Алексей Алексенко: Ужасы безвременья. Часть 2
Часть вторая: о мухах, генах и талантливых студентах
Часть первая: о часах, червях и лекарствах от бессонницы
У Сеймура Бензера был талантливый студент.
Наверное, это как-то скрашивало его жизнь, потому что у Сеймура Бензера была большая проблема. Он до поздней ночи сидел в лаборатории, и когда приходил домой, его жена уже спала. А когда Сеймур Бензер с чугунной головой просыпался к середине дня, жена давно уже хлопотала по хозяйству. Никакой личной жизни в таких условиях быть не может, как вы догадываетесь. Из первой части этой статьи вы знаете, что проблема супругов Бензер называется «социальным джет-лэгом».
Вот, кстати, сам Сеймур Бензер. Отсутствие личной жизни побудило его посвятить себя науке целиком и без остатка – и небезрезультатно. Физик по образованию, он для начала наделал много дел в области полупроводников, а потом занялся биологией. Той самой захватывающей ее областью, от которой автор этих строк и сам млел в студенчестве: рекомбинацией и генетикой у бактериофагов (бактериальных вирусов). Жаль, что я не могу поделиться с читателем этим восторгом, потому что читатель не поймет ни фига, скорее всего. Но именно с помощью этих изящных опытов на микроскопических козявках Бензер вместе с Фрэнсисом Криком доказал в 1961 году ни много ни мало триплетность генетического кода. Нобелевки, правда, так и не дождался.
Открыв такое, Бензер понял, что тут он уже себя не превзойдет — бросив молекулярную генетику, он решил заняться психогенетикой, то есть генетикой поведения. Интересно, что примерно такой же скачок двадцать лет спустя сделал нобелевский лауреат Судзуми Тонегава, о работах которого мы дважды писали.
Генетики, когда хотят что-то изучить, делают вот что. Они выбирают объект — создание достаточно простое, но такое, у которого требуемое свойство имеется. А потом они пытаются набрать побольше мутантов, у которых это свойство как-то нарушено. Для создания основ генетики поведения вполне приличным объектом оказались мухи-дрозофилы, хоть какое-то поведение у них точно есть. Осталось собрать мутантов, у которых поведение в чем-то нарушено, причем нарушение передается по наследству. А дальше прямой путь от мутации к соответствующему гену, далее к белку и к механизму его работы.
Вот, кстати, дрозофила-мутант, с белыми глазами.
Мутантов по поведению находить посложнее, но тоже возможно. Лаборатория Бензера именно этим и занялась. Каждый студент и каждый аспирант получил свое задание: кто-то изучал брачные танцы, кто-то — привычку лететь на свет, кто-то углубился в вытягивание хоботка в присутствии пищи.
Тут-то и появился талантливый студент со смешным чешским именем Рональд Конопка. Он сам предложил Бензеру тему, и Бензеру тема страшно понравилась. Еще бы: речь шла о нарушении суточных ритмов, о том самом нарушении, от которого страдала семейная жизнь профессора!
Вот они оба сидят, голубчики, много лет спустя после открытия. Но по порядку.
Мухи, как и многие насекомые, проходят стадию личинки, потом окукливаются и вылупляются уже взрослыми крылатыми мухами. Так вот, вылупляются они обычно ранним утром. А студент Конопка отбирал мутантных мух, которые вылуплялись слишком поздно или слишком рано. Потом выводил чистые линии и смотрел, чем они отличаются от обычных мух. Своих мутантов он назвал period или сокращенно per.
К концу 1960-х годов он выделил три группы мутаций: первые мутанты вылуплялись слишком рано, вторые слишком поздно, третьи вообще не ведали никаких сроков. Потом оказалось, что все три типа мутаций были в одном и том же гене. Ген, как это принято, тоже назвали period, и также (PER) был назван белок, который этим геном кодируется. С этого и началась захватывающая история расшифровки молекулярных часов у дрозофилы — как выяснилось позже, довольно похожих на наши с вами молекулярные часы, хоть и малость попроще.
