очертания.

В 1961 г. 34-летний малоизвестный доктор Ниренберг имел небольшую

лабораторию в Национальном институте артрита и болезней обмена (г. Бетесда,

Мериленд). Начав изучение генетического кода, он сразу же попал в

“высококонкурентную среду”. О его работе прослышал крупнейший биохимик,

нобелевский лауреат С.Очоа и, поняв, насколько высока ставка, попытался

сделать бросок вперед, чтобы опередить Ниренберга. Очоа даже не поехал на

конгресс в Москву, а сразу приступил к работе. Силы были неравные: у

авторитетнейшего ученого Очоа не было финансовых проблем, кроме того, он

владел многими уникальными методами. Но и Ниренберг не собирался сдаваться.

Но вскоре, не обогнав Ниренберга, Очао вышел из игры.

Затем, по словам Крика, “наступила пауза, поскольку было неясно, как

продолжать. Это привело к шквалу теоретических работ, большинство из

которых благополучно забыто…”

Мутационных данных по-прежнему не хватало, чтобы устранить все

неоднозначности генетического кода.

Но разработанная вскоре удобная схема (ее можно назвать алгоритмом)

последовательной выбраковки вариантов кода позволила очень быстро сократить

их разнообразие до двух-трех. В 1964 г. появился большой массив мутационных

данных. Небольшую статью с последними вариантами кода и аргументами в

пользу направления трансляции А.Н. Белозерский представил для публикации в

“Докладах АН СССР”.

Пиршество победителей

2—9 июня 1966 г. в Колд Спринг Харборе, вблизи Нью-Йорка, собрался

“съезд победителей” – весь цвет биохимической науки (в основном,

американцы). Из СССР был один участник — С.Е. Бреслер из Ленинграда, но без

доклада. Таблицу генетического кода, сведенную Криком и представленную как

плод коллективного труда, канонизировали как генетический код E.coli.

В своем вступительном докладе Крик сказал:

“Это историческое событие… Оценивая статьи этого симпозиума и оставляя в

стороне все сомнительные пункты и оговорки, можно сказать, что открытие

генетического кода — это действительно ключ к молекулярной биологии. Мы

можем быть полностью уверены, что наши общие идеи, такие как гипотеза

последовательности действительно правильны. После этого для сомневающихся

будет очень трудно не принять фундаментальные положения молекулярной

биологии, которые мы пытались доказать в течение многих лет”.

Итак, словарь языка генов был определен полностью. Проблема

генетического кода нашла свое экспериментальное решение. Структурно-

функциональный базис молекулярной биологии получил прочное обоснование.

Несмотря на все превратности судьбы, это был и грандиозный успех

информационно-лингвистического подхода. Период экспериментальной дешифровки

кода успешно закончился. Началось теоретическое осмысление найденных

закономерностей. Настало время построения основ теории молекулярно-

генетических систем управления, теории генетического языка и др.

В 1968 г. Ниренберг, Хорана и Холли стали лауреатами Нобелевcкой премии

по физиологии и медицине за расшифровку генетического кода и его функции в

синтезе белка.

Факторы, влияющие на мутацию

Мутации, появляющиеся в естественных условиях под влиянием внешней среды

обозначаются термином «спонтанные мутации».

Радиация

Воздействие разнообразных факторов окружающей среды, включая радиацию и

ряд химических соединений, приводит к увеличению частоты мутаций. В 1927

году американский генетик, впоследствии - лауреат Нобелевской премии Генрих

Меллер впервые показал, что облучение рентгеновскими лучами приводит к

существенному увеличению частоты мутаций у дрозофилы. Эта работа положила

начало новому направлению в биологии - радиационной генетике. Благодаря

многочисленным работам, проведенным за последние десятилетия, мы теперь

знаем, что при попадании элементарных частиц (Y-кванты, электроны, протоны

и нейтроны) в ядро происходит ионизация молекул воды, которые, в свою

очередь, нарушают химическую структуру ДНК. В этих местах происходят

разрывы ДНК, что и приводит к возникновению дополнительных, индуцированных

радиацией мутаций.

