Генетика на пальцах

На сегодняшний день принято считать кроссинговер случайным процессом, но не исключено, что обмен участками подчинен каким-то строгим закономерностям, которые пока еще не открыты. Да и сам механизм кроссинговера пока еще не изучен до конца. Говоря «хромосомы обменялись участками», мы не представляем всех деталей этого процесса и не можем расписать его «по нотам». Короче говоря, если вы молоды, вдумчивы, энергичны и мечтаете совершить одно или несколько великих открытий, то вам определенно стоит подумать о том, чтобы стать генетиком. Кроме шуток.

Кроссинговер, происходящий в одном участке хромосомы, называют одинарным. Поскольку хромосомы очень длинные, в них одновременно могут происходить несколько перекрестных обменов участками – двойные, тройные и множественные кроссинговеры.

Все живое устроено очень продуманно. У любого полезного (вы уже догадались, почему полезен кроссинговер?) процесса существует свой ограничительный механизм, не позволяющий полезному превратиться во вредное. Существует такое явление, как интерференция. Суть его заключается в том, что кроссинговер, происшедший в одном участке хромосомы, подавляет кроссинговер в близлежащих сегментах.

Зачем нужно подавлять кроссинговер «по соседству»? Зачем ограничивать размеры обмениваемых участков? Ведь обмен-то происходит равноценный…

Во-первых, смысл кроссинговера состоит в повышении разнообразия, в создании новых комбинаций генов. Для этого выгоднее произвести несколько обменов небольшими участками, расположенными в разных местах, а не обменивать один большой участок на другой. Можно привести довольно грубую, но наглядную аналогию с игральными картами, которые нужно тасовать так, чтобы полностью изменить последовательность их расположения. Если просто разделить колоду карт надвое и поменять половинки местами, толку от такой тасовки будет мало.

Во-вторых, во время разрезания и сшивания молекулярных цепочек неизбежны ошибки. Лучше, то есть выгоднее, иметь ошибку, приводящую к относительно небольшим изменениям генетического кода, нежели масштабную.

После открытия кроссинговера было принято считать, что при этом процессе рекомбинация осуществляется между генами, но сам ген кроссинговером никогда не разделяется. Таким образом, ген стал считаться единицей кроссинговера. Генетики представляли хромосому в виде длинной нити с нанизанными на нее «бусинами» – генами. Каждый ген собран в плотный комок, который при кроссинговере разрезаться не может. Нить хромосомы рвется только там, где на ней нет бусин. Вполне логичное предположение, не так ли?

Подобные взгляды сохранялись до середины прошлого века, то есть до начала бурного развития генетики. Кстати говоря, даже сейчас в специализированной литературе иногда можно встретить утверждение: «ген является единицей кроссинговера», несмотря на то что на самом деле кроссинговер может проходить и внутри генов. Правда, «внутригенный» кроссинговер является исключением, а не правилом, поскольку он происходит очень редко, примерно в десять тысяч раз реже обычного. Так что упрощенно можно продолжать считать ген единицей кроссинговера. Мы с вами так и будем делать.

Важно понимать, что гены в результате «внутригенного» кроссинговера не уничтожаются, а всего лишь «обновляются». Как бы ни протекал кроссинговер, на количестве генов в хромосоме он не сказывается. Сколько было до обмена, столько же будет и после него. Кроссинговер «тасует» гены, но не превращает одни гены в другие. Если, к примеру, в темнокожей семье с исключительно темнокожими предками с обеих сторон вдруг рождается белый ребенок, то это явление никак нельзя объяснять кроссинговером. Точно так же, как и рождение темнокожего ребенка в исконно белой семье.

Выше было сказано о том, что кроссинговер наблюдается во время мейоза. Однако обмен участками между гомологичными хромосомами может происходить и в митозе, в периоде интерфазы, когда клетка, готовящаяся к предстоящему делению, удваивает число хромосом. В интерфазе хромосомы не соединяются друг с другом центромерами, но обмену участками это не мешает. Более того – отсутствие центромер позволяет четырем хромосомам сливаться в крестообразную структуру, которая затем разрывается таким образом, что у каждой хромосомы появляется новый фрагмент[23]. Такие хромосомные «кресты» называются структурами Холлидея, в честь британского биолога Робина Холлидея, предположившего существование «крестов» в 1964 году.

Структура Холлидея. латинскими буквами обозначены аминокислоты – аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T)