В.А.Чудинов

Перспективы - огромные. Если сделать такой ДНК-лазер, работающий, активный, то его можно загружать любыми генами, и т.д. Но мы пошли немножко другим путём, мы стали использовать наши с вами хромосомы с их речевыми и голографическими вкусами в другом аспекте и мы создали лазерную аппаратуру, которая моделирует такие фотонно-лазерно-голографические процессы».

Рис. 14. Лазер, которым облучали живые ткани

Вот эта первичная установка, когда мы скромненьким лазерочком, как бы  в память об Анатолии  Евгеньевиче Акимове, которому я бесконечно благодарен, и о Шипове, который сейчас в Тайланде и, видимо, никогда уже не вернётся, об этих гениальных учёных, и когда я позвал их и показал им наши эффекты, наш лазер, они мне сказали: «Так это же у вас торсионные поля!». - Действительно, торсионные поля. Потому что этот лазер, который имитирует хромосомное излучение, работает на поляризованных фотонах.  А что такое поляризация фотонов? - Это означает изменение их спина. Так вот генетическая волновая информация записывается на спинах фотонов, на квантовых состояниях. И вот такая скромная установка позволила нам сначала в Москве, потом в Торонто, потом  в Нижнем Новгороде, и теперь ещё одна независимая лаборатория воспроизвела это,  передать генетическую информацию, считанную с поджелудочной железы, и подать эту информацию на расстояние в 20 км на животных, у которых поджелудочной железы не было, мы их просто отравили специальным ядом, который убивает поджелудочную железу, и животное погибали от диабета первого типа. И у всех у них  регенерировала поджелудочная железа. Вот вам практическое приложение голографически-лингвистических потенций нашего и любого другого генетического аппарата высших биосистем. То есть, генетическую информацию можно передать на любое расстояние, потому что это торсионные поля и можно управлять биосистемой реципиента» [3].

Потрясающие результаты! Возникает вопрос, почему же, вместо того, чтобы развивать эту методику в РАН, наши академики навесили на П.П. Гаряева выдуманный титул «лжеучёного»? Попробуем в этом разобраться.

Состояние нынешней науки. В советское время правительство было заинтересовано в развитии науки, мы должны были в кратчайшие исторические сроки догнать, а в чём-то и обогнать капиталистические страны, по разным причинам ушедшие далеко вперёд. И к концу эпохи Сталина мы имели весьма высокие научные показатели. Однако рыба начала гнить с головы. Если после смерти Сталина от него кроме поношенных личных вещей ничего не осталось (хотя существовал целый музей подарков Сталину на ул. Горького от различных производственных коллективов), то пришедшие после него правители гораздо больше заботились о личной славе, личном благополучии и личном комфорте, тогда как остальное их интересовало гораздо меньше. Космическая техника была заложена и разта Сталиным, однако запущенный через 4 года после его смерти первый искусственный спутник Земли пришёлся уже на годы правления Н.С. Хрущёва, принеся ему дополнительный незаслуженный политический капитал. То же самое и с полётом Гагарина.

Тем не менее, внешне всё воде бы оставалось прежним, КПСС во главе страны, развитие планировалось по пятилеткам. Но теперь задачей  стало не страну развить до уровня Запада, а обеспечить уровень жизни партийной номенклатуры до уровня западной элиты. Разумеется, такая задача открыто не провозглашалась. Однако постепенно наметился разрыв между партийной верхушкой и рядовыми членами общества. Поэтому народ поддержал перестройку, которая должна была избавить от «партийных бонз»,  а позже  поддержал мероприятия по укреплению  режима Ельцина. Но при нём вместо перехода к капитализму первоначального накопления возник криминальный капитализм, когда к управлению страной пришли люди, никак не проявившие себя на производстве. Постепенно желание создать себе комфорт и доход распространилось и на РАН, которой не существовало в составе АН СССР. Зарплата академика, независимо от научного вклада, стала привлекать в ряды РАН лиц, как-то связанных с действующими академиками родственными, производственными, территориальными и иными связями. Уровень требований к диссертациям понизился, научные журналы стали зарабатывать деньги на публикациях, толстосумы обзавелись учёными степенями и званиями, а реальные первооткрыватели стали им откровенно мешать. Ибо на фоне реальных успехов этих научных гениев ничтожный вклад новых докторов и академиков в науку стал весьма заметным. Отсюда и возникла защитная реакция этих середнячков: навешивать нелестные эпитеты на реальных учёных.

