Генетика на пальцах

А теперь давайте вспомним то, что было сказано выше о «воспитании» пшеницы холодом. Высаживаем пшеницу в северных условиях и дальше работаем с выжившими всходами – продолжаем высаживать их в прежних условиях и делаем так несколько раз. В результате такого вот закаливающего «воспитания» должен получиться новый холодоустойчивый сорт пшеницы. Для далеких от генетики эта ахинея может звучать логично и убедительно: если человек может закаляться, то почему не может закалиться пшеница? Но на самом деле ни высаживанием в холодных условиях, ни высаживанием в жарком климате нового сорта пшеницы получить нельзя.

Новый сорт – это новый генотип!

Новый генотип можно создать с помощью мутаций. «Воспитатели», желавшие создать новый сорт пшеницы, должны были вызывать в зернах пшеницы мутации с помощью факторов, которые их вызывают. Эти факторы называют мутагенными факторами, или мутагенами. Мутагены воздействуют на молекулы ДНК, изменяя их структуру, а также могут повреждать некоторые белки, участвующие в процессе репликации молекул ДНК или в процессе клеточного деления.

Обработали зерна мутагенами, высеяли в холодных условиях и смотрим, как они будут расти. Если всходы быстро погибли, обрабатываем новую порцию зерен и высаживаем ее… Долго? Да, такой процесс может растянуться на годы, ведь он осуществляется буквально вслепую, но с помощью мутагенов можно создавать новые сорта, а посредством «закаливающего воспитания» этого не добиться. В наше время возможности генной инженерии существенно расширились, но в середине прошлого века, когда «воспитание» растений было широко распространено, других вариантов реального получения новых сортов, кроме «слепого» использования мутагенов, не существовало.

Подведем итог сказанному: мутаген – это некий агрессивный фактор, способный вызывать изменения в молекулах ДНК, РНК и белков, а также блокировать белки.

Каким образом мутагены изменяют молекулы? Посредством разрушения связей между атомами. Одни связи удерживают атомы в молекуле, другие – придают молекуле определенную конфигурацию, третьи могут объединять несколько молекул в группу… Мутаген можно сравнить с ножом, разрезающим химическую связь. Но среди мутагенов есть не только «ножи». Встречаются и блокаторы, которые связываются с белками, участвующими в делении клетки, блокируя тем самым их функции. Чуть позже мы познакомимся с одним таким блокатором.

По своей природе мутагены подразделяются на физические, химические и биологические.

Самыми известными физическими мутагенами являются различные виды ионизирующего излучения: ультрафиолетовое, нейтронное, рентгеновское, гамма-излучение и др. Эти излучения называются ионизирующими благодаря своей способности образовывать ионы[30] из нейтральных атомов или молекул в тех веществах, через которые они проходят. Этот процесс называется ионизацией. Чем сильнее ионизация, тем больше разрывов в молекулах ДНК. Чем больше разрывов, тем больше ошибок при их ликвидации, тем больше мутаций.

Важно понимать, что сам по себе мутаген не создает мутацию. Он создает условия для возникновения мутаций – разрывает молекулы ДНК, которые могут быть сшиты с ошибками, а также повреждает молекулы РНК и белков, нарушая тем самым их функционирование.

Кстати говоря, не стоит чрезмерно пугаться ультрафиолетового излучения и передвигаться на открытых пространствах только под зонтом. Значительная часть ультрафиолетового излучения поглощается тканями организма, и потому у многоклеточных организмов, к которым мы с вами относимся, оно способно вызывать мутации только в поверхностно расположенных клетках, которые мы защищаем при помощи одежды и головных уборов. (Ответьте сами на вопрос: полезен ли загар?)

Высокие или низкие температуры также могут вызывать мутации, но, в отличие от ионизирующего излучения, мутагенное действие температур избирательно. Так, например, у ржи или пшеницы температуры никаких мутаций не вызывают, а вот у мушек-дрозофил повышение температуры окружающей среды на 10 °C увеличивает частоту мутаций в три раза. Почему так происходит? Потому что молекулы ДНК дрозофил чувствительны к нагреву. Образование химической связи между двумя атомами всегда сопровождается выделением определенного количества энергии, а разрыв химической связи, напротив, протекает с поглощением энергии. Повышается температура окружающей среды → нагревается организм дрозофилы → связи в молекулах ДНК поглощают тепловую энергию → связи разрываются.

На сегодняшний день нет данных о том, что изменение температуры окружающей среды может вызывать мутации у человека. Так что можете смело париться в бане и купаться в проруби (при условии, что состояние здоровья позволяет вам этим заниматься).