С ума сошли генетики от ген и хромосом

[egovoru]

Понимание биологической эволюции и без того трудно дается: заметные изменения у заметных организмов требуют времени, намного превышающего не только длительность человеческой жизни, но и всей нашей истории. А тут еще и сами эволюционные биологи наводят тень на плетень. Об одном таком случае я здесь уже писала, но еще больше это обнаруживается в новой книжке Евгения Кунина.

Целая глава в ней называется «Эволюция по Ламарку», и в качестве первого примера предлагается так называемая CRISPR защита бактерий от вирусов. Расшифровка этой аббревиатуры не важна для существа дела, а оно состоит в том, что бактерия захватывает кусок генома напавшего на нее вируса и встраивает его в свой. Потом она использует этот кусок для распознавания и уничтожения таких вирусов при их повторной атаке (примерно так, как пограничники, имея фотографию террориста, вяжут его при попытке проникнуть в страну).

Схема CRISPR защиты (из анонса на сайте Гарварда): (1) вирус проникает в бактериальную клетку; (2) кусок вирусного генома встраивается в CRISPR-последовательность бактериального генома; (3) синтез CRISPR-РНК; (4) CRISPR-РНК направляет клеточную систему защиты на вирусный геном во время повторной атаки

Напомню, что идея Ламарка состояла в том, что изменение условий среды приводит к изменению строения организма, которое передается его потомкам. Ламарк, конечно, ничего не знал о механизме наследственности; но мы-то кое-что знаем. А раз так, то негоже нам называть «наследуемым влиянием среды» захват чужого генетического материала.

Разумеется, все, что не является рассматриваемым организмом, формально может быть обозначено как «среда». Кунин пользуется этой возможностью, причисляя к «среде» и чужеродные гены. Но по этой логике следует назвать «средой» и генного инженера, создающего генно-модифицированный организм :)

На самом деле в переводе на современный язык гипотеза Ламарка означает, что регулярное вытягивание шеи привело бы к такому изменению последовательности нуклеотидов в жирафьей ДНК, что шеи его потомков стали бы длиннее. Ни один из разбираемых Куниным примеров не подходит под эту схему: бактерия приобретает «иммунитет» к вирусу отнюдь не путем упражнения в сопротивлении ему.

Мы уже обсуждали здесь занимательную книжку Джона Хоргана. Побеседовав с несколькими крупными эволюционистами, он пришел к выводу, что им не дают покоя лавры Дарвина. Действительно, едва ли можно назвать биолога, труды которого имели столь же фундаментальное значение. Отсюда (подсознательное?) желание увидеть сенсационное опровержение его взглядов даже там, где и близко нет ничего такого :)

Comments

[riftsh.livejournal.com]

Стресс вызывает повышение частоты мутаций, что казалось бы должно приводить к уменьшению жизнеспособности индивидуальных организмов и популяций, потому что большинство случайных мутаций вредны. На самом деле этого не происходит, и под влиянием стресса жизнеспособность часто повышается (показано экспериментально на большом числе примеров, включая бактерии, растения и опухолевые клетки человека). Это означает, что индуцированные стрессом мутации тщательно регулируются и играют важную роль в эволюции (да-да, ламарковской;).

Известно несколько разных механизмов, один из интересных в контексте нашего разговора - нехватка HSP90 шаперонов при стрессе в многоклеточных организмах, приводящая к быстрому изменению фенотипа.

[egovoru.livejournal.com]

"На самом деле этого не происходит, и под влиянием стресса жизнеспособность часто повышается"

А за счет чего? Ведь, как я уже цитировала выше, адаптивных мутаций в генах резистентности не наблюдается.

"нехватка HSP90 шаперонов при стрессе в многоклеточных организмах, приводящая к быстрому изменению фенотипа"

Что значит - нехватка? Стресс вызывает саморазрушение генов, кодирующих именно эти белки?

Кстати сказать, один кунинский критерий ламарковского наследования кажется мне чрезмерно строгим: он пишет, что адаптивные изменения должны происходить только в специфичных генах. Ламарк такого не говорил ;)

Я могу себе представить такой механизм: если продукты этих HSP90 генов при стрессе становятся вредны, и при этом сами эти гены особенно чувствительны к воздействию мутагенного стресса, то простое увеличение частоты (случайных) мутаций в них (которые в основном будут их разрушать) будет таки иметь адаптивное значение. Может, именно это и имеется в виду? (Правда, насколько я знаю, HSP гены наоборот экспрессируются как раз при стрессе, но про конкретно HSP90 я ничего не знаю).

