-либо доказательств такого механизма. Кроме того, содержащие ошибки кодирующие последовательности могут заменить путем гомологичной рекомбинации стандартный ген, и значит, многие из этих новых генов должны быть летальными или эволюционно невыгодными.</p><p>Мы обнаруживаем ретропсевдогены, потому что они являются своего рода реликтами, «молекулярными ископаемыми». Их широкое распространение также может свидетельствовать в пользу интеграции сомы в зародышевую плазму с участием ретротранскрипта, образованного в соматических клетках путем обратной транскрипции несплайсированной про-мРНК. Такие кДНК-последовательности могут быть мутантными, с молчащими и кодирующими заменами оснований. Гомологичная рекомбинация в соматических клетках, заменяющая исходный ген, дала бы возможность проверить функцию нового гена. Выживут и размножатся только соматические клетки с молчащими заменами (функционально консервативные). Некоторые из этих мутантных соматических клеток могли бы иногда передавать новый ген в половые клетки или в результате миграции (например, лимфоцитов), или с помощью ретровирусного вектора, подобно тому, как обсуждалось для генов антител. Однако частота таких событий должна быть много ниже, чем для V-генов антител, потому что только V-гены подвергаются соматическому гипермутированию. Замещение исходного гена новым в результате гомологичной рекомбинации нельзя было бы идентифицировать именно как событие ретротранспозиции от сомы к зародышевой линии, потому что нет способов отличить его от генеративной мутации и естественного отбора: ген будет классифицирован как «аллель» (альтернативный функциональный вариант) исходного гена.</p>
<p>Следовательно, общая теория обратной связи сомы и зародышевой линии утверждает, что за эволюционное время в соматических клетках возникают кДНК-последовательности (и функциональные гены с интронами, и нефункциональные ретропсевдогены) и что они способны встраиваться в ДНК зародышевой линии. Она предполагает также, что случайная интеграция сомы в зародышевую линию (гомологичная рекомбинация) — это событие, которое в ходе эволюции поддерживает функционально консервативное состояние генов «домашнего хозяйства» (так как последовательность сразу проверяется на приспособленность в жизнеспособной соматической клетке) и, следовательно, создает новые функциональные аллели. Однако, нефункциональные кДНК-посдедовательности, возможно, встраиваются в разные места генома, увеличивая число ретропсевдогенов.</p><p>Как сделать выбор между этой неоламаркистской моделью и моделью Везувия, которая придерживается строгой неодар-винистской или неовейсманистской парадигмы? Почему мы должны считать, что предполагаемый механизм передачи генов от сомы к зародышевой линии ограничен только V-генами иммунной системы, когда общность природы обратной транскрипции — факт, установленный для многих генов? Масштаб распространения геномных ретропоследовательно-стей говорит о том, что нет видимых причин, по которым этот процесс должен быть ограничен только генами иммунной системы.</p><p>По нашему мнению, данные, рассмотренные в этой книге, поддерживают, скорее, обратную связь сомы и зародышевой линии, чем альтернативную модель Везувия. Кажется вероятным, что перенос кДНК от сомы к зародышевой линии поддерживает и разнообразие открытых рамок считывания в V-генах зародышевой линии, и функционально консервативное состояние генов «домашнего хозяйства» и тканеспецифичных генов.</p><p>Ретротранскрипты характерны не только для геномов животных и растений. В вирусных геномах обнаружены функциональные гены с высокой степенью сходства с последовательностями клеточных генов. При этом вирусные гены не имеют интронов, это четкий показатель того, что в какой-то момент эволюции они возникли в клетке хозяина из зрелой мРНК в результате обратной транскрипции. Эти гены используются вирусом в клетке животного-хозяина. Возможно, они кодируют аналоги исходного животного белка, которые действуют в пользу вируса, снижая эффективность иммунного ответа. Существование таких генов приводит нас к предположению о межвидовом (горизонтальном) переносе генов вирусами, что мы детально обсуждали раньше. Насколько нам известно, это предположение не вызывает отторжения у неодарвинистов, что удивительно, ибо для такого переноса требуется проницаемость барьера Вейсмана. Для того, чтобы обеспечить возможность интеграции гена в хромосомную ДНК .зародышевой линии другого вида, вирус, содержащий ген одного вида, должен внедриться в половые клетки другого вида. Если это может происходить между видами, то почему бы этому не случиться в одном организме?</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Модель миграции В-лимфоцитов памяти: приложения для генов «домашнего хозяйства»
Могут ли соматические клетки проникать в репродуктивные органы и, таким образом, вступать в тесный физический контакт с половыми клетками? По мнению Гарри Ротенфлу роль такого «связника» могут играть В-лимфоциты. Они способны мигрировать в репродуктивные ткани самцов и самок, доставляя возникшие в соме мутантные информационные ДНК-последовательности вариабельных областей к мужским и женским гаметам (сперматозоидам и яйцеклеткам). Для этого, возможно, требуются в качестве генного вектора или источника обратной транскриптазы эндогенные ретровирусы. А может быть, они и не нужны.
Из модели Ротенфлу вытекает одно возможное следствие: мигрирующий В-лимфоцит потенциально способен служить транспортным средством для доставки ДНК-последовательностей любых генов в зародышевую линию. Данные, рассмотренные в гл. 2, предполагают возможность того, что эндогенная ретровирусная обратная транскриптаза могла бы продуцировать кДНК копии клеточных генов, которые еще содержат инт-роны (некодирующие последовательности). Это может быть кДНК других, не имеющих отношение к антителам генов, экс-прессирующихся в В-клетке. Их могут быть сотни. Это могут быть гены, принадлежащие и к семействам тканеспецифичных генов, которые определяют функции лимфоцитов, и гены «домашнего хозяйства», обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Белковые продукты большинства генов «домашнего хозяйства» высоко консервативны. Многие из этих генов эволюционно очень древние, они необходимы для функционирования клетки. (К ним относятся, например, гены, контролирующие энергетические пути, синтез новых мембран, репликацию хромосомной ДНК, а также упаковку молекул ДНК в хромосомах.)
По определению, пока не появится редкая полезная для генов «домашнего хозяйства» мутация, такие гены должны иметь ДНК-последовательность, которая сохраняет функцию генного продукта (обычно белка). Ожидается, что в ретротран-скриптах (кДНК) должны часто встречаться замены оснований вследствие ошибок процесса копирования от ДНК к РНК и обратно. Часть таких замен оснований в кДНК должна быть молчащей (например, замена основания в третьем положении), и не влиять на аминокислотную последовательность кодируемого белка из-за вырожденности генетического кода (см. приложение). Остальные замены оснований должны изменять аминокислотную последовательность белка и обычно они оказывают вредное влияние на функцию белка [14]. Вероятнее всего, такие замены уменьшают приспособленность любого организма, несущего мутантный ген, и естественный отбор будет элиминировать такие мутации. Однако гены с молчащими заменами должны сохраняться. Итак, тот факт, что функция генов «домашнего хозяйства» должна сохраняться, приводит к очевидному предсказанию: предполагается, что в таких генах доля молчащих замен будет больше, чем ожидается из предположения об отсутствии отбора среди мутаций. Такая картина согласуется с кДНК, построенной по матрице про-мРНК, включенной в ходе эволюции в зародышевую линию (однако повышенный уровень молчащих замен можно объяснить также с неодарвинистских позиций, предполагающих отбор против мутаций в зародышевой линии, приводящих к замене аминокислоты).
Сейчас необходим детальный анализ генов «домашнего хозяйства» в свете идеи обратной связи соматических и половых клеток. Можно сделать несколько интересных предсказаний, и предварительный анализ показывает, что они подтверждаются!. Например, модель передачи генов от сомы к зародышевой линии, основанная на мобильных клетках, предсказывает, что уровень замен оснований в генах «домашнего хозяйства» и в тканеспецифичных генах, экспрессирующихся в В-лимфоцитах (а их много), должен быть выше, чем в генах, экспрессирующихся в немобильных клетках. Богатым источником данных могли бы быть тканеспецифичные гены, которые кодируют цитокины и поверхностные белки только лимфоцитов. В этих генах участки ДНК, которые транскрибируются в РНК и транслируются в белок, должны иметь более высокую эволюционную скорость замен оснований, чем нетранскрибируемые/нетранслируемые участки. Эта модель также предсказывает интенсивность рекомбинационного сигнала Уайлера (след вторжения сомы в зародышевую линию) в разных группах гомологичных генных последовательностей (гл. 6). Сигнал Уайлера будет слабее в семействах не-иммуноглобулиновых генов, так как они не должны подвергаться соматическим гипермутациям. Следовательно, они не должны часто проходить через склонную к ошибкам информационную петлю ДНК-РНК-ДНК.
Есть свидетельства того, что переход генов от сомы в зародышевую линию, основанный на обратной транскрипции, происходил за эволюционное время для многих генов «домашнего хозяйства». Поскольку все эти данные косвенные, им можно дать альтернативное неодарвинистское объяснение. Но есть молекулярные свидетельства, предсказанные теорией передачи генов от сомы к зародышевой линии, существенным элементом которой является интеграция кДНК-ретротранскриптов. Имеющий к этому отношение результат, полученный за последние двадцать лет при выделении и секвенировании ДНК многих генов «домашнего хозяйства», состоит в том, что большинство этих генов существует в виде одной (в крайнем случае, двух) функциональной копии на хромосому (копии, которые транскрибируются в мРНК, а затем транслируются в белок). К удивлению, во многих случаях обнаружены близкородственные ДНК-последовательности в форме нефункциональных генов, названных псевдогенами (они укорочены в результате одной или нескольких мутаций). Но самым интригующим оказалось то, что эти псевдогены были копированы с мРНК (после вырезания некодирующих интрон-ных последовательностей из про-мРНК) в кДНК обратной транскриптазой и, таким образом, являются «интегрированными ретротранскриптами», или «ретропсевдогенами».
Исключительная картина, которую мы сейчас имеем для многих генов «домашнего хозяйства» млекопитающих, такова: единственную функциональную высоко консервативную копию гена может сопровождать множество родственных ре-тропсевдогенов, число которых в 10—100 раз больше. Часто они локализованы в других частях генома (например, в другой хромосоме). Процитируем авторитетный текст по молекулярной эволюции:
«Благодаря наличию обратной транскриптазы, геномы млекопитающих буквально бомбардируются копиями обратно транскрибированных последовательностей. Огромное большинство этих копий с момента интеграции в геном нефункциональны ...[и] большей частью они локализованы далеко от родительского функционального гена ...это явление подобно вулканическому извержению, и такой эволюционный процесс назван моделью Везувия».
Это общая черта многих видов высших животных. В некоторых случаях можно обнаружить от тысяч до сотен тысяч копий ретропоследовательностей, разбросанных по всему геному. Стандартная неодарвин истекая или неовейсманистская модель этого явления такова. Некоторые формы синтеза про-мРНК, продуцирующие множество РНК-копий гена и использующие в качестве матрицы ДНК генов, происходят в половых клетках. Затем гипотетический процесс обратной транскрипции должен создавать много нефункциональных кДНК-ре-тротранскриптов, которые встраиваются в разные места хромосомной ДНК тех половых клеток, в которых они образовались. Поскольку образуются ретропсевдогены, требуется сплайсинг про-мРНК для удаления интронов; это событие связано с нормальной экспрессией гена (транскрипцией и трансляцией). Согласно этой модели, фактически все гены «домашнего хозяйства» и тканеспецифичные гены подвергаются транскрипции, сплайсингу и обратной транскрипции в клетках репродуктивных тканей, из которых образуются сперматозоиды и яйцеклетки. Однако не известно каких-либо доказательств такого механизма. Кроме того, содержащие ошибки кодирующие последовательности могут заменить путем гомологичной рекомбинации стандартный ген, и значит, многие из этих новых генов должны быть летальными или эволюционно невыгодными.
Мы обнаруживаем ретропсевдогены, потому что они являются своего рода реликтами, «молекулярными ископаемыми». Их широкое распространение также может свидетельствовать в пользу интеграции сомы в зародышевую плазму с участием ретротранскрипта, образованного в соматических клетках путем обратной транскрипции несплайсированной про-мРНК. Такие кДНК-последовательности могут быть мутантными, с молчащими и кодирующими заменами оснований. Гомологичная рекомбинация в соматических клетках, заменяющая исходный ген, дала бы возможность проверить функцию нового гена. Выживут и размножатся только соматические клетки с молчащими заменами (функционально консервативные). Некоторые из этих мутантных соматических клеток могли бы иногда передавать новый ген в половые клетки или в результате миграции (например, лимфоцитов), или с помощью ретровирусного вектора, подобно тому, как обсуждалось для генов антител. Однако частота таких событий должна быть много ниже, чем для V-генов антител, потому что только V-гены подвергаются соматическому гипермутированию. Замещение исходного гена новым в результате гомологичной рекомбинации нельзя было бы идентифицировать именно как событие ретротранспозиции от сомы к зародышевой линии, потому что нет способов отличить его от генеративной мутации и естественного отбора: ген будет классифицирован как «аллель» (альтернативный функциональный вариант) исходного гена.
Следовательно, общая теория обратной связи сомы и зародышевой линии утверждает, что за эволюционное время в соматических клетках возникают кДНК-последовательности (и функциональные гены с интронами, и нефункциональные ретропсевдогены) и что они способны встраиваться в ДНК зародышевой линии. Она предполагает также, что случайная интеграция сомы в зародышевую линию (гомологичная рекомбинация) — это событие, которое в ходе эволюции поддерживает функционально консервативное состояние генов «домашнего хозяйства» (так как последовательность сразу проверяется на приспособленность в жизнеспособной соматической клетке) и, следовательно, создает новые функциональные аллели. Однако, нефункциональные кДНК-посдедовательности, возможно, встраиваются в разные места генома, увеличивая число ретропсевдогенов.
Как сделать выбор между этой неоламаркистской моделью и моделью Везувия, которая придерживается строгой неодар-винистской или неовейсманистской парадигмы? Почему мы должны считать, что предполагаемый механизм передачи генов от сомы к зародышевой линии ограничен только V-генами иммунной системы, когда общность природы обратной транскрипции — факт, установленный для многих генов? Масштаб распространения геномных ретропоследовательно-стей говорит о том, что нет видимых причин, по которым этот процесс должен быть ограничен только генами иммунной системы.
По нашему мнению, данные, рассмотренные в этой книге, поддерживают, скорее, обратную связь сомы и зародышевой линии, чем альтернативную модель Везувия. Кажется вероятным, что перенос кДНК от сомы к зародышевой линии поддерживает и разнообразие открытых рамок считывания в V-генах зародышевой линии, и функционально консервативное состояние генов «домашнего хозяйства» и тканеспецифичных генов.
Ретротранскрипты характерны не только для геномов животных и растений. В вирусных геномах обнаружены функциональные гены с высокой степенью сходства с последовательностями клеточных генов. При этом вирусные гены не имеют интронов, это четкий показатель того, что в какой-то момент эволюции они возникли в клетке хозяина из зрелой мРНК в результате обратной транскрипции. Эти гены используются вирусом в клетке животного-хозяина. Возможно, они кодируют аналоги исходного животного белка, которые действуют в пользу вируса, снижая эффективность иммунного ответа. Существование таких генов приводит нас к предположению о межвидовом (горизонтальном) переносе генов вирусами, что мы детально обсуждали раньше. Насколько нам известно, это предположение не вызывает отторжения у неодарвинистов, что удивительно, ибо для такого переноса требуется проницаемость барьера Вейсмана. Для того, чтобы обеспечить возможность интеграции гена в хромосомную ДНК .зародышевой линии другого вида, вирус, содержащий ген одного вида, должен внедриться в половые клетки другого вида. Если это может происходить между видами, то почему бы этому не случиться в одном организме? | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Глава 4 КЛОНАЛЬНО-СЕЛЕКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><strong>Глава 4</strong> </p>
<p><strong>КЛОНАЛЬНО-СЕЛЕКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ</strong></p>
<p>Первую «селекционную» теорию образования антител предложил в 1900 г. Пауль Эрлих (Ehrlich). Согласно его теории, существуют клетки (по-видимому, В-лимфоциты), на поверхностной мембране которых расположено много разных молекул антител. Эти клетки способны синтезировать любое из них. После того как происходит связывание чужеродного антигена с каким-то одним антителом, клетка начинает производить антитела только этой специфичности. Поскольку этот «селективный» процесс происходит одновременно в большом числе клеток, образуется много антител, специфичных к данному антигену. Сейчас известно, что идея Эрлиха не верна. Современные селекционные теории, основанные на представлениях о том, что одна клетка может продуцировать только антитела одного типа (а не многих), начали появляться только в 1950-х гг.</p><p>Первой среди них была теория, предложенная Нильсом Ерне (Jerne) в 1955 г. Несмотря на ошибочные представления об антителах как основных единицах отбора, его вклад в проблему был плодотворен. Его теория переместила интересы иммунологов с инструктивных теорий, по которым антитела принимают любую форму в зависимости от формы антигена, на селекционные. В 1957 г. Макфарлейн Бернет предположил, что основной единицей отбора антигеном является клетка, и что одна клетка отвечает за образование антител только одного типа. Именно Бернет придумал термин «клональная селекция» [I]. В основе этой теории лежит представление о том, что «одна клетка производит только одно антитело» (точнее, антитела одной специфичности). Существует много разных клеток (лимфоцитов), образующих и несущих на поверхности разные антитела. Клетка «отбирается» антигеном, форма которого соответствует антителам, производимым данной клеткой. Именно она начинает размножаться и дает клон идентичных клеток, причем все клетки клона продуцируют антитела одной специфичности. Согласно этой теории, должен существовать механизм, который обеспечивает проявление на поверхности клетки антител только одной специфичности и исключает все другие антитела. Теперь мы знаем, что «решение», какое антитело будет синтезироваться в В-клетке, принимается на ранних стадиях развития лимфоцита. Бернет не только нашел экспериментальные свидетельства в пользу этой теории, но и сформулировал ее следствия для проблемы различения «своего» и «не-своего».</p>
<p>В краткой форме мысль об отборе клеток была высказана Дэвидом Талмейджем (Talmage) в 1957 г., но Бернету мы обязаны всесторонней разработкой этой теории. Далее клонально-селекционная теория развивалась усилиями таких исследователей, как Мелвил Кон и Элистэр Каннингем (Cunningham). До сих пор основные представления этой теории объясняют, как иммунная система приспосабливается к разнообразным и постоянно меняющимся антигенам внешней среды. Основные положения клонально-селекционной теории подтверждены экспериментально (рис. 4.1).</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_22_img_21.png"/>
</p><p><strong>Рис. 4.1. Клональная селекция. Эта идея иллюстрируется также на рис. 1.2 и в табл. 3.1.</strong></p><p>Привлекательность этой теории состояла в том, что она давала разумные объяснения механизма аутотолерантности. Если рецептор на поверхности развивающегося незрелого лимфоцита связывается с собственным антигеном, клетка получает «отрицательный» сигнал и уничтожается. (В отличие от этого, зрелые лимфоциты должны размножаться, продуцировать и секре-тировать антитела, если их рецептор связан с антигеном.) Так как собственные антигены — это первые молекулы, которые встречаются незрелым лимфоцитам, этот процесс должен происходить в местах развития лимфоцитов. Бернет назвал его уничтожением «запрещенных» клонов. Это очень элегантное теоретическое объяснение проблемы аутотолерантности. Только лимфоциты, прошедшие этот селекционный фильтр (уничтожение запрещенных клонов), достигают зрелости и приобретают способность связываться с чужеродными антигенами. С тех пор, как в 1957 г. была сформулирована клонально-селекци-онная теория, проведено множество иммунологических исследований, выявлены разные классы лимфоцитов (В- и Т-клетки) и роль каждого из них в иммунном ответе, однако основные положения этой теории до сих пор справедливы.</p><p>Итак, мы видим, что в основе клональной селекции лежит простой дарвиновский отбор. Предполагается, что до встречи с антигеном уже существует множество разнообразных клеток, несущих рецепторы. Свои и чужие антигены играют только селективную роль (соответственно отрицательную или положительную) в формировании репертуара лимфоцитов в крови и лимфатической системе. Предполагается, что есть единственное событие, от которого зависит отбор, — это реакция связывания поверхностного антитела В-клеток (или рецепторов Т-клеток) с антигеном определенной формы. Популяции клеток, образовавшиеся в результате «клонального роста», продуцируют специфические антитела и Т-клетки, необходимые для борьбы с инфекцией. Клональный рост может увеличивать число клеток в тысячи раз. Это объясняет, почему концентрация антител в крови растет в экспоненциальной зависимости от времени после заражения или искусственного введения чужеродного антигена (рис. 3.8). Увеличение концентрации антител отражает экспоненциальный рост популяции продуцирующих их клеток, численность которых удваивается при каждом делении. После пятнадцати делений должно появиться около 30 тысяч клеток, возникших из одной исходной клетки, так как число клеток описывается 2"-степенньш рядом, где <em>п</em> равно числу делений. Такое увеличение численности клеток, секретирую-щих антитела, дает возможность быстро достичь эффективной концентрации антител, достаточной для борьбы с острой инфекцией. Как правило, это занимает от трех до пяти дней.</p><p>Легко представить себе, как клонально-селекционная теория объясняет иммунологическую память. Она является следствием (по крайней мере, частично) размножения стимулированных антигеном клеток (клональная экспансия). Если антигенспецифичные клетки размножились, некоторые из их потомков становятся долгоживущими. Эти клетки «памяти» могут оставаться в кровеносной системе и в лимфоидных тканях, дожидаясь следующей встречи с тем же самым антигеном спустя много лет.</p><p>Эта теория дает также объяснение феномена созревания аффинности (сродства антитела к антигену). Образующиеся на поздних стадиях иммунного ответа антитела имеют большую аффинность, чем те, что образовались ранее (рис. 3.8). По мере того, как концентрация антигена в лимфоидной ткани падает, конкуренция за связывание с редким антигеном приводит к тому, что для размножения «отбираются» более успешные В-клет-ки. В-лимфоциты с поверхностным рецептором самой высокой аффинности (антиген связывается более прочно) будут побеждать в соревновании, и синтезируемый ими тип антител станет, в конечном счете, преобладающим. В следующей главе (рис. 5.4) мы рассмотрим этот процесс отбора, основанного на сродстве, более подробно.</p><p>Если изучить каждое антитело в образце крови, то можно обнаружить тысячи разных молекул антител, причем каждое способно распознать специфичный антиген внешней среды. Если определить аминокислотную последовательность каждого из этих антител, окажется, что одно антитело отличается от другого последовательностью аминокислот в вариабельной V-области, которая образует антигенсвязывающий центр (рис. 3.2). Этот факт был установлен в 1960-х гг., и он дал решающие доказательства истинности клонально-селекционной теории Бернета.</p><p>Важная экспериментальная проверка клонально-селекционной теории была предпринята в конце 1960-х гг. нашим коллегой Гордоном Эйда (Ada), работавшим с Полин Берт (Byrt) в Институте медицинских исследований Уолтера и Элайзы Холл. В основе их эксперимента лежало предположение, что если популяцию лимфоцитов подвергнуть воздействию антигенов одного типа, с ними будет связываться только клон лимфоцитов с антителами, реагирующими на этот антиген, тогда как огромное большинство клеток не будет связываться, т. к. они продуцируют антитела, реагирующие на другие антигены. Создавая радиоактивные антигены, Эйда и Берт рассуждали так: лимфоциты, которые свяжут их, будут облучены и погибнут. Таким образом, популяция лимфоцитов окажется неспособной к иммунному ответу на проверяемый радиоактивный антиген, но будет нормально реагировать на другие антигены. Именно такой результат они и получили. Этот эксперимент стал известен как «эксперимент по самоубийству антигеном». Он был первым экспериментальным доказательством клонально-селекционной теории.</p><p>Отталкиваясь от клонально-селекционной теории, Тед Стил и Боб Бландэн стали изучать механизм эволюции генов антител. Эта новая область иммунологии исследует генетические особенности процессов, обеспечивающих разнообразие антител и созревание аффинности. С конца 1970-х гг. становится все больше известно об уникальной системе генов Ig и ТкР. Сейчас мы уже много знаем о структуре последовательностей ДНК этих генов. Мы можем объяснить, почему одна клетка производит антитела одной специфичности, и как мутация порождает новое антитело. Именно это делает иммунную систему способной продуцировать антитела высокой аффинности ко многим тысячам новых антигенов.</p>
