Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Поскольку каждый новый эксперимент понижал вероятность такого происхождения клеток, Линч обратился к анализу структуры генетических переключателей. Может быть, в них есть нечто общее, что позволит прояснить ситуацию? Он стал подробно анализировать последовательности переключателей, используя компьютерную программу для поиска сходных фрагментов. И нашел простую последовательность, которая присутствовала практически во всех переключателях. Выискивая эту последовательность в гигантской базе данных, содержащей все известные последовательности, он нашел ответ: в каждом генетическом переключателе содержался сигнал прыгающего гена – гена такого типа, какой Макклинток обнаружила в кукурузе. Как мы видели ранее, эти гены создают собственные копии и повсеместно встраиваются в геном. Макклинток считала их разрушителями: перепрыгивая на новое место и встраиваясь в последовательность другого гена, они могут нарушать функцию этого гена и вызывать патологию. Линч увидел нечто другое.

Этот простой механизм мог обеспечить сложное, почти невероятное изобретение. Сотням генов не нужно было мутировать независимым образом. Линч видел, что в одном прыгающем гене произошла мутация, превратившая обычную последовательность в переключатель, реагирующий на прогестерон. Затем эта мутация распространилась по геному, поскольку прыгающий ген с переключателем удваивался, прыгал и приземлялся в новых местах. Прыгающие гены чрезвычайно быстро распространили переключатели по всему геному. Если они оказывались вблизи какого-то гена, этот ген приобретал способность включаться в ответ на сигнал прогестерона. Так сотни генов получили способность активироваться при беременности. Генетическое изменение, связанное с координацией сотен генов, может происходить не в результате сотен независимых мутаций, а в результате распространения в геноме прыгающих генов с единственной мутацией. Таким образом, генетические изменения могут распространяться очень быстро, поскольку гены перепрыгивают с места на место, создают свои копии и приземляются в других местах.

Прыгающие гены – невероятно эгоистичные элементы генома: они могут удваиваться, прыгать, множиться и распространяться по геному. Линч обнаружил, что иногда прыгающие гены могут содержать полезные мутации, обеспечивающие совершенно новые возможности.

В геноме идет война между прыгающими генами и остальной ДНК. Напряжение между эгоистичными генами и силами, стремящимися удержать их под контролем, существует в геноме постоянно. ДНК имеет скрытые механизмы для контроля прыгающих генов. В одном из этих механизмов задействована короткая последовательность ДНК, действующая как охотник-убийца, способный заставить прыгающие гены замолчать: она прикрепляется к той части гена, которая отвечает за перемещение, и буквально привязывает белок, мешающий гену прыгать. Нейтрализованный таким образом ген не прыгает, а остается на месте. Этот механизм отключения контролирует перемещение прыгающих генов, не давая им размножаться в такой степени, чтобы нарушать работу генома. Этот же механизм может служить для “одомашнивания” прыгающих генов. Если прыгающий ген содержит потенциально полезную последовательность, охотники за прыгающими генами могут ограничить их способность к перемещению и заставить остаться на месте и играть новую роль. Они могут отключить часть, ответственную за перемещения, но сохранить полезную мутацию.

Вот что обнаружил Линч при анализе своих переключателей: каждый переключатель, участвующий в образовании децидуальных стромальных клеток, имеет специфическую последовательность, вид которой говорит о том, что она исходно произошла от прыгающего гена. Но этот ген имел особенность: в нем не хватало одного фрагмента ДНК – именно того, который позволяет генам прыгать. Похоже, генетический код был изменен таким образом, что ген не смог перемещаться, а остался на месте и стал выполнять работу по производству децидуальных стромальных клеток. Не имеющий возможности прыгать ген с подрезанными пружинами принимался за работу там, где приземлился.

То, что Линч обнаружил в отношении беременности, открыло окно в гораздо более широкий мир. Геномы находятся в состоянии внутренней войны между прыгающими генами и силами, пытающимися их удержать. В этой войне рождаются изобретения, поскольку единственная мутация может распространиться по геному и со временем привести к революции.

Эти изменения – не то же самое, что перспективные монстры Гольдшмита. Революционные мутации не происходят в один присест. В каком-то участке генома может возникнуть небольшое изменение, но если измененная последовательность связывается с прыгающим геном, у следующих поколений она множится и распространяется.

Однако внутри генома идет и другая, гораздо более масштабная война, и об этом опять же рассказывает механизм беременности.

Приручаем взломщика