Что касается данного доклада П.П. Гаряева, то я пока остановлюсь на этом месте. Ибо меня заинтересовали не самые выдающиеся его открытия, решающие проблемы «мусорной ДНК» в том числе, а современное состояние этой проблемы.

Рис. 15. Геномный биолог Т. Райян Грегори

Моё понимание. Следовательно, основной интерес для изучения представляют собой эти самые «мусорные» участки. Википедия о них пишет: «Некодирующая ДНК или Мусорная ДНК (англ. Non-coding DNA англ. junk DNA) - части геномной ДНК организмов, которые не кодируют последовательности белков. Некоторые некодирующие ДНК переводятся в функциональные некодирующие РНК-молекулы. Другие функции некодирующей ДНК включают регуляцию последовательностей кодирующих белки, центромер и теломер. Термин «мусорная ДНК» стал популярным в 1960-х. В соответствии с T. Ryan Gregory, отс. 12, геномным биологом, первое явное обсуждение природы «мусорной» ДНК было сделано исследователем David Comings  в 1972 году, и он применил этот термин ко всем некодирующим ДНК. Термин был формализован Сусуми Оно в 1972 году, который заметил, что генетический груз нейтральных мутаций находится на верхнем пределе значений для функционирующих локусов, которые могли быть ожидаемыми исходя из типичной частоты мутаций. Сусуми предсказал, что геномы млекопитающих не могут содержать более чем 30 000 локусов из-за давления естественного отбора, так как «стоимость» мутационной нагрузки вызвала бы неизбежное снижение приспособленности, и в конечном счете вымирание. Этот прогноз остается верным, геном человека содержит приблизительно 20 000 генов. Другим подтверждением теории Оно служит наблюдение, что даже близкородственные виды могут иметь очень разные (отличающиеся на порядок) по размеру геномы, которое окрестили C-парадокс (избыточность генома) в 1971 году.

Рис. 16. Доктор Сусуми Омо, корейско-американский генетик

Хотя плодотворность термина «мусорная ДНК» была поставлена под сомнение на том основании, что он вызывает, априори, предположение о полном отсутствии функций, и хотя рекомендовано использовать более нейтральный термин, такой как «некодирующая ДНК», термин «мусорная ДНК» остается наименованием для той      части геномной после-  довательности, для которой не обнаружено значимой биологической функции и в которой при сравнительном анализе последовательности не выявляются консервативные элементы,   служащие признаком того, что она может обеспечивать адаптивное преимущество. В конце 70-х стало очевидным, что большая часть некодирующей ДНК в больших геномах берут свое начало от размножающихся эгоистичных подвижных элементов, которые W. Ford Doolittle и Carmen Sapienza в 1980 описали в журнале Nature: «Показано, что если данная ДНК или класс ДНК, с недоказанным фенотипическим проявлением выработала стратегию (такую как транспозиция), которая обеспечивает её выживание в геноме, то никакое другое объяснение её существования не требуется». Можно ожидать, что количество мусорной ДНК будет зависеть от скорости амплификации этих элементов и скорости потери нефункциональной ДНК. В том же номере Nature, Орджел, Лесли Илизер и Крик, Фрэнсис написали, что мусорная ДНК имеет «небольшую специфичность и мало или вовсе не обладает селективным преимуществом для организма». Этот термин встречается, в основном, в научно-популярной литературе и в разговорном стиле в научных публикациях, и было высказано предположение Шаблон: Quantify, что его коннотации могут сдерживать интерес к установлению биологических функций некодирующей ДНК»