<p>Клонально-селекционная теория поставила вопрос о том, подвергаются ли Ig-гены изменениям в отдельных В-лимфоци-тах после стимуляции антигеном. В общей форме этот вопрос обсуждал еще Бернет в 1957 г. Однако он полагал, что разные Ig-гены, кодирующие антитела различной специфичности, существуют уже до того, как чужеродные антигены внедряются в систему. (Дарвин в предьвдущем столетии также считал доказанным предсуществование генетической изменчивости животных и растений, на которую действует естественный отбор.) Таким образом, Бернет предполагал, что гены антител экспрес-сируются в популяции клеток, последние затем могут отбираться антигеном и клонально размножаться. (Современные методы молекулярной биологии, необходимые для ответа на вопрос о соматическом мутировании в то время были недоступны.)</p><p>Тем не менее в конце 1960-х-начале 1970-х гг. Мелвин Кон, а затем Элистэр Каннингем привели доводы в пользу того, что иммунная система имеет способность генерировать соматические мутации генов антител в ответ на внедрение чужеродных антигенов. По их мнению, по-видимому, выгодно, чтобы с ДНК зародышевой линии наследовалось только небольшое число необходимых Ig генов, а новые могли бы возникать в течение жизни животного в виде соматических мутаций, вызванных антигеном. В то время, когда эта теория соматического мутирования была высказана впервые, она была оценена по достоинству только небольшим числом иммунологов. Большинство продолжало придерживаться мнения, что все антитела закодированы в генах половых клеток, то есть они предсущест-вуют до рождения животного. Это предполагало, что изменчивость является результатом случайных (редких) мутаций в генах клеток зародышевой линии, которые передаются потомкам. Без преувеличения можно сказать, что споры между приверженцами идеи «соматических мутаций» и «мутаций в половых клетках» были в центре внимания большинства наиболее важных работ. Они сыграли ту же роль, что и дискуссия в физике о кор-пускулярно-волновой двойственности в квантовой механике в 1920-х годах. Поэтому мы вынуждены объяснять основные молекулярные механизмы в контексте их исторических корней.</p>
<p><strong>Почему антитела специфичны и как приобретается аутотолерантность</strong></p>
<p>Вернемся к проблеме различения своего и не-своего. Мы уже говорили, что для различения своего и не-своего антитела должны быть специфичными. Таким образом, для того чтобы отличать огромный внутренний мир молекул от внешнего мира (а некоторые химические характеристики этих миров одинаковы), эволюция обеспечила ошеломляющее разнообразие молекул, распознающих антигены. Антитела каждой специфичности клонально экспрессируются в популяции тысяч клеток, и простой механизм удаления клона выбраковывает те клетки, которые реагируют на самого себя. Это придает особое значение специфичности и разнообразию антител. В качестве простого, но не строго корректного сравнения [2] можно привести четкость изображения на экране телевизора, которая зависит от числа минимальных элементов изображения (пикселов) в строке экрана. Чем плотнее строка, тем четче изображение. Для того чтобы легко различать разные участки и, следовательно, идентифицировать изображение, необходимо иметь набор разных пикселов (светлые, темные, красные, зеленые и так далее). По аналогии, чем меньше специфичных антител и рецепторов Т-лимфоцитов, тем большему риску уничтожения они подвергаются в процессе установления аутотолерантности. Если бы все они были неспецифичны, было бы два возможных исхода. Первый — после того, как установилась аутотолерантность, у нас не осталось бы иммунной системы. И второй — если бы аутотолерантности не существовало, наша собственная иммунная система атаковала бы и разрушала организм, которому она принадлежит.</p><p>Поскольку мы приняли необходимость существования аутотолерантности, мы должны считать аксиомой утверждение, что аутотолерантность каждого индивида должна «обучаться» в дарвиновском смысле этого слова. Поясним это. Если самцы инб-редной линии А мышей скрещиваются с самками генетически другой инбредной линии В, то появляется потомство, которое унаследовало разные гены от разных родителей. Мыши линии А генетически запрограммированы производить в клетках и тканях молекулы А-антигена, тогда как мыши линии В запрограммированы производить В-антигены. В некотором смысле это напоминает правила переливания крови у человека для системы групп крови АВО<strong>.</strong> Взрослые особи линии А всегда будут развивать анти-В иммунную реактивность (естественно развивающиеся антитела и Т-клетки), а особи В будут развивать анти-А реактивность. Таким образом, ткань, пересаженная от А к В и, наоборот, от В к А, всегда будет отторгаться. Однако потомки генетически различающихся родителей будут по своему антигенному составу АВ<strong>,</strong> и это представляет для них серьезную проблему. Если бы аутотолерантность не приобреталась в ходе развития, АВ потомки этого скрещивания не могли бы выжить. Они должны были бы саморазрушиться, как только их иммунная система приобрела бы способность реагировать на свои собственные клетки. Однако мы знаем, что популяции человека и большинство популяций диких животных чрезвычайно разнообразны по генам, кодирующим антигены гистосовмести-мости. Следовательно, каждый из нас несет разные комбинации этих антигенов, унаследованных от родителей. То есть, все мы похожи на гибридов <strong>АхВ,</strong> изображенных на рис. 4.2.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_22_img_22.png"/>
</p><p><strong>Рис. 4.2. Толерантность к собственным антигенам не детерминирована генетически. Мелвин Кон и его коллеги Петер Бретчер и Род Лангман неоднократно подчеркивали этот ключевой момент. На рисунке показан результат эксперимента, поставленного природой (случайные скрещивания генетически различающихся индивидов). Поскольку взрослое потомство АВ не разрушает само себя аутоиммунной реакцией, это со всей очевидностью свидетельствует о том, что толерантность приобретается в ходе развития организма. Клонально-селекционная теория Макфарлейна Бернета объясняет, как это достигается путем дарвиновского отрицательного отбора в иммунной системе — уничтожением «запрещенных» клонов, направленных против собственных антигенов (рис. 4.1).</strong></p><p>Очевидно, что индивид АВ на какой-то стадии своего развития должен «научиться» быть толерантным и к А-, и к В-антигенам. То есть, механизм аутотолерантности должен приобретаться «соматически». В начале 1950-х годов Питер Медавар и его коллеги экспериментально подтвердили эти теоретические предположения, впервые сформулированные Макфарлейном Бернетом и Фрэнком Феннером (Fenner) в 1949 г. Группа Медавара показала, что, если новорожденным мышам линии В ввести клетки линии А, они вырастают толерантными к трансплантатам кожи линии А. Таким образом, мышей линии В можно было соматически модифицировать так, что они приобретали способность не отторгать кожные трансплантаты линии А, которые в норме у взрослых отторгаются (рис. 4.3). Вернет и Медавар в 1960 г. получили Нобелевскую премию за открытие приобретенной иммунной толерантности.</p>
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_22_img_23.png"/>
</p><p><strong>Рис. 4.3. Эксперимент Питера Медавара по приобретенной неонатальной толерантности. Питер Медавар, Лесли Брент и Руперт Биллингем провели свои эксперименты в 1940-х-начале 1950-х годов. Результаты экспериментов согласуются с клонально-селекционной теорией Макфарлейна Бернета. Они показали, что введение в организм на ранних стадиях неонатально-го развития чужих клеток из костного мозга может индуцировать приобретенную иммунологическую толерантность. Введение на этих стадиях чужеродного антигена вызывает уничтожение клонов, направленных против чужих. В результате иммунная система начинает относиться к чужим тканям как к своим.</strong></p><p>Итак, мы приходим к заключению, что необходимая для приобретения и иммунности, и толерантности соматически обучающаяся программа основана на ключевом взаимодействии (или связывании) антигенов с клонально экспрессирующи-мися поверхностными молекулами, распознающими антигены (антитела, ТкР). Это достигается в процессе дарвиновского отбора, действующего в популяции лимфоцитов. Это — основной принцип функционирования иммунной системы. Мы объясним в дальнейшем, что обратная связь между генами сомы и половых клеток дает логически последовательное объяснение всех уникальных молекулярно-генетических свойств иммунной системы. Но, прежде чем вести читателя дальше, мы должны потратить немного времени на описание деталей строения ДНК-последовательностей генов Ig и ТкР и некоторых необычных свойств этих генов.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Глава 4 КЛОНАЛЬНО-СЕЛЕКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ
Глава 4
КЛОНАЛЬНО-СЕЛЕКЦИОННАЯ ТЕОРИЯ
Первую «селекционную» теорию образования антител предложил в 1900 г. Пауль Эрлих (Ehrlich). Согласно его теории, существуют клетки (по-видимому, В-лимфоциты), на поверхностной мембране которых расположено много разных молекул антител. Эти клетки способны синтезировать любое из них. После того как происходит связывание чужеродного антигена с каким-то одним антителом, клетка начинает производить антитела только этой специфичности. Поскольку этот «селективный» процесс происходит одновременно в большом числе клеток, образуется много антител, специфичных к данному антигену. Сейчас известно, что идея Эрлиха не верна. Современные селекционные теории, основанные на представлениях о том, что одна клетка может продуцировать только антитела одного типа (а не многих), начали появляться только в 1950-х гг.
Первой среди них была теория, предложенная Нильсом Ерне (Jerne) в 1955 г. Несмотря на ошибочные представления об антителах как основных единицах отбора, его вклад в проблему был плодотворен. Его теория переместила интересы иммунологов с инструктивных теорий, по которым антитела принимают любую форму в зависимости от формы антигена, на селекционные. В 1957 г. Макфарлейн Бернет предположил, что основной единицей отбора антигеном является клетка, и что одна клетка отвечает за образование антител только одного типа. Именно Бернет придумал термин «клональная селекция» [I]. В основе этой теории лежит представление о том, что «одна клетка производит только одно антитело» (точнее, антитела одной специфичности). Существует много разных клеток (лимфоцитов), образующих и несущих на поверхности разные антитела. Клетка «отбирается» антигеном, форма которого соответствует антителам, производимым данной клеткой. Именно она начинает размножаться и дает клон идентичных клеток, причем все клетки клона продуцируют антитела одной специфичности. Согласно этой теории, должен существовать механизм, который обеспечивает проявление на поверхности клетки антител только одной специфичности и исключает все другие антитела. Теперь мы знаем, что «решение», какое антитело будет синтезироваться в В-клетке, принимается на ранних стадиях развития лимфоцита. Бернет не только нашел экспериментальные свидетельства в пользу этой теории, но и сформулировал ее следствия для проблемы различения «своего» и «не-своего».
В краткой форме мысль об отборе клеток была высказана Дэвидом Талмейджем (Talmage) в 1957 г., но Бернету мы обязаны всесторонней разработкой этой теории. Далее клонально-селекционная теория развивалась усилиями таких исследователей, как Мелвил Кон и Элистэр Каннингем (Cunningham). До сих пор основные представления этой теории объясняют, как иммунная система приспосабливается к разнообразным и постоянно меняющимся антигенам внешней среды. Основные положения клонально-селекционной теории подтверждены экспериментально (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Клональная селекция. Эта идея иллюстрируется также на рис. 1.2 и в табл. 3.1.
Привлекательность этой теории состояла в том, что она давала разумные объяснения механизма аутотолерантности. Если рецептор на поверхности развивающегося незрелого лимфоцита связывается с собственным антигеном, клетка получает «отрицательный» сигнал и уничтожается. (В отличие от этого, зрелые лимфоциты должны размножаться, продуцировать и секре-тировать антитела, если их рецептор связан с антигеном.) Так как собственные антигены — это первые молекулы, которые встречаются незрелым лимфоцитам, этот процесс должен происходить в местах развития лимфоцитов. Бернет назвал его уничтожением «запрещенных» клонов. Это очень элегантное теоретическое объяснение проблемы аутотолерантности. Только лимфоциты, прошедшие этот селекционный фильтр (уничтожение запрещенных клонов), достигают зрелости и приобретают способность связываться с чужеродными антигенами. С тех пор, как в 1957 г. была сформулирована клонально-селекци-онная теория, проведено множество иммунологических исследований, выявлены разные классы лимфоцитов (В- и Т-клетки) и роль каждого из них в иммунном ответе, однако основные положения этой теории до сих пор справедливы.
Итак, мы видим, что в основе клональной селекции лежит простой дарвиновский отбор. Предполагается, что до встречи с антигеном уже существует множество разнообразных клеток, несущих рецепторы. Свои и чужие антигены играют только селективную роль (соответственно отрицательную или положительную) в формировании репертуара лимфоцитов в крови и лимфатической системе. Предполагается, что есть единственное событие, от которого зависит отбор, — это реакция связывания поверхностного антитела В-клеток (или рецепторов Т-клеток) с антигеном определенной формы. Популяции клеток, образовавшиеся в результате «клонального роста», продуцируют специфические антитела и Т-клетки, необходимые для борьбы с инфекцией. Клональный рост может увеличивать число клеток в тысячи раз. Это объясняет, почему концентрация антител в крови растет в экспоненциальной зависимости от времени после заражения или искусственного введения чужеродного антигена (рис. 3.8). Увеличение концентрации антител отражает экспоненциальный рост популяции продуцирующих их клеток, численность которых удваивается при каждом делении. После пятнадцати делений должно появиться около 30 тысяч клеток, возникших из одной исходной клетки, так как число клеток описывается 2"-степенньш рядом, где п равно числу делений. Такое увеличение численности клеток, секретирую-щих антитела, дает возможность быстро достичь эффективной концентрации антител, достаточной для борьбы с острой инфекцией. Как правило, это занимает от трех до пяти дней.
Легко представить себе, как клонально-селекционная теория объясняет иммунологическую память. Она является следствием (по крайней мере, частично) размножения стимулированных антигеном клеток (клональная экспансия). Если антигенспецифичные клетки размножились, некоторые из их потомков становятся долгоживущими. Эти клетки «памяти» могут оставаться в кровеносной системе и в лимфоидных тканях, дожидаясь следующей встречи с тем же самым антигеном спустя много лет.
Эта теория дает также объяснение феномена созревания аффинности (сродства антитела к антигену). Образующиеся на поздних стадиях иммунного ответа антитела имеют большую аффинность, чем те, что образовались ранее (рис. 3.8). По мере того, как концентрация антигена в лимфоидной ткани падает, конкуренция за связывание с редким антигеном приводит к тому, что для размножения «отбираются» более успешные В-клет-ки. В-лимфоциты с поверхностным рецептором самой высокой аффинности (антиген связывается более прочно) будут побеждать в соревновании, и синтезируемый ими тип антител станет, в конечном счете, преобладающим. В следующей главе (рис. 5.4) мы рассмотрим этот процесс отбора, основанного на сродстве, более подробно.
Если изучить каждое антитело в образце крови, то можно обнаружить тысячи разных молекул антител, причем каждое способно распознать специфичный антиген внешней среды. Если определить аминокислотную последовательность каждого из этих антител, окажется, что одно антитело отличается от другого последовательностью аминокислот в вариабельной V-области, которая образует антигенсвязывающий центр (рис. 3.2). Этот факт был установлен в 1960-х гг., и он дал решающие доказательства истинности клонально-селекционной теории Бернета.
Важная экспериментальная проверка клонально-селекционной теории была предпринята в конце 1960-х гг. нашим коллегой Гордоном Эйда (Ada), работавшим с Полин Берт (Byrt) в Институте медицинских исследований Уолтера и Элайзы Холл. В основе их эксперимента лежало предположение, что если популяцию лимфоцитов подвергнуть воздействию антигенов одного типа, с ними будет связываться только клон лимфоцитов с антителами, реагирующими на этот антиген, тогда как огромное большинство клеток не будет связываться, т. к. они продуцируют антитела, реагирующие на другие антигены. Создавая радиоактивные антигены, Эйда и Берт рассуждали так: лимфоциты, которые свяжут их, будут облучены и погибнут. Таким образом, популяция лимфоцитов окажется неспособной к иммунному ответу на проверяемый радиоактивный антиген, но будет нормально реагировать на другие антигены. Именно такой результат они и получили. Этот эксперимент стал известен как «эксперимент по самоубийству антигеном». Он был первым экспериментальным доказательством клонально-селекционной теории.
Отталкиваясь от клонально-селекционной теории, Тед Стил и Боб Бландэн стали изучать механизм эволюции генов антител. Эта новая область иммунологии исследует генетические особенности процессов, обеспечивающих разнообразие антител и созревание аффинности. С конца 1970-х гг. становится все больше известно об уникальной системе генов Ig и ТкР. Сейчас мы уже много знаем о структуре последовательностей ДНК этих генов. Мы можем объяснить, почему одна клетка производит антитела одной специфичности, и как мутация порождает новое антитело. Именно это делает иммунную систему способной продуцировать антитела высокой аффинности ко многим тысячам новых антигенов.
Клонально-селекционная теория поставила вопрос о том, подвергаются ли Ig-гены изменениям в отдельных В-лимфоци-тах после стимуляции антигеном. В общей форме этот вопрос обсуждал еще Бернет в 1957 г. Однако он полагал, что разные Ig-гены, кодирующие антитела различной специфичности, существуют уже до того, как чужеродные антигены внедряются в систему. (Дарвин в предьвдущем столетии также считал доказанным предсуществование генетической изменчивости животных и растений, на которую действует естественный отбор.) Таким образом, Бернет предполагал, что гены антител экспрес-сируются в популяции клеток, последние затем могут отбираться антигеном и клонально размножаться. (Современные методы молекулярной биологии, необходимые для ответа на вопрос о соматическом мутировании в то время были недоступны.)
Тем не менее в конце 1960-х-начале 1970-х гг. Мелвин Кон, а затем Элистэр Каннингем привели доводы в пользу того, что иммунная система имеет способность генерировать соматические мутации генов антител в ответ на внедрение чужеродных антигенов. По их мнению, по-видимому, выгодно, чтобы с ДНК зародышевой линии наследовалось только небольшое число необходимых Ig генов, а новые могли бы возникать в течение жизни животного в виде соматических мутаций, вызванных антигеном. В то время, когда эта теория соматического мутирования была высказана впервые, она была оценена по достоинству только небольшим числом иммунологов. Большинство продолжало придерживаться мнения, что все антитела закодированы в генах половых клеток, то есть они предсущест-вуют до рождения животного. Это предполагало, что изменчивость является результатом случайных (редких) мутаций в генах клеток зародышевой линии, которые передаются потомкам. Без преувеличения можно сказать, что споры между приверженцами идеи «соматических мутаций» и «мутаций в половых клетках» были в центре внимания большинства наиболее важных работ. Они сыграли ту же роль, что и дискуссия в физике о кор-пускулярно-волновой двойственности в квантовой механике в 1920-х годах. Поэтому мы вынуждены объяснять основные молекулярные механизмы в контексте их исторических корней.
Почему антитела специфичны и как приобретается аутотолерантность
Вернемся к проблеме различения своего и не-своего. Мы уже говорили, что для различения своего и не-своего антитела должны быть специфичными. Таким образом, для того чтобы отличать огромный внутренний мир молекул от внешнего мира (а некоторые химические характеристики этих миров одинаковы), эволюция обеспечила ошеломляющее разнообразие молекул, распознающих антигены. Антитела каждой специфичности клонально экспрессируются в популяции тысяч клеток, и простой механизм удаления клона выбраковывает те клетки, которые реагируют на самого себя. Это придает особое значение специфичности и разнообразию антител. В качестве простого, но не строго корректного сравнения [2] можно привести четкость изображения на экране телевизора, которая зависит от числа минимальных элементов изображения (пикселов) в строке экрана. Чем плотнее строка, тем четче изображение. Для того чтобы легко различать разные участки и, следовательно, идентифицировать изображение, необходимо иметь набор разных пикселов (светлые, темные, красные, зеленые и так далее). По аналогии, чем меньше специфичных антител и рецепторов Т-лимфоцитов, тем большему риску уничтожения они подвергаются в процессе установления аутотолерантности. Если бы все они были неспецифичны, было бы два возможных исхода. Первый — после того, как установилась аутотолерантность, у нас не осталось бы иммунной системы. И второй — если бы аутотолерантности не существовало, наша собственная иммунная система атаковала бы и разрушала организм, которому она принадлежит.
