Дорога в тысячи оснований. Шаг первый.
Меж тем, френды мои, мне изрядно поднадоело общаться с людьми, которым фраза: "Отсеквенируй второй экзон и посмотри, нет ли там снипов, потому что ни эльфой ни ССП ты эту амбигвиту не раскусишь..." ясна как три копейки. А хочется удивленных взглядов и вообще делиться прекрасным, я ведь не только лабораторная крыса, но и слегка кот-баюн. Поэтому всем тем, кому любопытно, что там у них внутри и что стоит за ГЕНиальными мыслями и отлаженной работой желудочно-кишечного тракта, с этого самого поста я стану без лишних изысков рассказывать о геноме - информационной основе жизни на нашей благословенной планете. Разумеется, пристальнее всего предполагается присмотреться к геному человека, но поскольку этика и моральные соображения делают хомо сапиенса для самого себя крайне неудобным объектом исследований, не обойдены будут вниманием ни счастливица мушка-дрозофилла, ни мыши лабораторные обыкновенные, ни прочие организмы, честно страдающие для науки, о существовании которой они даже не подозревают.

Пробежавшись по базовым положениям собственно генетики и ее истории, предполагается взглянуть на генетическую подоплеку таких явлений, как жизнь, смерть, эмоции, память, половые различия, болезни, здоровье и многое другое. Если генетическая составляющая чего бы то ни было интересует вас особенно сильно, бросайте заявки под этим постом, я постараюсь разведать, покопалась ли уже наука в интересующей вас проблеме, топчется ли перед ней в нерешительности, или в упор ее не видит.

Пока же пойдемте ab initio - от определений, понятий и фактов, которые надо знать всякому уважающему себя ДНК-based организму.
Те из моих френдов, кто имеет непосредственное отношение к медицине или участвовал в олимпиаде по биологии за девятый класс, эту часть вполне могут пропустить.

Итак, вы, безусловно, знаете, что всем в нашем организме заправляют белки, aka протеины. Белки бывают очень разнообразны по форме и функциям - некоторые служат строительным материалом, другие - обеспечивают обмен веществ, третьи - коммуникацию между отдельными клетками организма, четвертые - просто путаются под ногами у всех остальных (или пока о них так думают). Кстати, природа, когда чего хорошее придумает - накрепко запоминает (в отличае от нас с вами), поэтому белок, нашедший себя, например в роли какого-нибудь переносчика иона натрия справа налево у грибов и низших растений, будет очень похож на своего собрата, выполняющего ту же функцию у пальм или белых кроликов. На молекулярном уровне природа вообще довольно консервативна, и то верно: против собственных законов не пойдешь, то ли дело законы эстетические - на макроуровне матушка разнообразием видов не только дарвину нервы потрепала :)

Собственно, не будь белков, той горстке жиров, углеводов и простых химических элементов, которые тоже входят в наш состав, было бы совершенно нечем заняться. Но заметьте, при всем разнообразии форм и функций, состав-то у белков довольно простенький - двадцать с небольшим аминокислот (десять незаменимых - которые вы ниоткуда, кроме как из пищи не получаете, и чуть больше десятка заменимых - синтезируемых организмом из незаменимых).

Свойства белка зависят от того, в каком порядке располагаются в нем аминокислоты, сколько их, и как молекула скрутилась после того, как была синтезирована. В связи с последним утверждением, казалось бы, праздный вопрос: какое отношение к стереометрии белка имеет экономика Великобритании?.. Самое непосредственное, между прочим: коровье бешенство, не столь давно здорово потрепавшее сельское хозяйство империи - лишь одна из целого ряда загадочных хворей, связанных, не с вирусами и не с бактериями, а с изменением белковой 3D структуры в мозгу. Подлые белки-прионы способны не только изменять свою собственную форму, но и заражать способностью к злокачественному конформизму своих товарищей. При этом они проходят через любые фильтры, выдерживают практически любую известную до сих пор стерилизацию и вообще "бу!" нам всем. Но о грустном будем как-нибудь в другой главе, а сейчас вернемся к насущному.

