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

[jack-johnson-v.livejournal.com]

Скажите, а как бактерия "видит" вирус, чтобы на него охотиться?

Похожа ли эта охота на это видео фагоцитоза -
https://www.youtube.com/watch?v=X6dEQq38ED4 - где лейкоцит "гонится" за бактерией? Или же она пассивно ждёт "атаки" со стороны вируса?
Если всё же первое - для меня огромная загадка, что за органы чувств должны быть у бактерии, чтобы она, встроив в себя ДНК вируса, могла "почувствовать" его на расстоянии.
Если второе - то не совсем понятно, как эти бактерии тогда могут использоваться для редакции генома в технологиях генной инженерии.

[egovoru.livejournal.com]

Нет, бактерия, конечно, вовсе не гонится за вирусом, это он на нее нападает. У всех бактерий внутри уже есть некая система разрушения РНК (во-первых, потому что надо в метаболических целях деградировать и свои отработавшие, а во-вторых - ликвидировать свои неправильно синтезированные). Но эту систему надо еще натравить на конкретную вирусную РНК, и вот это-то и достигается при помощи механизма CRISPR. Но и захватив кусок вирусной РНК, бактерия не становится охотником за вирусом, она использует эту систему только против вируса, уже впрыснувшего свою РНК в нее, как это показано слева здесь на картинке.

Лейкоциты же действительно распознают бактерий снаружи, потому что они ориентируются не на их ДНК/РНК, а на специфические белки на их поверхности. Но и то, для запуска реакции фагоцитоза нужен именно контакт, хотя лейкоциты реагируют и на некоторые низкомолекулярные вещества, выделяемые бактериями (http://vet.uga.edu/ivcvm/courses/VPAT5200/03_inflammation/02_acute/inflamm06.html) - то есть, они действительно могут выслеживать их на расстоянии, как охотничьи собаки :)

[jack-johnson-v.livejournal.com]

Спасибо за ссылку.

Скажите, но если бактерии находятся "в режиме ожидания", то каким образом их можно заставить редактировать геном какой-либо особи? Может быть их всё-таки как-то настраивают на "нападение"? Хотя бы на какой-либо тип клеток (гаметы, например)?

[egovoru.livejournal.com]

Это два никак не связанных механизма: наш иммунитет против бактерий и иммунитет бактерий против вирусов. Бактерии, когда нападают на нас, не редактируют наш геном - некоторые из них вообще никогда не попадают внутрь наших клеток, а действуют снаружи, например, выделяя токсины.

А вот вирусы и в бактерию, и в наши клетки вводят свой геном, на этой картинке изображенный зеленой линией. Видите, оболочка вируса остается снаружи, а вот его ДНК/РНК (у одних вирусов геном в виде ДНК, у других - РНК) входит внутрь клетки и запускает там программу синтеза своих вирусных белков (если не вмешались клеточные защитные механизмы). Сам вирус, без бактериальной или нашей клетки, делать этого не может - у него нет нужных для этого структур. Именно поэтому вирусы еще называют "генетическими паразитами".

Что же касается болезнетворных бактерий, то действительно некоторые из них предпочтительно селятся в специфических тканях: так, микобактерии туберкулеза сосредотачиваются именно в легких (при легочной форме этой болезни), холерные вибрионы - в тонком кишечнике и т.д. То же самое можно сказать и о поражающих нас вирусах: так, вирус СПИДа специфически поражает клетки иммунной системы, вирус герпеса - определенные типы нейронов и т.д.

[jack-johnson-v.livejournal.com]

В предыдущем вопросе я имел в виду использование CRISPR учёными для редактирования генома и генного драйва... Учёные ведь используют бактерий? Или вирусы?

[egovoru.livejournal.com]

Когда ученые используют эту технологию, то там нет ни целых бактерий, ни вирусов. Цель заключается в том, чтобы разрезать клеточную ДНК в некоем заданном месте, например, в таком-то гене, который мы хотим редактировать (скажем, заменить больную копию на здоровую).

Для этого синтезируется плазмида - небольшая молекула ДНК, которая кодирует гомологичную нашему гену "направляющую" РНК (в природе ею служит геном вируса), а также бактериальную систему специфического разрезания ДНК. Когда эта плазмида попадает в клетку, клетка синтезирует все закодированные компоненты: и направляющую РНК, и систему разрезания, которая использует эту РНК как "карту" для поиска нужного места ДНК, которое надо разрезать. А после того как разрез в нужном месте произведен, туда можно вставить замену при помощи уже других инструментов. Ниже все это схематически показано на картинке из Вики.

На словах это звучит очень просто, но на деле, мне говорили, все не так гладко: на одни гены эту систему натравить легче, на другие - труднее.



Cas9 - это белок, разрезающий ДНК; crRNA - это "направляющая" РНК; tracrRNA - это вспомогательная молекула РНК, нужная для образования двухцепочечной РНК, активирующей Cas9.

[jack-johnson-v.livejournal.com]

Спасибо Вам большое за терпеливые разъяснения!
Теперь стало намного более понятно.

[egovoru.livejournal.com]

Всегда пожалуйста! Надо сказать, идеал ЖЖ мне как раз и видится как этакая справочная система, где можно задать вопрос по любой проблеме соответствующему специалисту. Вики - это, конечно, хорошо, но с живым человеком разговаривать куда интереснее и эффективнее.

[jack-johnson-v.livejournal.com]

Как бы ни было далеко до этого идеала, благодаря знакомству с Вами я несколько приблизился к нему.

С Наступающим Вас!
Всех благ.

[egovoru.livejournal.com]

Спасибо! И Вас с тем же - и того же!