Поскольку мы приняли необходимость существования аутотолерантности, мы должны считать аксиомой утверждение, что аутотолерантность каждого индивида должна «обучаться» в дарвиновском смысле этого слова. Поясним это. Если самцы инб-редной линии А мышей скрещиваются с самками генетически другой инбредной линии В, то появляется потомство, которое унаследовало разные гены от разных родителей. Мыши линии А генетически запрограммированы производить в клетках и тканях молекулы А-антигена, тогда как мыши линии В запрограммированы производить В-антигены. В некотором смысле это напоминает правила переливания крови у человека для системы групп крови АВО. Взрослые особи линии А всегда будут развивать анти-В иммунную реактивность (естественно развивающиеся антитела и Т-клетки), а особи В будут развивать анти-А реактивность. Таким образом, ткань, пересаженная от А к В и, наоборот, от В к А, всегда будет отторгаться. Однако потомки генетически различающихся родителей будут по своему антигенному составу АВ, и это представляет для них серьезную проблему. Если бы аутотолерантность не приобреталась в ходе развития, АВ потомки этого скрещивания не могли бы выжить. Они должны были бы саморазрушиться, как только их иммунная система приобрела бы способность реагировать на свои собственные клетки. Однако мы знаем, что популяции человека и большинство популяций диких животных чрезвычайно разнообразны по генам, кодирующим антигены гистосовмести-мости. Следовательно, каждый из нас несет разные комбинации этих антигенов, унаследованных от родителей. То есть, все мы похожи на гибридов АхВ, изображенных на рис. 4.2.
Рис. 4.2. Толерантность к собственным антигенам не детерминирована генетически. Мелвин Кон и его коллеги Петер Бретчер и Род Лангман неоднократно подчеркивали этот ключевой момент. На рисунке показан результат эксперимента, поставленного природой (случайные скрещивания генетически различающихся индивидов). Поскольку взрослое потомство АВ не разрушает само себя аутоиммунной реакцией, это со всей очевидностью свидетельствует о том, что толерантность приобретается в ходе развития организма. Клонально-селекционная теория Макфарлейна Бернета объясняет, как это достигается путем дарвиновского отрицательного отбора в иммунной системе — уничтожением «запрещенных» клонов, направленных против собственных антигенов (рис. 4.1).
Очевидно, что индивид АВ на какой-то стадии своего развития должен «научиться» быть толерантным и к А-, и к В-антигенам. То есть, механизм аутотолерантности должен приобретаться «соматически». В начале 1950-х годов Питер Медавар и его коллеги экспериментально подтвердили эти теоретические предположения, впервые сформулированные Макфарлейном Бернетом и Фрэнком Феннером (Fenner) в 1949 г. Группа Медавара показала, что, если новорожденным мышам линии В ввести клетки линии А, они вырастают толерантными к трансплантатам кожи линии А. Таким образом, мышей линии В можно было соматически модифицировать так, что они приобретали способность не отторгать кожные трансплантаты линии А, которые в норме у взрослых отторгаются (рис. 4.3). Вернет и Медавар в 1960 г. получили Нобелевскую премию за открытие приобретенной иммунной толерантности.
Рис. 4.3. Эксперимент Питера Медавара по приобретенной неонатальной толерантности. Питер Медавар, Лесли Брент и Руперт Биллингем провели свои эксперименты в 1940-х-начале 1950-х годов. Результаты экспериментов согласуются с клонально-селекционной теорией Макфарлейна Бернета. Они показали, что введение в организм на ранних стадиях неонатально-го развития чужих клеток из костного мозга может индуцировать приобретенную иммунологическую толерантность. Введение на этих стадиях чужеродного антигена вызывает уничтожение клонов, направленных против чужих. В результате иммунная система начинает относиться к чужим тканям как к своим.
Итак, мы приходим к заключению, что необходимая для приобретения и иммунности, и толерантности соматически обучающаяся программа основана на ключевом взаимодействии (или связывании) антигенов с клонально экспрессирующи-мися поверхностными молекулами, распознающими антигены (антитела, ТкР). Это достигается в процессе дарвиновского отбора, действующего в популяции лимфоцитов. Это — основной принцип функционирования иммунной системы. Мы объясним в дальнейшем, что обратная связь между генами сомы и половых клеток дает логически последовательное объяснение всех уникальных молекулярно-генетических свойств иммунной системы. Но, прежде чем вести читателя дальше, мы должны потратить немного времени на описание деталей строения ДНК-последовательностей генов Ig и ТкР и некоторых необычных свойств этих генов. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Основные понятия иммунологии</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>• <strong>Антиген</strong></p><p>Антигены - чужеродные белки и углеводы, которые стимулируют образование специфических антител, связывающихся с данным антигеном, но не с другими неродственными антигенами. Собственные антигены - белки или углеводы, которые являются составной частью данного организма. В норме иммунного ответа против собственных антигенов нет.</p><p>• <strong>Антигены гистосовместимости/киллерные Т-клетки</strong></p><p>Антигены гистосовместимости называются также антигенами <em>главного комплекса гис-тосовместимости,</em> или ШС-антигенами. Эти антигены проявляются в большинстве клеток тела. Киллерные Т-клетки одного индивида могут распознавать МНС-антигены другого неидентичного индивида и реагировать на них, отторгая пересаженные ткани. МНС-антигены также действуют как антигенпрезентирующие структуры, например, представляя фрагменты вирусных белков (пептиды) киллерным Т-клеткам, активируя их и заставляя атаковать и лизировать зараженные клетки.</p><p>• <strong>Антитело</strong></p><p>Белок, продуцируемый <em>В-лимфоцитом</em> (белая кровяная клетка) в ответ на чужеродный антиген (бактериальные клетки, вирусные частицы и их токсичные продукты). Типичное строение имеет иммуноглобулин G (IgG) - белковый гетеродимер (рис. 3.2). Существует множество разных антител, каждое из которых распознает определенный антиген.</p>
<p>• <strong>Вариабельная (V-) область/антигенсвязывающии центр</strong></p><p>На концах как Н-, так и 1-цепей находится вариабельная (изменчивая) последовательность аминокислот (рис. 3.2). Эта область называется также <em>антигенсвязываю-щим центром.</em> V-области образуют антигенсвязывающий центр антитела (или Т-кле-точного рецептора).</p><p>• <strong>В-лимфоциты</strong></p><p>Развивающиеся в костном мозге белые кровяные клетки, продуцирующие антитела. В-клетки связываются и отбираются антигеном, что приводит к активации выделения антител или пролиферации клеток.</p><p>• <strong>Гаптены</strong></p><p>Небольшие химические соединения (бензольные кольца и их производные), созданные химиками, которые сами по себе не способны вызвать образование антител. Если гаптены присоединены к крупному «носителю» (чужеродному белку), их можно использовать для индукции анти-гаптеновых антител.</p><p>• <strong>Гены «домашнего хозяйства»</strong> </p><p>(от англ. housekeeping - домашнее хозяйство) Все <em>жизненно</em> необходимые гены, белковые или РНК продукты которых <em>существенны для</em> основных функций клетки (например, ферменты энергетических путей, ферменты репликации ДНК и т.д.)</p><p>• <strong>Иммуноглобулин</strong></p><p>Название белка антитела, сокращенно Ig. Существует пять классов иммуноглобули-нов: 1дМ, IgD, IgG, IgA, IgE. Классификация основана на последовательности аминокислот С-областей Н-цепей; каждый класс Ig выполняет свою функцию.</p><p>• <strong>Клональная селекция/специфичность антител</strong></p><p>На поверхности каждой отдельной зрелой В-клетки проявляются антитела одной специфичности, т.е. для синтеза каждой молекулы Ig используется один набор генов вариабельной области антитела. Чужеродный антиген, попадающий в организм, стимулирует только те В-клетки, с которыми он может связываться. Эти клетки активируются и начинают делиться (пролиферируют), образуя <em>клон</em> специфичных В-клеток, причем все потомки имеют <em>идентичную</em> специфичность (рис. 4.1).</p><p>• <strong>Константная (С) область/классы иммуноглобулинов</strong></p><p>Аминокислотная последовательность молекулы антитела, которая не принимает участия в связывании антигена и, следовательно, не меняется от одной молекулы к дру-<sup class="sup">8</sup> гой. Константные С-области тяжелых цепей определяют функцию антитела, например, способность запустить фагоцитоз. С-области тяжелых цепей подразделяются на пять основных типов последовательностей (и, следовательно, функций), называемых классами иммуноглобулинов (см. выше).</p><p>• <strong>Протестом</strong></p><p>Единица «защиты» определена как минимальная критическая концентрация специфичного антитела в крови, необходимая для защиты против инфекции.</p><p>• <strong>Т-лимфоциты</strong></p><p>Развивающиеся в тимусе белые кровяные клетки, на поверхности которых экспресси-руются сходные с антителами молекулы, называемые Т-клеточными рецепторами (ТкР). Существует два типа Т-клеток: <em>киллерные Т-клетки</em> и <em>хвлперные Т-клетки.</em></p><p>• <strong>Фагоциты/фагоцитоз</strong></p><p>Фагоциты - белые кровяные клетки, которые захватывают (фагоцитируют) и переваривают бактерии и клеточные обломки.</p><p>• <strong>Цитокины/интерфероны</strong></p><p>Белки, выделяемые активированными хелперными Т-клетками, которые дают сигналы к активации и дифференцировке другом белым кровяным клеткам, включая другие Т- и В-клетки.</p><p>Начать это путешествие в знание мы должны с объяснения некоторых понятий. Нам необходимо рассмотреть наиболее важные клетки, молекулы и гены иммунной системы и дать определения основных терминов (табл. 3.1 и 5.1).</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Основные понятия иммунологии
• Антиген
Антигены - чужеродные белки и углеводы, которые стимулируют образование специфических антител, связывающихся с данным антигеном, но не с другими неродственными антигенами. Собственные антигены - белки или углеводы, которые являются составной частью данного организма. В норме иммунного ответа против собственных антигенов нет.
• Антигены гистосовместимости/киллерные Т-клетки
Антигены гистосовместимости называются также антигенами главного комплекса гис-тосовместимости, или ШС-антигенами. Эти антигены проявляются в большинстве клеток тела. Киллерные Т-клетки одного индивида могут распознавать МНС-антигены другого неидентичного индивида и реагировать на них, отторгая пересаженные ткани. МНС-антигены также действуют как антигенпрезентирующие структуры, например, представляя фрагменты вирусных белков (пептиды) киллерным Т-клеткам, активируя их и заставляя атаковать и лизировать зараженные клетки.
• Антитело
Белок, продуцируемый В-лимфоцитом (белая кровяная клетка) в ответ на чужеродный антиген (бактериальные клетки, вирусные частицы и их токсичные продукты). Типичное строение имеет иммуноглобулин G (IgG) - белковый гетеродимер (рис. 3.2). Существует множество разных антител, каждое из которых распознает определенный антиген.
• Вариабельная (V-) область/антигенсвязывающии центр
На концах как Н-, так и 1-цепей находится вариабельная (изменчивая) последовательность аминокислот (рис. 3.2). Эта область называется также антигенсвязываю-щим центром. V-области образуют антигенсвязывающий центр антитела (или Т-кле-точного рецептора).
• В-лимфоциты
Развивающиеся в костном мозге белые кровяные клетки, продуцирующие антитела. В-клетки связываются и отбираются антигеном, что приводит к активации выделения антител или пролиферации клеток.
• Гаптены
Небольшие химические соединения (бензольные кольца и их производные), созданные химиками, которые сами по себе не способны вызвать образование антител. Если гаптены присоединены к крупному «носителю» (чужеродному белку), их можно использовать для индукции анти-гаптеновых антител.
• Гены «домашнего хозяйства»
(от англ. housekeeping - домашнее хозяйство) Все жизненно необходимые гены, белковые или РНК продукты которых существенны для основных функций клетки (например, ферменты энергетических путей, ферменты репликации ДНК и т.д.)
• Иммуноглобулин
Название белка антитела, сокращенно Ig. Существует пять классов иммуноглобули-нов: 1дМ, IgD, IgG, IgA, IgE. Классификация основана на последовательности аминокислот С-областей Н-цепей; каждый класс Ig выполняет свою функцию.
• Клональная селекция/специфичность антител
На поверхности каждой отдельной зрелой В-клетки проявляются антитела одной специфичности, т.е. для синтеза каждой молекулы Ig используется один набор генов вариабельной области антитела. Чужеродный антиген, попадающий в организм, стимулирует только те В-клетки, с которыми он может связываться. Эти клетки активируются и начинают делиться (пролиферируют), образуя клон специфичных В-клеток, причем все потомки имеют идентичную специфичность (рис. 4.1).
• Константная (С) область/классы иммуноглобулинов
Аминокислотная последовательность молекулы антитела, которая не принимает участия в связывании антигена и, следовательно, не меняется от одной молекулы к дру-8 гой. Константные С-области тяжелых цепей определяют функцию антитела, например, способность запустить фагоцитоз. С-области тяжелых цепей подразделяются на пять основных типов последовательностей (и, следовательно, функций), называемых классами иммуноглобулинов (см. выше).
• Протестом
Единица «защиты» определена как минимальная критическая концентрация специфичного антитела в крови, необходимая для защиты против инфекции.
• Т-лимфоциты
Развивающиеся в тимусе белые кровяные клетки, на поверхности которых экспресси-руются сходные с антителами молекулы, называемые Т-клеточными рецепторами (ТкР). Существует два типа Т-клеток: киллерные Т-клетки и хвлперные Т-клетки.
• Фагоциты/фагоцитоз
Фагоциты - белые кровяные клетки, которые захватывают (фагоцитируют) и переваривают бактерии и клеточные обломки.
• Цитокины/интерфероны
Белки, выделяемые активированными хелперными Т-клетками, которые дают сигналы к активации и дифференцировке другом белым кровяным клеткам, включая другие Т- и В-клетки.
Начать это путешествие в знание мы должны с объяснения некоторых понятий. Нам необходимо рассмотреть наиболее важные клетки, молекулы и гены иммунной системы и дать определения основных терминов (табл. 3.1 и 5.1). | false |
Клематисы | Бескаравайная Маргарита Алексеевна | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Введение</h1>
<section class="px3 mb4">
<p></p><p>В зелёном строительстве важную роль играет вертикальное озеленение. Декоративные вьющиеся растения (лианы) занимают особое место среди цветочных культур, но ассортимент их не велик, и его надо обогащать и расширять. Поэтому особое внимание заслуживают клематисы ? многолетние декоративные лианы, представленные многочисленными и разнообразными видами, сортами и гибридными формами. Они с полным правом отнесены к числу ведущих декоративных многолетних растений. Большинство из них высокодекоративны, сравнительно нетребовательны к почве, отличаются устойчивостью к низким температурам, засухе, быстрым ростом, ярким, обильным и продолжительным цветением на однолетних побегах, относительно слабо поражаются грибковыми болезнями, что позволяет рекомендовать их для выращивания в открытом грунте практически повсеместно на всей территории России. Кроме того, клематисы, как и другие лианы, занимают при посадке мало места. Они дают много зелени, которая может покрывать значительные поверхности, пышно цветут с весны до холодов цветками различной окраски и формы. Жаркие месяцы года (июнь-август) ? пора наиболее массового цветения большинства видов и сортов этой красивой культуры.</p>
<p>Слово «клематис» греческое и переводится как «ветка лианы» или «ветвь или побег винограда». Род Clematis L. ? клематис (ломонос, лозинка, бородавник) относится к семейству Ranunculaceae Yuss. ? Лютиковые. Виды рода Клематис произрастают на всех континентах, кроме Антарктиды, в умеренном, субтропическом и тропическом климате. Большинство видов из Южной Америки, Южной и Западной Африки, Индии могут выращиваться у нас только в оранжереях и теплицах. Многие же виды и сорта из Европы, Азии (включая Японию, Китай, Гималаи), Северной Америки, Новой Зеландии успешно произрастают в наших условиях.</p><p>По данным А.Г. Головача, в умеренном поясе Северного полушария многие виды клематиса произрастают в разреженных лесах и по их опушкам, в зарослях кустарников, по берегам рек, по склонам и обрывам, на каменистых россыпях, а некоторые виды ? в степях и на засолённой почве.</p><p>В Европе в естественных условиях распространены клематис виноградолистный, к. прямой, к. фиолетовый, к. жгучий, к. цельнолистный и др.</p><p>Привлекательность многих клематисов обусловлена главным образом цветками, сочетающими тонкое очарование и нежность, необычайно оригинальными листьями и тонкими побегами, а также возможностью многообразного применения этих растений на приусадебных и садовых участках, в озеленении городов и посёлков. Остаётся только восхищаться этим удивительным творением природы.</p><p>Наряду с декоративными целями многие виды клематиса после соответствующего изучения могут быть использованы в народном хозяйстве как ароматические, лекарственные, пищевые, кормовые растения, медоносы и т. п.</p><p>Клематисы широко известны за рубежом, но у нас пока недостаточно распространены, хотя их популярность возрастает с каждым годом.</p><p>Данная книга подготовлена на основании результатов многолетней работы автора по интродукции (введению в культуру) и селекции клематисов в Государственном Никитском ботаническом саду (ГНБС, г. Ялта, Крым, Украина) с 1967 по 1988 г., а затем в условиях Центрального Черноземья. Её цель ? ознакомить специалистов (цветоводов, озеленителей, декораторов, биологов, селекционеров и др.) и цветоводов-любителей с культурой клематиса для более широкого внедрения её в озеленение городов (в парках, скверах, садах, на бульварах и т. п.), приусадебных и дачных участков.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/364697_2__6eh.jpg"/>
</p><p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | Введение
В зелёном строительстве важную роль играет вертикальное озеленение. Декоративные вьющиеся растения (лианы) занимают особое место среди цветочных культур, но ассортимент их не велик, и его надо обогащать и расширять. Поэтому особое внимание заслуживают клематисы ? многолетние декоративные лианы, представленные многочисленными и разнообразными видами, сортами и гибридными формами. Они с полным правом отнесены к числу ведущих декоративных многолетних растений. Большинство из них высокодекоративны, сравнительно нетребовательны к почве, отличаются устойчивостью к низким температурам, засухе, быстрым ростом, ярким, обильным и продолжительным цветением на однолетних побегах, относительно слабо поражаются грибковыми болезнями, что позволяет рекомендовать их для выращивания в открытом грунте практически повсеместно на всей территории России. Кроме того, клематисы, как и другие лианы, занимают при посадке мало места. Они дают много зелени, которая может покрывать значительные поверхности, пышно цветут с весны до холодов цветками различной окраски и формы. Жаркие месяцы года (июнь-август) ? пора наиболее массового цветения большинства видов и сортов этой красивой культуры.
Слово «клематис» греческое и переводится как «ветка лианы» или «ветвь или побег винограда». Род Clematis L. ? клематис (ломонос, лозинка, бородавник) относится к семейству Ranunculaceae Yuss. ? Лютиковые. Виды рода Клематис произрастают на всех континентах, кроме Антарктиды, в умеренном, субтропическом и тропическом климате. Большинство видов из Южной Америки, Южной и Западной Африки, Индии могут выращиваться у нас только в оранжереях и теплицах. Многие же виды и сорта из Европы, Азии (включая Японию, Китай, Гималаи), Северной Америки, Новой Зеландии успешно произрастают в наших условиях.
По данным А.Г. Головача, в умеренном поясе Северного полушария многие виды клематиса произрастают в разреженных лесах и по их опушкам, в зарослях кустарников, по берегам рек, по склонам и обрывам, на каменистых россыпях, а некоторые виды ? в степях и на засолённой почве.
В Европе в естественных условиях распространены клематис виноградолистный, к. прямой, к. фиолетовый, к. жгучий, к. цельнолистный и др.
Привлекательность многих клематисов обусловлена главным образом цветками, сочетающими тонкое очарование и нежность, необычайно оригинальными листьями и тонкими побегами, а также возможностью многообразного применения этих растений на приусадебных и садовых участках, в озеленении городов и посёлков. Остаётся только восхищаться этим удивительным творением природы.
Наряду с декоративными целями многие виды клематиса после соответствующего изучения могут быть использованы в народном хозяйстве как ароматические, лекарственные, пищевые, кормовые растения, медоносы и т. п.
Клематисы широко известны за рубежом, но у нас пока недостаточно распространены, хотя их популярность возрастает с каждым годом.
