Генетика может возродить динозавров?
Отвечает
Нариман Баттулин
Окаменелости динозавров представляют собой скорее камни, чем биологические ткани животного. ДНК в этих камнях нет, поэтому непосредственного доступа к геному динозавров у генетиков нет. Однако мы можем многое узнать о вымерших динозаврах, если будем изучать птиц. На уровне функционирования генома динозавры юрского периода не сильно отличаются от куриц. У ДНК ведь есть свой срок годности. В идеальных условиях в замороженных тканях ДНК сохраняется около миллиона лет.
Так что ДНК динозавров давно исчезла, но ДНК мамонтов и шерстистых носорогов, выкопанных из вечной мерзлоты тундры вполне можно выделить и изучить. Как этим занимаются палеогенетики, можно узнать в нашем учебном пособии. Несмотря на то, что ДНК сохраняется в замороженных тканях мамонтов, она довольно сильно деградирует. Если в живой клетке молекулы ДНК в хромосомах имеют длину до 150 000 000 нуклеотидов, то в выкопанных тканях средний размер фрагмента составляет всего 200 нуклеотидов. Клонировать мамонтов тоже не получится — чтобы нормально развиваться, эмбрион мамонта должен иметь целые молекулы ДНК. А собрать из таких маленьких кусочков целую молекулу все равно, что попытаться собрать фарфоровую вазу, разбитую на 15 миллионов кусочков.
Живого динозавра или мамонта мы не увидим, но я надеюсь, что с помощью генной инженерии получится создать волосатого индийского слона (такой проект сейчас разрабатывается), а это уже почти мамонт!
Я смогу создать искусственного человека лет через 15, если пойду в генетики?
Отвечает
Вениамин Фишман
Важно понимать, что все живое (кроме вирусов) состоит из клеток. А клетки — из молекул. Создать даже самую простую клетку — бактериальную — из отдельных молекул ученые пытаются уже давно. Один из нашумевших экспериментов в этой области — опыт группы Крейга Вентера, опубликованный в 2010 году в журнале Science. Ученые заменили бактериальный геном искусственно синтезированным в лаборатории и показали, что такая «химическая» ДНК может управлять жизнедеятельностью пусть и простого, но живого организма. Не спешите радоваться — другие компоненты клетки, особенно белки, синтезировать в лаборатории намного сложнее. ДНК бактерии в тысячу раз короче, чем у человека, и значительно проще упакована. Поэтому сделать жизнеспособную человеческую или бактериальную клетку в химической лаборатории в обозримом будущем вряд ли удастся.
Но есть и хорошая новость. Клетки животных хорошо приспособились жить друг с другом — для этого они создали системы самоорганизации и взаимного контроля. Смешав разные клетки, можно объединить их в некоторое подобие органа или ткани. Особенно хорошо способность к самоорганизации развита у эмбриональных клеток — ведь им приходится согласовывать свои действия во время формирования эмбриона. Об этом в нашей книге есть целая глава. Ученые давно пользуются способностью эмбриональных клеток к самоорганизации, пытаясь искусственно формировать и выращивать эмбрионы. Учитывая недавний прорыв, который совершила группа Якоба Ханы, научившись выращивать мышиных зародышей в искусственной матке до 11 дня развития, кажется, что выращивание искусственных людей — не такая уж фантастическая задача.
А вот с выращиванием отдельных органов дело обстоит сложнее, потому что взрослые клетки не так легко самоорганизуются в разные ткани и структуры. Сейчас над этой задачей бьются многие ученые — ведь никто не откажется от запасного сердца или почки, выращенной в генетической лаборатории. Именно это направление будет наиболее активно развиваться через 15 лет.
У генетиков есть какой-нибудь план на случай всемирной катастрофы?
Отвечает
Сергей Седых
Давайте разберемся, что можно понимать под «всемирной катастрофой». Серьезная проблема есть в сфере продовольствия. Почти 10% жителей Земли голодают, и трудно назвать это иначе, чем катастрофой. Обеспечить продовольствием 8 миллиардов людей «стандартными» методами селекции — скрещиванием и отбором — вряд ли получится.
