Ноябрь 16th, 2009
Ипомея — род растений из семейства вьюнковых. На снимке — вид Ipomoea indica. Голубой цвет лепестков обеспечивается пигментом антоцианом, для синтеза которого необходим фермент DRF. Фото с сайта en.wikipedia.org
Многие гены выполняют в организме сразу две или более функций. При этом возникает «адаптивный конфликт»: мутации, улучшающие одну из функций, вредят другой и поэтому не могут закрепиться. Биологам из Университета Дьюка (США) удалось показать на конкретном примере, что дупликация бифункционального гена приводит к разделению труда между возникшими копиями. Каждая из копий оптимизируется для решения одной из двух задач, и выполнение обеих функций в результате становится более эффективным.
Ноябрь 16th, 2009
У орангутана (слева) ген CDC14Bretro, появившийся около 20 млн лет назад, выполняет свою «исходную», предковую функцию. У немного более близкой к нам гориллы (справа) этот ген, как и у нас, занят совсем другими делами. Фото с сайтов www.zoo-berlin.de и www.denverzoo.org
В ходе эволюции у приматов появилось много новых генов (в основном в результате удвоения старых), однако о функциях этих генов и о деталях их эволюционной истории известно очень мало. Один из таких генов, CDC14Bretro, появился у общего предка человекообразных обезьян в результате деятельности ретротранспозонов. Позднее, у общего предка гориллы, шимпанзе и человека, ген претерпел быстрые изменения под действием отбора, сменив свою «профессию» и «место работы».
Ноябрь 16th, 2009
Ретровирус довольно сложно устроен и ведет себя почти как живой организм. Тем не менее ретровирусы – не самостоятельные живые существа, а причудливый результат эгоистической эволюции отдельных фрагментов генома настоящих живых организмов. Изображение с сайта http://www.genciencia.com
Ретровирусы могли произойти от ретротранспозонов – подвижных участков генома эукариот – в результате приобретения одного дополнительного гена, env, обеспечивающего способность вируса проникать внутрь эукариотической клетки. Ген env мог быть заимствован ретротранспозонами у ДНК-содержащих (не «ретро-») вирусов, а те, в свою очередь, заимствовали его у хозяев – эукариотических организмов.
Ближайшими родственниками ретровирусов , к числу которых относится вирус ВИЧ, являются ретротранспозоны – мобильные генетические элементы, широко распространенные в геномах эукариот. В отличие от ретровирусов, ретротранспозоны передаются от клетки к клетке только «по наследству», то есть вертикально. Они могут перемещаться и размножаться внутри хозяйского генома, но не могут передаваться горизонтально от клетки к клетке или от организма к организму. Иными словами, у них нет свойства, называемого «инфекционностью».
Ноябрь 16th, 2009
Арабидопсис, любимое растение молекулярных биологов, внимательно следит за колебаниями освещенности при помощи сложной системы светочувствительных белков. Как выяснилось, важнейшую роль в этой системе играют гены прирученных транспозонов. (Фото с сайта www.utoronto.ca)
Американские генетики обнаружили, что ключевые гены-регуляторы, обеспечивающие адекватную реакцию растений на изменения освещенности, были заимствованы предками цветковых растений у мобильных генетических элементов — транспозонов. Открытие еще раз продемонстрировало важнейшую эволюционную роль подвижных участков ДНК, традиционно считавшихся «геномными паразитами».
Мы не раз слышали о новых открытиях генетиков, показывающих важнейшую роль подвижных генетических элементов в эволюции организмов (см. ссылки внизу). Мобильные участки ДНК — транспозоны и ретротранспозоны, имеющиеся в геномах большинства организмов от бактерий до человека включительно, придают геномам эволюционную пластичность (подробнее об этом см. в заметке У млекопитающих найдена система управления мобильными генетическими элементами).
В простейшем случае мобильный элемент представляет собой короткий участок ДНК, на концах которого расположены так называемые обращенные повторы (см.: Искусственный белок поможет победить ВИЧ), а в середине имеется ген, кодирующий транспозазу — фермент, необходимый для «размножения» и перемещения мобильного элемента.
Ноябрь 16th, 2009
Димер из двух молекул белка-репрессора lacI (внизу), присоединившийся к своему оператору на молекуле ДНК (изображение с сайта www.uphs.upenn.edu)
Ученые из Гарвардского университета (США) впервые сумели непосредственно пронаблюдать работу транскрипционного фактора — белка, регулирующего активность генов. Чтобы найти свой оператор — то место на хромосоме, к которому он должен прикрепиться, — белок LacI подходит к молекуле ДНК в произвольном месте и скользит вдоль нее не более 5 миллисекунд. Если оператор не найден, белок отделяется от ДНК, недолго блуждает по цитоплазме, снова присоединяется к хромосоме в другом месте и продолжает поиск, который в общей сложности занимает до 5-6 минут.