Данная книга подготовлена на основании результатов многолетней работы автора по интродукции (введению в культуру) и селекции клематисов в Государственном Никитском ботаническом саду (ГНБС, г. Ялта, Крым, Украина) с 1967 по 1988 г., а затем в условиях Центрального Черноземья. Её цель ? ознакомить специалистов (цветоводов, озеленителей, декораторов, биологов, селекционеров и др.) и цветоводов-любителей с культурой клематиса для более широкого внедрения её в озеленение городов (в парках, скверах, садах, на бульварах и т. п.), приусадебных и дачных участков. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Глава 2 В НАЧАЛЕ БЫЛА РНК</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><strong>Глава 2</strong> </p>
<p><strong>В НАЧАЛЕ БЫЛА РНК</strong></p>
<p>Цель данной главы — рассказать об основных открытиях и идеях молекулярной генетики, на наших глазах превративших эту область биологии в самостоятельную научную дисциплину. В отличие от многих других явлений окружающего нас мира, описанных палеонтологами, антропологами и натуралистами, объекты современной молекулярной и клеточной биологии невидимы. Их приходится упорно «вычесывать» из микроскопической среды замысловатыми экспериментами, используя методы биохимии и молекулярной биологии. От этого задача «пересказа истории исследований» для широкого круга читателей представляется устрашающе сложной. Для ее решения мы используем большое количество рисунков и схем. Их в нашей книге больше, чем в других популярных изданиях.</p><p>Большая часть наших знаний в области молекулярной генетики получена за последние 45 лет. Хронология наиболее важных достижений и открытий этого времени приведена в табл. 2.1.</p><p>Мы должны предупредить, что будем говорить об очень сложных процессах обмена информацией в живых клетках, протекающих в пространстве, измеряемом микронами (микрон — одна миллионная метра). Сами клетки можно увидеть в обычном световом микроскопе (увеличение примерно от 100 до 600). Если всю ДНК, содержащуюся в 46 хромосомах человека, сложить конец к концу, получится нить длиной несколько метров. В этой длинной нити ДНК содержится огромное количество генетической информации, и, несмотря на это, она сложена и умещена в крошечном пространстве клеточного ядра диаметром всего в несколько микрон. Мы не будем останавливаться подробно на сложных правилах, по которым клетка работает с такими гигантскими полимерами (т. е. хромосомами) и копирует (реплицирует) их. Достаточно только сказать, что процесс репликации хромосом и деления клетки — митоз — протекает за 5—20 ч. в зависимости от типа клеток. (В результате митоза образуются две дочерние клетки, являющиеся точными копиями родительской.)</p>
<p><strong>Важнейшие открытия и достижения молекулярной генетики</strong></p>
<p>• <strong>1952г.</strong> Показано, что материалом наследственности у бактериофагов является ДНК, а не белок (А. Херши и М. Чейз).</p><p>• <strong>1953г.</strong> Открыта структура (двойная спираль) ДНК (Дж. Уотсон и Ф. Крик). П. Медавар с коллегами выявили факт приобретенной иммунологической толерантности у новорожденных мышей</p><p>• <strong>1957-59гг.</strong> Сформулирована клонально-селекционная теория приобретенного иммунитета, предсказывающая «дарвиновский» отбор антигенами клеток, продуцирующих специфические антитела. (М. Бернет, Д. Талмейдж, Н. Ерне)</p><p>• <strong>1957-59 гг.</strong> Доказан предсказанный Уотсоном и Криком механизм репликации двойной спирали ДНК и обнаружен фермент ДНК-полимераза (ДНК -> ДНК копирование; М. Мезельсон, Ф. Сталь, А. Корнберг)</p><p>• <strong>1959г.</strong> Предсказано существование обратной транскриптазы (РНК -> ДНК копирование) (Г. Темин)</p><p>• <strong>1961 г.</strong> Обнаружена информационная РНК. Это молекула-посредник между геном и белком. Установлен факт копирования ДНК -> РНК с помощью фермента РНК-полимеразы. (С. Бреннер, Ф. Жакоб, М. Мезельсон, Б. Ход, С. Спигельман)</p><p>• <strong>1961-66 гг.</strong> Расшифрован генетический код. При синтезе последовательности аминокислот, или белка, последовательность оснований информационной РНК считывается по три (ко-дон) (М. Ниренберг, Г. Г. Корана, Ф. Крик, С. Бреннер)</p><p>• <strong>1965г.</strong> Предложена модель генов антител, предсказывающая V —<em>></em> С-перестройку (В. Дрейер, Дж. Беннет)</p><p>• <strong>1970г.</strong> Предложена двусигнальная модель индукции иммунного ответа, усовершенствовавшая представления о различении своего и не-своего (П. Бречер, М. Кон)</p><p>• <strong>1970г.</strong> Обнаружена обратная транскриптаза опухолевых РНК-вирусов (ретровирусов), т. е. копирование РНК->ДНК (Г.Темин, Д. Балтимор)</p><p>• <strong>1968-74 гг.</strong> Предложено рациональное объяснение соматических мутаций генов антител. Установлена «зависимость Ву-Кэбота» для V-областей антител (Т. By, Е. Кэбот). Предсказано существование определяемого антигеном соматического гипермугирования вариабельных генов антител (А. Каннингам).</p><p>• <strong>1974-77 гг.</strong> Установлена уникальная организация генов антител и доказана V <em>-></em> С-модель Дрейе-ра-Беннета. Опубликованы первые данные по последовательностям ДНК, подтверждающие, что вариабельные гены антител подвергаются соматическому мутированию В. Тонегава)</p><p>• <strong>1977гг.</strong> Открыты интроны, или некодирующие встроенные последовательности, в генах эука-риот (Р. Роберте, П. Шарп)</p><p>• <strong>1979г.</strong> Сформулирована теория соматического отбора, предсказывающая движение наследственной информации от сомы к зародышевой линии для вариабельных генов антител в иммунной системе (Э. Стил)</p><p>• <strong>1981 г.</strong> Широко признаны доказательства того, что определяемое антигеном соматическое гипермутирование генов антител в иммунной системе действительно происходит.</p><p>• <strong>1982г.</strong> Широко признаны доказательства существования не-вирусной «общей» обратной транскрипции (РНК -» ДНК)</p><p>• <strong>1982-83гг.</strong> Открыты рибозимы, или ферменты, основанные на РНК (Т. Кеч, С. Альтман)</p><p>• <strong>1985г.</strong> Предложен метод ПЦР (К. Маллис)</p><p>• <strong>1987г.</strong> Предложена модель обратной транскрипции для объяснения определяемого антигеном соматического гипермутирования вариабельных генов антител (Э. Стил, Дж. Поллард)</p><p>• <strong>1987г.</strong> Предложены общая теория эволюции иммунной системы, «концепция протектона» (Р. Лангман,. М. Кон)</p><p>• <strong>1992г.</strong> Опубликованы данные, согласующиеся с моделью соматического гипермутирования, основанной на обратной транскрипции. Накапливаются сведения, подтверждающие теорию соматического отбора (Г. Ротенфлу, Р. Бландэн, Э. Стил)</p><p>• <strong>1996г.</strong> Обнаружений рекомбинационный след в V-генах зародышевой линии, что подтверждает схему интеграции, предсказанную теорией соматического отбора (Г. Вейлер, Р. Бландэн, Г. Ротенфлу, П. Зилстра, Э. Стил).</p><p>Таким образом, «генетический чертеж», определяющий большое разнообразие живых форм, обусловлен сложной живой информационной системой клетки. Эта система аналогична компьютерным кодам, хранящимся в маленьких полупроводниковых микросхемах, из которых состоит часть центрального обрабатывающего блока компьютера; Законы генетического кода и его перевода в биологические продукты живого организма открывались учеными параллельно с развитием компьютерных технологий. Однако природа создала удивительно совершенные системы хранения и поиска информации задолго до того, как люди придумали силиконовые компьютерные микросхемы. Силиконовые микросхемы для массового производства только лишь сейчас достигли размеров в 1 микрон. Всем известно, что новые поколения компьютеров и компьютерных программ появляются примерно каждые пять лет. Подобные перемены системы понятий и взглядов происходят и в современной молекулярной и клеточной биологии. Благодаря им мы перешли на новый уровень знаний генетических функций, которые рассматриваются в этой главе.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Глава 2 В НАЧАЛЕ БЫЛА РНК
Глава 2
В НАЧАЛЕ БЫЛА РНК
Цель данной главы — рассказать об основных открытиях и идеях молекулярной генетики, на наших глазах превративших эту область биологии в самостоятельную научную дисциплину. В отличие от многих других явлений окружающего нас мира, описанных палеонтологами, антропологами и натуралистами, объекты современной молекулярной и клеточной биологии невидимы. Их приходится упорно «вычесывать» из микроскопической среды замысловатыми экспериментами, используя методы биохимии и молекулярной биологии. От этого задача «пересказа истории исследований» для широкого круга читателей представляется устрашающе сложной. Для ее решения мы используем большое количество рисунков и схем. Их в нашей книге больше, чем в других популярных изданиях.
Большая часть наших знаний в области молекулярной генетики получена за последние 45 лет. Хронология наиболее важных достижений и открытий этого времени приведена в табл. 2.1.
Мы должны предупредить, что будем говорить об очень сложных процессах обмена информацией в живых клетках, протекающих в пространстве, измеряемом микронами (микрон — одна миллионная метра). Сами клетки можно увидеть в обычном световом микроскопе (увеличение примерно от 100 до 600). Если всю ДНК, содержащуюся в 46 хромосомах человека, сложить конец к концу, получится нить длиной несколько метров. В этой длинной нити ДНК содержится огромное количество генетической информации, и, несмотря на это, она сложена и умещена в крошечном пространстве клеточного ядра диаметром всего в несколько микрон. Мы не будем останавливаться подробно на сложных правилах, по которым клетка работает с такими гигантскими полимерами (т. е. хромосомами) и копирует (реплицирует) их. Достаточно только сказать, что процесс репликации хромосом и деления клетки — митоз — протекает за 5—20 ч. в зависимости от типа клеток. (В результате митоза образуются две дочерние клетки, являющиеся точными копиями родительской.)
Важнейшие открытия и достижения молекулярной генетики
• 1952г. Показано, что материалом наследственности у бактериофагов является ДНК, а не белок (А. Херши и М. Чейз).
• 1953г. Открыта структура (двойная спираль) ДНК (Дж. Уотсон и Ф. Крик). П. Медавар с коллегами выявили факт приобретенной иммунологической толерантности у новорожденных мышей
• 1957-59гг. Сформулирована клонально-селекционная теория приобретенного иммунитета, предсказывающая «дарвиновский» отбор антигенами клеток, продуцирующих специфические антитела. (М. Бернет, Д. Талмейдж, Н. Ерне)
• 1957-59 гг. Доказан предсказанный Уотсоном и Криком механизм репликации двойной спирали ДНК и обнаружен фермент ДНК-полимераза (ДНК -> ДНК копирование; М. Мезельсон, Ф. Сталь, А. Корнберг)
• 1959г. Предсказано существование обратной транскриптазы (РНК -> ДНК копирование) (Г. Темин)
• 1961 г. Обнаружена информационная РНК. Это молекула-посредник между геном и белком. Установлен факт копирования ДНК -> РНК с помощью фермента РНК-полимеразы. (С. Бреннер, Ф. Жакоб, М. Мезельсон, Б. Ход, С. Спигельман)
• 1961-66 гг. Расшифрован генетический код. При синтезе последовательности аминокислот, или белка, последовательность оснований информационной РНК считывается по три (ко-дон) (М. Ниренберг, Г. Г. Корана, Ф. Крик, С. Бреннер)
• 1965г. Предложена модель генов антител, предсказывающая V —> С-перестройку (В. Дрейер, Дж. Беннет)
• 1970г. Предложена двусигнальная модель индукции иммунного ответа, усовершенствовавшая представления о различении своего и не-своего (П. Бречер, М. Кон)
• 1970г. Обнаружена обратная транскриптаза опухолевых РНК-вирусов (ретровирусов), т. е. копирование РНК->ДНК (Г.Темин, Д. Балтимор)
• 1968-74 гг. Предложено рациональное объяснение соматических мутаций генов антител. Установлена «зависимость Ву-Кэбота» для V-областей антител (Т. By, Е. Кэбот). Предсказано существование определяемого антигеном соматического гипермугирования вариабельных генов антител (А. Каннингам).
• 1974-77 гг. Установлена уникальная организация генов антител и доказана V -> С-модель Дрейе-ра-Беннета. Опубликованы первые данные по последовательностям ДНК, подтверждающие, что вариабельные гены антител подвергаются соматическому мутированию В. Тонегава)
• 1977гг. Открыты интроны, или некодирующие встроенные последовательности, в генах эука-риот (Р. Роберте, П. Шарп)
• 1979г. Сформулирована теория соматического отбора, предсказывающая движение наследственной информации от сомы к зародышевой линии для вариабельных генов антител в иммунной системе (Э. Стил)
• 1981 г. Широко признаны доказательства того, что определяемое антигеном соматическое гипермутирование генов антител в иммунной системе действительно происходит.
• 1982г. Широко признаны доказательства существования не-вирусной «общей» обратной транскрипции (РНК -» ДНК)
• 1982-83гг. Открыты рибозимы, или ферменты, основанные на РНК (Т. Кеч, С. Альтман)
• 1985г. Предложен метод ПЦР (К. Маллис)
• 1987г. Предложена модель обратной транскрипции для объяснения определяемого антигеном соматического гипермутирования вариабельных генов антител (Э. Стил, Дж. Поллард)
• 1987г. Предложены общая теория эволюции иммунной системы, «концепция протектона» (Р. Лангман,. М. Кон)
• 1992г. Опубликованы данные, согласующиеся с моделью соматического гипермутирования, основанной на обратной транскрипции. Накапливаются сведения, подтверждающие теорию соматического отбора (Г. Ротенфлу, Р. Бландэн, Э. Стил)
• 1996г. Обнаружений рекомбинационный след в V-генах зародышевой линии, что подтверждает схему интеграции, предсказанную теорией соматического отбора (Г. Вейлер, Р. Бландэн, Г. Ротенфлу, П. Зилстра, Э. Стил).
Таким образом, «генетический чертеж», определяющий большое разнообразие живых форм, обусловлен сложной живой информационной системой клетки. Эта система аналогична компьютерным кодам, хранящимся в маленьких полупроводниковых микросхемах, из которых состоит часть центрального обрабатывающего блока компьютера; Законы генетического кода и его перевода в биологические продукты живого организма открывались учеными параллельно с развитием компьютерных технологий. Однако природа создала удивительно совершенные системы хранения и поиска информации задолго до того, как люди придумали силиконовые компьютерные микросхемы. Силиконовые микросхемы для массового производства только лишь сейчас достигли размеров в 1 микрон. Всем известно, что новые поколения компьютеров и компьютерных программ появляются примерно каждые пять лет. Подобные перемены системы понятий и взглядов происходят и в современной молекулярной и клеточной биологии. Благодаря им мы перешли на новый уровень знаний генетических функций, которые рассматриваются в этой главе. | false |
Клематисы | Бескаравайная Маргарита Алексеевна | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Виды клематиса</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/364697_7__53eh.jpg"/>
</p><p></p><p><em>Приводим описание видов, перспективных для широкого применения в озеленении как высокодекоративных, засухоустойчивых, зимостойких, иммунных или высокоустойчивых к грибковым болезням, а также наиболее известных и распространённых сортов и гибридных форм клематиса, как правило, уже районированных или имеющих Международные сертификаты.</em></p><p><em>В процессе цветения (обычно через несколько дней после распускания) окраска чашелистиков у многих сортов и форм клематиса постепенно бледнеет или выгорает, но декоративность цветков при этом сохраняется. Окраска цветков определялась по шкале Никкерсона (Nickerson Color fan, 1957).</em></p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Виды клематиса
Приводим описание видов, перспективных для широкого применения в озеленении как высокодекоративных, засухоустойчивых, зимостойких, иммунных или высокоустойчивых к грибковым болезням, а также наиболее известных и распространённых сортов и гибридных форм клематиса, как правило, уже районированных или имеющих Международные сертификаты.
В процессе цветения (обычно через несколько дней после распускания) окраска чашелистиков у многих сортов и форм клематиса постепенно бледнеет или выгорает, но декоративность цветков при этом сохраняется. Окраска цветков определялась по шкале Никкерсона (Nickerson Color fan, 1957). | false |
Клематисы | Бескаравайная Маргарита Алексеевна | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Клематисы Бескаравайная М.А.</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><strong>Клематисы</strong></p>
<p> Бескаравайная М.А.</p>
<p>Светлой памяти моей дорогой сестры Надежды Алексеевны Платоновой посвящаю эту книгу</p>
<p>Автор</p>
<p>Введение</p>
<p></p><p>В зелёном строительстве важную роль играет вертикальное озеленение. Декоративные вьющиеся растения (лианы) занимают особое место среди цветочных культур, но ассортимент их не велик, и его надо обогащать и расширять. Поэтому особое внимание заслуживают клематисы ? многолетние декоративные лианы, представленные многочисленными и разнообразными видами, сортами и гибридными формами. Они с полным правом отнесены к числу ведущих декоративных многолетних растений. Большинство из них высокодекоративны, сравнительно нетребовательны к почве, отличаются устойчивостью к низким температурам, засухе, быстрым ростом, ярким, обильным и продолжительным цветением на однолетних побегах, относительно слабо поражаются грибковыми болезнями, что позволяет рекомендовать их для выращивания в открытом грунте практически повсеместно на всей территории России. Кроме того, клематисы, как и другие лианы, занимают при посадке мало места. Они дают много зелени, которая может покрывать значительные поверхности, пышно цветут с весны до холодов цветками различной окраски и формы. Жаркие месяцы года (июнь-август) ? пора наиболее массового цветения большинства видов и сортов этой красивой культуры.</p>
<p>Слово «клематис» греческое и переводится как «ветка лианы» или «ветвь или побег винограда». Род Clematis L. ? клематис (ломонос, лозинка, бородавник) относится к семейству Ranunculaceae Yuss. ? Лютиковые. Виды рода Клематис произрастают на всех континентах, кроме Антарктиды, в умеренном, субтропическом и тропическом климате. Большинство видов из Южной Америки, Южной и Западной Африки, Индии могут выращиваться у нас только в оранжереях и теплицах. Многие же виды и сорта из Европы, Азии (включая Японию, Китай, Гималаи), Северной Америки, Новой Зеландии успешно произрастают в наших условиях.</p><p>По данным А.Г. Головача, в умеренном поясе Северного полушария многие виды клематиса произрастают в разреженных лесах и по их опушкам, в зарослях кустарников, по берегам рек, по склонам и обрывам, на каменистых россыпях, а некоторые виды ? в степях и на засолённой почве.</p><p>В Европе в естественных условиях распространены клематис виноградолистный, к. прямой, к. фиолетовый, к. жгучий, к. цельнолистный и др.</p><p>Привлекательность многих клематисов обусловлена главным образом цветками, сочетающими тонкое очарование и нежность, необычайно оригинальными листьями и тонкими побегами, а также возможностью многообразного применения этих растений на приусадебных и садовых участках, в озеленении городов и посёлков. Остаётся только восхищаться этим удивительным творением природы.</p><p>Наряду с декоративными целями многие виды клематиса после соответствующего изучения могут быть использованы в народном хозяйстве как ароматические, лекарственные, пищевые, кормовые растения, медоносы и т. п.</p><p>Клематисы широко известны за рубежом, но у нас пока недостаточно распространены, хотя их популярность возрастает с каждым годом.</p><p>Данная книга подготовлена на основании результатов многолетней работы автора по интродукции (введению в культуру) и селекции клематисов в Государственном Никитском ботаническом саду (ГНБС, г. Ялта, Крым, Украина) с 1967 по 1988 г., а затем в условиях Центрального Черноземья. Её цель ? ознакомить специалистов (цветоводов, озеленителей, декораторов, биологов, селекционеров и др.) и цветоводов-любителей с культурой клематиса для более широкого внедрения её в озеленение городов (в парках, скверах, садах, на бульварах и т. п.), приусадебных и дачных участков.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/364697_1__6eh.jpg"/>
</p><p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | Клематисы Бескаравайная М.А.
Клематисы
Бескаравайная М.А.
Светлой памяти моей дорогой сестры Надежды Алексеевны Платоновой посвящаю эту книгу
Автор
Введение
В зелёном строительстве важную роль играет вертикальное озеленение. Декоративные вьющиеся растения (лианы) занимают особое место среди цветочных культур, но ассортимент их не велик, и его надо обогащать и расширять. Поэтому особое внимание заслуживают клематисы ? многолетние декоративные лианы, представленные многочисленными и разнообразными видами, сортами и гибридными формами. Они с полным правом отнесены к числу ведущих декоративных многолетних растений. Большинство из них высокодекоративны, сравнительно нетребовательны к почве, отличаются устойчивостью к низким температурам, засухе, быстрым ростом, ярким, обильным и продолжительным цветением на однолетних побегах, относительно слабо поражаются грибковыми болезнями, что позволяет рекомендовать их для выращивания в открытом грунте практически повсеместно на всей территории России. Кроме того, клематисы, как и другие лианы, занимают при посадке мало места. Они дают много зелени, которая может покрывать значительные поверхности, пышно цветут с весны до холодов цветками различной окраски и формы. Жаркие месяцы года (июнь-август) ? пора наиболее массового цветения большинства видов и сортов этой красивой культуры.
Слово «клематис» греческое и переводится как «ветка лианы» или «ветвь или побег винограда». Род Clematis L. ? клематис (ломонос, лозинка, бородавник) относится к семейству Ranunculaceae Yuss. ? Лютиковые. Виды рода Клематис произрастают на всех континентах, кроме Антарктиды, в умеренном, субтропическом и тропическом климате. Большинство видов из Южной Америки, Южной и Западной Африки, Индии могут выращиваться у нас только в оранжереях и теплицах. Многие же виды и сорта из Европы, Азии (включая Японию, Китай, Гималаи), Северной Америки, Новой Зеландии успешно произрастают в наших условиях.
По данным А.Г. Головача, в умеренном поясе Северного полушария многие виды клематиса произрастают в разреженных лесах и по их опушкам, в зарослях кустарников, по берегам рек, по склонам и обрывам, на каменистых россыпях, а некоторые виды ? в степях и на засолённой почве.
В Европе в естественных условиях распространены клематис виноградолистный, к. прямой, к. фиолетовый, к. жгучий, к. цельнолистный и др.
Привлекательность многих клематисов обусловлена главным образом цветками, сочетающими тонкое очарование и нежность, необычайно оригинальными листьями и тонкими побегами, а также возможностью многообразного применения этих растений на приусадебных и садовых участках, в озеленении городов и посёлков. Остаётся только восхищаться этим удивительным творением природы.
Наряду с декоративными целями многие виды клематиса после соответствующего изучения могут быть использованы в народном хозяйстве как ароматические, лекарственные, пищевые, кормовые растения, медоносы и т. п.