В набор "юный белкостроитель", которым обладает любая уважающая себя клетка от самостоятельной амебы до адипоцита слонопотама, входят:

1 ДНК - громадный сборник с тысячами и тысячами схем строения конкретных белков, который хранится в изолированном от прочих внутренностей клетки ядре,

2 Информационная, она же - матричная РНК (иРНК или мРНК)- калька, которая перерисовывается с одного гена - той области ДНК, которая кодирует интересующий клетку белок (что-то мне это все больше напоминает стихотворение "Дом, который построил Джек...")

3 Рибосома - дешифровальная машина, которая читает РНК, превращая записанную на ней информацию в цепочку аминокислот - именно такая цепочка и называется белком.

4 Транспортные РНК (тРНК), каждая из которых таскает на хвосте одну аминоксилоту до тех пор, пока ближайшей рибосоме не понадобится именно эта аминокислота

5 собственно, не раз уже помянутые здесь аминокислоты

Дезоксирибонуклеиновая кислота, нам более известная под кратким именем ДНК, представляет собой последовательность нуклеотидов.

А нуклеотид в свою очередь - комплекс из куска сахара (это молекула дезоксирибозы - отсюда первая часть названия ДНК. Кстати, когда перейдем к РНК - рибонуклеиновой кислоте, тут-то и выяснится, что она отличается от ДНК в том числе и вот этим сахарррком), щепоки фосфора (которая громко зовется фосфатной группой) и - та-дам! смотрите во все глаза - азотистого основания.

Азотистое основание во всей истории самое главное - именно оно превращает нуклеотид в знак кода, или, как любят сравнивать популяризаторы науки, в букву. Если смотреть на нуклеотиды с этой точки зрения, то геном любого из нас содержит слов в 800 раз больше, чем Библия.

Но я сравнение с буквами не люблю, потому что где вы видели алфавит всего на четыре буквы? И вообще как-то глупо, то ли дело код - таинственно и страшно. Итак, вот четыре азотистых основания - аденин, гуанин, тимин и цитозин (обозначаются A, G, T, C соответственно - это придется запомнить, ибо дальше я буду цитировать вам избранное из вашего генома, и если не поймете о чем речь, вам же будет стыдно). Когда к безликому соединению дезоксирибозы и фосфатной группы присоединяется одно из четырех азотистых оснований, комплекс становится полноценным нуклеотидом и теперь, если такой нуклеотид встроится в цепочку ДНК, состоящую из других нуклеотидов, он будет прочитан как знак. Видали, как все просто - только что была чепуха-чепухой, и вдруг - многозначительная часть бОльшего.

И еще один фокус есть у этих нуклеотидов в рукаве - они попарно комплементарны. То есть умеют избирательно образовывать водородные связи: гуанин соединяется исключительно с цитозином, а аденин - с тимином. Представьте: две шеренги людей, держащихся за руки, одна уже полностью выстроилась, другая, только выстраивается, какие-то одиночки бродят рядом и вы в том числе. Вы подходите к короткой шеренге и смотрите, кто окажется напротив вас, если вы сейчас туда встанете. Вам все равно, с кем взяться за руки справа и слева, но в лицо предпочтете смотреть только гуанину, если осознаете себя цитозином, только цитозину, если осознаете себя гуанином, только аденину, если вас с детства внушали, что вы - родились тимином, и только тимину, если у вас в паспорте в графе "кто?" написано "аденин". Это важно, потому что именно так выглядит каждая ваша хромосома: две цепочки комплементарные друг другу - две шеренги стоящих друг напротив друга нуклеотидов. Когда с ДНК считывается информация, и на ней синтезируется матричная РНК, эти нити расходятся - как замок-молния и РНК тоже строится по принципу комплементарности - то есть в том месте, где на ДНК стоит цитозин, в РНК встроится гуанин, а там, где стоит гуанин, в РНК встроится цитозин. Единственная разница состоит в том, что в РНК никогда не используется тимин, вместо него напротив аденина всегда встраивается урацил (U). Таким образом, в процессе трансляции вы получаете зеркальный слепок с интересующей вас ДНК.