[riftsh.livejournal.com]

Вот красивый пример: те мексиканские тетры (Astyanax mexicanus), которые живут в пещерах, не имеют глаз (там все равно темно и глаза не нужны). Недавний эксперимент показал, что это cryptic variation, которая в нормальных условиях маскируется HSP90: они помогают правильно складывать даже мутированные белки отвечающие за размер глаз. Но в условиях стресса (отсутствие света) спрос на HSP90 возрастает и его на всех не хватает, размер глаз уменьшается (http://science.sciencemag.org/content/342/6164/1372.long).

Возможно, это универсальный механизм HSP90-зависимой адаптации (http://science.sciencemag.org/content/330/6012/1820.long).

[egovoru.livejournal.com]

"Вот красивый пример"

Пример действительно интересный, но где же здесь стресс-индуцированный адаптивный мутагенез?

Правильно ли я понимаю, что Вы профессионально как-то связаны с проблемой, которую мы обсуждаем? Надо сказать, что меня приятно удивило то, что в ЖЖ нашлось столько неспециалистов, прочитавших кунинскую книжку. А еще говорят, что народ совсем отупел, ничего не читает и только смотрит сериалы ;)

Ну и, конечно, независимо о того, как я отношусь к кунинской интерпретации ламаркизма, его книжка кажется мне замечательным достижением.

[riftsh.livejournal.com]

> но где же здесь

во второй статье описаны эксперименты с ровно 100 разными стрессорами

> как-то связаны

да, слегка связан

книга очень хорошая

[egovoru.livejournal.com]

"во второй статье описаны эксперименты с ровно 100 разными стрессорами"

Но все они делают то же самое: выявляют скрытые генетические вариации, остававшиеся "немыми", пока их результаты исправлялись HSP90. Где же здесь адаптивный стресс-индуцированный мутагенез?

Кунин упоминает другой пример:

"Actually, stress-induced mutagenesis, specifically, the mutagenic SOS repair pathway in E. coli was discovered long before the experiments of Cairns. Moreover, Radman [81] and Echols [82] independently came up with the seminal idea that this mutagenic form of repair actually could be an adaptive, anti-stress response mechanism rather than malfunctioning of the repair systems. The two decades of subsequent research seem to prove this striking conjecture beyond reasonable doubt."

Я, к сожалению, ничего не знаю об этом явлении (mutagenic SOS repair pathway), поэтому мне трудно понять, что он хочет здесь сказать. Но упиминание "rare cells where beneficial mutations emerge while limiting the damage to other parts of the genome" намекает, что без отбора все же обходится?

[riftsh.livejournal.com]

> Где же здесь адаптивный стресс-индуцированный мутагенез?

Я думаю, что это он и есть (по крайней мере, в широком смысле). Появляются или проявляются
мутации, не так важно (cf. чертеж vs. программа).

[egovoru.livejournal.com]

"Появляются или проявляются мутации, не так важно"

Позвольте, как это "не так важно"? Если мутации уже присутствовали, и от стресса только фенотипически проявились, то это - обычная фенотипичесая изменчивость, а отнюдь не эволюция ;)

Настоящим ламарковским механизмом было бы вот что. Допустим, наступило бы глобальное потепление - и тут все геномы сами собой изменились бы таким образом, чтобы кодировать более термостабильные белки. Представить себе, каким образом это могло бы свершиться без отбора, весьма затруднительно.

Я по долгу службы занимаюсь направленным мутагенезом (иными словами, белковой инженерией). Так вот, догадаться, какие именно мутации надо произвести, чтобы придать белку желаемые свойства, очень и очень нелегко - даже если речь идет о хорошо изученном кристаллизованном белке. ДНК и белок слишком различаются химически, чтобы какие-то факторы среды могли производить в них координированные адаптивные изменения.

Так что мне представляется, что, если и есть какие-то явления, которые можно назвать ламарковским наследованием, то их надо искать не в структурных генах, а в геномном "мусоре". То есть, это должны быть какие-то детали собственно ДНКовой жизни, которые бы адаптивно отвечали на воздействие среды необратимым (и, следовательно, наследуемым) образом. Мне, повоторяю, такие случаи неизвестны, но вот этот кунинский пример с репарацией ДНК, возможно, действительно сюда подходит (но точно сказать не берусь, потому что я не поняла детали того, что там происходит).