Первоначально интерес к этой проблеме был обусловлен разворачивавшейся

гонкой ядерных вооружений, впоследствии – развитием ядерной энергетики. В

последнее время большое внимание исследователей привлекает проблема

эффектов малых доз радиации на биологические объекты в связи с

увеличивающимся радиоактивным загрязнением окружающей среды.

Экспериментальные работы, посвященные исследованию эффектов в области малых

доз радиации, с которыми сталкиваются люди в обыденной жизни, заполнены

данными, полученными путем экстраполяции из области больших доз. Достаточно

сказать, что не определено понятие “малые дозы” радиации. По этой причине в

радиобиологии существует спектр гипотез о степени опасности малых доз

радиации: от линейно-беспороговой, когда опасными считаются любые сколь

угодно малые дозы радиации, до гипотезы радиационного гормезиса, когда

малые дозы радиации считаются полезными для живых организмов.

Большой объем информации по влиянию радиации на человека был получен при

изучении последствий бомбардировки Хиросимы и Нагасаки и Чернобыльской

аварии.

Первое широкомасштабное изучение генетических последствий воздействия

радиации на человека было проведено американскими и японскими

исследователями в Хиросиме и Нагасаки. Эти работы начались в 1946 году, то

есть практически сразу после капитуляции Японии. Взрывы атомных бомб в

Хиросиме и Нагасаки привели к одномоментной гибели десятков тысяч людей и

массовому облучению выживших. В то время эффекты радиации были практически

неизвестны, поэтому американское правительство приняло решение о проведении

всестороннего изучения последствий взрывов для населения двух городов.

Тогда, волею случая, в американской армии служил лейтенант медицинской

службы Джеймс Нил, который до войны активно занимался генетическими

исследованиями на дрозофиле. Ему было поручено научное руководство этими

работами, которые сразу же приобрели ярко выраженную генетическую

направленность.

Следует отметить, что в то время (1946г.) генетика человека как наука

практически не существовала. Ученые даже не знали, сколько хромосом в ядре

клетки человека. Поэтому с самого начала было принято решение исследовать

частоту мертворождений, смертность, пороки развития и заболеваемость среди

потомков облученных родителей. Позже, по мере развития генетики человека, у

детей начали изучать изменчивость хромосом и некоторых генов. В конечном

итоге была проведена колоссальная работа по анализу десятков тысяч потомков

облученных родителей. Основной результат этих работ - полное отсутствие

влияния эффектов радиации на изученные признаки. Достоверная разница

наблюдалась лишь по соотношению полов: у облученных матерей рождалось

меньше сыновей, а у облученных отцов – меньше дочерей. При этом многие

родители получили достаточно высокие дозы облучения при взрывах бомб. При

таких дозах генетические последствия радиации выявляются у мышей - наиболее

близкого к человеку организма в радиационной биологии. Почему так

получилось?

Ответ на этот вопрос лежит в самой природе признаков, изученных у

японских детей. Причина смерти ребенка или его подверженности заболеваниям

определяется, грубо говоря, либо воздействием неблагоприятных факторов

среды (например, инфекция), либо наличием определенных генетических

признаков, отрицательно сказывающихся на ребенке. Если говорить о

наследственных факторах, то ребенок может умереть (заболеть) или благодаря

неблагоприятным генетическим признакам, унаследованным от родителей, или

потому, что он является носителем новой вредной мутации. Согласно

современным данным, не более 5 процентов случаев всей детской смертности

связаны с мутациями. Предположим, что в Японии до взрывов детская

смертность составляла 1 процент, а частота мутаций после взрывов возросла в

2 раза. При этом даже двукратное увеличение частоты мутаций привело к очень

незначительному увеличению общей детской смертности, обнаружить которое

практически невозможно. Следовательно, изучение детской смертности не

позволяет обнаружить генетических последствий воздействия радиации у

человека.

