Изготовление змеи

Генетики научились придавать мышам змеевидную форму, даже не меняя их гены

Иллюстрация: GettyImages
Иллюстрация: GettyImages
+T -
Поделиться:

Многие современные ученые, угоди они по ошибке в XV век, были бы рано или поздно сожжены за колдовство. Кто-то, возможно, продержался бы дольше: скажем, зловещая сущность полупроводниковых приборов не сразу стала бы очевидной для экспертов святой инквизиции. Другие — хоть те же специалисты по клонированию животных — отправились бы на костер чуть быстрее. Однако в целом, кажется, наша бесовская наука сильно разочаровала бы бдительных граждан той далекой эпохи: все же ничего подобного классическим полетам на метле, обращению в волка или абортированию зародыша силой мысли мы пока не освоили.

Зато мы можем превращать мышей в змей. Утритесь, невежественные предки.

Это ноу-хау, которым гордилась бы любая средневековая ведьма, изложено в недавней работе биологов из Гульбекяновского института науки, что в Португалии. Ученые могут сколько угодно оправдываться, что не имели в виду никакого чернокнижия, а просто хотели познать тайны развития и эволюции. Это пусть они инквизиторам расскажут.

1. Длинные мыши

Началось все с того, что у наших исследователей завелись мутантные мыши. В лабораториях, занимающихся биологией развития млекопитающих, всегда бывает полным-полно разных мутантных мышей. Часто они просто выглядят больными и слабыми, но эти мыши отличались интересной особенностью: вместо обычных для мыши 13 пар ребер у них было 24. Ребра росли у них вдоль всего хребта до самых задних лап.

Как это принято у генетиков, получив мутанта, наши исследователи стали выяснять, что же испорчено у них в геноме*. Испорченным оказался ген GDF11. Этот ген кодирует белок, который умеет отключать другой ген — ОСТ4... Вот тут нашим читателям должно стать мучительно скучно, потому что статьи про генетику всегда полны таких трехбуквенных названий генов, которые все влияют друг на друга и в которых простому человеку разобраться нет никакой возможности. Тут придется пояснять.

Генов у млекопитающих действительно очень много — тысяч двадцать-тридцать, — и все их трехбуквенные названия с цифирками не способен запомнить даже самый безумный биолог. Интересное и достойное запоминания начинается в тот момент, когда какое-то название гена начинает мелькать чуть чаще, в разных контекстах. И именно таков ген ОСТ4. И контекст, в котором вы могли с ним встречаться, вполне мог бы вам запомниться: за него в 2012 году дали Нобелевскую премию.

ОСТ4 — один из так называемых «факторов Яманаки». Шинья Яманака получил свою премию за то, что научился делать из обычных клеток млекопитающих «плюрипотентные». То есть «почти что стволовые» клетки, способные превращаться в разные типы ткани. Пока ген ОСТ4 работает у зародыша, его клетки сохраняют способность, делясь, давать начало разным тканям. Отключился наш ген — и все, специализация становится необратимой, судьба зародыша предрешена.

Чтобы не запутать читателя окончательно, скажем, что же произошло с нашими мутантными мышами. Поломанный ген GDF11 у них не успевал вовремя отключить ОСТ4, «фактор Яманаки», некоторые клетки зародыша чуть дольше оставались в неспециализированном состоянии — и в результате формировалось чуть больше ребер, чем положено мыши. Ребра вырастали, вырастали и никак не могли остановиться.

Дать бы им побольше времени, и мышь превратилась бы в змею...

2. Проблема змеи

Так вот, теперь о змеях. У змеи ребер столько, что и сосчитать нелегко.

Однако при этом ни малейших мутаций в гене GDF11 у змеи (по сравнению с мышью) нет. Ген ОСТ4 — важный ген развития у всех животных на планете — вообще практически такой же что у мыши, что у змеи, что у уважаемого читателя. И между тем этот ген действительно работает у зародыша змеи дольше, чем у мыши — даже у мутантной мыши, — и в результате змея, выражаясь псевдонаучным языком, приобретает змеевидную форму. То есть, попросту говоря, становится змеей.

Позвольте-позвольте: но если гены одинаковые, что же делает змею змеей?! Кстати, вспоминается сенсационный факт о том, что гены человека и шимпанзе тоже одинаковы на 99,9% — что же делает нас людьми? Вот тут и приходится вспомнить, что кроме генов, которые и впрямь подозрительно похожи у самых разных организмов, в геноме есть много всякой всячины, которую до недавних пор классифицировали как никому не нужный хлам. И вот этот хлам как раз довольно сильно варьирует между видами: те же человек и шимпанзе различаются по составу этого хлама больше чем на 1/10.

