На основании свойств используемых рестриктаз и анализа нарезанных ими фрагментов молекул ДНК генетики создают так называемые рестрикционные карты, на которых отмечают расположение участков, вырезанных различными рестриктазами, относительно друг друга. Затем рестрикционную карту сравнивают с генетической картой и при необходимости вносят в последнюю уточнения. Этот уточняющий процесс можно сравнить с коррекцией географических карт на основании данных спутниковой фотосъемки.
Вот вам вопрос, предпоследний в этой книге: могут ли генетические карты быть полезными в исследованиях эволюционного процесса? Ответ на этот вопрос вы найдете в конце главы.
И в завершение немного очевидного, кажущегося невероятным. Молекулы ДНК представляют собой системы хранения информации, причем с помощью нуклеотидов можно записывать не только наследственную, но и любую другую информацию. В 2016 году сотрудники компании Microsoft, совместно с сотрудниками Вашингтонского университета, приспособили молекулу ДНК для записи цифровой информации, для чего им пришлось «перевести» нуклеотидный код в аналог цифрового, представляющего собой последовательность единиц и нолей. Впервые в истории на молекулу ДНК была записана информация объемом 200 мегабайт. А в 2017 году генетики из американской компании Twist Bioscience записали на молекулу ДНК две музыкальные композиции. Дело тут не в преимуществах молекулы ДНК как носителя информации (вполне возможно, что никакими подобными преимуществами молекулы нуклеиновых кислот не обладают), а в совершенствовании возможностей генетики.
Кстати говоря, редактирование генома живого человека – это уже не фантастика, а реальность, пока еще не ставшая повседневностью. Такой же, пока еще не повседневной реальностью, стало вырезание из ДНК организмов-хозяев фрагментов ДНК вируса иммунодефицита человека (вспомните, что он относится к ретровирусам, обладающим способностью обратной транскрипции). На людях подобные эксперименты пока еще не проводились, но лабораторных мышей от вирусных генов удалось избавить успешно. Редактирование генома – первоочередная задача генетиков.
ОТВЕТ НА ВОПРОС. Конечно же могут! Сравнивая генетические карты различных организмов, можно делать выводы о том, кто от кого произошел, и не только эти выводы.
Глава 20
Экологическая генетика
Экологической генетикой называется пограничная наука, исследующая взаимосвязь генетических процессов и экологических отношений. Нельзя жить в среде и никак не взаимодействовать с ней и с теми, кто вас окружает. Вы с этим согласны?
Связь экологии с химией, физикой или, скажем, биологией ясна и никаких вопросов не вызывает. Химики изучают экологические факторы химической природы, физики – физической, а биология вообще является фундаментом для экологии. Но ясно ли вам, чем конкретно занимается экологическая генетика?
Экологическая генетика изучает влияние окружающей среды на генетический аппарат и то, как наследственность изменяет реакцию организмов на действие внешних факторов. Экологическая генетика как наука начала развиваться в семидесятых годах прошлого века из фармакологической генетики, исследующей наследственные различия в реакции людей на фармацевтические препараты. Фармацевтические препараты – это всего лишь одна из категорий внешних факторов, действующих на человека. Если наследственность обуславливает разную реакцию людей на одни и те же лекарства, следовательно, она будет обуславливать разную реакцию и на прочие факторы, верно?
Внешние факторы могут не только вызывать мутации, но и способны влиять на экспрессию генов. Считывание информации с генов зависит не только от конкуренции между ними, но и от состояния атмосферы, чистоты питьевой воды, качества пищи и других экологических факторов. Влияние среды на экспрессию генов оказывается по тому же принципу, что и стимулирование мутаций – нарушаются химические связи в молекулах, поступившие извне химические вещества нарушают течение естественных процессов и т. п.
Но не только среда действует на человека. Человек, обладающий разумом, действует на среду, преобразуя ее согласно своим потребностям. Помимо прочего, может оказываться целенаправленное воздействие на геномы организмов для получения свойств, выгодных человеку. Например, можно изменить геном живущей в почве бактерии таким образом, чтобы эта бактерия вырабатывала бы больше веществ, нужных культивируемым растениям. Или же можно изменить геном растения так, чтобы оно сохранило все нужные человеку качества, но стало бы непригодным для питания каких-нибудь насекомых-вредителей.
В отдельное направление экологической генетики выделилась генетическая токсикология, занимающаяся изучением химических мутагенов и оценкой способности химических соединений вызывать мутации в клетках человека. Преобразуя природу, человек активно ее загрязняет и должен понимать, какие химические вещества обладают мутагенными свойствами. С этой точки зрения нужно также оценивать все новые химические вещества, входящие в наш быт. Человек должен понимать, что может представлять для него потенциальную генетическую опасность. Речь идет не только о изменяющем геном воздействии на половые клетки, но и о воздействии на генетический аппарат соматических клеток, ведь соматические мутации нередко становятся причиной неконтролируемого клеточного деления, приводящего к развитию онкологических заболеваний. При всем желании и при всех стараниях невозможно полностью исключить контакт с рядом канцерогенов
[87], поэтому ученые ведут поиск соединений, обладающих антимутагенными и антиканцерогенными свойствами. Изучение наследственности позволяет выявить предрасположенность к онкологическим заболеваниям, а также оценить общую устойчивость организма к влиянию неблагоприятных факторов окружающей среды. В идеале для каждого человека к моменту его рождения, помимо прочих рекомендаций, основанных на анализе его генотипа, будут разрабатываться и рекомендации экологического характера.
Экологические отношения, включающие в себя взаимодействие между организмами и взаимодействие организмов с неживой природой, довольно сложны. Для более удобного проведения генетического анализа разрабатываются специальные эколого-генетические модели. Моделями служат какие-то хорошо изученные процессы, которые берутся за основу, и на их примере, с учетом их свойств, делаются нужные выводы.
Чтобы лучше представить – опыты Грегора Менделя представляют собой модель, позволяющую судить о распределении признаков в потомстве у всех живых существ. Примером эколого-генетической модели может служить взаимодействие почвенной бактерии с растением или насекомого с растением. Главное, чтобы взаимодействие было досконально изучено, только тогда оно может стать основой для модели. Взаимоотношения ленточного червя свиного цепня, паразитирующего в кишечнике человека, с организмом хозяина – это еще один пример эколого-генетической модели.
Известно, что представители негроидной расы более чувствительны к холоду, нежели представители европеоидной расы. Расовые различия реакции на холодовый фактор обусловлены, как вы уже догадались, генами. У негроидной расы, изначально населявшей жаркую Африку, организм в ходе эволюции «запрограммировался» на максимально возможную теплоотдачу. Это свойство, позволяющее избежать перегрева организма в жарком климате, оказывается неблагоприятным в холодных условиях. Возникает дисбаланс между наследственностью и условиями окружающей среды. Мы живем в мобильный век быстрых и дальних перемещений, когда многие люди живут совсем не в тех условиях, на которые они генетически запрограммированы. Экологическая генетика выявляет подобные «конфликты» между наследственностью и средой и старается их сглаживать.