Позже подтянулись и другие мутанты: timeless (TIM), clock (CLK), cycle (CYC) и прочие. Тут-то, а точнее, только к началу 2000-х стало выясняться, как все эти детальки работают вместе.
Чтобы не наскучить читателю, расскажем это кратко и с элементами неизбежной профанации. Гены находятся в ядре. Именно там они включаются и производят мРНК, а та уже вытекает в цитоплазму, где по ее рецепту синтезируется белок. В нашем случае — белки TIM и PER. После этого они объединяются вместе. Если, конечно, их ничто не разрушит и не испортит (а разрушает их в том числе и свет). В таком объединенном виде наши герои доставляются обратно в ядро. Там они подавляют работу генов clk и cyc. Но дело в том, что продукт этих генов — белки CLK и CYC — позарез необходимы для работы генов tim и per. И когда белков CLK и CYC становится мало, производство TIM и PER тоже останавливается. То, что наработано, постепенно разрушается. Теперь генам clk и cyc уже ничто не мешает, они начинают работать, и их продукт снова включает tim и per. мРНК снова вытекают в цитоплазму, и цикл повторяется.
Фокус в том, что этот колебательный цикл занимает ровно 24 часа — так уж подобрана природой кинетика всех задействованных реакций. В общем-то, единожды запущенный, он может работать сам по себе, не обращая внимания на смену дня и ночи.
Откуда, собственно, и проистекает проблема как покойного Сеймура Бензера, так и многих других бедолаг, страдающих от «социального» (равно как и обычного) джет-лэга. Да и не только их: еще в 1729 году Жак д'Орту де Мейран заметил, что мимоза, сворачивающая к ночи свои листочки, отлично делает это ровно по часам даже в полной темноте.
Именно с этого опыта обычно начинают рассказ о «циркадных ритмах» (а мы рассказываем ровно о них же), так что оцените нашу оригинальность.
Этот маятник — его еще называют «циклом timeless», чем принижают заслуги талантливого Конопки, — качается абсолютно во всех клетках дрозофилы, и, видимо, мимозы, а также и червяка-нереиды. Но самая важная его работа происходит в головном мозгу (у нас и у мухи, но не у червяка и не у мимозы, конечно). Именно оттуда поступает сигнал в шишковидную железу, или эпифиз, которая и синтезирует мелатонин — тот самый, о котором мы толковали в первой части нашей истории, и который разносит сигнал «спать!» по всему организму. Тот самый, нехватку которого путешественники восполняют таблеткой «Мелаксена», восстанавливающего нарушенные биоритмы человека, в том числе и главный из них ритм «сон-бодрствование».
Но о мозгах — в следующей части истории.
Здесь лишь добавим, что совсем недавно стало ясно, как же этот маятник, при всем его упрямстве, все же умудряется реагировать на смену дня и ночи. О том, что белок TIM разрушается на свету, мы упомянули; но в мозгах света нет. Так вот, британский биолог Ральф Станевский нашел еще один ген дрозофилы, с красивым именем «Квазимодо»*, также влияющий на суточный ритм. Оказалось, что соответствующий белок — сокращенно QSM — начинает синтезироваться как раз в ответ на освещение. Он-то и угнетает активность TIMELESS, что дает возможность все-таки перезапускать биологические часы в зависимости от дня и ночи.
Если вы запутались, то и не удивительно: у ученых было полсотни лет, чтобы разобраться в том, кто кого там регулирует. Зато теперь вы, возможно, поняли хоть что-нибудь.
Продолжение следует.
Читать также:
Часть первая: о часах, червях и лекарствах от бессонницы
Часть третья: о третьем глазе и жизни в условиях диктатуры
____________
* Примечание: Болезненная фантазия генетиков в придумывании названий для генов и мутаций известна всем. В данном случае имя звонаря Нотр-Дама возникло по некой системе ассоциаций: некоторые мутации в этом гене были летальны, некоторые просто нарушали работу часов, но некоторые приводили к появлению уродливых мух со своеобразным горбом на спине, притом что они и нормальные-то так себе, не красавицы. А имя hunchback («горбун») было уже занято другим геном, очень важным, мутации в котором тоже приводят к рождению горбатых мух.