Сегодня десятки трансгенных генетически модифицированных сортов (с использованием технологии рекомбинантной ДНК) и полученных редактированием генома (метод CRISPRCas) проходят испытания в нашей стране и уже допущены к выращиванию во многих странах. Именно они позволят не допустить продовольственной катастрофы.
Другой «катастрофой» может быть появление новой болезни, которая будет поражать население. В 2020 году знания, накопленные генетиками и генными инженерами, позволили в кратчайшие сроки создать новые вакцины для профилактики новой коронавирусной инфекции. Думаю, и с другими мы справимся.
Но готовы ли генетики спасти человечество в случае всемирной катастрофы? Мы-то готовы, но лучше, чтобы человечество не доводило себя до катастрофы и прислушивалось к тому, что ему советуют ученые.
Как работает лекарство от Covid-19?
Отвечает
Михаил Карташов
Вирусы, несмотря на всю кажущуюся простоту строения, достаточно коварны. В большинстве случаев лечение вирусных инфекций сводится к устранению симптомов. В отличие от тех же бактерий, против которых у врачей существует большой арсенал антибиотиков, настоящего оружия против вирусов разработано еще очень мало (зато есть над чем трудиться будущим поколениям биологов). Но у вирусов есть одно слабое место, отличающее их от остальных организмов. Для своего размножения они обязательно должны проникать в клетки своего хозяина. Лучшее средство борьбы с ними — установление преграды на этом пути. От инфицирования вирусами нас спасает иммунная система, на страже которой находятся два грозных оружия — специальные клетки-киллеры и антитела. Кроме того, иммунная система имеет хорошую память и надолго запоминает всех чужеродных врагов в лицо.
Чтобы иммунная система смогла отразить нашествие коронавируса еще на подступах к организму, нужно предупредить ее об этом незваном госте и заранее вооружить нужным оружием. Все это достигается с помощью вакцинации. Ученые изобрели разные типы вакцин от коронавируса. В одних представлены только небольшие кусочки от коронавируса, своего рода отдельные пазлы. В других это может быть безобидный для нашего организма вирус, но измененный таким образом, что отдельными частями напоминает коронавирусные «пазлы». В третьем типе коронавирус уже полностью убит (инактивирован). Главное, что вакцина полностью безопасна для организма, но обучает иммунную систему знать врага в лицо!
ГМО есть вредно? И вообще, что это такое?
Отвечает
Нариман Баттулин
ГМО (генетически модифицированный организм) — это организм, в геном которого, с помощью методов генетической инженерии, были внесены запланированные изменения. Модификация может заключаться во внесении гена от другого неродственного вида. Новый ген добавляет новое свойство. Например, это может быть ген, повышающий устойчивость пшеницы к засухе. Современный уровень развития генетики позволяет проектировать и создавать организмы с самыми разными свойствами.
К сожалению, из-за мифов ГМО приобрели дурную славу. Но с точки зрения генетики, ГМО не вреднее обычной пищи. Ни одно серьезное научное исследование не обнаружило негативных последствий для здоровья от употребления в пищу продуктов из генетически модифицированных организмов. Проверяли и отдаленные последствия на последующие поколения, и тоже никаких признаков негативного действия ГМО не обнаружили.
Как можно увидеть свою ДНК?
Отвечает
Елена Воронина
Увидеть ДНК можно, если выделить ее из нескольких сотен тысяч клеток. Для этого ученые разрушают клеточные мембраны и клеточные белки, в том числе те, на которые «наматывается» ДНК в клетках. Затем добавляют спирт: молекулы ДНК, пытаясь от него «спрятаться», как бы прижимаются друг к другу и выпадают в осадок в виде тонких белых нитей. В этот момент ученый видит молекулы ДНК.