Клематисы широко известны за рубежом, но у нас пока недостаточно распространены, хотя их популярность возрастает с каждым годом.
Данная книга подготовлена на основании результатов многолетней работы автора по интродукции (введению в культуру) и селекции клематисов в Государственном Никитском ботаническом саду (ГНБС, г. Ялта, Крым, Украина) с 1967 по 1988 г., а затем в условиях Центрального Черноземья. Её цель ? ознакомить специалистов (цветоводов, озеленителей, декораторов, биологов, селекционеров и др.) и цветоводов-любителей с культурой клематиса для более широкого внедрения её в озеленение городов (в парках, скверах, садах, на бульварах и т. п.), приусадебных и дачных участков. | false |
Клематисы | Бескаравайная Маргарита Алексеевна | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Клематис альпийский</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><strong>Клематис альпийский ? </strong><em><strong>Clematis alpina (L.) Mill. (Atragene alpina L.)</strong></em></p><p>Родина ? горы Центральной и Южной Европы.</p><p>Цветки одиночные, пониклые колокольчики, до 5 см диаметром (диам.), на цветоножках, сине-фиолетовые, блестящие. Чашелистиков (чшл.) 4, лепестков много; пыльники кремовато-белые. Имеет разновидности с розовыми и белыми цветками. Кустарниковая лиана длиной до 2,5 м. Листья тройчатые или двоякотройчатые.</p><p>Цветёт в апреле-мае-июне на перезимовавших побегах. Летом цветение может повторяться, но единичными цветками. На юге страдает от засухи. Рекомендуется для более северных районов страны.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Клематис альпийский
Клематис альпийский ? Clematis alpina (L.) Mill. (Atragene alpina L.)
Родина ? горы Центральной и Южной Европы.
Цветки одиночные, пониклые колокольчики, до 5 см диаметром (диам.), на цветоножках, сине-фиолетовые, блестящие. Чашелистиков (чшл.) 4, лепестков много; пыльники кремовато-белые. Имеет разновидности с розовыми и белыми цветками. Кустарниковая лиана длиной до 2,5 м. Листья тройчатые или двоякотройчатые.
Цветёт в апреле-мае-июне на перезимовавших побегах. Летом цветение может повторяться, но единичными цветками. На юге страдает от засухи. Рекомендуется для более северных районов страны. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Глава 3 ИММУННАЯ СИСТЕМА</h1>
<section class="px3 mb4">
<p><strong>Глава 3</strong> </p>
<p><strong>ИММУННАЯ СИСТЕМА</strong></p>
<p>Организм человека постоянно подвергается нападению агрессивных патогенных вирусов и бактерий. Как иммунной системе удается отбивать эти атаки? Как она различает, где «свои» и где «чужие»? Каким образом наш организм быстро создает целые армии новых антител для борьбы с доселе неизвестными патогенами? Каковы механизмы иммунологической памяти, позволяющей клеткам иммунной системы эффективнее бороться с возбудителем при повторной встрече с ним. Если хоть на минуту задуматься над этими вопросами, можно понять, что научное и философское значение ответов на них выходит за узкие рамки иммунной системы. Именно поэтому иммунная система столь интересна для исследования, а за работы, раскрывающие механизмы иммунитета, присуждено так много Нобелевских премий.</p><p>В этой и двух следующих главах (гл. 4 и 5) мы расскажем о развитии иммунологии, об эволюции иммунной системы позвоночных и о современных молекулярно-генетических исследованиях в этой области. По мере того как мы находим ответы на поставленные вопросы, нашим глазам открываются все новые научные, практические и этические проблемы. В свете этих новых знаний, многое из того, что раньше нам казалось незыблемым, сейчас представляется спорным. В иммунологии сошлись все современные идеи генетики, теории развития и теории эволюции. Наша задача показать, что недавние научные открытия ставят под вопрос неодарвинистские концепции эволюции. В гл. 6 мы изложим свои представления о том, как сложные молекулярные процессы в иммунной системе могут приводить к переносу генетической информации из соматических клеток в половые. Эта концепция составляет главную тему нашей книги, а именно что признаки, приобретенные в течение жизни, могут передаваться потомкам.</p>
<p><strong>Основные понятия иммунологии</strong></p>
<p>• <strong>Антиген</strong></p><p>Антигены - чужеродные белки и углеводы, которые стимулируют образование специфических антител, связывающихся с данным антигеном, но не с другими неродственными антигенами. Собственные антигены - белки или углеводы, которые являются составной частью данного организма. В норме иммунного ответа против собственных антигенов нет.</p><p>• <strong>Антигены гистосовместимости/киллерные Т-клетки</strong></p><p>Антигены гистосовместимости называются также антигенами <em>главного комплекса гис-тосовместимости,</em> или ШС-антигенами. Эти антигены проявляются в большинстве клеток тела. Киллерные Т-клетки одного индивида могут распознавать МНС-антигены другого неидентичного индивида и реагировать на них, отторгая пересаженные ткани. МНС-антигены также действуют как антигенпрезентирующие структуры, например, представляя фрагменты вирусных белков (пептиды) киллерным Т-клеткам, активируя их и заставляя атаковать и лизировать зараженные клетки.</p><p>• <strong>Антитело</strong></p><p>Белок, продуцируемый <em>В-лимфоцитом</em> (белая кровяная клетка) в ответ на чужеродный антиген (бактериальные клетки, вирусные частицы и их токсичные продукты). Типичное строение имеет иммуноглобулин G (IgG) - белковый гетеродимер (рис. 3.2). Существует множество разных антител, каждое из которых распознает определенный антиген.</p><p>• <strong>Вариабельная (V-) область/антигенсвязывающии центр</strong></p><p>На концах как Н-, так и 1-цепей находится вариабельная (изменчивая) последовательность аминокислот (рис. 3.2). Эта область называется также <em>антигенсвязываю-щим центром.</em> V-области образуют антигенсвязывающий центр антитела (или Т-кле-точного рецептора).</p><p>• <strong>В-лимфоциты</strong></p><p>Развивающиеся в костном мозге белые кровяные клетки, продуцирующие антитела. В-клетки связываются и отбираются антигеном, что приводит к активации выделения антител или пролиферации клеток.</p><p>• <strong>Гаптены</strong></p><p>Небольшие химические соединения (бензольные кольца и их производные), созданные химиками, которые сами по себе не способны вызвать образование антител. Если гаптены присоединены к крупному «носителю» (чужеродному белку), их можно использовать для индукции анти-гаптеновых антител.</p><p>• <strong>Гены «домашнего хозяйства»</strong> </p><p>(от англ. housekeeping - домашнее хозяйство) Все <em>жизненно</em> необходимые гены, белковые или РНК продукты которых <em>существенны для</em> основных функций клетки (например, ферменты энергетических путей, ферменты репликации ДНК и т.д.)</p><p>• <strong>Иммуноглобулин</strong></p><p>Название белка антитела, сокращенно Ig. Существует пять классов иммуноглобули-нов: 1дМ, IgD, IgG, IgA, IgE. Классификация основана на последовательности аминокислот С-областей Н-цепей; каждый класс Ig выполняет свою функцию.</p><p>• <strong>Клональная селекция/специфичность антител</strong></p><p>На поверхности каждой отдельной зрелой В-клетки проявляются антитела одной специфичности, т.е. для синтеза каждой молекулы Ig используется один набор генов вариабельной области антитела. Чужеродный антиген, попадающий в организм, стимулирует только те В-клетки, с которыми он может связываться. Эти клетки активируются и начинают делиться (пролиферируют), образуя <em>клон</em> специфичных В-клеток, причем все потомки имеют <em>идентичную</em> специфичность (рис. 4.1).</p><p>• <strong>Константная (С) область/классы иммуноглобулинов</strong></p><p>Аминокислотная последовательность молекулы антитела, которая не принимает участия в связывании антигена и, следовательно, не меняется от одной молекулы к дру-<sup class="sup">8</sup> гой. Константные С-области тяжелых цепей определяют функцию антитела, например, способность запустить фагоцитоз. С-области тяжелых цепей подразделяются на пять основных типов последовательностей (и, следовательно, функций), называемых классами иммуноглобулинов (см. выше).</p><p>• <strong>Протестом</strong></p><p>Единица «защиты» определена как минимальная критическая концентрация специфичного антитела в крови, необходимая для защиты против инфекции.</p><p>• <strong>Т-лимфоциты</strong></p><p>Развивающиеся в тимусе белые кровяные клетки, на поверхности которых экспресси-руются сходные с антителами молекулы, называемые Т-клеточными рецепторами (ТкР). Существует два типа Т-клеток: <em>киллерные Т-клетки</em> и <em>хвлперные Т-клетки.</em></p><p>• <strong>Фагоциты/фагоцитоз</strong></p><p>Фагоциты - белые кровяные клетки, которые захватывают (фагоцитируют) и переваривают бактерии и клеточные обломки.</p><p>• <strong>Цитокины/интерфероны</strong></p><p>Белки, выделяемые активированными хелперными Т-клетками, которые дают сигналы к активации и дифференцировке другом белым кровяным клеткам, включая другие Т- и В-клетки.</p><p>Начать это путешествие в знание мы должны с объяснения некоторых понятий. Нам необходимо рассмотреть наиболее важные клетки, молекулы и гены иммунной системы и дать определения основных терминов (табл. 3.1 и 5.1).</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Глава 3 ИММУННАЯ СИСТЕМА
Глава 3
ИММУННАЯ СИСТЕМА
Организм человека постоянно подвергается нападению агрессивных патогенных вирусов и бактерий. Как иммунной системе удается отбивать эти атаки? Как она различает, где «свои» и где «чужие»? Каким образом наш организм быстро создает целые армии новых антител для борьбы с доселе неизвестными патогенами? Каковы механизмы иммунологической памяти, позволяющей клеткам иммунной системы эффективнее бороться с возбудителем при повторной встрече с ним. Если хоть на минуту задуматься над этими вопросами, можно понять, что научное и философское значение ответов на них выходит за узкие рамки иммунной системы. Именно поэтому иммунная система столь интересна для исследования, а за работы, раскрывающие механизмы иммунитета, присуждено так много Нобелевских премий.
В этой и двух следующих главах (гл. 4 и 5) мы расскажем о развитии иммунологии, об эволюции иммунной системы позвоночных и о современных молекулярно-генетических исследованиях в этой области. По мере того как мы находим ответы на поставленные вопросы, нашим глазам открываются все новые научные, практические и этические проблемы. В свете этих новых знаний, многое из того, что раньше нам казалось незыблемым, сейчас представляется спорным. В иммунологии сошлись все современные идеи генетики, теории развития и теории эволюции. Наша задача показать, что недавние научные открытия ставят под вопрос неодарвинистские концепции эволюции. В гл. 6 мы изложим свои представления о том, как сложные молекулярные процессы в иммунной системе могут приводить к переносу генетической информации из соматических клеток в половые. Эта концепция составляет главную тему нашей книги, а именно что признаки, приобретенные в течение жизни, могут передаваться потомкам.
Основные понятия иммунологии
• Антиген
Антигены - чужеродные белки и углеводы, которые стимулируют образование специфических антител, связывающихся с данным антигеном, но не с другими неродственными антигенами. Собственные антигены - белки или углеводы, которые являются составной частью данного организма. В норме иммунного ответа против собственных антигенов нет.
• Антигены гистосовместимости/киллерные Т-клетки
Антигены гистосовместимости называются также антигенами главного комплекса гис-тосовместимости, или ШС-антигенами. Эти антигены проявляются в большинстве клеток тела. Киллерные Т-клетки одного индивида могут распознавать МНС-антигены другого неидентичного индивида и реагировать на них, отторгая пересаженные ткани. МНС-антигены также действуют как антигенпрезентирующие структуры, например, представляя фрагменты вирусных белков (пептиды) киллерным Т-клеткам, активируя их и заставляя атаковать и лизировать зараженные клетки.
• Антитело
Белок, продуцируемый В-лимфоцитом (белая кровяная клетка) в ответ на чужеродный антиген (бактериальные клетки, вирусные частицы и их токсичные продукты). Типичное строение имеет иммуноглобулин G (IgG) - белковый гетеродимер (рис. 3.2). Существует множество разных антител, каждое из которых распознает определенный антиген.
• Вариабельная (V-) область/антигенсвязывающии центр
На концах как Н-, так и 1-цепей находится вариабельная (изменчивая) последовательность аминокислот (рис. 3.2). Эта область называется также антигенсвязываю-щим центром. V-области образуют антигенсвязывающий центр антитела (или Т-кле-точного рецептора).
• В-лимфоциты
Развивающиеся в костном мозге белые кровяные клетки, продуцирующие антитела. В-клетки связываются и отбираются антигеном, что приводит к активации выделения антител или пролиферации клеток.
• Гаптены
Небольшие химические соединения (бензольные кольца и их производные), созданные химиками, которые сами по себе не способны вызвать образование антител. Если гаптены присоединены к крупному «носителю» (чужеродному белку), их можно использовать для индукции анти-гаптеновых антител.
• Гены «домашнего хозяйства»
(от англ. housekeeping - домашнее хозяйство) Все жизненно необходимые гены, белковые или РНК продукты которых существенны для основных функций клетки (например, ферменты энергетических путей, ферменты репликации ДНК и т.д.)
• Иммуноглобулин
Название белка антитела, сокращенно Ig. Существует пять классов иммуноглобули-нов: 1дМ, IgD, IgG, IgA, IgE. Классификация основана на последовательности аминокислот С-областей Н-цепей; каждый класс Ig выполняет свою функцию.
• Клональная селекция/специфичность антител
На поверхности каждой отдельной зрелой В-клетки проявляются антитела одной специфичности, т.е. для синтеза каждой молекулы Ig используется один набор генов вариабельной области антитела. Чужеродный антиген, попадающий в организм, стимулирует только те В-клетки, с которыми он может связываться. Эти клетки активируются и начинают делиться (пролиферируют), образуя клон специфичных В-клеток, причем все потомки имеют идентичную специфичность (рис. 4.1).
• Константная (С) область/классы иммуноглобулинов
Аминокислотная последовательность молекулы антитела, которая не принимает участия в связывании антигена и, следовательно, не меняется от одной молекулы к дру-8 гой. Константные С-области тяжелых цепей определяют функцию антитела, например, способность запустить фагоцитоз. С-области тяжелых цепей подразделяются на пять основных типов последовательностей (и, следовательно, функций), называемых классами иммуноглобулинов (см. выше).
• Протестом
Единица «защиты» определена как минимальная критическая концентрация специфичного антитела в крови, необходимая для защиты против инфекции.
• Т-лимфоциты
Развивающиеся в тимусе белые кровяные клетки, на поверхности которых экспресси-руются сходные с антителами молекулы, называемые Т-клеточными рецепторами (ТкР). Существует два типа Т-клеток: киллерные Т-клетки и хвлперные Т-клетки.
• Фагоциты/фагоцитоз
Фагоциты - белые кровяные клетки, которые захватывают (фагоцитируют) и переваривают бактерии и клеточные обломки.
• Цитокины/интерфероны
Белки, выделяемые активированными хелперными Т-клетками, которые дают сигналы к активации и дифференцировке другом белым кровяным клеткам, включая другие Т- и В-клетки.
Начать это путешествие в знание мы должны с объяснения некоторых понятий. Нам необходимо рассмотреть наиболее важные клетки, молекулы и гены иммунной системы и дать определения основных терминов (табл. 3.1 и 5.1). | false |
Клематисы | Бескаравайная Маргарита Алексеевна | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">К. Арманда</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/364697_9__54eh.jpg"/>
</p><p></p><p><strong>К. Арманда ? <em>С. armandii Franch.</em></strong></p><p>Родина ? Центральный и Западный Китай.</p><p>Цветки раскрытые, собраны в сложные соцветия, до 5–6 см диам. с приятным запахом. Чшл. 6 (реже 4–5), они белые; пыльники светло-жёлтые (кремовые). Кустарниковая вечнозелёная лиана длиной до 4–6 м. Листья тройчатые (иногда простые), кожистые, блестящие, тёмно-зелёные или зелёные.</p><p>Обильно цветёт в марте-апреле-мае на перезимовавших побегах. Имеет разновидность с бледно-розовыми цветками. Этот красивый и раноцветущий вид рекомендуется для вертикального озеленения в субтропиках (Черноморское побережье Кавказа - ЧПК), а также для внутреннего озеленения помещений.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | К. Арманда
К. Арманда ? С. armandii Franch.
Родина ? Центральный и Западный Китай.
Цветки раскрытые, собраны в сложные соцветия, до 5–6 см диам. с приятным запахом. Чшл. 6 (реже 4–5), они белые; пыльники светло-жёлтые (кремовые). Кустарниковая вечнозелёная лиана длиной до 4–6 м. Листья тройчатые (иногда простые), кожистые, блестящие, тёмно-зелёные или зелёные.
Обильно цветёт в марте-апреле-мае на перезимовавших побегах. Имеет разновидность с бледно-розовыми цветками. Этот красивый и раноцветущий вид рекомендуется для вертикального озеленения в субтропиках (Черноморское побережье Кавказа - ЧПК), а также для внутреннего озеленения помещений. | false |
Клематисы | Бескаравайная Маргарита Алексеевна | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">История культуры клематиса</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/364697_3__7eh.jpg"/>
</p><p></p><p>Клематис ? прекрасное декоративное растение известно с древних времён. Местные виды клематиса стали культивировать в садах Западной Европы более 400 лет назад, т. е. ещё в XVI в. История интродукции клематисов наиболее полно отражена в специальной литературе Англии, где они являются особенно любимыми среди цветочных растений. Здесь естественно (дико) произрастает только один вид ? С. vitalba. Они имеют здесь много народных названий, например, «Живая вьющаяся изгородь», «Борода старика», «Дедушкины усы», «Снег среди осени», «Радость путешественника», «Радость пастуха», «Честность» и др.</p><p>Первым интродуцированным в Англию видом был С. viticella, завезённый в 1569 г. из Испании, а затем и другие новые виды. После этого интродукция практически прекратилась и возобновилась в XVIII в. с развитием торговых связей со странами Азии и Америки.</p><p>В конце XVIII в. в Европе появились крупноцветковые клематисы. В культуре они были распространены только в Японии, куда их завезли из Китая. Первый крупноцветковый клематис ? С. florida Thunb. привёз в Европу из Японии К. Тунберг в 1776 г.</p>
<p>В XIX в. продолжилась интродукция новых видов клематиса. Наряду с мелкоцветковыми видами привозились и крупноцветковые. Так, японский вид С. patens был ввезён в Европу Ф. Зибольдом в 1836 г., а С. lanuginosa P. Форчуном в 1850 г. из Китая. Активная интродукция клематисов в Европу и их популярность сохранялись до начала XX в.</p><p>С 1900 г. почти все новые виды клематиса ввозились в Англию из Китая. Но клематисы распространены и в других странах Западной Европы. По данным Дж. Беллиа, они занимают первое место среди лиан на севере Италии.</p><p>Много видов клематиса произрастает дико в Северной Америке (она уступает в этом только Восточной Азии), но их культурой начали заниматься в XIX в. Сначала появились такие виды, как С. virginiana, С. viticella, С. vitalba и др., а позднее из Англии были завезены и крупноцветковые виды, например, С. sieboldii, С. florida, С. lanuginosa. Их стали энергично интродуцировать, размножать и продавать. По данным Дж. Е. Спингарна, в это время в США была собрана самая большая в мире коллекция клематисов.</p><p>Селекционная работа с клематисами в Европе началась сравнительно недавно. В 1835 г. Гендерсоном был получен первый межвидовой гибрид ? С. х eriostemon Hendersonii (от скрещивания С. integrifolia и С. viticella), который и ознаменовал начало селекционной работы с ними. Особое внимание привлекла селекция крупноцветковых сортов, родоначальниками которых являлись С. patens, С. florida, С. viticella и С. lanuginosa. Считается, что первый крупноцветковый гибрид С. х reginae был создан в 1855–1856 гг. Дж. Андерсоном Генри из Эдинбурга от скрещивания С. patens и С. lanuginosa. Знаменательным событием в истории клематисов было выведение английским селекционером Дж. Жакманом крупноцветкового гибрида ? С. х jackmanii Th. Moore в 1862 г. Его демонстрация на выставке в 1863 г. дала стимул для дальнейшего развития селекции этих красивейших лиан за рубежом. С. х jackmanii оказался высокоустойчивым к неблагоприятным факторам среды, болезням, весьма декоративным и остаётся одним из самых популярных и распространённых сортов зарубежной селекции. Он стал родоначальником многих наших отечественных сортов клематиса. Таким образом, Англия стала родиной первых сортов клематиса.</p><p>Во второй половине XIX в. в Европе продолжалась активная селекционная работа с клематисами. В Англии и Франции были выведены сотни сортов клематиса, но от многих из них сохранились только красивые названия. Это было связано с недостаточной устойчивостью многих декоративных сортов к болезням, засухе и другим неблагоприятным факторам. В Японии культура клематисов имеет более продолжительную историю.</p><p>В Америке селекцией крупноцветковых клематисов занимался только знаменитый селекционер Лютер Бербанк. К сожалению, полученные им сорта не сохранились в мировом ассортименте. Первый отечественный сорт клематиса селекции Никитского ботанического сада был назван ‘Лютер Бербанк’.</p><p>Популярность клематисов сохранялась в 1870–1900 гг., когда в питомниках Англии, Франции и Голландии выращивали сотни новых крупноцветковых сортов. Т. Мор и Дж. Жакман описали 313 сортов, из них 220 распространились почти во все цивилизованные страны мира.</p><p>В конце XIX ? начале XX в. интерес к клематисам стал пропадать, так как многие их сорта погибали из-за слабой устойчивости к неблагоприятным условиям выращивания.</p><p>После Второй мировой войны интерес к клематисам снова возрос. Центром селекции клематисов становится Швеция. Появилось много новых сортов, больше питомников стало заниматься их выращиванием.</p><p>В настоящее время созданы новые сорта в Аргентине, Австралии, Японии, Новой Зеландии, Польше и США. Селекционная работа с клематисами проводится также в Англии, Швеции, Эстонии и других странах. Культурой клематиса занимаются в Голландии, Канаде, Франции.</p><p>В 1984 г. в Англии была основана Международная ассоциация клематисоводов (International Clematis Society). Первым президентом и организатором этой ассоциации был Р. Эвисон.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/364697_3__11eh.jpg"/>
</p><p></p><p>В России клематисы стали выращивать только в начале XIX в. как оранжерейные растения. Первые упоминания о гибридных клематисах появились в журнале «Садоводство» за 1858 г.</p><p>В бывшем СССР интродукцией клематисов стали активно заниматься с 1950 г. С ними работали в таких ботанических садах, как Центральный республиканский ботанический сад АН УССР (ЦРБС, г. Киев), Алма-Атинский, Каунасский, Днепропетровский, Куйбышевский, Донецкий, Ташкентский, Саратовский, а также в ботанических садах Кишинёва, Минска, Львова, Риги (Саласпилс), Ужгорода, Фрунзе, Йошкар-Олы и др. Изучением биологии и культуры клематисов занимались М. И. Орлов, А. Н. Волосенко-Валенис, М. А. Бескаравайная, Н. К. Белинская, А. Р. Богушявичюте, Н. Г. Вахновская, Д. Р. Костырко, Е. С. Моисеева, З. И. Невесенко, В. Э. Риекстиня, С. И. Потапов и другие.</p><p>Особое место в истории клематисов в нашей стране занимает ГНБС. Интродукцией, изучением и распространением их стали заниматься с первых лет основания сада (1812 г.). Но особенно интенсивно работа с клематисами началась с конца 1950-х гг., когда помимо интродукции клематисов, по инициативе А. Н. Волосенко-Валениса, здесь впервые в бывшем СССР началась селекционная работа с ними и были получены первые отечественные сорта. После трагической гибели А. Н. Волосенко-Валениса в 1967 г. эту работу успешно продолжила автор данной книги, а с 1988 г. ? её преемница Е. А. Донюшкина.</p><p>В ГНБС была собрана самая крупная коллекция клематисов в стране, включающая около 200 видов, форм и сортов, благодаря чему клематисы получили известность в стране, были отнесены к числу ведущих цветочных растений и включены в государственное сортоиспытание. Многолетний опыт работы с клематисами доказал перспективность выращивания их на всей территории бывшего СССР. Впервые в практике отечественного декоративного садоводства с 1977 г. были районированы на территории бывшего СССР, а затем Российской Федерации 29 сортов клематиса селекции ГНБС, получившие Авторские свидетельства, а 32 сорта удостоены Международных сертификатов (США).</p><p>Практически одновременно селекцией клематисов стал заниматься ЦРБС (селекционер М. И. Орлов), с 1972 г. ? известный цветовод-селекционер М. Ф. Шаронова (Московская область), с 1979 г. ? опытный эстонский селекционер У. Я. Кивистик. В дальнейшем селекцией клематисов стали заниматься в Латвии (И. Рупленс, В. Риекстиня и другие), в Ленинграде (В. М. Рейнвальд) и др.</p>
<p>По данным В. Э. Риекстини и И. Р. Риекстиньш к 1990 г. в результате активной работы по интродукции и селекции клематиса ассортимент их в ботанических садах и частных коллекциях насчитывал более 400 видов и сортов.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/364697_3__12eh.jpg"/>
</p><p>
<br/><br/>
</p>
</section>
</article></html> | История культуры клематиса
Клематис ? прекрасное декоративное растение известно с древних времён. Местные виды клематиса стали культивировать в садах Западной Европы более 400 лет назад, т. е. ещё в XVI в. История интродукции клематисов наиболее полно отражена в специальной литературе Англии, где они являются особенно любимыми среди цветочных растений. Здесь естественно (дико) произрастает только один вид ? С. vitalba. Они имеют здесь много народных названий, например, «Живая вьющаяся изгородь», «Борода старика», «Дедушкины усы», «Снег среди осени», «Радость путешественника», «Радость пастуха», «Честность» и др.