Помимо смертности и заболеваемости, у японских детей были изучены

некоторые аномалии хромосом и мутации в ряде генов. Многие хромосомные

мутации очень вредны для человека, в своем большинстве приводят к гибели

плода (то есть к выкидышам), и их частота очень низка среди новорожденных.

Теоретически, радиация должна приводить к существенному увеличению частоты

хромосомных аномалий у человека, но понятно, что изучать этот процесс надо

среди плодов, а не среди новорожденных. Подобные работы в Японии не

проводились. Что касается большинства генов, то частота мутаций среди них

очень низка. Надо исследовать по меньшей мере 100 тысяч детей, чтобы найти

одну мутацию по определенному гену. Ясно, что если после взрывов эта

частота даже сильно изменилась, то обнаружить это можно, изучив не десятки

(как это было сделано в реальности), а сотни тысяч детей.

Если подвести итоги многолетних генетических исследований в Хиросиме и

Нагасаки, то они неутешительны. Были затрачены колоссальные средства, в

работе принимали участие сотни американских и японских исследователей, а в

результате стало очевидно, что радиационная генетика человека находится в

тупике. Причина тому - полное отсутствие адекватных экспериментальных

подходов к изучению генетических последствий воздействия радиации у

человека. Если это так, то надо искать новые генетические подходы. Если

минисателлиты столь перспективны для радиационной генетики, то их надо

использовать. Эти работы были начаты в 1991 году. В них принимали участие

ученые трех стран - России, Великобритании и Белоруссии В середине 80-х

годов у человека и других живых организмов был открыт новый класс

последовательностей ДНК, получивших название минисателлиты. Они состоят из

относительно коротких повторяющихся фрагментов ДНК длиной 10-60 нуклеотидов

("букв", из которых построена ДНК), собранных вместе подобно вагонам в

поезде. Мутации в минисателлитах приводят к изменению числа повторов, что

очень напоминает работу сцепщика на железнодорожной станции,

присоединяющего или отсоединяющего вагоны в составе. Самое главное - эти

мутации происходят с неимоверной частотой, которая более чем в 1000 раз

превышает таковую для обычных генов. Если так, то изучив сотню-другую

детей, можно найти во много раз больше мутаций среди минисателлитной ДНК,

чем при анализе сотен тысяч детей, исследованных в отношении генов,

кодирующих белки. А если частота мутаций в минисателлитах увеличивается при

воздействии радиации, то надо проанализировать пару сотен детей, рожденных

от облученных родителей, для того чтобы обнаружить изменения в частоте

мутаций.

Большая их часть проводилась в Великобритании, в лаборатории профессора

Алека Джеффрейза, который открыл минисателлиты в середине 80-х годов.

Сначала проверили, оказывает ли влияние радиация на минисателлитные

мутации у лабораторных мышей. Изучив всего 150 потомков облученных

животных, были обнаружены практически двукратное увеличение частоты мутаций

у них по сравнению с таковой у необлученных мышей. "Всего" означает, что

при использовании обычных генов с низкой частотой мутации, аналогичный

результат был получен на десятках-сотнях тысяч животных. Если так, то, во-

первых, минисателлиты являются чувствительными к радиации, а во-вторых, они

позволяют обнаруживать эффекты радиации при анализе очень малого числа

потомков.

Проведя эту работу, исследования обратились к человеку. Усилиями

белорусских учёных из НИИ радиационной медицины в Могилеве были собраны

образцы крови от семей, проживающих на территории Могилевской области,

которая была сильно загрязнена радиоактивными изотопами в результате

Чернобыльской катастрофы. Всего были изучены 127 детей, рожденных в этом

регионе после Чернобыля (это число не идет ни в какое сравнение с десятками

тысяч детей, исследованных в Хиросиме и Нагасаки) и показали, что частота

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5