Отличается и змея. Окрестности гена ОСТ4 у змеи совершенно не похожи на соответствующий участок генома мышки. Возникает разумная идея: именно в этой на первый взгляд невнятной ДНК и закодирован признак «змеевидности». Португальским биологам оставалось только это проверить.

Генетики умеют проверять такие гипотезы. Надо просто взять кусок змеиного генома из окрестностей гена ОСТ4 и пересадить его в геном мыши. И ждать, когда получится зародыш. А потом сосчитать ему ребра и убедиться: ребер много. Слишком много для мыши. У мышонка с кусочком змеиной некодирующей ДНК (то есть «генетического хлама») вырастают дополнительные позвонки. Он практически готов превратиться в змейку. Даже жалко, что такой славный маленький монстр — будущий пушистый змееныш — погибает на стадии внутриутробного развития.

3. Что там на самом деле происходит?

Португальские генетики объясняют это так: где-то в окрестностях важного гена ОСТ4 находится участок связывания GDF11. Если сам фактор GDF11 испорчен (как у мышки-мутанта) или если участок связывания выглядит так, как у гадюки (как, собственно, он и выглядит у гадюки или у мыши с пересаженным куском гадючьей ДНК), то ген ОСТ4 остается включенным чуть дольше. Даже при том, что все-все белки абсолютно одинаковы, в результате мы получаем эффектную разницу: длинный змеиный хребет с ребрами вместо короткого мышиного скелетика с четко оформленной грудной клеткой.

Ехидные критики отмечают слабое место этой работы. Для полноты доказательства неплохо бы поставить обратный эксперимент: пересадить змеиному зародышу мышиную некодирующую ДНК и получить короткого мышеобразного змееныша. Эти злые люди, конечно, знают, что, когда змея откладывает яйцо, в нем уже содержится весьма развитый зародыш с головой и 26 позвонками, так что заниматься с ним генно-инженерными манипуляциями поздновато. На наш профанный взгляд, португальцы и так вполне доказали то, что пытались доказать: развитие животного может в значительной степени определяться не «генами» в точном смысле этого слова, а общей структурой генома, определяющей порядок и продолжительность работы этих генов.

4. Апология инквизиции

Настоящий ученый на этом выводе и остановился бы. Но мы, праздные дилетанты, можем себе позволить еще чуточку поболтать. Нам хочется отметить, что вот такие факты исподволь меняют наши интуитивные представления об эволюции и уже поменяли их настолько, что и Дарвин бы не сразу их узнал (хоть и, несомненно, приветствовал бы). Когда-то казалось, что между короткой ящерицей (или короткой мышью) и длинной змеей лежит долгий и кропотливый эволюционный путь отбора крошечных изменений, удлинений тела, появления дополнительных позвонков, причем каждый шаг должен быть полезен для вида и поддерживаться отбором. Выясняется, что подобная мелочность природе совсем ни к чему. Вместо этого она одним чохом меняет большой кусок ДНК, к которому привязываются факторы, управляющие работой гена. В результате расписание этой работы меняется — и маленький сбой в расписании зародышевого развития приводит к колоссальным последствиям для взрослого организма. Природе остается только убивать нежизнеспособных уродов (вроде тех недомышат с удлиненным хребтом), а если новшество дает преимущество — например, способность ползать, извиваясь, шипя и жаля, — тогда ладно, пусть живет на земле новая тварь.

Говорят, инквизиция была не такой уж невежественной: не ведьмы ее беспокоили с их сушеными пауками и ядовитыми травами, а защита цельного мировоззрения добрых обывателей, их представлений о благости и разумности устройства мира. С этой точки зрения современная биология развития и ученые, работающие в этой области, несомненно заслуживают аутодафе. Слишком уж быстро и безоговорочно раскрывают они жестокую простоту устройства всего живого. Мы бы и сами не стали об этом писать, оберегая хрупкий духовный мир читателя. Но кто знает, что они откроют в следующем месяце? Лучше уж готовить публику постепенно. Пока запомним, что сделать из мыши змею — это несложно. Привыкнув к этой мысли, через некоторое время можно будет двинуться дальше.

______________

* На самом деле история с мутантами GDF11 чуть сложнее — мы сократили историю ради наглядности, а полный вариант доступен в оригинальной статье по ссылке.