Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают

Для некоторых белков на третичной структуре последовательность преобразований, приводящая к полноценно функционирующему белку, заканчивается. Но для других впереди есть еще один важный этап. В таких белках за третичной следует четвертичная структура: несколько правильно уложенных белковых цепей объединяются вместе в едином белковом комплексе. Вот теперь все. Новая прекрасная молекулярная машина полностью готова к труду и обороне.

1.8. Впихнуть невпихуемое

Сделаем шаг назад и снова поговорим о ДНК. О генетике, как и о любой другой науке, сложно говорить линейно: постоянно нужно делать шаги то вправо, то влево.

Итак, цепочка ДНК не просто так валяется в клетке. Клетка – штука маленькая, а ДНК, например, человека, если ее растянуть в длину, будет больше двух метров. И как уместить 2-метровую (пусть и очень тонкую) ниточку в «коробочку» величиной в микроны[44]? Решением этой задачи занимался еще великий философ Иа-Иа из рассказов о приключениях Винни-Пуха, укладывая воздушный шарик в горшочек из-под меда. Определенно, чтобы она поместилась в клетку, нужно упаковать ее очень плотно. Такая структура, в которую уложена ДНК вместе со вспомогательными белками, носит название «хромосома».

У бактерий, как правило, хромосома всего одна и она замкнута в кольцо. Поэтому такой тип хромосом называется кольцевым. Бактериальная ДНК относительно короткая, а делиться бактериям нужно очень быстро. Потому репликация (удвоение ДНК) в бактериальной хромосоме проходит по кругу – начинается и заканчивается в одной точке, а транскрипция (чтение генов) происходит крупными целыми блоками генов, идущих на хромосоме друг за другом. О бактериях мы поговорим подробнее дальше. Сейчас нам интересен подход к хранению ДНК у более сложных существ.

Таких как внучка, Жучка, кошка и репка (а знает ли кто-нибудь, почему у собаки в сказке есть имя, а у кошки нет? Вопрос попросила записать моя кошка Куся, будучи в крайнем возмущении от такой несправедливости). Эукариотические геномы очень большие – иногда в сотни тысяч раз больше геномов бактерий![45] А еще клеток у нас очень много и все разные – и в разных клетках еще и читаются разные гены, а не все подряд. Подход бактерий к чтению с хромосомы нужных генов не сработает. Здесь необходима возможность в любой момент развернуть любой отдельный кусочек ДНК и считать с него информацию.

Чтобы это получалось, единая молекула ДНК поделена на большие фрагменты, а затем каждый из них через равные интервалы намотан на специальные белки – гистоны. Готовые клубочки с гистоном внутри укладываются один за другим, образуя спираль. А спираль затем соберется во что-то вроде петелек. Когда появится необходимость прочесть некую группу генов, соответствующие петельки легко «вытянутся» из общего «вязания», раскрутятся, освободятся от гистонов и дадут прочесть с себя всю необходимую информацию для построения нового белка. Такой подход очень удобен для клетки – он позволяет одновременно и независимо читать множество разных генов с совершенно разных мест молекулы. Такая хромосома зовется линейной.

В каждой соматической[46] клетке человека 46 таких хромосом. Два почти идентичных набора по 22 хромосомы – аутосомы, и две хромосомы половые. Такой удвоенный набор хромосом называется диплоидным. В половых клетках – клетках, отвечающих за размножение, – набор одинарный (22 аутосомы + 1 половая), он носит название гаплоидного. И вот эти знания нам сильно пригодятся дальше для разговора о модификации геномов растений, так что это первое, что стоит и правда запомнить. Размер гаплоидного набора принято обозначать буквой n. Так, для человека n=23, а полный кариотип – число, форма и особенности всех хромосом организма – равен n×2, то есть 23×2=46.

Половые клетки одного родителя, несущие один гаплоидный набор хромосом, в момент оплодотворения сливаются с половыми клетками второго родителя, также несущего гаплоидный набор хромосом. Получившаяся диплоидная клетка – зигота – дает начало новому человеку. Зигота делится пополам, и у зарождающегося существа становится уже две клетки, каждая из двух снова делится, и вот их уже четыре, на следующем шаге деления восемь, затем 16…[47]. И у каждой из них будет удвоенный набор хромосом: когда такая клетка собирается делиться, сначала ее диплоидный набор удваивается еще раз, а затем в каждую новую клетку уходит такой удвоенный набор. Но некоторые клетки зародыша ждет иная судьба – на определенной стадии развития плода им предстоит стать половыми. В таких клетках произойдет редукция числа хромосом, и их полный набор будет вновь гаплоидным. Чтобы однажды дать жизнь новому потомку все по той же схеме.