Нечто подобное можно увидеть, если провести такой эксперимент: собрать 3-5 мл слюны (в ней содержатся эпителиальные клетки с внутренней поверхности щек) и развести примерно равным объемом 1% раствора поваренной соли. В полученный раствор добавить 2-3 капли моющего средства и миллилитр разведенного в воде (1 таблетка в 10 мл воды) ферментативного препарата (например, Панкреатин или Мезим). Погреть в теплой воде (около 35 градусов по Цельсию) 15-20 минут и затем аккуратно по стеночке или палочке добавить в раствор холодный спирт (чем больше концентрация спирта, тем лучше — можно использовать изопропиловый спирт, купленный в аптеке). На границе водной и спиртовой фазы вы увидите формирование тонких белых нитей, которые постепенно будут формировать большой клубок — это и есть молекулы ДНК. При таком способе мы увидим не чистые молекулы ДНК, так как не очищаем препарат от белков и полисахаридов. Но можно сказать, что «одним глазком» мы на ДНК посмотрели.
А вот увидеть двухцепочечную спираль, модель которой представляет себе каждый, невозможно даже в электронный микроскоп. В самом сильном микроскопе ДНК видна как очень тонкая нить. Сейчас активно развивается создание самоорганизующихся наноструктур из молекул ДНК. Ученые синтезируют цепочки ДНК с рассчитанной нуклеотидной последовательностью, и за счет взаимодействия нуклеотидов они начинают собираться в задуманные исследователем фигуры — шары, пирамиды, звездочки и даже смайлики. Такие структуры хорошо видны в микроскоп. Знаменитые А, Г, Т, Ц тоже невозможно увидеть в микроскопе. Для этого существует секвенирование, при котором ученые шаг за шагом определяют, какой из нуклеотидов присоединен следующим в цепочке ДНК. И этот шаг за шагом — миллиарды шагов. Современные приборы могут «прочитать» всю ДНК человека (6 миллиардов нуклеотидов) за одни сутки.
Генетика может помочь с проблемами экологии?
Отвечает
Елена Хлесткина
Современная генетика и генетические технологии уже используются, а в будущем еще шире будут использоваться для решения экологических проблем. Уже сегодня мы можем выводить сорта растений, которые требуют гораздо меньше обработок пестицидами — это способствует переходу к экологическому земледелию. Такое направление станет более успешным, когда селекционеры будут корректировать варианты «неустойчивых» генов на «устойчивые» с помощью генетического редактирования. Пилотные работы в этом направлении уже идут на разных растениях. Главное в процессе создания сорта какой-либо культуры — «настроить» его генетически, чтобы оно производило вещества в нужной модификации так, чтобы при использовании растительного сырья потребовался минимум его доработки или химической модификации. Современная генетика и генетические технологии позволяют делать такую «настройку» целенаправленно и в короткие сроки.
Серьезной экологической угрозой являются инвазии отдельных видов растений и животных. Численность популяций агрессоров пытаются научиться контролировать при помощи генетических технологий — в будущем, к примеру, удастся вернуть борщевик в прежнее скромное состояние, когда он был невысоким, жил в подлесках и не выходил на открытые пространства, подавляя луговую растительность.
Кроме того, генетика помогает проводить мониторинг генетического разнообразия в природе, вовремя сигнализировать о рисках утраты этого разнообразия и вовремя разрабатывать и применять комплекс мер по сохранению (а с помощью генетических технологий теперь и направленному расширению) «разнообразия генов» видов, что находятся под угрозой исчезновения.
Мы правда родственники обезьяны?
Отвечает
Александр Пилипенко
Мы с обезьянами родственники, только эволюционные. Эволюционное родство означает, что у организмов когда-то был общий предок, после которого каждый из видов пошел своим эволюционным путем. На самом деле мы связаны эволюционным родством со всеми видами живых существ. Только степень родства отличается: чем позже существовал наш общий предок, тем ближе наше родство. Млекопитающие — более близкие наши родственники, чем, например, птицы, а уж тем более насекомые или растения. Но все мы когда-то имели общих предков. Человек и различные виды обезьян входят в отряд приматов. Общий предок человека и остальных приматов жил 65-75 миллионов лет назад. Это совсем небольшой срок по меркам эволюции. Поэтому различные виды обезьян — довольно близкие нам эволюционные родственники. Кстати, самые близкие родственники человека среди млекопитающих за пределами отряда приматов — это грызуны.
