"Включение" и "выключение" генов

Многое из того, что происходит с человеком в процессе роста и развития на протяжении его жизни, - результат "включения" одних генов и "выключения" других. Половая зрелость наступает с вступлением в действие многих генов, которые были в организме с самого рождения ребенка, но находились в состоянии покоя. Менопауза (прекращение менструаций) наступает, когда гены, вступившие у женщины в действие примерно в возрасте 11 лет, понемногу перестают действовать. Одряхление, которым сопровождается старение, также может быть результатом выключения генов. Одним из способов вмешаться в эту ситуацию включение - выключение может оказаться введение в стареющий организм специфических искусственных включающих элементов, которые заставят гены поддерживать тело в том состоянии, в каком оно было, когда человек был моложе.

Генетикам давно известно, что в ядро каждой клетки заключен полный набор генетической информации, необходимой всему организму. Клетка человеческой печени, например, содержит генетическую инструкцию для создания не только здоровой клетки печени, но и клеток сердца, нервных, зрительных и других специализированных клеток. В ДНК каждой специализированной клетки заложены тысячи покоящихся генетических инструкций, вплетенных в специфический узор многих миллионов компонентов, из которых сложены гены.

Но для того, чтобы нормально функционировать, клетка печени (или любая другая клетка) может вводить в действие (включать) только определенную часть своей полной генетической информации. Более того, в различное время - в зависимости от потребностей организма - включаются (или выключаются) другие гены. Например, после того как вы съели очень сладкую конфету, организм должен увеличить производство гормонов поджелудочной железы, которые вызовут превращение части сахара в энергию, а часть запасут в виде жира. Гены, управляющие этой функцией поджелудочной железы, должны дать клеткам железы "инструкцию", по которой они производят гормон только при возникновении потребности в нем. В других случаях эти гены не работают.

Следует добавить, что некоторые ухудшения - например, снижение с возрастом способности организма расщеплять и выводить из клеток продукты обмена - не всегда возникают "по вине" отдельных генов. Скорее, прекращает работать или неправильно работает механизм включения - выключения определенных генов и специфических процессов, которые связаны с расщеплением отходов.

Первым проложил путь к пониманию механизма включения и выключения генов Жак Моно в 1946 г. И затем на протяжении двух десятилетий он вместе с Франсуа Жакобом продолжал эти исследования. Оба ученых работали в Пастеровском институте в Париже - центре некоторых наиболее оригинальных и захватывающих открытий в генетике.

Жакоб начал свою карьеру как хирург, но в 1944 г. получил в Нормандии очень тяжелое ранение, после которого карьера хирурга была для него закрыта. Тогда он защитил докторскую диссертацию в Сорбонне, и вместе с Моно принялся изучать механизм включения - выключения генов в клетке. Успех к ним пришел после многих лет работы.

Работая с мутантными штаммами E. coli, исследователи обнаружили, что почти все гены бактерий имеют механизм включения - выключения на одном конце. Они назвали его "оператором". Как выяснилось, другие гены создают белок, который соединяется с оператором и закрывает его, что приводит к выключению гена. Этот ген они назвали "регулятором". Белки, которые синтезировались регуляторами и "выключали" структурные гены, получили название "репрессоров". Покрытие гена оператора репрессорами можно сравнить с помещением телеграфного ключа в запертый ящик - механизм в полном порядке, но телеграмму послать нельзя. За открытие системы оператор - регулятор - репрессор Жакоб и Моно были удостоены в 1965 г. Нобелевской премии.

Корана, а по его примеру и другие ученые вслед за Жакобом и Моно старались изучить и создать механизм включения - выключения. В Лаборатории молекулярной биологии в Кембридже англичанин Джон Гёрдон сосредоточил свое внимание на тех веществах в клетке, которые можно назвать "главными выключателями" (рубильниками). Как утверждает ученый, именно они вводят в действие и выключают гены в процессе развития и могут быть причастными к управлению генами взрослого организма. Энн Дженис Бразерс из Университета штата Индиана уже удалось сделать первый шаг - она выделила один из таких "главных выключателей" клетки.

Изучение этих механизмов чрезвычайно важно. Если врачи-генетики будут досконально знать механизмы, ведающие включением и выключением генов, они смогут ввести человеку сыворотку, содержащую эти выключатели, и восстановить управляемые генами жизненно важные функции. Они сумеют также использовать вещества, называемые "рубильниками", чтобы включить инактивированные и выключить другие гены. Это позволит им предотвращать или обратить вспять те генетические изменения, которые, по мнению некоторых геронтологов, приводят к старению.