Утомились? Ничего, мы почти закончили с азами, сейчас вот еще о гене и кодоне скажу, и перейдем к цвету глаз и скандалам вокруг хромосом, там будет веселее :))

Ген - это участок ДНК содержащий информацию об одном белке. Вообще, формула "один ген - один белок" это все равно, что для географии мантра "волгавпадаетвкаспийскоеморе" (впрочем, вру, недавно оказалось, что есть исключения - РНК, откопированная с ДНК может быть разрезана и сшита заново - этот процесс называется сплайсингом. По-разному сшитые РНК становятся матрицами для синтеза несколько отличающихся белков - понятно же, что если в Гамлете отдельные сцены попереставить местами, это по-прежнему будет Гамлет, но другой :).

Кодон, или триплет - это три нуклеоида взятые вместе. Триплету в ДНК соответствует аминокислота в белке, причем код един для всех организмов. Например, кодон CGA означает аминокислоту аргинин, а сочетание GCG - аланин, что в блохе, что в слоне. Нетрудно посчитать, что четыре нуклеотида дают 64 комбинации, а аминокислот всего-то 20. Вопрос: куда девается избыток? Ответ: никуда не девается, а используется, потому что ряд аминокислот кодируется несколькими кодонами. Это делает код более устойчивым: если в триплете один нуклеотид заменится вдруг на другой (а такие досадные недоразумения случаются довольно часто), то ничего не произойдет, правильная аминокислота все равно встанет на свое место. Кроме того, есть несколько кодонов, которые означают конец считывания, они называются стоп-кодоны и располагаются в конце гена.

Геномом называется вся совокупность генов, несущих информацию об организме. Всего генов у человека что-то между 60 000 и 80 000 помноженное на два, так как мы получаем по одному геному от каждого из родителей, и каждый из нас за малым исключением является счастливым обладателем двадцати трех парных хромосом, в которые все эти гены аккуратно упакованы. Причем разделены гены между хромосомами крайне неравномерно, поэтому хромосомы пронумерованы не по важности, не по порядку открытия или возникновения в ходе эволюции, а банально по размеру: первая - самая большая и далее по убывающей до двадцать второй. О из ряда вон выходящей двадцать третьей паре поговорим, когда придет пора размышлений "кто тут с венеры, а кто с марса", ибо это те самые пресловутые X и Y, определяющие пол.

Еще раз, чтобы не путаться подчеркну: о парах хромосом говорится потому, что двадцать три из них вы получаете от мамы, а двадцать три почти таких же - от папы. Разница лишь в том, что варианты (аллели) генов, кодирующих один и тот же признак, полученные вами от родителей могут не совпадать: ну, например, папенькин ген настаивает на второй группе крови, маменькин - на третьей. О-па, вы и оглянуться не успели, как у вас уже четвертая, за счет того, что на эритроцитах - красных кровяных тельцах представлены белки, считанные с обоих генов. Так что крепитесь и смиритесь, друзья мои: противоречивость заложена в нас настолько глубоко, что ни психологам, ни философам с ней не справиться, и к общему знаменателю не привести.

