ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы От редактора перевода из "Переключение генов" Книга Марка Пташне Переключение генов принадлежит к особому жанру. Безусловно, это монография. В ней подведен итог более чем 20-летним исследованиям автора, но сделано это в популярной форме, доступной самому широкому кругу читателей. Это, а также чрезвычайная актуальность темы, делает предлагаемую вниманию советского читателя книгу явлением уникальным. Ведь в этой маленькой по объему книжке речь идет о центральном, узловом вопросе молекулярной биологии как регулируется работа генов Пташне дает ответ на этот вопрос для случая регуляции генов у бактериофага которым он сам занимался. Ему удалось разобраться в этой проблеме самым исчерпывающим образом, буквально вплоть до атомного уровня. Книга в целом звучит, как патетическая симфония во славу молекулярной биологии. [c.5] Но насколько пример с фагом %. типичен Можно ли переносить полученные данные на бактерии и тем более на высшие организмы Этот вопрос затронут и в самой книге, но особенно оживленно стал обсуждаться в научной литературе уже после выхода английского оригинала книги в 1986 г. Надо сказать, что сама книга и опубликованный параллельно обзор в Nature, 322, 6081, р. 698-701, 1986 имели очень большой резонанс в широких кругах молекулярных биологов. Концепция Пташне об общем принципе регуляции генов у всех живых организмов нашла очень много сторонников и, что более существенно, уже получила ряд подтверждений. Это многократно увеличивает общебиологическое значение материала, столь блестяще изложенного автором. [c.5] Эта книга посвящена одному из простейших организмов-вирусу, который размножается в бактерии. В ней описаны результаты 25-летних исследований вопроса о том, как этот вирус-фаг лямба (1) - использует свои гены, т. е. свою ДНК, для роста и размножения. [c.6] Уместно спросить почему на исследование одного-единст-венного вируса было потрачено столько усилий В конце концов, любое явление в биологии хотя бы отчасти случайно и уникально. Функционирование любого организма определяется его эволюционной историей, и детальное описание того или иного процесса, протекающего в данном организме, не обязательно полностью приложимо к другому организму. Ответ на заданный вопрос следует искать в контексте основополагающего биологического процесса-развития. [c.6] Моделью для изучения этой проблемы служит жизненный цикл фага к вирус избирает определенный путь развития в зависимости от внеклеточных сигналов, и мы достаточно подробно знаем, какие молекулярные взаимодействия определяют эти процессы. Мы полагаем, что аналогичные взаимодействия лежат в основе многих процессов развития и что идеи, возникающие при детальном описании частного случая фага 1, приложимы к другим системам, хотя, конечно, ни один другой организм не совпадает в точности с фагом X. [c.6] В этих главах описан процесс развития фага X с различной степенью детализации сначала дана общая картина событий, происходящих в ходе взаимодействия между вирусом и бак-терией-хозяином затем в общих чертах описаны взаимодействия между молекулами, определяющие ключевые этапы этого процесса и наконец, молекулярные взаимодействия рассмотрены более детально. Основные концепции на всех уровнях рассмотрения даны в готовом виде, без объяснения экспериментов, на основе которых они были сформулированы. Там, где это возможно, проведены параллели между имеющимися представлениями о развитии фага и процессах развития и регуляции генов у других организмов. [c.7] в отличие от первых трех глав, посвящена описанию ряда ключевых экспериментов. Сами эти эксперименты и их интерпретацию легче воспринять, зная ответы, приведенные в первых трех главах. [c.7] Читатель убедится, что в настоящее время мы вполне понимаем многие аспекты регуляции генов фага X. Имеющаяся целостная картина согласуется с экспериментальными наблюдениями и-что еще важнее - предсказывает результаты новых экспериментов. Такой высокой степени надежности и достоверности удалось достичь, в частности, благодаря тому, что большинство наших моделей основано на целой системе экспериментов, проведенных как в пробирке, так и в живой клетке, а не на единичных наблюдениях. [c.7] Таким образом, книга в целом служит иллюстрацией того, как биохимические и генетические эксперименты позволяют составить представление о части окружающего нас мира. Я отказался от исторического подхода чтобы описать, как развивались паши представления, понадобилось бы совсем другое, гораздо более пространное введение. [c.7] Одна из привлекательных черт молекулярной биoJЮГии состоит в том, что ответы на фундаментальные вопросы, которые она дает, в большинстве случаев очень наглядны и их можно проиллюстрировать с помощью простых рисунков. Лишь в редких случаях приходится прибегать к абстрактным идеям. Наша цель