Первым интродуцированным в Англию видом был С. viticella, завезённый в 1569 г. из Испании, а затем и другие новые виды. После этого интродукция практически прекратилась и возобновилась в XVIII в. с развитием торговых связей со странами Азии и Америки.
В конце XVIII в. в Европе появились крупноцветковые клематисы. В культуре они были распространены только в Японии, куда их завезли из Китая. Первый крупноцветковый клематис ? С. florida Thunb. привёз в Европу из Японии К. Тунберг в 1776 г.
В XIX в. продолжилась интродукция новых видов клематиса. Наряду с мелкоцветковыми видами привозились и крупноцветковые. Так, японский вид С. patens был ввезён в Европу Ф. Зибольдом в 1836 г., а С. lanuginosa P. Форчуном в 1850 г. из Китая. Активная интродукция клематисов в Европу и их популярность сохранялись до начала XX в.
С 1900 г. почти все новые виды клематиса ввозились в Англию из Китая. Но клематисы распространены и в других странах Западной Европы. По данным Дж. Беллиа, они занимают первое место среди лиан на севере Италии.
Много видов клематиса произрастает дико в Северной Америке (она уступает в этом только Восточной Азии), но их культурой начали заниматься в XIX в. Сначала появились такие виды, как С. virginiana, С. viticella, С. vitalba и др., а позднее из Англии были завезены и крупноцветковые виды, например, С. sieboldii, С. florida, С. lanuginosa. Их стали энергично интродуцировать, размножать и продавать. По данным Дж. Е. Спингарна, в это время в США была собрана самая большая в мире коллекция клематисов.
Селекционная работа с клематисами в Европе началась сравнительно недавно. В 1835 г. Гендерсоном был получен первый межвидовой гибрид ? С. х eriostemon Hendersonii (от скрещивания С. integrifolia и С. viticella), который и ознаменовал начало селекционной работы с ними. Особое внимание привлекла селекция крупноцветковых сортов, родоначальниками которых являлись С. patens, С. florida, С. viticella и С. lanuginosa. Считается, что первый крупноцветковый гибрид С. х reginae был создан в 1855–1856 гг. Дж. Андерсоном Генри из Эдинбурга от скрещивания С. patens и С. lanuginosa. Знаменательным событием в истории клематисов было выведение английским селекционером Дж. Жакманом крупноцветкового гибрида ? С. х jackmanii Th. Moore в 1862 г. Его демонстрация на выставке в 1863 г. дала стимул для дальнейшего развития селекции этих красивейших лиан за рубежом. С. х jackmanii оказался высокоустойчивым к неблагоприятным факторам среды, болезням, весьма декоративным и остаётся одним из самых популярных и распространённых сортов зарубежной селекции. Он стал родоначальником многих наших отечественных сортов клематиса. Таким образом, Англия стала родиной первых сортов клематиса.
Во второй половине XIX в. в Европе продолжалась активная селекционная работа с клематисами. В Англии и Франции были выведены сотни сортов клематиса, но от многих из них сохранились только красивые названия. Это было связано с недостаточной устойчивостью многих декоративных сортов к болезням, засухе и другим неблагоприятным факторам. В Японии культура клематисов имеет более продолжительную историю.
В Америке селекцией крупноцветковых клематисов занимался только знаменитый селекционер Лютер Бербанк. К сожалению, полученные им сорта не сохранились в мировом ассортименте. Первый отечественный сорт клематиса селекции Никитского ботанического сада был назван ‘Лютер Бербанк’.
Популярность клематисов сохранялась в 1870–1900 гг., когда в питомниках Англии, Франции и Голландии выращивали сотни новых крупноцветковых сортов. Т. Мор и Дж. Жакман описали 313 сортов, из них 220 распространились почти во все цивилизованные страны мира.
В конце XIX ? начале XX в. интерес к клематисам стал пропадать, так как многие их сорта погибали из-за слабой устойчивости к неблагоприятным условиям выращивания.
После Второй мировой войны интерес к клематисам снова возрос. Центром селекции клематисов становится Швеция. Появилось много новых сортов, больше питомников стало заниматься их выращиванием.
В настоящее время созданы новые сорта в Аргентине, Австралии, Японии, Новой Зеландии, Польше и США. Селекционная работа с клематисами проводится также в Англии, Швеции, Эстонии и других странах. Культурой клематиса занимаются в Голландии, Канаде, Франции.
В 1984 г. в Англии была основана Международная ассоциация клематисоводов (International Clematis Society). Первым президентом и организатором этой ассоциации был Р. Эвисон.
В России клематисы стали выращивать только в начале XIX в. как оранжерейные растения. Первые упоминания о гибридных клематисах появились в журнале «Садоводство» за 1858 г.
В бывшем СССР интродукцией клематисов стали активно заниматься с 1950 г. С ними работали в таких ботанических садах, как Центральный республиканский ботанический сад АН УССР (ЦРБС, г. Киев), Алма-Атинский, Каунасский, Днепропетровский, Куйбышевский, Донецкий, Ташкентский, Саратовский, а также в ботанических садах Кишинёва, Минска, Львова, Риги (Саласпилс), Ужгорода, Фрунзе, Йошкар-Олы и др. Изучением биологии и культуры клематисов занимались М. И. Орлов, А. Н. Волосенко-Валенис, М. А. Бескаравайная, Н. К. Белинская, А. Р. Богушявичюте, Н. Г. Вахновская, Д. Р. Костырко, Е. С. Моисеева, З. И. Невесенко, В. Э. Риекстиня, С. И. Потапов и другие.
Особое место в истории клематисов в нашей стране занимает ГНБС. Интродукцией, изучением и распространением их стали заниматься с первых лет основания сада (1812 г.). Но особенно интенсивно работа с клематисами началась с конца 1950-х гг., когда помимо интродукции клематисов, по инициативе А. Н. Волосенко-Валениса, здесь впервые в бывшем СССР началась селекционная работа с ними и были получены первые отечественные сорта. После трагической гибели А. Н. Волосенко-Валениса в 1967 г. эту работу успешно продолжила автор данной книги, а с 1988 г. ? её преемница Е. А. Донюшкина.
В ГНБС была собрана самая крупная коллекция клематисов в стране, включающая около 200 видов, форм и сортов, благодаря чему клематисы получили известность в стране, были отнесены к числу ведущих цветочных растений и включены в государственное сортоиспытание. Многолетний опыт работы с клематисами доказал перспективность выращивания их на всей территории бывшего СССР. Впервые в практике отечественного декоративного садоводства с 1977 г. были районированы на территории бывшего СССР, а затем Российской Федерации 29 сортов клематиса селекции ГНБС, получившие Авторские свидетельства, а 32 сорта удостоены Международных сертификатов (США).
Практически одновременно селекцией клематисов стал заниматься ЦРБС (селекционер М. И. Орлов), с 1972 г. ? известный цветовод-селекционер М. Ф. Шаронова (Московская область), с 1979 г. ? опытный эстонский селекционер У. Я. Кивистик. В дальнейшем селекцией клематисов стали заниматься в Латвии (И. Рупленс, В. Риекстиня и другие), в Ленинграде (В. М. Рейнвальд) и др.
По данным В. Э. Риекстини и И. Р. Риекстиньш к 1990 г. в результате активной работы по интродукции и селекции клематиса ассортимент их в ботанических садах и частных коллекциях насчитывал более 400 видов и сортов. | false |
Клематисы | Бескаравайная Маргарита Алексеевна | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">К. борщевиколистный</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/364697_10__55eh.jpg"/>
</p><p></p><p><strong>К. борщевиколистный ? </strong><em><strong>С. heracleifolia DC.</strong></em></p><p>Родина ? Восточный Китай, Корейский полуостров.</p><p>Этот вид имеет несколько разновидностей и форм. Для декоративного садоводства представляет интерес С. heracleifolia DC. var. davidiana Hemsl. (C. davidiana Decne)</p><p>Цветки трубчатые, гиацинтоподобные, собраны в пазушные пучки, с приятным запахом. Чшл. 4, они синие. Прямостоячий полукустарник высотой 0,5–1м. Листья крупные, кожистые.</p><p>Цветёт с июля по сентябрь. Рекомендуется как бордюрное растение.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | К. борщевиколистный
К. борщевиколистный ? С. heracleifolia DC.
Родина ? Восточный Китай, Корейский полуостров.
Этот вид имеет несколько разновидностей и форм. Для декоративного садоводства представляет интерес С. heracleifolia DC. var. davidiana Hemsl. (C. davidiana Decne)
Цветки трубчатые, гиацинтоподобные, собраны в пазушные пучки, с приятным запахом. Чшл. 4, они синие. Прямостоячий полукустарник высотой 0,5–1м. Листья крупные, кожистые.
Цветёт с июля по сентябрь. Рекомендуется как бордюрное растение. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Основные понятия, относящиеся к процессам соматического гипермутирования и обратной связи генов сомы и зародышевой линии</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>• <strong>RT-мутаторсома</strong> (RT-mutatorsome)</p><p>Гипотетическая молекулярная органелла в ядре В-клетки, ответственная за соматическое гипермугирование (RT <em>=</em> обратная транскриптаза, reverse transcriptase). См. рис. 5.6</p><p>• <strong>Апоптоз</strong></p><p>Биологически запрограммированная гибель клеток</p><p>• <strong>Гибридома</strong></p><p>Продукт слияния нормальной В-клетки с непрерывно делящейся опухолевой В-клет-кой. Такая клетка ведет себя как раковая и может независимо расти в культуре ткани. Она секретирует антитела только одной специфичности (исходной В-клетки)</p><p>• <strong>Гистоны</strong></p><p>В клетках эукариот очень длинные нити ДНК имеют вид упорядоченных петель, связа-ных с белками гистонами, что обеспечивает упаковку ДНК в небольшом пространстве ядра</p><p>• <strong>Конфигурация зародышевой линии</strong></p><p>Структура ДНК-последовательности <em>вариабельных, или</em> <em>V-элементов</em> <em>генов зародышевой линии.</em> которые не подверглись перестройке с J или D/J элементами. Генетический символ V(D)J</p><p>• <strong>Локус-специфическое устройство</strong></p>
<p>Термин используется для обозначения участка стыковки (связывания) RТ-мутаторсомы. Он позволяет ограничить соматические гипермутации только V(D)J и ближайшими ДНК-последовательностями</p><p>• <strong>Матричная молекула</strong></p><p>Любая одноцепочечная ДНК- или РНК-последовательность, которая служит матрицей для создания копии с помощью репликазы</p><p>• <strong>мРНК</strong></p><p>Информационная РНК, которая транскрибируется (копируется) с ДНК-последовательности гена</p><p>• <strong>Мутагены</strong></p><p>Химические вещества или проникающая электромагнитная радиация, способные вызывать мутации</p><p>• <strong>Обратная связь сомы и зародышевой линии</strong></p><p>Процесс, в ходе которого соматически мутированные V(D)J-reны обратно транскрибируются в кДНК, и эти копии рекомбинируют с гомологичной последовательностью V-гена половой клетки так, что замещают ее</p><p>• <strong>Обратная транскриптаза</strong></p><p>Фермент, который копирует РНК-последовательность в ДНК-последовательность</p><p>• <strong>Перестроенный ген варибельной области</strong></p><p>Сокращенное обозначение V(D)J, применимое к перестроенным генам вариабельных областей Н-цепи (VDJ) и L-цепи (VJ)</p><p>• <strong>Репликаза/полимераза</strong></p><p>Общее название ферментов, которые создают дочерние копии ДНК- или РНК-последовательностей. К ним относятся ДНК-полимераза (осуществляет репликацию ДНК), РНК-полимераза (осуществляет транскрипцию) и обратная транскриптаза (создает ДНК-последовательность по матрице РНК)</p><p>• <strong>РНК-посредник</strong></p><p>Этот термин отражает тот факт, что копия гена (ДНК-последовательность), превращенная (в процессе транскрипции) в РНК, может обратно транскрибироваться в кДНК, или ретротранскрипт</p><p>• <strong>Созревание аффинности</strong></p><p>Мутантные антитела, продуцируемые В-клетками памяти, которые возникают в центрах размножения, имеют более высокую аффинность (сродство) к антигену, чем антитела на ранних стадиях иммунного ответа</p><p>• <strong>Соматическая конфигурация</strong></p><p><em>Перестроенный V-ген вариабельной области,</em> который обнаруживается <em>только</em> в зрелых В- и Т-лимфоцитах. Генетический символ V(D)J</p><p>• <strong>Соматическое гипермугирование</strong></p><p>Мутационный процесс, вызванный стимуляцией В-клетки антигеном, затрагивающий перестроенный ген вариабельной области антитела V(D)J зрелой В-клетки в центре размножения</p><p>• <strong>Точковая мутация</strong></p><p>Замена одного основания. Например, замена основания G на любое из трех других оснований Т, А и С (рис. 2.5)</p><p>• <strong>Центр размножения</strong></p><p>Особая область в лимфатических узлах или селезенке, в которой обнаруживается интенсивная пролиферация (деление) и гибель (апоптоз) клеток. Большинство клеток в таком центре - это В-лимфоциты. Центры размножения являются местами <em>соматического гипермутирования</em> и <em>созревания аффинности,</em> вызываемых антигеном</p><p>25 лет назад словосочетание «соматическая мутация» вызывало горячий спор среди иммунологов. В последующие годы споры стали менее оживленными, а многочисленные молекулярные исследования, показали реальность высокого уровня вызываемых антигеном соматических мутаций. Теперь этот процесс называется «соматическим гипермутированием» генов вариабельной области антитела, V(D)J.</p><p>Интересно, что в недавних экспериментах, выполненных под руководством Нобелевского лауреата Ролфа Цинкернагеля, было показано, что при иммунном ответе на некоторые вирусные белки не обнаруживается созревания аффинности, основанного на соматическом гипермутировании. Кроме того, оказалось, что антитела высокой аффинности не лучше освобождают организм от вирусной инфекции, чем антитела низкой аффинности. Между тем сейчас считается, что соматическое гипермутирование необходимо для создания антител высокой аффинности, которые лучше защищают от инфекции. Если результаты группы Цинкернагеля подтвердятся для более широкого спектра инфекций и для других позвоночных, это будет означать, что оптимально функционирующие антитела могут быть отобраны из предсуществующего репертуара, и нет необходимости в мутациях. То есть, для ныне живущих позвоночных соматическое гипермутирование и созревание аффинности, возможно, излишни.</p><p>Однако в начале эволюционного развития системы приобретенного иммунитета, когда репертуар V-генов клеток зародышевой линии был много меньше, чем у срвременньис позвоночных (он должен был стартовать с одного гена), соматическое гипермутирование могло давать огромное селективное преимущество. Этот процесс мог обеспечивать формирование чрезвычайно широкого репертуара антител, экспрессирующихся в В-лимфоцитах в течение жизни одного животного. Далее, при существовании обратной связи сомы и зародышевой линии соматические мутации генов вариабельной области антител могли бы стать решающим инструментом эволюции, ускоряющим построение репертуара V-генов половых клеток. Все доступные данные согласуются с этим предположением. Соматическое гипермутирование обнаруживается у всех челюстных позвоночных, имеющих систему приобретенного иммунитета, включая наиболее примитивных — хрящевых рыб.</p><p>Явление соматического гипермутирования наиболее ярко продемонстрировано для В-лимфоцитов мыши, аналогичный процесс имеет место и у человека. У других позвоночных (кур, кроликов и овец) также наблюдается гипермутирование в В-лимфоцитах, хотя и несколько иное. Эксперименты по изучению механизма соматического гипермутирования проводились в основном на генетически модифицированных (трансгенных) мышах, в частности, в лаборатории Кембриджского университета под руководством Нобелевского лауреата Цезара Мильштейна (Milstein) и его сотрудника Майкла Нойбергера (Neuberger). Эти методы еще не применялись к другим видам.</p><p>В этой главе мы сначала рассмотрим, как возникают генные мутации вообще, а затем остановимся на процессе соматического гипермутирования генов V(D)J. Мы покажем, что это строго регулируемый процесс, в нем участвует «локус-специ-фичное устройство», которое ограничивает мутирование ДНК-последовательностью перестроенного V(D)J-yчастка, защищая гены константной области (С) и все другие гены в гено-ме от вредного влияния случайных мутаций.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Основные понятия, относящиеся к процессам соматического гипермутирования и обратной связи генов сомы и зародышевой линии
• RT-мутаторсома (RT-mutatorsome)
Гипотетическая молекулярная органелла в ядре В-клетки, ответственная за соматическое гипермугирование (RT = обратная транскриптаза, reverse transcriptase). См. рис. 5.6
• Апоптоз
Биологически запрограммированная гибель клеток
• Гибридома
Продукт слияния нормальной В-клетки с непрерывно делящейся опухолевой В-клет-кой. Такая клетка ведет себя как раковая и может независимо расти в культуре ткани. Она секретирует антитела только одной специфичности (исходной В-клетки)
• Гистоны
В клетках эукариот очень длинные нити ДНК имеют вид упорядоченных петель, связа-ных с белками гистонами, что обеспечивает упаковку ДНК в небольшом пространстве ядра
• Конфигурация зародышевой линии
Структура ДНК-последовательности вариабельных, или V-элементов генов зародышевой линии. которые не подверглись перестройке с J или D/J элементами. Генетический символ V(D)J
• Локус-специфическое устройство
Термин используется для обозначения участка стыковки (связывания) RТ-мутаторсомы. Он позволяет ограничить соматические гипермутации только V(D)J и ближайшими ДНК-последовательностями
• Матричная молекула
Любая одноцепочечная ДНК- или РНК-последовательность, которая служит матрицей для создания копии с помощью репликазы
• мРНК
Информационная РНК, которая транскрибируется (копируется) с ДНК-последовательности гена
• Мутагены
Химические вещества или проникающая электромагнитная радиация, способные вызывать мутации
• Обратная связь сомы и зародышевой линии
Процесс, в ходе которого соматически мутированные V(D)J-reны обратно транскрибируются в кДНК, и эти копии рекомбинируют с гомологичной последовательностью V-гена половой клетки так, что замещают ее
• Обратная транскриптаза
Фермент, который копирует РНК-последовательность в ДНК-последовательность
• Перестроенный ген варибельной области
Сокращенное обозначение V(D)J, применимое к перестроенным генам вариабельных областей Н-цепи (VDJ) и L-цепи (VJ)
• Репликаза/полимераза
Общее название ферментов, которые создают дочерние копии ДНК- или РНК-последовательностей. К ним относятся ДНК-полимераза (осуществляет репликацию ДНК), РНК-полимераза (осуществляет транскрипцию) и обратная транскриптаза (создает ДНК-последовательность по матрице РНК)
• РНК-посредник
Этот термин отражает тот факт, что копия гена (ДНК-последовательность), превращенная (в процессе транскрипции) в РНК, может обратно транскрибироваться в кДНК, или ретротранскрипт
• Созревание аффинности
Мутантные антитела, продуцируемые В-клетками памяти, которые возникают в центрах размножения, имеют более высокую аффинность (сродство) к антигену, чем антитела на ранних стадиях иммунного ответа
• Соматическая конфигурация
Перестроенный V-ген вариабельной области, который обнаруживается только в зрелых В- и Т-лимфоцитах. Генетический символ V(D)J
• Соматическое гипермугирование
Мутационный процесс, вызванный стимуляцией В-клетки антигеном, затрагивающий перестроенный ген вариабельной области антитела V(D)J зрелой В-клетки в центре размножения
• Точковая мутация
Замена одного основания. Например, замена основания G на любое из трех других оснований Т, А и С (рис. 2.5)
• Центр размножения
Особая область в лимфатических узлах или селезенке, в которой обнаруживается интенсивная пролиферация (деление) и гибель (апоптоз) клеток. Большинство клеток в таком центре - это В-лимфоциты. Центры размножения являются местами соматического гипермутирования и созревания аффинности, вызываемых антигеном
25 лет назад словосочетание «соматическая мутация» вызывало горячий спор среди иммунологов. В последующие годы споры стали менее оживленными, а многочисленные молекулярные исследования, показали реальность высокого уровня вызываемых антигеном соматических мутаций. Теперь этот процесс называется «соматическим гипермутированием» генов вариабельной области антитела, V(D)J.