Доля некодирующей геномной ДНК. «Количество общей геномной ДНК широко меняется от организма к организму, и доля кодирующей и некодирующей ДНК внутри этих геномов также изменчива в широких пределах. Например, первоначально предполагалось, что свыше 98 % человеческого генома не кодирует последовательностей белков, включая большинство последовательностей внутри интронов и межгенных последовательностей. в то время как, для геномов прокариот типично, что некодирующим является только 20 % генома. В то время как размер генома, и увеличение количества некодирующей ДНК, коррелирует со сложностью организма, существует множество исключений. Например, геном одноклеточного Polychaos dubium (также известная как Amoeba dubia) содержит более чем в 200 раз больше ДНК, чем у человека. Геном Иглобрюхой рыбы фугу Takifugu rubripes составляет лишь около одной восьмой от размера генома человека, при этом, кажется, с таким же числом генов; приблизительно 90 % генома Takifugu rubripes является некодирующей ДНК.  Широкая изменчивость размера ядерного генома среди эукариотических видов известна как C-парадокс (избыточность генома). Большинство различий в размере геномов, по-видимому, обусловлены некодирующей ДНК. Исследования растений показали ключевую функцию части некодирующей ДНК, которая ранее считалась незначительной и добавили новый пласт знаний для понимания регуляции генов».

Рис. 17. Английский биолог Томас Кавалье-Смит, проф. Оксфордского у-та

С-парадокс. Итак, был открыт С-парадокс, который Википедия поясняет так: «С-парадокс - отсутствие корреляции между физическими размерами генома и сложностью организмов. Количество ДНК в гаплоидном геноме обозначают латинским символом С, где «С» означает «константный» (англ. constant) или «характерный» (англ. characteristic), так как это количество постоянно внутри одного вида организмов.

В 1978 г. Т. Кавалье-Смит заметил, что у эукариот транскрибируется малая часть последовательностей нуклеотидов генома (3 % генома у человека). Более того, между разными даже близкородственными видами размер генома может варьировать в десятки и сотни раз. Например, среди позвоночных - более, чем в 350. Такая значительная избыточность некодирующих нуклеотидных последовательностей и изменчивость количества ДНК у близких видов названа С-парадоксом. Позднее выяснилось, что и количество кодирующих последовательностей - генов, также значительно варьирует у близких видов и не связано со сложностью фенотипа. Таким образом, возникает G-парадокс.

Избыточная (мусорная) ДНК. О ней имеются публикации и на русском языке доктора биологических наук, профессора из Института общей генетики РАН А.П. Акифьева [4].

Рис. 18. Генетик и радиобиолог Алексей Павлович Акифьев (1938-2007)

«Многие биологи полагают, что понять истинный смысл структур и функций систем живых клеток и организмов можно только изучив причины и способ возникновения их в эволюции. В середине ХХ в., так же как и во времена Ч. Дарвина, в учебниках биологии схематически изображалось развитие жизни на Земле в виде эволюционного древа. В его подножии находились простые и, как думали, самые древние организмы, а на вершине непременно располагался человек. Поэтому была вполне естественной точка зрения, согласно которой у Homo sapiens должно быть наибольшее число генов. А поскольку генетический материал - это ДНК, то следовало ожидать, что и по ее количеству человек непременно должен быть рекордсменом среди форм той единственной белково-нуклеиновой жизни, которая существует на Земле (а может быть, и вообще в Космосе).

Однако еще в конце 40-х-начале 50-х годов (т.е. до создания модели двойной спирали) ученые, в частности американские биохимик А.Мирский и цитолог Х.Рис, абсолютно четко доказали, что стоящий на вершине эволюции вид H.sapiens обладает не самым крупным геномом [5]. (Геном - это количество ДНК, содержащееся в гаплоидном, одинарном, наборе хромосом.) Если соединить конец в конец 23 молекулы ДНК, составляющих гаплоидный набор человека, получится нить длиной около 1 м. (Длина ДНК самой крупной первой хромосомы человека составляет около 7.5 см.) Но геномы саламандры и лилии почти в 30 раз превышают размер человеческого генома. Налицо полный крах представлений о соответствии сложности организма и величины его генома. Это явление, даже получившее собственное название - парадокс размера генома (C-value paradox), до сих пор не объяснено. Нет ответа и на такие вопросы, как: почему весьма мало различаются размеры генома человека и мыши; почему геномы хвостатых амфибий варьируют в пределах двух порядков, а бесхвостых - довольно близки по размерам.