В некоторых случаях, правда, один ген из пары оказывается сильнее другого, точнее, он заставляет сильнее прявляться определенный признак, и тогда говорят, о доминантной аллели и рецессивной аллели. Классический пример - цвет глаз. У гена, располагающегося на пятнадцатой хромосоме, доминантным является вариант, обусловливающий синтез большого количества нашего природного красителя - меланина. Если человек получил такой доминантный ген хотя бы от одного из родителей, он будет кареглаз. И только мы, убогие, получившие сразу два слабеньких рецессивных варианта гена HERC2 (советую сразу привыкнуть к тому, что гены называются кто во что горазд, иногда совершенно неудобными аббревиатурами, иногда даже, о ужас, цифрами), глазеем на мир сквозь дырки в синей радужке. Вот вам, кстати, и объяснение, почему в большинстве популяций голубоглазость довольно редкий признак - ведь нужно, чтобы совпали два одинаковых слабых гена, в то время как для кареглазости достаточно получить только один сильный. В некоторых популяцих совпадение рецессивных генов настолько редко, что голубоглазость является совершенно исключительным явлением. Думаете, за что Лоренса Аравийского дамы пустынных племен обделяли вниманием и любовью? Они его боялись, полагая, что у него сквозь дырки в голове видно небо. И я рассказываю об этом не для того, чтобы вы опечалились судьбой Лоренса, а потому что существует целый ряд заболеваний, точно так же связанных с рецессивными генами, как связана с ними голубоглазость. И они могут быть так же привязаны к популяции, как цвет глаз, где-то проявляясь чаще, где-то почти никогда. Например, есть форма амилоидоза (болезни, при котрой особые белки откладываются в органах, нарушая их функции), характерная для средиземноморских народов и почти не встречающаяся у представителей других популяций. Или злокачественная форма анемии, поражающая в основном население западноафриканских стран. При таком раскладе важно помнить, что если каждый из родителей несет один доминантный - "здоровый" ген, а другой рецессивный "больной" ген, они оба здоровы и веселы, как морские котики, не подозревая, что есть 25% вероятность для каждого из их детей получить два рецессивных гена и оказаться больным. Это статистика и игра случая, с которыми наука пока, увы, почти не умеет бороться. Есть семьи, в которых друг за другом рождаются здоровые гетерозиготные дети, а есть такие, в которых дети один за другим попадают в эти несчастые 25 процентов. Единственное, что врачи могут пока предложить, это генетическая диагностика плода на ранних этапах беременности и генетическое консультирование людей, планирующих рождение ребенка. Вот, кстати, в США существует любопытная организация - Комитет предупреждения генетических заболеваний евреев, который отслеживает результаты генетических анализов у школьников, и в случае, если в брак собираются вступить носители "опасных" генов, комитет предупреждает их о существовании вероятности рождения больного ребенка и высказаться против брака. Юридической силытакая рекомендация не вступать в брак не имеет, но многие предпочитают взять ее во внимание...

И еще немного о хромосомах: их количество у разных организмов не одинаково. Но не думайте, что если вы взобрались выше всех по эволюционной лестнице (что, между прочим, тоже не факт), то получаете в качестве приза мешок, до отказа набитый хромосомами. Столько же, сколько нам, хромосом досталось ящерицам, карп отхватил в ходе эволюции целых пятьдесят две пары, индюку досталась сорок одна пара, и - мужайтесь, друзья мои - креведко обыкновенное, жалкое, лупоглазое креведко, обладает ста двадцатью семью хромосомными парами... И в этом мире мы уповаем на справедливость?! Причем (внимание, вот он, анонсированный выше скандал!) человек долгое время заблуждался на свой счет, приписывая себе лишнюю пару. Некий техасский ученый по фамилии Painter (я и впредь не буду морочить себе голову с транслитерацией фамилий, даже очень знакомых, и не надейтесь) насчитал 24 хромосомы. При этом замечательна его доказательная база. "Я пришел к выводу, что это число верно," - скромно объясняет результат своих исследований этот художник от науки. В его оправдание нужно сказать, что если вы хоть раз смотрели в кашу, называемую делящейся клеткой - а именно в такой клетке хромосомы в принципе видны глазу, то вы поймете, что тут и на плюс-минус автобус ошибиться немудрено. Занятно другое - инертность науки как таковой: в течение тридцати лет никто не оспаривал сделанное открытие, и все, кто пересчитывал людские хромосомы - а делалось это довольно часто, и даже фотографировал их для научных журналов, приходили к тому же числу. Лишь в 1955 году господа Joe-Hin Tjio и Albert Levan заметили неточность. Протерли микроскоп и глаза. Не помогло. подняли фотографии в журналах - те же двадцать три пары и ни на гран более... С тех пор человечеству пришлось свыкнуться с тем, что мы уступаем по количеству хромосом шимпанзе, гориллам и орангутангам, которые имеют их по 24 пары.

Установлено, что вторая по величине хромосома человека есть продукт слияния двух небольших обезьяньих хромосом, которое произошло на последней эволюционной развилке, пройденной нами около пяти миллионов лет назад, когда мы распрощались с нашим ближайшим эволюционным родственником - шимпанзе. После того, как Католическая церковь пошла на компромисс, частично признав теорию Дарвина и настаивая только на том, что в истории эволюции случился переломный с онтологической точки зрения момент, когда Бог вселил душу в предка человека, среди ученых стала популярной шутка о том, что гены души лежат, видимо, где-то на второй хромосоме.

Вот на этой оптимистической и всепримиряющей ноте я, пожалуй, закончу вводно-ознакомительный раздел. Остальные понятия, правила генетики и исключения из них будем осваивать по мере необходимости :)