CCXI. Универсальный способ передачи биологической информации
Недавно мы с вами говорили о вирусах и о том, насколько они бывают разные. Это было кратчайшее описание и далеко не все интересные аспекты вирусов были раскрыты. В этот раз я хочу акцентировать ваше внимание на том, что вирусы переносят информацию не только от одной клетки к другой, но и между организмами. Но говорить мы будем не о вирусах, точнее не совсем о них, а о переносе информации в целом, чтобы показать универсальность этого процесса и его огромную роль в эволюции. И неразрывность с вирусами тоже.
Транспозоны и прочие мобильные элементы генома
Перенос информации на самые короткие расстояния осуществляется в пределах одной клетки — внутри генома. Это так называемые мобильные элементы генома — участки ДНК, которые могут прыгать с места на место. Прыжки могут осуществляться разными способами. Самый простой способ Ctrl-X — Ctrl-V, то есть они вырезаются из ДНК и вставляются в новое место. Это очень похоже на вирусы, только не переносятся в другую клетку. И действительно это могут быть сломанные вирусы. Они когда-то встроились, но «сломались» — потеряли способность покидать клетку и делать что-либо вредное, осталась лишь скучное повторение Ctrl-X — Ctrl-V. Такие последовательности могут копировать специальный фермент, который их вырезает и вставляет — самодостаточные прыгуны. Этот класс мобильных элементов называется ДНК-транспозоны (транспозиция - перемещение).
Более сложный тип — ретротранспозоны. Они не ретрограды, не любители старины и не носят радужных растаманских шапочек. Просто их механизм размножения похож на ретровирусы, у которых наследственная информация хранится в РНК и затем копируется обратно в ДНК для размножения. Ретротранспозоны ведут себя примерно так же: они не вырезаются из ДНК, а создают свою РНК-копию, с которой затем делается новая ДНК-последовательность в другом месте генома, то есть Ctrl-C — Ctrl-V.
Транспозоны крайне распространённое явление. В геноме дрозофилы, плодовой мушки, классического модельного объекта они составляют «всего лишь» 15-20% от всей длины. У человека больше — до 45%, а у растений они вообще доминируют — до 85% доходит. Это не значит что у растений меньше генов, нет, просто у них «распухший» геном — по размеру значительно больше, чем у человека. Эти цифры очень наглядно показывают, какую важную роль играют мобильные генетические элементы — это не просто сохранившиеся вирусы, но и регуляторный механизм, эволюционно важный, который управляет работой генов. Нарушения, связанные с транспозонами, могут вызывать различные заболевания, а, с другой стороны, именно они послужили основой для формирования приобретенного иммунитета — способности создавать антитела против любых чужеродных белков, то есть специфично защищаться от неизвестных ранее бактерий и вирусов.
Передача информации между клетками
Мобильные генетические элементы бывают и более независимыми, способными переходить из клетки в клетку. Речь не о свободных вирусах, а о плазмидах. Это стабильные кусочки ДНК, замкнутые в кольцо, которые могут размножаться независимо от основной ДНК клетки. Чаще всего они встречаются у бактерий и играют много разных ролей. Одна из самых известных — резистентность к антибиотикам: в плазмиде находятся гены, которые необходимы для защиты от антибиотиков, например, кодирующие какой-нибудь фермент. Бактерии могут передавать друг другу копии плазмид, за счёт чего быстро распространяется устойчивость к антибиотику. Стоит одной бактерии найти способ защититься, как результатами этого открытия смогут пользоваться все её соседи, причём не обязательно того же вида. Это называется «горизонтальный перенос генов», который играл и играет огромную роль в эволюции, как бактерий, так и эукариот.
Бобовые растения имеют на своих корнях клубеньки, в которых живут специальные азотфиксирующие бактерии. Они очень полезны для роста, но им нужно послать сигнал растениям, чтобы те создали клубенек, в котором они живут. Для этого они передают клеткам корня растения плазмиды. Подобным образом сейчас учёные начали модифицировать разные другие организмы — для своих научных целей и для исключительно прикладных целей.
Плазмиды могут передаваться разными путями: при непосредственном контакте клеток, с помощью фагов, которые захватывают их в свой капсид случайным образом, или просто клетка может захватывать свободно плавающие плазмиды. Для их передачи не образуется специальных упаковок, капсидов и прочего, так что они сохраняются совсем не так хорошо, как готовые к долгой жизни вне клетке вирусы.
В одной клетке бактерии может быть быть несколько разных плазмид, а количество копий доходить до 40. При этом каждая плазмида может кодировать до пары сотен белков (чаще, конечно, не более 10), что в сумме даёт приличный вклад в общее разнообразие белков и существенно влияет на жизнь бактерий.
Мы с вами разобрали огромное разнообразие механизмов передачи информации, как внутри клетки, так и между клетками и организмами. Как паразитического свойства, в первую очередь вирусы, так и полезного. И наконец подошли к самому интересному — как вирусоподобные механизмы служат нашему организму.
Вирусоподобные частицы на службе организма
Речь идёт о совсем недавнем исследовании (подробно на русском тут), в котором рассказывается, что в организме есть механизм очень похожий на вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). На самом деле, про это сделана не одна статья, только в этом году вышло 3 публикации по этой теме. История оказалась очень интересной.
В нейронах, клетках нервной системы, которые передают и хранят информацию, нашли белок, который очень похож на белок ретровирусов (не зря же я о них рассказывал в прошлый раз). Оказалось, что этот белок создаёт капсид вокруг собственной РНК, с которой он и синтезируется, — точно так же как ВИЧ. Более того, выяснилось, что эти капсиды в липидных пузырьках передаются от одного нейрона другому в области синапса — нервного контакта. Давно известно, что в синапсе сигнал передаётся за счёт отдельных молекул нейромедиатора, которые выбрасывает наружу одна клетка и поглощает другая. А тут оказалось, что ещё и пузырьки с капсидом передаются. Капсид, приходя в новую клетку, как и вирус, открывается и РНК из него начинает работать, синтезировать новые белки. Белок, который они кодируют, давно известен ученым и врачам, так как нарушение его работы вызывает целый ряд заболеваний нервной системы. Таким образом получается, что передача вирусоподобных частиц приводит к повышению уровня синтеза белка и регуляции работы клеток.
Нужно отметить, что это лишь начало изучения этой системы, так как не всё известно про роль самого белка и то, как капсиды передаются. Так же неизвестно переносятся ли ещё какие-то белки и РНК внутри капсидов. Работать и работать, но чем дальше в нервы, тем интереснее!
Автор: @benken
Контакты
Чат Легиона Хаоса в телеграм: Scintillam
Личка в телеграм: varwar, lumia, dajana
Тег: chaos-legion