В настоящее время расшифрованы полные геномы (т.е. нуклеотидные последовательности ядерной ДНК) нескольких организмов, в том числе, разумеется, и человека. Оказалось, что в сумме его гены вместе с регуляторными участками едва ли превышают 3-5% всего генома. О назначении остальной ДНК сегодня, как и 50 лет назад, мы фактически ничего не знаем и не понимаем ни ее эволюционной роли, ни механизма происхождения. Конечно, можно формально допустить, что в ходе эволюции размер генома сменяющих друг друга видов не оставался постоянным. Но каким образом геномы могли быстро увеличиваться и, что более загадочно, столь же стремительно уменьшаться?

По отношению к геномному парадоксу в англоязычной научной литературе часто используются термины "enigma" и "puzzle". Оба они означают "загадочный", но второй термин можно перевести и как "головоломка" и даже "неразрешимый вопрос". То и другое не противоречит смыслу парадокса. К нему вполне применимо также древнее понятие "квадратура круга" (но только генетическая), поскольку задача как таковая существует, но пути ее решения традиционными способами не просматриваются.

Биологическая роль избыточной ДНК остается одной из главных тайн эволюции и, вероятно, наиболее трудной проблемой эволюционной генетики высших организмов. Тем не менее,  уже есть некоторые экспериментальные результаты и наблюдения конкретных клеточных процессов, на основе которых можно попытаться объяснить геномный парадокс. Об этом и пойдет речь.

Основные гипотезы. О биологической роли избыточной ДНК высказано не менее 15 гипотез. В первых из них (это версии Х. Кэллана, Х. Уайтхауза, Ч. Томаса, Р. Бриттена, Э. Дэвидсона, Г.П. Георгиева, Ф. Крика, П. Цукеркандла) фактически отрицалось наличие у такой ДНК неизвестных биологических функций. К излишку генома относили либо многократно повторенные гены (такие есть, но их очень немного), либо регуляторные зоны генетических единиц, подобные оперонам у бактерий. Однако уже в 60-70-х годах ХХ в. сопоставление известных фактов привело к заключению, что избыточная ДНК не выполняет ни кодирующих, ни регуляторных функций.

Рис. 19. Генетик Александр Сергеевич Серебровский (1892-1948)

Гипотезу, не похожую ни на одну из упомянутых, предложил шведский биолог Эдстрем. По его мнению, избыточная ДНК представляет собой содержимое гипотетического "эволюционного котла", в котором созревают новые структурные гены и новые регуляторные последовательности. Мысль эта не нова и имеет под собой некоторые основания. О них говорил еще в 20-е годы необыкновенно плодовитый на различные идеи русский генетик А.С. Серебровский. Действительно, новый ген не способен образоваться путем мутационной перестройки старого, если тот присутствует в единственном экземпляре. Если же существует избыток генетического материала в виде удвоенных (дуплицированных) генов, то один из них может и не функционировать, но в нем будут как бы тайно накапливаться мутации. Постепенно он преобразуется в новый ген, и когда в клетке создадутся условия для его работы, возникнет новый генный продукт, а следовательно, новый признак [6].