Интересно, что в недавних экспериментах, выполненных под руководством Нобелевского лауреата Ролфа Цинкернагеля, было показано, что при иммунном ответе на некоторые вирусные белки не обнаруживается созревания аффинности, основанного на соматическом гипермутировании. Кроме того, оказалось, что антитела высокой аффинности не лучше освобождают организм от вирусной инфекции, чем антитела низкой аффинности. Между тем сейчас считается, что соматическое гипермутирование необходимо для создания антител высокой аффинности, которые лучше защищают от инфекции. Если результаты группы Цинкернагеля подтвердятся для более широкого спектра инфекций и для других позвоночных, это будет означать, что оптимально функционирующие антитела могут быть отобраны из предсуществующего репертуара, и нет необходимости в мутациях. То есть, для ныне живущих позвоночных соматическое гипермутирование и созревание аффинности, возможно, излишни.
Однако в начале эволюционного развития системы приобретенного иммунитета, когда репертуар V-генов клеток зародышевой линии был много меньше, чем у срвременньис позвоночных (он должен был стартовать с одного гена), соматическое гипермутирование могло давать огромное селективное преимущество. Этот процесс мог обеспечивать формирование чрезвычайно широкого репертуара антител, экспрессирующихся в В-лимфоцитах в течение жизни одного животного. Далее, при существовании обратной связи сомы и зародышевой линии соматические мутации генов вариабельной области антител могли бы стать решающим инструментом эволюции, ускоряющим построение репертуара V-генов половых клеток. Все доступные данные согласуются с этим предположением. Соматическое гипермутирование обнаруживается у всех челюстных позвоночных, имеющих систему приобретенного иммунитета, включая наиболее примитивных — хрящевых рыб.
Явление соматического гипермутирования наиболее ярко продемонстрировано для В-лимфоцитов мыши, аналогичный процесс имеет место и у человека. У других позвоночных (кур, кроликов и овец) также наблюдается гипермутирование в В-лимфоцитах, хотя и несколько иное. Эксперименты по изучению механизма соматического гипермутирования проводились в основном на генетически модифицированных (трансгенных) мышах, в частности, в лаборатории Кембриджского университета под руководством Нобелевского лауреата Цезара Мильштейна (Milstein) и его сотрудника Майкла Нойбергера (Neuberger). Эти методы еще не применялись к другим видам.
В этой главе мы сначала рассмотрим, как возникают генные мутации вообще, а затем остановимся на процессе соматического гипермутирования генов V(D)J. Мы покажем, что это строго регулируемый процесс, в нем участвует «локус-специ-фичное устройство», которое ограничивает мутирование ДНК-последовательностью перестроенного V(D)J-yчастка, защищая гены константной области (С) и все другие гены в гено-ме от вредного влияния случайных мутаций. | false |
Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция | Стил Эдвард | <html><article class="recipe-article">
<h1 class="mb1 px3 h1class font-family-1">Основные положения традиционной неодарвинистской теории эволюции</h1>
<section class="px3 mb4">
<p>• <strong>Наследственность</strong></p><p>Генетический материал (ДНК) может передаваться неизменным от поколения к поколению.</p><p>• <strong>Мутации</strong></p><p>Изредка в ДНК возникают стойкие изменения - мутации. Чарлз Дарвин называл такие изменения наследственной информации спортами. Например, замена А основания на G приводит к появлению новой последовательности нуклеотидов в данном участке хромосомы, и, соответственно, в информационной РНК. Это приводит к изменению последовательности аминокислот в белке и, следовательно, к изменению его структуры и/или функции. Мутации служат постоянным источником новой генетической информации, на которую может действовать отбор. Полагают, что подобные изменения последовательностей нуклеотидов редки.</p><p>• <strong>Случайная передача отцовских и материнских хромосом потомку</strong></p><p>Оплодотворенная яйцеклетка, из которой развивается человеческий эмбрион, имеет 46 хромосом. В репродуктивных органах (семенниках и яичниках) половозрелых людей происходит особое деление клеток (мейоз), в результате которого число хромосом уменьшается вдвое (гаплоидное число 23). Гаплоидный набор хромосом упаковывается в сперматозоиды у мужчин и в яйцеклетки у женщин. При оплодотворении число хромосом восстанавливается до 46 (диплоидное число). Потомок получает от каждого из родителей 23 случайно выбранные хромосомы, которые родители в свою очередь унаследовали от своих родителей. Все яйцеклетки содержат половую хромосому одного типа, а именно Х-хромосому. В сперматозоидах содержатся либо Х-, либо Y- хромосома. Набор половых хромосом XX определяет женский пол плода, XY <em>-</em> мужской. Все остальные признаки детерминируются случайным сочетанием хромосом. Таким образом, наши обычные житейские наблюдения над детьми справедливы, и если нам кажется, что у «Тома мамино лицо, но папины руки!», значит так оно и есть.</p>
<p>• <strong>Рекомбинация</strong></p><p>У видов, размножающихся половым путем, физический обмен (кроссинговер, или рекомбинация) между отцовскими и материнскими хромосомами, который происходит во время образования гамет (сперматозоидов и яйцеклеток), вызывает перетасовку существующих последовательностей ДНК. Этот процесс приводит к появлению новых комбинаций наследственных признаков у потомков.</p><p>• <strong>Естественный отбор и эволюция</strong></p><p>Не все генетически разные организмы размножаются одинаково, т.е. с одинаковой скоростью. Условия среды отбирают более приспособленные организмы и дают им <em>селективные преимущества.</em> Если бы не было отбора, не было бы и общих генетических изменений. Эволюция, следовательно, является результатом взаимодействия генетического материала с внутренними (клеточными, внутри организма) и с внешними условиями развития организма и может быть представлена как отбор комбинаций генов, имеющих наибольшую приспособленность.</p><p>• <strong>Изоляция</strong></p><p>В больших популяциях свободное скрещивание между разными генотипами, расширяющее пул генов, в котором действует естественный отбор, невозможно из-за внутренних и внешних изолирующих факторов. Самым простым является географическое отделение потомков от общего предка. Например, некогда единая популяция вьюрков на островах Галапагосского архипелага со временем разделилась на изолированные, небольшие, инбредные популяции. Дарвин заметил, что именно это оказалось важнейшим условием появления новых видов.</p><p>• <strong>Дрейф</strong></p><p>Последовательности ДНК, различаются ли они по большому участку или по одному нуклеотиду, могут быть потеряны по случайным причинам. Генетический дрейф является частью случайного фонового шума, изменяющего сложившийся состав последовательностей ДНК в популяции.</p><p>• <strong>Барьер Вейсмана</strong></p><p>Приобретенные соматические модификации у многоклеточных организмов не могут наследоваться.</p><p>Итак, мы представили вам две, отнюдь не несовместимые, концепции. Первая — традиционная неодарвинистская теория о том, что важная для эволюции генетическая изменчивость существует до того, как подействует селективная сила (естественный отбор). И вторая — традиционно отвергаемая ламарков-ская теория о том, что генетическая изменчивость возникает одновременно с отбором. Последняя концепция особенно важна для процессов, протекающих в иммунной системе, для которых селективная сила, или стимул внешней среды (инфекционное заболевание), действует одновременно с появлением новых генетических вариантов.</p><p>Таким образом, исторически всегда существовал альтернативный (ламаркисткий) взгляд на механизм эволюционных изменений. Этот механизм легко объясняет, почему некоторые виды смогли очень быстро генетически измениться при внезапных изменениях среды, во время катастроф; также легко объяснить быстрое создание разных пород домашних животных. В этой книге мы рассмотрим, насколько реальны такие изменения с позиций молекулярной генетики. Мы ни в коем случае не утверждаем, что идея Дарвина о естественном отборе случайной предсуществующей изменчивости неверна. Наоборот, мы стремимся доказать, что дарвиновская идея чрезвычайно важна для ламаркистской концепции обратной связи генов сомы и зародышевой линии. По-видимому, правы и Дарвин, и Ламарк. Их взгляды дополняют друг друга. Именно это мы попытаемся продемонстрировать с помощью создаваемой нами теории эво-люционно-генетических изменений иммунной системы.</p><p>Это же исторический факт, что сам Чарлз Дарвин, а до него его дед, были ламаркистами. Дарвин разделял идею Ламарка о наследования приобретенных признаков. Ламаркистские доводы об упражнении и неупражнении органов появляются во многих местах его <em>Происхождения видов</em> (1859). Через десять лет после выхода этой книги он публикует теорию пангенезиса [З]. Этот его вклад в науку часто вычеркивается из научной литературы неодарвинистами, которых, по-видимому, сильно задевает тот факт, что основатель теории естественного отбора нашел необходимым воспользоваться ламаркистской «ересью» для объяснения причин генетической изменчивости. Основой для этой теории послужили прекрасные наблюдения Дарвина над изменчивостью и приспособленностью растений и особенно животных в ходе одомашнивания: «Измененные условия вызывают последствия, передающиеся по наследству, например, изменение периода цветения растений, перенесенных из одного климата в другой. У животных усиленная работа или неиспользование каких-то органов оказывают существенное влияние; так, я заметил, что у домашней утки кости крыла весят меньше, а кости ног больше по отношению ко всему скелету, чем те же кости у дикой утки, и это отличие можно с уверенностью приписать тому, что домашняя утка гораздо меньше летает и больше ходит, чем ее дикие предки... .Значительное наследуемое развитие вымени у коров и коз в тех странах, где этих животных обычно доят, по сравнению с животными в других странах, представляет, вероятно, другой пример последствий активной работы, органа»</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_2_img_0.jpg"/>
</p><p><strong>Рис. 1.1. Теория пангенезиса Чарльза Дарвина, 1868. Теория пангенезиса предложена Чарльзом Дарвином для объяснения причин биологической изменчивости, на которую действует естественный отбор. Основная идея его теории «упражнения и неупражнения» заключается в повышении активности органа-мишени, вызванной стимулами внешней среды (например, токсинами в изменившейся пище). Измененная метаболическая активность ткани-мишени (в данном случае, печени) приводит к приспособлению, далее, согласно теории, из этого органа выделяются «геммулы», или «пангены», которые попадают в кровеносную систему и из нее в половые клетки. Таким образом, измененная функция органа фиксируется в половых клетках и наследуется потомками. Следовательно, Дарвин предположил ламаркистский механизм генетической передачи приобретенных признаков.</strong></p><p> </p><p>В 1868 г. Дарвин пришел к заключению, что соматические изменения, появляющиеся в результате специфического приспособления, стимулируют клетки органа-мишени к выделению некоего наследственного материала в форме, которую он назвал геммулами (или пангенами). Геммулы — это представители каждой нормальной или измененной части тела. Онивыделяются активным органом в кровоток, и, циркулируя по телу, могут попадать в половые клетки и передаваться следующему поколению. Рис. 1.1 иллюстрирует теорию пангенезиса Дарвина. Как мы покажем в следующих главах, Дарвин предвидел не только естественный отбор случайных изменений, но и роль выделяемых телом геммул, записывающих наследуемый эффект, как мы говорим сейчас, на ДНК зародышевой линии.</p>
<p>В 1977 г. Тед Стил предложил гипотезу соматического отбора, которая представляет собой современную молекулярную точку зрения на идею пангенезиса (Steele, 1977). Согласно этой гипотезе, эволюция генов вариабельных участков антител происходит через преодоление вейсмановского барьера, т. е. в результате обратной связи генов сомы (тела) и зародышевой линии. Этот механизм допускает появление новых генетических вариантов в ответ на внедрение микробов из внешней среды. Таким образом, гипотеза соматического отбора представляет собой версию ламарковского наследования, основанную на современных молекулярных данных. Вначале эта идея многими была признана как «еретическая». Однако появившиеся за последние двадцать лет данные изменили отношение к ней. Сейчас нет сомнений в том, что в результате активации антигенами вторгнувшегося инфекционного агента гены, кодирующие белки (антитела), необходимые для распознавания чужеродного агента, подвергаются в соматических клетках быстрому мутиро-ванию (гипермутированию). Самые последние исследования подтверждают то, что мутантные гены антител попадают в ДНК зародышевой линии в результате процесса обратной транскрипции. На рис. 1.2 показано, как соматические изменения могут включаться в ДНК половых клеток.</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_2_img_1.jpg"/>
</p><p><strong>Рис. 1.2. Предполагаемый механизм соматического отбора в иммунной системе.</strong></p><p><strong>1. Множество разнообразных В-лимфоцитов существует до того, как чужеродный антиген попадает в организм. Каждая клетка экспесси-рует на своей поверхностной мембране антитела одной специфичности. Гены вариабельной V-области кодируют те участки антитела, которые образуют антигенсвязывающий центр (как показано на рисунке). Чужеродный антиген связывается с В-клетками, имеющими комплементарное антитело — таким образом, эти клетки «отбираются» в дарвиновском смысле («клональная селекция»).</strong></p><p><strong>2. После связывания антигена В-клетка активируется и делится, давая потомков, которые в свою очередь тоже делятся. В результате образуется множество идентичных дочерних клеток — клон. Все клетки клона экспрессируют одинаковые антитела («клональная экспансия»). В отдельных клетках этого клона гены вариабельной области могут мутировать (соматические мутации). Эти клетки в свою очередь могут быть отобраны антигеном для образования нового клона.</strong></p><p><strong>3. Внутри клеток клона создаются РНК-копии генов вариабельной V-области. Зрелые молекулы информационной РНК переходят в цитоплазму, где они транслируются в последовательности аминокислот, составляющие белковые цепи антитела</strong></p><p><strong>4. Молекулы РНК V-генов (ядерные или цитоплазматические) могут «захватываться» безвредными эндогенными РНК-ретровирусами (продуцируемыми клеткой). Вирусный фермент обратная транс-криптаза может синтезировать ДНК-копию этой РНК (эта копия ДНК называется ретротранскриптом, или кДНК).</strong></p><p><strong>5. Копии V-генов антител с помощью вирусов переносятся в сперматозоиды или яйцеклетки, встраиваются в ДНК половых клеток (зародышевой линии) и передаются потомкам, (см. гл. 6)</strong></p><p> </p><p>Открытие в конце 1950-х г. Говардом Теминым (Temin) феномена обратной транскрипции поначалу вызвало сомнение. Однако после присуждения в 1975 г. Темину и Балтимору (Baltimore) Нобелевской премии этот процесс признан всеми как важный элемент репликации ретровирусов (таких, как ВИЧ) и некоторых других событий в клетке. (Свое название ре-тровирусы получили вследствие того, что у них поток генетической информации направлен от РНК к ДНК, т. е. в направлении, обратном существующему во всех живых клетках — от ДНК к РНК.) Главная цель этой книги — показать, как новые данные молекулярной генетики разрушают построения неодарвинистов, рассматривающих отбор случайных генетических вариантов в качестве единственного фактора эволюционных изменений. Мы хотим доказать актуальность новой теории эволюции иммунной системы, основанной на объединении концепций Дарвина и Ламарка.</p><p>Почему же точка зрения Ламарка вызвала столько споров? В наши планы не входит полный анализ этого вопроса, однако некоторые исторические моменты борьбы дарвинизма и ламаркизма все же следует отметить. Во-первых, в 1885 г., через три года после смерти Дарвина, немецкий биолог Август Вейсман (Weismann), отвечая на вызов, брошенный теорией пангенезиса, провозгласил существование барьера между соматическими и половыми клетками (рис. 1.3), защищающего половые клетки от любого изменения тела. Вейсман пытался проверить, могут ли наследоваться приобретенные родителями увечья. Например, он вырезал аппендикс или другую ткань и показывал, что потомство не наследует этих нарушений. Но любой мыслящий человек и без этого знает, что иудейская традиция обрезания ни разу не привела к рождению мальчика без крайней плоти. Вейсман провел и другие эксперименты, в частности, с гидрой (Hydra). Однако наиболее известна его работа по отрубанию хвостов у только что родившихся крысят. В длившихся много поколений экспериментах Вейсман показал, что отрубание хвостов никогда не приводило к появлению бесхвостого потомства. Ученые, критиковавшие этот эксперимент, указывали, что такими опытами нельзя проверить идею Ламарка. Короткий обрубленный хвост — это модификация, индуцированная не крысой. А по Ламарку наследоваться могут только модификации, индуцированные ответом организма на условия среды. Если бы Вейсман изучал поведение потомков от крыс, лишенных хвостов, он вполне мог бы наблюдать мелкие наследственные модификации поведения (например, при кормлении, чистке, передвижении).</p><p>
<img class="custom-img" loading="lazy" src="https://storage.yandexcloud.net/wr4img/395021_2_img_2.jpg"/>
</p><p><strong>Рис. 1.3. Барьер Вейсмана. В 1885 г Август Вейсман провозгласил существование тканевого барьера, защищающего половые клетки от любого влияния сомы. На языке современных терминов это можно сформулировать так: мутации в соматических клетках (клетках тела) никогда не передаются в клетки зародышевой линии (репродуктивные клетки).</strong></p><p>Существование вейсмановского барьера было якобы неопровержимо доказано в 1911 г. работой Кастла и Филлипса (Castle, Phillips) из Гарвардского университета. Они удалили яичники у белой морской свинки (альбиноса) и пересадили ей яичники черной морской свинки [4]. Белая мать-реципиент при скрещивании с нормальным белым самцом дала несколько черных потомков в течение шести-двенадцати месяцев после операции. Точно такой же результат наблюдался бы при скрещивании белого самца с черной самкой. Таким образом, новая «белая» сома не оказала никакого влияния на половые клетки в пересаженных «черных» яичниках. Однако подобные «острые» эксперименты можно критиковать по тем же причинам, что и отрубание хвостов. Нет никаких причин предполагать, что адаптивный ответ самок с пересаженными яичниками должен быть связан с генетическим контролем окраски шерсти.</p><p>Гипотезу Ламарка пытался доказать австрийский биолог Пауль Каммерер (Kammerer). Эта работа имела трагические последствия. Каммерер сообщил, что изменение полового поведения и некоторых других инстинктов у морских животных и земноводных может приводить к появлению потомства, имеющего те же поведенческие или морфологические черты, которые приобрели их родители в течение жизни. Его наиболее известные эксперименты проведены на жабах-повитухах <em>Alytes obstetricians.</em> Большинство видов жаб и лягушек спариваются в воде. Самцы этих видов крепко захватывают самку и долго (дни и недели) удерживают ее до тех пор, пока она не отложит икру.</p>
<p>Для того чтобы удерживать скользкую самку, у самцов на ладонях и пальцах имеются мозолистые и ороговевшие брачные бугорки. <em>Alytes</em> спариваются на суше, у них нет таких бугорков, так как кожа самок сухая и грубая. Пауль Каммерер обнаружил, что, если <em>Alytes</em> заставить спариваться в воде, как это делают другие жабы, то через несколько поколений у них появляются брачные бугорки. Это и есть приобретенный наследственный признак.</p><p>В начале двадцатого века эти эксперименты вызвали острую полемику, которая, в конце концов, завершилась тем, что профессор Кембриджского университета Вильям Бэтсон (Bateson) обвинил Каммерера в фальсификации. Артур Кестлер в своей книге <em>Case of Midwife Toad</em> («Дело жабы-повитухи») приводит документы по этому трагическому делу и утверждает, что обвинения не были в достаточной мере доказаны. Но удар был нанесен, и не выдержав оскорбления, в 1926 г. Каммерер покончил жизнь самоубийством. Недавно Марк Гиллман (Gillman) проанализировал этот исторический эпизод в книге <em>Envy as a Retarding Force in Science,</em> 1996 («Зависть как тормоз в науке»).</p><p>Еще одной исторической причиной, по которой ламаркистское мышление стало «закрытой зоной» в науке, можно считать разгром советской генетики в 40-е гг. Иосиф Сталин поручил селекционеру Т. Д. Лысенко улучшить сельское хозяйство в СССР. К сожалению, пытаясь продемонстрировать увеличение урожая зерновых с помощью приема, названного яровизацией, Лысенко применил неапробированную процедуру. Этот прием заключался в различных способах обработки семян, например, изменении температуры и питания во время прорастания. Он использовался для получения более продуктивных растений, из семян которых, по утверждению Лысенко, вырастают растения лучшего качества. Но лысенковский подход к возрождению идей Ламарка заставил отвернуться от него западньк ученых и генетиков, работающих в Советском Союзе. Проблема противостояния была решена печально известными жестокими преследованиями научных оппонентов Лысенко [5].</p><p>Мы считаем, что все эти обстоятельства истории науки и общества надолго затормозили рациональное развитие идей Ламарка, которые сейчас выливаются в представления об обратной связи генов.</p><p>Важно упомянуть еще два момента, оказавших влияние на развитие биологической науки. Первое — это, не побоимся сказать, обожествление Дарвина, особенно в Британии. Дарвина превратили в икону, однако мы полагаем, что на определенном этапе это было действительно необходимо для того, чтобы внедрить в умы человечества ключевую идею о естественном отборе случайных изменений. Без этой концепции было бы трудно объяснить многие биологические явления, будь то Ц структура популяции, изменчивость генов или работа иммунной системы. Это было необходимо для противостояния наивному креационизму, утверждавшему, что все виды возникли одновременно и относительно недавно.</p><p>Согласно дарвиновской теории эволюции, для появления новых форм и видов необходимо длительное время. Этот факт согласуется с данными современных палеонтологических и геологических исследований. Действительно, между всеми существующими в настоящее время живыми организмами установлено молекулярно-эволюционное родство. Получение данных, позволивших сделать столь важные заключения, стало возможным благодаря появлению в конце 80-х гг. приборов для автоматического определения последовательности нуклеотидов в ДНК (ДНК-секвенаторы). Новая технология дала возможность генетикам и молекулярным биологам получать точную информацию о большом числе генов (о последовательности нуклеотидов в ДНК). Большая часть этих данных собрана в обширных общедоступных базах данных в Интернете, например в Genbank. </p><p>Присуждение в 1993 г. Нобелевской премии по химии Кэри Маллису (Mullis) за открытие и разработку метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) подчеркивает важность новых технологий в получении научного знания. Метод ПЦР используется с конца 1980-х годов. Он дает возможность увеличивать число копий отдельного участка ДНК в миллионы раз. После этого с помощью секвенатора можно легко определить порядок нуклеотидов A, G, С и Т в этом фрагменте (определения терминов даны в табл. 1.2). Метод ПЦР стал для генетиков новым мощным «телескопическим» средством, позволяющим увидеть молекулярное строение и информационное содержание различных последовательностей нуклеотидов. Именно метод ПЦР, который можно назвать «генетическим копированием», побудил к созданию книги и фильма «Парк юрского периода», показав возможность (пока нереальную) того, что сохранившиеся древние ископаемые останки ДНК можно размножить, а затем с помощью клонирования «воскресить» вымерших животных.</p>
<br/><br/>
</section>
</article></html> | Основные положения традиционной неодарвинистской теории эволюции
• Наследственность
Генетический материал (ДНК) может передаваться неизменным от поколения к поколению.