состоит в том, чтобы понять, как осуществляется регуляция генов на основе взаимодействия между различными молекулами. Иногда достаточно просто взглянуть на эти молекулы, чтобы составить представление о том, как они работают, по их характерной форме или размерам. Отнеситесь, пожалуйста, со вниманием к рисункам, приведенным в книге, но имейте в виду, что они отражают лишь наши сегодняшние взгляды. Я уверен, что в дальнейшем, по мере углубления наших знаний, их придется существенно изменить. [c.7] Около 40 лет назад Андре Львов и его коллеги в Пастеровском институте в Париже описали поразительное свойство одного штамма обычной кишечной бактерии Es heri hia olv. в результате облучения умеренной дозой ультрафиолетового света эти бактерии перестают расти и примерно через 90 мин ли-зируются (разрушаются), высвобождая в культуральную среду множество вирусных частиц, которые назвали Х-фагами. Такие вирусы называют также бактериофагами, т. е. пожирателями бактерий, или просто фагами. Высвободившиеся А,-фаги заражают новые бактерии и таким образом размножаются. Многие зараженные бактерии вскоре тоже лизируются, высвобождая новые фаговые частицы, но некоторые из них выживают и несут фаг % в латентной форме. Эти бактерии нормально растут и делятся, пока культуру не облучат еще раз тогда каждая из этих бактерий, подобно исходным, лизируется и дает новый урожай фаговых частиц. На рис. 1 представлены электронные микрофотографии вирусных частиц и клетки-хозяина. [c.9] Львов и его коллеги Франсуа Жакоб и Жак Моно поняли, что это переключение двух состояний вируса-латентной формы в делящейся бактерии и активированной формы в облученной бактерии - простая модель одного из основных биологических процессов включения и выключения генов. [c.9] Гены определяют структуру всех молекул, из которых состоят живые клетки. В каждый момент любая клетка, от бактериальной до человеческой, использует лишь часть своих генов для образования различных молекул. Мы говорим, что эти экспрессирующиеся гены включены, а те, что не экспрессируются, выключены. Другими словами, мы полагаем, что экспрессия генов регулируется. [c.9] Экспрессия гена регулируется не только в ходе развития, но также и в течение жизни дифференцированной клетки. Например, клетки кожи меняют свой цвет под действием солнечного света. Структура гена, отвечающего за пигментацию, не изменяется в ответ на освещение просто внеклеточный сигнал, свет, включает этот ген. Еще один пример регуляции генов раковые клетки делятся в таких условиях, когда деление соответствующих нормальных клеток не происходит. Одна из причин состоит в том, что некоторые гены в этих клетках включены (или выключены), тогда как они не должны (или, наоборот, должны) работать. [c.11] Биологи давно хотели узнать, как включаются и выключаются гены при нормальном развитии и как нарушается их регуляция при тех или иных заболеваниях. Нас интересуют молекулярные механизмы регуляции генов и объединение этих механизмов в систему, обеспечивающую упорядоченное включение и выключение групп генов. Мы хотим понять, какие стадии в этой системе регулируются внутриклеточными программами, а какие - внеклеточными сигналами. [c.11] Возвращаясь к исходному примеру-фагу X, мы можем теперь отдать должное прозорливости первопроходцев, которые распознали в росте этого вируса, и прежде всего в его способности идти по двум путям развития, удобный для исследования пример регуляции экспрессии генов. Бактерии и их фаги быстро размножаются, благодаря этому регуляцию их генов можно изучать с помощью генетических и биохимических подходов гораздо более эффективно, чем регуляцию генов в клетках высших организмов. Теперь рассмотрим вкратце, что представляют собой гены и как они работают. [c.11] Начнем со структуры гена, участка молекулы ДНК, который сам по себе инертен, но несет информацию, закодированную в виде последовательности оснований в двух цепях. Четыре основания, входящие в состав молекулы ДНК,-аденин (А), тимин (Т), гуанин (О) и цитозин (С)-присоединены к двум взаимно переплетающимся остовам, причем А одной цепи всегда спарен с Т другой, а О всегда спарен с С. [c.11] На второй схеме участок длиной около 80 пар оснований изображен в виде двойной спирали. Обратите внимание, что один оборот спирали состоит примерно из 10 пар оснований, так что эти 80 пар образуют примерно 8 витков. По поверхности спирали тянутся два желобка разной ширины, большой и малый. На схеме видно, что остовы цепей идут по поверхности спирали, а основания обращены внутрь. [c.12] Наконец, на третьей схеме ДНК изображена в виде цилиндра, по поверхности которого вьются остовы двух цепей спирали. Именно в такой форме, когда структурные особенности спирали показаны в упрощенном виде, но с соблюдением пропорций, мы будем изображать молекулу ДНК в первой главе. [c.12] Вернуться к основной статье