Итак, ни одна версия не была подтверждена. Но вот стало известно, что гены эукариот (некоторых архебактерий, а также эубактерий, которым несвойственна морфологическая эволюция, подобная эукариотической) состоят из экзонов (кодирующих участков) и интронов (некодирующих); что с каждого такого гена с помощью специального механизма - альтернативного сплайсинга - могут считываться несколько разных матричных РНК, а значит, синтезироваться несколько белков; что широко распространена транспозиция - перемещение мобильных элементов в геноме. Казалось бы, идея об избыточной ДНК как о сыром эволюционном материале с этими открытиями должна стать на твердую почву. Но ничего похожего не произошло. Дело в том, что львиная доля избыточной ДНК у большинства видов устроена по типу чередования (интерсперсии) некодирующих последовательностей - уникальных и повторяющихся. У человека такая часть генома занимает не менее 50%. У других видов содержание может отличаться, как и размеры чередующихся участков, причем какой-либо отчетливой закономерности не заметно. У морского ежа, африканской шпорцевой лягушки, человека и многих других видов короткие повторы в основном состоят примерно из 300 пар нуклеотидов, а уникальные последовательности из 1.5 тыс. У дрозофилы, рептилий, птиц намного длиннее и повторы (примерно 2000 пар нуклеотидов), и уникальные последовательности (5-10 тыс.). У двух видов плодовой мушки (D.melanogaster и D.virilis) типы повторов отличаются. А некодирующая часть генома шелкопряда больше похожа по параметрам чередования на геном человека, чем на геном D.melanogaster, хотя шелкопряд и дрозофила принадлежат к отряду чешуекрылых насекомых, а человек - к отряду приматов, высших млекопитающих. Это еще одна загадка, по сути, вероятно, тесно связанная с геномным парадоксом, и головоломка для исследователей, пытающихся найти функцию "лишней" ДНК исходя из традиционных представлений.

Скепсис в отношении разгадки геномного парадокса в начале 80-х годов достиг апогея. Может быть, именно потому появились гипотезы, согласно которым избыточная ДНК представляет собой "эгоистическую", "паразитическую" или даже "мусорную" часть генома. Последний термин используется и сейчас, после расшифровки геномов человека, дрозофилы и других видов эукариот, не внесшей никакой ясности в объяснение парадокса. Между тем найти точные молекулярные характеристики "мусорной" ДНК в литературе просто невозможно. Мне представляется (в качестве рабочей гипотезы), что такая ДНК может иметь любую структуру, не содержащую последовательностей, которые способны блокировать репликацию ДНК. Впрочем, мусор в бытовом смысле - это то, что надлежит удалить, от чего необходимо избавиться. Но геномный "мусор" существует и, видимо, столько же, сколько существует вид. Более того, в гомологичных хромосомах "мусор" должен быть довольно сходным, чтобы не препятствовать их синапсису в мейозе, иначе гибридам придется расплачиваться стерильностью из-за различий в "мусорной" части генома. Это обстоятельство налагает сильные ограничения на мутационную дивергенцию "мусорной" ДНК.

Рис. 20. Схема 2 типов чередования последовательностей ДНК

В работе [4] рис. 20 поясняется так: «Схема двух типов чередования нуклеотидных последовательностей разной степени повторяемости. Видно, что у шпорцевой лягушки, шелкопряда, мыши и человека некодирующие участки устроены сходным образом и повторы разной длины чередуются одинаково, только у дрозофилы чередование иное. Обозначения: 1 - уникальные последовательности, 2 - диспергированные повторяющиеся участки, n1 и n2 - короткие повторы; т.п.о. - тысячи пар оснований».

Нельзя не упомянуть, пожалуй, еще одно соображение, касающееся роли избыточной ДНК, высказанное в 80-х годах английским ученым Т. Кавалье-Смитом [7]. Он обратил внимание на то, что некодирующие последовательности могут служить основой ядерного скелета, вокруг которого происходит сборка ядра. Это значит, что общее количество ДНК должно влиять на размеры ядра, клетки, скорость репликации и, в конечном счете, на размер тела и скорость развития организма. Таким образом, величина некодирующей части генома может оказаться под действием селективных факторов. Может быть, иногда это и так, особенно у некоторых растений. Но если сравнить, например, человека и мышь, геномы которых, как и доля некодирующих последовательностей в них, почти одинаковы, то без дальнейших обсуждений становится ясно, что гипотеза Кавалье-Смита и его последователей не может служить исчерпывающим объяснением геномного парадокса эукариот. Кроме того, она не объясняет сам механизм, который обеспечивал бы разное содержание ДНК.