Очень близкое эволюционное родство связывает нас с высшими человекообразными обезьянами. Самые близкие родственники из ныне живущих видов — это шимпанзе: наши эволюционные тропинки разошлись всего 6-7 миллионов лет назад. Когда-то существовали еще более близкие наши родственники — представители рода Homo (Люди). Это сейчас мы с вами остались единственным сохранившимся видом в этой группе. А еще каких-то 50-100 тысяч лет назад, помимо Человека разумного (так мы сами себя скромно назвали) жили неандертальцы и денисовский человек. Наши общие с ними предки существовали меньше миллиона лет назад, буквально в эволюционном «вчера». Кстати, эти исчезнувшие виды людей оставили важный генетический след в современном человечестве. Это удалось установить с помощью анализа древней ДНК.
У мармеладного мишки есть ДНК?
Отвечает
Елена Воронина
Мармеладные мишки производятся на основе желатина или агара. В их состав входят также сахар, сироп глюкозы, крахмал, специи, лимонная кислота, пищевые красители. ДНК в компонентах не указана, однако, желатин получают из хрящей животных. В хрящевой ткани присутствуют клетки, а в них есть ДНК. Так что в мармеладном мишке могут быть остатки ДНК животного, хрящи которого использовали для приготовления желатина. Однако стоит отметить, что в процессе получения желатина из хрящей требуется длительное кипячение, которое разрушает ДНК. Поэтому даже если ДНК содержится в мармеладных мишках, то ее очень-очень мало, и она сильно разрушена. Агар получают из водорослей, и остатки их ДНК также могут сохраняться в мармеладном мишке, но в очень незначительных количествах. Выделить ДНК из мармеладного медвежонка не удастся, так как желатин и агар сильно мешают выделению ДНК, как бы запутывая молекулы ДНК в своих молекулах.
А если у меня глаза зеленые, у моих детей тоже будут зеленые?
Отвечает
Татьяна Шнайдер
Короткий ответ: нет. Как ни странно, но такой, на первый взгляд простой, признак, как цвет глаз определяется работой почти 150 генов! Каждый из них вносит разный вклад. Самый значимый — ген HERC2. Мутация в нем несколько тысяч лет назад (по меркам эволюции, почти вчера) привела к появлению наших голубоглазых предков. По всей видимости, все люди исходно были кареглазыми. При данной мутации у светлоглазых (сюда можно отнести и голубоглазых) и сероглазых людей в радужке не содержится главного пигмента всея животного мира — меланина. Голубые оттенки дает рассеяние света на коллагеновых волокнах, так же как и голубое небо мы видим из-за рассеяния света молекулами воздуха.
В темных оттенках глаз меланина, наоборот, содержится много. Зеленый цвет глаз у человека представляет собой смесь: c одной стороны — голубой цвет (коллагеновые волокна в радужке), с другой стороны небольшое количество желто-коричневого пигмента липофусцина, который присутствует во всех клетках человека. Вспомним уроки рисования: голубой + желтый = зеленый! Зеленый пигмент ни мы, ни другие млекопитающие не научились самостоятельно производить, поэтому чисто зеленых глаз не бывает. Зеленые глаза — это большая группа оттенков, формирование которых зависит в том числе от особенностей индивидуального развития каждого человека. Получить точную «реплику» вашего цвета глаз у ваших детей — задача практически невыполнимая даже при клонировании.
Но вы ведь не собираетесь себя клонировать? Тогда вспомните, что у каждого ребенка есть папа и мама. Какого цвета будут глаза будущей мамы (или будущего папы) вашего ребенка? Когда решите, получите чуть более определенный ответ. Правда, к тому времени вы будете лучше меня разбираться в генетике.
Вам также может понравиться