Транскрипционные факторы (ТФ) — это специализированные белки, регулирующие считывание генов (транскрипцию). ТФ имеются у представителей всех царств живой природы. Они распознают короткие (длиной примерно 10-20 нуклеотидов) участки ДНК — так называемые регуляторные элементы, или сайты связывания ТФ (TF binding sites) — и прикрепляются к ним. Сайты связывания ТФ обычно располагаются перед началом регулируемого гена. Это либо способствует, либо, наоборот, препятствует работе ДНК-зависимой РНК-полимеразы — фермента, осуществляющего транскрипцию. В соответствии с этим ТФ делятся на индукторы (активаторы) и репрессоры.
Ноябрь 16th, 2009
Почему иммунная система человека не в силах противостоять ВИЧ (на фото), тогда как некоторые обезьяны имеют к нему врожденный иммунитет? «Археологические раскопки» в геномах приматов позволили найти ответ. (Изображение с сайта www.eleventh-avenue-south.com)
В геномах шимпанзе и гориллы сохранились остатки наследственного материала ретровируса PtERV1, который утратил инфекционность и стал частью обезьяньих геномов 3-4 млн лет назад. Американские ученые «воскресили» древний вирус и показали, что человеческий антивирусный белок TRIM5α обеспечивает мощную защиту против этой доисторической инфекции. Побочным следствием выработки врожденного иммунитета к PtERV1 стала утрата белком TRIM5α способности противостоять некоторым другим ретровирусам, в том числе возбудителю СПИДа.
Геномы многих животных, в том числе приматов, битком набиты так называемыми эндогенными ретровирусами. Это копии геномов вирусов, в прошлом вполне активных и заразных, которые сумели преодолеть «барьер Вейсмана» (Weismann barrier) и проникнуть в половые клетки, но потом в результате мутаций утратили инфекционность и стали частью генома хозяина. Таким образом, эндогенные ретровирусы представляют собой нечто вроде археологической летописи древних вирусных инфекций, с которыми приходилось когда-то сталкиваться данному виду или его предкам.
Ноябрь 16th, 2009
Белок сайт-специфичная рекомбиназа (цветная, внизу) прикрепился к двойной спирали ДНК (белая, вверху). Изображение с сайта www.nature.com
Имеющиеся на сегодняшний день методы лечения ВИЧ мешают вирусу внедряться в геном хозяина, но если внедрение всё же произошло, клетка становится неизлечимой. Методом «искусственной эволюции» германские ученые создали белок, способный удалять из генома зараженных клеток наследственный материал вируса. К сожалению, пока неясно, как доставить спасительный белок в зараженные клетки.
Ноябрь 16th, 2009
Разнообразие окраски семян в этом кукурузном початке вызвано «прыжками» мобильного генетического элемента — транспозона (© W.P.Armstrong 2000; фото с сайта waynesword.palomar.edu)
У мышей обнаружен молекулярный механизм, позволяющий клеткам контролировать поведение мобильных генетических элементов (транспозонов, ретротранспозонов и др.), которые, по последним данным, играют очень важную роль в эволюции. Ранее сходный механизм был найден у дрозофилы. По-видимому, многие организмы способны активно регулировать работу этих загадочных подвижных фрагментов ДНК. В системе контроля мобильных элементов участвуют белки семейства Piwi и особый класс малых РНК (пиРНК), которые нужны для распознавания нуклеотидных последовательностей, характерных для мобильных элементов.
Ноябрь 16th, 2009
Так выглядит микрочип — стандартное приспособление для измерения уровня активности генов. Яркость свечения каждой из ячеек соответствует уровню активности одного конкретного гена (фото с сайта som.ucdavis.edu)
Сравнение уровня активности 907 генов у людей, шимпанзе, орангутанов и макаков-резусов позволило выявить 30 генов, активность которых у человека резко повышена по сравнению с другими приматами, и 19 генов с пониженной активностью. В первой группе оказалось много транскрипционных факторов, то есть генов, функция которых состоит в регуляции активности других генов. Среди генов, активность которых повышена у шимпанзе, транскрипционных факторов гораздо меньше. Очевидно, изменение активности генов-регуляторов сыграло большую роль в эволюции именно человеческой линии.
Ноябрь 15th, 2009
Формализуя активность клеток мозга мухи, задействованных в зрительных процессах, ученые нашли новый способ извлечения траекторий движения из необработанных визуальных данных.
Хотя они и построили систему, исследователи не совсем понимают, как она работает. Однако, несмотря на таинственность полученных формул, они могли бы быть использованы для программирования систем видения боевых миниатюрных беспилотных летательных аппаратов, поисково-спасательных роботов, систем автомобильной навигации и других систем, где вычислительная мощность в большом почете.