• Мутации
Изредка в ДНК возникают стойкие изменения - мутации. Чарлз Дарвин называл такие изменения наследственной информации спортами. Например, замена А основания на G приводит к появлению новой последовательности нуклеотидов в данном участке хромосомы, и, соответственно, в информационной РНК. Это приводит к изменению последовательности аминокислот в белке и, следовательно, к изменению его структуры и/или функции. Мутации служат постоянным источником новой генетической информации, на которую может действовать отбор. Полагают, что подобные изменения последовательностей нуклеотидов редки.
• Случайная передача отцовских и материнских хромосом потомку
Оплодотворенная яйцеклетка, из которой развивается человеческий эмбрион, имеет 46 хромосом. В репродуктивных органах (семенниках и яичниках) половозрелых людей происходит особое деление клеток (мейоз), в результате которого число хромосом уменьшается вдвое (гаплоидное число 23). Гаплоидный набор хромосом упаковывается в сперматозоиды у мужчин и в яйцеклетки у женщин. При оплодотворении число хромосом восстанавливается до 46 (диплоидное число). Потомок получает от каждого из родителей 23 случайно выбранные хромосомы, которые родители в свою очередь унаследовали от своих родителей. Все яйцеклетки содержат половую хромосому одного типа, а именно Х-хромосому. В сперматозоидах содержатся либо Х-, либо Y- хромосома. Набор половых хромосом XX определяет женский пол плода, XY - мужской. Все остальные признаки детерминируются случайным сочетанием хромосом. Таким образом, наши обычные житейские наблюдения над детьми справедливы, и если нам кажется, что у «Тома мамино лицо, но папины руки!», значит так оно и есть.
• Рекомбинация
У видов, размножающихся половым путем, физический обмен (кроссинговер, или рекомбинация) между отцовскими и материнскими хромосомами, который происходит во время образования гамет (сперматозоидов и яйцеклеток), вызывает перетасовку существующих последовательностей ДНК. Этот процесс приводит к появлению новых комбинаций наследственных признаков у потомков.
• Естественный отбор и эволюция
Не все генетически разные организмы размножаются одинаково, т.е. с одинаковой скоростью. Условия среды отбирают более приспособленные организмы и дают им селективные преимущества. Если бы не было отбора, не было бы и общих генетических изменений. Эволюция, следовательно, является результатом взаимодействия генетического материала с внутренними (клеточными, внутри организма) и с внешними условиями развития организма и может быть представлена как отбор комбинаций генов, имеющих наибольшую приспособленность.
• Изоляция
В больших популяциях свободное скрещивание между разными генотипами, расширяющее пул генов, в котором действует естественный отбор, невозможно из-за внутренних и внешних изолирующих факторов. Самым простым является географическое отделение потомков от общего предка. Например, некогда единая популяция вьюрков на островах Галапагосского архипелага со временем разделилась на изолированные, небольшие, инбредные популяции. Дарвин заметил, что именно это оказалось важнейшим условием появления новых видов.
• Дрейф
Последовательности ДНК, различаются ли они по большому участку или по одному нуклеотиду, могут быть потеряны по случайным причинам. Генетический дрейф является частью случайного фонового шума, изменяющего сложившийся состав последовательностей ДНК в популяции.
• Барьер Вейсмана
Приобретенные соматические модификации у многоклеточных организмов не могут наследоваться.
Итак, мы представили вам две, отнюдь не несовместимые, концепции. Первая — традиционная неодарвинистская теория о том, что важная для эволюции генетическая изменчивость существует до того, как подействует селективная сила (естественный отбор). И вторая — традиционно отвергаемая ламарков-ская теория о том, что генетическая изменчивость возникает одновременно с отбором. Последняя концепция особенно важна для процессов, протекающих в иммунной системе, для которых селективная сила, или стимул внешней среды (инфекционное заболевание), действует одновременно с появлением новых генетических вариантов.
Таким образом, исторически всегда существовал альтернативный (ламаркисткий) взгляд на механизм эволюционных изменений. Этот механизм легко объясняет, почему некоторые виды смогли очень быстро генетически измениться при внезапных изменениях среды, во время катастроф; также легко объяснить быстрое создание разных пород домашних животных. В этой книге мы рассмотрим, насколько реальны такие изменения с позиций молекулярной генетики. Мы ни в коем случае не утверждаем, что идея Дарвина о естественном отборе случайной предсуществующей изменчивости неверна. Наоборот, мы стремимся доказать, что дарвиновская идея чрезвычайно важна для ламаркистской концепции обратной связи генов сомы и зародышевой линии. По-видимому, правы и Дарвин, и Ламарк. Их взгляды дополняют друг друга. Именно это мы попытаемся продемонстрировать с помощью создаваемой нами теории эво-люционно-генетических изменений иммунной системы.
Это же исторический факт, что сам Чарлз Дарвин, а до него его дед, были ламаркистами. Дарвин разделял идею Ламарка о наследования приобретенных признаков. Ламаркистские доводы об упражнении и неупражнении органов появляются во многих местах его Происхождения видов (1859). Через десять лет после выхода этой книги он публикует теорию пангенезиса [З]. Этот его вклад в науку часто вычеркивается из научной литературы неодарвинистами, которых, по-видимому, сильно задевает тот факт, что основатель теории естественного отбора нашел необходимым воспользоваться ламаркистской «ересью» для объяснения причин генетической изменчивости. Основой для этой теории послужили прекрасные наблюдения Дарвина над изменчивостью и приспособленностью растений и особенно животных в ходе одомашнивания: «Измененные условия вызывают последствия, передающиеся по наследству, например, изменение периода цветения растений, перенесенных из одного климата в другой. У животных усиленная работа или неиспользование каких-то органов оказывают существенное влияние; так, я заметил, что у домашней утки кости крыла весят меньше, а кости ног больше по отношению ко всему скелету, чем те же кости у дикой утки, и это отличие можно с уверенностью приписать тому, что домашняя утка гораздо меньше летает и больше ходит, чем ее дикие предки... .Значительное наследуемое развитие вымени у коров и коз в тех странах, где этих животных обычно доят, по сравнению с животными в других странах, представляет, вероятно, другой пример последствий активной работы, органа»
Рис. 1.1. Теория пангенезиса Чарльза Дарвина, 1868. Теория пангенезиса предложена Чарльзом Дарвином для объяснения причин биологической изменчивости, на которую действует естественный отбор. Основная идея его теории «упражнения и неупражнения» заключается в повышении активности органа-мишени, вызванной стимулами внешней среды (например, токсинами в изменившейся пище). Измененная метаболическая активность ткани-мишени (в данном случае, печени) приводит к приспособлению, далее, согласно теории, из этого органа выделяются «геммулы», или «пангены», которые попадают в кровеносную систему и из нее в половые клетки. Таким образом, измененная функция органа фиксируется в половых клетках и наследуется потомками. Следовательно, Дарвин предположил ламаркистский механизм генетической передачи приобретенных признаков.
В 1868 г. Дарвин пришел к заключению, что соматические изменения, появляющиеся в результате специфического приспособления, стимулируют клетки органа-мишени к выделению некоего наследственного материала в форме, которую он назвал геммулами (или пангенами). Геммулы — это представители каждой нормальной или измененной части тела. Онивыделяются активным органом в кровоток, и, циркулируя по телу, могут попадать в половые клетки и передаваться следующему поколению. Рис. 1.1 иллюстрирует теорию пангенезиса Дарвина. Как мы покажем в следующих главах, Дарвин предвидел не только естественный отбор случайных изменений, но и роль выделяемых телом геммул, записывающих наследуемый эффект, как мы говорим сейчас, на ДНК зародышевой линии.
В 1977 г. Тед Стил предложил гипотезу соматического отбора, которая представляет собой современную молекулярную точку зрения на идею пангенезиса (Steele, 1977). Согласно этой гипотезе, эволюция генов вариабельных участков антител происходит через преодоление вейсмановского барьера, т. е. в результате обратной связи генов сомы (тела) и зародышевой линии. Этот механизм допускает появление новых генетических вариантов в ответ на внедрение микробов из внешней среды. Таким образом, гипотеза соматического отбора представляет собой версию ламарковского наследования, основанную на современных молекулярных данных. Вначале эта идея многими была признана как «еретическая». Однако появившиеся за последние двадцать лет данные изменили отношение к ней. Сейчас нет сомнений в том, что в результате активации антигенами вторгнувшегося инфекционного агента гены, кодирующие белки (антитела), необходимые для распознавания чужеродного агента, подвергаются в соматических клетках быстрому мутиро-ванию (гипермутированию). Самые последние исследования подтверждают то, что мутантные гены антител попадают в ДНК зародышевой линии в результате процесса обратной транскрипции. На рис. 1.2 показано, как соматические изменения могут включаться в ДНК половых клеток.
Рис. 1.2. Предполагаемый механизм соматического отбора в иммунной системе.
1. Множество разнообразных В-лимфоцитов существует до того, как чужеродный антиген попадает в организм. Каждая клетка экспесси-рует на своей поверхностной мембране антитела одной специфичности. Гены вариабельной V-области кодируют те участки антитела, которые образуют антигенсвязывающий центр (как показано на рисунке). Чужеродный антиген связывается с В-клетками, имеющими комплементарное антитело — таким образом, эти клетки «отбираются» в дарвиновском смысле («клональная селекция»).
2. После связывания антигена В-клетка активируется и делится, давая потомков, которые в свою очередь тоже делятся. В результате образуется множество идентичных дочерних клеток — клон. Все клетки клона экспрессируют одинаковые антитела («клональная экспансия»). В отдельных клетках этого клона гены вариабельной области могут мутировать (соматические мутации). Эти клетки в свою очередь могут быть отобраны антигеном для образования нового клона.
3. Внутри клеток клона создаются РНК-копии генов вариабельной V-области. Зрелые молекулы информационной РНК переходят в цитоплазму, где они транслируются в последовательности аминокислот, составляющие белковые цепи антитела
4. Молекулы РНК V-генов (ядерные или цитоплазматические) могут «захватываться» безвредными эндогенными РНК-ретровирусами (продуцируемыми клеткой). Вирусный фермент обратная транс-криптаза может синтезировать ДНК-копию этой РНК (эта копия ДНК называется ретротранскриптом, или кДНК).
5. Копии V-генов антител с помощью вирусов переносятся в сперматозоиды или яйцеклетки, встраиваются в ДНК половых клеток (зародышевой линии) и передаются потомкам, (см. гл. 6)
Открытие в конце 1950-х г. Говардом Теминым (Temin) феномена обратной транскрипции поначалу вызвало сомнение. Однако после присуждения в 1975 г. Темину и Балтимору (Baltimore) Нобелевской премии этот процесс признан всеми как важный элемент репликации ретровирусов (таких, как ВИЧ) и некоторых других событий в клетке. (Свое название ре-тровирусы получили вследствие того, что у них поток генетической информации направлен от РНК к ДНК, т. е. в направлении, обратном существующему во всех живых клетках — от ДНК к РНК.) Главная цель этой книги — показать, как новые данные молекулярной генетики разрушают построения неодарвинистов, рассматривающих отбор случайных генетических вариантов в качестве единственного фактора эволюционных изменений. Мы хотим доказать актуальность новой теории эволюции иммунной системы, основанной на объединении концепций Дарвина и Ламарка.
Почему же точка зрения Ламарка вызвала столько споров? В наши планы не входит полный анализ этого вопроса, однако некоторые исторические моменты борьбы дарвинизма и ламаркизма все же следует отметить. Во-первых, в 1885 г., через три года после смерти Дарвина, немецкий биолог Август Вейсман (Weismann), отвечая на вызов, брошенный теорией пангенезиса, провозгласил существование барьера между соматическими и половыми клетками (рис. 1.3), защищающего половые клетки от любого изменения тела. Вейсман пытался проверить, могут ли наследоваться приобретенные родителями увечья. Например, он вырезал аппендикс или другую ткань и показывал, что потомство не наследует этих нарушений. Но любой мыслящий человек и без этого знает, что иудейская традиция обрезания ни разу не привела к рождению мальчика без крайней плоти. Вейсман провел и другие эксперименты, в частности, с гидрой (Hydra). Однако наиболее известна его работа по отрубанию хвостов у только что родившихся крысят. В длившихся много поколений экспериментах Вейсман показал, что отрубание хвостов никогда не приводило к появлению бесхвостого потомства. Ученые, критиковавшие этот эксперимент, указывали, что такими опытами нельзя проверить идею Ламарка. Короткий обрубленный хвост — это модификация, индуцированная не крысой. А по Ламарку наследоваться могут только модификации, индуцированные ответом организма на условия среды. Если бы Вейсман изучал поведение потомков от крыс, лишенных хвостов, он вполне мог бы наблюдать мелкие наследственные модификации поведения (например, при кормлении, чистке, передвижении).
Рис. 1.3. Барьер Вейсмана. В 1885 г Август Вейсман провозгласил существование тканевого барьера, защищающего половые клетки от любого влияния сомы. На языке современных терминов это можно сформулировать так: мутации в соматических клетках (клетках тела) никогда не передаются в клетки зародышевой линии (репродуктивные клетки).
Существование вейсмановского барьера было якобы неопровержимо доказано в 1911 г. работой Кастла и Филлипса (Castle, Phillips) из Гарвардского университета. Они удалили яичники у белой морской свинки (альбиноса) и пересадили ей яичники черной морской свинки [4]. Белая мать-реципиент при скрещивании с нормальным белым самцом дала несколько черных потомков в течение шести-двенадцати месяцев после операции. Точно такой же результат наблюдался бы при скрещивании белого самца с черной самкой. Таким образом, новая «белая» сома не оказала никакого влияния на половые клетки в пересаженных «черных» яичниках. Однако подобные «острые» эксперименты можно критиковать по тем же причинам, что и отрубание хвостов. Нет никаких причин предполагать, что адаптивный ответ самок с пересаженными яичниками должен быть связан с генетическим контролем окраски шерсти.
Гипотезу Ламарка пытался доказать австрийский биолог Пауль Каммерер (Kammerer). Эта работа имела трагические последствия. Каммерер сообщил, что изменение полового поведения и некоторых других инстинктов у морских животных и земноводных может приводить к появлению потомства, имеющего те же поведенческие или морфологические черты, которые приобрели их родители в течение жизни. Его наиболее известные эксперименты проведены на жабах-повитухах Alytes obstetricians. Большинство видов жаб и лягушек спариваются в воде. Самцы этих видов крепко захватывают самку и долго (дни и недели) удерживают ее до тех пор, пока она не отложит икру.
Для того чтобы удерживать скользкую самку, у самцов на ладонях и пальцах имеются мозолистые и ороговевшие брачные бугорки. Alytes спариваются на суше, у них нет таких бугорков, так как кожа самок сухая и грубая. Пауль Каммерер обнаружил, что, если Alytes заставить спариваться в воде, как это делают другие жабы, то через несколько поколений у них появляются брачные бугорки. Это и есть приобретенный наследственный признак.
В начале двадцатого века эти эксперименты вызвали острую полемику, которая, в конце концов, завершилась тем, что профессор Кембриджского университета Вильям Бэтсон (Bateson) обвинил Каммерера в фальсификации. Артур Кестлер в своей книге Case of Midwife Toad («Дело жабы-повитухи») приводит документы по этому трагическому делу и утверждает, что обвинения не были в достаточной мере доказаны. Но удар был нанесен, и не выдержав оскорбления, в 1926 г. Каммерер покончил жизнь самоубийством. Недавно Марк Гиллман (Gillman) проанализировал этот исторический эпизод в книге Envy as a Retarding Force in Science, 1996 («Зависть как тормоз в науке»).
Еще одной исторической причиной, по которой ламаркистское мышление стало «закрытой зоной» в науке, можно считать разгром советской генетики в 40-е гг. Иосиф Сталин поручил селекционеру Т. Д. Лысенко улучшить сельское хозяйство в СССР. К сожалению, пытаясь продемонстрировать увеличение урожая зерновых с помощью приема, названного яровизацией, Лысенко применил неапробированную процедуру. Этот прием заключался в различных способах обработки семян, например, изменении температуры и питания во время прорастания. Он использовался для получения более продуктивных растений, из семян которых, по утверждению Лысенко, вырастают растения лучшего качества. Но лысенковский подход к возрождению идей Ламарка заставил отвернуться от него западньк ученых и генетиков, работающих в Советском Союзе. Проблема противостояния была решена печально известными жестокими преследованиями научных оппонентов Лысенко [5].
Мы считаем, что все эти обстоятельства истории науки и общества надолго затормозили рациональное развитие идей Ламарка, которые сейчас выливаются в представления об обратной связи генов.
Важно упомянуть еще два момента, оказавших влияние на развитие биологической науки. Первое — это, не побоимся сказать, обожествление Дарвина, особенно в Британии. Дарвина превратили в икону, однако мы полагаем, что на определенном этапе это было действительно необходимо для того, чтобы внедрить в умы человечества ключевую идею о естественном отборе случайных изменений. Без этой концепции было бы трудно объяснить многие биологические явления, будь то Ц структура популяции, изменчивость генов или работа иммунной системы. Это было необходимо для противостояния наивному креационизму, утверждавшему, что все виды возникли одновременно и относительно недавно.
Согласно дарвиновской теории эволюции, для появления новых форм и видов необходимо длительное время. Этот факт согласуется с данными современных палеонтологических и геологических исследований. Действительно, между всеми существующими в настоящее время живыми организмами установлено молекулярно-эволюционное родство. Получение данных, позволивших сделать столь важные заключения, стало возможным благодаря появлению в конце 80-х гг. приборов для автоматического определения последовательности нуклеотидов в ДНК (ДНК-секвенаторы). Новая технология дала возможность генетикам и молекулярным биологам получать точную информацию о большом числе генов (о последовательности нуклеотидов в ДНК). Большая часть этих данных собрана в обширных общедоступных базах данных в Интернете, например в Genbank.
Присуждение в 1993 г. Нобелевской премии по химии Кэри Маллису (Mullis) за открытие и разработку метода полимеразной цепной реакции (ПЦР) подчеркивает важность новых технологий в получении научного знания. Метод ПЦР используется с конца 1980-х годов. Он дает возможность увеличивать число копий отдельного участка ДНК в миллионы раз. После этого с помощью секвенатора можно легко определить порядок нуклеотидов A, G, С и Т в этом фрагменте (определения терминов даны в табл. 1.2). Метод ПЦР стал для генетиков новым мощным «телескопическим» средством, позволяющим увидеть молекулярное строение и информационное содержание различных последовательностей нуклеотидов. Именно метод ПЦР, который можно назвать «генетическим копированием», побудил к созданию книги и фильма «Парк юрского периода», показав возможность (пока нереальную) того, что сохранившиеся древние ископаемые останки ДНК можно размножить, а затем с помощью клонирования «воскресить» вымерших животных. | false |
Subsets and Splits